Los años cincuenta del siglo pasado fueron un período de rápido desarrollo de la tecnología nuclear. Las superpotencias construyeron sus arsenales nucleares, construyeron plantas de energía nuclear, rompehielos, submarinos y buques de guerra con plantas de energía nuclear en el camino. Las nuevas tecnologías eran muy prometedoras. Por ejemplo, el submarino nuclear no tenía ninguna restricción en el rango de crucero en la posición sumergida, y el "reabastecimiento de combustible" de la planta de energía se podía hacer cada pocos años. Por supuesto, los reactores nucleares también tienen desventajas, pero sus ventajas inherentes compensan con creces todos los costos de la seguridad. Con el tiempo, el alto potencial de los sistemas de energía nuclear interesó no solo al mando de las marinas, sino también a la aviación militar. Una aeronave con un reactor a bordo podría tener mejores características de vuelo que sus contrapartes de gasolina o queroseno. En primer lugar, los militares se sintieron atraídos por el rango de vuelo teórico de dicho bombardero, avión de transporte o avión antisubmarino.
A fines de la década de 1940, los antiguos aliados en la guerra con Alemania y Japón, Estados Unidos y la URSS, de repente se convirtieron en enemigos acérrimos. Las características geográficas de la ubicación mutua de ambos países requirieron la creación de bombarderos estratégicos con un alcance intercontinental. La vieja tecnología ya era incapaz de garantizar la entrega de munición atómica a otro continente, lo que requería la creación de nuevos aviones, el desarrollo de tecnología de cohetes, etc. Ya en los años cuarenta, la idea de instalar un reactor nuclear en un avión estaba madura en la mente de los ingenieros estadounidenses. Los cálculos de ese tiempo mostraron que un avión comparable en peso, tamaño y parámetros de vuelo con un bombardero B-29 podría pasar al menos cinco mil horas en el aire en un reabastecimiento de combustible nuclear. En otras palabras, incluso con las tecnologías imperfectas de esa época, un reactor nuclear a bordo con un solo repostaje podría proporcionar energía a un avión durante toda su vida útil.
La segunda ventaja de las hipotéticas atomicoletas de esa época eran las temperaturas que alcanzaba el reactor. Con el diseño correcto de una central nuclear, sería posible mejorar los motores turborreactores existentes calentando la sustancia de trabajo con la ayuda de un reactor. Por lo tanto, fue posible aumentar la energía de los gases de reacción del motor y su temperatura, lo que conduciría a un aumento significativo en el empuje de dicho motor. Como resultado de todas las consideraciones y cálculos teóricos, los aviones con motores nucleares en algunas cabezas se han convertido en un vehículo universal e invencible de lanzamiento de bombas atómicas. Sin embargo, el trabajo práctico posterior enfrió el ardor de tales "soñadores".
Programa NEPA
En 1946, el recién formado Departamento de Defensa de EE. UU. Inauguró el proyecto NEPA (Energía nuclear para la propulsión de aeronaves). El objetivo de este programa era estudiar todos los aspectos de las centrales nucleares avanzadas para aeronaves. Fairchild fue nombrado contratista principal del programa NEPA. Se le indicó que estudiara las perspectivas de bombarderos estratégicos y aviones de reconocimiento de alta velocidad equipados con plantas de energía nuclear, así como que modelara la apariencia de estas últimas. Los empleados de Fairchild decidieron comenzar a trabajar en el programa con el problema más urgente: la seguridad de los pilotos y el personal de mantenimiento. Para ello, se colocó una cápsula con varios gramos de radio en el compartimento de carga del bombardero utilizado como laboratorio de vuelo. En lugar de formar parte de la tripulación habitual, los empleados de la empresa, "armados" con contadores Geiger, participaron en los vuelos experimentales. A pesar de la cantidad relativamente pequeña de metal radiactivo en el compartimiento de carga, la radiación de fondo excedió el nivel permisible en todos los volúmenes habitables de la aeronave. Como resultado de estos estudios, los empleados de Fairchild tuvieron que ponerse a hacer los cálculos y averiguar qué protección necesitaría el reactor para garantizar la seguridad adecuada. Los cálculos preliminares ya han demostrado claramente que el avión B-29 simplemente no podrá transportar tal masa, y el volumen del compartimiento de carga existente no permitirá que se coloque el reactor sin desmantelar los bastidores de bombas. Es decir, en el caso del B-29, habría que elegir entre un largo alcance de vuelo (e incluso entonces, en un futuro muy lejano) y al menos algún tipo de carga útil.
El trabajo adicional en la creación de un diseño preliminar de un reactor de aeronave tropezó con nuevos y nuevos problemas. Siguiendo los inaceptables parámetros de peso y tamaño, aparecieron dificultades con el control del reactor en vuelo, la protección efectiva de la tripulación y la estructura, la transferencia de potencia del reactor a las hélices, etc. Finalmente, resultó que incluso con una protección suficientemente seria, la radiación del reactor puede afectar negativamente el conjunto de potencia de la aeronave e incluso la lubricación de los motores, sin mencionar los equipos electrónicos y la tripulación. Según los resultados del trabajo preliminar, el programa NEPA para 1948, a pesar de gastar diez millones de dólares, tuvo resultados muy dudosos. En el verano del 48 se celebró una conferencia a puerta cerrada en el Instituto Tecnológico de Massachusetts sobre el tema de las perspectivas de las centrales nucleares para aeronaves. Después de una serie de disputas y consultas, los ingenieros y científicos que participaron en el evento llegaron a la conclusión de que en principio era posible crear un avión atómico, pero sus primeros vuelos se atribuyeron solo a mediados de los años sesenta o incluso a una época posterior. fecha.
En la conferencia del MIT, se anunció la creación de dos conceptos para motores nucleares avanzados, abiertos y cerrados. El motor a reacción nuclear "abierto" era una especie de turborreactor convencional, en el que el aire entrante se calienta mediante un reactor nuclear caliente. El aire caliente se expulsa a través de la boquilla, haciendo girar simultáneamente la turbina. Este último puso en movimiento los impulsores del compresor. Las desventajas de tal sistema se discutieron inmediatamente. Debido a la necesidad de que el aire entrara en contacto con las partes calefactoras del reactor, la seguridad nuclear de todo el sistema provocó problemas especiales. Además, para un diseño aceptable de la aeronave, el reactor de dicho motor tenía que ser muy, muy pequeño, lo que afectaba su potencia y nivel de protección.
Un motor a reacción nuclear de tipo cerrado tenía que funcionar de forma similar, con la diferencia de que el aire dentro del motor se calentaría al entrar en contacto con el propio reactor, pero en un intercambiador de calor especial. Directamente desde el reactor, en este caso, se propuso calentar cierto refrigerante, y el aire tenía que ganar temperatura al entrar en contacto con los radiadores del circuito primario dentro del motor. La turbina y el compresor permanecieron en su lugar y funcionaron exactamente de la misma manera que en los turborreactores o motores nucleares de tipo abierto. El motor de circuito cerrado no impuso restricciones especiales sobre las dimensiones del reactor y permitió reducir significativamente las emisiones al medio ambiente. Por otro lado, un problema especial fue la selección de un refrigerante para transferir la energía del reactor al aire. Varios líquidos refrigerantes no proporcionaron la eficiencia adecuada y los metálicos requerían precalentamiento antes de arrancar el motor.
Durante la conferencia, se propusieron varios métodos originales para aumentar el nivel de protección de la tripulación. En primer lugar, se referían a la creación de elementos portantes de un diseño adecuado, que protegerían de forma independiente a la tripulación de la radiación del reactor. Los científicos menos optimistas sugirieron no arriesgar a los pilotos, o al menos a su función reproductiva. Por lo tanto, se propuso brindar el mayor nivel de protección posible y reclutar tripulaciones de pilotos de edad avanzada. Finalmente, aparecieron ideas sobre equipar un avión atómico prometedor con un sistema de control remoto para que las personas durante el vuelo no arriesgaran su salud en absoluto. Durante la discusión de la última opción, surgió la idea de colocar a la tripulación en un pequeño planeador, que se suponía que debía ser remolcado detrás del avión de propulsión atómica con un cable de longitud suficiente.
Programa ANP
La conferencia en el MIT, que sirvió como una especie de sesión de lluvia de ideas, tuvo un efecto positivo en el curso del programa para la creación de aviones de propulsión atómica. A mediados de 1949, el ejército estadounidense lanzó un nuevo programa llamado ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Esta vez, el plan de trabajo implicó los preparativos para la creación de un avión en toda regla con una planta de energía nuclear a bordo. Debido a otras prioridades, se ha modificado la lista de empresas que participan en el programa. Por lo tanto, Lockheed y Convair fueron contratados como desarrolladores de la estructura de un avión prometedor, y General Electric y Pratt & Whitney recibieron la tarea de continuar el trabajo de Fairchild en el motor a reacción nuclear.
En las primeras etapas del programa ANP, el cliente se centró más en un motor cerrado más seguro, pero General Electric realizó un "acercamiento" a funcionarios militares y gubernamentales. Los empleados de General Electric presionaron por la simplicidad y, como resultado, el bajo costo de un motor abierto. Lograron persuadir a los responsables y, como resultado, la dirección de conducción del programa ANP se dividió en dos proyectos independientes: un motor "abierto" desarrollado por General Electric y un motor de circuito cerrado de Pratt & Whitney. Pronto, General Electric pudo impulsar su proyecto y lograr una prioridad especial para él y, como resultado, fondos adicionales.
En el curso del programa ANP, se agregó otro a las opciones de motores nucleares ya existentes. Esta vez se propuso hacer un motor que se parezca a una central nuclear en su estructura: el reactor calienta el agua y el vapor resultante impulsa la turbina. Este último transfiere energía a la hélice. Dicho sistema, que tiene una menor eficiencia en comparación con otros, resultó ser el más simple y conveniente para la producción más rápida. Sin embargo, esta versión de la planta de energía para aviones de propulsión atómica no se convirtió en la principal. Luego de algunas comparaciones, el cliente y los contratistas de ANP decidieron seguir desarrollando motores "abiertos" y "cerrados", dejando la turbina de vapor como alternativa.
Primeras muestras
En 1951-52, el programa ANP abordó la posibilidad de construir el primer prototipo de avión. Se tomó como base el bombardero Convair YB-60, que se estaba desarrollando en ese momento, que fue una profunda modernización del B-36 con un ala en flecha y motores turborreactores. La planta de energía P-1 fue diseñada especialmente para el YB-60. Se basaba en una unidad cilíndrica con un reactor en su interior. La instalación nuclear proporcionó una potencia térmica de unos 50 megavatios. Se conectaron cuatro motores turborreactores GE XJ53 al reactor a través de un sistema de tuberías. Después del compresor del motor, el aire pasaba a través de las tuberías pasando el núcleo del reactor y, al calentarse allí, se expulsaba a través de la boquilla. Los cálculos mostraron que el aire por sí solo no será suficiente para enfriar el reactor, por lo que se introdujeron en el sistema tanques y tuberías para la solución de agua con boro. Se planeó que todos los sistemas de la planta de energía conectados al reactor se montaran en el compartimiento de carga trasero del bombardero, lo más lejos posible de los volúmenes habitables.
Prototipo YB-60
Vale la pena señalar que también se planeó dejar los motores turborreactores nativos en el avión YB-60. El hecho es que los motores nucleares de circuito abierto contaminan el medio ambiente y nadie permitiría que esto se hiciera en las inmediaciones de aeródromos o asentamientos. Además, la planta de energía nuclear, debido a características técnicas, tuvo una pobre respuesta del acelerador. Por lo tanto, su uso era conveniente y aceptable solo para vuelos largos a velocidad de crucero.
Otra medida de precaución, pero de diferente naturaleza, fue la creación de dos laboratorios de vuelo adicionales. El primero de ellos, designado NB-36H y con el nombre propio Crusader ("Crusader"), estaba destinado a comprobar la seguridad de la tripulación. En el B-36 de serie, se instaló un conjunto de cabina de doce toneladas, ensamblado a partir de placas de acero gruesas, paneles de plomo y vidrio de 20 cm. Para protección adicional, había un tanque de agua con boro detrás de la cabina. En la sección de cola del Crusader, a la misma distancia de la cabina que en el YB-60, se instaló un reactor ASTR experimental (Reactor de prueba de escudo de aeronave) con una capacidad de aproximadamente un megavatio. El reactor se enfrió con agua, que transfirió el calor del núcleo a los intercambiadores de calor en la superficie exterior del fuselaje. El reactor ASTR no realizó ninguna tarea práctica y funcionó solo como una fuente de radiación experimental.
NB-36H (X-6)
Los vuelos de prueba del laboratorio NB-36H se veían así: los pilotos levantaron un avión con un reactor amortiguado en el aire, volaron al área de prueba sobre el desierto más cercano, donde se llevaron a cabo todos los experimentos. Al final de los experimentos, el reactor se apagó y el avión regresó a la base. Junto con el Crusader, otro bombardero B-36 con instrumentación y un transporte con paracaidistas de la Marina despegó del aeródromo de Carswell. En caso de accidente de un prototipo de avión, los infantes de marina debían aterrizar junto a los restos, acordonar el área y participar en la eliminación de las consecuencias del accidente. Afortunadamente, los 47 vuelos con un reactor en funcionamiento se realizaron sin un aterrizaje forzoso de rescate. Los vuelos de prueba han demostrado que una aeronave de propulsión nuclear no representa ninguna amenaza grave para el medio ambiente, por supuesto, con un funcionamiento adecuado y sin incidentes.
El segundo laboratorio volador, designado X-6, también se convertiría del bombardero B-36. Iban a instalar una cabina en este avión, similar a la unidad del "Crusader", y montar una planta de energía nuclear en el medio del fuselaje. Este último fue diseñado sobre la base de la unidad P-1 y equipado con nuevos motores GE XJ39, creados sobre la base de los turborreactores J47. Cada uno de los cuatro motores tenía un empuje de 3100 kgf. Curiosamente, la planta de energía nuclear era un monobloque diseñado para montarse en un avión justo antes del vuelo. Después del aterrizaje, se planeó conducir el X-6 a un hangar especialmente equipado, retirar el reactor con motores y colocarlos en una instalación de almacenamiento especial. En esta etapa del trabajo, también se creó una unidad de purga especial. El hecho es que después del apagado de los compresores de los motores a reacción, el reactor dejó de enfriarse con suficiente eficiencia y se requirió un medio adicional para garantizar el apagado seguro del reactor.
Verificación previa al vuelo
Antes del inicio de los vuelos de aviones con una planta de energía nuclear en toda regla, los ingenieros estadounidenses decidieron realizar la investigación adecuada en laboratorios terrestres. En 1955, se montó una instalación experimental HTRE-1 (Experimentos de reactores de transferencia de calor). La unidad de cincuenta toneladas se ensambló sobre la base de una plataforma ferroviaria. Por lo tanto, antes de comenzar los experimentos, podría quitárselo a las personas. La unidad HTRE-1 utilizó un reactor de uranio compacto blindado que utiliza berilio y mercurio. Además, se colocaron dos motores JX39 en la plataforma. Comenzaron a usar queroseno, luego los motores alcanzaron la velocidad de funcionamiento, después de lo cual, a la orden del panel de control, el aire del compresor se redirigió al área de trabajo del reactor. Un experimento típico con el HTRE-1 duró varias horas, simulando un vuelo largo de un bombardero. A mediados de 56, la unidad experimental alcanzó una capacidad térmica de más de 20 megavatios.
HTRE-1
Posteriormente, se rediseñó la unidad HTRE-1 de acuerdo con el proyecto actualizado, tras lo cual se denominó HTRE-2. El nuevo reactor y las nuevas soluciones técnicas proporcionaron una potencia de 14 MW. Sin embargo, la segunda versión de la central eléctrica experimental era demasiado grande para su instalación en aviones. Por lo tanto, en 1957, comenzó el diseño del sistema HTRE-3. Era un sistema P-1 profundamente modernizado, adaptado para funcionar con dos motores turborreactores. El sistema HTRE-3 compacto y liviano proporcionó 35 megavatios de potencia térmica. En la primavera de 1958, comenzaron las pruebas de la tercera versión del complejo de pruebas en tierra, que confirmaron completamente todos los cálculos y, lo que es más importante, las perspectivas de una planta de energía de este tipo.
Circuito cerrado difícil
Mientras General Electric priorizaba los motores de circuito abierto, Pratt & Whitney no perdió tiempo en desarrollar su propia versión de una central nuclear cerrada. En Pratt & Whitney, inmediatamente comenzaron a investigar dos variantes de tales sistemas. El primero implicó la estructura y el funcionamiento más obvios de la instalación: el refrigerante circula en el núcleo y transfiere calor a la parte correspondiente del motor a reacción. En el segundo caso, se propuso moler combustible nuclear y colocarlo directamente en el refrigerante. En tal sistema, el combustible circularía a lo largo de todo el circuito de refrigerante, sin embargo, la fisión nuclear ocurriría solo en el núcleo. Se suponía que lograría esto con la ayuda de la forma correcta del volumen principal del reactor y las tuberías. Como resultado de la investigación, fue posible determinar las formas y tamaños más efectivos de dicho sistema de tuberías para hacer circular el refrigerante con combustible, lo que aseguró el funcionamiento eficiente del reactor y ayudó a proporcionar un buen nivel de protección contra la radiación..
Al mismo tiempo, el sistema de circulación de combustible resultó ser demasiado complejo. El desarrollo posterior siguió principalmente el camino de los elementos combustibles "estacionarios" lavados con un refrigerante metálico. Como este último, se consideraron varios materiales, sin embargo, las dificultades con la resistencia a la corrosión de las tuberías y la provisión de circulación de metal líquido no nos permitieron detenernos en el refrigerante metálico. Como resultado, el reactor tuvo que diseñarse para utilizar agua muy sobrecalentada. Según los cálculos, el agua debería haber alcanzado una temperatura de aproximadamente 810-820 ° en el reactor. Para mantenerlo en estado líquido, fue necesario crear una presión de aproximadamente 350 kg / cm2 en el sistema. El sistema resultó ser muy complejo, pero mucho más simple y más adecuado que un reactor con un refrigerante metálico. En 1960, Pratt & Whitney había completado el trabajo en su planta de energía nuclear para aviones. Comenzaron los preparativos para probar el sistema terminado, pero al final estas pruebas no se llevaron a cabo.
Triste final
Los programas NEPA y ANP han ayudado a crear decenas de nuevas tecnologías, así como una serie de conocimientos prácticos interesantes. Sin embargo, su principal objetivo, la creación de un avión atómico, incluso en 1960, no podría lograrse en los próximos años. En 1961 llegó al poder J. Kennedy, quien inmediatamente se interesó por los avances en tecnología nuclear para la aviación. Dado que no se observaron y los costos de los programas alcanzaron valores completamente obscenos, el destino de ANP y todos los aviones de propulsión atómica resultó ser una gran pregunta. Durante una década y media, se gastaron más de mil millones de dólares en investigación, diseño y construcción de varias unidades de prueba. Al mismo tiempo, la construcción de un avión terminado con una planta de energía nuclear era todavía una cuestión de un futuro lejano. Por supuesto, los gastos adicionales de dinero y tiempo podrían hacer que la aeronave atómica tuviera un uso práctico. Sin embargo, la administración Kennedy decidió de otra manera. El costo del programa ANP estaba creciendo constantemente, pero no hubo resultado. Además, los misiles balísticos han demostrado plenamente su alto potencial. En la primera mitad del 61, el nuevo presidente firmó un documento según el cual todos los trabajos en aviones de propulsión atómica deberían haberse detenido. Vale la pena señalar que poco antes, en el sexagésimo año, el Pentágono tomó una decisión controvertida, según la cual se detuvo todo el trabajo en plantas de energía de tipo abierto y todos los fondos se asignaron a sistemas "cerrados".
A pesar de cierto éxito en el campo de la creación de centrales nucleares para la aviación, el programa ANP se consideró infructuoso. Durante algún tiempo, simultáneamente con ANP, se desarrollaron motores nucleares para misiles prometedores. Sin embargo, estos proyectos no dieron el resultado esperado. Con el tiempo, también se cerraron y el trabajo en la dirección de las plantas de energía nuclear para aviones y misiles se detuvo por completo. De vez en cuando, varias empresas privadas intentaron realizar estos desarrollos por iniciativa propia, pero ninguno de estos proyectos recibió apoyo del gobierno. El liderazgo estadounidense, habiendo perdido la fe en las perspectivas de los aviones de propulsión atómica, comenzó a desarrollar plantas de energía nuclear para la flota y plantas de energía nuclear.
