Kinh nghiệm thu được trong những năm 50-70 của thế kỷ XX sẽ vẫn hữu ích trong thế kỷ XXI
Có vẻ kỳ lạ khi năng lượng hạt nhân, vốn bám chắc trong lòng đất, trong thủy quyển và thậm chí trong không gian, lại không bén rễ trong không khí. Đây là trường hợp khi những cân nhắc về an toàn rõ ràng (mặc dù không chỉ chúng) vượt trội hơn những lợi ích rõ ràng về kỹ thuật và vận hành từ việc đưa vào sử dụng các nhà máy điện hạt nhân (NPS) trong ngành hàng không.
Trong khi đó, khả năng xảy ra hậu quả nghiêm trọng của sự cố với những chiếc máy bay này, với điều kiện chúng hoàn hảo, khó có thể được coi là cao hơn so với các hệ thống vũ trụ sử dụng nhà máy điện hạt nhân (NPP). Và để khách quan, cần nhắc lại: vụ tai nạn vệ tinh trái đất nhân tạo Kosmos-954 loại US-A của Liên Xô, xảy ra vào năm 1978 khi các mảnh vỡ của nó rơi xuống lãnh thổ Canada, xảy ra vào năm 1978., đã không dẫn đến việc cắt giảm hệ thống chỉ định mục tiêu và trinh sát không gian hàng hải. (MKRTs) "Huyền thoại", thành phần của nó là các thiết bị US-A (17F16-K).
Mặt khác, điều kiện hoạt động của nhà máy điện hạt nhân hàng không được thiết kế để tạo ra lực đẩy bằng cách sinh nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân cung cấp cho không khí trong động cơ tuabin khí hoàn toàn khác với điều kiện vận hành của nhà máy điện hạt nhân vệ tinh là máy phát nhiệt điện. Ngày nay, hai sơ đồ hệ thống điều khiển hạt nhân hàng không đã được đề xuất - một loại mở và một loại đóng. Sơ đồ kiểu mở cung cấp cho máy nén làm nóng không khí nén trực tiếp trong các kênh của lò phản ứng với dòng chảy tiếp theo của nó qua vòi phun tia, và kiểu kín cung cấp để làm nóng không khí bằng bộ trao đổi nhiệt, trong một vòng kín trong đó chất làm mát lưu thông. Mạch kín có thể là một hoặc hai mạch, và từ quan điểm đảm bảo an toàn vận hành, tùy chọn thứ hai có vẻ thích hợp nhất, vì khối cuộn kháng với mạch thứ nhất có thể được đặt trong một lớp vỏ chống va đập bảo vệ, độ kín trong đó ngăn ngừa hậu quả thảm khốc trong trường hợp máy bay gặp sự cố.
Trong hệ thống hạt nhân hàng không kiểu kín, có thể sử dụng lò phản ứng nước có điều áp và lò phản ứng nơtron nhanh. Khi thực hiện sơ đồ hai mạch với lò phản ứng "nhanh" trong mạch đầu tiên của NPS, cả kim loại kiềm lỏng (natri, liti) và khí trơ (heli) sẽ được sử dụng làm chất làm mát và trong thứ hai, kiềm kim loại (natri lỏng, natri eutectic nóng chảy, v.v.) kali).
TRONG KHÔNG KHÍ - REACTOR
Ý tưởng sử dụng năng lượng hạt nhân trong ngành hàng không được đưa ra vào năm 1942 bởi một trong những người đứng đầu Dự án Manhattan, Enrico Fermi. Bà bắt đầu quan tâm đến việc chỉ huy Lực lượng Không quân Hoa Kỳ, và vào năm 1946, người Mỹ bắt tay vào dự án NEPA (Năng lượng hạt nhân cho sức đẩy của máy bay), được thiết kế để xác định khả năng chế tạo máy bay ném bom và máy bay trinh sát tầm không giới hạn.
Trước hết, cần tiến hành nghiên cứu liên quan đến việc bảo vệ chống bức xạ của phi hành đoàn và nhân viên phục vụ mặt đất, đồng thời đưa ra đánh giá tình huống-xác suất về các tai nạn có thể xảy ra. Để đẩy nhanh tiến độ công việc, dự án NEPA năm 1951 đã được Không quân Hoa Kỳ mở rộng thành chương trình mục tiêu ANP (Động cơ đẩy hạt nhân máy bay). Trong khuôn khổ của nó, công ty General Electric đã phát triển một mạch mở và công ty Pratt-Whitney đã phát triển một mạch YSU kín.
Để thử nghiệm lò phản ứng hạt nhân hàng không trong tương lai (chỉ trong phương thức phóng vật lý) và bảo vệ sinh học, máy bay ném bom chiến lược B-36H Peacemaker nối tiếp của công ty Convair được thiết kế với sáu piston và bốn động cơ tuốc bin phản lực. Nó không phải là máy bay hạt nhân, mà chỉ là một phòng thí nghiệm bay, nơi thử nghiệm lò phản ứng, nhưng được đặt tên là NB-36H - Nuclear Bomber ("Máy bay ném bom nguyên tử"). Buồng lái được chuyển đổi thành một viên chì và cao su với một tấm chắn bằng thép và chì bổ sung. Để bảo vệ khỏi bức xạ neutron, các tấm đặc biệt chứa đầy nước đã được lắp vào thân máy bay.
Nguyên mẫu lò phản ứng máy bay ARE (Thí nghiệm lò phản ứng máy bay), được tạo ra vào năm 1954 bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, đã trở thành lò phản ứng hạt nhân đồng nhất đầu tiên trên thế giới với công suất 2,5 MW sử dụng nhiên liệu từ muối nóng chảy - natri florua và zirconium và uranium tetrafluorides.
Ưu điểm của loại lò phản ứng này nằm ở chỗ không thể xảy ra tai nạn với sự phá hủy lõi và bản thân hỗn hợp muối nhiên liệu, trong trường hợp của một NSU hàng không kiểu kín, sẽ hoạt động như một chất làm mát chính. Khi một muối nóng chảy được sử dụng làm chất làm mát, ví dụ, so với natri lỏng, nhiệt dung của muối nóng chảy càng cao cho phép sử dụng các máy bơm tuần hoàn có kích thước nhỏ và được hưởng lợi từ việc giảm mức tiêu thụ kim loại của thiết kế của toàn bộ nhà máy lò phản ứng, và hệ số dẫn nhiệt thấp lẽ ra phải đảm bảo sự ổn định của động cơ máy bay hạt nhân chống lại những bước nhảy nhiệt độ đột ngột trong mạch đầu tiên.
Trên cơ sở lò phản ứng ARE, người Mỹ đã phát triển một thử nghiệm hàng không YSU HTRE (Thử nghiệm lò phản ứng truyền nhiệt). Không cần làm gì thêm, General Dynamics đã thiết kế động cơ hạt nhân của máy bay X-39 dựa trên động cơ phản lực J47 nối tiếp cho máy bay ném bom chiến lược B-36 và B-47 “Stratojet” - thay vì buồng đốt, lõi lò phản ứng được đặt trong đó.
Convair dự định cung cấp X-39 cho X-6 - có lẽ nguyên mẫu của nó sẽ là máy bay ném bom chiến lược siêu thanh B-58 Hustler, thực hiện chuyến bay đầu tiên vào năm 1956. Ngoài ra, phiên bản nguyên tử của máy bay ném bom cận âm có kinh nghiệm của cùng một công ty YB-60 cũng được xem xét. Tuy nhiên, người Mỹ đã từ bỏ hệ thống điều khiển hạt nhân hàng không mạch hở, vì cho rằng sự xói mòn thành ống dẫn khí của lõi lò phản ứng X-39 sẽ dẫn đến việc máy bay sẽ để lại vệt phóng xạ, gây ô nhiễm môi trường..
Hy vọng thành công đã được hứa hẹn bởi nhà máy điện hạt nhân kiểu kín an toàn bức xạ hơn của công ty Pratt-Whitney, với sự ra đời của General Dynamics. Đối với những động cơ này, công ty "Convair" đã bắt đầu chế tạo máy bay thử nghiệm NX-2. Cả hai phiên bản động cơ phản lực và động cơ phản lực cánh quạt của máy bay ném bom hạt nhân có nhà máy điện hạt nhân loại này đang được nghiên cứu.
Tuy nhiên, việc áp dụng tên lửa đạn đạo xuyên lục địa Atlas vào năm 1959, có khả năng tấn công các mục tiêu ở Liên Xô từ lục địa Hoa Kỳ, đã vô hiệu hóa chương trình ANP, đặc biệt vì các mẫu sản xuất máy bay nguyên tử hầu như không xuất hiện trước năm 1970. Kết quả là vào tháng 3 năm 1961, mọi công việc trong lĩnh vực này ở Hoa Kỳ đã bị dừng lại theo quyết định cá nhân của Tổng thống John F. Kennedy, và một chiếc máy bay nguyên tử thực sự không bao giờ được chế tạo.
Mẫu bay của lò phản ứng máy bay ASTR (Lò phản ứng thử nghiệm lá chắn máy bay), nằm trong khoang chứa bom của phòng thí nghiệm bay NB-36H, là một lò phản ứng neutron nhanh 1 MW không kết nối với động cơ và hoạt động bằng uranium dioxide và được làm mát bằng một luồng không khí được đưa qua các cửa hút gió đặc biệt. Từ tháng 9 năm 1955 đến tháng 3 năm 1957, chiếc NB-36H đã thực hiện 47 chuyến bay với ASTR trên các khu vực không có người ở của các bang New Mexico và Texas, sau đó chiếc xe không bao giờ được đưa lên trời.
Cần lưu ý rằng Không quân Hoa Kỳ cũng đã giải quyết vấn đề động cơ hạt nhân cho tên lửa hành trình hoặc như thông lệ cho đến những năm 1960, đối với máy bay phóng đạn. Là một phần của dự án Pluto, Phòng thí nghiệm Livermore đã tạo ra hai mẫu động cơ phản lực hạt nhân Tory, được lên kế hoạch lắp đặt trên tên lửa hành trình siêu thanh SLAM. Nguyên tắc "đốt nóng nguyên tử" không khí bằng cách đi qua lõi lò phản ứng ở đây giống như trong các động cơ tuabin khí hạt nhân kiểu hở, chỉ có một điểm khác biệt: động cơ ramjet thiếu máy nén và tuabin. Tories, được thử nghiệm thành công trên mặt đất vào năm 1961-1964, là nhà máy điện hạt nhân đầu tiên và duy nhất đang hoạt động trong lĩnh vực hàng không (chính xác hơn là tên lửa và hàng không). Nhưng dự án này cũng đã bị đóng cửa vì vô vọng trước những thành công trong việc chế tạo tên lửa đạn đạo.
Bắt kịp và vượt qua
Tất nhiên, ý tưởng sử dụng năng lượng hạt nhân trong hàng không, độc lập với người Mỹ, cũng đã phát triển ở Liên Xô. Thực ra, ở phương Tây, không phải không có lý do, họ nghi ngờ rằng công việc như vậy đang được thực hiện ở Liên Xô, nhưng với việc tiết lộ sự thật đầu tiên về họ, họ đã rơi vào tình trạng lộn xộn. Ngày 1 tháng 12 năm 1958, Tuần san Hàng không đưa tin: Liên Xô đang chế tạo một máy bay ném bom chiến lược với động cơ hạt nhân, điều này đã gây ra sự phấn khích đáng kể ở Mỹ và thậm chí giúp duy trì sự quan tâm đến chương trình ANP, vốn đã bắt đầu mất dần đi. Tuy nhiên, trong các bức vẽ kèm theo bài báo, họa sĩ biên tập đã mô tả khá chính xác chiếc máy bay M-50 của phòng thiết kế thử nghiệm VM Myasishchev, thực tế đang được phát triển vào thời điểm đó, với ngoại hình hoàn toàn "tương lai", có động cơ phản lực thông thường.. Nhân tiện, người ta không biết liệu ấn phẩm này có được theo sau bởi một cuộc "thách thức" trong KGB của Liên Xô hay không: công việc trên M-50 diễn ra trong bầu không khí được giữ bí mật nghiêm ngặt nhất, chiếc máy bay ném bom đã thực hiện chuyến bay đầu tiên muộn hơn được báo chí phương Tây nhắc đến vào tháng 10 năm 1959, và chiếc xe chỉ được giới thiệu trước công chúng vào tháng 7 năm 1961 tại cuộc duyệt binh trên không ở Tushino.
Đối với báo chí Liên Xô, lần đầu tiên về chiếc máy bay nguyên tử được tạp chí “Kỹ thuật học - Tuổi trẻ” đăng lại số 8 năm 1955: “Năng lượng nguyên tử ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong công nghiệp, năng lượng, nông nghiệp và thuốc. Nhưng thời gian không xa khi nó sẽ được sử dụng trong ngành hàng không. Từ các sân bay, những cỗ máy khổng lồ sẽ dễ dàng bay lên không trung. Máy bay hạt nhân sẽ có thể bay gần như bao lâu tùy thích mà không cần chìm xuống đất trong nhiều tháng, thực hiện hàng chục chuyến bay vòng quanh thế giới không ngừng nghỉ với tốc độ siêu thanh. " Tạp chí, ám chỉ mục đích quân sự của phương tiện này (máy bay dân dụng không cần phải bay trên bầu trời "miễn là bạn thích"), tuy nhiên, đã trình bày một sơ đồ giả định về một máy bay chở hàng-hành khách với một nhà máy điện hạt nhân kiểu hở..
Tuy nhiên, không chỉ riêng tập thể Myasishchevsky, đã thực sự xử lý máy bay với các nhà máy điện hạt nhân. Mặc dù các nhà vật lý Liên Xô đã nghiên cứu khả năng tạo ra chúng từ cuối những năm 40, nhưng công việc thực tế theo hướng này ở Liên Xô bắt đầu muộn hơn nhiều so với ở Mỹ, và sự khởi đầu được đặt ra bởi sắc lệnh của Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô số 1561-868 ngày 12 tháng 8 năm 1955. Theo ông, OKB-23 V. M. Myasishchev và OKB-156 A. N. Tupolev, cũng như động cơ máy bay OKB-165 A. M. Lyulka và OKB-276 N. D. Kuznetsov được giao nhiệm vụ phát triển máy bay ném bom chiến lược nguyên tử.
Lò phản ứng hạt nhân trên máy bay được thiết kế dưới sự giám sát của các Viện sĩ I. V. Kurchatov và A. P. Aleksandrov. Mục tiêu của người Mỹ cũng giống như của người Mỹ: có được một chiếc ô tô đã cất cánh từ lãnh thổ của đất nước, có thể tấn công các mục tiêu ở bất cứ đâu trên thế giới (tất nhiên, trước hết là ở Hoa Kỳ).
Một đặc điểm của chương trình hàng không nguyên tử của Liên Xô là nó vẫn tiếp tục ngay cả khi chủ đề này đã bị lãng quên ở Hoa Kỳ.
Trong quá trình tạo ra hệ thống điều khiển hạt nhân, các sơ đồ mạch điện đóng và mở đã được phân tích kỹ lưỡng. Vì vậy, theo sơ đồ kiểu mở, nhận được mã "B", Phòng thiết kế Lyulka đã phát triển hai loại động cơ phản lực-nguyên tử - hướng trục, với trục máy nén khí đi qua một lò phản ứng hình khuyên, và "cánh tay máy bay" - với một trục bên ngoài lò phản ứng, nằm trong một đường dẫn dòng chảy cong. Đến lượt mình, Phòng thiết kế Kuznetsov đã làm việc trên các động cơ theo sơ đồ "A" khép kín.
Phòng thiết kế Myasishchev ngay lập tức bắt tay vào giải quyết nhiệm vụ khó khăn nhất - thiết kế máy bay ném bom hạng nặng tốc độ siêu cao nguyên tử. Ngay cả ngày nay, nhìn vào sơ đồ của những chiếc xe tương lai được tạo ra vào cuối những năm 50, người ta chắc chắn có thể thấy những nét đặc trưng của thẩm mỹ kỹ thuật của thế kỷ 21! Đó là các dự án chế tạo máy bay "60", "60M" (thủy phi cơ hạt nhân), "62" cho động cơ Lyulkovsk của đề án "B", cũng như "30" - đã thuộc động cơ của Kuznetsov. Các đặc điểm dự kiến của máy bay ném bom "30" rất ấn tượng: tốc độ tối đa - 3600 km / h, tốc độ hành trình - 3000 km / h.
Tuy nhiên, vấn đề đã không đi đến thiết kế chi tiết của máy bay hạt nhân Myasishchev do việc thanh lý OKB-23 với khả năng hoạt động độc lập và đưa nó vào tên lửa và vũ trụ OKB-52 của V. N. Chelomey.
Ở giai đoạn đầu tiên tham gia chương trình, nhóm Tupolev đã tạo ra một phòng thí nghiệm bay có mục đích tương tự như NB-36H của Mỹ với một lò phản ứng trên khoang. Được đặt tên là Tu-95LAL, nó được chế tạo trên cơ sở máy bay ném bom chiến lược hạng nặng Tu-95M. Lò phản ứng của chúng tôi, giống như lò của Mỹ, không được kết hợp với các động cơ của máy bay trên tàu sân bay. Sự khác biệt cơ bản giữa lò phản ứng máy bay của Liên Xô và của Mỹ là nó được làm mát bằng nước, với công suất thấp hơn nhiều (100 kW).
Lò phản ứng trong nước được làm mát bằng nước của mạch sơ cấp, đến lượt nó tỏa nhiệt cho nước của mạch thứ cấp, được làm mát bằng dòng không khí chạy qua cửa nạp khí. Đây là cách vẽ sơ đồ của động cơ phản lực cánh quạt nguyên tử NK-14A Kuznetsov.
Phòng thí nghiệm hạt nhân bay Tu-95LAL trong giai đoạn 1961-1962 đã nâng lò phản ứng lên không trung 36 lần cả khi đang hoạt động và ở trạng thái "lạnh" nhằm nghiên cứu hiệu quả của hệ thống bảo vệ sinh học và ảnh hưởng của bức xạ đối với hệ thống máy bay.. Tuy nhiên, theo kết quả thử nghiệm, Chủ tịch Ủy ban Nhà nước về Công nghệ Hàng không P. V. Dementyev đã lưu ý trong công văn gửi lãnh đạo đất nước vào tháng 2 năm 1962: với YSU được phát triển trong OKB-301 SA Lavochkin. - K. Ch.), vì công việc nghiên cứu được thực hiện không đủ cho việc phát triển các nguyên mẫu thiết bị quân sự, công việc này phải được tiếp tục."
Để phát triển dự trữ thiết kế của OKB-156, Phòng thiết kế Tupolev đã phát triển trên cơ sở máy bay ném bom Tu-95 một dự án chế tạo máy bay Tu-119 thử nghiệm với động cơ phản lực cánh quạt nguyên tử NK-14A. Vì nhiệm vụ chế tạo máy bay ném bom tầm cực xa với sự xuất hiện của tên lửa đạn đạo xuyên lục địa và tên lửa đạn đạo trên biển (trên tàu ngầm) ở Liên Xô đã không còn phù hợp, nên Tupolev coi Tu-119 là một mẫu máy bay chuyển tiếp trên cách chế tạo máy bay chống ngầm hạt nhân dựa trên máy bay chở khách tầm xa Tu-114, cũng "lớn lên" từ Tu-95. Mục tiêu này khá phù hợp với lo ngại của giới lãnh đạo Liên Xô về việc người Mỹ triển khai hệ thống tên lửa hạt nhân phóng từ tàu ngầm với các ICBM Polaris và sau đó là Poseidon vào những năm 1960.
Tuy nhiên, dự án về một chiếc máy bay như vậy đã không được thực hiện. Vẫn còn ở giai đoạn thiết kế và kế hoạch tạo ra một họ máy bay ném bom siêu thanh Tupolev với YSU với tên mã Tu-120, giống như máy bay săn nguyên tử dành cho tàu ngầm, đã được lên kế hoạch thử nghiệm vào những năm 70 …
Tuy nhiên, Điện Kremlin thích ý tưởng cung cấp cho lực lượng hàng không hải quân một máy bay chống tàu ngầm với phạm vi bay không giới hạn để chống lại các tàu ngầm hạt nhân của NATO ở bất kỳ khu vực nào trên đại dương. Hơn nữa, cỗ máy này được cho là có thể mang theo càng nhiều càng tốt các loại vũ khí chống tàu ngầm - tên lửa, ngư lôi, điện tích độ sâu (bao gồm hạt nhân) và phao sonar. Đó là lý do tại sao sự lựa chọn rơi vào chiếc máy bay vận tải quân sự hạng nặng An-22 "Antey" với sức chở 60 tấn - máy bay động cơ phản lực cánh quạt thân rộng lớn nhất thế giới. Máy bay tương lai An-22PLO được lên kế hoạch trang bị 4 động cơ phản lực cánh quạt nguyên tử NK-14A thay vì NK-12MA tiêu chuẩn.
Chương trình tạo ra một cỗ máy có cánh chưa từng được biết đến như vậy có tên mã là "Aist", và lò phản ứng cho NK-14A được phát triển dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ A. P. Aleksandrov. Năm 1972, các cuộc thử nghiệm của lò phản ứng bắt đầu trên khoang của phòng thí nghiệm bay An-22 (tổng cộng 23 chuyến bay), và một kết luận được đưa ra về độ an toàn của nó trong hoạt động bình thường. Và trong trường hợp xảy ra tai nạn nghiêm trọng, người ta dự tính sẽ tách bộ phận lò phản ứng và mạch sơ cấp ra khỏi máy bay đang rơi bằng cách hạ cánh mềm bằng dù.
Nhìn chung, lò phản ứng hàng không “Aist” đã trở thành thành tựu hoàn hảo nhất của khoa học kỹ thuật hạt nhân trong lĩnh vực ứng dụng của nó.
Xét rằng trên cơ sở máy bay An-22, người ta cũng đã lên kế hoạch tạo ra hệ thống tên lửa hàng không chiến lược xuyên lục địa An-22R với tên lửa đạn đạo phóng từ tàu ngầm R-27, rõ ràng là một tàu sân bay như vậy có thể nhận được tiềm năng mạnh mẽ nào nếu có. chuyển sang “lực đẩy nguyên tử” »Với động cơ NK-14A! Và mặc dù mọi thứ không đến với việc thực hiện cả dự án An-22PLO và dự án An-22R, nhưng phải nói rằng nước ta vẫn chưa vượt qua Hoa Kỳ trong lĩnh vực chế tạo nhà máy điện hạt nhân hàng không.
Không nghi ngờ gì rằng trải nghiệm này, mặc dù có tính kỳ lạ, vẫn có thể hữu ích, nhưng ở mức chất lượng triển khai cao hơn.
Việc phát triển các hệ thống máy bay tấn công và trinh sát tầm cực xa không người lái có thể sẽ đi theo con đường sử dụng các hệ thống hạt nhân trên chúng - những giả định như vậy đã được đưa ra ở nước ngoài.
Các nhà khoa học cũng dự đoán rằng vào cuối thế kỷ này, hàng triệu hành khách có khả năng được vận chuyển bằng máy bay chở khách chạy bằng năng lượng hạt nhân. Ngoài những lợi ích kinh tế rõ ràng liên quan đến việc thay thế dầu hỏa hàng không bằng nhiên liệu hạt nhân, chúng ta đang nói về sự giảm mạnh đóng góp của ngành hàng không, với việc chuyển đổi sang hệ thống điện hạt nhân, sẽ không còn làm “giàu” bầu khí quyển bằng carbon dioxide, dẫn đến hiệu ứng nhà kính toàn cầu.
Theo ý kiến của tác giả, các hệ thống hạt nhân hàng không sẽ hoàn toàn phù hợp với các tổ hợp vận tải-hàng không thương mại trong tương lai dựa trên máy bay chở hàng siêu trường siêu trọng: chẳng hạn, chiếc “phà hàng không” khổng lồ M-90 có sức chở 400 tấn, do các nhà thiết kế của nhà máy chế tạo máy thử nghiệm mang tên VM Myasishchev đề xuất.
Tất nhiên, có những vấn đề trong việc thay đổi dư luận ủng hộ hàng không dân dụng hạt nhân. Các vấn đề nghiêm trọng liên quan đến đảm bảo an ninh hạt nhân và chống khủng bố cũng sẽ phải được giải quyết (nhân đây, các chuyên gia đề cập đến giải pháp trong nước với việc "bắn" dù vào lò phản ứng trong trường hợp khẩn cấp). Nhưng con đường, được đánh bại hơn nửa thế kỷ trước, sẽ được làm chủ bởi người đi bộ.
