Содержание
САМОЛЁТ С АТОМНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ | Наука и жизнь
В середине 50-х — начале 60-х годов прошлого века в СССР начали разрабатывать самолёт с ядерной силовой установкой. Летающая атомная лаборатория на базе самолёта Ту-95М, пройдя испытания на наземном стенде, в 1962—1963 годах провела серию опытных полётов, но вскоре программа была свёрнута (см. «Наука и жизнь» № 6, 2008 г.). Результаты тех испытаний сегодня практически забыты. А тех, кто создавал атомный самолёт, кто может собрать и обобщить уникальный опыт, в живых остаётся, увы, всё меньше. Вспоминает участник проекта, учёный секретарь НИИ авиационного оборудования Александр Васильевич Курганов, в прошлом ведущий инженер по лётным испытаниям Лётно-исследовательского института и руководитель бригады по испытаниям бортового оборудования на летающей атомной лаборатории.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Летающая атомная лаборатория, созданная на базе самолёта Ту-95М и оснащённая атомным реактором — имитатором реальной атомной силовой установки.
Распределение потока нейтронов, выбрасываемых атомным реактором ВВР-2, установленным на Ту-95М. Испытательный полёт проходил при одном открытом шибере (заслонке) защиты реактора.
Схема водо-водяного энергетического реактора ВВЭР-2, на котором проводились первые испытания авиационного оборудования на радиационную стойкость.
Эти часы и записку А. В. Курганов получил из рук Генерального конструктора А. Н. Туполева за участие в создании самолёта с атомным двигателем.
‹
›
Открыть в полном размере
В 1950-х годах Советский Союз делал успешные шаги в развитии атомной энергетики. Уже работала первая отечественная атомная электростанция, разрабатывались проекты атомных ледоколов и подводных лодок. Руководитель советского атомного проекта Игорь Васильевич Курчатов решил, что пришло время поставить вопрос о создании атомного самолёта.
Преимущества ядерных двигателей были очевидны: практически неограниченная дальность и длительность полёта при минимальном расходе топлива — всего несколько граммов урана на десятки часов полёта.
Такой самолёт открывал самые заманчивые перспективы перед военной авиацией. Однако первые проработки проекта показали, что полностью защитить самолёт от выхода радиоактивных излучений за пределы конструкции реактора не удаётся. Тогда было принято решение создать так называемую теневую защиту кабины пилотов, а всё бортовое оборудование вне кабины, подверженное гамма-нейтронному облучению, самым тщательным образом обследовать. Первым делом надо было выяснить, как поведут себя незащищённые приборы при работающем реакторе.
Влияние радиоактивного излучения на бортовое оборудование изучали сотрудники Лётно-исследовательского института (ЛИИ) и Института атомной энергии (ИАЭ). Так сложилось содружество инженеров и конструкторов, специалистов по авиационному оборудованию и физиков-ядерщиков. Для исследований в ИАЭ нам предоставили реактор ВВЭР-2, в котором вода охлаждает аппарат и одновременно служит замедлителем нейтронов до энергий, требуемых для поддержания управляемой цепной реакции.
Руководил группой В. Н. Сучков. От Лётно-исследовательского института в ней работали А. В. Курганов, Ю. П. Гаврилов, Р. М. Костригина, М. К. Бушуев,
Б. М. Сорокин, В. П. Конарев, В. К. Селезнёв, Л. В. Романенко, Н. И. Макаров, В. П. Федоренко, И. Т. Смирнов, Г. П. Брусникин, Н. Н. Солдатов, И. Г. Хведченя, А. С. Михайлов, В. М. Груздов, В. С. Лисицин и другие. От Института атомной энергии экспериментальными работами руководили Г. Н. Степанов, Н. А. Ухин, А. А. Шапкин.
Ещё в самом начале экспериментов специалисты столкнулись с рядом трудностей. Во-первых, исследуемые приборы и аппаратура довольно сильно нагревались за счёт поглощения энергии излучения. Во-вторых, полностью исключался визуальный контроль, да и какой-либо контакт с исследуемыми образцами. В-третьих, для чистоты экспериментов было очень важно проводить исследования в условиях, по возможности близких к условиям полёта, а на высоте негерметичная авиационная аппаратура работает в разрежённой атмосфере.
Чтобы создать разрежение воздуха, сконструировали малогабаритные барокамеры, из которых специальный компрессор откачивал воздух. Исследуемые приборы устанавливали в барокамеры и помещали их в канал атомного реактора вблизи его активной зоны.
Впоследствии к экспериментам были подключены: первая атомная электростанция в Физико-энергетическом институте им. А. И. Лейпунского (ФЭИ), облучательные установки в филиале Физико-химического института им. Л. Я. Карпова (ФХИ) в Обнинске. В результате этих работ впервые в стране были определены реальная радиационная стойкость бортового авиационного оборудования и наиболее чувствительные изделия, элементы и материалы, выявлена «иерархия» радиационной стойкости по видам оборудования, решены другие важные вопросы.
Следующим этапом работы по программе создания атомного самолёта стали разработка и строительство наземного стенда летающей атомной лаборатории (ЛАЛ). Стенд нужен был для проведения дозиметрических исследований в реальной конфигурации самолёта Ту-95М, а также для оценки работоспособности изделий в реальных условиях.
На стенде исследовали радиотехническую бортовую аппаратуру и электротехнические агрегаты, оценивали величину радиоактивности, вызванной воздействием нейтронов, а также её спад во времени. Эти данные были очень важны с точки зрения эксплуатации и послеполётного обслуживания самолёта.
Вспоминается переполошивший всю группу эпизод, связанный с работой реактора. Однажды во время контрольного осмотра оператор заметил на водной поверхности бака обильную белую пену, похожую на пену стирального порошка. Атомщики забеспокоились: если это органическая пена, ещё полбеды — где-нибудь прокладка «газит», а если неорганическая — гораздо хуже — возможна коррозия алюминия, из которого сделаны корпуса тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), а в них находится ядерное горючее — уран. Все понимали, что разрушение корпусов ТВЭЛов может привести к катастрофическим последствиям.
Чтобы разобраться в ситуации, в первую очередь надо было определить химический состав пены. Взяли образцы и поехали в Семипалатинск, в ближайшую лабораторию.
Но химики так и не разобрались, органика это или нет.
На объект срочно прилетел один из ведущих специалистов ИАЭ и посоветовал первым делом промыть бак реактора спиртом. Но эта процедура не помогла — аппарат продолжал гнать пену. Тогда решили ещё раз тщательно осмотреть всю конструкцию реактора изнутри. Чтобы не «схватить» повышенную дозу радиации, работать внутри бака можно было не более пяти минут. Осмотром занимались молодые механики из ОКБ им. А. Н. Туполева. Наконец, один из них с криком «Нашёл!» выбрался из бака, держа в руках кусок микропористой резины. Как туда попал этот посторонний предмет, можно только догадываться.
В мае 1962 года начался этап лётных испытаний, в котором участвовала наша бригада. Дозиметрические и другие исследования в условиях полёта показали, что во время работы реактора дальность радиосвязи сокращается под воздействием потока нейтронов, а находящийся в специальных ёмкостях вне защищённой кабины кислород, которым экипаж дышит во время высотного полёта, подвергается активации (в нём обнаружили молекулы озона — О3).
При этом элементы электрооборудования работали достаточно устойчиво.
Масштабная и очень интересная работа по созданию атомного самолёта, к сожалению, не была завершена. Программу закрыли, но участие в ней осталось в памяти на всю жизнь. В дальнейшем мне приходилось заниматься разными лётно-космическими экспериментами, лётными испытаниями на первом сверхзвуковом пассажирском самолёте Ту-144 и запуском космического корабля многоразового использования «Буран». Я получал разные награды, но самая дорогая среди них — часы, которые вручил мне Генеральный конструктор академик Андрей Николаевич Туполев за участие в проекте создания атомного самолёта. Часы до сих пор великолепно работают и стали семейной реликвией.
Как в СССР разработали атомный самолет с радиацией
Атомные самолеты были хороши всем, кроме гигантской радиации.
Александр Грек
Появление атомной бомбы породило у обладателей этого чудо-оружия искушение выиграть войну всего несколькими точными ударами по промышленным центрам противника.
Останавливало их только то, что эти центры располагались, как правило, в глубоком и хорошо защищенном тылу. Все послевоенные силы сосредоточились как раз на надежных средствах доставки «спецгруза». Выбор оказался невелик — баллистические и крылатые ракеты и сверхдальняя стратегическая авиация. В конце 40-х весь мир склонился к бомбардировщикам: на развитие дальней авиации были выделены такие гигантские средства, что последующее десятилетие стало «золотым» для развития авиации. За короткое время в мире появилось множество самых фантастических проектов и летательных аппаратов. Даже обескровленная войной Великобритания блеснула великолепными стратегическими бомбардировщиками Valient и Vulcan. Но самыми невероятными проектами были стратегические сверхзвуковые бомбардировщики с атомными силовыми установками. Даже спустя полстолетия они завораживают своей смелостью и безумием.
Атомный след
В 1952 году в США взлетает легендарный B-52, через год — первый в мире сверхзвуковой тактический бомбардировщик A-5 Vigilante, а еще через три — сверхзвуковой стратегический XB-58 Hustler.
СССР не отставал: одновременно с B-52 в воздух поднимается стратегический межконтинентальный бомбардировщик Ту-95, а 9 июля 1961 года весь мир шокирует показанный на авиапараде в Тушино гигантский сверхзвуковой бомбардировщик М-50, который, промчавшись над трибунами, сделал горку и растворился в небе. Мало кто догадывался, что это был последний полет супербомбардировщика.
Дело в том, что радиус полета построенного экземпляра не превышал 4000 км. И если для США, окруживших СССР военными базами, этого было достаточно, то для достижения американской территории с советских аэродромов требовалась дальность не менее 16 тыс. км. Расчеты показывали, что даже при двух заправках топливом дальность М-50 со «спецгрузом» массой 5 т не превышала 14 тыс. км. При этом такой полет требовал целое озеро топлива (500 т) для бомбардировщика и топливозаправщиков. Для поражения же удаленных целей на территории США и свободного выбора трассы полета для обхода районов ПВО требовалась дальность в 25 тыс.
км. Обеспечить ее на сверхзвуковом полете могли только самолеты с ядерными силовыми установками.
Подобный проект только сейчас кажется диким. В начале 50-х он казался не более экстравагантным, чем размещение реакторов на подводных лодках: и то и другое давало практически неограниченный радиус действия. Вполне обычным постановлением Совета Министров СССР от 1955 года ОКБ Туполева было предписано создать на базе бомбардировщика Ту-95 летающую атомную лабораторию, а ОКБ Мясищева — выполнить проект сверхзвукового бомбардировщика «со специальными двигателями главного конструктора Архипа Люльки».
Специальные двигатели
Турбореактивный двигатель с атомным реактором (ТРДА) по конструкции очень сильно напоминает обычный турбореактивный двигатель (ТРД). Только если в ТРД тяга создается расширяющимися при сгорании керосина раскаленными газами, то в ТРДА воздух нагревается, проходя через реактор.
Активная зона авиационного атомного реактора на тепловых нейтронах набиралась из керамических тепловыделяющих элементов, в которых имелись продольные шестигранные каналы для прохода нагреваемого воздуха.
Расчетная тяга разрабатываемого двигателя должна была составить 22,5 т. Рассматривалось два варианта компоновки ТРДА — «коромысло», при котором вал компрессора располагался вне реактора, и «соосный», где вал проходил по оси реактора. В первом варианте вал работал в щадящем режиме, во втором требовались специальные высокопрочные материалы. Но соосный вариант обеспечивал меньшие размеры двигателя. Поэтому одновременно прорабатывались варианты с обеими двигательными установками.
Первым в СССР самолетом с атомным двигателем должен был стать бомбардировщик М-60, разрабатываемый на основе существующего М-50. При условии создания двигателя с компактным керамическим реактором, разрабатываемый самолет должен был иметь дальность полета не менее 25 тыс. км при крейсерской скорости 3000−3200 км/ч и высоте полета порядка 18−20 км. Взлетная масса супербомбардировщика должна была превысить 250 т.
Летающий Чернобыль
При взгляде на эскизы и макеты всех атомных самолетов Мясищева сразу бросается в глаза отсутствие традиционной кабины экипажа: она неспособна защитить летчиков от радиационного излучения.
Поэтому экипаж ядерного самолета должен был располагаться в герметичной многослойной капсуле (преимущественно, свинцовой), масса которой вместе с системой жизнеобеспечения составляла до 25% массы самолета — более 60 т! Радиоактивность внешнего воздуха (ведь он проходил через реактор) исключала возможность использования его для дыхания, поэтому для наддува кабины использовалась кислородноазотная смесь в пропорции 1:1, получаемая в специальных газификаторах путем испарения жидких газов. Аналогично противорадиационным системам, применяемым на танках, в кабине поддерживалось избыточное давление, исключающее попадание внутрь атмосферного воздуха.
Отсутствие визуального обзора должно было компенсироваться оптическим перископом, телевизионным и радиолокационными экранами.
Катапультная установка состояла из кресла и защитного контейнера, ограждающего экипаж не только от сверхзвукового воздушного потока, но и от мощного радиационного излучения двигателя.
Задняя стенка имела 5-сантиметровое свинцовое покрытие.
Понятно, что поднять в воздух, а тем более посадить 250-тонную машину, прильнув к окуляру перископа, было практически невозможно, поэтому бомбардировщик оборудовался полностью автоматической системой самолетовождения, которая обеспечивала автономный взлет, набор высоты, заход и наведение на цель, возвращение и посадку. (Все это в 50-х годах — за 30 лет до автономного полета «Бурана»!)
После того как выяснилось, что самолет сможет решать практически все задачи сам, появилась логическая идея сделать беспилотный вариант — легче как раз на те самые 60 т. Отсутствие громоздкой кабины также уменьшало на 3 м диаметр самолета и на 4 м — длину, что позволяло создать аэродинамически более совершенный планер по типу «летающее крыло». Однако в ВВС проект поддержки не нашел: считалось, что беспилотный самолет не в состоянии обеспечить маневр, необходимый в создавшейся конкретной обстановке, что приводит к большей поражаемости беспилотного аппарата.
Пляжный бомбардировщик
Наземный комплекс обслуживания атомных самолетов представлял собой не менее сложное сооружение, чем сами машины. Ввиду сильного радиационного фона практически все работы были автоматизированы: заправка, подвеска вооружения, доставка экипажа. Атомные двигатели хранились в специальном хранилище и монтировались на самолете непосредственно перед вылетом. Мало того, облучение материалов в полете потоком нейтронов приводило к активации конструкции самолета. Остаточное излучение было настолько сильным, что делало невозможным свободный подход к машине без применения специальных мер в течение 23 месяцев после снятия двигателей. Для отстоя таких самолетов в аэродромном комплексе отводились специальные площадки, а конструкция самих машин предусматривала быстрый монтаж основных блоков посредством манипуляторов. Гигантская масса атомных бомбардировщиков требовала особых взлетных полос, с толщиной покрытия около 0,5 м.
Ясно было, что такой комплекс в случае начала войны был чрезвычайно уязвим.
Именно поэтому под индексом М-60 параллельно разрабатывался сверхзвуковой гидросамолет с атомным двигателем. Каждый район базирования таких самолетов, рассчитанный на обслуживание 10−15 гидросамолетов, занимал участок побережья в 50−100 км, что обеспечивало достаточную степень рассредоточения. Базы могли располагаться не только на юге страны. В СССР был тщательно изучен опыт Швеции по поддержанию в 1959 году водных акваторий круглый год в незамерзающем состоянии. Используя несложное оборудование для подачи воздуха по трубам, шведам удалось обеспечить циркуляцию теплых слоев воды со дна водоемов. Сами базы предполагалось строить в мощных прибрежных скальных массивах.
Атомный гидросамолет был довольно необычной компоновки. Воздухозаборники были удалены от поверхности воды на 1,4 м, что исключало попадание в них воды при волнении до 4-х баллов. Реактивные сопла нижних двигателей, расположенные на высоте 0,4 м, в случае необходимости наполовину перекрывались специальными заслонками.
Впрочем, целесообразность заслонок подвергалась сомнению: гидросамолет должен был находиться на воде только с включенными двигателями. Со снятыми реакторами самолет базировался в специальном самоходном доке.Для взлета с водной поверхности применялась уникальная комбинация выдвижных подводных крыльев, носовой и подкрыльевых гидролыж. Подобная конструкция на 15% снижала площадь поперечного сечения самолета и уменьшала его массу. Гидросамолет М-60М, как и сухопутный родственник М-60, мог находиться с боевой нагрузкой в 18 т на высоте 15 км более суток, что позволяло решать основные поставленные задачи. Однако сильное предполагаемое радиационное загрязнение мест базирования привело к тому, что в марте 1957 года проект был закрыт.
По следам подводных лодок
Закрытие проекта М-60 вовсе не означало прекращение работ над атомной тематикой. Был поставлен крест только на атомных силовых установках с «открытой» схемой — когда атмосферный воздух проходил напрямую через реактор, подвергаясь сильному радиационному заражению.
Надо отметить, что проект М-60 начинал разрабатываться, когда еще не было даже опыта создания атомных подводных лодок. Первая АПЛ К-3 «Ленинский комсомол» была спущена на воду в 1957-м — как раз в год прекращения работ над М-60. Реактор К-3 работал по «закрытой» схеме. В реакторе происходил нагрев теплоносителя, который потом превращал воду в пар. Ввиду того, что теплоноситель постоянно находился в замкнутом изолированном контуре, радиационного заражения окружающей среды не происходило. Успех такой схемы во флоте активизировал работы в этой области и в авиации. Постановлением правительства от 1959 года ОКБ Мясищева поручается разработка нового высотного самолета М-30 с атомной силовой установкой «закрытого» типа. Самолет предназначался для нанесения ударов бомбами и управляемыми ракетами по особо важным малоразмерным целям на территории США и авианосным ударным соединениям на океанских просторах.
Разработка двигателя для нового самолета была поручена ОКБ Кузнецова.
При проектировании конструкторы столкнулись с неприятным парадоксом — падением тяги атомного двигателя с понижением высоты. (Для обычных самолетов все было в точности наоборот — тяга падала с набором высоты.) Начались поиски оптимальной аэродинамической схемы. В конце концов остановились на схеме «утка» с крылом переменной стреловидности и пакетным расположением двигателей. Единый реактор по мощным замкнутым трубопроводам должен был доставлять жидкий теплоноситель (литий и натрий) к 6 воздушно-реактивным двигателям НК-5. Предусматривалось дополнительное использование углеводородного топлива на взлете, выходе на крейсерскую скорость и выполнении маневров в районе цели. К середине 60-го года предварительный проект М30 был готов. В связи с гораздо меньшим радиоактивным фоном от новой двигательной установки, существенно была облегчена защита экипажа, а кабина получила остекление из свинцового стекла и плексигласа общей толщиной 11 см. В качестве основного вооружения предусматривались две управляемые ракеты К-22.
По планам подняться в воздух М-30 должен был не позже 1966 года.
Кнопочная война
Однако в 1960 году произошло историческое совещание по перспективам развития стратегических систем оружия. В результате Хрущев принял решения, за которые его до сих пор называют могильщиком авиации. По правде говоря, Никита Сергеевич тут ни при чем. На совещании ракетчики во главе с Королевым выступили куда более убедительно, чем разобщенные авиастроители. На вопрос, сколько времени требуется на подготовку вылета стратегического бомбардировщика с ядерным боеприпасом на борту, самолетчики ответили — сутки. Ракетчикам потребовались минуты: «Нам бы только гироскопы раскрутить». К тому же им не требовались многокилометровые дорогостоящие взлетно-посадочные полосы. Преодоление бомбардировщиками средств ПВО также вызывало большие сомнения, тогда как эффективно перехватывать баллистические ракеты не научились до сих пор. Вконец сразила военных и Хрущева красочно описанная ракетчиками перспектива «кнопочной войны» будущего.
Результат совещания — самолетостроителям было предложено взять на себя часть заказов по ракетным темам. Все самолетные проекты были приостановлены. М-30 стал последним авиационным проектом Мясищева. В октябре ОКБ Мясищева окончательно переводится на ракетно-космическую тематику, а сам Мясищев отстраняется от должности руководителя.
Будь авиаконструкторы в 1960 году более убедительны, как знать, какие бы самолеты летали сегодня в небе. А так, нам остается только любоваться смелыми мечтами в «TechInsider» и восхищаться сумасшедшими идеями 60-х.
На базе какого самолета разрабатывался бомбардировщик М-60
Ядерный реактивный двигатель, керамические турбины и другие жемчужины из истории полетов
Самолет был еще подростком, когда Соединенные Штаты вступили в Первую мировую войну, и молодое авиационное подразделение армии США хотело, чтобы его самолеты летали выше без потеря власти.
У Сэнфорда Мосса, инженера GE и одного из самых ярких умов в области паровых турбин, возникла идея.
Он и его команда разработали устройство под названием турбокомпрессор. Он использовал выхлопные газы авиационного двигателя для питания небольшой турбины. Турбина увеличила давление воздуха в цилиндрах двигателя и придала ему больше мощности, особенно на больших высотах, где воздух разрежен.
В 1918 году Мосс взял устройство на Пайкс-Пик в Колорадо, отм. 14 000 футов ( см. выше ) и доказали, что авиационный двигатель Liberty V-12 с наддувом работает на этой высоте намного лучше, чем стандартная версия. Правительство было удовлетворено, и GE начала производить нагнетатели для армии.
Мосс уменьшил свой турбонагнетатель Пайкс-Пик, чтобы он поместился на самолете.
Именно этот контракт запустил GE в воздух. Сегодня в эксплуатации находится более 30 000 авиационных двигателей GE, от тубовинтовых двигателей пригородных самолетов до самых высокогорных аэропортов мира в Гималаях и до самого большого и мощного реактивного двигателя из когда-либо созданных.
Взгляните на основные моменты.
Первый авиационный турбонагнетатель: В 1921 году биплан LePere ( выше ), оснащенный турбокомпрессором Мосса, установил мировой рекорд высоты, достигнув высоты 40 800 футов. рейс из Ньюарка, штат Нью-Джерси, в Лос-Анджелес продолжительностью 7 часов 28 минут и 25 секунд. GE Aviation производила турбокомпрессоры в течение нескольких десятилетий. Более поздние версии этой технологии использовались на бомбардировщиках B-17, B-24 и B-29 во время Второй мировой войны. Поскольку GE еще не производила двигатели, они работали с поршневыми двигателями Pratt & Whitney и Curtiss-Wright.
Обогреваемый высотный летный костюм: Эти бомбардировщики времен Второй мировой войны выполняли миссии на высоте более 25 000 футов без герметичных или обогреваемых кабин. На такой высоте экипажам приходилось носить кислородные маски, чтобы оставаться в сознании и защищать себя от настолько низких температур, что открытая кожа превращалась в металл.
На помощь пришли инженеры GE. Они разработали летный костюм с подогревом для больших высот, опираясь на предыдущий опыт успешного, но явно невоенного продукта: электрических одеял.
Первый реактивный двигатель в США: Осенью 1941 года сверхсекретная группа инженеров GE по прозвищу Hush-Hush Boys (вверху) использовала конструкцию британского реактивного двигателя сэра Фрэнка Уиттла для создания первого в Америке реактивного двигателя. Прототип поднялся в воздух в 1942 году, а в 1944 году реактивный двигатель поступил на вооружение Lockheed P-80 Shooting Star, первого реактивного истребителя в арсенале ВВС США.
Первый коммерческий реактивный двигатель в США: В 1947 году двигатель GE J47 стал первым реактивным двигателем, сертифицированным для коммерческой авиации в США. GE произвела более 35 000 таких двигателей. Они нашли несколько применений за пределами авиации. Реактивный автомобиль Spirit of America использовал один, и пара из них приводила в движение то, что до сих пор остается самым быстрым в мире поездом с реактивным двигателем ( выше ).
Они также служили на железной дороге в качестве мощных снегоочистителей.
Ранние сверхзвуковые двигатели: В 1948 году GE наняла немецкого пионера авиации Герхарда Ноймана, который быстро приступил к работе над реактивным двигателем. Он разработал революционную конструкцию, названную регулируемым статором (вверху). Это позволяло пилотам поворачивать лопасти на статоре двигателя, изменять давление внутри турбины и заставлять самолеты летать со скоростью, превышающей скорость звука.
Когда GE приступила к испытаниям первого реактивного двигателя с переменным статором Неймана, инженеры подумали, что их приборы работают со сбоями из-за мощности, которую он производит. В 1960-х годах самолет XB-70 Valkyrie с двигателем GE ( выше ) летал со скоростью, превышающей 3 Маха, что в три раза превышает скорость звука.
Два экспериментальных реактора для испытаний ядерных реактивных двигателей в Арко, штат Айдахо. Изображение предоставлено: Wtshymanski
Ядерный реактивный двигатель: В 1954 году GE даже поставила реактивный двигатель на атомной энергии на испытательный стенд в Арко, штат Айдахо.
Он проработал более 100 часов безотказно, прежде чем проект был отложен. Идея заключалась в том, что двигатель будет использовать тепло, выделяемое ядерным реактором на борту самолета, для создания тяги. Самолет с такими двигателями теоретически мог находиться в воздухе дни и недели. Хотя ВВС США модифицировали бомбардировщик B-36 Peacemaker, чтобы нести ядерный реактор, они никогда не использовали двигатели.
Первый турбовентиляторный двигатель с большой степенью двухконтурности: В 1960-х годах инженеры GE начали работу над новым мощным реактивным двигателем, который мог бы поднимать тяжелые грузы на большие расстояния, а также повышал топливную экономичность самолетов. Они придумали двигатель TF39 ( над ), который создавал рекордную тягу в 40 000 фунтов. Хотя он был разработан для военных, более поздние версии двигателя запустили семейство двигателей CF-6, которыми оснащались пассажирские самолеты DC-10, Lockheed L1011 и Boeing 747, включая Air Force One.
Первый турбовентиляторный двигатель без воздуховода: После нефтяного кризиса 1970-х годов GE и NASA разработали забавную конструкцию двигателя под названием «турбовентиляторный двигатель без воздуховода» ( на фото выше, а также в верхней части GIF). Двигатель, названный GE36, представлял собой нечто среднее между реактивным и винтовым двигателем. Впервые в экономичной машине использовались лопасти вентилятора, изготовленные из легких и прочных композитов из углеродного волокна. GE по-прежнему является единственной компанией в сфере производства реактивных двигателей, использующей эти материалы для изготовления вентиляторов двигателей. В 1988 года пассажирский самолет MD-80 с двигателем GE36 вылетел из США на авиасалон Фарнборо в Англии.
Самый большой и самый мощный двигатель в мире: Хотя ТРДД без воздуховода не прижился, технология лопаток из углеродного волокна позволила инженерам GE создать новую линейку массивных ТРДД с большой степенью двухконтурности, включая GE90- 115B ( выше ).
Это самый мощный в мире реактивный двигатель, способный развивать тягу в 115 000 фунтов. Его следующая версия получила название GE9.X будет самым большим в мире двигателем с вентилятором диаметром 11 футов (этот двигатель все еще находится в разработке).
Первые двигатели с 3D-печатными деталями и новыми керамическими материалами: Реактивный двигатель LEAP – это первый реактивный двигатель с топливными форсунками, напечатанными на 3D-принтере, и компонентами, изготовленными из прочных композитов с керамической матрицей (КМЦ), которые намного легче, чем даже высококачественные сплавы. LEAP, топливная экономичность которого на 15% выше, чем у сопоставимых двигателей GE, разработана CFM International, совместным предприятием GE Aviation и французской Snecma (Safran). CFM получила заказы и обязательства на сумму более 100 миллиардов долларов (цена в США) на более чем 7700 LEAP. Он будет введен в эксплуатацию до 2016 года.
Первые прядильные детали из керамики: Компания GE потратила два десятилетия на разработку КМЦ.
Ученые из GE Global Research попытались прострелить образец стальным шаром, летящим со скоростью 150 миль в час, но потерпели неудачу ( см. выше ). Компания добилась прорыва, когда впервые успешно испытала вращающиеся детали, изготовленные из КМЦ, внутри турбины реактивного двигателя. «Переход от никелевых сплавов к вращающейся керамике внутри двигателя — это действительно большой скачок», — говорит Джонатан Бланк (Jonathan Blank), руководитель исследований CMC и передовых полимерно-матричных композитов в GE Aviation. «CMC позволяют революционно изменить конструкцию реактивного двигателя».
Суперджет: Инженеры GE Aviation разработали новый двигатель с адаптивным циклом для истребителей шестого поколения. Он называется ADVENT и может переключаться между режимами высокой мощности и высокой эффективности ( см. выше и ниже ). «Благодаря этой технологии мы совершаем скачок на поколение», — говорит Дэн Маккормик, менеджер программ двигателей с адаптивным циклом в GE Aviation.
«Мы смотрим на скорость и производительность, а также на 25-процентную экономию топлива. Это дополнительное топливо может увеличить дальность полета военного самолета на 35 процентов. Это огромно».
Полет на вершину мира: Аэропорт Тенцинг-Хиллари в Лукле в Непале, вероятно, является самым экстремальным коммерческим аэропортом в мире ( см. ниже ). Расположенный на высоте 9 382 фута, в долине, наполненной злым сдвигом ветра, он имеет устрашающую взлетно-посадочную полосу длиной всего четыре футбольных поля, которая заканчивается каменной стеной. Некоторые самолеты, которые там летают, оснащены пропеллерными двигателями производства GE.
Почему нет атомных самолетов
Технология
Стратеги решили пожертвовать старшими пилотами для патрулирования неба на летающих реакторах. Наглядный урок.
Кристиан РулБомбардировщик времен холодной войны (Кристофер Ферлонг / Гетти)
ВМС США недавно запросили у Конгресса 139 миллиардов долларов на обновление флота атомных подводных лодок. В отличие от «обычных» подводных лодок, которым необходимо часто всплывать на поверхность, атомные подводные лодки могут плавать под водой на высоких скоростях в течение десятилетий без необходимости дозаправки топливом. Планировщики обороны ожидают, что новые подводные лодки будут работать на одной заправке в течение всего развертывания — до полувека.
Преимущества атомных подводных лодок перед их обычными собратьями поднимают вопрос о другом компоненте военного арсенала: почему самолеты не работают на ядерной энергии?
Причин много. Сделать ядерный реактор пригодным к полету сложно. Защитить его от извержения опасной радиации на тела экипажа может быть невозможно. Во время холодной войны, когда угроза ядерного апокалипсиса привела к удивительно прагматичным планам, инженеры предложили решить проблему, наняв пожилых экипажей ВВС для пилотирования гипотетических ядерных самолетов, потому что они умрут до того, как облучение вызовет у них смертельный рак.
Американский физик итало-американского происхождения Энрико Ферми выдвинул идею полета на ядерном двигателе еще в 1942 году, когда работал над Манхэттенским проектом по созданию атомной бомбы. Когда Вторая мировая война подошла к концу, Соединенные Штаты начали работу по реализации мечты Ферми о полетах на ядерных двигателях. С 1946 по 1961 год огромные группы инженеров, стратегов и администраторов трудились в водовороте чертежей, официальных документов и зеленых счетов, пытаясь воплотить эту идею в жизнь.
Преимущества атомных самолетов не уступают преимуществам атомных подводных лодок. Атомным подводным лодкам не нужно было подниматься на поверхность для получения топлива, а ядерным самолетам не нужно было садиться. А 1945 предложение в Министерстве войны (теперь Министерство обороны) обещало: «С ядерной силовой установкой сверхзвуковой полет вокруг света становится непосредственной возможностью». В секретном меморандуме Комиссии по атомной энергии, хранящемся сейчас в Президентской библиотеке Эйзенхауэра, перспектива полета на ядерном двигателе объяснялась более сдержанным тоном.
Ядерная энергетика «должна сделать возможным дальность полета один или несколько раз вокруг земного шара при одной загрузке реактора». Идея бомбардировщика с ядерным двигателем стала для военных стратегической мечтой; он мог оставаться в воздухе в течение нескольких дней, чтобы покрыть любое количество целей по всему миру, прежде чем вернуться в Соединенные Штаты без дозаправки.
Проблема дозаправки самолетов занимала многие умы времен холодной войны. Бомбардировщики будут напрягаться, чтобы достичь своих целей, и застрять на вражеской территории с недостаточным запасом топлива, чтобы вернуться домой, если они будут летать только на одном баке. Дозаправка в воздухе предлагала решение, но плохое. Самолеты, застигнутые врасплох над территорией противника, подверглись зенитному обстрелу. Маневры уклонения разъединят два самолета, помешают успешной дозаправке и поставят под угрозу миссию.
Чтобы свести к минимуму потребность в опасной дозаправке, Соединенные Штаты полагались на глобальную сеть баз ВВС.
Такие базы — обычно недалеко от СССР — позволяли самолетам достигать своих целей и возвращаться на одном баке топлива. Однако приобретение баз оказалось дорогим и непопулярным. В какой-то момент Соединенные Штаты предложили 100 миллионов долларов в золоте, чтобы купить Гренландию у Дании и получить новое стратегическое расположение для баз. В конце концов, Дания решила сохранить Гренландию, но это предложение иллюстрирует, на что Соединенным Штатам пришлось пойти, чтобы компенсировать ограниченную дальность полета своих самолетов. Самолет с ядерным двигателем мог бы избежать всех этих проблем.
Но у атомной энергетики были свои проблемы. Реактор должен был быть достаточно маленьким, чтобы поместиться на самолете, а это означало, что он выделял бы гораздо больше тепла, чем стандартный. Тепло может расплавить реактор, а вместе с ним и самолет, отправив радиоактивный кусок жидкого металла к Земле.
Проблема защиты пилотов от излучения реактора оказалась еще более сложной. Какой прок от самолета, убившего собственных пилотов?
Для защиты экипажа от радиоактивности реактору требовались толстые и тяжелые слои защиты.
Но для взлета самолет должен был быть максимально легким. Адекватная защита казалась несовместимой с полетом.
Тем не менее, инженеры предположили, что веса, сэкономленного за счет отсутствия топлива, может быть достаточно, чтобы компенсировать реактор и его защиту. Соединенные Штаты потратили 16 лет на разработку этой идеи, но безрезультатно. Советский Союз также занимался ядерными двигателями для самолетов, сталкиваясь с теми же проблемами. К 1958 году печально известная статья в журнале Aviation Week , по большей части выдуманная, утверждала, что Советы уже испытывают работоспособный ядерный самолет. Вскоре после этого президент Дуайт Эйзенхауэр посоветовал сохранять спокойствие и осудил статью как надуманную. Представитель советской программы пояснил, что «если бы мы летали на атомном самолете, мы бы очень гордились этим достижением и сообщили бы об этом всем». К несчастью для энтузиастов атомных полетов, обеим странам нечем было похвастаться.
Ни одной из программ не удалось решить проблемы экранирования и веса.
Более того, разработка межконтинентальных баллистических ракет в 1950-х годах ослабила аргументы в пользу разработки бомбардировщиков с ядерными двигателями. Атомный самолет стал излишним с военной точки зрения, так как межконтинентальные баллистические ракеты избегали проблем пилотируемых ядерных полетов. У них были только односторонние миссии, они не нуждались в дозаправке и не имели пилотов для защиты. Без военного обоснования атомного полета финансирование прекратилось.
Атомный самолет начал умирать медленной смертью. В конце 1950-х администрация Эйзенхауэра урезала бюджет программы. Никита Хрущев урезал финансирование советского аналога. К 1961 году обе страны свернули свои проекты пилотируемых самолетов с ядерными двигателями. Атомный полет казался обреченным.
В последней отчаянной попытке сохранить ядерный самолет на столе военные стратеги нашли радикальное решение: они могли бы использовать пилотов ближе к смерти. Военно-воздушные силы будут использовать экипажи, достаточно старые, чтобы умереть естественной смертью до того, как проявится вредное воздействие радиации, и таким образом, по логике вещей, обойти проблему экранирования.
Как объяснил эксперт по ядерной политике Леонард Вайс в статье для Бюллетень ученых-атомщиков , предложение сделало бы ненужной радиационную защиту и значительно уменьшило бы вес самолета. Возможно, это позволило бы атомному самолету взлететь.
Образ отряда облученных пожилых пилотов, патрулирующих небеса мира, готовых развязать ядерную катастрофу, опирался на форму эйджизма, которая пронизывала планирование апокалипсиса времен холодной войны. В планах гражданской обороны по выживанию в условиях ядерного апокалипсиса в жертву всегда приносились старые. Джо Мартин с факультета истории и философии науки Кембриджского университета объяснил мне, что Герман Кан, один из предполагаемых вдохновителей доктора Стрейнджлава, составил рейтинг пищевых продуктов после ядерной катастрофы, отражающий эту предвзятость эпохи холодной войны. Шкала варьировалась от класса A (высококачественная пища, предназначенная для беременных женщин) до класса E (радиоактивная пища, подходящая только для кормления животных).
Группа, состоящая из людей старше 50 лет, Д. Кан прямо выразился в своей книге О Термоядерная война : «Большинство этих людей умрут от других причин, прежде чем заболеют раком».
Даже это шокирующее предложение не спасло атомный самолет. Администрация Эйзенхауэра пришла к выводу, что программа была ненужной, опасной и слишком дорогой. 28 марта 1961 года только что вступивший в должность президент Джон Ф. Кеннеди отменил программу. С тех пор появлялись предложения по созданию самолетов с ядерными двигателями, но страх перед радиацией и нехватка финансирования сдерживали все подобные идеи.
Военно-воздушные силы все еще сохраняют свою привязанность к старшим пилотам. У него самый высокий возрастной предел для призывников среди всех родов войск, и в 2014 году этот предел был увеличен до 39 лет. Некоторые пилоты могут быть намного старше. В прошлом году, в ответ на нехватку почти 2000 пилотов, ВВС призвали обратно отставных военнослужащих в рамках программы «Добровольное возвращение пенсионеров на действительную службу» (VRRAD).