Atomski motori u vazduhoplovstvu

[kosta1961]

Početkom pedesetih godina u svetu se puno radilo na atomskoj energiji.Naučnici su napravili atomske centrale,podmornice i brodove na nuklearni pogon.Na red je došla i avijacija.

Prednost atomske energije je ogromna.Sa malo goriva se dobija puno energij pa brod sa nekoliko kilograma praktično može da plovi godinama.Smatralo se da avion sa nekoliko grama uranijuma može da leti desetine sati.Vojno vazduhoplovstvo je bilo zainteresovano,ali tadašnja tehnologija je bila preglomazna za avijaciju.Osim toga uvek je atomska energija zagrevala neku tečnost kao prenosnik toplote,pa su mnogi odustali.I na kraju postoji velika opasnost po zdravlje ljudi .

U teoriskim razmatranjima se došlo  do zaključka da su jedino mogući motori gasnih turbina,turbina sa vrelim vazduhom i princip statoreaktora.Razmišljalo se kako bi toplotu koju reaktor proizvodi ,preko nekog prenosnika(tečnost,gas) pretvore u energiju kretanja,ili da se vazduh neposredno zagreva na reaktoru i izlazi van pod pritiskom.
Tehnički problem je rešiv medjutim ostaje veliki i nerešiv  problem radioaktivnosti.Samo atomsko ognjište ,delovi mašine pa i sam gas koji bi izlazio je veoma opasan.Postavlja se pitanje održavanja takve mašine,kao i zaštita posade aviona. Tadašnja tehnologija je zahtevala veliki i teški oklop,što je bilo neprihvatljivo u avijaciji.Problem bi se donekle rešio udaljavanjem motora od trupa letelice pa bi trebalo oklopiti samo taj deo letelice.Na primer da reaktor bude na kraju trupa.Na kraju ostaje i veoma opasan mlaz koji izlazi iz motora.Taj mlaz bi ostajao iza letelice i ozračivao vazdušni prostor.

Ove probleme su pokušali da reše i SAD i SSSR,i to skoro istovremeno.
 
Za izučavanje ovog problema u SAD je 1946g osnovana NEPA(Nuclear Energy for  the Propulsion of Aircraft.) .Uključene su mnoge fabrike aviona ,motora i instituti.Vazduhoplovsto je htelo avion koji može da ostane u vazduhu danima bez dopune goriva. To je trebalo da bude bombarder ili izvidjački avion koji bi ostao u vazduhu nekoliko dana.Vazduhoplovstvo je propisalo koje zahteve treba da ispuni -maksimalna masa 140 tona,da može da krstari na visini od 10km brzinom većom od 800km/h i da ima nosivost 5,5 tona.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

Pre izrade aviona krenula su proučavanja  uticaja zračenja na konstrukciju aviona i delove motora.Trebalo je  odrediti parametre za zaštitu osoblja u avionu i posada na zemlji,i  razmatranje posledica vanrednih situacija(ako se avion sruši).Trebalo je pronaći i mesto gde bi ovakav motor i avion mogli da ispituju.

Prvo je firma Fairchild rebalo da napravi leteću laboratoriju na bazi B 29 sa malim reaktorom u prostoru za bombe.Rad se odužio ,jer su vodeći stručnjaci smatrali da je izuzetno opasno,posebno ako se avion sruši, Nezadovoljno  ,vazduhoplovstvo 1949g pokreće svoj program sa brojnim partnerima.Najvažniji  General Electric i Convair kao i sa Pratt-Whitney i Lockheed su razmatrali svoje motore.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
B 29 kao leteća laboratorija,sa izmenjenom kabinom zbog zaštite posade.

Prvi su napravili motor otvorenog tipa Nazvan je X- 39.Vazduh se iz kompresora upumpavao u jezgro gde se temperatura povećana na 1500K(1200°C) pa preko turbine u mlaznicu.Zidovi izmnjivača toplote su napravljeni od vatrostalnog materijala.Pri ispitivanju je nastala erozija zidova vazdušnog kanala jezgra,pa je raduiaktivni materijal izlazio van. General Electric je razvio razne sisteme za kontrolu jezgra,i proračuni su pokazivali da bi motor ispunio očekivanja,ali i najmanji kvar na reaktoru može da izazove katastrofu.

 Pratt-Whitney i Lockheed su razvijali motor zatvorenog ciklusa.Rad ovog motora nije ispuštao radioaktivne čestice u vazduh.Reaktor je trebalo da zagreva vodu(koncept kipućeg reaktora),para koja izlazi prelazi u turbinu(navodno 49000k.s.) gde je pokretala ventilator.prečnika 3m.Vazduh poktetan ovim ventilatorom,prvo je dolazio u turbinski kondezator gde se zagrevao,a potom prelazio u mlaznicu stvarajući potisak.Odmah se pojavio problem,ventilator.a i sama turbina  su postali radioaktivni  a to je otežavalo održavanje. Mlaz koji je izlazio je bio suviše slab,ali masa motora je bila prevelika.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Nuklearni motor u fazi izgradnje General Electric X 211

Razmatran je još jedan koncept .Ovde je kao rashladno sredstvo u primarnom krugu bio tečni metal ,koji je preko razmenjivača toplote zagrevao vazduh.Ovakav reaktor je imao mnogo manju masu od onog sa parom za 20 tona.Mada i ovaj je imao veliku masu sa cevovodima za tećni metal,i cela konstukcija je bila komplikovana.

Kako je koncept sa otvorenim reaktorom odbačen,fabrika Convair je dobila zadatak da napravi dva prototipa sa zatvorenim reaktorom.Taj eksperimentalni avion je nazvan NX-2.Trebalo je da bude ogromnih dimenzija,raspon krila 52m dužima trupa 47m,težina 226 tona.Ali je procenjeno da bi u vazduhu mogla da ostane 125 sati.Motore za ovaj avion su dobili da rade po jedan Pratt-Whitney i General Electric.Prvi let je predvidjen za 1965g.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

 General Electric  je napravio turbomlazni motor J 87  sa  atomskom jedinicom.Ceo sistem je nazvan X 211,a sastoji se od dva J 87 i jednim reaktorom.Motor bi počeo rad kao običan mlazni motor ,sagorevanjem goriva,što je pokrenulo sabijanje vazduha.Onda bi pokrenuli atomsku jedinicu ,koja se nalazila u komori za sagorevanje i koje je zagrevala vazduh,Odatle je izlazio kao mlaz i pokretao avion.U teoriji avion bi uzletao sa motorom na kerozin ,a na krstarenju bi pokrenuo atomsku jedinicu. Pratt-Whitney je predložio nešto slično samo bi atomska jedinica bila van motora u trupu aviona  i skroz zatvoreni sistem hladjenja.

Avijacija je polako gubila interes za ovakav avion,dok 1958g američka obaveštajna služba nije saznala da sovjeti već imaju takav avion(M-50).Vojska je odmah zatražila da se ceo projekat forsira(uz nove gomile para) iako su stručnjaci iz atomistike govorili da takav motor ne može biti gotov pre 1970g.U medjuvremenu su razvijene interkontinetalne rakete i podmornice sa nuklearnim raketama,pa su do 1960g skoro svi radovi obustavljeni.Predsednik Kenedi je marta 1961g ukinuo program aviona na atomski pogon.Smatra se da je na njega potrošeno sedam milijardi dolara.

[kosta1961]

U Sovjetskom Savezu se posle rata najviše radilo na razvoju atomske bombe,dok motori na nuklearni pogon nisu razmatrani.Ali kako su  u stručnim časopisima na zapadu pedesetih godina sve se više pisali o tome odlučili su da ne zaostanu.Ministarstvo odbrane je 1953g sakupilo eksperte iz raznih oblasti -konstruktore aviona,institute koji su se bavili aeronautikom,eksperte raketne tehnologije,fizičare,itd.Razmatrano je dalje razvijanje krstareće rakete,sa mogućnošću motora na atomski pogon.Smatrali su da je SAD blizu da napravi nuklearni  avion,pa su ubrzo i oni radili na tome.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Tu 95 LAL leteća laboratorija

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
reaktor u Tu 95

Tokom 1955g dva konstruktorska bioroa (Tupoljev i Mjasišćev) su dobili zadatak projektovanja aviona na atomski pogon i dva projektna tima (Kuznecov i Ljulka) projektovanje atomskih motora.Tupoljev tim je trebalo da na bazi Tu 95 napravi leteću laboratoriju na kojoj bi se ispitivao uticaj zračenja na avion i opremu kao i zaštitu posade.Mjasišćev tim je trebalo da razmatraju ideju nadzvučnog bombardera sa motorima na atomski pogon.Avion je dobio radni naziv PAS(pespektivni atomski avion).Osnovana specijalna grupa A i projekat 60.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Projekat 60 kako su ga videli u USA

1956g je završenm idejni projekat za krstareću raketu i avion.Konstatovano je da za krstareću raketu dolet nije od primarnog značaja ,već brzina i visina.Atomski motor to ne može da ostvari jer je potrebna velika količina vazduha pri ulasku u motor,u odnosu na konvencionalni motor.Naime potrebna je velika količina vazduha da se ugreje da bi omogućila velike brzine.Ipak,smatralo se  da takav avion  može  da razvije do 2000km/h i da ponese 18t. Zatim, preporučuje da se motor stavi na kraj trupa,kao najbolja zaštita posade i aviona,Za održavanje na zemlji se preporučuje pozemni hangari,kao i daljinski kontrolisani manipulatori za neposredan rad na avionu.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

Težina kokpita sa zaštitom bi prelazilo 30% ukupne težine.Na kraju je zaključeno da pored veoma neizvesnog i teško izvodljivo projektovanja motora,pojavljuje  se pitanje održavanja letelice kao i opasnost od prinudnog sletanja ili havarije.

Bombarder 60 je bio samo u teoriskom razmatranju.On je trebao da bude nosač aviona-projektila,ili da nosi bombe u trupu.Predloženo je da se prvo izvedu eksperimentalna ispitivanja na avionu M-50(ОКБ Мясищева) koji je već postojao.Ideja je bila da motor(za osnovu je uzet motor AL-7) postave u nos aviona,a da zaštićena kabina za jednog pilota bude u repu.Razmatrana su dva motora za avion 60.Sa otvorenom i zatvorenom šemom,koji bi imali isti potisak.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Otvoreni i zatvoreni tip motora

Zatvoreni tip se smatrao bolji,jer je bio kompaktan,imao je manji presek,jednostavniji je i ima veću pogodnost postavljanja u avion.Sam reaktor je bio cilindričan i zatvoren u posebnu posudu.Napravljen je od  keramičkih elemenata sa uzdužnim prorezima za prolaz vazduha.Izračunato je da bi za celodnevni let trebalo 46grama nuklearnog goriva(navodno toliko treba ledolomcu Lenjin).Medjutim količinu radijacije koje bi motor izbacio za 24 časa je ogromana.Za zaštitu posade bi trebao zaštitni zid težine do 16 tona.

Smatralo se da je moguće napraviti takav avion,iako su tehnički problemi bili veliki. Vojska nije bila zainteresovana za rad Mjasišćev-a ,pa se obratila Tupoljevu 1959g koji je trebalo da radi na projektu aviona M-30.On bi imao atomske motore (zatvorenog tipa sa tečnim metalom,koje koristi na krstarenju)i koji bi nosio krilate bombe.Takav avion  bi na visini 25km ispuštao  projetile koji bi leteli do 1000km brzinom 3500km/h.Navodno se rad dobro odvijao ,ali vojska je krajem 1959g počela da gubi interes.

Tokom 1961g Tu 95 LAL  je napravio oko tridesetak letova,polako se odustalo od aviona na atomski pogon.Razmatrala se ideja i krilatoj bombi sa takvim motorom.Najverovatnije da se u sadašnjoj Rusiji i dalje radi na ovome.

[kosta1961]

Ovde je lepo objašnjeno kako su zamišljeni avioni na atomski pogon.

[kosta1961]

Avion koji je predložila  NEPA(Nuclear Energy for  the Propulsion of Aircraft.)

Ceo plan i avion su nazvali NEPA 1.Plan je objavljen 1950g ,i verovatno ,nije ni planiran za gradnju.Ovaj ambiciozni avion je trebalo da ima težinu od 150 tona,sa motorima ukupne snage 56000k.s.i trebalo je da leti brzinom od 1250km/h.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

Trebalo je da ima četiri osmokrake elise prečnika 4m,a dolet 95000km(što je više nego dva puta da obidje zemlju),a za to mu je potrebno 1kg atomskog goriva.Stručnjaci su izračunali da bi se vrhovi elisa kretali od 1,3 brzine zvuka, pa bi to umanjilo njihovu korisnost za više od 50%.
Pokretao bi ga motor težine 40 tona.On je dužine 4,5m i prečnika1,5m.Ognjište,odnosno mesto gde se nalazi atomsko gorivo(mešavina uranijuma i peroksida aluminijuma) se nalazi izmedju 7200 cevi kroz koje prolazi tečno olovo potiskivano pumpama.Ugrajano na 1500°C prolazi do izmenjivača toplote-parni kotao,koji zagreva vodenu paru na preko 500°C.Ta para pokreće motore.

Postoji problem kada je potrebno da motori u kratkom vremenskom intervalu znatno povećaju snagu,zbog velike inercije atomskog jezgra.Ali najveći problem je izolovati jezgro od štetnog zračenja.Sam oklop ima 53 tone i sastoji se iz pet slojeva-odbojnog oklopa,termičkog ,protiv sporih neutrona,oklop protiv brzih elektrona i protiv gama zraka.

Bilo je ideja da se ovakav avion koristi za prevoz putnika,ali je ta ideja brzo odbačena.Ostala mu je i prvobitna namena-bombarder,gde bi mogao da ponese tri atomske bombe ukupne težine 2000kg.

Teoriski vrhunac leta je 17000m, mada je predvidjen da leti od 9000-15000m,brzina sletanja 220km/h

Razmah krila,sa stelom od 35°, je 32m
dužina   63m
visina   14 m
prečnik trupa    5m
noseća površina    242m²
motori  4 turbo-elisna svaki   14000 k.s.
elise sa osam krakova od legure titanijuma
težina pri uzletanju   150 tona
najveća težina pri sletanju   145 tona
imao bi otužije za zaštitu težine    2300kg
imao bi dve kopletne posade koje bi radile po šest časova

[kosta1961]

Da kod velikih sila ova ideja nije potpuno odbačena je i razmišljanje i planiranje upotrebe atomskih motora u sadašnjem vremenu.

U SAD je 2003 g razmatrana ideja da avion Global Hawk dobije takav pogon kako bi mogao da ostane u vazduhu nekoliko meseci.

Početkom 2018g predsednik Rusije Vladimir Putin je javno govorio o novoj strategiskoj medjukontinetalnoj krilatoj raketi (Буреве́стник).O njoj se ne zna puno -ima vazdušne nuklearne motore,dozvučna brzina.Tvrdi se da može da izbegne svaku vazdušnu i protivraketnu odbranu i da udari bilo gde u svetu.Njegov mali supermoćni motor može da obezbedi let deset puta duži od bilo koje druge krstareće rakete.
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]


Navodno postoji video snimak probnog leta,gde se vidi kako zbegava vazdušnu odbranu ,ali se srušila na Arktiku 2017

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[MOTORISTA]

Sovjeti su svojevremeno razmišljali i o diržablu sa nauklearnim motorom.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]