8. Летательные аппараты с ядерной силовой установкой

Программы NEPA, ANP и CAMAL

В октябре 1947 т. отделение технической разведки командования АМС в своем секретном дайджесте "EEI", подготовленном для американских военных атташе в разных странах, инструктировало их, как определить тип двигателей интересующего летательного аппарата. Среди описываемых типов двигателей упоминался и атомный двигатель.
Еще в январском номере американского журнала "Popular Mechanics" за 1941 г. была напечатана статья д-ра 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. Еще через два года эту проблему уже обсуждали американские военные. Следствием обсуждений стало заключение соглашения между ВВС и Комиссией по атомной энергии (АЕС) о начале весной 1946 г. программы NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Целью этой программы было изучение проблем, которые могли бы возникнуть при разработке самолета с ядерной силовой установкой (ЯСУ).

Считалось, что такой самолет мог бы использоваться в качестве стратегического бомбардировщика или разведчика, способного нести боевое дежурство в воздухе без дозаправки в течение нескольких суток. В числе проблем, предназначенных к изучению в рамках программы NEPA, были следующие:

влияние радиации на материалы, которые могли бы использоваться в конструкции самолета и его силовой установки;
влияние продуктов распада на окружающую среду во время эксплуатации и возможных аварийных ситуаций;
защита экипажа от излучения в полете и обслуживающего персонала на земле; выбор места для испытаний самолета с ЯСУ и т.д.

В июле следующего года были сформулированы требования к будущему самолету с ЯСУ: взлетный вес – 136 078 кг, максимальная скорость – 829 км/ч на высоте 10 668 м, полезная нагрузка – 5443 кг. Кроме того, даже при самом неблагоприятном стечении обстоятельств атомный самолет не должен был существенно изменять естественный радиоактивный фон. В рамках программы NEPA был заключен контракт с авиационной корпорацией "Фэрчайлд" ("Fairchild Engine and Airplane Corporation"). Корпорация выполнила исследования, связанные с изучением влияния радиоактивного излучения на свойства конструкционных материалов, с вопросами защиты экипажа и радиоэлектронной аппаратуры от излучения, с вопросами эксплуатации ЯСУ в полете и на земле и пр.

Помимо этого были проведены летные испытания самолета В-29 с размещенной в бомбоотсеке радиоактивной установкой. Однако в результате проведенных исследований выяснилось, 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 г. расходы ВВС на программу NEPA составили около десяти миллионов долларов.

Хотя работы в рамках NEPA шли полным ходом, многие американские физики-ядерщики были против этой программы. Одним из оппонентов программы был, в частности, Роберт Оппенгеймер, возглавлявший в то время Консультативный комитет ЛЕС. Он полагал, что ядерный самолет не должен был создаваться, и предупреждал своих молодых коллег относительно опасности, связанной с этим. Этот конфликт вынудил ЛЕС в 1948 г. запросить мнение о программе NEPA специалистов Массачусетского технологического института. Вскоре состоялась научная конференция с участием исследовательской группы под названием "Lexington Project" и организаций, участвовавших в программе NEPA. В заключительном докладе говорилось, что ядерный самолет может быть создан, 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 были намечены пути, по которым предполагалось вести разработку ЯСУ: на основе ТРД, на основе ПВРД и на основе ракетного двигателя. Отмечалось, что наиболее реальным представляется решение поставленной задачи на основе ТРД с использованием ЯСУ как разомкнутого, так и замкнутого циклов.

27 апреля 1949 г. на совещании представителей ВВС и АЕС было принято решение об отказе от NEPA и принятии новой программы ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). В 1951 г. к работам в рамках конкурсной программы подключили четыре фирмы: "Дженерал Электрик" совместно с "Конвэр" должны были разрабатывать самолет с ЯСУ разомкнутого цикла, а "Пратт и Уитни" совместно с "Локхид" – самолет с ЯСУ замкнутого цикла.

Принцип действия силовой установки, над которой работала "Дженерал Электрик", заключался в следующем. Сжатый в компрессоре воздух подавался в реактор, где он снимал выделившееся в результате ядерной реакции тепло, охлаждая при этом рабочую зону. Затем нагретый до высокой температуры воздух подводился к турбине двигателя, совершая в ней работу, и через реактивное сопло выбрасывался наружу. 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 фирма ориентировалась на разрабатывавшийся в то время ТРД J53. Однако расчеты показали, что суммарный вес ЯСУ должен составить 74 842 кг, из которых 44 000 кг приходилось на долю радиационной защиты реактора и экипажа. Чтобы снизить суммарный вес силовой установки, обратились к серийному двигателю J47 (использовавшемуся в конструкции бомбардировщика В-47), которому в варианте для ЯСУ присвоили обозначение 9.

Исследования по отработке оптимальной конструкции ЯСУ проводились фирмой "Дженерал Электрик" в 1955-1957 гг. на специально созданных экспериментальных установках серии HTRE (Heat Transfer Reactor Experiment). HTRE-1 предназначалась для демонстрации возможности работы ТРД с использованием энергии, выделяемой в реакторе. Она состояла из реактора, защитного экрана, двух двигателей Х-39, системы трубопроводов, систем управления и контроля. На HTRE-2 отрабатывались варианты конструктивного исполнения активной зоны реактора. Установка HTRE-3 фактически была прототипом ЯСУ, предназначенной для летных испытаний. Она развивала достаточно тяги, чтобы теоретически осуществить полет со скоростью 740 км/ч на расстояние 48 280 км.