В 1941-м году в январском номере американского журнала "Популярная механика" появилась статья доктора Р.Лангера об использовании урана-235 в качестве топлива
для транспортных средств. Описывавшаяся в статье конструкция самолета -
летающего крыла с атомной силовой установкой тогда была воспринята читателями и
многими специалистами как научная фантастика. Однако уже через год Энрико Ферми,
один из создателей ядерной физики, обсуждал со своими коллегами по ядерному
проекту "Манхэттен" практические проблемы, связанные с использованием атомной
энергии для осуществления полета самолета.
Спустя два года эту проблему уже обсуждало командование ВВС США. Следствием
этого стало заключение соглашения между ВВС и Комиссией по атомной энергии (АЕС)
о начале весной 1946-го программы МЕРА (ядерная энергия для авиационных силовых
установок). Целью этой программы было изучение проблем, связанных с разработкой
самолета с ядерной силовой установкой (ЯСУ).
Считалось, что такой летательный аппарат мог бы использоваться в качестве
стратегического бомбардировщика или разведчика, способного нести боевое
дежурство в воздухе без дозаправки в течение нескольких суток. В числе проблем,
требовавших решения в первую очередь, были исследования влияния радиации на
конструкционные материалы планера и силовой установки, воздействия продуктов
распада ядерного топлива на окружающую среду во время эксплуатации и возможных
аварийных ситуаций, защиты экипажа от радиоактивного излучения в полете и
обслуживающего персонала на земле, выбора места для испытаний атомного самолета.
Согласно требованиям к будущему самолету с ЯСУ, сформулированных в июле
1947-го, взлетный вес не должен был превышать 136078 кг, максимальная скорость -
829 км/ч (на высоте 10668 м), полезная нагрузка - 5443 кг. Даже при самом
неблагоприятном стечении обстоятельств атомный самолет не должен был существенно
изменять естественный радиоактивный фон.
В рамках программы МЕРА заключили контракт с корпорацией "Фэрчайлд", которая,
в частности, исследовала влияния радиоактивного излучения на конструкционные
материалы, защиту экипажа и радиоэлектронной аппаратуры, вопросы эксплуатации
ЯСУ в полете и на земле. Помимо этого, испытали самолет В-29 с размещенной в
бомбоотсеке радиоактивной установкой.
В итоге сделали вывод, что требуемый объем работ не по плечу фирме "Фэрчайлд".
Работы по проектированию самого самолета и его силовой установки практически не
сдвинулись с места, что и стало причиной прекращения контракта. К концу 1948-го
расходы ВВС на программу NEPA составили около десяти миллионов долларов.
Хотя работы в рамках МЕРА шли полным ходом, многие американские
физики-ядерщики были против этой программы. Одним из ее оппонентов был Роберт
Оппенгеймер, возглавлявший в то время Консультативный комитет АЕС. Он полагал,
что ядерный самолет не нужно создавать и предупреждал своих молодых коллег
относительно опасности, связанной с этим.
Этот конфликт вынудил АЕС в 1948-м запросить мнение о программе МЕРА
специалистов Массачусетского технологического института. Вскоре состоялась
научная конференция с участием исследовательской группы под названием "Lexington
Project" и организаций, участвовавших в программе МЕРА.
В заключительном докладе говорилось, что ядерный самолет можно создать,
несмотря на огромные технические трудности, возникающие при этом. Срок
разработки оценивался приблизительно в 15 лет, а общая стоимость работ - в
миллиард долларов. В докладе также рекомендовалось вести разработку ЯСУ на
основе турбореактивного, прямоточного воздушно-реактивного и ракетного
двигателей. Отмечалось, что наиболее реальным представляется решение
поставленной задачи на основе ТРД с использованием ЯСУ как открытого, так и
закрытого циклов.
В апреле 1949-го по итогам совещания представители ВВС и АЕС решили
отказаться от МЕРА и принять новую программу ANP (авиационный ядерный
движитель). В 1951-м к работам в рамках конкурсной программы подключили четыре
фирмы. "Дженерал Электрик" и "Конвэру" поручили разработку самолета с ЯСУ
открытого цикла, а "Пратт-Уитни" совместно с "Локхид" - самолет с ЯСУ закрытого
цикла.
Принцип действия силовой установки, над которой работала "Дженерал Электрик",
заключался в следующем. Сжатый в компрессоре воздух подавался в реактор, где он
нагревался от ядерного реактора и подводился к турбине двигателя. Основными
достоинствами этой схемы были относительная простота и более короткое требуемое
время разработки. Однако эта же схема имела большой недостаток - вследствие
эрозии стенок воздушных каналов рабочей зоны реактора радиоактивные частицы
выбрасывались в атмосферу.
Первоначально предполагалось взять за основу ТРД J53, над которым работала "Дженерал
Электрик". Однако расчеты показали, что суммарный вес ЯСУ достигнет 74842 кг, из
них 44000 кг приходилось на радиационную защиту реактора и экипажа.
Чтобы облегчить силовую установку, обратились к серийному двигателю J47
(применявшемуся на бомбардировщике В-47), которому в варианте для ЯСУ присвоили
обозначение Х39.
Исследования по отработке оптимальной конструкции ЯСУ проводились "Дженерал
Электрик" в 1955-57 годах на специально созданных экспериментальных установках.
Первая из них предназначалась для демонстрации возможности работы ТРД с
использованием атомной энергии. Она состояла из реактора, защитного экрана, двух
двигателей X-39, трубопроводов, систем управления и контроля. На второй -
отрабатывались варианты конструктивного исполнения активной зоны реактора. Еще
одна установка фактически стала прототипом ЯСУ, предназначенного для летных
испытаний. Она развивала тягу, достаточную для полета со скоростью 740 км/ч на
расстояние 48280 км. Однако уровни излучения были очень велики - в одном
испытании произошел сбой в системе управления реактором, что привело к
радиоактивному выбросу в атмосферу и заражению окружающей территории.
Фирма "Конвэр" разрабатывала в рамках программы ANP сверхзвуковой самолет
(рассматривались схемы "бесхвостка" и "утка") под обозначением Х-6. Самолет
должен был иметь взлетный вес до 75 т, а прототипом для него выбрали
бомбардировщик В-58, совершивший первый полет в июне 1954-го. Взлет и посадку
Х-6 должен был осуществлять с использованием ТРД, работавших на обычном
химическом топливе, на крейсерском режиме в работу вступала ядерная силовая
установка.
ЯСУ состояла из реактора в хвостовой части фюзеляжа и четырех двигателей Х39.
Разные варианты проекта предусматривали установку двигателей под или над
фюзеляжем в районе реакторного отсека. ТРД, работавшие на химическом топливе,
располагались на пилонах под законцовками крыла.
В носовой части фюзеляжа размещалась кабина экипажа.
Поскольку вес необходимой радиационной защиты реактора превышал расчетную
грузоподъемность будущего самолета (с компромиссным вариантом радиационной
защиты - так называемой "теневой" или разделенной), ее толщина радиационной
защиты сводилась к минимуму и позволяла вписать реактор в обводы фюзеляжа.
Кабину экипажа предполагалось заключить в экранированную капсулу, а за ней
предусмотрели дополнительную защитную панель с водным раствором изотопа бора,
хорошо поглощающего нейтроны.
Проблему радиационной защиты наземного персонала после приземления атомного
самолета намеривались решить следующим образом. Приземлившийся самолет с
заглушенным реактором отбуксировали на специальную площадку. Здесь ЯСУ снималась
с самолета и опускалась в глубокую шахту и размещалась в помещении,
оборудованном радиационной защитой.
Первые испытательные полеты X-6 планировались на 1956-й.
Концепцию "теневой" защиты необходимо было опробовать в летных условиях. Для
этого лучше всего подходил самый тяжелый в то время бомбардировщик ВВС США
В-36Н, допускавший взлет с весом 186 т и способный нести бомбовую нагрузку в 39
т. В мае 1953-го для переоборудования выбрали машину с бортовым №15712,
ожидавшую ремонта после полученных в сентябре 1952-го повреждений от тайфуна,
обрушившегося на авиабазу Карсвелл.
В задней части бомбоотсека летающей лаборатории разместили испытываемый
реактор мощностью 1 МВт диаметром 1,2 м и весом 16 т, работавший на быстрых
нейтронах. В качестве ядерного топлива использовалась двуокись урана. Реактор
включался в полете и охлаждался атмосферным воздухом, поступавшим за счет
скоростного напора через специально сделанные в борту самолета воздухозаборники.
Нагретый воздух через выхлопные патрубки выбрасывался наружу.
Защитная капсула весом 12 т с кабиной экипажа располагалась в носовой части
фюзеляжа. Стенки капсулы изготовили из свинца и резины, а остекление кабины - из
свинцового стекла толщиной 25-30 см. Сзади кабины экипажа находился защитный
экран из стали и свинца диаметром 2 м и толщиной 10 см.
Во время полета за работой реактора велось наблюдение из кабины при помощи
внутренней телевизионной сети. После полета реактор снимался и хранился в
подземном боксе испытательного полигона фирмы "Конвэр" в штате Техас.
Модернизированный самолет получил обозначение NB-36H. Впервые он поднялся в
воздух 17 сентября 1955-го. Все испытательные полеты выполнялись над
малонаселенными районами Техаса и Нью Мексике. NB-36Н всегда сопровождал
десантно-транспортный самолет со взводом вооруженных морских пехотинцев, готовых
в любую минуту десантироваться в случае аварии NB-36H и взять его под охрану.
Осенью 1956-го самолет переименовали в NB-36H. Последний раз он взлетел в
конце марта 1957-го, выполнив за время испытаний 47 полетов. К счастью,
испытательная программа закончилась без аварий и NB-36Н в конечном счете вывели
из эксплуатации в конце 1957-го.
Фирма "Пратт-Уитни" работала над ЯСУ закрытого цикла. Существенным
достоинством этой схемы являлось отсутствие выбросов радиоактивных продуктов из
двигателей. Это достигалось за счет использования дополнительного замкнутого
водяного контура, снимающего тепло с реактора. В первичном контуре охлаждения
реактора имелась паровая турбина мощностью 49000 л.с., вращавшая вентилятор
диаметром 3,05 м, установленный во вторичном открытом контуре. Атмосферный
воздух, нагнетаемый вентилятором, попадал в конденсатор турбины, нагревался там
и выходил через реактивное сопло двигателя.
Однако вскоре стало ясно, что эффективность вентиляторного двигателя
невысока, а в весовом отношении он очень тяжел. Поэтому в 1953-м построили и
испытали второй вариант ЯСУ с одним реактором и шестью ТРД J91 тягой по 11340
кгс. В закрытом первичном контуре реактора в качестве теплоносителя применялся
жидкий натрий, который через теплообменник передавал тепло воздуху вторичного
разомкнутого контура. Это почти на 20 т облегчило сам реактор и его защиту.
Однако недостатками двухконтурной схемы оставались сложность конструкции
промежуточного теплообменника и большой вес трубопроводов с жидкометаллическим
теплоносителем.
экспериментальные
NB-36H (X-6)
ЛТХ
Крылья
Родины 2002-04. Михаил Козырев, Вячеслав Козырев. "Ядерное" сердце из Америки
Уголок неба. 2019
