שנות החמישים של המאה הקודמת היו תקופה של פיתוח מהיר של הטכנולוגיה הגרעינית. מעצמות -על בנו את כלי הנשק הגרעיניים שלה, בנו בדרך תחנות כוח גרעיניות, שוברי קרח, צוללות וספינות מלחמה עם תחנות כוח גרעיניות. טכנולוגיות חדשות הבטיחו הבטחה רבה. לדוגמה, לצוללת הגרעינית לא היו מגבלות על טווח השיוט במצב שקוע, וניתן לבצע את "התדלוק" של תחנת הכוח מדי כמה שנים. כמובן שלכורים גרעיניים היו גם חסרונות, אך היתרונות הגלומים בהם יותר קיזזו את כל עלויות הבטיחות. עם הזמן, הפוטנציאל הגבוה של מערכות כוח גרעיניות עניין לא רק את הפיקוד על הצי, אלא גם את התעופה הצבאית. למטוס עם כור על הסיפון יכולות להיות מאפייני טיסה הרבה יותר טובים מאשר עמיתיו בנזין או נפט. קודם כל, הצבא נמשך מטווח הטיסה התיאורטי של מפציץ כזה, מטוס תובלה או מטוסים נגד צוללות.
בסוף שנות הארבעים הפכו לפתע בעלות הברית לשעבר במלחמה עם גרמניה ויפן - ארה ב וברית המועצות - לאויבים מרים. המאפיינים הגיאוגרפיים של המיקום ההדדי של שתי המדינות דרשו יצירת מפציצים אסטרטגיים בעלי טווח בין -יבשתי. הטכנולוגיה הישנה כבר לא הצליחה להבטיח העברת תחמושת אטומית ליבשת אחרת, מה שדרש יצירת מטוסים חדשים, פיתוח טכנולוגיית רקטות וכו '. כבר בשנות הארבעים, הרעיון להתקין כור גרעיני על מטוס היה בשל במוחם של מהנדסים אמריקאים. חישובים של אותה תקופה הראו כי מטוס דומה למשקלו, גודלו ופרמטרי הטיסה שלו עם מפציץ B-29 יכול לבלות לפחות חמשת אלפים שעות באוויר בעת תדלוק אחד בדלק גרעיני. במילים אחרות, אפילו עם הטכנולוגיות הלא מושלמות של אז, כור גרעיני על הסיפון עם תדלוק אחד בלבד יכול לספק למטוס אנרגיה לאורך כל חיי השירות שלו.
היתרון השני של האטומקולטות ההיפותטיות של אותה תקופה היה הטמפרטורות אליהן הגיע הכור. בעזרת תכנון נכון של תחנת כוח גרעינית, ניתן יהיה לשפר את מנועי הטורבו קיימים על ידי חימום החומר העובד בעזרת כור. כך, ניתן היה להגדיל את האנרגיה של גזי הסילון של המנוע ואת הטמפרטורה שלהם, מה שיוביל לעלייה משמעותית בדחף של מנוע כזה. כתוצאה מכל השיקולים והחישובים התאורטיים, מטוסים עם מנועים גרעיניים בחלק מהראשים הפכו לרכב משלוח אוניברסלי ובלתי מנוצח לפצצות אטום. עם זאת, עבודה מעשית נוספת ציננה את להטם של "חולמים" כאלה.
תוכנית NEPA
בשנת 1946 פתח משרד ההגנה האמריקאי החדש את פרויקט ה- NEPA (אנרגיה גרעינית להנעת מטוסים). מטרת תוכנית זו הייתה ללמוד את כל ההיבטים של תחנות כוח גרעיניות מתקדמות למטוסים. פיירצ'יילד מונה כקבלן הראשי של תוכנית NEPA. היא קיבלה הוראה ללמוד את הסיכויים של מפציצים אסטרטגיים ומטוסי סיור מהירים המצוידים בתחנות כוח גרעיניות, כמו גם לעצב את הופעתם של האחרונים. עובדי פיירצ'יילד החליטו להתחיל לעבוד על התוכנית עם הנושא הדוחק ביותר: בטיחות הטייסים ואנשי התחזוקה.לשם כך הונחה קפסולה עם כמה גרם רדיום בתא המטען של המפציץ המשמש כמעבדה מעופפת. במקום חלק מהצוות הקבוע השתתפו עובדי החברה, "חמושים" בדלפקי גייגר בטיסות הניסוי. למרות הכמות המועטה יחסית של מתכת רדיואקטיבית בתא המטען, קרינת הרקע חרגה מהרמה המותרת בכל נפחי המטוס. כתוצאה ממחקרים אלה, עובדי פיירצ'יילד היו צריכים לרדת לחישובים ולברר איזו הגנה יצטרך הכור על מנת להבטיח בטיחות נאותה. כבר חישובים ראשוניים הראו בבירור שמטוס B-29 פשוט לא יוכל לשאת מסה כזו, ונפח תא המטען הקיים לא יאפשר את הצבת הכור מבלי לפרק את מדפי הפצצה. במילים אחרות, במקרה של ה- B-29, יהיה עליך לבחור בין טווח טיסה ארוך (וגם אז, בעתיד רחוק מאוד) לבין לפחות סוג של מטען.
עבודה נוספת על יצירת תכנון מקדים של כור מטוסים נתקלה בבעיות חדשות וחדשות. בעקבות פרמטרי המשקל והגודל הבלתי מקובלים, הופיעו קשיים בשליטה על הכור בטיסה, הגנה יעילה על הצוות והמבנה, העברת הכוח מהכור אל המדחפים וכן הלאה. לבסוף, התברר כי גם עם הגנה רצינית מספיק, קרינה מהכור יכולה להשפיע לרעה על מערכת ההספק של המטוס ואפילו על שימון המנועים, שלא לדבר על הציוד האלקטרוני והצוות. על פי תוצאות העבודה המקדימה, לתוכנית NEPA עד 1948, למרות ההוצאה של עשרה מיליון דולר, היו תוצאות מפוקפקות מאוד. בקיץ 48 התקיים ועידה סגורה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס בנושא הסיכויים לתחנות כוח גרעיניות למטוסים. לאחר מספר ויכוחים והתייעצויות, המהנדסים והמדענים שהשתתפו באירוע הגיעו למסקנה כי ניתן באופן עקרוני ליצור מטוס אטומי, אך טיסותיו הראשונות יוחסו רק לאמצע שנות השישים או אפילו לאחרונים תַאֲרִיך.
בכנס ב- MIT הוכרז על יצירת שני קונספטים עבור מנועים גרעיניים מתקדמים, פתוחים וסגורים. מנוע הסילון הגרעיני "הפתוח" היה מעין מנוע טורבו -קונבנציונאלי, בו מחממים את האוויר הנכנס באמצעות כור גרעיני לוהט. האוויר החם נזרק החוצה דרך הזרבובית, תוך סיבוב בו זמנית של הטורבינה. האחרון הניע את האימפלרים של המדחס. מיד נדונו החסרונות של מערכת כזו. בשל הצורך במגע אוויר עם חלקי החימום של הכור, הבטיחות הגרעינית של המערכת כולה גרמה לבעיות מיוחדות. בנוסף, עבור פריסה מקובלת של המטוס, הכור של מנוע כזה היה צריך להיות מאוד מאוד קטן, מה שהשפיע על כוחו ורמת ההגנה שלו.
מנוע סילון גרעיני מסוג סגור נאלץ לעבוד בצורה דומה, עם ההבדל כי האוויר בתוך המנוע יתחמם במגע עם הכור עצמו, אך במחליף חום מיוחד. ישירות מהכור, במקרה זה, הוצע לחמם נוזל קירור מסוים, והאוויר נאלץ להשיג טמפרטורה במגע עם רדיאטורים של המעגל הראשוני בתוך המנוע. הטורבינה והמדחס נותרו במקומם ופעלו בדיוק באותו אופן כמו על טורבוגים או מנועים גרעיניים פתוחים. מנוע המעגל הסגור לא הטיל הגבלות מיוחדות על ממדי הכור ואיפשר להפחית משמעותית את הפליטות לסביבה. מצד שני, בעיה מיוחדת הייתה בחירת נוזל קירור להעברת אנרגיית הכור לאוויר. נוזלי קירור-נוזלים שונים לא סיפקו את היעילות הראויה, ואלו המתכתיים דרשו חימום מוקדם לפני הפעלת המנוע.
במהלך הכנס הוצעו מספר שיטות מקוריות להגברת רמת ההגנה על הצוות.קודם כל, הם נגעו ליצירת אלמנטים נושאי עומס בעיצוב מתאים, שיגנו באופן עצמאי על הצוות מפני קרינת הכור. מדענים פחות אופטימיים הציעו לא לסכן טייסים, או לפחות את תפקוד הרבייה שלהם. לכן הייתה הצעה לספק את רמת ההגנה הגבוהה ביותר האפשרית ולגייס צוותים מטייסים קשישים. לבסוף הופיעו רעיונות בנוגע להצטיידות במטוס אטומי מבטיח במערכת שלט רחוק, כך שאנשים במהלך הטיסה לא יסכנו את בריאותם כלל. במהלך הדיון באפשרות האחרונה עלה הרעיון למקם את הצוות ברחפן קטן, שאמור היה להיגרר מאחורי המטוס המונע באטום על כבל באורך מספיק.
תוכנית ANP
הכנס ב- MIT, ששימש מעין סיעור מוחות, השפיע לטובה על המשך התוכנית ליצירת מטוסים המונעים באטום. באמצע 1949 השיק הצבא האמריקאי תוכנית חדשה בשם ANP (הנעה גרעינית למטוסים). הפעם, תוכנית העבודה כללה הכנות ליצירת מטוס מן המניין עם תחנת כוח גרעינית על הסיפון. בשל סדרי עדיפויות אחרים, רשימת המפעלים המעורבים בתוכנית שונתה. לפיכך, לוקהיד וקונבייר נשכרו כמפתחי מסגרת המטוס של מטוס מבטיח, ועל ג'נרל אלקטריק ופראט אנד וויטני הוטל להמשיך לעבוד בעבודתו של פיירצ'יילד על מנוע הסילון הגרעיני.
בשלבים המוקדמים של תוכנית ה- ANP, הלקוח התמקד יותר במנוע סגור בטוח יותר, אך ג'נרל אלקטריק ערכה "הסברה" לבכירים בצבא ובממשלה. עובדי ג'נרל אלקטריק לחצו על הפשטות וכתוצאה מכך על הזול של מנוע פתוח. הם הצליחו לשכנע את האחראים, וכתוצאה מכך, כיוון הנהיגה של תוכנית ה- ANP חולק לשני פרויקטים עצמאיים: מנוע "פתוח" שפותח על ידי ג'נרל אלקטריק ומנוע במעגל סגור מבית Pratt & Whitney. עד מהרה הצליחו ג'נרל אלקטריק לדחוף את הפרויקט שלהם ולהשיג עבורו עדיפות מיוחדת וכתוצאה מכך מימון נוסף.
במסגרת תוכנית ANP נוספה עוד אחת לאפשרויות המנוע הגרעיני שכבר קיימות. הפעם הוצע לייצר מנוע הדומה לתחנת כוח גרעינית במבנהו: הכור מחמם את המים, והקיטור שנוצר מניע את הטורבינה. האחרון מעביר את הכוח למדחף. מערכת כזו, בעלת יעילות נמוכה יותר בהשוואה לאחרים, התבררה כפשוטה והנוחה ביותר לייצור המהיר ביותר. אף על פי כן, גרסה זו של תחנת הכוח למטוסים המונעים באטום לא הפכה להיות העיקרית. לאחר כמה השוואות, החליטו הלקוח וקבלני ה- ANP להמשיך ולפתח מנועים "פתוחים" ו"סגורים ", והותירו את טורבינת הקיטור כאל נפילה.
דוגמאות ראשונות
בשנים 1951-52, תוכנית ANP ניגשה לאפשרות לבנות את מטוס האב טיפוס הראשון. מחבל Convair YB-60, שפותח באותה תקופה, נלקח כבסיס לכך, שהיווה מודרניזציה עמוקה של ה- B-36 עם כנף נסחפת ומנועי טורבו. תחנת הכוח P-1 תוכננה במיוחד עבור ה- YB-60. הוא התבסס על יחידה גלילית עם כור בפנים. המתקן הגרעיני סיפק הספק תרמי של כ -50 מגה -ואט. ארבעה מנועי GE XJ53 טורבו היו מחוברים לכור באמצעות מערכת צנרת. לאחר מדחס המנוע, האוויר עבר בצינורות שחלפו על פני ליבת הכור, והתחמם שם ונזרק החוצה דרך הזרבובית. חישובים הראו כי אוויר בלבד לא יספיק לקירור הכור, ולכן הוכנסו למערכת טנקים וצינורות לתמיסת מי בורון. כל מערכות תחנת הכוח המחוברות לכור תוכננו להיות מותקנות בתא המטען האחורי של המפציץ, רחוק ככל האפשר מכמויות המגורים.
אב טיפוס YB-60
ראוי לציין כי תוכנן להשאיר גם את מנועי הטורבו-ג'ט הילידים על מטוס ה- YB-60. העובדה היא שמנועים גרעיניים במעגל פתוח מזהמים את הסביבה ואף אחד לא יאפשר זאת בסביבה הקרובה של שדות תעופה או התנחלויות. בנוסף, לתחנת הכוח הגרעינית, בשל תכונות טכניות, הייתה תגובת מצערת ירודה. לכן השימוש בו היה נוח ומקובל רק לטיסות ארוכות במהירות שיוט.
אמצעי זהירות נוסף, אך בעל אופי אחר, היה הקמת שתי מעבדות מעופפות נוספות. הראשון שבהם, שנקרא NB-36H ושמו הראשי Crusader ("צלבני"), נועד לבדוק את בטיחות הצוות. ב- B-36 הסדרתי הותקנה מכלול תא טייס של 12 טון, המורכב מלוחות פלדה עבים, לוחות עופרת וזכוכית 20 ס"מ. להגנה נוספת, היה מיכל מים עם בורון מאחורי המונית. בחלק הזנב של הצלבני, באותו מרחק מתא הטייס כמו ב- YB-60, הותקן כור ASTR ניסיוני (כור מבחן מגן למטוס) בהספק של כמיגה-ואט אחד. הכור צונן במים, שהעבירו את חום הליבה למחליפי חום על המשטח החיצוני של גוף המטוס. הכור ASTR לא ביצע שום משימה מעשית ועבד רק כמקור קרינה ניסיוני.
NB-36H (X-6)
טיסות ניסוי של המעבדה NB-36H נראו כך: הטייסים הרימו מטוס עם כור דלוח לאוויר, טסו לאזור הבדיקה מעל המדבר הקרוב ביותר, שם נערכו כל הניסויים. בתום הניסויים כור נכבה, והמטוס חזר לבסיס. יחד עם הצלבני המריא משדה התעופה קארסוול מפציץ B-36 נוסף עם מכשור והובלה עם צנחנים ימיים. במקרה של התרסקות של מטוס אב טיפוס, הנחתים היו אמורים לנחות ליד ההריסות, לחסום את האזור ולקחת חלק בחיסול ההשלכות של התאונה. למרבה המזל, כל 47 הטיסות עם כור עובד הסתיימו ללא נחיתת חילוץ בכפייה. טיסות ניסוי הראו כי מטוס המונע בגרעין אינו מהווה איום חמור על הסביבה, כמובן, עם פעולה תקינה וללא תקריות.
המעבדה המעופפת השנייה, שנקראה X-6, הייתה אמורה להיות מומרת גם ממפציץ B-36. הם עמדו להתקין תא מטוס במטוס זה, בדומה ליחידת "הצלבני", ולהעלות תחנת כוח גרעינית באמצע גוף המטוס. האחרונה תוכננה על בסיס יחידת ה- P-1 ומצוידת במנועי GE XJ39 חדשים, שנוצרו על בסיס מגדשי הטורבו J47. לכל אחד מארבעת המנועים דחף של 3100 קג"מ. מעניין שתחנת הכוח הגרעינית הייתה גוש מונובל שנועד להיות מותקן על מטוס ממש לפני הטיסה. לאחר הנחיתה תוכנן להסיע את ה- X-6 לתוך האנגר מאובזר במיוחד, להסיר את הכור עם מנועים ולהכניס אותם למתקן אחסון מיוחד. בשלב זה של העבודה נוצרה גם יחידת טיהור מיוחדת. העובדה היא שלאחר כיבוי המדחסים של מנועי הסילון, הכור חדל להתקרר ביעילות מספקת, ונדרשה אמצעי נוסף להבטחת כיבוי בטוח של הכור.
בדיקה לפני הטיסה
לפני תחילת טיסות המטוסים עם תחנת כוח גרעינית מלאה, החליטו מהנדסים אמריקאים לערוך מחקר מתאים במעבדות קרקעיות. בשנת 1955 הורכב התקנה ניסיונית HTRE-1 (ניסויי כור העברת חום). יחידת חמישים הטון הורכבה על בסיס רציף רכבת. כך, לפני תחילת הניסויים, ניתן היה לקחת אותו מאנשים.יחידת HTRE-1 השתמשה בכור אורניום קומפקטי מוגן באמצעות בריליום וכספית. כמו כן, שני מנועי JX39 הונחו על הרציף. הם התחילו להשתמש בנפט, ואז המנועים הגיעו למהירות הפעלה, ולאחר מכן, בפקודה מלוח הבקרה, האוויר מהמדחס הופנה לאזור העבודה של הכור. ניסוי טיפוסי עם HTRE-1 נמשך מספר שעות, המדמה טיסה ארוכה של מפציץ. באמצע שנת 56 הגיעה יחידת הניסוי ליכולת תרמית של למעלה מ -20 מגה -ואט.
HTRE-1
לאחר מכן עוצבה יחידת HTRE-1 מחדש בהתאם לפרויקט המעודכן, ולאחר מכן נקראה HTRE-2. הכור החדש והפתרונות הטכניים החדשים סיפקו הספק של 14 מגה -וואט. עם זאת, הגרסה השנייה של תחנת הכוח הניסיונית הייתה גדולה מדי להתקנה במטוסים. לכן, בשנת 1957, החל העיצוב של מערכת HTRE-3. זו הייתה מערכת P-1 מודרנית מאוד, המותאמת לעבודה עם שני מנועי טורבו. מערכת HTRE-3 הקומפקטית והקלה מספקת הספק תרמי של 35 מגה-ואט. באביב 1958 החלו בדיקות של הגרסה השלישית של מתחם בדיקות הקרקע, שאישרו במלואן את כל החישובים ובעיקר את הסיכויים לתחנת כוח כזו.
מעגל סגור קשה
בעוד ג'נרל אלקטריק העדיפה מנועים במעגל פתוח, פראט אנד וויטני לא בזבז זמן בפיתוח גרסה משלה לתחנת כוח גרעינית סגורה. ב- Pratt & Whitney החלו מיד לחקור שתי גרסאות של מערכות כאלה. הראשון מרמז על המבנה והתפעול הברור ביותר של המתקן: נוזל הקירור מסתובב בליבה ומעביר חום לחלק המקביל של מנוע הסילון. במקרה השני, הוצע לטחון דלק גרעיני ולהניחו ישירות לתוך נוזל הקירור. במערכת כזו הדלק היה מסתובב לאורך כל מעגל נוזל הקירור, אולם ביקוע גרעיני יתרחש רק בליבה. זה היה אמור להשיג זאת בעזרת הצורה הנכונה של הנפח העיקרי של הכור והצינורות. כתוצאה מהמחקר, ניתן היה לקבוע את הצורות והגדלים היעילים ביותר של מערכת צינורות כזו להפצת נוזל הקירור בדלק, מה שהבטיח את הפעולה היעילה של הכור ועזר לספק רמת הגנה טובה מפני קרינה..
יחד עם זאת, מערכת הדלק במחזור הוכיחה את עצמה כמורכבת מדי. פיתוח נוסף הלך בעיקר בדרך של רכיבי דלק "נייחים" ששטפו נוזל קירור מתכתי. כמו האחרונים, חומרים שונים נחשבו, אולם קשיים בעמידות בפני קורוזיה של צינורות ומתן זרימת מתכת נוזלית לא אפשרו לנו להתעכב על נוזל קירור המתכת. כתוצאה מכך, הכור היה צריך להיות מתוכנן לשימוש במים מחוממים במיוחד. על פי חישובים, המים היו צריכים להגיע לטמפרטורה של כ 810-820 ° בכור. כדי לשמור אותו במצב נוזלי, היה צורך ליצור לחץ של כ -350 ק"ג / סמ"ר במערכת. המערכת התבררה כמורכבת מאוד, אך הרבה יותר פשוטה ומתאימה יותר מכור עם נוזל קירור מתכתי. עד 1960 סיימו פראט וויטני את עבודותיה על תחנת הכוח הגרעינית שלה למטוסים. החלו הכנות לבדיקת המערכת המוגמרת, אך בסופו של דבר בדיקות אלו לא התקיימו.
סוף עצוב
תוכניות NEPA ו- ANP סייעו ביצירת עשרות טכנולוגיות חדשות, כמו גם במספר ידע מעניין. עם זאת, מטרתם העיקרית - יצירת מטוס אטומי - גם בשנת 1960 לא הייתה יכולה להיות מושגת בשנים הקרובות. בשנת 1961 עלה ג'יי קנדי לשלטון, שמיד התעניין בהתקדמות הטכנולוגיה הגרעינית לתעופה.מכיוון שאלו לא נצפו, ועלויות התוכניות הגיעו לערכים מגונים לחלוטין, גורל ANP וכל המטוסים המונעים באטום התברר כשאלה גדולה. למעלה מעשור וחצי הוצאו יותר ממיליארד דולר על מחקר, תכנון ובנייה של יחידות בדיקה שונות. יחד עם זאת, בניית מטוס מוגמר עם תחנת כוח גרעינית עדיין הייתה עניין של עתיד רחוק. כמובן, הוצאות נוספות של כסף וזמן עלולות להביא את המטוס האטומי לשימוש מעשי. אולם ממשל קנדי החליט אחרת. עלות תוכנית ה- ANP גדלה ללא הרף, אך לא הייתה שום תוצאה. בנוסף, טילים בליסטיים הוכיחו באופן מלא את הפוטנציאל הגבוה שלהם. במחצית הראשונה של ה -61 חתם הנשיא החדש על מסמך לפיו היה צריך להפסיק את כל העבודה על מטוסים המונעים באטום. ראוי לציין כי זמן קצר לפני כן, בשנה ה -60, קיבל הפנטגון החלטה שנויה במחלוקת, לפיה כל העבודה על תחנות כוח פתוחות הופסקה, וכל המימון הוקצה למערכות "סגורות".
למרות הצלחה מסוימת בתחום יצירת תחנות כוח גרעיניות לתעופה, תכנית ה- ANP נחשבה ללא מוצלחת. במשך זמן מה, במקביל ל- ANP, פותחו מנועים גרעיניים לטילים מבטיחים. עם זאת, פרויקטים אלה לא נתנו את התוצאה הצפויה. עם הזמן גם הם נסגרו, והעבודה בכיוון תחנות כוח גרעיניות למטוסים וטילים הופסקה לחלוטין. מדי פעם חברות פרטיות שונות ניסו לבצע פיתוחים כאלה ביוזמתן, אך אף אחד מהפרויקטים הללו לא זכה לתמיכה ממשלתית. ההנהגה האמריקאית, לאחר שאיבדה את האמון בסיכויים של מטוסים המונעים באטום, החלה לפתח תחנות כוח גרעיניות עבור הצי ותחנות הכוח הגרעיניות.
