Die in den 50-70er Jahren des XX. Jahrhunderts gesammelten Erfahrungen werden auch im XXI. Jahrhundert von Nutzen sein
Es mag seltsam erscheinen, dass die Kernkraft, die fest in der Erde, in der Hydrosphäre und sogar im Weltraum verwurzelt ist, nicht in der Luft Wurzeln geschlagen hat. Dies ist der Fall, wenn offensichtliche Sicherheitserwägungen (aber nicht nur diese) die offensichtlichen technischen und betrieblichen Vorteile der Einführung von Kernkraftwerken (NPS) in der Luftfahrt überwogen.
Inzwischen ist die Wahrscheinlichkeit schwerwiegender Folgen von Störfällen mit solchen Flugzeugen, sofern sie perfekt sind, im Vergleich zu Weltraumsystemen mit Kernkraftwerken (KKW) kaum höher einzuschätzen. Und aus Gründen der Objektivität sei daran erinnert: der Unfall des sowjetischen künstlichen Erdsatelliten Kosmos-954 vom Typ US-A, der 1978 mit dem Fall seiner Fragmente in das Territorium Kanadas geschah, der 1978 stattfand, führte nicht zur Einschränkung des maritimen Weltraumaufklärungs- und Zielbestimmungssystems (MKRTs) "Legend", dessen Element die US-A (17F16-K)-Geräte waren.
Andererseits unterscheiden sich die Betriebsbedingungen eines Kernkraftwerks für die Luftfahrt, das zur Erzeugung von Schub durch Erzeugung von Wärme in einem Kernreaktor der Luft in einem Gasturbinentriebwerk zugeführt wird, vollständig von denen von Satellitenkernkraftwerken, bei denen es sich um thermoelektrische Generatoren handelt. Heute wurden zwei schematische Diagramme eines nuklearen Kontrollsystems für die Luftfahrt vorgeschlagen - ein offener und ein geschlossener Typ. Das offene Schema sieht die Erwärmung der Druckluft durch den Kompressor direkt in den Reaktorkanälen mit anschließendem Ausströmen durch die Strahldüse vor, und das geschlossene Schema sieht die Erwärmung der Luft mit einem Wärmetauscher vor, in dessen geschlossenem Kreislauf das Kühlmittel zirkuliert. Der geschlossene Kreislauf kann ein- oder zweikreisig sein, und im Hinblick auf die Gewährleistung der Betriebssicherheit erscheint die zweite Option am bevorzugtesten, da der Reaktorblock mit dem ersten Kreislauf in einer stoßfesten Schutzhülle untergebracht werden kann, die Dichtigkeit davon katastrophale Folgen bei Flugzeugunfällen verhindert.
In geschlossenen Nuklearsystemen für die Luftfahrt können Druckwasserreaktoren und Reaktoren für schnelle Neutronen verwendet werden. Bei der Umsetzung eines Zweikreis-Schemas mit einem "schnellen" Reaktor im ersten Kreislauf des NPS würden als Kühlmittel sowohl flüssige Alkalimetalle (Natrium, Lithium) als auch ein Inertgas (Helium) verwendet, im zweiten Alkali Metalle (flüssiges Natrium, eutektische Natriumschmelze usw.) Kalium).
IN LUFT - REAKTOR
Die Idee, Kernenergie in der Luftfahrt zu nutzen, wurde 1942 von einem der Leiter des Manhattan-Projekts, Enrico Fermi, vorgebracht. Sie interessierte sich für das Kommando der US Air Force, und 1946 starteten die Amerikaner das NEPA-Projekt (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft), um die Möglichkeiten zur Entwicklung eines Bombers und Aufklärungsflugzeugs mit unbegrenzter Reichweite zu ermitteln.
Zunächst galt es, Untersuchungen zum Strahlenschutz der Besatzung und des Bodenpersonals durchzuführen und eine probabilistisch-situative Einschätzung möglicher Unfälle zu geben. Um die Arbeiten zu beschleunigen, wurde das NEPA-Projekt 1951 von der US Air Force auf das Zielprogramm ANP (Aircraft Nuclear Propulsion) erweitert. In seinem Rahmen entwickelte das Unternehmen General Electric einen offenen Stromkreis und das Unternehmen Pratt-Whitney einen geschlossenen YSU-Stromkreis.
Für die Erprobung des zukünftigen Kernreaktors für die Luftfahrt (ausschließlich im Modus des physischen Starts) und des biologischen Schutzes war der strategische Bomber B-36H Peacemaker der Firma Convair mit sechs Kolben- und vier Turbojet-Triebwerken vorgesehen. Es war kein Atomflugzeug, sondern nur ein fliegendes Labor, in dem der Reaktor getestet werden sollte, aber als NB-36H - Nuclear Bomber ("Atombomber") bezeichnet wurde. Das Cockpit wurde in eine Blei- und Gummikapsel mit einem zusätzlichen Stahl- und Bleischild verwandelt. Zum Schutz vor Neutronenstrahlung wurden spezielle mit Wasser gefüllte Paneele in den Rumpf eingesetzt.
Der Prototyp des Flugzeugreaktors ARE (Aircraft Reactor Experiment), der 1954 vom Oak Ridge National Laboratory erstellt wurde, wurde der weltweit erste homogene Kernreaktor mit einer Leistung von 2,5 MW mit Brennstoff aus einer Salzschmelze - Natriumfluorid und Zirkonium- und Urantetrafluoriden.
Der Vorteil dieser Art von Reaktoren liegt in der grundsätzlichen Unmöglichkeit eines Unfalls mit Zerstörung des Kerns und das Brennsalzgemisch selbst würde bei einer geschlossenen Luftfahrt-NSU als Primärkühlmittel wirken. Bei Verwendung einer Salzschmelze als Kühlmittel ermöglicht die im Vergleich zum Beispiel mit flüssigem Natrium höhere Wärmekapazität der Salzschmelze den Einsatz von Umwälzpumpen kleiner Abmessungen und profitiert von einem geringeren Metallverbrauch der Auslegung der Reaktoranlage insgesamt und die geringe Wärmeleitfähigkeit sollte die Stabilität des nuklearen Flugtriebwerks gegen plötzliche Temperatursprünge im ersten Kreislauf gewährleistet haben.
Auf Basis des ARE-Reaktors haben die Amerikaner ein experimentelles Fluggerät YSU HTRE (Heat Transfer Reactor Experiment) entwickelt. Kurzerhand entwarf General Dynamics das X-39-Flugzeug-Atomtriebwerk auf Basis des seriellen J47-Turbojet-Triebwerks für die strategischen Bomber B-36 und B-47 „Stratojet“- anstelle einer Brennkammer wurde der Reaktorkern darin platziert.
Convair beabsichtigte, die X-39 an die X-6 zu liefern - vielleicht wäre ihr Prototyp der strategische Überschallbomber B-58 Hustler, der 1956 seinen Jungfernflug absolvierte. Darüber hinaus wurde auch die Atomversion eines erfahrenen Unterschallbombers derselben YB-60-Firma in Betracht gezogen. Die Amerikaner haben jedoch das nukleare Kontrollsystem mit offenem Kreislauf für die Luftfahrt aufgegeben, da die Erosion der Wände der Luftkanäle des X-39-Reaktorkerns dazu führen wird, dass das Flugzeug eine radioaktive Spur hinterlässt, die die Umwelt verschmutzt.
Die Hoffnung auf Erfolg versprach das strahlungssicherere geschlossene Kernkraftwerk der Firma Pratt-Whitney, an dessen Entstehung auch General Dynamics beteiligt war. Für diese Triebwerke begann die Firma "Convair" mit dem Bau des Versuchsflugzeugs NX-2. Es wurden sowohl Turbojet- als auch Turboprop-Versionen von Atombombern mit Kernkraftwerken dieses Typs ausgearbeitet.
Die Einführung der ballistischen Interkontinentalraketen Atlas im Jahr 1959, die Ziele in der UdSSR von den kontinentalen Vereinigten Staaten aus treffen können, neutralisierte jedoch das ANP-Programm, zumal Produktionsmuster von Atomflugzeugen kaum vor 1970 erschienen wären. Infolgedessen wurden im März 1961 alle Arbeiten in diesem Bereich in den Vereinigten Staaten durch die persönliche Entscheidung von Präsident John F. Kennedy eingestellt, und es wurde nie ein echtes Atomflugzeug gebaut.
Die Flugprobe des Flugzeugreaktors ASTR (Aircraft Shield Test Reactor), der sich im Bombenraum des Fluglabors NB-36H befand, war ein 1 MW schneller Neutronenreaktor, der nicht mit den Triebwerken verbunden war und mit Urandioxid betrieben und mit ein Luftstrom, der durch spezielle Lufteinlässe geleitet wird. Von September 1955 bis März 1957 unternahm die NB-36H 47 Flüge mit ASTR über unbewohnte Gebiete der Bundesstaaten New Mexico und Texas, danach wurde das Auto nie mehr in den Himmel gehoben.
Anzumerken ist, dass sich die US-Luftwaffe auch mit dem Problem eines Nukleartriebwerks für Marschflugkörper oder, wie es bis in die 1960er Jahre gebräuchlich war, für Geschossflugzeuge beschäftigte. Im Rahmen des Pluto-Projekts erstellte das Livermore Laboratory zwei Muster des nuklearen Staustrahltriebwerks Tory, das auf dem Überschall-Marschflugkörper SLAM installiert werden sollte. Das Prinzip der "atomaren Erwärmung" der Luft durch den Reaktorkern war hier das gleiche wie bei offenen Kerngasturbinentriebwerken, mit nur einem Unterschied: Beim Staustrahltriebwerk fehlen ein Verdichter und eine Turbine. Tories, die 1961-1964 erfolgreich am Boden getestet wurden, sind die ersten und bisher einzigen wirklich funktionierenden Kernkraftwerke der Luftfahrt (genauer gesagt Raketen und Luftfahrt). Aber auch dieses Projekt wurde vor dem Hintergrund der Erfolge bei der Entwicklung ballistischer Raketen als aussichtslos abgeschlossen.
Aufholen und überholen
Natürlich entwickelte sich auch in der UdSSR die Idee, Atomenergie in der Luftfahrt unabhängig von den Amerikanern zu nutzen. Tatsächlich vermuteten sie im Westen nicht ohne Grund, dass solche Arbeiten in der Sowjetunion durchgeführt wurden, aber mit der ersten Enthüllung dieser Tatsache gerieten sie ins Schlamassel. Am 1. Dezember 1958 berichtete die Aviation Week: Die UdSSR baut einen strategischen Bomber mit Atomtriebwerken, was in Amerika für erhebliche Aufregung sorgte und sogar dazu beitrug, das Interesse am ANP-Programm aufrechtzuerhalten, das bereits nachgelassen hatte. In den Zeichnungen, die dem Artikel beigefügt sind, hat der redaktionelle Künstler jedoch das zu dieser Zeit tatsächlich entwickelte M-50-Flugzeug des VM Myasishchev-Experimental-Design-Büros mit einem völlig "futuristischen" Erscheinungsbild mit herkömmlichen Turbojet-Triebwerken ziemlich genau dargestellt. Es ist übrigens nicht bekannt, ob dieser Veröffentlichung ein "Showdown" im KGB der UdSSR folgte: Die Arbeiten an der M-50 fanden unter strengster Geheimhaltung statt, der Bomber machte seinen Erstflug später als die Erwähnung in der westlichen Presse im Oktober 1959, und der Wagen wurde erst im Juli 1961 bei der Luftparade in Tushino der Öffentlichkeit vorgestellt.
Was die sowjetische Presse betrifft, so berichtete die Zeitschrift "Technik - Jugend" in Nr. 8 des Jahres 1955 zum ersten Mal in allgemeinsten Worten über das Atomflugzeug: „Atomenergie wird zunehmend in Industrie, Energie, Landwirtschaft und Medizin. Aber die Zeit ist nicht mehr weit, wenn es in der Luftfahrt zum Einsatz kommt. Von den Flugplätzen werden riesige Maschinen leicht in die Luft steigen. Atomflugzeuge werden fast so lange fliegen können, wie Sie möchten, ohne monatelang zu Boden zu sinken, und Dutzende von Nonstop-Flügen um die Welt mit Überschallgeschwindigkeit durchführen. Das Magazin, das auf den militärischen Zweck des Fahrzeugs hinweist (zivile Flugzeuge müssen nicht "so lange Sie wollen" am Himmel sein), präsentierte dennoch ein hypothetisches Schema eines Fracht-Passagierflugzeugs mit einem offenen Kernkraftwerk.
Das Kollektiv Myasishchevsky, und nicht allein, beschäftigte sich jedoch tatsächlich mit Flugzeugen mit Atomkraftwerken. Obwohl sowjetische Physiker seit Ende der 40er Jahre die Möglichkeit ihrer Entstehung untersuchen, begannen die praktischen Arbeiten in diese Richtung in der Sowjetunion viel später als in den USA, und der Anfang wurde durch das Dekret des Ministerrats der UdSSR Nr. 1561-868 vom 12. August 1955. Ihm zufolge wurden OKB-23 V. M. Myasishchev und OKB-156 A. N. Tupolev sowie die Flugzeugtriebwerke OKB-165 A. M. Lyulka und OKB-276 N. D. Kuznetsov mit der Entwicklung strategischer Atombomber beauftragt.
Der Flugzeugkernreaktor wurde unter der Aufsicht der Akademiker I. V. Kurchatov und A. P. Aleksandrov entworfen. Das Ziel war das gleiche wie das der Amerikaner: ein Auto zu bekommen, das nach dem Start vom Territorium des Landes in der Lage sein würde, Ziele überall auf der Welt (vor allem natürlich in den USA) anzugreifen.
Ein Merkmal des sowjetischen Atomluftfahrtprogramms war, dass es auch dann weitergeführt wurde, als das Thema in den Vereinigten Staaten bereits in Vergessenheit geraten war.
Bei der Erstellung des nuklearen Leitsystems wurden die offenen und geschlossenen Schaltpläne gründlich analysiert. Unter dem offenen Schema, das den Code "B" erhielt, entwickelte das Lyulka Design Bureau zwei Arten von Atom-Turbojet-Triebwerken - axial, mit dem Durchgang der Turbokompressorwelle durch einen ringförmigen Reaktor und "Kipphebeln" - mit einem Schacht außerhalb des Reaktors, der sich in einem gekrümmten Strömungsweg befindet. Das Kuznetsov Design Bureau wiederum arbeitete an den Motoren nach dem geschlossenen "A" -Schema.
Das Myasishchev Design Bureau machte sich sofort daran, die anscheinend schwierigste Aufgabe zu lösen - die Entwicklung atomarer Super-High-Speed-Schwerbomber. Wenn man sich die Diagramme zukünftiger Autos der späten 50er Jahre ansieht, kann man auch heute noch die Merkmale der technischen Ästhetik des 21. Jahrhunderts erkennen! Dies sind die Projekte der Flugzeuge "60", "60M" (nukleares Wasserflugzeug), "62" für die Lyulkovsk-Triebwerke des "B" -Schemas sowie "30" - bereits unter den Motoren von Kuznetsov. Die erwarteten Eigenschaften des Bombers "30" sind beeindruckend: Höchstgeschwindigkeit - 3600 km / h, Reisegeschwindigkeit - 3000 km / h.
Aufgrund der Liquidation von OKB-23 in unabhängiger Funktion und seiner Einführung in die Rakete und den Weltraum OKB-52 von V. N. Chelomey kam es jedoch nicht zur detaillierten Konstruktion des Atomflugzeugs Myasishchev.
In der ersten Phase der Teilnahme an dem Programm sollte das Tupolev-Team ein fliegendes Labor ähnlich der amerikanischen NB-36H mit einem Reaktor an Bord schaffen. Er erhielt die Bezeichnung Tu-95LAL und wurde auf der Grundlage des serienmäßigen schweren strategischen Turboprop-Bombers Tu-95M gebaut. Unser Reaktor war wie der amerikanische nicht mit den Triebwerken des Trägerflugzeugs gekoppelt. Der grundlegende Unterschied zwischen dem sowjetischen Flugzeugreaktor und dem amerikanischen bestand darin, dass er wassergekühlt war, mit einer viel geringeren Leistung (100 kW).
Der Hausreaktor wurde durch das Wasser des Primärkreislaufs gekühlt, das wiederum Wärme an das Wasser des Sekundärkreislaufs abgab, das durch den Luftstrom, der durch den Lufteinlass strömte, gekühlt wurde. So wurde das schematische Diagramm des Atom-Turboprop-Triebwerks NK-14A Kuznetsov ausgearbeitet.
Das fliegende Nuklearlabor Tu-95LAL hob den Reaktor in den Jahren 1961-1962 sowohl im Betriebs- als auch im "kalten" Zustand 36 Mal in die Luft, um die Wirksamkeit des biologischen Schutzsystems und die Wirkung der Strahlung auf die Flugzeugsysteme zu untersuchen. Nach den Testergebnissen stellte der Vorsitzende des Staatlichen Komitees für Luftfahrttechnologie P. V. Dementyev jedoch in seiner Notiz an die Führung des Landes im Februar 1962 fest: mit YSU wurde in OKB-301 SA Lavochkin entwickelt. - K. Ch.), Da die durchgeführten Forschungsarbeiten für die Entwicklung von Prototypen militärischer Ausrüstung nicht ausreichen, müssen diese Arbeiten fortgesetzt werden.
Bei der Entwicklung der Konstruktionsreserve von OKB-156 entwickelte das Tupolev Design Bureau auf der Grundlage des Tu-95-Bombers ein Projekt eines experimentellen Tu-119-Flugzeugs mit NK-14A-Atom-Turboprop-Triebwerken. Da die Aufgabe, einen Ultralangstreckenbomber mit dem Auftauchen von Interkontinentalraketen und seegestützten ballistischen Raketen (auf U-Booten) in der UdSSR zu schaffen, ihre kritische Bedeutung verloren hat, betrachteten die Tupolews die Tu-119 als Übergangsmodell auf der Weg zur Schaffung eines nuklearen U-Boot-Abwehrflugzeugs basierend auf dem Langstrecken-Passagierflugzeug Tu-114, das ebenfalls aus der Tu-95 "gewachsen" ist. Dieses Ziel entsprach durchaus der Besorgnis der sowjetischen Führung über die Stationierung eines U-Boot-Atomraketensystems durch die Amerikaner in den 1960er Jahren mit Polaris-Interkontinentalraketen und dann Poseidon.
Das Projekt eines solchen Flugzeugs wurde jedoch nicht umgesetzt. Verblieben in der Entwurfsphase und den Plänen zur Schaffung einer Familie von Tupolev-Überschallbombern mit YSU unter dem Codenamen Tu-120, die wie der Atom-Luftjäger für U-Boote in den 70er Jahren getestet werden sollten …
Dennoch gefiel dem Kreml die Idee, der Marinefliegerei ein U-Boot-Abwehrflugzeug mit unbegrenzter Flugreichweite zur Bekämpfung von NATO-Atom-U-Booten in jeder Region der Ozeane zu geben. Darüber hinaus sollte diese Maschine so viel Munition wie möglich an U-Boot-Abwehrwaffen tragen - Raketen, Torpedos, Wasserbomben (einschließlich Atombomben) und Sonarbojen. Deshalb fiel die Wahl auf ein schweres Militärtransportflugzeug An-22 "Antey" mit einer Tragfähigkeit von 60 Tonnen - das weltweit größte Großraum-Turboprop-Flugzeug. Das zukünftige Flugzeug An-22PLO sollte anstelle des Standard-NK-12MA mit vier Atom-Turboprop-Triebwerken NK-14A ausgestattet werden.
Das Programm zur Schaffung einer solchen in keiner anderen Flotte einer geflügelten Maschine gesehenen Maschine erhielt den Codenamen "Aist", und der Reaktor für die NK-14A wurde unter der Leitung des Akademiemitglieds A. P. Aleksandrov entwickelt. 1972 begannen die Tests des Reaktors an Bord des Fluglabors An-22 (insgesamt 23 Flüge) und es wurde eine Aussage über seine Sicherheit im Normalbetrieb getroffen. Und für den Fall eines schweren Unfalls war vorgesehen, den Reaktorblock und den Primärkreislauf durch eine sanfte Landung per Fallschirm vom fallenden Flugzeug zu trennen.
Im Allgemeinen ist der Flugreaktor "Aist" in seinem Anwendungsbereich die perfekteste Errungenschaft der Nuklearwissenschaft und -technologie geworden.
Wenn man bedenkt, dass auf der Basis des Flugzeugs An-22 auch geplant war, ein interkontinentales strategisches Flugkörpersystem An-22R mit einer ballistischen U-Boot-Rakete R-27 zu schaffen, ist klar, welches mächtige Potenzial ein solcher Träger haben könnte, wenn er es wäre auf „Atomschub“übertragen »Mit NK-14A-Triebwerken! Und obwohl es bei der Umsetzung sowohl des An-22PLO-Projekts als auch des An-22R-Projekts nicht zuging, muss festgestellt werden, dass unser Land die Vereinigten Staaten beim Bau eines Luftfahrt-Atomkraftwerks dennoch überholt hat.
Es besteht kein Zweifel, dass diese Erfahrung trotz ihrer Exotik immer noch nützlich sein kann, jedoch auf einem höheren Qualitätsniveau der Umsetzung.
Die Entwicklung unbemannter Ultra-Long-Range-Aufklärungs- und Kampfflugzeugsysteme könnte durchaus dem Weg folgen, nukleare Systeme dafür einzusetzen - solche Annahmen werden bereits im Ausland gemacht.
Wissenschaftler sagten auch voraus, dass bis zum Ende dieses Jahrhunderts wahrscheinlich Millionen von Passagieren mit nuklearbetriebenen Passagierflugzeugen befördert werden. Neben den offensichtlichen wirtschaftlichen Vorteilen, die mit dem Ersatz von Flugkerosin durch Kernbrennstoff verbunden sind, sprechen wir von einem starken Rückgang des Beitrags des Flugverkehrs, der mit dem Übergang zu Kernkraftsystemen die Atmosphäre nicht mehr mit Kohlendioxid „anreichern“wird, zum globalen Treibhauseffekt.
Nach Ansicht des Autors würden nukleare Luftfahrtsysteme perfekt in die kommerziellen Luftfahrt-Transportkomplexe der Zukunft auf der Grundlage superschwerer Frachtflugzeuge passen: zum Beispiel die gleiche riesige „Luftfähre“M-90 mit einer Tragfähigkeit von 400 Tonnen, vorgeschlagen von den Konstrukteuren der nach VM Myasishchev benannten experimentellen Maschinenbauanlage.
Natürlich gibt es Probleme, die öffentliche Meinung zugunsten der nuklearen Zivilluftfahrt zu ändern. Auch ernste Fragen im Zusammenhang mit der Gewährleistung der nuklearen und antiterroristischen Sicherheit müssen gelöst werden (Experten erwähnen übrigens die innerstaatliche Lösung mit dem Fallschirm-„Schießen“des Reaktors im Notfall). Aber die Straße, die vor mehr als einem halben Jahrhundert ausgetreten ist, wird vom Wanderer gemeistert.
