미국 프로젝트 Atomic
지난 세기의 XNUMX 년대는 원자력 기술의 급속한 발전의시기였습니다. 초강대국은 원자력 발전소, 쇄빙선, 잠수함 및 원자력 발전소와의 전함을 동시에 건설하면서 핵 무기고를 만들었습니다. 새로운 기술은 큰 전망을 약속했습니다. 예를 들어, 원자 잠수함은 잠수 위치에서의 범위에 대한 제한이 없었으며, 발전소를“급유”하는 것은 몇 년에 한 번 수행 될 수 있습니다. 물론 원자로에도 단점이 있었지만 고유의 장점은 모든 안전 비용을 상쇄하는 것 이상입니다. 시간이 지남에 따라 해군의 명령뿐만 아니라 군대도 원자력 시스템의 높은 잠재력에 관심을 갖게되었습니다. 항공. 기내에 원자로가있는 비행기는 휘발유 나 등유 "형제"보다 비행 특성이 훨씬 뛰어나다. 우선, 폭격기, 수송기 또는 잠수함 항공기의 이론적 인 비행 범위에 군대가 매료되었습니다.
40 대 후반에 독일과 일본과의 전쟁에서 미국과 소련은 갑자기 최악의 적이되었습니다. 양국의 상호 위치에 대한 지리적 특징은 대륙간 범위의 전략 폭격기를 필요로했다. 오래된 장비는 이미 새로운 탄도의 창조, 로켓 기술의 개발 등을 필요로하는 다른 대륙에 원자탄을 전달할 수 없었다. 이미 40 대에 핵 원자로를 비행기에 설치한다는 아이디어는 미국 엔지니어들의 마음 속에 성숙 해졌다. 그 당시의 계산에 따르면, 핵연료로 연료를 재급유 할 때 B-29 폭격기와 비교하여 무게, 크기 및 비행 매개 변수가 비슷한 항공기는 적어도 5 천 시간을 공중에서 보낼 수있었습니다. 다시 말하면, 불완전한 기술로도 연료를 하나만 공급하는 원자로가 평생 동안 에너지를 제공 할 수 있습니다.
그 당시의 가상 원자기의 두 번째 장점은 원자로가 도달 한 온도였다. 원자력 발전소의 적절한 설계에 따라, 기존의 터보 제트는 작동 물질을 반응기로 가열함으로써 개선 될 수있다. 따라서, 엔진의 분사 가스의 에너지 및 그 온도를 증가시키는 것이 가능하게되어, 이러한 엔진의 추진력을 현저하게 증가시킬 수있다. 모든 이론적 인 반영과 계산의 결과로 핵 엔진을 탑재 한 항공기는 원자 폭탄을 운반하는 보편적이고 무적의 수단으로 변했다. 그러나, 더 실제적인 일은 그런 "공상가"의 열정을 냉각했다.
NEPA 프로그램
1946로 돌아와 새로 형성된 미 국방부는 NEPA 프로젝트 (항공기 추진을위한 원자력)를 시작했습니다. 이 프로그램의 목적은 항공기의 유망 원자력 발전소의 모든 측면을 연구하는 것이 었습니다. 페어차일드는 NEPA 프로그램의 수석 계약자로 지명되었습니다. 그녀는 전략 폭격기와 원자력 발전소가 장착 된 고속 정찰기의 전망을 연구하고 후자를 형성하도록 지시 받았다. 페어차일드의 직원들은 가장 시급한 문제, 즉 조종사와 지원 직원의 안전으로부터 프로그램을 시작하기로 결정했습니다. 이렇게하려면 비행 실험실로 사용되는 폭격기의 화물칸에 몇 그램의 라듐이 든 캡슐을 넣으십시오. 일반 승무원의 일부가 아닌, 가이거 카운터가있는 "무장 한"직원이 실험 비행에 참여했습니다. 화물칸에 비교적 적은 양의 방사성 금속이 있었음에도 불구하고 배경 방사선은 항공기의 모든 거주 가능 물량에서 허용 수준을 초과했다. 이 연구의 결과에 따르면 페어차일드 직원은 계산에 앉아 원자로가 적절한 보안을 확보하는 데 필요한 보호 장치를 찾아야했습니다. 이미 예비 계산 결과에 따르면 B-29 항공기는 단순히 그러한 질량을 운반 할 수 없었으며 기존 화물칸의 부피로 인해 원자로가 폭탄 선반을 분해하지 않고 배치 될 수 없었습니다. 즉, B-29의 경우, 장거리 (그리고 아주 먼 미래)와 적어도 일부 페이로드 중에서 선택해야합니다.
항공 원자로의 예비 설계를 만들기위한 추가 연구는 새롭고 새로운 문제에 직면했다. 받아 들일 수없는 질량 및 치수 매개 변수에 따라 비행 중 원자로 제어, 승무원 및 구조물의 효과적인 보호, 원자로에서 추진 장치로의 동력 전달 등의 어려움이 발생했습니다. 마지막으로, 충분히 심각한 보호 장치를 갖추고 있어도 전자 장비 및 승무원은 말할 것도없고 원자로에서 방사능이 항공기의 동력 세트 및 심지어 엔진 윤활에도 악영향을 줄 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 예비 연구 결과에 따르면 1948 연도의 NEPA 프로그램은 1 천만 달러를 지출 했음에도 불구하고 매우 의문의 여지가있었습니다. 48 여름에 Massachusetts Institute of Technology는 항공기의 원자력 발전소 전망에 관한 회의를 열었습니다. 일련의 분쟁과 협의를 거친 후,이 행사에 참여한 엔지니어와 과학자들은 원칙적으로 항공기를 만들 수 있다고 결론을 내 렸지만, 첫 번째 비행은 60 년대 중반 또는 심지어 후반기에만 발생했습니다.
MIT에서 개최 된 회의에서, 유망한 원자력 엔진의 두 가지 개념, 즉 개방과 폐쇄 개념이 발표되었습니다. "개방형"핵 제트 엔진은 유입되는 공기가 고온 원자로를 사용하여 가열되는 일종의 일반적인 터보 제트 엔진이었습니다. 뜨거운 공기가 노즐을 통해 배출되어 동시에 터빈이 회전합니다. 후자는 압축기의 임펠러를 움직입니다. 즉시, 그러한 시스템의 단점이 구체화되었습니다. 원자로의 가열 부와의 공기 접촉이 필요하기 때문에 특별한 문제가 전체 시스템의 원자력 안전을 초래했습니다. 또한, 항공기의 수용 가능한 레이아웃을 위해, 그러한 엔진의 원자로는 매우 작아야하며, 그 힘과 보호 수준에 영향을 미쳤다.
밀폐형의 핵 제트 엔진은 엔진 내부의 공기가 반응기 자체와의 접촉시 가열되지만 특수 열 교환기에서는 가열된다는 점에서 유사한 방식으로 작동해야했습니다. 이 경우 원자로에서 직접적으로 특정 냉각제를 가열하는 것이 제안되었으며 공기는 엔진 내부의 1 차 회로의 라디에이터와 접촉 할 때 온도를 상승시켜야했습니다. 터빈과 압축기는 터보 제트 또는 개방형 원자력 엔진과 동일한 방식으로 작동하고 유지되었습니다. 폐회로의 엔진은 원자로의 치수에 특별한 제한을 두지 않았으며 환경으로의 배출을 현저히 감소시켰다. 반면에 특정 문제는 원자로 에너지를 대기 중으로 전달하기위한 냉각제 선택이었다. 다른 열 전달 유체는 적절한 효율을 제공하지 못했고, 금속은 엔진 시동 전에 예열해야했습니다.
회의 중에 승무원 보호 수준을 높이기 위해 몇 가지 독창적 인 기술이 제안되었습니다. 우선, 그들은 반응기의 방사선으로부터 승무원을 독립적으로 차폐 할 수있는 해당 설계의 동력 요소의 생성에 관심을 가졌다. 덜 낙관적 인 과학자들은 조종사 나 적어도 그들의 생식 기능을 위협하지 않을 것을 제안했다. 따라서 최대한 높은 수준의 보호를 보장하고 승무원이 구형 조종사를 채용 할 것을 제안했습니다. 마지막으로, 예상되는 핵 항공기에 원격 제어 시스템을 장착하여 비행 중에 사람들이 전혀 건강을 위협하지 않도록하는 아이디어가 나타났습니다. 마지막 옵션에 대한 토론에서, 충분한 길이의 케이블로 항공기 뒤에 견인되는 작은 글라이더에 승무원을 배치하는 아이디어가 등장했습니다.
ANP 프로그램
일종의 브레인 스토밍 세션의 역할을했던 MIT 회의는 원자력 항공기 프로그램의 추가 과정에 긍정적 인 영향을 미쳤습니다. 49 일 중반 미군은 ANP (Aircraft Nuclear Propulsion)라는 새로운 프로그램을 시작했습니다. 이번 작업 계획에는 원자력 발전소가 탑재 된 본격적인 항공기 제작 준비가 포함되었습니다. 다른 우선 순위로 인해 프로그램에 고용 된 기업 목록이 변경되었습니다. 따라서 Lockheed와 Convair는 유망한 항공기의 기체를 개발하기 위해 고용되었고 General Electric과 Pratt & Whitney는 핵 제트 엔진에 대한 Fairchild의 작업을 계속하는 임무를 맡았습니다.
ANP 프로그램의 초기 단계에서 고객은 더 안전한 밀폐형 엔진에 더 중점을 두었지만 General Electric은 군 및 공무원에게 "지원"을 실시했습니다. General Electric 직원은 단순성과 그 결과 개방형 엔진의 저렴한 가격을 요구했습니다. 그들은 책임자들을 설득 할 수 있었고 그 결과 ANP 프로그램의 운전 방향은 General Electric이 개발 한 "개방형"엔진과 Pratt & Whitney의 폐쇄 회로 모터라는 두 개의 독립적 인 프로젝트로 나뉘 었습니다. 곧 제너럴 일렉트릭은 프로젝트를 추진하고 특별한 우선 순위를 달성 할 수 있었고 그 결과 추가 자금이 지원되었습니다.
ANP 프로그램 과정에서 기존의 핵연료 변종에 한 가지가 추가되었습니다. 이때 원자력 발전소와 유사한 구조로 엔진을 제작하는 것이 제안되었습니다. 원자로가 물을 가열하고 결과물 인 증기가 터빈을 구동시킵니다. 후자는 프로펠러에 동력을 전달한다. 이러한 시스템은 다른 시스템과 비교하여 효율이 낮았으므로 가장 빠르고 간편한 시스템이었습니다. 그러나이 원자력 발전소 버전은 주요 발전소가되지 않습니다. 몇 가지 비교를 한 후에 고객과 ANP 프로그램 계약자는 "열림"및 "닫힘"엔진 개발을 계속하고 증기 터빈을 대체로 사용하기로 결정했습니다.
첫 번째 샘플
1951-52에서 ANP는 첫 번째 프로토 타입을 만들 가능성에 접근했습니다. 이를위한 기초로, 그 당시에 개발 된 Convair YB-60 폭격기가 채택되었는데, 이는 폭파 날개 B-36 및 터보 제트 엔진의 근대화였다. 특히 YB-60 발전소는 P-1으로 설계되었습니다. 그것의 기초는 내부에 반응기가있는 원통형 단위였다. 원자력 발전소는 50 메가 와트의 열 전력을 공급했다. 배관 시스템을 통해 4 개의 GE XX53 터보 제트 엔진이 원자로 장치에 연결되었습니다. 엔진 압축기 후, 공기는 반응기 코어를지나 파이프를 통과하고 거기에서 가열되고 노즐을 통해 배출된다. 계산에 따르면 공기만으로는 반응기를 냉각시키기에 충분하지 않으므로 붕소 수용액 용 탱크와 튜브가 시스템에 도입되었습니다. 원자로에 연결된 모든 발전소 시스템은 폭격기의 후면 화물칸에 거주 가능 물량에서 가능한 멀리 설치되도록 계획되었다.
YB-60도 기본 터보 제트 엔진을 탈 예정이었습니다. 사실은 개방 회로의 핵 엔진이 환경을 오염시키고 아무도 비행장이나 정착촌에 가까이 다가 가지 못하게 할 것입니다. 또한 원자력 발전소의 기술 특성으로 인해 스로틀 응답이 좋지 않습니다. 따라서, 그 사용은 순항 속도가 긴 장거리 비행에 대해서만 편리하고 수용 가능했습니다.
다른주의 사항이지만, 다른 성격의 것이지만, 두 개의 비행 실험실이 추가로 생겨났습니다. NB-36H라는 이름과 적절한 이름 인 Crusader ( "Crusader")를받은 첫 번째 것은 승무원의 안전을 확인하기위한 것입니다. 직렬 B-36에는 12 톤의 캡 조립품이 설치되어 두꺼운 철판, 리드 패널 및 20-cm 안경으로 조립되었습니다. 오두막 뒤에 추가적인 보호를 위해 보론이있는 수조가있었습니다. 십자군의 끝에서 YB-60과 같은 조종석에서 동일한 거리에 실험용 ASTR 원자로 (Aircraft Shield Test Reactor - "항공기 보호 시험용 원자로")가 약 1 메가 와트의 용량으로 설치되었습니다. 반응기를 물로 냉각시켜 코어의 열을 동체 바깥 표면의 열교환기로 옮겼다. 실용적인 과제가 없음 ASTR 원자로는 실험적 방사원으로서의 기능을 수행하지 못하고 단지 작동하지 않았다.
NB-36H 실험실의 시험 비행은 다음과 같습니다. 조종사가 원자로가 끼어서 비행기를 공중에 날려 다가 가장 가까운 사막 위의 테스트 구역으로 날아 들어 모든 실험을 수행했습니다. 실험이 끝나면 원자로가 꺼지고 비행기가 바닥으로 되돌아왔다. Karswell은 비행장의 "십자군"과 함께 시험 장비를 갖춘 B-36 폭격기와 낙하산 병과 해병대가있는 수송선을 탈출했습니다. 프로토 타입 항공기 추락 사고가 발생했을 때, 해병대는 잔해 근처에서 낙하산을 발사하고 해당 지역을 차단하고 사고의 여파에 참여했습니다. 다행히도 작동중인 원자로가 장착 된 모든 47 항공편은 구조 낙하산없이 착륙했습니다. 시험 비행은 원자력 발전소가있는 항공기가 적절한 작동과 사고의 부재로 환경에 심각한 위험을주지 않는다는 것을 보여주었습니다.
두 번째 비행 실험실 인 X-6도 B-36 폭격기에서 다시 실행해야했습니다. 이 비행기에서는 십자군과 비슷한 조종석을 설치하고 동체 중간 부분에 원자력 발전소를 설치하려고했습니다. 후자는 P-1 설치를 기반으로 설계되었으며 J39 터보 제트를 기반으로 제작 된 새로운 GE XJ47 엔진이 장착되었습니다. 4 개의 엔진 각각은 견인력이 3100 kgf입니다. 흥미롭게도 원자력 발전소는 비행 전 비행기에 설치하기 위해 설계된 모노 블록이었습니다. 착륙 후, X-6은 특수 장착 된 격납고로 운전되고, 엔진으로 원자로를 제거하고 특수 저장 장치에 넣을 계획이었습니다. 이 단계에서 특수 제거 설치도 작성되었습니다. 사실은 제트 엔진 압축기를 정지 한 후 원자로가 충분한 효율로 냉각을 중단하고 원자로의 안전한 종료를 보장하기위한 추가 수단이 필요하다는 것입니다.
비행 전 점검
본격적인 원자력 시설을 갖춘 항공기의 비행이 시작되기 전에 미국 엔지니어들은 지상 실험실에서 관련 연구를 수행하기로 결정했습니다. 1955에서 실험 장치 HTRE-1 (열 전달 반응기 실험 - "반응기에서의 열 전달 실험")이 조립되었습니다. 50 톤 단위는 철도 플랫폼 바닥에 조립되었습니다. 따라서 실험을 시작하기 전에 사람들로부터 멀어 질 수 있습니다. HTRE-1 장치에는 베릴륨과 수은이 사용 된 소형의 우라늄 원자로가 사용되었습니다. 또한 플랫폼에 두 개의 엔진 JX39을 배치했습니다. 그들은 등유를 사용하여 엔진을 작동시킨 다음 엔진을 작동 속도에 도달시킨 다음 제어반의 명령에 따라 압축기에서 나온 공기를 원자로의 작업 영역으로 리디렉션했습니다. HTRE-1의 전형적인 실험은 몇 시간 동안 지속되었으므로 폭격기의 긴 비행이 시뮬레이션되었습니다. 56의 중간에이 실험 장치는 20 메가 와트 이상의 열 출력에 도달했습니다.
나중에 HTRE-1 설치가 업데이트 된 프로젝트에 따라 다시 제작 된 후 HTRE-2으로 명명되었습니다. 새로운 원자로 및 새로운 기술 솔루션이 14 MW에서 전력을 공급했습니다. 그러나 실험용 발전소의 두 번째 버전은 항공기에 설치하기에 너무 컸습니다. 그러므로, 1957에 의해, HTRE-3 시스템의 건설이 시작되었다. P-1 시스템은 두 대의 터보 제트 엔진을 사용하도록 설계되었습니다. 작고 가벼운 HTRE-3 시스템은 35 메가 와트의 화력을 제공했습니다. 1958 봄에 지상 기반 테스트 컴플렉스의 세 번째 버전에 대한 시험이 시작되었습니다.이 테스트 컴플렉스는 모든 계산과 가장 중요한 것은 그러한 에너지 설치에 대한 전망을 완전히 확인했습니다.
불안정한 폐쇄 회로
General Electric이 개방 회로 엔진을 우선시하는 동안 Pratt & Whitney는 폐쇄 형 원자력 발전소의 자체 버전을 개발하는 데 시간을 낭비하지 않았습니다. Pratt & Whitney에서 그들은 즉시 그러한 시스템의 두 가지 변종을 조사하기 시작했습니다. 첫 번째는 시설의 가장 명백한 구조와 작동을 의미합니다. 냉각수는 코어에서 순환하고 열을 제트 엔진의 해당 부분으로 전달합니다. 두 번째 경우에는 핵연료를 갈아서 냉각수에 직접 넣는 것이 제안되었습니다. 이러한 시스템에서 연료는 전체 냉각수 회로를 통해 순환하지만 핵분열은 코어에서만 발생합니다. 이것은 원자로와 파이프 라인의 주요 부피의 정확한 모양 덕분에이를 달성하기로되어있었습니다. 연구 결과, 냉각수를 연료로 순환시키기위한 파이프 라인 시스템의 가장 효과적인 모양과 크기를 결정할 수 있었으며, 이는 원자로의 효율적인 작동을 보장하고 방사선으로부터 좋은 수준의 보호를 제공하는 데 도움이되었습니다.
동시에 순환 연료 시스템이 너무 복잡하다는 것이 입증되었습니다. 추가 개발은 주로 금속 냉각수로 세척 된 "고정 된"연료 요소의 경로를 따랐습니다. 후자로 다양한 재료가 고려되었지만 파이프 라인의 내식성 및 액체 금속의 순환 제공으로 인해 금속 냉각수에 머무를 수 없었습니다. 결과적으로 반응기는 고도로 과열 된 물을 사용하도록 설계되어야했습니다. 계산에 따르면 물은 원자로에서 약 810-820 °의 온도에 도달해야합니다. 액체 상태를 유지하려면 시스템에 약 350kg / cm1960의 압력을 생성해야합니다. 이 시스템은 매우 복잡하지만 금속 냉각수가있는 원자로보다 훨씬 간단하고 적합합니다. XNUMX 년까지 Pratt & Whitney는 항공기 용 원자력 발전소 작업을 완료했습니다. 완성 된 시스템을 테스트하기위한 준비가 시작되었지만 결국에는 이러한 테스트가 수행되지 않았습니다.
슬픈 끝
NEPA 및 ANP 프로그램은 수십 개의 신기술을 창안하는 데 도움을 주었으며 몇 가지 흥미로운 노하우를 습득했습니다. 그러나 1960 년에도 주요 목표 인 항공기 제작은 향후 수년 내에 달성 될 수 없습니다. 1961에서 존 F. 케네디 (John F. Kennedy)가 권력을 잡았으며, 그는 즉시 핵 기술 분야의 진보에 관심을 갖게되었습니다. 그들은 관찰되지 않았고 프로그램 비용은 완전히 외설스러운 가치에 도달했기 때문에 ANP와 모든 원자의 운명은 큰 문제였다. 10 년 반이 넘는 시간 동안, 다양한 테스트 유닛의 연구, 설계, 구축에 10 억 달러 이상이 소요되었습니다. 동시에 원자력 발전소를 갖춘 완성 된 항공기의 건설은 여전히 먼 미래의 문제였습니다. 물론 돈과 시간의 추가 비용으로 인해 원자 차량이 실용화 될 수 있습니다. 그러나 케네디 행정부는 다르게 결정했다. ANP의 비용은 꾸준히 증가했지만 결과는 없습니다. 또한, 탄도 미사일은 높은 잠재력을 충분히 입증했다. 61 상반기에 새 대통령은 문서에 서명했는데이 문서에 따르면 핵 항공기에 대한 모든 작업을 중단해야합니다. 60에서 펜타곤은 개방형 발전소에 대한 모든 작업이 중단되었고, 모든 자금이 "폐쇄 된"시스템에 주어지는 논란의 여지가있는 결정을 내 렸습니다.
항공을위한 원자력 발전소의 설립에 성공했지만 ANP 프로그램은 실패한 것으로 밝혀졌다. 얼마 동안 ANP와 함께 첨단 미사일 용 핵 엔진이 개발되었습니다. 그러나 이러한 프로젝트는 예상 한 결과를 얻지 못했습니다. 시간이 지남에 따라 그들은 폐쇄되었고 항공기와 미사일의 원자력 발전소 방향으로의 작업이 완전히 중단되었습니다. 때때로 다양한 민간 기업이 주도적으로 이러한 개발을 시도했지만 이러한 프로젝트 중 어느 것도 정부의 지원을받지 못했습니다. 원자력 전망에 대한 믿음을 잃은 미국 지도부는 원자력 발전소를 개발하기 시작했다. 함대 그리고 원자력 발전소.
해당 사이트의 자료 :
http://vfk1.narod.ru/
http://hq.nasa.gov/
http://air-and-space.com/
http://airwar.ru/
http://nkj.ru/
40 대 후반에 독일과 일본과의 전쟁에서 미국과 소련은 갑자기 최악의 적이되었습니다. 양국의 상호 위치에 대한 지리적 특징은 대륙간 범위의 전략 폭격기를 필요로했다. 오래된 장비는 이미 새로운 탄도의 창조, 로켓 기술의 개발 등을 필요로하는 다른 대륙에 원자탄을 전달할 수 없었다. 이미 40 대에 핵 원자로를 비행기에 설치한다는 아이디어는 미국 엔지니어들의 마음 속에 성숙 해졌다. 그 당시의 계산에 따르면, 핵연료로 연료를 재급유 할 때 B-29 폭격기와 비교하여 무게, 크기 및 비행 매개 변수가 비슷한 항공기는 적어도 5 천 시간을 공중에서 보낼 수있었습니다. 다시 말하면, 불완전한 기술로도 연료를 하나만 공급하는 원자로가 평생 동안 에너지를 제공 할 수 있습니다.
그 당시의 가상 원자기의 두 번째 장점은 원자로가 도달 한 온도였다. 원자력 발전소의 적절한 설계에 따라, 기존의 터보 제트는 작동 물질을 반응기로 가열함으로써 개선 될 수있다. 따라서, 엔진의 분사 가스의 에너지 및 그 온도를 증가시키는 것이 가능하게되어, 이러한 엔진의 추진력을 현저하게 증가시킬 수있다. 모든 이론적 인 반영과 계산의 결과로 핵 엔진을 탑재 한 항공기는 원자 폭탄을 운반하는 보편적이고 무적의 수단으로 변했다. 그러나, 더 실제적인 일은 그런 "공상가"의 열정을 냉각했다.
NEPA 프로그램
1946로 돌아와 새로 형성된 미 국방부는 NEPA 프로젝트 (항공기 추진을위한 원자력)를 시작했습니다. 이 프로그램의 목적은 항공기의 유망 원자력 발전소의 모든 측면을 연구하는 것이 었습니다. 페어차일드는 NEPA 프로그램의 수석 계약자로 지명되었습니다. 그녀는 전략 폭격기와 원자력 발전소가 장착 된 고속 정찰기의 전망을 연구하고 후자를 형성하도록 지시 받았다. 페어차일드의 직원들은 가장 시급한 문제, 즉 조종사와 지원 직원의 안전으로부터 프로그램을 시작하기로 결정했습니다. 이렇게하려면 비행 실험실로 사용되는 폭격기의 화물칸에 몇 그램의 라듐이 든 캡슐을 넣으십시오. 일반 승무원의 일부가 아닌, 가이거 카운터가있는 "무장 한"직원이 실험 비행에 참여했습니다. 화물칸에 비교적 적은 양의 방사성 금속이 있었음에도 불구하고 배경 방사선은 항공기의 모든 거주 가능 물량에서 허용 수준을 초과했다. 이 연구의 결과에 따르면 페어차일드 직원은 계산에 앉아 원자로가 적절한 보안을 확보하는 데 필요한 보호 장치를 찾아야했습니다. 이미 예비 계산 결과에 따르면 B-29 항공기는 단순히 그러한 질량을 운반 할 수 없었으며 기존 화물칸의 부피로 인해 원자로가 폭탄 선반을 분해하지 않고 배치 될 수 없었습니다. 즉, B-29의 경우, 장거리 (그리고 아주 먼 미래)와 적어도 일부 페이로드 중에서 선택해야합니다.
항공 원자로의 예비 설계를 만들기위한 추가 연구는 새롭고 새로운 문제에 직면했다. 받아 들일 수없는 질량 및 치수 매개 변수에 따라 비행 중 원자로 제어, 승무원 및 구조물의 효과적인 보호, 원자로에서 추진 장치로의 동력 전달 등의 어려움이 발생했습니다. 마지막으로, 충분히 심각한 보호 장치를 갖추고 있어도 전자 장비 및 승무원은 말할 것도없고 원자로에서 방사능이 항공기의 동력 세트 및 심지어 엔진 윤활에도 악영향을 줄 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 예비 연구 결과에 따르면 1948 연도의 NEPA 프로그램은 1 천만 달러를 지출 했음에도 불구하고 매우 의문의 여지가있었습니다. 48 여름에 Massachusetts Institute of Technology는 항공기의 원자력 발전소 전망에 관한 회의를 열었습니다. 일련의 분쟁과 협의를 거친 후,이 행사에 참여한 엔지니어와 과학자들은 원칙적으로 항공기를 만들 수 있다고 결론을 내 렸지만, 첫 번째 비행은 60 년대 중반 또는 심지어 후반기에만 발생했습니다.
MIT에서 개최 된 회의에서, 유망한 원자력 엔진의 두 가지 개념, 즉 개방과 폐쇄 개념이 발표되었습니다. "개방형"핵 제트 엔진은 유입되는 공기가 고온 원자로를 사용하여 가열되는 일종의 일반적인 터보 제트 엔진이었습니다. 뜨거운 공기가 노즐을 통해 배출되어 동시에 터빈이 회전합니다. 후자는 압축기의 임펠러를 움직입니다. 즉시, 그러한 시스템의 단점이 구체화되었습니다. 원자로의 가열 부와의 공기 접촉이 필요하기 때문에 특별한 문제가 전체 시스템의 원자력 안전을 초래했습니다. 또한, 항공기의 수용 가능한 레이아웃을 위해, 그러한 엔진의 원자로는 매우 작아야하며, 그 힘과 보호 수준에 영향을 미쳤다.
밀폐형의 핵 제트 엔진은 엔진 내부의 공기가 반응기 자체와의 접촉시 가열되지만 특수 열 교환기에서는 가열된다는 점에서 유사한 방식으로 작동해야했습니다. 이 경우 원자로에서 직접적으로 특정 냉각제를 가열하는 것이 제안되었으며 공기는 엔진 내부의 1 차 회로의 라디에이터와 접촉 할 때 온도를 상승시켜야했습니다. 터빈과 압축기는 터보 제트 또는 개방형 원자력 엔진과 동일한 방식으로 작동하고 유지되었습니다. 폐회로의 엔진은 원자로의 치수에 특별한 제한을 두지 않았으며 환경으로의 배출을 현저히 감소시켰다. 반면에 특정 문제는 원자로 에너지를 대기 중으로 전달하기위한 냉각제 선택이었다. 다른 열 전달 유체는 적절한 효율을 제공하지 못했고, 금속은 엔진 시동 전에 예열해야했습니다.
회의 중에 승무원 보호 수준을 높이기 위해 몇 가지 독창적 인 기술이 제안되었습니다. 우선, 그들은 반응기의 방사선으로부터 승무원을 독립적으로 차폐 할 수있는 해당 설계의 동력 요소의 생성에 관심을 가졌다. 덜 낙관적 인 과학자들은 조종사 나 적어도 그들의 생식 기능을 위협하지 않을 것을 제안했다. 따라서 최대한 높은 수준의 보호를 보장하고 승무원이 구형 조종사를 채용 할 것을 제안했습니다. 마지막으로, 예상되는 핵 항공기에 원격 제어 시스템을 장착하여 비행 중에 사람들이 전혀 건강을 위협하지 않도록하는 아이디어가 나타났습니다. 마지막 옵션에 대한 토론에서, 충분한 길이의 케이블로 항공기 뒤에 견인되는 작은 글라이더에 승무원을 배치하는 아이디어가 등장했습니다.
ANP 프로그램
일종의 브레인 스토밍 세션의 역할을했던 MIT 회의는 원자력 항공기 프로그램의 추가 과정에 긍정적 인 영향을 미쳤습니다. 49 일 중반 미군은 ANP (Aircraft Nuclear Propulsion)라는 새로운 프로그램을 시작했습니다. 이번 작업 계획에는 원자력 발전소가 탑재 된 본격적인 항공기 제작 준비가 포함되었습니다. 다른 우선 순위로 인해 프로그램에 고용 된 기업 목록이 변경되었습니다. 따라서 Lockheed와 Convair는 유망한 항공기의 기체를 개발하기 위해 고용되었고 General Electric과 Pratt & Whitney는 핵 제트 엔진에 대한 Fairchild의 작업을 계속하는 임무를 맡았습니다.
ANP 프로그램의 초기 단계에서 고객은 더 안전한 밀폐형 엔진에 더 중점을 두었지만 General Electric은 군 및 공무원에게 "지원"을 실시했습니다. General Electric 직원은 단순성과 그 결과 개방형 엔진의 저렴한 가격을 요구했습니다. 그들은 책임자들을 설득 할 수 있었고 그 결과 ANP 프로그램의 운전 방향은 General Electric이 개발 한 "개방형"엔진과 Pratt & Whitney의 폐쇄 회로 모터라는 두 개의 독립적 인 프로젝트로 나뉘 었습니다. 곧 제너럴 일렉트릭은 프로젝트를 추진하고 특별한 우선 순위를 달성 할 수 있었고 그 결과 추가 자금이 지원되었습니다.
ANP 프로그램 과정에서 기존의 핵연료 변종에 한 가지가 추가되었습니다. 이때 원자력 발전소와 유사한 구조로 엔진을 제작하는 것이 제안되었습니다. 원자로가 물을 가열하고 결과물 인 증기가 터빈을 구동시킵니다. 후자는 프로펠러에 동력을 전달한다. 이러한 시스템은 다른 시스템과 비교하여 효율이 낮았으므로 가장 빠르고 간편한 시스템이었습니다. 그러나이 원자력 발전소 버전은 주요 발전소가되지 않습니다. 몇 가지 비교를 한 후에 고객과 ANP 프로그램 계약자는 "열림"및 "닫힘"엔진 개발을 계속하고 증기 터빈을 대체로 사용하기로 결정했습니다.
첫 번째 샘플
1951-52에서 ANP는 첫 번째 프로토 타입을 만들 가능성에 접근했습니다. 이를위한 기초로, 그 당시에 개발 된 Convair YB-60 폭격기가 채택되었는데, 이는 폭파 날개 B-36 및 터보 제트 엔진의 근대화였다. 특히 YB-60 발전소는 P-1으로 설계되었습니다. 그것의 기초는 내부에 반응기가있는 원통형 단위였다. 원자력 발전소는 50 메가 와트의 열 전력을 공급했다. 배관 시스템을 통해 4 개의 GE XX53 터보 제트 엔진이 원자로 장치에 연결되었습니다. 엔진 압축기 후, 공기는 반응기 코어를지나 파이프를 통과하고 거기에서 가열되고 노즐을 통해 배출된다. 계산에 따르면 공기만으로는 반응기를 냉각시키기에 충분하지 않으므로 붕소 수용액 용 탱크와 튜브가 시스템에 도입되었습니다. 원자로에 연결된 모든 발전소 시스템은 폭격기의 후면 화물칸에 거주 가능 물량에서 가능한 멀리 설치되도록 계획되었다.
YB-60 프로토 타입
YB-60도 기본 터보 제트 엔진을 탈 예정이었습니다. 사실은 개방 회로의 핵 엔진이 환경을 오염시키고 아무도 비행장이나 정착촌에 가까이 다가 가지 못하게 할 것입니다. 또한 원자력 발전소의 기술 특성으로 인해 스로틀 응답이 좋지 않습니다. 따라서, 그 사용은 순항 속도가 긴 장거리 비행에 대해서만 편리하고 수용 가능했습니다.
다른주의 사항이지만, 다른 성격의 것이지만, 두 개의 비행 실험실이 추가로 생겨났습니다. NB-36H라는 이름과 적절한 이름 인 Crusader ( "Crusader")를받은 첫 번째 것은 승무원의 안전을 확인하기위한 것입니다. 직렬 B-36에는 12 톤의 캡 조립품이 설치되어 두꺼운 철판, 리드 패널 및 20-cm 안경으로 조립되었습니다. 오두막 뒤에 추가적인 보호를 위해 보론이있는 수조가있었습니다. 십자군의 끝에서 YB-60과 같은 조종석에서 동일한 거리에 실험용 ASTR 원자로 (Aircraft Shield Test Reactor - "항공기 보호 시험용 원자로")가 약 1 메가 와트의 용량으로 설치되었습니다. 반응기를 물로 냉각시켜 코어의 열을 동체 바깥 표면의 열교환기로 옮겼다. 실용적인 과제가 없음 ASTR 원자로는 실험적 방사원으로서의 기능을 수행하지 못하고 단지 작동하지 않았다.
NB-36H (X-6)
NB-36H 실험실의 시험 비행은 다음과 같습니다. 조종사가 원자로가 끼어서 비행기를 공중에 날려 다가 가장 가까운 사막 위의 테스트 구역으로 날아 들어 모든 실험을 수행했습니다. 실험이 끝나면 원자로가 꺼지고 비행기가 바닥으로 되돌아왔다. Karswell은 비행장의 "십자군"과 함께 시험 장비를 갖춘 B-36 폭격기와 낙하산 병과 해병대가있는 수송선을 탈출했습니다. 프로토 타입 항공기 추락 사고가 발생했을 때, 해병대는 잔해 근처에서 낙하산을 발사하고 해당 지역을 차단하고 사고의 여파에 참여했습니다. 다행히도 작동중인 원자로가 장착 된 모든 47 항공편은 구조 낙하산없이 착륙했습니다. 시험 비행은 원자력 발전소가있는 항공기가 적절한 작동과 사고의 부재로 환경에 심각한 위험을주지 않는다는 것을 보여주었습니다.
두 번째 비행 실험실 인 X-6도 B-36 폭격기에서 다시 실행해야했습니다. 이 비행기에서는 십자군과 비슷한 조종석을 설치하고 동체 중간 부분에 원자력 발전소를 설치하려고했습니다. 후자는 P-1 설치를 기반으로 설계되었으며 J39 터보 제트를 기반으로 제작 된 새로운 GE XJ47 엔진이 장착되었습니다. 4 개의 엔진 각각은 견인력이 3100 kgf입니다. 흥미롭게도 원자력 발전소는 비행 전 비행기에 설치하기 위해 설계된 모노 블록이었습니다. 착륙 후, X-6은 특수 장착 된 격납고로 운전되고, 엔진으로 원자로를 제거하고 특수 저장 장치에 넣을 계획이었습니다. 이 단계에서 특수 제거 설치도 작성되었습니다. 사실은 제트 엔진 압축기를 정지 한 후 원자로가 충분한 효율로 냉각을 중단하고 원자로의 안전한 종료를 보장하기위한 추가 수단이 필요하다는 것입니다.
비행 전 점검
본격적인 원자력 시설을 갖춘 항공기의 비행이 시작되기 전에 미국 엔지니어들은 지상 실험실에서 관련 연구를 수행하기로 결정했습니다. 1955에서 실험 장치 HTRE-1 (열 전달 반응기 실험 - "반응기에서의 열 전달 실험")이 조립되었습니다. 50 톤 단위는 철도 플랫폼 바닥에 조립되었습니다. 따라서 실험을 시작하기 전에 사람들로부터 멀어 질 수 있습니다. HTRE-1 장치에는 베릴륨과 수은이 사용 된 소형의 우라늄 원자로가 사용되었습니다. 또한 플랫폼에 두 개의 엔진 JX39을 배치했습니다. 그들은 등유를 사용하여 엔진을 작동시킨 다음 엔진을 작동 속도에 도달시킨 다음 제어반의 명령에 따라 압축기에서 나온 공기를 원자로의 작업 영역으로 리디렉션했습니다. HTRE-1의 전형적인 실험은 몇 시간 동안 지속되었으므로 폭격기의 긴 비행이 시뮬레이션되었습니다. 56의 중간에이 실험 장치는 20 메가 와트 이상의 열 출력에 도달했습니다.
HTRE-1
나중에 HTRE-1 설치가 업데이트 된 프로젝트에 따라 다시 제작 된 후 HTRE-2으로 명명되었습니다. 새로운 원자로 및 새로운 기술 솔루션이 14 MW에서 전력을 공급했습니다. 그러나 실험용 발전소의 두 번째 버전은 항공기에 설치하기에 너무 컸습니다. 그러므로, 1957에 의해, HTRE-3 시스템의 건설이 시작되었다. P-1 시스템은 두 대의 터보 제트 엔진을 사용하도록 설계되었습니다. 작고 가벼운 HTRE-3 시스템은 35 메가 와트의 화력을 제공했습니다. 1958 봄에 지상 기반 테스트 컴플렉스의 세 번째 버전에 대한 시험이 시작되었습니다.이 테스트 컴플렉스는 모든 계산과 가장 중요한 것은 그러한 에너지 설치에 대한 전망을 완전히 확인했습니다.
불안정한 폐쇄 회로
General Electric이 개방 회로 엔진을 우선시하는 동안 Pratt & Whitney는 폐쇄 형 원자력 발전소의 자체 버전을 개발하는 데 시간을 낭비하지 않았습니다. Pratt & Whitney에서 그들은 즉시 그러한 시스템의 두 가지 변종을 조사하기 시작했습니다. 첫 번째는 시설의 가장 명백한 구조와 작동을 의미합니다. 냉각수는 코어에서 순환하고 열을 제트 엔진의 해당 부분으로 전달합니다. 두 번째 경우에는 핵연료를 갈아서 냉각수에 직접 넣는 것이 제안되었습니다. 이러한 시스템에서 연료는 전체 냉각수 회로를 통해 순환하지만 핵분열은 코어에서만 발생합니다. 이것은 원자로와 파이프 라인의 주요 부피의 정확한 모양 덕분에이를 달성하기로되어있었습니다. 연구 결과, 냉각수를 연료로 순환시키기위한 파이프 라인 시스템의 가장 효과적인 모양과 크기를 결정할 수 있었으며, 이는 원자로의 효율적인 작동을 보장하고 방사선으로부터 좋은 수준의 보호를 제공하는 데 도움이되었습니다.
동시에 순환 연료 시스템이 너무 복잡하다는 것이 입증되었습니다. 추가 개발은 주로 금속 냉각수로 세척 된 "고정 된"연료 요소의 경로를 따랐습니다. 후자로 다양한 재료가 고려되었지만 파이프 라인의 내식성 및 액체 금속의 순환 제공으로 인해 금속 냉각수에 머무를 수 없었습니다. 결과적으로 반응기는 고도로 과열 된 물을 사용하도록 설계되어야했습니다. 계산에 따르면 물은 원자로에서 약 810-820 °의 온도에 도달해야합니다. 액체 상태를 유지하려면 시스템에 약 350kg / cm1960의 압력을 생성해야합니다. 이 시스템은 매우 복잡하지만 금속 냉각수가있는 원자로보다 훨씬 간단하고 적합합니다. XNUMX 년까지 Pratt & Whitney는 항공기 용 원자력 발전소 작업을 완료했습니다. 완성 된 시스템을 테스트하기위한 준비가 시작되었지만 결국에는 이러한 테스트가 수행되지 않았습니다.
슬픈 끝
NEPA 및 ANP 프로그램은 수십 개의 신기술을 창안하는 데 도움을 주었으며 몇 가지 흥미로운 노하우를 습득했습니다. 그러나 1960 년에도 주요 목표 인 항공기 제작은 향후 수년 내에 달성 될 수 없습니다. 1961에서 존 F. 케네디 (John F. Kennedy)가 권력을 잡았으며, 그는 즉시 핵 기술 분야의 진보에 관심을 갖게되었습니다. 그들은 관찰되지 않았고 프로그램 비용은 완전히 외설스러운 가치에 도달했기 때문에 ANP와 모든 원자의 운명은 큰 문제였다. 10 년 반이 넘는 시간 동안, 다양한 테스트 유닛의 연구, 설계, 구축에 10 억 달러 이상이 소요되었습니다. 동시에 원자력 발전소를 갖춘 완성 된 항공기의 건설은 여전히 먼 미래의 문제였습니다. 물론 돈과 시간의 추가 비용으로 인해 원자 차량이 실용화 될 수 있습니다. 그러나 케네디 행정부는 다르게 결정했다. ANP의 비용은 꾸준히 증가했지만 결과는 없습니다. 또한, 탄도 미사일은 높은 잠재력을 충분히 입증했다. 61 상반기에 새 대통령은 문서에 서명했는데이 문서에 따르면 핵 항공기에 대한 모든 작업을 중단해야합니다. 60에서 펜타곤은 개방형 발전소에 대한 모든 작업이 중단되었고, 모든 자금이 "폐쇄 된"시스템에 주어지는 논란의 여지가있는 결정을 내 렸습니다.
항공을위한 원자력 발전소의 설립에 성공했지만 ANP 프로그램은 실패한 것으로 밝혀졌다. 얼마 동안 ANP와 함께 첨단 미사일 용 핵 엔진이 개발되었습니다. 그러나 이러한 프로젝트는 예상 한 결과를 얻지 못했습니다. 시간이 지남에 따라 그들은 폐쇄되었고 항공기와 미사일의 원자력 발전소 방향으로의 작업이 완전히 중단되었습니다. 때때로 다양한 민간 기업이 주도적으로 이러한 개발을 시도했지만 이러한 프로젝트 중 어느 것도 정부의 지원을받지 못했습니다. 원자력 전망에 대한 믿음을 잃은 미국 지도부는 원자력 발전소를 개발하기 시작했다. 함대 그리고 원자력 발전소.
해당 사이트의 자료 :
http://vfk1.narod.ru/
http://hq.nasa.gov/
http://air-and-space.com/
http://airwar.ru/
http://nkj.ru/
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