Летающая лаборатория NB-36H.
|
Реклама... |
|
В 1941-м году в январском номере американского журнала "Популярная механика" появилась статья доктора Р.Лангера об использовании урана-235 в качестве топлива для транспортных средств. Описывавшаяся в статье конструкция самолета - летающего крыла с атомной силовой установкой тогда была воспринята читателями и многими специалистами как научная фантастика. Однако уже через год Энрико Ферми, один из создателей ядерной физики, обсуждал со своими коллегами по ядерному проекту «Манхэттен» практические проблемы, связанные с использованием атомной энергии для осуществления полета самолета.
Спустя два года эту проблему уже обсуждало командование ВВС США. Следствием этого стало заключение соглашения между ВВС и Комиссией по атомной энергии (АЕС) о начале весной 1946-го программы МЕРА (ядерная энергия для авиационных силовых установок). Целью этой программы было изучение проблем, связанных с разработкой самолета с ядерной силовой установкой (ЯСУ).
Считалось, что такой летательный аппарат мог бы использоваться в качестве стратегического бомбардировщика или разведчика, способного нести боевое дежурство в воздухе без дозаправки в течение нескольких суток. В числе проблем, требовавших решения в первую очередь, были исследования влияния радиации на конструкционные материалы планера и силовой установки, воздействия продуктов распада ядерного топлива на окружающую среду во время эксплуатации и возможных аварийных ситуаций, защиты экипажа от радиоактивного излучения в полете и обслуживающего персонала на земле, выбора места для испытаний атомного самолета.
Согласно требованиям к будущему самолету с ЯСУ, сформулированных в июле 1947-го, взлетный вес не должен был превышать 136078 кг, максимальная скорость - 829 км/ч (на высоте 10668 м), полезная нагрузка - 5443 кг. Даже при самом неблагоприятном стечении обстоятельств атомный самолет не должен был существенно изменять естественный радиоактивный фон.
В рамках программы МЕРА заключили контракт с корпорацией «Фэрчайлд», которая, в частности, исследовала влияния радиоактивного излучения на конструкционные материалы, защиту экипажа и радиоэлектронной аппаратуры, вопросы эксплуатации ЯСУ в полете и на земле. Помимо этого, испытали самолет В-29 с размещенной в бомбоотсеке радиоактивной установкой.
В итоге сделали вывод, что требуемый объем работ не по плечу фирме «Фэрчайлд». Работы по проектированию самого самолета и его силовой установки практически не сдвинулись с места, что и стало причиной прекращения контракта. К концу 1948-го расходы ВВС на программу NEPA составили около десяти миллионов долларов.
Хотя работы в рамках МЕРА шли полным ходом, многие американские физики-ядерщики были против этой программы. Одним из ее оппонентов был Роберт Оппенгеймер, возглавлявший в то время Консультативный комитет АЕС. Он полагал, что ядерный самолет не нужно создавать и предупреждал своих молодых коллег относительно опасности, связанной с этим.
Этот конфликт вынудил АЕС в 1948-м запросить мнение о программе МЕРА специалистов Массачусетского технологического института. Вскоре состоялась научная конференция с участием исследовательской группы под названием "Lexington Project" и организаций, участвовавших в программе МЕРА.
В заключительном докладе говорилось, что ядерный самолет можно создать, несмотря на огромные технические трудности, возникающие при этом. Срок разработки оценивался приблизительно в 15 лет, а общая стоимость работ - в миллиард долларов. В докладе также рекомендовалось вести разработку ЯСУ на основе турбореактивного, прямоточного воздушно-реактивного и ракетного двигателей. Отмечалось, что наиболее реальным представляется решение поставленной задачи на основе ТРД с использованием ЯСУ как открытого, так и закрытого циклов.
В апреле 1949-го по итогам совещания представители ВВС и АЕС решили отказаться от МЕРА и принять новую программу ANP (авиационный ядерный движитель). В 1951-м к работам в рамках конкурсной программы подключили четыре фирмы. «Дженерал Электрик» и «Конвэру» поручили разработку самолета с ЯСУ открытого цикла, а «Пратт-Уитни» совместно с «Локхид» - самолет с ЯСУ закрытого цикла.
Принцип действия силовой установки, над которой работала «Дженерал Электрик», заключался в следующем. Сжатый в компрессоре воздух подавался в реактор, где он нагревался от ядерного реактора и подводился к турбине двигателя. Основными достоинствами этой схемы были относительная простота и более короткое требуемое время разработки. Однако эта же схема имела большой недостаток - вследствие эрозии стенок воздушных каналов рабочей зоны реактора радиоактивные частицы выбрасывались в атмосферу.
Первоначально предполагалось взять за основу ТРД J53, над которым работала «Дженерал Электрик». Однако расчеты показали, что суммарный вес ЯСУ достигнет 74842 кг, из них 44000 кг приходилось на радиационную защиту реактора и экипажа.
Чтобы облегчить силовую установку, обратились к серийному двигателю J47 (применявшемуся на бомбардировщике В-47), которому в варианте для ЯСУ присвоили обозначение Х39.
Исследования по отработке оптимальной конструкции ЯСУ проводились «Дженерал Электрик» в 1955-57 годах на специально созданных экспериментальных установках. Первая из них предназначалась для демонстрации возможности работы ТРД с использованием атомной энергии. Она состояла из реактора, защитного экрана, двух двигателей X-39, трубопроводов, систем управления и контроля. На второй - отрабатывались варианты конструктивного исполнения активной зоны реактора. Еще одна установка фактически стала прототипом ЯСУ, предназначенного для летных испытаний. Она развивала тягу, достаточную для полета со скоростью 740 км/ч на расстояние 48280 км. Однако уровни излучения были очень велики - в одном испытании произошел сбой в системе управления реактором, что привело к радиоактивному выбросу в атмосферу и заражению окружающей территории.
Фирма «Конвэр» разрабатывала в рамках программы ANP сверхзвуковой самолет (рассматривались схемы «бесхвостка» и «утка») под обозначением Х-6. Самолет должен был иметь взлетный вес до 75 т, а прототипом для него выбрали бомбардировщик В-58, совершивший первый полет в июне 1954-го. Взлет и посадку Х-6 должен был осуществлять с использованием ТРД, работавших на обычном химическом топливе, на крейсерском режиме в работу вступала ядерная силовая установка.
ЯСУ состояла из реактора в хвостовой части фюзеляжа и четырех двигателей Х39. Разные варианты проекта предусматривали установку двигателей под или над фюзеляжем в районе реакторного отсека. ТРД, работавшие на химическом топливе, располагались на пилонах под законцовками крыла.
В носовой части фюзеляжа размещалась кабина экипажа.
Поскольку вес необходимой радиационной защиты реактора превышал расчетную грузоподъемность будущего самолета (с компромиссным вариантом радиационной защиты - так называемой "теневой" или разделенной), ее толщина радиационной защиты сводилась к минимуму и позволяла вписать реактор в обводы фюзеляжа.
Кабину экипажа предполагалось заключить в экранированную капсулу, а за ней предусмотрели дополнительную защитную панель с водным раствором изотопа бора, хорошо поглощающего нейтроны.
Проблему радиационной защиты наземного персонала после приземления атомного самолета намеривались решить следующим образом. Приземлившийся самолет с заглушенным реактором отбуксировали на специальную площадку. Здесь ЯСУ снималась с самолета и опускалась в глубокую шахту и размещалась в помещении, оборудованном радиационной защитой.
Первые испытательные полеты X-6 планировались на 1956-й.
Концепцию "теневой" защиты необходимо было опробовать в летных условиях. Для этого лучше всего подходил самый тяжелый в то время бомбардировщик ВВС США В-36Н, допускавший взлет с весом 186 т и способный нести бомбовую нагрузку в 39 т. В мае 1953-го для переоборудования выбрали машину с бортовым №15712, ожидавшую ремонта после полученных в сентябре 1952-го повреждений от тайфуна, обрушившегося на авиабазу Карсвелл.
В задней части бомбоотсека летающей лаборатории разместили испытываемый реактор мощностью 1 МВт диаметром 1,2 м и весом 16 т, работавший на быстрых нейтронах. В качестве ядерного топлива использовалась двуокись урана. Реактор включался в полете и охлаждался атмосферным воздухом, поступавшим за счет скоростного напора через специально сделанные в борту самолета воздухозаборники. Нагретый воздух через выхлопные патрубки выбрасывался наружу.
Защитная капсула весом 12 т с кабиной экипажа располагалась в носовой части фюзеляжа. Стенки капсулы изготовили из свинца и резины, а остекление кабины - из свинцового стекла толщиной 25-30 см. Сзади кабины экипажа находился защитный экран из стали и свинца диаметром 2 м и толщиной 10 см.
Во время полета за работой реактора велось наблюдение из кабины при помощи внутренней телевизионной сети. После полета реактор снимался и хранился в подземном боксе испытательного полигона фирмы "Конвэр" в штате Техас.
Модернизированный самолет получил обозначение NB-36H. Впервые он поднялся в воздух 17 сентября 1955-го. Все испытательные полеты выполнялись над малонаселенными районами Техаса и Нью Мексике. NB-36Н всегда сопровождал десантно-транспортный самолет со взводом вооруженных морских пехотинцев, готовых в любую минуту десантироваться в случае аварии NB-36H и взять его под охрану.
Осенью 1956-го самолет переименовали в NB-36H. Последний раз он взлетел в конце марта 1957-го, выполнив за время испытаний 47 полетов. К счастью, испытательная программа закончилась без аварий и NB-36Н в конечном счете вывели из эксплуатации в конце 1957-го.
Фирма «Пратт-Уитни» работала над ЯСУ закрытого цикла. Существенным достоинством этой схемы являлось отсутствие выбросов радиоактивных продуктов из двигателей. Это достигалось за счет использования дополнительного замкнутого водяного контура, снимающего тепло с реактора. В первичном контуре охлаждения реактора имелась паровая турбина мощностью 49000 л.с., вращавшая вентилятор диаметром 3,05 м, установленный во вторичном открытом контуре. Атмосферный воздух, нагнетаемый вентилятором, попадал в конденсатор турбины, нагревался там и выходил через реактивное сопло двигателя.
Однако вскоре стало ясно, что эффективность вентиляторного двигателя невысока, а в весовом отношении он очень тяжел. Поэтому в 1953-м построили и испытали второй вариант ЯСУ с одним реактором и шестью ТРД J91 тягой по 11340 кгс. В закрытом первичном контуре реактора в качестве теплоносителя применялся жидкий натрий, который через теплообменник передавал тепло воздуху вторичного разомкнутого контура. Это почти на 20 т облегчило сам реактор и его защиту. Однако недостатками двухконтурной схемы оставались сложность конструкции промежуточного теплообменника и большой вес трубопроводов с жидкометаллическим теплоносителем.
В 1955-м стало ясно, что проблемы с радиационной защитой и ЯСУ ставят под сомнение возможность создания самолета Х-6. Тогда командование стратегической авиацией приняло к разработке три программы под общим обозначением WS (Weapon System).
Программа WS-107A предусматривала разработку межконтинентальных баллистических ракет, WS-110A - дальних сверхзвуковых бомбардировщиков с двигателями на обычном топливе и WS-125A - околозвуковых самолетов с ЯСУ, способных несколько суток находиться в воздухе.
Самолет по программе WS-125A планировался как летающая платформа для запуска дальних ракет. Атомные бомбардировщики, патрулирующие вне зоны действия РЛС потенциального противника, должны были дополнять атомные подводные лодки и межконтинентальные баллистические ракеты шахтного базирования. Кроме того, атомный самолет должен был уметь летать на малой высоте, ниже границы видимости радаров с обычными бомбами.
Конструкция двигателей должна была допускать использование энергии атомного реактора на крейсерском режиме и химического топлива для кратковременного увеличения скорости, вплоть до сверхзвуковой. Это было не лишним при прорыве к цели или уходе от противника (концепция "атомный полет - химический рывок"). Программа WS-125A имела еще и другое название - CAMAL (continuously airborne missile-launcher and low-level).
Фирма «Конвэр» получила заказ на постройку двух экспериментальных самолетов под обозначением NX-2 по схеме "утка". Вертикальное оперение располагалось на законцовках крыла, а ЯСУ - в хвостовой части фюзеляжа. Длина самолета - 45,7 м, размах крыла - 52,1 м, и его площадь - 54,9 м2. Максимальный взлетный вес - 226 т, полезная нагрузка - 22,6 т. Максимальная скорость на высоте 10670 м соответствовала числу М=0,9. Продолжительность полета - 126 ч. Ядерные силовые установки для NX-2 разрабатывали фирмы «Дженерал Электрик» и «Пратт-Уитни». Первый полет планировался на 1965-й.
«Дженерал Электрик» разработала на основе двигателя J87 силовую установку Х211, состоявшую из двух ТРД и одного реактора. Суммарная тяга 25 тс должна была достигаться, но при сжигании обычного авиационного топлива в камерах сгорания перед турбинами двигателей. На крейсерском же режиме химическое топливо не использовалось.
Х211 была создана под руководством Бруно Брукмана, работавшего во время Второй мировой войны главным специалистом двигателестроительного отделения немецкой фирмы BMW.
«Пратт-Уитни» работала над третьим вариантом ЯСУ, состоявшим из реактора с двухконтурной замкнутой системой охлаждения и модифицированного ТРД J58 тягой на форсаже 14740 кгс. J58 позже установили на высотный разведчик SR-71.
Для испытаний разрабатывавшихся ЯСУ выбрали бомбардировщик ХВ-60 фирмы "Конвэр". ХВ-60 представлял собой модификацию В-36. В качестве силовой установки использовались 8 ТРД J57, а максимальная скорость доходила до 818 км/ч. Схема ЯСУ и средств радиационной защиты была как и на NB-36H.
Работы по атомному самолету продвигались медленно, сталкиваясь с различными трудностями. Интерес к ним со стороны ВВС стал постепенно падать, финансирование сокращаться. Однако произошедшие в 1957-58 годах события резко изменили обстановку вокруг этих работ.
4 октября 1957-го в Советском Союзе вывели на орбиту первый в мире искусственный спутник Земли, опередив США в этом состязании. В декабре следующего года журнал "Авиэйшн Уик" опубликовал сенсационную статью о советском стратегическом бомбардировщике М-50, который американская разведка идентифицировала как атомный самолет (см. "КР" №12-2001).
После этого в США началась настоящая истерия по поводу предполагаемого отставания в области разработки самолета с ЯСУ. "Если Россия побеждает нас в состязании по атомным бомбардировщикам, наша безопасность будет серьезно нарушена", - заявлял сенатор Г. Джексон.
Председатель Объединенного комитета по атомной энергии М.Прайс объявил в 1959-м, что "русские от трех до пяти лет опережают США в области атомных авиационных двигателей и что они продвинутся еще дальше, если США срочно не усилят работы по своим собственным программам". Несмотря на заявление главного научного советника департамента министерства обороны Г.Йорка о том, что любая финансовая поддержка программы ANP не сможет обеспечить создание атомного бомбардировщика ранее 1970-го, программу ANP все же пересмотрели. Крайним сроком разработки атомного бомбардировщика назывался 1961-й.
Между тем, продолжавшиеся исследования возможностей принятого на вооружение в 1954-м стратегического бомбардировщика В-52 с силовой установкой на обычном топливе показали, что этот самолет вполне может заменить атомный бомбардировщик. На В-52 в 1956-м выполнили серию беспосадочных полетов на дальность до 27000 км, а в январе 1957-го три бомбардировщика совершили кругосветный полет со средней скоростью 850 км/ч, затратив на это 45 ч 19 мин.
Расчеты аналитиков из Пентагона показывали, что сумма, затраченная на исследования по программе ANP, эквивалентна стоимости 1200 самолетов В-52. Кроме того, определенные успехи были достигнуты в программе WS-107A: в декабре 1958-го на орбиту с помощью ракеты-носителя "Атлас-В" вывели первый американский ИСЗ, а с помощью "Атлас-С" начались летные испытания головных частей МБР.
Учитывая эти обстоятельства, а также то, что в Советском Союзе приняли на вооружение новый зенитно-ракетный комплекс, способный успешно бороться с высоко летящими скоростными целями, стратегическое авиационное командование США закрыло программу WS-125A.
28 марта 1961-го президент США Д.Кеннеди в докладе о национальной безопасности заявил о том, что все работы по созданию самолета с ядерной силовой установкой прекращены. Следует отметить, что в период между 1946-м и 1961-м годами ВВС и Комиссия по атомной энергии США истратили на создание самолета с ядерной силовой установкой более 7 млрд. долларов.
|
