Lima puluhan abad terakhir adalah periode perkembangan pesat teknologi nuklir. Negara adidaya membangun persenjataan nuklir mereka, membangun pembangkit listrik tenaga nuklir, pemecah es, kapal selam dan kapal perang dengan pembangkit listrik tenaga nuklir di sepanjang jalan. Teknologi baru sangat menjanjikan. Misalnya, kapal selam nuklir tidak memiliki batasan jarak jelajah dalam posisi terendam, dan "pengisian bahan bakar" pembangkit listrik dapat dilakukan setiap beberapa tahun. Tentu saja, reaktor nuklir juga memiliki kelemahan, tetapi kelebihannya lebih dari sekadar mengimbangi semua biaya keselamatan. Seiring waktu, potensi tinggi sistem tenaga nuklir menarik tidak hanya komando angkatan laut, tetapi juga penerbangan militer. Sebuah pesawat dengan reaktor di dalamnya bisa memiliki karakteristik penerbangan yang jauh lebih baik daripada rekan-rekan bensin atau minyak tanah. Pertama-tama, militer tertarik dengan jangkauan penerbangan teoritis dari pesawat pengebom, pesawat angkut, atau pesawat anti-kapal selam.
Pada akhir 1940-an, bekas sekutu dalam perang dengan Jerman dan Jepang - AS dan Uni Soviet - tiba-tiba menjadi musuh bebuyutan. Fitur geografis dari lokasi bersama kedua negara membutuhkan penciptaan pembom strategis dengan jangkauan antarbenua. Teknologi lama sudah tidak dapat memastikan pengiriman amunisi atom ke benua lain, yang membutuhkan penciptaan pesawat baru, pengembangan teknologi roket, dll. Sudah di tahun empat puluhan, ide memasang reaktor nuklir di pesawat sudah matang di benak para insinyur Amerika. Perhitungan waktu itu menunjukkan bahwa sebuah pesawat yang sebanding dalam berat, ukuran dan parameter penerbangan dengan pembom B-29 dapat menghabiskan setidaknya lima ribu jam di udara pada satu pengisian bahan bakar dengan bahan bakar nuklir. Dengan kata lain, bahkan dengan teknologi yang tidak sempurna pada waktu itu, reaktor nuklir di kapal hanya dengan satu pengisian bahan bakar dapat menyediakan energi bagi pesawat sepanjang masa pakainya.
Keuntungan kedua dari atomicolettes hipotetis waktu itu adalah suhu yang dicapai oleh reaktor. Dengan desain pembangkit listrik tenaga nuklir yang benar, dimungkinkan untuk meningkatkan mesin turbojet yang ada dengan memanaskan zat kerja dengan bantuan reaktor. Dengan demikian, menjadi mungkin untuk meningkatkan energi gas jet mesin dan suhunya, yang akan mengarah pada peningkatan yang signifikan dalam daya dorong mesin tersebut. Sebagai hasil dari semua pertimbangan dan perhitungan teoretis, pesawat dengan mesin nuklir di beberapa kepala telah berubah menjadi kendaraan pengiriman bom atom yang universal dan tak terkalahkan. Namun, kerja praktik lebih lanjut mendinginkan semangat "pemimpi" semacam itu.
program NEPA
Kembali pada tahun 1946, Departemen Pertahanan AS yang baru dibentuk membuka proyek NEPA (Energi Nuklir untuk Penggerak Pesawat). Tujuan dari program ini adalah untuk mempelajari semua aspek pembangkit listrik tenaga nuklir canggih untuk pesawat terbang. Fairchild ditunjuk sebagai kontraktor utama untuk program NEPA. Dia diinstruksikan untuk mempelajari prospek pembom strategis dan pesawat pengintai berkecepatan tinggi yang dilengkapi dengan pembangkit listrik tenaga nuklir, serta untuk membentuk penampilan yang terakhir. Karyawan Fairchild memutuskan untuk mulai mengerjakan program dengan masalah yang paling mendesak: keselamatan pilot dan personel pemeliharaan. Untuk ini, sebuah kapsul dengan beberapa gram radium ditempatkan di kompartemen kargo pembom yang digunakan sebagai laboratorium terbang. Alih-alih bagian dari kru reguler, karyawan perusahaan, "dipersenjatai" dengan counter Geiger, mengambil bagian dalam penerbangan eksperimental. Meskipun jumlah logam radioaktif yang relatif kecil di kompartemen kargo, radiasi latar belakang melebihi tingkat yang diizinkan di semua volume layak huni pesawat. Sebagai hasil dari studi ini, karyawan Fairchild harus turun ke perhitungan dan mencari tahu perlindungan apa yang dibutuhkan reaktor untuk memastikan keselamatan yang tepat. Perhitungan awal telah dengan jelas menunjukkan bahwa pesawat B-29 tidak akan mampu membawa massa seperti itu, dan volume kompartemen kargo yang ada tidak akan memungkinkan reaktor ditempatkan tanpa membongkar rak bom. Dengan kata lain, dalam kasus B-29, seseorang harus memilih antara jarak terbang yang jauh (dan bahkan kemudian, di masa depan yang sangat jauh) dan setidaknya beberapa jenis muatan.
Pekerjaan lebih lanjut pada penciptaan desain awal reaktor pesawat mengalami masalah baru dan baru. Mengikuti parameter berat dan ukuran yang tidak dapat diterima, kesulitan muncul dengan kontrol reaktor dalam penerbangan, perlindungan efektif awak dan struktur, transfer daya dari reaktor ke baling-baling, dan sebagainya. Akhirnya, ternyata bahkan dengan perlindungan yang cukup serius, radiasi dari reaktor dapat berdampak negatif pada set daya pesawat dan bahkan pelumasan mesin, belum lagi peralatan elektronik dan kru. Menurut hasil kerja pendahuluan, program NEPA pada tahun 1948, meskipun menghabiskan sepuluh juta dolar, memiliki hasil yang sangat meragukan. Pada musim panas 48, sebuah konferensi tertutup diadakan di Massachusetts Institute of Technology dengan topik prospek pembangkit listrik tenaga nuklir untuk pesawat terbang. Setelah sejumlah perselisihan dan konsultasi, para insinyur dan ilmuwan yang berpartisipasi dalam acara tersebut sampai pada kesimpulan bahwa pada prinsipnya mungkin untuk membuat pesawat atom, tetapi penerbangan pertamanya hanya dilakukan pada pertengahan tahun enam puluhan atau bahkan setelahnya. tanggal.
Pada konferensi di MIT, diumumkan pembuatan dua konsep untuk mesin nuklir canggih, terbuka dan tertutup. Mesin jet nuklir "terbuka" adalah sejenis mesin turbojet konvensional, di mana udara yang masuk dipanaskan menggunakan reaktor nuklir panas. Udara panas dibuang melalui nozzle, secara bersamaan memutar turbin. Yang terakhir menggerakkan impeler kompresor. Kerugian dari sistem semacam itu segera dibahas. Karena kebutuhan akan kontak udara dengan bagian pemanas reaktor, keselamatan nuklir dari seluruh sistem menyebabkan masalah khusus. Selain itu, untuk tata letak pesawat yang dapat diterima, reaktor mesin semacam itu harus sangat, sangat kecil, yang memengaruhi kekuatan dan tingkat perlindungannya.
Mesin jet nuklir tipe tertutup harus bekerja dengan cara yang sama, dengan perbedaan bahwa udara di dalam mesin akan memanas saat bersentuhan dengan reaktor itu sendiri, tetapi dalam penukar panas khusus. Langsung dari reaktor, dalam hal ini, diusulkan untuk memanaskan pendingin tertentu, dan udara harus mendapatkan suhu setelah kontak dengan radiator dari sirkuit utama di dalam mesin. Turbin dan kompresor tetap di tempatnya dan dioperasikan dengan cara yang persis sama seperti pada turbojet atau mesin nuklir tipe terbuka. Mesin sirkuit tertutup tidak memberlakukan batasan khusus pada dimensi reaktor dan memungkinkan untuk secara signifikan mengurangi emisi ke lingkungan. Di sisi lain, masalah khusus adalah pemilihan pendingin untuk mentransfer energi reaktor ke udara. Berbagai cairan pendingin tidak memberikan efisiensi yang tepat, dan cairan logam memerlukan pemanasan awal sebelum menghidupkan mesin.
Selama konferensi, beberapa metode asli diusulkan untuk meningkatkan tingkat perlindungan kru. Pertama-tama, mereka memperhatikan penciptaan elemen penahan beban dari desain yang sesuai, yang secara independen akan melindungi kru dari radiasi reaktor. Ilmuwan yang kurang optimis menyarankan untuk tidak mengambil risiko pilot, atau setidaknya fungsi reproduksi mereka. Oleh karena itu, ada proposal untuk memberikan tingkat perlindungan setinggi mungkin, dan merekrut kru dari pilot tua. Akhirnya, muncul ide untuk melengkapi pesawat atom yang menjanjikan dengan sistem kendali jarak jauh sehingga orang-orang selama penerbangan tidak akan mempertaruhkan kesehatan mereka sama sekali. Selama diskusi tentang opsi terakhir, muncul ide untuk menempatkan kru di pesawat layang kecil, yang seharusnya ditarik di belakang pesawat bertenaga atom dengan kabel yang cukup panjang.
program ANP
Konferensi di MIT, yang berfungsi sebagai semacam sesi brainstorming, memiliki efek positif pada program selanjutnya untuk pembuatan pesawat bertenaga atom. Pada pertengahan tahun 1949, militer AS meluncurkan program baru yang disebut ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Kali ini, rencana kerja melibatkan persiapan untuk pembuatan pesawat penuh dengan pembangkit listrik tenaga nuklir di dalamnya. Karena prioritas lain, daftar perusahaan yang terlibat dalam program telah diubah. Dengan demikian, Lockheed dan Convair dipekerjakan sebagai pengembang badan pesawat dari pesawat yang menjanjikan, dan General Electric serta Pratt & Whitney ditugaskan untuk melanjutkan pekerjaan Fairchild pada mesin jet nuklir.
Pada tahap awal program ANP, pelanggan lebih fokus pada mesin tertutup yang lebih aman, tetapi General Electric melakukan "penjangkauan" kepada pejabat militer dan pemerintah. Karyawan General Electric menuntut kesederhanaan dan, sebagai hasilnya, murahnya mesin terbuka. Mereka berhasil membujuk mereka yang bertanggung jawab, dan sebagai hasilnya, arah mengemudi program ANP dibagi menjadi dua proyek independen: mesin "terbuka" yang dikembangkan oleh General Electric dan motor sirkuit tertutup dari Pratt & Whitney. Tak lama kemudian, General Electric mampu mendorong proyek mereka dan mencapai prioritas khusus untuk itu dan, sebagai hasilnya, pendanaan tambahan.
Selama program ANP, satu lagi ditambahkan ke opsi mesin nuklir yang sudah ada. Kali ini diusulkan untuk membuat motor yang menyerupai pembangkit listrik tenaga nuklir dalam strukturnya: reaktor memanaskan air, dan uap yang dihasilkan menggerakkan turbin. Yang terakhir mentransfer daya ke baling-baling. Sistem seperti itu, yang memiliki efisiensi lebih rendah dibandingkan dengan yang lain, ternyata menjadi yang paling sederhana dan paling nyaman untuk produksi tercepat. Namun demikian, versi pembangkit listrik untuk pesawat bertenaga atom ini tidak menjadi yang utama. Setelah beberapa perbandingan, klien dan kontraktor ANP memutuskan untuk terus mengembangkan mesin "terbuka" dan "tertutup", meninggalkan turbin uap sebagai cadangan.
sampel pertama
Pada tahun 1951-52, program ANP mendekati kemungkinan membangun pesawat prototipe pertama. Pembom Convair YB-60, yang sedang dikembangkan pada waktu itu, diambil sebagai dasar untuk itu, yang merupakan modernisasi mendalam dari B-36 dengan sayap menyapu dan mesin turbojet. Pembangkit listrik P-1 dirancang khusus untuk YB-60. Itu didasarkan pada unit silinder dengan reaktor di dalamnya. Instalasi nuklir menyediakan daya termal sekitar 50 megawatt. Empat mesin turbojet GE XJ53 dihubungkan ke reaktor melalui sistem perpipaan. Setelah kompresor mesin, udara melewati pipa melewati inti reaktor dan, memanas di sana, dibuang melalui nosel. Perhitungan menunjukkan bahwa udara saja tidak akan cukup untuk mendinginkan reaktor, sehingga tangki dan pipa untuk larutan air boron dimasukkan ke dalam sistem. Semua sistem pembangkit listrik yang terhubung ke reaktor direncanakan untuk dipasang di kompartemen kargo belakang pembom, sejauh mungkin dari volume yang dapat dihuni.
Prototipe YB-60
Perlu dicatat bahwa itu juga direncanakan untuk meninggalkan mesin turbojet asli di pesawat YB-60. Faktanya adalah bahwa motor nuklir sirkuit terbuka mencemari lingkungan dan tidak ada yang mengizinkan hal ini dilakukan di sekitar lapangan terbang atau pemukiman. Selain itu, pembangkit listrik tenaga nuklir, karena fitur teknis, memiliki respons throttle yang buruk. Oleh karena itu, penggunaannya nyaman dan hanya dapat diterima untuk penerbangan panjang dengan kecepatan jelajah.
Tindakan pencegahan lain, tetapi sifatnya berbeda, adalah pembuatan dua laboratorium terbang tambahan. Yang pertama, diberi nama NB-36H dan nama sebenarnya Crusader ("Crusader"), dimaksudkan untuk memeriksa keselamatan kru. Pada seri B-36, rakitan kokpit seberat dua belas ton dipasang, dirakit dari pelat baja tebal, panel timah, dan kaca 20 cm. Untuk perlindungan tambahan, ada tangki air dengan boron di belakang kabin. Di bagian ekor Tentara Salib, pada jarak yang sama dari kokpit seperti pada YB-60, sebuah reaktor ASTR eksperimental (Reaktor Uji Perisai Pesawat) dengan kapasitas sekitar satu megawatt dipasang. Reaktor didinginkan dengan air, yang mentransfer panas inti ke penukar panas di permukaan luar badan pesawat. Reaktor ASTR tidak melakukan tugas praktis apa pun dan hanya berfungsi sebagai sumber radiasi eksperimental.
NB-36H (X-6)
Penerbangan uji laboratorium NB-36H terlihat seperti ini: pilot mengangkat pesawat dengan reaktor teredam ke udara, terbang ke area uji di atas gurun terdekat, tempat semua eksperimen dilakukan. Di akhir percobaan, reaktor dimatikan, dan pesawat kembali ke pangkalan. Bersamaan dengan Tentara Salib, pembom B-36 lain dengan instrumentasi dan transportasi dengan pasukan terjun payung Marinir lepas landas dari lapangan terbang Carswell. Jika terjadi kecelakaan pesawat prototipe, marinir harus mendarat di sebelah reruntuhan, menutup daerah tersebut dan mengambil bagian dalam menghilangkan konsekuensi dari kecelakaan itu. Untungnya, semua 47 penerbangan dengan reaktor yang berfungsi tanpa pendaratan penyelamatan paksa. Penerbangan uji telah menunjukkan bahwa pesawat bertenaga nuklir tidak menimbulkan ancaman serius terhadap lingkungan, tentu saja, dengan operasi yang tepat dan tidak ada insiden.
Laboratorium terbang kedua, yang diberi nama X-6, juga akan dikonversi dari pengebom B-36. Mereka akan memasang kokpit di pesawat ini, mirip dengan unit "Crusader", dan memasang pembangkit listrik tenaga nuklir di tengah badan pesawat. Yang terakhir dirancang berdasarkan unit P-1 dan dilengkapi dengan mesin GE XJ39 baru, dibuat berdasarkan turbojet J47. Masing-masing dari empat mesin memiliki daya dorong 3100 kgf. Menariknya, pembangkit listrik tenaga nuklir adalah monoblok yang dirancang untuk dipasang di pesawat sebelum penerbangan. Setelah mendarat, direncanakan untuk mengarahkan X-6 ke hanggar yang dilengkapi secara khusus, melepas reaktor dengan mesin dan menempatkannya di fasilitas penyimpanan khusus. Pada tahap pekerjaan ini, unit pembersihan khusus juga dibuat. Faktanya adalah bahwa setelah penghentian kompresor mesin jet, reaktor berhenti didinginkan dengan efisiensi yang cukup, dan sarana tambahan untuk memastikan penghentian reaktor yang aman diperlukan.
Pemeriksaan pra-penerbangan
Sebelum dimulainya penerbangan pesawat dengan pembangkit listrik tenaga nuklir lengkap, insinyur Amerika memutuskan untuk melakukan penelitian yang sesuai di laboratorium berbasis darat. Pada tahun 1955, instalasi eksperimental HTRE-1 (Eksperimen Reaktor Perpindahan Panas) dirakit. Unit lima puluh ton dirakit berdasarkan platform kereta api. Jadi, sebelum memulai eksperimen, itu bisa diambil dari orang-orang. Unit HTRE-1 menggunakan reaktor uranium kompak berpelindung menggunakan berilium dan merkuri. Juga, dua mesin JX39 ditempatkan di platform. Mereka mulai menggunakan minyak tanah, kemudian mesin mencapai kecepatan operasi, setelah itu, atas perintah dari panel kontrol, udara dari kompresor diarahkan ke area kerja reaktor. Eksperimen khas dengan HTRE-1 berlangsung beberapa jam, mensimulasikan penerbangan panjang seorang pembom. Pada pertengahan 56, unit percobaan mencapai kapasitas termal lebih dari 20 megawatt.
HTRE-1
Selanjutnya, unit HTRE-1 dirancang ulang sesuai dengan proyek yang diperbarui, setelah itu diberi nama HTRE-2. Reaktor baru dan solusi teknis baru menyediakan daya 14 MW. Namun, versi kedua dari pembangkit listrik eksperimental terlalu besar untuk dipasang di pesawat terbang. Oleh karena itu, pada tahun 1957, desain sistem HTRE-3 dimulai. Itu adalah sistem P-1 yang sangat modern, disesuaikan untuk bekerja dengan dua mesin turbojet. Sistem HTRE-3 yang ringkas dan ringan menyediakan daya termal 35 megawatt. Pada musim semi 1958, tes versi ketiga dari kompleks uji tanah dimulai, yang sepenuhnya mengkonfirmasi semua perhitungan dan, yang paling penting, prospek pembangkit listrik semacam itu.
Sirkuit tertutup yang sulit
Sementara General Electric memprioritaskan mesin sirkuit terbuka, Pratt & Whitney tidak membuang waktu untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga nuklir tertutup versinya sendiri. Di Pratt & Whitney, mereka segera mulai menyelidiki dua varian dari sistem tersebut. Yang pertama menyiratkan struktur dan pengoperasian fasilitas yang paling jelas: pendingin bersirkulasi di inti dan mentransfer panas ke bagian yang sesuai dari mesin jet. Dalam kasus kedua, diusulkan untuk menggiling bahan bakar nuklir dan menempatkannya langsung ke pendingin. Dalam sistem seperti itu, bahan bakar akan bersirkulasi di sepanjang sirkuit pendingin, namun fisi nuklir hanya akan terjadi di inti. Seharusnya mencapai ini dengan bantuan bentuk yang benar dari volume utama reaktor dan pipa. Sebagai hasil dari penelitian, dimungkinkan untuk menentukan bentuk dan ukuran yang paling efektif dari sistem perpipaan untuk sirkulasi pendingin dengan bahan bakar, yang memastikan operasi reaktor yang efisien dan membantu memberikan tingkat perlindungan yang baik dari radiasi..
Pada saat yang sama, sistem bahan bakar yang bersirkulasi terbukti terlalu rumit. Pengembangan lebih lanjut terutama mengikuti jalur elemen bahan bakar "stasioner" yang dicuci oleh pendingin logam. Sebagai yang terakhir, berbagai bahan dipertimbangkan, namun, kesulitan dengan ketahanan korosi pipa dan penyediaan sirkulasi logam cair tidak memungkinkan kita untuk memikirkan pendingin logam. Akibatnya, reaktor harus dirancang untuk menggunakan air yang sangat panas. Menurut perhitungan, air seharusnya mencapai suhu sekitar 810-820 ° di dalam reaktor. Untuk mempertahankannya dalam keadaan cair, perlu dibuat tekanan sekitar 350 kg / cm2 dalam sistem. Sistemnya ternyata sangat kompleks, tetapi jauh lebih sederhana dan lebih cocok daripada reaktor dengan pendingin logam. Pada tahun 1960, Pratt & Whitney telah menyelesaikan pekerjaan di pembangkit listrik tenaga nuklir mereka untuk pesawat. Persiapan dimulai untuk menguji sistem yang sudah jadi, tetapi pada akhirnya pengujian ini tidak dilakukan.
Akhir yang menyedihkan
Program NEPA dan ANP telah membantu menciptakan lusinan teknologi baru, serta sejumlah pengetahuan menarik. Namun, tujuan utama mereka - penciptaan pesawat atom - bahkan pada tahun 1960 tidak dapat dicapai dalam beberapa tahun ke depan. Pada tahun 1961, J. Kennedy berkuasa, yang segera tertarik pada kemajuan teknologi nuklir untuk penerbangan. Karena itu tidak diamati, dan biaya program mencapai nilai yang benar-benar cabul, nasib ANP dan semua pesawat bertenaga atom ternyata menjadi pertanyaan besar. Lebih dari satu setengah dekade, lebih dari satu miliar dolar dihabiskan untuk penelitian, desain, dan konstruksi berbagai unit uji. Pada saat yang sama, pembangunan pesawat yang sudah jadi dengan pembangkit listrik tenaga nuklir masih menjadi masalah di masa depan yang jauh. Tentu saja, pengeluaran tambahan uang dan waktu dapat membawa pesawat atom untuk penggunaan praktis. Namun, pemerintahan Kennedy memutuskan berbeda. Biaya program ANP terus meningkat, tetapi tidak ada hasil. Selain itu, rudal balistik telah sepenuhnya membuktikan potensi tinggi mereka. Pada paruh pertama abad ke-61, presiden baru menandatangani sebuah dokumen yang menyatakan bahwa semua pekerjaan pada pesawat bertenaga atom seharusnya dihentikan. Perlu dicatat bahwa tak lama sebelumnya, pada tahun ke-60, Pentagon membuat keputusan kontroversial, yang menurutnya semua pekerjaan pada pembangkit listrik tipe terbuka dihentikan, dan semua dana dialokasikan untuk sistem "tertutup".
Meskipun beberapa keberhasilan di bidang pembuatan pembangkit listrik tenaga nuklir untuk penerbangan, program ANP dianggap tidak berhasil. Untuk beberapa waktu, bersamaan dengan ANP, mesin nuklir untuk rudal yang menjanjikan dikembangkan. Namun, proyek-proyek tersebut tidak memberikan hasil yang diharapkan. Seiring waktu, mereka juga ditutup, dan pekerjaan ke arah pembangkit listrik tenaga nuklir untuk pesawat dan rudal benar-benar berhenti. Dari waktu ke waktu, berbagai perusahaan swasta mencoba melakukan pembangunan tersebut atas inisiatif mereka sendiri, tetapi tidak satu pun dari proyek ini yang mendapat dukungan pemerintah. Kepemimpinan Amerika, setelah kehilangan kepercayaan pada prospek pesawat bertenaga atom, mulai mengembangkan pembangkit listrik tenaga nuklir untuk armada dan pembangkit listrik tenaga nuklir.
