Атомная энергия и флот

АТОМНЫЙ ГИДРОСАМОЛЕТ БУДУЩЕГО

Прогресс атомной техники дает возможность использовать ее для транспортных целей. В нашей стране завершается строительство атомного ледокола, который будет совершать переходы на просторах Арктики, не опасаясь длительного отрыва от баз снабжения. Атомные подводные лодки уже в течение ряда лет бороздят океанские просторы. Недалеко то время, когда энергия ядра будет применена и в авиации.

Летать быстрее, дальше и выше — таков девиз авиации. Но чем длиннее путь и больше скорость, тем больше нужно топлива и тем тяжелее становится самолет. Чтобы покрывать без посадки значительные расстояния, особенно при полете на сверхзвуковой скорости, нужен громадный запас топлива.

Невозможно построить самолет с обычными реактивными двигателями, работающими на химическом топливе, который мог бы совершить без пополнения запасов горючего хотя бы один кругосветный рейс. Ведь на такой полет, даже на дозвуковой скорости, нужно более 300 тонн керосина! При полете же на сверхзвуковой скорости порядка 2000 километров в час топлива потребуется более 1000 тонн. Объясняется это тем, что во втором случае сопротивление воздуха сильно возрастает и на преодоление его требуется расходовать больше энергии, а следовательно, и топлива. Разумеется, что разместить на одном таком самолете указанное количество топлива практически невозможно. Вот почему конструкторы летательных аппаратов стремятся применить в авиации новые источники энергии, и в первую очередь энергию атомного ядра. Атомные воздушные корабли смогут производить продолжительные полеты на сверхзвуковых скоростях, покрывая огромные расстояния.

Создание самолета с двигателем, работающим на ядерном горючем, — новая проблема, которую начинают решать современная наука и техника. В США уже проведены испытания в полете экспериментальной атомной авиационной силовой установки. Видимо, недалеко то время, когда в воздух поднимутся первые атомные самолеты. Они откроют эру атомной авиации и космического флота. Но почему они еще не созданы до сих пор? Какие трудности предстоит преодолеть? Как будут выглядеть атомные гидросамолеты и космические корабли?

Ввиду малого расхода ядерного топлива перед новыми самолетами открываются блестящие перспективы, особенно перед аппаратами, обладающими возможностью вертикального взлета и посадки. Если предположить, что реактивный самолет, имеющий двигательную установку весом 10 тонн, в состоянии взять на борт 70 тонн керосина и пролететь без посадки около 10 000 километров, то самолет с новым двигателем, вес которого равен весу топлива обычного реактивного бомбардировщика, сможет несколько раз облететь вокруг Земли, расходуя на каждый кругосветный рейс не более 400 граммов ядерного горючего. Наряду с увеличением дальности полета атомный двигатель может обеспечить весьма высокие скорости, намного превосходящие скорость звука.

Основой такого воздушного корабля служит атомный двигатель, создание которого связано с решением сложных технических проблем. Сердцем силовой установки самолета явится атомный реактор. В нем в результате ядерной реакции урана или плутония в окружающее пространство излучается поток частиц — нейтронов и гамма-лучей, обладающих большой проникающей способностью и губительно действующих на живые организмы. Поэтому ядерный реактор необходимо изолировать от помещений экипажа толстым слоем специальных материалов, поглощающих радиоактивное излучение.

Кроме того, частицы, выбрасываемые при преобразованиях ядер, имея огромные скорости, тормозятся в материалах реактора, вследствие чего их кинетическая энергия переходит в тепловую, разогревая их до высокой температуры (порядка нескольких тысяч градусов). В связи с этим возникает необходимость в непрерывном и интенсивном охлаждении реактора. Тепло, уносимое с охлаждающим реактор веществом (водой, расплавленным металлом либо воздухом под высоким давлением), и становится источником движущей силы. Атомное «пламя» в реакторе атомохода «Ленин» будет нагревать воду, циркулирующую в системе, и превращать ее в пар. Во всех этих случаях используется тепло, получаемое в результате расщепления ядра. Но сейчас на очереди стоит вопрос овладения способами управления термоядерными реакциями. И тогда человечество получит новый неисчерпаемый источник колоссальной энергии.

Как же предполагается использовать атомную энергию в качестве движущей силы самолетов? По сообщению журналов «Авиэйшен уик», «Ройял эйр форс флаинг ревю» и «Аэро дайджест», разрабатываемые в настоящее время в США конструкции авиационных двигателей на ядерном горючем можно разделить на четыре основных типа. Это, во-первых, ракетный, в котором в качестве теплоносителя используется жидкий водород или другое какое-либо жидкое топливо, нагреваемое в реакторе. Обладая хорошей теплопроводностью, водород в результате нагревания из жидкого состояния превращается в газ, который и используется в качестве движущей силы.

Второй тип атомного двигателя — прямоточный воздушно-реактивный. В нем, как и в обычном прямоточном двигателе, работающем на химическом топливе, поступающий из атмосферы воздух сжимается за счет скоростного напора во входном канале. Проходя через реактор, сжатый воздух сильно нагревается и с огромной скоростью выбрасывается через сопло двигателя, создавая реактивную тягу. Однако этот тип двигателя можно использовать лишь на больших скоростях, обеспечивающих такое сжатие воздуха, которого достаточно для создания необходимой силы тяги. Кроме того, для взлета и разгона такого самолета необходимы дополнительные установки.

Атомный турбореактивный двигатель также будет иметь много общего с обычным двигателем этого типа. Различие между ними заключается в том, что в новом двигателе воздух будет нагреваться за счет тепла, выделяемого в реакторе.

Четвертый возможный тип двигателя — турбовинтовой. В нем рабочее тело, например вода, циркулирует по замкнутому кольцу-контуру, соединяющему реактор с конденсатором. В реакторе вода превращается в пар, поступающий в многоступенчатую турбину, которая вращает воздушные винты. Пройдя турбину, пар попадает в конденсатор, где превращается в воду. Последняя под давлением снова подается в реактор.

Турбокомпрессорные и прямоточные воздушно-реактивные двигатели могут быть как с непосредственным, открытым циклом (воздух проходит прямо через реактор), так и с промежуточным, замкнутым (воздух поступает в специальный теплообменник).

Теплообменник состоит из нескольких рядов трубок, по которым циркулирует сильно нагретая жидкость или расплавленный металл, а между трубками имеется свободное пространство для прохода воздуха. Если учесть, что теплообменник может быть сделан с более развитой охлаждающей поверхностью, чем реактор, то, очевидно, такая схема двигателя будет иметь преимущество перед схемой с открытым циклом. В качестве теплоносителя могут быть использованы гелий, тяжелая вода, ртуть или расплавленные металлы (натрий, литий, свинец).

Использование теплообменника очень выгодно. Нагретый в нем воздух менее радиоактивен. Кроме того, здесь можно одновременно нагревать большую массу воздуха, что приводит к возрастанию силы тяги и, следовательно, к увеличению скорости полета.

На первых порах трудности защиты людей на аэродроме и самого аэродрома от радиоактивного заражения могут вызвать появление самолета с комбинированной силовой установкой, состоящей из атомного и обычного реактивного двигателя. В этом случае взлет и набор высоты будут происходить с помощью обычного реактивного двигателя, а дальнейший полет будет совершаться на атомном двигателе. Скорость полета атомного самолета можно регулировать температурой реактора или изменением сечения сопла. Таким образом (по данным иностранной печати), в настоящее время не только разработаны принципиальные схемы атомных воздушно-реактивных и ракетных двигателей, но и проводится большая экспериментальная работа по выбору их оптимальных рабочих характеристик.

Однако на пути создания подобных двигателей имеется еще немало трудностей. Кроме изыскания надежной биологической защиты, обладающей малым весом и большой способностью поглощения нейтронов и гамма-лучей, надо иметь весьма жаропрочные материалы как для самого двигателя, так и для всей конструкции самолета. Необходимо создать малогабаритные, легкие и высокотемпературные реакторы, изыскать надежные средства управления ими в полете, разработать методы эксплуатации атомных двигателей на земле и в воздухе, защиту электронного оборудования и материалов от радиоактивного излучения. Решение этих и других сложных научных и инженерных задач потребует проведения большого объема исследований, экспериментов.

Атомные самолеты будут совершать полеты, как правило, на сверхзвуковых скоростях, при которых становится весьма заметным тепловой нагрев корпуса. Зарубежные специалисты считают, что при полете у земли со скоростью 2600 километров в час поверхность самолета нагреется до 260 градусов, а при скорости 3200 километров в час — до 400 градусов. Между тем известно, что уже при температуре 315 градусов алюминиевые сплавы, применяемые в авиации, на 70–80 процентов теряют свои механические свойства.

Чтобы уменьшить тепловой нагрев, новые воздушные корабли должны совершать полет на возможно большей высоте, где плотность воздуха значительно меньше. Однако проблема охлаждения корпуса самолета только этим путем полностью не может быть решена. Требуется создать жаропрочные материалы, могущие выдержать чрезвычайно высокие температуры. Для этого, очевидно, придется делать корпус из титановых или даже никелевых сплавов. Как же будет выглядеть атомный самолет? Какова будет его форма? Проблема защиты экипажа от радиоактивного излучения требует от конструкторов такой компоновки самолета, при которой реактор и кабина экипажа должны быть удалены друг от друга на возможно большее расстояние. Для этого предполагается применить крыло большого удлинения и на его концах расположить реакторы. В другом варианте намечается помещать людей в головной части фюзеляжа удлиненной формы, а реактор — в хвосте.

Биологическая защита должна состоять из двух экранов: первичного — непосредственно вокруг реактора, и вторичного — вокруг помещения для экипажа и пассажиров. Это позволит снизить вес защиты, которая составляет в среднем около половины общего веса самолета, а также распределить более равномерно нагрузку на его корпус.

Установлено, что для защиты от альфа- и бета-частиц достаточно легкого экрана, но для предохранения от нейтронов и гамма-излучений потребуются массивные экраны из бора, свинца, бетона, воды и других материалов, хорошо поглощающих вредное радиоактивное излучение.

Не так давно считали, что при мощности двигателя в 75 000 лошадиных сил необходим экран весом около 60 тонн. Однако (по данным иностранной печати) в результате проведенных исследований ученым и инженерам удалось значительно снизить вес защиты, так что проблема установки атомного двигателя на тяжелый самолет или гидросамолет весом в 100 тонн и более перестала казаться неразрешимой.

В иностранной печати указывается, что ввиду незначительного расхода топлива взлетный вес атомного самолета практически будет равен посадочному. Учитывая, что полетный вес его составит 100–150 тонн и более, должна быть обеспечена большая прочность всей конструкции самолета, и особенно его органов приземления. При подобном полетном весе необходима атомная силовая установка мощностью от 30 000 до 90 000 лошадиных сил.

Авария атомного самолета может привести к освобождению части радиоактивных веществ. Это потребует, по крайней мере в первое время, разработки специальных мер безопасности. Возможно также, что маршруты полетов будут ограничены малонаселенными местностями. Необходимость предохранить людей от радиации потребует строительства на аэродромах специальных взлетно-посадочных полос и ангаров с цехами дистанционного управления при эксплуатации реакторов на земле, а также создания оборудования для дезактивации зараженных материалов.

В США существует мнение, что авиационные силовые установки, использующие энергию атома, первоначально целесообразно применять на летающих лодках. Это позволит проводить полеты с гидроаэродромов, где вследствие непрерывного перемешивания больших масс воды можно избежать опасного уровня заражения местности, повысить безопасность эксплуатации при взлете и посадке сверхтяжелых атомных самолетов.

По одному из проектов, опубликованному за рубежом, предполагаемый вес летающей лодки составит около 1000 тонн, площадь крыльев — до 6000 квадратных метров, размах — 200 метров, длина фюзеляжа — 76 метров. Лодка будет снабжена четырьмя турбовинтовыми двигателями (диаметр винта — 7,6 метра). Считается, что она сможет поднять в воздух до 1000 солдат с вооружением и примерно 100 тонн снаряжения.

Разумеется, что частые посадки такого воздушного гиганта-лайнера связаны с большими трудностями эксплуатационного характера. Поэтому вполне вероятно, что, раз взлетев, он будет в течение продолжительного времени совершать полет на сверхзвуковой скорости в заданном районе.

Для пересадки же пассажиров и смены экипажа будут использоваться небольшие пересадочные самолеты. Взлетев с аэропорта и встретившись в воздухе с атомным гигантом, экипаж пересадочного самолета произведет посадку на него. По специальным герметическим шлюзам одни пассажиры спустятся в лайнер, а другие перейдут с него в пересадочный самолет. Выполнив эту операцию, экипаж пересадочного самолета покинет лайнер, чтобы доставить взятых на борт пассажиров к месту назначения.

В иностранной авиационной печати уже приводились некоторые данные спроектированного самолета с атомным двигателем весом в 15 тонн. При длине 6,5 метра и диаметре 2,3 метра двигатель при работе на месте развивал тягу в 32 тонны. Самолет с полетным весом в 130 тонн, имея два таких двигателя, сможет развивать максимальную скорость полета 2100 километров в час на высоте 11 000 метров. На этой скорости и высоте он сможет пролететь свыше миллиона километров (26 раз вокруг земного шара), израсходовав около 15 килограммов урана 235.

Отдельные зарубежные специалисты считают, что новые авиационные двигатели будут в первую очередь применены на управляемых снарядах и беспилотных средствах, так как в этом случае нет надобности устраивать тяжелую защиту от излучения.

Атомную энергию — величайшее достижение человеческого гения — агрессивные военные круги империалистических государств рассчитывают использовать не для целей созидания, а для разрушения созданных веками человеческого труда ценностей. У нас достижения в области ядерной энергии используются прежде всего в мирных целях.

Применение нового вида энергии в авиации и ракетной технике будет означать гигантский шаг по пути дальнейшего овладения силами природы. Атомные двигатели сделают реальной возможность сверхскоростного воздушного сообщения в пределах Земли и обеспечат успешное решение проблемы космических полетов.