پروژه های هواپیماهای آمریکایی
در اواخر دهه چهل، متحدان سابق در جنگ با آلمان و ژاپن - ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی - ناگهان به دشمنان سرسخت تبدیل شدند. ویژگی های جغرافیایی موقعیت متقابل هر دو کشور مستلزم ایجاد بمب افکن های استراتژیک با برد بین قاره ای بود. فناوری قدیمی قبلاً قادر به اطمینان از تحویل سلاح های اتمی به قاره دیگر نبود ، که نیاز به ایجاد هواپیماهای جدید ، توسعه فناوری موشکی و غیره داشت. قبلاً در دهه چهل، در ذهن مهندسان آمریکایی، ایده نصب یک راکتور هستهای در یک هواپیما به وجود آمده بود. محاسبات آن زمان نشان داد که با یک بار سوخت گیری سوخت هسته ای، هواپیمایی که از نظر وزن، اندازه و پارامترهای پرواز قابل مقایسه با بمب افکن B-29 باشد، می تواند حداقل پنج هزار ساعت را در هوا بگذراند. به عبارت دیگر، حتی با وجود فناوریهای ناقص آن زمان، یک رآکتور هستهای روی هواپیما، تنها با یک بار سوختگیری، میتواند انرژی هواپیما را در تمام طول عمر خود تامین کند.
دومین مزیت هواپیمای اتمی فرضی آن زمان دمایی بود که راکتور به آن دست یافت. با طراحی صحیح یک نیروگاه هسته ای، می توان موتورهای توربوجت موجود را با گرم کردن ماده کار با کمک یک راکتور بهبود بخشید. بنابراین، افزایش انرژی گازهای راکتیو موتور و دمای آنها امکان پذیر شد که منجر به افزایش قابل توجهی در رانش چنین موتوری می شد. در نتیجه همه تأملات و محاسبات نظری، هواپیماهایی با موتورهای هسته ای در ذهن برخی به وسیله ای جهانی و شکست ناپذیر برای حمل بمب اتمی تبدیل شده اند. با این حال، کار عملی بیشتر شور و شوق چنین "رویاپردازان" را خنک کرد.
برنامه NEPA
در سال 1946، وزارت دفاع تازه تاسیس ایالات متحده پروژه NEPA (انرژی هسته ای برای پیشران هواپیما) را افتتاح کرد. هدف از این برنامه بررسی تمام جنبه های نیروگاه های هسته ای پیشرفته برای هواپیما بود. فیرچایلد به عنوان پیمانکار اصلی برنامه NEPA انتخاب شده است. به او دستور داده شد تا چشم انداز بمب افکن های استراتژیک و هواپیماهای شناسایی پرسرعت مجهز به نیروگاه های هسته ای و همچنین شکل دادن به ظاهر دومی را مطالعه کند. کارمندان Fairchild تصمیم گرفتند که کار بر روی این برنامه را با مهم ترین مسئله آغاز کنند: ایمنی خلبانان و پرسنل تعمیر و نگهداری. برای انجام این کار، یک کپسول با چندین گرم رادیوم در محفظه بار یک بمب افکن مورد استفاده به عنوان آزمایشگاه پرواز قرار داده شد. به جای بخشی از خدمه معمولی، کارمندان شرکت، "مسلح" به شمارنده های گایگر، در پروازهای آزمایشی شرکت کردند. علیرغم وجود مقدار نسبتاً کمی فلز رادیواکتیو در محفظه بار، پس زمینه تشعشع در تمام حجم های قابل سکونت هواپیما از حد مجاز فراتر رفت. بر اساس نتایج این مطالعات، کارکنان Fairchild باید بنشینند و بفهمند که راکتور به چه نوع حفاظتی نیاز دارد تا ایمنی مناسب را تضمین کند. در حال حاضر محاسبات اولیه به وضوح نشان داده است که B-29 به سادگی نمی تواند چنین جرمی را حمل کند و حجم محفظه بار موجود اجازه نمی دهد که راکتور بدون از بین بردن قفسه های بمب قرار گیرد. به عبارت دیگر، در مورد B-29، باید بین برد طولانی (و سپس در آینده ای بسیار دور) و حداقل نوعی محموله یکی را انتخاب کرد.
کار بیشتر بر روی ایجاد یک طراحی اولیه یک راکتور هوانوردی با مشکلات جدید و جدیدی روبرو شد. به دنبال پارامترهای وزن و اندازه غیرقابل قبول، کنترل راکتور در پرواز، حفاظت موثر از خدمه و سازه، انتقال نیرو از راکتور به واحدهای پیشران و غیره با مشکلاتی مواجه شد. در نهایت، مشخص شد که حتی با محافظت به اندازه کافی جدی، تشعشعات از راکتور می تواند بر مجموعه قدرت هواپیما و حتی روغن کاری موتور تأثیر منفی بگذارد، نه به تجهیزات الکترونیکی و خدمه. با توجه به نتایج کار مقدماتی، برنامه NEPA تا سال 1948، با وجود ده میلیون دلار صرف شده، نتایج بسیار مشکوکی داشت. در تابستان 48، یک کنفرانس غیرعلنی در موسسه فناوری ماساچوست با موضوع چشم انداز نیروگاه های هسته ای برای هواپیما برگزار شد. پس از یک سری مشاجرات و رایزنی، مهندسان و دانشمندان شرکت کننده در این رویداد به این نتیجه رسیدند که اصولاً امکان ایجاد یک اتومولت وجود دارد، اما اولین پروازهای آن فقط به اواسط دهه شصت و یا حتی به تاریخ دیگری نسبت داده شد. .
در کنفرانسی در MIT، ایجاد دو مفهوم برای موتورهای هسته ای پیشرفته، باز و بسته، اعلام شد. موتور جت هسته ای "باز" نوعی توربوجت معمولی بود که در آن هوای ورودی با استفاده از یک راکتور هسته ای داغ گرم می شود. هوای داغ از طریق نازل خارج میشود و به طور همزمان توربین را میچرخاند. دومی پروانه های کمپرسور را به حرکت در می آورد. مضرات چنین سیستمی بلافاصله مورد بحث قرار گرفت. با توجه به نیاز به تماس هوا با بخش های گرمایشی راکتور، ایمنی هسته ای کل سیستم سوالات ویژه ای را ایجاد کرد. علاوه بر این، برای چیدمان قابل قبول هواپیما، راکتور چنین موتوری باید بسیار بسیار کوچک می بود که بر قدرت و سطح حفاظت آن تأثیر می گذاشت.
قرار بود یک موتور جت هستهای بسته به روشی مشابه کار کند، با این تفاوت که هوای داخل موتور با تماس با خود راکتور گرم میشود، اما در یک مبدل حرارتی ویژه. در این مورد، پیشنهاد شد که یک خنک کننده خاص را مستقیماً از راکتور گرم کنید و هوا باید در تماس با رادیاتورهای مدار اولیه داخل موتور، دما را به دست آورد. توربین و کمپرسور در جای خود باقی ماندند و دقیقاً مانند موتورهای هسته ای توربوجت یا نوع باز کار می کردند. موتور مدار بسته هیچ محدودیت خاصی در ابعاد راکتور اعمال نکرد و کاهش قابل توجهی انتشار گازهای گلخانه ای در محیط را ممکن ساخت. از سوی دیگر، یک مشکل خاص انتخاب یک خنک کننده برای انتقال انرژی راکتور به هوا بود. خنک کننده های مختلف سیال کارایی مناسبی را ارائه نمی دهند و انواع فلزی قبل از راه اندازی موتور نیاز به پیش گرمایش داشتند.
در طول کنفرانس چندین روش اصلی برای افزایش سطح حفاظت خدمه پیشنهاد شد. اول از همه، آنها مربوط به ایجاد عناصر باربر با طراحی مناسب بودند که به طور مستقل خدمه را در برابر تشعشعات راکتور محافظت می کرد. دانشمندان کمتر خوش بین پیشنهاد کردند که خلبانان یا حداقل عملکرد تولید مثلی آنها را به خطر نیندازند. بنابراین، پیشنهادی برای ارائه بالاترین سطح حفاظت ممکن و استخدام خدمه از خلبانان مسن تر به نظر می رسید. در نهایت، ایده هایی در مورد تجهیز یک اتومولت امیدوارکننده به یک سیستم کنترل از راه دور ظاهر شد تا افراد در طول پرواز به هیچ وجه سلامت خود را به خطر نیندازند. در حین بحث در مورد گزینه دوم، این ایده مطرح شد که خدمه را در یک گلایدر کوچک قرار دهیم که قرار بود پشت هواپیما روی کابلی با طول کافی بکسل شود.
برنامه ANP
کنفرانس MIT که به عنوان نوعی جلسه طوفان فکری عمل کرد، تأثیر مثبتی بر روند بعدی برنامه ایجاد هواپیماهای اتمی داشت. در اواسط سال 49، ارتش ایالات متحده برنامه جدیدی به نام ANP (پیش رانش هسته ای هواپیما - "پیش رانش هسته ای هواپیما") را راه اندازی کرد. این بار برنامه کاری شامل آماده سازی برای ایجاد یک هواپیمای تمام عیار با یک نیروگاه هسته ای در هواپیما بود. با توجه به سایر اولویت ها، لیست شرکت های درگیر در برنامه تغییر کرده است. بنابراین، لاکهید و کانور به عنوان توسعه دهندگان یک چارچوب هواپیمای امیدوارکننده درگیر شدند و جنرال الکتریک و پرت اند ویتنی موظف شدند کار فیرچایلد را بر روی موتور جت هسته ای ادامه دهند.
در مراحل اولیه برنامه ANP، مشتری بیشتر بر روی یک موتور ایمن تر و محصور تمرکز می کرد، اما جنرال الکتریک "ارتباطات" را با مقامات نظامی و دولتی انجام داد. کارمندان جنرال الکتریک بر سادگی و در نتیجه ارزان بودن موتور باز تاکید کردند. آنها موفق شدند مسئولین را متقاعد کنند و در نتیجه جهت موتور برنامه ANP به دو پروژه مستقل تقسیم شد: موتور "باز" توسعه یافته توسط جنرال الکتریک و موتور مدار بسته از Pratt & Whitney. به زودی، جنرال الکتریک توانست پروژه خود را به پیش ببرد و به اولویت خاصی برای آن دست یابد و در نتیجه، بودجه بیشتری دریافت کند.
در طول برنامه ANP، یکی دیگر به گزینه های موجود برای موتورهای هسته ای اضافه شد. این بار پیشنهاد شد موتوری بسازد که ساختار آن شبیه نیروگاه هسته ای باشد: راکتور آب را گرم می کند و بخار حاصله توربین را به حرکت در می آورد. دومی نیرو را به پروانه منتقل می کند. چنین سیستمی با داشتن راندمان پایین تر در مقایسه با سایرین، ساده ترین و راحت ترین برای سریع ترین تولید است. با این حال ، نسخه مشابهی از نیروگاه برای atomolet به نسخه اصلی تبدیل نشد. پس از برخی مقایسه ها، مشتری و پیمانکاران برنامه ANP تصمیم گرفتند که توسعه موتورهای "باز" و "بسته" را ادامه دهند و توربین بخار را به عنوان جایگزین ترک کنند.
اولین نمونه ها
در سال 1951-52، برنامه ANP به امکان ساخت اولین نمونه اولیه هواپیما نزدیک شد. بمب افکن Convair YB-60 که در آن زمان در حال توسعه بود، به عنوان پایه ای برای آن در نظر گرفته شد که مدرنیزه سازی عمیق B-36 با بال جارو شده و موتورهای توربوجت بود. نیروگاه P-60 به طور خاص برای YB-1 طراحی شده است. اساس آن یک واحد استوانه ای با یک راکتور در داخل بود. تاسیسات هسته ای توان حرارتی حدود 50 مگاوات را تامین می کرد. چهار موتور توربوجت جنرال الکتریک XJ53 از طریق یک سیستم لوله کشی به واحد راکتور متصل شدند. پس از کمپرسور موتور، هوا از لولهها گذشته از هسته راکتور عبور میکند و با گرم شدن به آنجا، از طریق نازل خارج میشود. محاسبات نشان داد که هوا به تنهایی برای خنک کردن راکتور کافی نیست، بنابراین مخازن و لوله هایی برای محلول آبی بور به سیستم وارد شد. تمام سیستم های نیروگاهی متصل به راکتور برنامه ریزی شده بود تا در محفظه بار عقب بمب افکن، تا حد امکان از حجم قابل سکونت نصب شوند.
شایان ذکر است که قرار بود موتورهای توربوجت بومی در هواپیمای YB-60 نیز باقی بماند. واقعیت این است که موتورهای هسته ای مدار باز محیط زیست را آلوده می کنند و هیچ کس اجازه نمی دهد این کار در مجاورت فرودگاه ها یا شهرک ها انجام شود. علاوه بر این، نیروگاه هسته ای به دلیل ویژگی های فنی، واکنش ضعیف دریچه گاز داشت. بنابراین استفاده از آن تنها برای پروازهای طولانی با سرعت کروز راحت و قابل قبول بود.
یکی دیگر از اقدامات احتیاطی، اما ماهیت متفاوت، ایجاد دو آزمایشگاه پرواز اضافی بود. اولین آنها، که نام NB-36H و نام خود را Crusader ("صلیبی") دریافت کرد، برای بررسی ایمنی خدمه در نظر گرفته شد. سری B-36 مجهز به مجموعه کابین دوازده تنی بود که از صفحات فولادی ضخیم، پانل های سربی و شیشه 20 سانتی متری مونتاژ شده بود. برای محافظت بیشتر، یک مخزن آب با بور در پشت کابین وجود داشت. در قسمت دم Crusader، در همان فاصله از کابین خلبان مانند YB-60، یک راکتور آزمایشی ASTR (راکتور آزمایش سپر هواپیما - "راکتور آزمایش سپر هواپیما") با ظرفیت حدود یک مگاوات نصب شد. راکتور توسط آب خنک می شد که گرمای هسته را به مبدل های حرارتی در سطح بیرونی بدنه منتقل می کرد. راکتور ASTR هیچ کار عملی انجام نداد و تنها به عنوان منبع تابش آزمایشی کار می کرد.
پروازهای آزمایشی آزمایشگاه NB-36H به این صورت بود: خلبانان هواپیما را با راکتور خاموش خارج کردند، به منطقه آزمایش بر فراز نزدیکترین بیابان پرواز کردند، جایی که تمام آزمایش ها انجام شد. در پایان آزمایشات، راکتور خاموش شد و هواپیما به پایگاه بازگشت. همراه با Crusader، یک بمب افکن B-36 دیگر با ابزار دقیق و یک ترابری با چتربازان دریایی از فرودگاه Carswell بلند شد. در صورت سقوط هواپیمای آزمایشی، تفنگداران دریایی قرار بود در نزدیکی لاشه هواپیما فرود بیایند، منطقه را محاصره کنند و در عواقب حادثه شرکت کنند. خوشبختانه، تمام 47 پرواز با یک راکتور فعال بدون فرود اجباری نجات انجام شد. پروازهای آزمایشی نشان داده است که یک هواپیمای هستهای هیچ خطر زیست محیطی جدی ایجاد نمیکند، البته اگر به درستی و بدون هیچ گونه حادثه ای کار کند.
دومین آزمایشگاه پرنده با نام X-6 نیز قرار بود از یک بمب افکن B-36 تبدیل شود. آنها قرار بود یک کابین خلبان شبیه به واحد Crusader روی این هواپیما نصب کنند و یک نیروگاه هسته ای در قسمت میانی بدنه نصب کنند. دومی بر اساس نصب P-1 طراحی شده و مجهز به موتورهای جدید GE XJ39 است که بر اساس توربوجت J47 ایجاد شده است. هر یک از این چهار موتور نیروی رانش 3100 کیلوگرمی داشتند. جالب اینجاست که نیروگاه هسته ای یک مونوبلوک طراحی شده بود که بلافاصله قبل از پرواز روی هواپیما نصب می شد. پس از فرود، برنامه ریزی شده بود که X-6 را به یک آشیانه مجهز ببرد، راکتور را با موتورها خارج کرده و آنها را در یک انبار ویژه قرار دهید. در این مرحله از کار، واحد پاکسازی ویژه نیز ایجاد شد. واقعیت این است که پس از خاموش شدن کمپرسورهای موتورهای جت، خنک شدن راکتور با کارایی کافی متوقف شد و برای اطمینان از خاموش شدن ایمن راکتور به ابزار اضافی نیاز بود.
چک قبل از پرواز
قبل از شروع پرواز هواپیماها با یک نیروگاه هسته ای کامل، مهندسان آمریکایی تصمیم گرفتند تحقیقات مناسبی را در آزمایشگاه های زمینی انجام دهند. در سال 1955، مرکز آزمایشی HTRE-1 (آزمایشهای راکتور انتقال حرارت - "آزمایشهایی با انتقال حرارت از راکتور") مونتاژ شد. یک واحد پنجاه تنی بر اساس سکوی راه آهن مونتاژ شد. بنابراین، قبل از شروع آزمایش ها، می توان آن را از مردم گرفت. کارخانه HTRE-1 از یک راکتور فشرده اورانیوم با محافظ بریلیم و جیوه استفاده می کرد. همچنین دو موتور JX39 روی این پلتفرم قرار داده شد. آنها با استفاده از نفت سفید پرتاب شدند، سپس موتورها به سرعت عملیاتی رسیدند، پس از آن، به دستور پانل کنترل، هوا از کمپرسور به منطقه کار راکتور هدایت شد. یک آزمایش معمولی HTRE-1 چندین ساعت به طول انجامید و پرواز طولانی یک بمب افکن را شبیه سازی کرد. در اواسط سال 56، واحد آزمایشی به توان حرارتی بیش از 20 مگاوات رسیده بود.
متعاقباً، نصب HTRE-1 مطابق با پروژه به روز شده مجدداً طراحی شد و پس از آن HTRE-2 نامگذاری شد. راکتور جدید و راه حل های فنی جدید ظرفیت 14 مگاوات را فراهم کرد. با این حال، نسخه دوم نیروگاه آزمایشی برای نصب روی هواپیما بسیار بزرگ بود. بنابراین، تا سال 1957، طراحی سیستم HTRE-3 آغاز شد. این یک سیستم عمیقا مدرن P-1 بود که برای کار با دو موتور توربوجت سازگار شده بود. سیستم فشرده و سبک HTRE-3 35 مگاوات توان حرارتی را تامین می کرد. در بهار سال 1958، آزمایشات بر روی نسخه سوم مجموعه آزمایشی زمینی آغاز شد که تمام محاسبات و از همه مهمتر چشم انداز چنین نیروگاهی را کاملاً تأیید کرد.
یک مدار بسته پیچیده
در حالی که جنرال الکتریک موتورهای مدار باز را در اولویت قرار می داد، پرت اند ویتنی برای توسعه نسخه خود از یک نیروگاه هسته ای نوع بسته وقت خود را تلف نکرد. پرت و ویتنی بلافاصله شروع به بررسی دو گزینه برای چنین سیستم هایی کردند. اولین مورد به واضح ترین ساختار و عملکرد نصب اشاره داشت: مایع خنک کننده در هسته گردش می کند و گرما را به قسمت مربوطه موتور جت منتقل می کند. در مورد دوم، پیشنهاد شد که سوخت هسته ای خرد شود و مستقیماً در مایع خنک کننده قرار گیرد. در چنین سیستمی، سوخت در کل مدار خنک کننده به گردش در می آید، اما شکافت هسته ای فقط در هسته رخ می دهد. قرار بود این امر با کمک شکل صحیح حجم اصلی راکتور و خطوط لوله محقق شود. در نتیجه تحقیقات، می توان مؤثرترین اشکال و ابعاد چنین سیستم خطوط لوله را برای گردش مایع خنک کننده با سوخت تعیین کرد که عملکرد کارآمد راکتور را تضمین کرد و به ارائه سطح خوبی از حفاظت کمک کرد. در برابر تشعشعات
در همان زمان، سیستم با سوخت در گردش بسیار پیچیده بود. توسعه بیشتر عمدتاً در امتداد مسیر عناصر سوخت "ثابت" شسته شده توسط یک خنک کننده فلزی انجام شد. مواد مختلفی به عنوان مورد دوم در نظر گرفته شد، با این حال، مشکلات مربوط به مقاومت در برابر خوردگی خطوط لوله و اطمینان از گردش فلز مایع به ما اجازه نمی دهد بر روی خنک کننده فلز تمرکز کنیم. در نتیجه، راکتور باید طوری طراحی می شد که از آب بسیار داغ استفاده کند. طبق محاسبات، آب باید دمایی در حدود 810-820 درجه در راکتور به دست می آورد. برای نگهداری آن در حالت مایع، لازم بود فشاری در حدود 350 کیلوگرم بر سانتی متر مربع در سیستم ایجاد شود. معلوم شد که این سیستم بسیار پیچیده است، اما بسیار ساده تر و مناسب تر از یک راکتور خنک شده با فلز است. تا سال 1960، پرت و ویتنی کار بر روی نیروگاه هسته ای خود برای هواپیماها را تکمیل کرد. آماده سازی برای آزمایش سیستم تمام شده آغاز شد، اما این آزمایش ها در نهایت انجام نشد.
پایان غم انگیز
برنامه های NEPA و ANP به ایجاد ده ها فناوری جدید و همچنین یادگیری تعدادی دانش جالب کمک کرد. با این حال، هدف اصلی آنها - ایجاد اتومولت - حتی در سال 1960 نیز در چند سال آینده محقق نشد. در سال 1961 جی کندی به قدرت رسید که بلافاصله به موفقیت در زمینه فن آوری های هسته ای برای هوانوردی علاقه مند شد. از آنجایی که هیچ کدام وجود نداشت و هزینه های برنامه به مقادیر کاملاً ناپسند رسید، سرنوشت ANP و همه هواپیماها زیر سوال رفت. بیش از یک و نیم دهه، بیش از یک میلیارد دلار برای تحقیق، طراحی و ساخت واحدهای آزمایشی مختلف هزینه شده است. در همان زمان، ساخت یک هواپیمای تمام شده با یک نیروگاه هسته ای هنوز موضوع آینده دور بود. البته، هزینه اضافی پول و زمان می تواند اتومولت را به استفاده عملی برساند. با این حال، دولت کندی تصمیم دیگری گرفت. هزینه برنامه ANP دائما در حال افزایش بود، اما نتیجه ای حاصل نشد. علاوه بر این، موشک های بالستیک پتانسیل بالای خود را به طور کامل ثابت کرده اند. در نیمه اول سال 61، رئیس جمهور جدید سندی را امضا کرد که بر اساس آن تمام کارهای مربوط به اتومولت ها باید متوقف شود. شایان ذکر است که اندکی قبل از آن، در سال 60، پنتاگون تصمیم بحث برانگیزی گرفت که بر اساس آن، کلیه کارهای مربوط به نیروگاه های نوع باز متوقف شد و تمام بودجه به سیستم های "بسته" اختصاص یافت.
با وجود موفقیت هایی در زمینه ایجاد نیروگاه های هسته ای برای هوانوردی، برنامه ANP ناموفق تلقی شد. مدتی بود که همزمان با ANP، موتورهای هسته ای برای موشک های پیشرفته ساخته می شد. با این حال، این پروژه ها نتیجه مورد انتظار را نداشتند. با گذشت زمان آنها نیز بسته شدند و کار در جهت نیروگاه های هسته ای برای هواپیماها و موشک ها به طور کامل متوقف شد. هر از چند گاهی، شرکت های خصوصی مختلف سعی کردند به ابتکار خود چنین پیشرفت هایی را انجام دهند، اما هیچ یک از این پروژه ها از حمایت دولتی برخوردار نشدند. رهبری آمریکا با از دست دادن ایمان به چشم انداز هواپیماهای هسته ای، شروع به توسعه نیروگاه های هسته ای برای آن کرد ناوگان و نیروگاه های هسته ای
به نقل از وب سایت ها:
http://vfk1.narod.ru/
http://hq.nasa.gov/
http://air-and-space.com/
http://airwar.ru/
http://nkj.ru/
اطلاعات