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 совместной Комиссии 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 будут напоминать обычный реактивный двигатель, за исключением того, что не будет камер сгорания . Воздух, полученный из компрессорной секции, будет отправлен 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. Конечный результат заключается в том, 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 способности 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 производила 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 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 гелиевого газа-охладителя циркулировал вокруг первичного охладителя 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 для авиационного щита (ASTR), был работоспособен, но не обеспечивал питание самолета, а основной целью летной программы было испытание щита. 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 возмутительной 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 ).