Идеи создания атомных суперпоездов будоражили и американскую общественность. Рассматривались варианты габарита, конфигурации и компоновки оборудования атомовозов в одно-, двух- и трехсекционном исполнении. Рассчитывались возможные технико-экономические показатели этого инновационного тягового подвижного состава.
В 1960-х годах там даже был снят научно-популярный фильм о мегапоезде для сверхширокой колеи и том высоком уровне комфорта, который он мог дать обычному пассажиру во время дальнего путешествия. Поражал воображение не только футуристический вид, но и уровень проработки проекта. Его космический дизайн и современные для того времени формы повышали привлекательность для американского обывателя.
По идее авторов фильма, в составе мегапоезда мог бы даже находиться вагон-бассейн. Публика ожидала появления на американских железных дорогах подобных мегалокомотивов буквально в ближайшее время.
Также в США, кроме фантастического фильма и различных публикаций в научно-популярных и технических журналах, был разработан и вполне конкретный проект, который при появлении заинтересованного инвестора вполне мог быть реализован. Вполне реалистичным стал проект профессора физики Университета штата Юта Лайла Б. Борста.
Весной 1952 г. Лайл Борет, успевший принять участие в Манхэттенском проекте, при реализации которого в США была создана первая атомная бомба, и преподававший в то время ядерные технологи в Университете Юты, решил дать старшей группе студентов максимально сложную задачу для выпускного проекта. Он решил, что это будет создание реактора, пригодного для использования в силовой установке локомотива.
По мнению Борста, в то время эта задача была достаточно сложной, к тому же он не смог найти ни одного известного исследования на эту тему, а значит, студенты не могли бы использовать уже готовые разработки. Основу проектного офиса со ставили студенты старших курсов, также в группу были включены уже окончившие университет аспиранты.
К лету 1952 г. они провели предварительные исследования и предоставили их Борсту — результат был обнадеживающим, создание малого реактора было вполне возможным.
Борст лично возглавил группу исследователей и вплотную занялся проектом. В 1955 г. его творческой группой в сотрудничестве с Ассоциацией американских железных дорог и крупных машиностроительных корпораций, таких как General Motors, Commonwealth Edison, Trane, General Electric и Westinghouse, был разработан непосредственно проект, оформлены патент, составлен отчет на 54 страницах Atomic Locomotive и технико- экономическое обоснование.
Выполненная разработка под названием Х-12 предусматривала создание двухсекционнго атомного мегалокомотива нового типа с силовой установкой, состоящей из ядерного реактора, выполняющего роль парового котла длительного действия, и силовой паровой турбины. Атомный локомотив мог успешно конкурировать с современными паровозами и тепловозами, и при его создании применялись только несекретные технологии. Основным преимуществом подобного локомотива была возможность длительно работать в автономном режиме без дозаправки и подключения к внешним источникам энергоснабжения.
Обычные локомотивы должны были регулярно, раз в сутки или двое, экипироваться углем, нефтью, дизельным или иными видами органического топлива либо постоянно получать электроэнергию от системы внешнего электроснажения и контактной сети (или третьего рельса). В отличие от них атомовоз с реактором, работающим на уране-235, способен дважды обогнуть земной шар без дозаправки и при этом вести тяжеловесный состав массой 9-15 тыс. т (100-150 грузовых вагонов).
Проектом предусматривалось, что локомотив с атомной силовой установкой (атомовоз) будет состоять из двух секций общей длиной 48,8 м. Поэтому Х-12 не стал проектом самого большого на тот момент локомотива, но явно входил в первую пятерку лидеров.
В головной секции располагались кабина управления, атомный реактор, силовой турбопарогенератор, конденсатор, а также силовая электроаппаратура и система управления. В хвостовой «бустерной» секции длиной 65 футов размещались конденсаторы пара и теплообменники (радиаторы площадью, эквивалентной 1000 автомобильных радиаторов) системы охлаждения.
Всего локомотив весом 720 т должен был иметь 14 опорных колесных пар, 12 из которых — тяговые — были оснащены тяговыми электродвигателями постоянного тока.
Сердцем X-12 должны были стать водяной ядерный реактор с гомогенной активной зоной и турбогенераторные установки, расположенные в отсеке, заключенном в 200-тонную свинцовую оболочку, экранирующую радиоактивное излучение. Дополнительно для защиты от радиации реактор был окружен водой и экранирован защитой из стали с промежутками парафина и гипса. Кроме того, предполагалось применить подобный материал и в конструкции генераторов, тем самым использовав их также в качестве защиты.
У спроектированного ядерного реактора активная зона представляла собой гомогенную смесь ядерного горючего — 19,8 кг высокообогащенного урана (85% — уран-235), растворенного в 357 л воды с замедлителем. Тепловыделяющие элементы отсутствовали. Управление процессом тепловыделения в активной зоне реактора планировалось выполнять кадмиевыми стержнями.
Постоянную циркуляцию смеси во избежание осаждения урана и для поддержания постоянной температуры обеспечивали два насоса в верхней части реактора. Для контроля реакции имелись отражатели и стержни из бора и стали.
Выбор в пользу оружейного урана был сделан из-за крайне малого объема реактора, размеры которого составляли 1 м в высоту, 1 м — в ширину и 0,4 м — в длину. К тому же данный тип реактора на тот момент был наименее секретен и достаточно прост для создания. Кроме того, он был неприхотлив в обслуживании. В случае перегрева реактора и его закипания благодаря малому паровому коэффициенту реактивности реакция самостоятельно прерывалась. Также эта схема отличалась небольшим расходом ядерного топлива и возможностью оперативно изменять выходную мощность.
Для передачи энергии через рабочую зону реактора проходило 10 тыс. трубок с водой. Вода в них превращалась в пар, который поступал в силовую паровую турбину, раскручивая ее до 6 тыс. об./мин. Отработанный пар направлялся в конденсаторную секцию, где охлаждался, возвращался в жидкое агрегатное состояние и снова поступал в реактор.
Ротор паровой турбины приводил во вращение четыре генератора (каждый мощностью по 1,3 МВт). В итоге силовая установка могла длительно выдавать 5,2 МВт (7 тыс. л.с.) электрической мощности в обычном режиме и до 7,4 МВт (10 тыс. л.с.) — на короткое время в форсированном режиме. Выработанная электроэнергия по силовым цепям предавалась на тяговые электродвигатели ведущих (тяговых) колесных пар: девять — на первой секции и три — на первой тележке второй секции.
К сожалению, в ограниченном объеме машинного отделения не удалось разместить двухконтурную систему подачи пара, и он поступал в турбину радиоактивным прямо из реактора, «загрязняя» ее. Из-за этого турбина проектировалась одноразовой, без возможности обслуживания. Каждые полтора года изношенная, «загрязненная» радиацией турбина должна была заменяться на новую. Это хоть и вело к увеличению эксплуатационных расходов, но выгода от использования атомного реактора их все равно бы перекрывала.
Реактор также был предусмотрен одноразовым. Он должен был запускаться только один раз, исключительно на заводе при выпуске локомотива из цеха, а в эксплуатации доступ к нему был практически невозможен. Предполагалось, что реактор данного типа спокойно прослужит три года, после чего локомотив снова придет на завод, где произойдет замена реактора. Каждые полгода на специально созданной станции обслуживания в него планировалось добавлять до 50 л смеси воды и урановой соли.
Разрабатывались два варианта комплектации экипажа для управления атомовозом — в составе четырех или двух человек. В первом случае управлять реактором должны были два специально обученных инженера, находящиеся в предельной близости к зоне реактора. Согласно расчетам, максимальный срок безопасной работы для них составлял год, сменами через три дня. После этого во избежание накопления вреда от радиации предлагалось переводить отработавших свой срок инженеров на другие должности. Во втором случае инженеры, наблюдающие за реактором, отсутствовали, а контроль за критическими параметрами ядерной силовой установки осуществляла штатная локомотивная бригада, управляющая локомотивом. Поскольку команда Борста была уверена в надежности своего атомного котла, именно этот вариант был выбран основным.
Серьезное внимание было уделено безопасности. Конструкция атомовоза была рассчитана с учетом возможности погасить удар при аварийных ситуациях (например, столкновении, сходе с рельсов или крушении).
Защитная оболочка активной зоны также предусматривала дополнительную амортизацию удара. В систему управления стержнями был заложен механизм, освобождающий все стержни при резком изменении скорости, для того чтобы остановить реактор в случае аварии. Также имелась простая и надежная система охлаждения реактора, которая могла функционировать после удара и предотвратить расплавление реактора до прибытия аварийных команд.
Согласно результатам проведенного технико-экономического обоснования, на постройку первого испытательного локомотива команде Борста требовалось (в ценах 1954 г.) 4 млн долл. на исследования и 1,2 млн долл. на саму постройку (в 2 раза больше стоимости 4-секционного тепловоза эквивалентной мощности). Кроме того, необходим был доступ к мощностям крупного машиностроительного завода.
Капитальные затраты при постройке локомотива компенсировались выгодой от отсутствия необходимости постоянно заправлять локомотив, возможности его непрерывного использования в течение дней, а то и недель.
Стоимость годовой заправки ураном-235 составляла 9 тыс. долл. В итоге один локомотив окупал бы себя за 10 лет работы, а при постройке пяти локомотивов — за 12 лет. Однако не учитывалась повышенная трудоемкость обслуживания и ремонта.
Основную выгоду давало использование Х-12 на дальних и сверхдальних маршрутах, где атомовоз сможет успешно конкурировать с дизельными локомотивами. Так, команда Борста предлагала использование Х-12 на проектируемой в то время панамериканской магистрали, проходящей через всю Северную и Южную Америку.
По расчетам авторов проекта, мощность Х-12 должна была позволить разогнать поезд массой 5 тыс. т от 0 до 60 миль/ч всего за 3 мин 32 с. Средний грузовой состав для Х-12 оценивался в 120 вагонов весом до 20 тыс. т при скорости 80 км/ч.
В январе 1954 г. Борет развернул рекламную кампанию Х-12 в научно-популярной прессе с целью найти инвестора для дальнейшего развития проекта. Об атомном локомотиве писало практически каждое научно-популярное издание в Америке. К 1955 г. Борет показал проект своей группы на нескольких представительных конференциях и выставках. Но при высоком интересе публики у потенциальных заказчиков возникло множество вопросов.
Практически сразу от проекта отказались военные — они признали, что в будущем атомные поезда, возможно, займут свое место на железных дорогах, но пока все их требования удовлетворяли и обычные локомотивы. У частных фирм интереса была значительно больше. Наибольшую заинтересованность проявило руководство машиностроительной компании Babcock & Wilcox, где в 1955 г. была создана специальная комиссия для анализа этого проекта. После двух месяцев обсуждений Х-12 был признан перспективным, но чрезмерно опасным локомотивом. В случае его серьезной аварии убытки были бы настолько большими, что перекрыли бы всю возможную выгоду.
Многие изобретатели зацикливаются на своем детище годами, а то и десятилетиями, пытаясь протолкнуть его в жизнь, но Лайл Борст не был из их числа. Работа принесла ожидаемый им результат. Все участники проектного офиса получили неоценимый опыт работы и теперь могли спокойно продвигаться дальше как в науке, так и по карьерной лестнице. Поэтому, поняв, что для реализации проекта в ближайшее время не было перспектив, он принял решение о его закрытии. Без колебаний оставив позади Х-12, Борст продолжил свою научную деятельность и никогда не сомневался в правильности принятого им решения о завершении проекта атомного локомотива.
Учитывая все перечисленные недостатки, которые были известны уже в середине прошлого века, неизвестно, будут ли когда-либо построены новые сверхширокие железные дороги и атомные локомотивы. К тому же в случае реализации подобных проектов необходимо сконструировать и построить не только подвижной состав, но и все инфраструктурные объекты: железнодорожные пути, искусственные сооружения (мосты, тоннели, путепроводы, переезды), локомотивные и вагонные депо, станции и пассажирские вокзалы.
В современном мире реальный интерес к описанным транспортным системам могут проявить какие-либо добывающие компании или промышленные, в том числе металлургические и машиностроительные, кластеры, которым проще и дешевле проложить высокопроизводительный железнодорожный путь со сверхширокой колеей, например, от богатых рудных месторождений до гигантских перерабатывающих предприятий.
Необходимо также учитывать, что современные крупнейшие государства, такие как Россия, Соединенные Штаты Америки, Великобритания, Германия, не ставят перед собой таких глобальных мегазадач, которые хотели решить Третий рейх и Советский Союз.
Однозначно перед запуском подобных новых проектов необходимо провести тщательные подсчеты и оценить экономические преимущества новой транспортной системы, учитывая в том числе возможность перевозки больших объемов сырьевых ресурсов с малоосвоенных территорий (например, Северного Урала).
Поддержите канал-поставьте лайк