Американский атомный самолет
В январе 1941 года американский журнал Popular Mechanics опубликовал статью доктора Лангера, в которой говорилось о возможности создания самолета по схеме «летающее крыло» с двигателем, работающим на уране-235. Тогда это звучало как чистая фантастика, однако, уже через год Энрико Ферми, один из будущих отцов первой атомной бомбы, обсуждал со своими коллегами практические вопросы по созданию ядерного двигателя для самолета.
После завершения второй мировой войны и начала противостояния двух супердержав – США и СССР, американские военные решили форсировать разработки стратегического бомбардировщика с атомным двигателем (о советском проекте). Уже в весной 1946 года ВВС США начали финансирование программы NEPA – Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft (ядерная энергия для движения самолета). Военные надеялись, что итогом программы станет создание двух самолетов с неограниченной дальностью полета, бомбардировщика и самолета-разведчика.
Главным подрядчиком по этой программе стала фирма Fairchild, ранее создавшая удачный грузовой самолет. В соответствии с программой, на борту обычного бомбардировщика размещалась капсула с радием под защитой, а сотрудники Fairchild в полете замеряли уровень радиации, чтобы определить возможную степень воздействия будущего атомного двигателя на пилотов.
Эти опыты показали, что для безопасности пилотов вес защиты для атомного реактора в самолете превысит все разумные для того времени пределы. За два года на работы по программе NEPA правительство США потратило около 10 миллионов долларов, однако видимых результатов так и не было достигнуто.
Тем не менее, американские военные не теряли надежды на успех, и в 1949 открыли новую программу создания атомного самолета ANP – Aircraft Nuclear Propulsion (атомная движущая сила самолета).
Куратором этой программы выступило Командование материального обеспечения ВВС. Вести работы по разработке планера в конкурсном порядке поручили фирмам Lockheed и Convair. Разработку атомных авиадвигателей доверили давним конкурентам General Electric и Pratt & Whitney.
По проекту, который предлагался военным в то время, в атомном турбореактивном авиадвигателе «открытого типа» реактор должен был заменять собой камеру сгорания. Воздух должен был охлаждать реактор, и нагревшись почти до 1100°С, выбрасывался на лопатки турбины, а затем выходил через реактивное сопло.
В атомном авиадвигателе «закрытого типа» предполагалось, что камеру сгорания заменяет специальный теплообменник, который отводит от реактора тепло и нагревает воздух, которые также отбрасывается на лопатки турбины и выходит через сопло.
Как видно, «открытый тип» атомного авиадвигателя представляет собой очевидную опасность для окружающей среды – ведь воздух, проходящий напрямую через реактор, станет радиоактивным.
Поэтому изначально приоритетным направлением по программе ANP была разработка реактора «закрытого» типа. Однако менеджеры General Electric смогли убедить военное командование, что реактор «открытого» типа будет эффективнее (советский проект был "закрытого типа"). Поэтому затем именно такой реактор рассматривался ВВС США как наиболее перспективный. Фирма General Electric получила львиную долю финансирования.
Рассмотрев несколько вариантов планера для будущего атомного двигателя, военные остановились на перспективном бомбардировщике YB-60, создававшегося фирмой Convair. Этот самолет представлял собой уже известный В-36, но оснащенный турбореактивными двигателями, а также стреловидными крылом и оперением. При этом планировалось, что и реактор, и кабина пилотов будут иметь раздельную защиту, состоящую из нескольких слоев металла, пластика и воды. Этот принцип защиты был разработан еще в ходе программы NEPA.
Разрабатываемая для этого самолета фирмой General Electric силовая установка получила индекс P-1. Она представляла собой реактор с тепловой выходной мощностью 50 МВт, объединенный посредством трубопроводов в единый блок с четырьмя турбореактивными двигателями XJ53 (также фирмы General Electric) тягой около 8000 кгс каждый.
При этом самолет также был оснащен и обычными турбореактивными двигателями, работающими на керосине – с их помощью самолет должен был взлетать, выходить на рабочую высоту, а затем включались атомные двигатели. Такая схема была выбрана для того, чтобы снизить до минимума радиоактивное загрязнение окружающей среды.
Для того, чтобы еще раз оценить все возможные риски, фирмой Convair на базе бомбардировщика B-36 была создана летающая лаборатория, получившая собственное наименование NB-36H Crusader («Крестоносец»). Этот самолет нес специальный реактор ASTR – Aircraft Shield Test Reactor (реактор для испытания защиты самолета) мощностью 1 МВт. Он создавал радиоактивное поле, равное тому, которое должен был создавать в полете реактор P-1, чтобы понять, насколько эффективна радиоактивная защита пилотов. Со стороны реактора экипаж защищало 12 тонн свинца, а также водяными потоками за кабиной.
В период с сентября 1955 года по март 1957 года NB-36H выполнил 47 полетов с авиабазы Carswell, в штате Техас, из них 20 – с включением атомного реактора. Самолет взлетал с заглушенным реактором, летел на Запад до испытательной зоны в штате Нью Мексико, затем включал там реактор, выполнял все эксперименты, после чего реактор глушили, и самолет возвращался.
Во время полетов «Крестоносца» NB-36H сопровождал В-50 с комплексом измерительных приборов для исследования радиационного поля. Рядом обязательно летел транспортный самолет со специально подготовленными морскими пехотинцами, которые в случае возможной аварии NB-36H должны были выпрыгнуть с парашютами и оцепить место падения, чтобы не допустить туда местных жителей и во взаимодействии с местными аварийными службами ликвидировать возможные последствия.
По результатам этих испытаний американские военные сделали для себя вывод, что атомный самолет не представляет угрозы, даже если летит на малой высоте, а риски при использовании атомной энергии в данном случае не выше, чем в случае обычных самолетов и ракет на химическом топливе.
Развитием этих экспериментов должна была стать летающая лаборатория Х-6, также на основе В-36, но оснащенная, в дополнение к обычным двигателям, полноценной атомной силовой установкой. Атомный двигатель на Х-6 должен был состоять из реактора и четырех двигателей General Electric XJ39 тягой около 3100 кгс, созданных на базе двигателей J47 бомбардировщика В-47. Эта связка-моноблок должна была устанавливаться перед полетом самолета и извлекаться оттуда сразу после посадки.
Но одно дело планы, а совсем другое дело реальность. Первый работающий атомный турбореактивный двигатель, построенный для проверки принципа действия, получил название HTRE-1 – Heat Transfer Reactor Experiments (эксперименты по переносу тепла из реактора). Это был урановый реактор с бериллиевым отражателем нейтронов и защитой, содержащей большое количество ртути. Двигатели начинали работать на керосине, затем запускался реактор, подача керосина прекращалась и турбины вращались за счет тепла радиоактивного распада. General Electric создала эту установку в 1955 году, выходная мощность реактора в ней достигла 20,2 МВт. Однако ее размеры слишком велики, чтобы можно было говорить об установке этого двигателя в самолет.
Затем установку переделали, чтобы сделать ее более компактной. Она получила название HTRE-2. Максимально приблизить атомный мотор к реальным самолетным размерам удалось на установке HTRE-3. Этот реактор имел мощность в 35 МВт и был рассчитан на работу в связке с двумя турбореактивными двигателями. С 1958 по 1960 годы на нем было проведено ряд успешных запусков.
И все-таки, хотя разработчикам удалось максимально приблизиться к конечному результату, 28 марта 1961 года одним росчерком пера президент Джон Кеннеди прекратил программу ANP. Как говорилось в резюме, за 15 лет работы на этот проект было потрачено 1 миллиард долларов, и результат показывает, что дальнейшие работы по этой тематике бесперспективны.
Была ли программа ANP бесполезной тратой бюджетных средств?
Хотя Pratt & Whitney в ходе работы по проекту так и не смогла запустить ни одной рабочей установки, разработанный ею закрытый водо-водяной реактор стал прообразом многих силовых установок, которыми затем снаряжались и снаряжаются теперь надводные и подводные корабли флота США.
В ходе программы ANP пришлось разработать много новых технологий и конструкционных материалов с антикоррозийными свойствами, которые впоследствии нашли применение в обычной авиации. Было открыто много новых «ноу-хау», например в области антирадиационной защиты.
Между тем, в середине 2000-х в открытой печати появились сведения, что научно-исследовательский центр ВВС США AFRL (US Air Force Research Laboratory) финансирует работы по созданию разведывательного беспилотного летательного аппарата с атомным двигателем. Говорят, теперь американские разработчики предлагают использовать для летательного аппарата двигатель, работающий в связке с реактором, работающим не на энергии деления урана, а на принципе облучения рентгеновскими лучами радиоактивного изотопа гафния-178.