A experiência adquirida nos anos 50-70 do século XX ainda será útil no século XXI
Pode parecer estranho que a energia nuclear, que está firmemente enraizada na terra, na hidrosfera e até no espaço, não tenha se enraizado no ar. Este é o caso quando as aparentes considerações de segurança (embora não apenas elas) superam os óbvios benefícios técnicos e operacionais da introdução de usinas nucleares (NPS) na aviação.
Enquanto isso, a probabilidade de consequências graves de incidentes com tais aeronaves, desde que sejam perfeitas, dificilmente pode ser considerada maior em comparação com sistemas espaciais que utilizam usinas nucleares (NPP). E por uma questão de objetividade, vale lembrar: o acidente do satélite terrestre artificial soviético Kosmos-954 do tipo US-A, ocorrido em 1978 com a queda de seus fragmentos no território do Canadá, ocorrida em 1978, não levou à redução do sistema de reconhecimento do espaço marítimo e designação de alvos. (MKRTs) "Legend", cujo elemento eram os dispositivos US-A (17F16-K).
Por outro lado, as condições de operação de uma usina nuclear de aviação projetada para criar empuxo por meio da geração de calor em um reator nuclear fornecido ao ar por um motor de turbina a gás são completamente diferentes daquelas de usinas nucleares satélites, que são geradores termoelétricos. Hoje, dois diagramas esquemáticos de um sistema de controle nuclear de aviação foram propostos - um tipo aberto e um tipo fechado. O esquema do tipo aberto prevê o aquecimento do ar comprimido pelo compressor diretamente nos canais do reator com sua saída subsequente através do bocal de jato, e o tipo fechado prevê o aquecimento do ar por meio de um trocador de calor, em circuito fechado do qual o refrigerante circula. O circuito fechado pode ser de um ou dois circuitos, e do ponto de vista de garantia da segurança operacional, a segunda opção parece a mais preferida, uma vez que o bloco do reator com o primeiro circuito pode ser colocado em uma carcaça de proteção à prova de choque, a estanqueidade que evita consequências catastróficas em caso de acidentes de aeronaves.
Em sistemas nucleares de aviação do tipo fechado, podem ser usados reatores de água pressurizada e reatores de nêutrons rápidos. Ao implementar um esquema de dois circuitos com um reator "rápido" no primeiro circuito do NPS, ambos metais alcalinos líquidos (sódio, lítio) e um gás inerte (hélio) seriam usados como refrigerante e, no segundo, álcali metais (sódio líquido, fusão de sódio eutética, etc.) potássio).
NO AR - REATOR
A ideia de usar a energia nuclear na aviação foi proposta em 1942 por um dos líderes do Projeto Manhattan, Enrico Fermi. Ela se interessou pelo comando da Força Aérea dos Estados Unidos e, em 1946, os americanos embarcaram no projeto NEPA (Energia Nuclear para Propulsão de Aeronaves), destinado a determinar as possibilidades de criação de um bombardeiro de alcance ilimitado e aeronaves de reconhecimento.
Em primeiro lugar, era necessário realizar pesquisas relacionadas com a proteção anti-radiação da tripulação e do pessoal do serviço de terra, e fazer uma avaliação probabilística situacional de possíveis acidentes. Para agilizar os trabalhos, o projeto NEPA em 1951 foi ampliado pela Força Aérea dos Estados Unidos para o programa de destino ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Dentro dessa estrutura, a empresa General Electric desenvolveu um circuito aberto, e a empresa Pratt-Whitney desenvolveu um circuito YSU fechado.
Para testar o futuro reator nuclear de aviação (exclusivamente na modalidade de lançamentos físicos) e proteção biológica, o bombardeiro estratégico B-36H Peacemaker serial da empresa Convair foi projetado com seis motores a pistão e quatro turbojato. Não era uma aeronave nuclear, mas apenas um laboratório voador, onde o reator seria testado, mas foi denominado NB-36H - Nuclear Bomber ("Bombardeiro Atômico"). A cabine foi transformada em uma cápsula de chumbo e borracha com um escudo adicional de aço e chumbo. Para proteger contra a radiação de nêutrons, painéis especiais cheios de água foram inseridos na fuselagem.
O protótipo do reator de aeronaves ARE (Aircraft Reactor Experiment), criado em 1954 pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge, tornou-se o primeiro reator nuclear homogêneo do mundo com uma capacidade de 2,5 MW com combustível de um sal fundido - fluoreto de sódio e tetrafluoretos de zircônio e urânio.
A vantagem deste tipo de reatores reside na impossibilidade fundamental de um acidente com a destruição do núcleo, sendo que a própria mistura de sal combustível, no caso de um NSU de aviação do tipo fechado, funcionaria como refrigerante primário. Quando um sal fundido é utilizado como refrigerante, quanto maior, em comparação, por exemplo, com o sódio líquido, a capacidade térmica do sal fundido permite o uso de bombas circulantes de pequenas dimensões e se beneficia da diminuição do consumo de metal do projeto da planta do reator como um todo, e a baixa condutividade térmica deveriam ter garantido a estabilidade do motor nuclear da aeronave contra saltos repentinos de temperatura no primeiro circuito.
Com base no reator ARE, os americanos desenvolveram uma aviação experimental YSU HTRE (Heat Transfer Reactor Experiment). Sem mais delongas, a General Dynamics projetou o motor nuclear da aeronave X-39 baseado no motor turbojato J47 para bombardeiros estratégicos B-36 e B-47 “Stratojet” - em vez de uma câmara de combustão, o núcleo do reator foi colocado nela.
A Convair pretendia fornecer o X-39 ao X-6 - talvez seu protótipo fosse o bombardeiro estratégico supersônico B-58 Hustler, que fez seu vôo inaugural em 1956. Além disso, a versão atômica de um bombardeiro subsônico experiente da mesma empresa YB-60 também foi considerada. No entanto, os americanos abandonaram o sistema de controle nuclear da aviação em circuito aberto, considerando que a erosão das paredes dos canais de ar do núcleo do reator X-39 fará com que a aeronave deixe um rastro radioativo, poluindo o meio ambiente..
A esperança de sucesso foi prometida pela usina nuclear de tipo fechado, mais segura contra radiação, da empresa Pratt-Whitney, em cuja criação a General Dynamics também estava envolvida. Para esses motores, a empresa "Convair" iniciou a construção da aeronave experimental NX-2. As versões turbojato e turboélice de bombardeiros nucleares com usinas nucleares desse tipo estavam sendo elaboradas.
No entanto, a adoção em 1959 dos mísseis balísticos intercontinentais Atlas, capazes de atingir alvos na URSS a partir do território continental dos Estados Unidos, neutralizou o programa da ANP, especialmente porque amostras de produção de aeronaves atômicas dificilmente teriam surgido antes de 1970. Como resultado, em março de 1961, todo o trabalho nessa área nos Estados Unidos foi interrompido pela decisão pessoal do presidente John F. Kennedy, e um avião atômico real nunca foi construído.
A amostra de voo do reator de aeronaves ASTR (Aircraft Shield Test Reactor), localizado no compartimento da bomba do laboratório de vôo NB-36H, era um reator de nêutrons rápido de 1 MW que não estava conectado aos motores e operava com dióxido de urânio e resfriado por um fluxo de ar aspirado por entradas de ar especiais. De setembro de 1955 a março de 1957, o NB-36H fez 47 voos com a ASTR sobre áreas desabitadas dos estados do Novo México e Texas, após os quais o carro nunca mais foi levantado.
Deve-se notar que a Força Aérea dos Estados Unidos também tratou do problema de um motor nuclear para mísseis de cruzeiro ou, como se costumava dizer até a década de 1960, para aeronaves de projétil. Como parte do projeto Plutão, o Laboratório Livermore criou duas amostras do motor ramjet nuclear Tory, que foi planejado para ser instalado no míssil de cruzeiro supersônico SLAM. O princípio de "aquecimento atômico" do ar passando pelo núcleo do reator foi aqui o mesmo que nos motores de turbina a gás nuclear de tipo aberto, com apenas uma diferença: o motor ramjet carece de um compressor e de uma turbina. Os conservadores, testados com sucesso em campo em 1961-1964, são as primeiras e até agora as únicas usinas nucleares de aviação (mais precisamente, mísseis e aviação) em operação. Mas esse projeto também foi encerrado como sem esperança, tendo como pano de fundo os sucessos na criação de mísseis balísticos.
Alcance e ultrapasse
Claro, a ideia de usar a energia nuclear na aviação, independentemente dos americanos, também se desenvolveu na URSS. Na verdade, no Ocidente, não sem razão, eles suspeitaram que tal trabalho estava sendo realizado na União Soviética, mas com a primeira divulgação do fato sobre eles se meteram em uma confusão. Em 1º de dezembro de 1958, a Aviation Week noticiou: A URSS está criando um bombardeiro estratégico com motores nucleares, o que causou grande agitação na América e até ajudou a manter o interesse no programa da ANP, que já havia começado a se extinguir. No entanto, nos desenhos que acompanham o artigo, o artista editorial retratou com bastante precisão a aeronave M-50 do bureau de projetos experimentais VM Myasishchev, que na verdade estava sendo desenvolvida naquela época, com uma aparência completamente "futurística", que possuía motores turbojato convencionais. Não se sabe, aliás, se esta publicação foi seguida de um "confronto" no KGB da URSS: as obras no M-50 ocorreram em clima de estrito sigilo, o bombardeiro fez seu primeiro vôo depois de a menção na imprensa ocidental, em outubro de 1959, e o carro foram apresentados ao público em geral apenas em julho de 1961 no desfile aéreo em Tushino.
Quanto à imprensa soviética, pela primeira vez sobre o plano atômico foi contado em termos mais gerais pela revista "Technics - Youth" no nº 8 de 1955: “A energia atômica é cada vez mais usada na indústria, energia, agricultura e Medicina. Mas não está longe o tempo em que será usado na aviação. Dos campos de aviação, máquinas gigantes facilmente subirão no ar. Os aviões nucleares serão capazes de voar quase o tempo que você quiser, sem afundar no solo por meses, fazendo dezenas de voos sem escalas ao redor do mundo em velocidade supersônica. " A revista, aludindo ao propósito militar do veículo (aeronaves civis não precisam estar no céu "o tempo que quiser"), no entanto, apresentou um esquema hipotético de um avião cargueiro-passageiros com uma usina nuclear de tipo aberto.
No entanto, o coletivo Myasishchevsky, e não sozinho, lidou de fato com aeronaves com usinas nucleares. Embora os físicos soviéticos venham estudando a possibilidade de sua criação desde o final dos anos 40, o trabalho prático nesse sentido na União Soviética começou muito mais tarde do que nos EUA, e o início foi estabelecido por decreto do Conselho de Ministros da URSS No. 1561-868 de 12 de agosto de 1955. Segundo ele, OKB-23 V. M. Myasishchev e OKB-156 A. N. Tupolev, bem como os motores de aeronaves OKB-165 A. M. Lyulka e OKB-276 N. D. Kuznetsov foram encarregados de desenvolver bombardeiros atômicos estratégicos.
O reator nuclear da aeronave foi projetado sob a supervisão dos acadêmicos I. V. Kurchatov e A. P. Aleksandrov. O objetivo era o mesmo dos americanos: conseguir um carro que, tendo decolado do território do país, pudesse atingir alvos em qualquer parte do mundo (em primeiro lugar, claro, nos EUA).
Uma característica do programa de aviação atômica soviética é que ele continuou mesmo quando o assunto já havia sido esquecido nos Estados Unidos.
Durante a criação do sistema de controle nuclear, os diagramas de circuito aberto e fechado foram analisados minuciosamente. Assim, sob o esquema de tipo aberto, que recebeu o código "B", o Lyulka Design Bureau desenvolveu dois tipos de motores turbojato atômico - axial, com a passagem do eixo do turbocompressor por um reator anular, e "balancins" - com um eixo fora do reator, localizado em um caminho de fluxo curvo. Por sua vez, o Kuznetsov Design Bureau trabalhou nos motores de acordo com o esquema "A" fechado.
O Myasishchev Design Bureau começou imediatamente a resolver a tarefa aparentemente mais difícil - projetar bombardeiros atômicos de super alta velocidade. Ainda hoje, olhando os diagramas dos futuros carros feitos no final dos anos 50, pode-se definitivamente ver as características da estética técnica do século 21! Estes são os projetos de aeronaves "60", "60M" (hidroavião nuclear), "62" para os motores Lyulkovsk do esquema "B", bem como "30" - já sob os motores de Kuznetsov. As características esperadas do bombardeiro "30" são impressionantes: velocidade máxima - 3600 km / h, velocidade de cruzeiro - 3000 km / h.
No entanto, o assunto não chegou ao projeto detalhado da aeronave nuclear Myasishchev devido à liquidação do OKB-23 em capacidade independente e sua introdução no foguete e no espaço OKB-52 de V. N. Chelomey.
Na primeira fase de participação no programa, a equipe de Tupolev deveria criar um laboratório voador semelhante em finalidade ao americano NB-36H com um reator a bordo. Recebeu a designação de Tu-95LAL e foi construído com base no bombardeiro estratégico pesado turboélice em série Tu-95M. Nosso reator, assim como o americano, não era acoplado aos motores do porta-aviões. A diferença fundamental entre o reator de aeronaves soviético e o americano era que ele era refrigerado a água, com uma potência muito menor (100 kW).
O reator doméstico era resfriado pela água do circuito primário, que por sua vez aquecia a água do circuito secundário, que era resfriada pelo fluxo de ar que passava pela entrada de ar. É assim que o diagrama esquemático do motor turboélice atômico NK-14A Kuznetsov foi elaborado.
O laboratório nuclear voador Tu-95LAL em 1961-1962 levantou o reator 36 vezes tanto no estado operacional quanto no estado "frio" para estudar a eficácia do sistema de proteção biológica e o efeito da radiação nos sistemas da aeronave. De acordo com os resultados do teste, o presidente do Comitê Estadual de Tecnologia da Aviação P. V. Dementyev, no entanto, observou em sua nota à liderança do país em fevereiro de 1962: com YSU foi desenvolvido em OKB-301 SA Lavochkin. - K. Ch.), como o trabalho de pesquisa realizado é insuficiente para o desenvolvimento de protótipos de equipamentos militares, esse trabalho deve ser continuado”.
No desenvolvimento da reserva de projeto do OKB-156, o Tupolev Design Bureau desenvolveu com base no bombardeiro Tu-95 um projeto de uma aeronave experimental Tu-119 com motores turboélice atômicos NK-14A. Como a tarefa de criar um bombardeiro de alcance ultralongo com o aparecimento na URSS de mísseis balísticos intercontinentais e mísseis balísticos baseados no mar (em submarinos) perdeu sua relevância crítica, os Tupolevs consideraram o Tu-119 como um modelo de transição em o caminho para a criação de uma aeronave anti-submarina nuclear baseada no avião de passageiros de longo alcance Tu-114, que também "cresceu" a partir do Tu-95. Esse objetivo era bastante consistente com a preocupação da liderança soviética com o desdobramento pelos americanos na década de 1960 de um sistema de mísseis nucleares submarinos com ICBMs Polaris e, em seguida, Poseidon.
No entanto, o projeto de tal aeronave não foi implementado. Permaneceu na fase de projeto e os planos para a criação de uma família de bombardeiros supersônicos Tupolev com YSU sob o codinome Tu-120, que, como o caçador de ar atômico para submarinos, foram planejados para serem testados na década de 70 …
Mesmo assim, o Kremlin gostou da ideia de dar à aviação naval uma aeronave anti-submarina com autonomia de vôo ilimitada para combater os submarinos nucleares da OTAN em qualquer região dos oceanos. Além disso, essa máquina deveria carregar o máximo de munição possível de armas anti-submarinas - mísseis, torpedos, cargas de profundidade (incluindo nucleares) e bóias de sonar. É por isso que a escolha recaiu sobre um pesado avião de transporte militar An-22 "Antey", com capacidade de carga de 60 toneladas - o maior avião turboélice de corpo largo do mundo. A futura aeronave An-22PLO foi planejada para ser equipada com quatro motores turboélice NK-14A em vez do NK-12MA padrão.
O programa para a criação de tal não visto em qualquer outra frota de uma máquina alada recebeu o nome de código "Aist", e o reator para o NK-14A foi desenvolvido sob a liderança do Acadêmico A. P. Aleksandrov. Em 1972, os testes do reator foram iniciados a bordo do laboratório voador An-22 (um total de 23 voos), e foi feita uma conclusão sobre sua segurança em operação normal. E em caso de acidente grave, previa-se separar a unidade do reator e o circuito primário da aeronave em queda com um pouso suave de pára-quedas.
Em geral, o reator de aviação "Aist" tornou-se a realização mais perfeita da ciência e tecnologia nuclear em seu campo de aplicação.
Considerando que, com base na aeronave An-22, também foi planejada a criação de um sistema de mísseis de aviação estratégica intercontinental An-22R com um míssil balístico submarino R-27, é claro que potencial poderoso tal porta-aviões poderia receber se fosse transferido para “empuxo atômico” »Com motores NK-14A! E embora as coisas não tenham acontecido com a implementação do projeto An-22PLO e do projeto An-22R, deve-se afirmar que nosso país ultrapassou os Estados Unidos no campo da criação de uma usina nuclear de aviação.
Não há dúvida de que esta experiência, apesar de seu exotismo, ainda pode ser útil, mas em um nível de implementação de qualidade superior.
O desenvolvimento de sistemas não tripulados de aeronaves de reconhecimento e ataque de ultralongo alcance pode muito bem seguir o caminho do uso de sistemas nucleares neles - tais suposições já estão sendo feitas no exterior.
Os cientistas também previram que até o final deste século, milhões de passageiros provavelmente serão transportados por aeronaves de passageiros movidas a energia nuclear. Além dos óbvios benefícios econômicos associados à substituição do querosene de aviação pelo combustível nuclear, estamos falando de uma queda acentuada na contribuição da aviação, que, com a transição para os sistemas de energia nuclear, deixará de “enriquecer” a atmosfera com dióxido de carbono, para o efeito estufa global.
Na opinião do autor, os sistemas nucleares de aviação se encaixariam perfeitamente nos complexos de aviação-transporte comercial do futuro baseados em aeronaves de carga superpesadas: por exemplo, a mesma gigantesca “balsa aérea” M-90 com capacidade de 400 toneladas, proposto pelos projetistas da planta experimental de construção de máquinas em homenagem a VM Myasishchev.
Claro, há problemas em termos de mudança da opinião pública em favor da aviação civil nuclear. Também terão que ser resolvidas questões graves relacionadas com a garantia de sua segurança nuclear e antiterrorista (aliás, os especialistas citam a solução doméstica com o “tiro” de pára-quedas do reator em caso de emergência). Mas a estrada, batida há mais de meio século, será dominada pelo caminhante.
