Авиация и время 2004 03

Реальный прогресс, достигнутый в процессе выполнения программы NEPA, несмотря на вложенные до конца 1948 г. приблизительно 10 млн. долларов, оказался незначительным. Чтобы сдвинуть проблему с мертвой точки, летом 1948 г. в Массачусетском технологическом институте прошла конференция под условным названием «Проект Лексингтон», впервые давшая исчерпывающий инженерный обзор проблемы применения ядерной энергии в авиации. В отчете конференции указывалось, что идея практически осуществима, хотя и очень сложна. До взлета атомного самолета может пройти длительное время – около 15 лет. Там же впервые назывались два возможных типа устройства атомной силовой установки, различающихся по термодинамическому циклу – открытый и закрытый. В обоих случаях тепло, получаемое в реакторе в результате реакции деления ядер изотопов тяжелых элементов, передавалось к двигателю с помощью некоего теплоносителя.

При открытом цикле роль теплоносителя играет атмосферный воздух, сначала попадающий через воздухозаборник в компрессор турбореактивного двигателя, а затем – в реактор. Последний в данном случае заменяет камеру сгорания. В реакторе воздух нагревается за счет охлаждения тепловыделяющих элементов, в которых идет реакция радиоактивного распада. Далее раскаленный воздух, как в обычном газотурбинном двигателе, проходит через турбину и выбрасывается в атмосферу через реактивное сопло, создавая необходимую тягу. В силовой установке этой схемы возникает несколько серьезных проблем. Прежде всего, после прохождения двигателя воздух становится радиоактивным, что влечет за собой массу отрицательных последствий. Расположенные близко к реактору элементы конструкции двигателя и его систем необходимо защищать от потока нейтронов и у-лучей. Очень сложной является и проблема создания малогабаритного реактора, соизмеримого с привычной камерой сгорания.

При закрытом цикле воздух из компрессора не попадает в реактор, а протекает через двигатель как обычно. Камеру сгорания в данном случае заменяет не реактор, а теплообменник, связанный с ним системой трубопроводов. По ним циркулирует специальный теплоноситель, нагревающийся в реакторе и отдающий затем свое тепло воздуху в теплообменнике. В качестве теплоносителя могут быть использованы как газы (воздух, азот, углекислый газ, гелий и др.), так и жидкости (вода, тяжелая вода, углеводороды), включая жидкие металлы (ртуть, калий, натрий, свинец, висмут, растворы калий-натрий). Закрытый цикл является более сложным для реализации. В частности, он ведет к дополнительным проблемам, связанным с обеспечением эксплуатации и живучести силовой установки. Например, для циркуляции теплоносителя необходимы специальные насосы нетрадиционных схем: для газов – газодувки высокой производительности и напора, для жидких металлов – электромагнитные насосы. Особую важность приобретает полная герметизация системы. В случае использования жидких металлов возникает проблема разогрева их до жидкого состояния перед запуском силовой установки, так как при обычной температуре они находятся в твердом состоянии (кроме ртути). Зато жидкометаллические теплоносители обеспечивают большой теплосъем с единицы поверхности активной зоны реактора, что позволяет уменьшить ее размеры и массу. Да и в целом закрытый цикл обещает более высокую эффективность силовой установки и, к тому же, не загрязняет атмосферу радиоактивными продуктами.

Большое внимание участники конференции уделили защите экипажа и бортового оборудования от излучения. В частности, был сделан вывод, что определенной защитой может служить сама конструкция самолета, особенно такие сравнительно массивные ее элементы, как кессон крыла, опоры шасси, двигатели, а также топливо в баках и полезная нагрузка. Рациональное размещение реактора на борту рекомендовалось выбирать с учетом этого, чтобы уменьшить потребную толщину собственно защитных элементов. Наиболее пессимистически настроенные ученые полагали, что достичь приемлемого уровня защиты вообще невозможно. Больше всего они опасались негативного влияния радиации на генотип человека, при этом обращая внимание, на то, что пожилой организм лучше сопротивляется ее разрушительному воздействию. Так родилось предложение, что в экипаж атомного бомбардировщика должны входить только пожилые мужчины, уже утратившие способность иметь детей. Другая радикальная идея, выдвинутая лексинпгонской группой, заключалась в том, чтобы вообще убрать людей с борта «атомолета». Они могли бы находиться в обычном самолете, который мог бы буксироваться за атомным на длинном тросе.

Схематическое изображение комплекса Р-1, состоящего из реактора и четырех двигателей XJ53

Атомный ТРД XJ39. На месте камеры сгорания видны трубы теплообменника

Модель летающей лаборатории Х-6 с полноценной атомной силовой установкой