Программа Aircraft Nuclear Propulsion ( ANP ) и предшествующий ей проект Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft ( NEPA ) работали над разработкой ядерной двигательной установки для самолетов . Военно-воздушные силы США инициировали проект NEPA 28 мая 1946 года. [1] NEPA действовал до мая 1951 года, когда проект был передан в совместную Комиссию по атомной энергии (AEC)/USAF ANP. [2] ВВС США рассматривали две различные системы для ядерных реактивных двигателей: концепцию прямого воздушного цикла, разработанную General Electric , и концепцию непрямого воздушного цикла, которая была поручена Pratt & Whitney . Программа была направлена на разработку и испытание Convair X-6 , но была отменена в 1961 году до того, как этот самолет был построен. Общая стоимость программы с 1946 по 1961 год составила около 1 миллиарда долларов. [3]
Ядерные двигатели прямого цикла напоминают обычный реактивный двигатель без камер сгорания . Воздух, полученный из компрессорной секции, отправляется в камеру , которая направляет воздух в активную зону ядерного реактора . Обмен происходит там, где реактор охлаждается, но затем он нагревает тот же воздух и отправляет его в другую камеру. Вторая камера направляет воздух через турбину (приводя в действие компрессор), а затем выводит его через выхлопные газы, обеспечивая тягу. Конечным результатом является то, что вместо использования реактивного топлива самолет может полагаться на тепло от ядерных реакций для получения энергии.
Программа General Electric, базирующаяся в Эвендейле, штат Огайо , была продолжена из-за ее преимуществ в простоте, надежности, пригодности и возможности быстрого запуска. Были использованы обычные секции компрессора и турбины реактивного двигателя , при этом сжатый воздух проходил через реактор и нагревался им перед выпуском через турбину.
Косвенный цикл включает теплообмен снаружи активной зоны с компрессорным воздухом, направляемым в теплообменник . Активная зона ядерного реактора будет нагревать воду под давлением или жидкий металл и также направлять их в теплообменник. Эта горячая жидкость будет охлаждаться воздухом; воздух будет нагреваться жидкостью, направляться через турбину (приводя в действие компрессор), а затем выходить через выхлопные газы, обеспечивая тягу.
Программа Indirect Air Cycle была поручена Pratt & Whitney, на предприятии около Мидлтауна, штат Коннектикут . Эта концепция произвела бы гораздо меньше радиоактивного загрязнения. Один или два контура жидкого металла переносили бы тепло от реактора к двигателю. Эта программа включала в себя большой объем исследований и разработок многих легких систем, пригодных для использования в самолетах, таких как теплообменники, жидкометаллические турбонасосы и радиаторы . Программа Indirect Cycle так и не приблизилась к производству готового к полету оборудования. [4]
Эксперимент по ядерному реактору в США (ARE) был экспериментом по ядерному реактору теплового спектра мощностью 2,5 МВт, разработанным для достижения высокой плотности мощности и высокой выходной температуры для использования в качестве двигателя в ядерном бомбардировщике. Преимущество ядерного самолета перед самолетом с обычным двигателем заключается в том, что он мог оставаться в воздухе на порядки дольше и обеспечивать эффективное ядерное стратегическое сдерживание для советского противника , вооруженного ядерным оружием . ARE был первым реактором на расплавленной соли (MSR), который был построен и эксплуатировался. Он использовал расплавленную фторидную соль NaF - ZrF 4 - UF 4 (53-41-6 мол.%) в качестве топлива , замедлителем был оксид бериллия гексагональной конфигурации (BeO), и имел пиковую температуру 860 °C. Резервная система жидкого натриевого охлаждения использовалась для охлаждения материалов замедлителя и отражателя . Вторичный контур газообразного гелия циркулировал вокруг первичного теплоносителя для передачи тепла водяному радиатору, где тепловая мощность сбрасывалась в атмосферу. Были установлены стержни управления реактивностью , и было обнаружено, что стержни управления не определяли выходную мощность ARE; скорее, это делала потребность в мощности, которая влияла на температуру на выходе и входе из-за отрицательного температурного коэффициента реактивности . ARE работал на мощности в течение 221 часа до пика в 2,5 МВт th . [5]
5 сентября 1951 года ВВС США заключили с Convair контракт на запуск ядерного реактора на борту модифицированного Convair B-36 Peacemaker [6] в рамках проекта MX-1589 программы ANP. Испытательный ядерный самолет NB-36H (NTA) должен был изучить требования к защите для воздушного реактора, чтобы определить, осуществим ли ядерный самолет. Это был единственный известный эксперимент с воздушным реактором в США с действующим ядерным реактором на борту. NTA совершил в общей сложности 47 полетов, проверяя реактор над Западным Техасом и Южным Нью-Мексико. Реактор, названный Испытательным реактором авиационного щита (ASTR), был работоспособен, но не обеспечивал питание самолета; основной целью летной программы была проверка эффективности защиты. На основании результатов NTA X-6 и вся программа создания ядерного самолета были прекращены в 1961 году.
В рамках программы AEC/USAF ANP в 1956 году модифицированные General Electric J47 впервые были запущены на ядерной энергии с использованием испытательной сборки реактора, известной как Heat Transfer Reactor Experiment 1 (HTRE-1). HTRE-1, который использовал вертикально ориентированные стержни управления, был переконфигурирован со съемным сердечником, чтобы стать HTRE-2 для дополнительных испытаний. HTRE-3 был построен отдельно для испытания горизонтально ориентированных стержней управления, соответствующих использованию в планере самолета. [7]
Выведенные из эксплуатации реакторы HTRE-2 и HTRE-3, а также испытательные сборки могут быть осмотрены общественностью на парковке экспериментального реактора-размножителя I в Национальной лаборатории Айдахо .
5 февраля 1957 года еще один реактор был переведен в критический режим в Critical Experiments Facility Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL) в рамках программы реактора с циркулирующим топливом компании Pratt and Whitney Aircraft Company (PWAC). Он назывался PWAR-1, Pratt and Whitney Aircraft Reactor-1. Целью эксперимента была экспериментальная проверка теоретически предсказанных ядерных свойств реактора PWAC. Эксперимент проводился недолго; к концу февраля 1957 года все данные были получены и началась разборка. Эксперимент проводился практически при нулевой ядерной мощности. Рабочая температура поддерживалась постоянной на уровне приблизительно 675 °C (1247 °F), что близко соответствует расчетной рабочей температуре замедлителя PWAR-1; эта температура поддерживалась внешними нагревателями. Как и ARE мощностью 2,5 МВт, PWAR-1 использовал NaF-ZrF4-UF4 в качестве основного топлива и охладителя. [8]
Технологическая конкуренция с Советским Союзом (представленная запуском Спутника-1 ) и постоянная мощная поддержка со стороны ВВС позволили программе продолжиться, несмотря на разделение руководства между Министерством обороны и КАЭ. Многочисленные испытательные установки были профинансированы и построены в 1950-х и 1960–61 годах для создания пригодного к полету ядерного энергоблока, включая один в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL). Хотя ARE успешно продемонстрировала работу концепции MSR, программа была отменена президентом Кеннеди 26 марта 1961 года [2] из-за высокой стоимости, поскольку до этого момента не было произведено ни одного пригодного к полету реактора [5] – «15 лет и около 1 миллиарда долларов были посвящены попыткам разработки ядерного самолета; но возможность создания военного самолета в обозримом будущем все еще очень далека». Также отмене способствовало то, что первые межконтинентальные баллистические ракеты поступили на вооружение в сентябре 1959 года, что практически устранило необходимость в ядерном самолете в качестве стратегического сдерживающего фактора. [9] [10] Тем не менее, результаты программы ARE побудили ученых и инженеров ORNL представить Комиссии по атомной энергии предварительное проектное предложение для экспериментального MSR мощностью 30 МВт для изучения MSR в качестве концепции гражданской электростанции. [11] Результатом предложения стало указание Комиссии по атомной энергии для ORNL спроектировать, построить и эксплуатировать Экспериментальный реактор на расплавленной соли (MSRE). [12]
{{citation}}: CS1 maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ).