Els anys cinquanta del segle passat van ser un període de ràpid desenvolupament de la tecnologia nuclear. Les superpotències van construir els seus arsenals nuclears, construint centrals nuclears, trencaglaços, submarins i vaixells de guerra amb plantes nuclears al llarg del camí. Les noves tecnologies tenien una gran promesa. Per exemple, el submarí nuclear no tenia cap restricció sobre el rang de creuer en posició submergida i el "repostatge" de la central es podria fer cada pocs anys. Per descomptat, els reactors nuclears també tenien desavantatges, però els seus avantatges inherents compensaven amb escreix tots els costos de seguretat. Amb el pas del temps, l’elevat potencial dels sistemes d’energia nuclear va interessar no només el comandament de les armades, sinó també l’aviació militar. Un avió amb un reactor a bord podria tenir característiques de vol molt millors que els seus homòlegs de gasolina o querosè. En primer lloc, els militars es van sentir atrets per l’abast teòric de vol d’un bombarder, avió de transport o avió antisubmarí.
A finals dels anys quaranta, els antics aliats a la guerra amb Alemanya i el Japó (els EUA i l’URSS) es van convertir en enemics de sobte. Les característiques geogràfiques de la ubicació mútua d'ambdós països requerien la creació de bombarders estratègics amb un abast intercontinental. L'antiga tecnologia ja no era capaç d'assegurar el lliurament de municions atòmiques a un altre continent, cosa que requeria la creació de nous avions, el desenvolupament de tecnologia de coets, etc. Ja en els anys quaranta, la idea d’instal·lar un reactor nuclear en un avió estava madura en la ment dels enginyers nord-americans. Els càlculs d’aquesta època van demostrar que una aeronau comparable en pes, mida i paràmetres de vol amb un bombarder B-29 podia passar almenys cinc mil hores a l’aire en un repostatge amb combustible nuclear. Dit d’una altra manera, fins i tot amb les tecnologies imperfectes d’aquella època, un reactor nuclear a bord amb un sol avituallament podria proporcionar energia a un avió durant tota la seva vida útil.
El segon avantatge de les hipotètiques atomicoletes d’aquella època eren les temperatures assolides pel reactor. Amb el disseny correcte d’una central nuclear, seria possible millorar els motors de turboreactors existents escalfant la substància de treball amb l’ajut d’un reactor. Així, es va fer possible augmentar l’energia dels gasos a reacció del motor i la seva temperatura, cosa que provocaria un augment significatiu de l’empenta d’aquest motor. Com a resultat de totes les consideracions i càlculs teòrics, els avions amb motors nuclears en alguns caps s'han convertit en un vehicle de lliurament universal i invencible per a les bombes atòmiques. No obstant això, un treball pràctic més va refredar l'ardor d'aquests "somiadors".
Programa NEPA
El 1946, el recentment format Departament de Defensa dels Estats Units va obrir el projecte NEPA (Energia nuclear per a la propulsió d’avions). L'objectiu d'aquest programa era estudiar tots els aspectes de les centrals nuclears avançades per a avions. Fairchild va ser nomenat contractista principal del programa NEPA. Se li va donar instruccions per estudiar les perspectives de bombardeigs estratègics i avions de reconeixement d’alta velocitat equipats amb centrals nuclears, així com per donar forma a l’aspecte d’aquests últims. Els empleats de Fairchild van decidir començar a treballar en el programa amb el tema més urgent: la seguretat dels pilots i del personal de manteniment. Per a això, es va col·locar una càpsula amb diversos grams de radi al compartiment de càrrega del bombarder utilitzat com a laboratori de vol. En lloc de formar part de la tripulació habitual, els empleats de la companyia, "armats" amb taulells Geiger, van participar en els vols experimentals. Tot i la quantitat relativament petita de metall radioactiu al compartiment de càrrega, la radiació de fons va superar el nivell permès en tots els volums habitables de l'avió. Com a resultat d’aquests estudis, els empleats de Fairchild van haver d’aconseguir els càlculs i esbrinar quina protecció necessitaria el reactor per garantir una seguretat adequada. Els càlculs preliminars ja han demostrat clarament que l'avió B-29 simplement no serà capaç de transportar aquesta massa, i que el volum del compartiment de càrrega existent no permetrà col·locar el reactor sense desmuntar els porta-bombes. Dit d’una altra manera, en el cas del B-29, s’hauria de triar entre un abast de vol llarg (i fins i tot llavors, en un futur molt llunyà) i, com a mínim, algun tipus de càrrega útil.
Els treballs posteriors sobre la creació d'un disseny preliminar d'un reactor d'avió es van trobar amb nous i nous problemes. Després dels paràmetres de pes i mida inacceptables, van aparèixer dificultats amb el control del reactor en vol, la protecció efectiva de la tripulació i l'estructura, la transferència d'energia del reactor a les hèlixs, etc. Finalment, va resultar que, fins i tot amb una protecció suficientment seriosa, la radiació del reactor pot afectar negativament la potència de l’avió i fins i tot la lubricació dels motors, sense oblidar l’equip electrònic i la tripulació. Segons els resultats del treball preliminar, el programa NEPA el 1948, malgrat els deu milions de dòlars gastats, va tenir resultats molt dubtosos. L’estiu del 48 es va celebrar una conferència tancada a l’Institut Tecnològic de Massachusetts sobre el tema de les perspectives de les centrals nuclears per a avions. Després d'una sèrie de disputes i consultes, els enginyers i científics participants a l'esdeveniment van arribar a la conclusió que en principi era possible crear un avió atòmic, però els seus primers vols es van atribuir només a mitjan anys seixanta o fins i tot a un fins i tot posterior. data.
A la conferència del MIT, es va anunciar la creació de dos conceptes per a motors nuclears avançats, obert i tancat. El motor a reacció nuclear "obert" era una mena de motor turborreactor convencional, en el qual l'aire entrant s'escalfa mitjançant un reactor nuclear calent. L'aire calent es llançava a través del broc, girant simultàniament la turbina. Aquest últim va posar en moviment els impulsors del compressor. Es van discutir immediatament els desavantatges d’aquest sistema. A causa de la necessitat de contacte amb l'aire amb les parts calefactores del reactor, la seguretat nuclear de tot el sistema va causar problemes especials. A més, per a una disposició acceptable de l'avió, el reactor d'aquest motor havia de ser molt i molt petit, cosa que afectava la seva potència i el seu nivell de protecció.
Un motor de reacció nuclear de tipus tancat havia de funcionar d’una manera similar, amb la diferència que l’aire dins del motor s’escalfaria en contacte amb el propi reactor, però en un intercanviador de calor especial. Directament des del reactor, en aquest cas, es va proposar escalfar un cert refrigerant i l’aire havia de guanyar temperatura en entrar en contacte amb els radiadors del circuit primari a l’interior del motor. La turbina i el compressor es mantenien al seu lloc i funcionaven exactament de la mateixa manera que en els turborreactors o els motors nuclears de tipus obert. El motor de circuit tancat no va imposar cap restricció especial a les dimensions del reactor i va permetre reduir significativament les emissions al medi ambient. D'altra banda, un problema especial va ser la selecció d'un refrigerant per transferir l'energia del reactor a l'aire. Diversos líquids refrigerants-líquids no proporcionaven l’eficiència adequada i els metàl·lics necessitaven preescalfament abans d’engegar el motor.
Durant la conferència, es van proposar diversos mètodes originals per augmentar el nivell de protecció de la tripulació. En primer lloc, es referien a la creació d’elements portants d’un disseny adequat, que protegissin independentment la tripulació de la radiació del reactor. Els científics menys optimistes van suggerir no arriscar els pilots, o almenys la seva funció reproductiva. Per tant, hi va haver una proposta per proporcionar el màxim nivell de protecció possible i reclutar tripulacions de pilots ancians. Finalment, van aparèixer idees relatives a equipar un prometedor avió atòmic amb un sistema de control remot perquè les persones durant el vol no posessin en risc la seva salut. Durant la discussió sobre l’última opció, va sorgir la idea de situar la tripulació en un planador petit, que se suposava que havia de ser remolcat darrere de l’avió amb acció atòmica en un cable de longitud suficient.
Programa ANP
La conferència al MIT, que va servir com una mena de sessió de pluja d’idees, va tenir un efecte positiu en el curs posterior del programa per a la creació d’avions amb atòmica. A mitjan 1949, l'exèrcit nord-americà va llançar un nou programa anomenat ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Aquesta vegada, el pla de treball implicava preparatius per a la creació d’un avió de ple dret amb una central nuclear a bord. A causa d'altres prioritats, s'ha canviat la llista d'empreses implicades en el programa. Així, Lockheed i Convair van ser contractats com a desenvolupadors de la cèl·lula d’un avió prometedor i General Electric i Pratt & Whitney van rebre l’encàrrec de continuar el treball de Fairchild sobre el motor a reacció nuclear.
En les primeres etapes del programa ANP, el client es va centrar més en un motor tancat més segur, però General Electric va fer "divulgació" a funcionaris militars i governamentals. Els empleats de General Electric van pressionar per la simplicitat i, com a resultat, la barata d’un motor obert. Van aconseguir persuadir els responsables i, com a resultat, la direcció de conducció del programa ANP es va dividir en dos projectes independents: un motor "obert" desenvolupat per General Electric i un motor de circuit tancat de Pratt & Whitney. Aviat, General Electric va aconseguir tirar endavant el seu projecte i assolir una prioritat especial per a ell i, com a resultat, finançament addicional.
En el transcurs del programa ANP, se n’ha afegit un altre a les opcions de motors nuclears ja existents. Aquesta vegada es va proposar fabricar un motor que s’assembli a una central nuclear en la seva estructura: el reactor escalfa l’aigua i el vapor resultant condueix la turbina. Aquest últim transfereix energia a l'hèlix. Aquest sistema, amb una eficiència inferior en comparació amb altres, va resultar ser el més senzill i convenient per a la producció més ràpida. No obstant això, aquesta versió de la central per a avions amb atòmica no es va convertir en la principal. Després d'algunes comparacions, el client i els contractistes de l'ANP van decidir continuar desenvolupant motors "oberts" i "tancats", deixant la turbina de vapor com a alternativa.
Primeres mostres
El 1951-52, el programa ANP va abordar la possibilitat de construir el primer avió prototip. El bombarder Convair YB-60, que es desenvolupava en aquella època, es va prendre com a base per a això, que va suposar una profunda modernització del B-36 amb ala escombrada i motors turborreactors. La central elèctrica P-1 va ser dissenyada especialment per al YB-60. Es basava en una unitat cilíndrica amb un reactor a l’interior. La instal·lació nuclear proporcionava una potència tèrmica d’uns 50 megawatts. Quatre motors turborreactors GE XJ53 es van connectar al reactor mitjançant un sistema de canonades. Després del compressor del motor, l’aire passava a través de les canonades que passaven pel nucli del reactor i, escalfant-se allà dalt, es llençava a través del broquet. Els càlculs van demostrar que l'aire per si sol no serà suficient per refredar el reactor, de manera que es van introduir al sistema tancs i canonades per a la solució d'aigua de bor. Es preveia que tots els sistemes de centrals elèctriques connectats al reactor es muntessin al compartiment de càrrega posterior del bombarder, el més lluny possible dels volums habitables.
Prototip YB-60
Val a dir que també estava previst deixar els motors de turbojet natius a l'avió YB-60. El fet és que els motors nuclears de circuit obert contaminen el medi ambient i ningú no permetria fer-ho a la rodalia immediata de camps d’aviació o assentaments. A més, la central nuclear, a causa de les característiques tècniques, va tenir una mala resposta de l’accelerador. Per tant, el seu ús era convenient i acceptable només per a vols llargs a velocitat de creuer.
Una altra mesura de precaució, però de naturalesa diferent, va ser la creació de dos laboratoris voladors addicionals. El primer d'ells, designat NB-36H i amb el nom propi Crusader ("Crusader"), estava destinat a comprovar la seguretat de la tripulació. A la sèrie B-36, es va instal·lar un conjunt de cabina de dotze tones, muntat a partir de plaques d'acer gruixudes, panells de plom i vidre de 20 cm. Per a una protecció addicional, hi havia un dipòsit d’aigua amb bor darrere de la cabina. A la secció de cua del Crusader, a la mateixa distància de la cabina que al YB-60, es va instal·lar un reactor experimental ASTR (Aircraft Shield Test Reactor) amb una capacitat d’aproximadament un megawatt. El reactor es va refredar amb aigua, que va transferir la calor del nucli als intercanviadors de calor de la superfície exterior del fuselatge. El reactor ASTR no va realitzar cap tasca pràctica i només va funcionar com a font de radiació experimental.
NB-36H (X-6)
Els vols de prova del laboratori NB-36H tenien l’aspecte següent: els pilots van aixecar un avió amb un reactor amortit a l’aire, van volar a la zona de proves del desert més proper, on es van dur a terme tots els experiments. Al final dels experiments, el reactor es va apagar i l'avió va tornar a la base. Juntament amb el Crusader, un altre bombarder B-36 amb instrumentació i un transport amb paracaigudistes marins va enlairar-se de l'aeròdrom de Carswell. En cas de xoc d’un prototip d’avió, els marins havien d’aterrar al costat de les restes, acordonar la zona i participar en l’eliminació de les conseqüències de l’accident. Afortunadament, els 47 vols amb un reactor en funcionament van prescindir d’un aterratge forçat de rescat. Els vols de prova han demostrat que un avió amb energia nuclear no representa cap amenaça greu per al medi ambient, per descomptat, amb un funcionament adequat i sense incidents.
El segon laboratori volador, designat X-6, també s'havia de convertir del bombarder B-36. Anaven a instal·lar una cabina en aquest avió, similar a la unitat del "creuat", i muntar una central nuclear al mig del fuselatge. Aquest últim va ser dissenyat sobre la base de la unitat P-1 i equipat amb nous motors GE XJ39, creats sobre la base dels turborreactors J47. Cadascun dels quatre motors tenia una empenta de 3100 kgf. Curiosament, la central nuclear era un monobloc dissenyat per ser muntat en un avió just abans del vol. Després de l'aterratge, es va planejar conduir el X-6 a un hangar especialment equipat, retirar el reactor amb motors i col·locar-los en un magatzem especial. En aquesta etapa del treball, també es va crear una unitat de purga especial. El fet és que després de l’aturada dels compressors dels motors a reacció, el reactor va deixar de refredar-se amb una eficiència suficient i es va necessitar un mitjà addicional per garantir l’aturada segura del reactor.
Comprovació prèvia al vol
Abans de començar els vols d’avions amb una central nuclear de ple dret, els enginyers nord-americans van decidir dur a terme la investigació adequada als laboratoris terrestres. El 1955 es va muntar una instal·lació experimental HTRE-1 (Experiments de reactors de transferència de calor). La unitat de cinquanta tones es va muntar sobre la base d’una plataforma ferroviària. Així, abans d’iniciar els experiments, es podia treure de la gent. La unitat HTRE-1 utilitzava un reactor d’urani compacte blindat que utilitzava beril·li i mercuri. A més, es van col·locar dos motors JX39 a la plataforma. Es van començar a utilitzar querosè, i després els motors van aconseguir la velocitat de funcionament, després de la qual cosa, per ordre del tauler de control, l'aire del compressor es va redirigir a la zona de treball del reactor. Un experiment típic amb l'HTRE-1 va durar diverses hores, simulant un llarg vol d'un bombarder. A mitjan 56, la unitat experimental va assolir una capacitat tèrmica superior als 20 megawatts.
HTRE-1
Posteriorment, la unitat HTRE-1 es va redissenyar d'acord amb el projecte actualitzat, després del qual es va anomenar HTRE-2. El nou reactor i les noves solucions tècniques van proporcionar una potència de 14 MW. Tot i això, la segona versió de la central elèctrica experimental era massa gran per instal·lar-la en avions. Per tant, el 1957 es va iniciar el disseny del sistema HTRE-3. Era un sistema P-1 profundament modernitzat, adaptat per funcionar amb dos motors turboreactors. El sistema compacte i lleuger HTRE-3 proporcionava 35 megawatts de potència tèrmica. A la primavera de 1958, es van iniciar les proves de la tercera versió del complex de proves de terra, que va confirmar completament tots els càlculs i, el més important, les perspectives per a aquesta central elèctrica.
Circuit tancat difícil
Mentre General Electric prioritzava els motors de circuit obert, Pratt & Whitney no perdia temps en desenvolupar la seva pròpia versió d’una central nuclear tancada. A Pratt & Whitney, immediatament van començar a investigar dues variants d’aquests sistemes. El primer implicava l'estructura i el funcionament més evidents de la instal·lació: el refrigerant circula al nucli i transmet calor a la part corresponent del motor a reacció. En el segon cas, es va proposar moldre combustible nuclear i col·locar-lo directament al refrigerant. En aquest sistema, el combustible circularia al llarg de tot el circuit del refrigerant, però la fissió nuclear només es produiria al nucli. Se suposava que ho aconseguiria amb l'ajuda de la forma correcta del volum principal del reactor i les canonades. Com a resultat de la investigació, es van poder determinar les formes i mides més eficaços d’aquest sistema de canonades per fer circular el refrigerant amb combustible, cosa que va assegurar el funcionament eficient del reactor i va ajudar a proporcionar un bon nivell de protecció contra la radiació..
Al mateix temps, el sistema de combustible en circulació va resultar ser massa complex. El desenvolupament posterior va seguir principalment el camí dels elements combustibles "estacionaris" rentats per un refrigerant metàl·lic. Com aquest últim, es consideraven diversos materials, però, les dificultats amb la resistència a la corrosió de les canonades i la provisió de circulació de metall líquid no ens permetien detenir-nos en el refrigerant metàl·lic. Com a resultat, el reactor es va haver de dissenyar per utilitzar aigua molt sobreescalfada. Segons els càlculs, l'aigua hauria d'haver assolit una temperatura d'uns 810-820 ° al reactor. Per mantenir-lo en estat líquid, era necessari crear una pressió d’uns 350 kg / cm2 al sistema. El sistema va resultar ser molt complex, però molt més senzill i adequat que un reactor amb refrigerant metàl·lic. El 1960, Pratt i Whitney havien acabat els treballs de la seva planta d'energia nuclear per a avions. Es van començar els preparatius per provar el sistema acabat, però al final aquestes proves no van tenir lloc.
Final trist
Els programes NEPA i ANP han ajudat a crear dotzenes de noves tecnologies, així com diversos coneixements interessants. Tanmateix, el seu objectiu principal, la creació d'un avió atòmic, fins i tot el 1960 no es va poder assolir en els propers anys. El 1961 va arribar al poder J. Kennedy, que es va interessar immediatament pels avenços en tecnologia nuclear per a l'aviació. Com que no es van observar, i els costos dels programes van assolir valors completament obscens, el destí de l'ANP i de tots els avions amb atòmica va resultar ser una gran pregunta. Al llarg d’una dècada i mitja, es van gastar més de mil milions de dòlars en investigació, disseny i construcció de diverses unitats de prova. Al mateix temps, la construcció d’un avió acabat amb una central nuclear encara era qüestió d’un futur llunyà. Per descomptat, despeses addicionals de diners i temps podrien fer que l’avió atòmic fos pràctic. No obstant això, l'administració Kennedy va decidir de manera diferent. El cost del programa ANP creixia constantment, però no hi va haver resultats. A més, els míssils balístics han demostrat plenament el seu alt potencial. A la primera meitat del 61, el nou president va signar un document segons el qual s'haurien d'aturar tots els treballs en avions amb atòmica. Val a dir que poc abans, l'any 60, el Pentàgon va prendre una decisió controvertida segons la qual es van aturar tots els treballs en centrals elèctriques de tipus obert i es va destinar tot el finançament a sistemes "tancats".
Malgrat cert èxit en el camp de la creació de centrals nuclears per a l'aviació, el programa ANP es va considerar infructuós. Durant un temps, simultàniament amb ANP, es van desenvolupar motors nuclears per a míssils prometedors. Tot i això, aquests projectes no van donar el resultat esperat. Amb el pas del temps, també es van tancar i el treball en direcció a centrals nuclears per a avions i míssils es va aturar completament. De tant en tant, diverses empreses privades intentaven dur a terme aquests desenvolupaments per iniciativa pròpia, però cap d'aquests projectes rebia el suport del govern. El lideratge nord-americà, en haver perdut la confiança en les perspectives dels avions amb atòmica, va començar a desenvolupar centrals nuclears per a la flota i centrals nuclears.
