Опрос

Какие рубрики вам наиболее интересны?

View Results

Loading ... Loading ...

Наши партнеры

  • .

Последние комментарии

Атомолеты

Опубликовал Сергей 10 января 2011 в рубрике Военная техника.

АтомолетыЭнергетическая проблема, проблема компактного источника энергии большой мощности и эффективного преобразования этой энергии в тягу, стоит перед создателями летающей техники с момента ее появления — и окончательно не решена до сих пор. Сегодня применяют — за редчайшим исключением — термохимические двигатели, использующие ископаемое углеводородное топливо. Прежде всего, с ним меньше возни в эксплуатации, и это настолько перевешивает все мыслимые недостатки, что о них стараются просто не вспоминать... Но недостатки от этого не пропадают! Поэтому попытки перейти на другие источники энергии предпринимались неоднократно. И, прежде всего внимание авиаконструкторов и ракетчиков привлекла атомная энергия — ведь энергоемкость 1 г U235 эквивалентна 2 т керосина (вместе с 5 т кислорода)! Однако двигатели атомных самолетов и ракет так и остались на стендах. Три самолета с атомными реакторами на борту поднимались в воздух, но только с одной целью — опробовать компактный реактор и проверить его защиту...

Почему? Давайте вернемся на 60 лет назад...

АМЕРИКАНСКИЙ ВЫЗОВ

Еще в 1942 г. один из руководителей американской программы создания атомной бомбы Энрико Ферми обсуждал с другими участниками этого проекта возможность создания самолетных моторов на ядерном топливе. Четырьмя годами позже, в 1946, сотрудники Лаборатории прикладной физики при университете Джона Хопкинса посвятили этой проблеме специальное исследование. В мае того же года командование Военно-воздушных сил США утвердило пилотный проект «Ядерная энергия для авиационных двигателей» (NEPA — Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft), направленный на разработку ядерных двигателей для стратегических бомбардировщиков дальнего радиуса действия. Работы по его осуществлению начались в Ок-Риджской национальной лаборатории при участии частной компании «Fairchild Engine & Airframe Со». В 1946—48 гг. на проект NEPA было истрачено около $10 млн.

Атомолеты

В конце 1940-х руководители ВВС пришли к выводу, что разработку авиационных двигателей на ядерном горючем лучше всего вести в кооперации с Комиссией по атомной энергии. В итоге проект NEPA был отменен, и в 1951 г. на смену ему пришла совместная программа ВВС и Комиссии — «Авиационные ядерные двигатели» (ANP — Aircraft Nuclear Propulsion). При этом с самого начала было оговорено разделение труда: Комиссия по атомной энергии отвечала за разработку компактного реактора, пригодного для установки на тяжелых бомбардировщиках, а ВВС — за конструирование авиационных турбореактивных двигателей, получающих от него энергию. Руководители программы решили разрабатывать два варианта таких моторов и передали эти подряды компаниям «General Electric» и «Prutt & Whitney». В обоих случаях предполагалось, что реактивную тягу будет создавать перегретый сжатый воздух, отводящий тепло от атомного реактора. Разница между двумя версиями двигателя состояла в том, что в проекте «General Electric» воздух должен был охлаждать реактор при прямом обдуве, а в проекте «Prutt & Whitney» — через теплообменник.

Практическое осуществление программы ANP зашло довольно далеко. К середине 1950-х в ее рамках был изготовлен опытный образец небольшого атомного реактора с воздушным охлаждением. Командованию ВВС было важно убедиться, что этот реактор можно запускать и заглушать во время полета, не создавая угрозы для летчиков. Для его летных испытаний был выделен гигантский 10-моторный бомбардировщик В-36Н, грузоподъемность которого приближалась к сорока тоннам. После переоборудования самолета реактор удалось разместить в бомбовом отсеке и защитить кабину экипажа щитом из свинца и резины. С июля 1955 по март 1957 г. эта машина совершила 47 рейсов, во время которых реактор периодически включался и выключался на холостых режимах, иначе говоря, без нагрузки. В ходе этих полетов не возникло никаких нештатных ситуаций.

Полученные результаты позволили компании «General Electric» сделать следующий шаг. Ее инженеры построили три версии нового атомного реактора HTRE и параллельно разработали ему под пару экспериментальный авиационный турбореактивный двигатель Х-39 Новый мотор успешно прошел наземные стендовые испытания в связке с реактором. Опытные прогоны самой продвинутой версии реактора HTRE-3 показали, что на его основе можно конструировать реактор, мощность которого уже будет достаточна для приведения в движение тяжелых самолетов.

Первым известным проектом атомного самолета США стал 75-тонный Х-6 фирмы «Convair», который виделся как развитие стратегического бомбардировщика В-58 (1954) того же разработчика. Как и прототип, Х-6 виделся как бесхвостка с треугольным крылом. 4 АТРД Х-39 размещались в хвостовой части (воздухозаборники над крылом), кроме того, на взлете и посадке должны были работать еще 2 «обычных» ТРД.

Однако к этому времени американцы поняли, что открытая схема не годится, и той же кооперации заказали силовую установку с нагревом воздуха в теплообменнике и самолет для нее. Новая машина получила название NX-2. Она виделась разработчикам как «утка». Атомный реактор должен был размещаться в центроплане, двигатели — в корме, воздухозаборники — под крылом. На самолете предполагалось использовать от 2 до 6 вспомогательных турбореактивных двигателей.

ракета SLAM

В 1953 г., когда в Белый дом пришел президент Дуайт Эйзенхауэр, новый министр обороны США Чарльз Уилсон приказал прекратить работы. В 1954 г. программу ANP возобновили, однако и в Пентагоне, и в Комиссии по ядерной энергии особого внимания ей не уделяли, в силу чего общее руководство программой было малоэффективным. В марте 1961 г., всего через два месяца после инаугурации нового президента США Джона Кеннеди, программа ANP была закрыта и с тех пор ни разу не возобновлялась. В общей сложности на нее было израсходовано более $1 млрд.

Но не думайте, что программами NEPA— ANP попытки создания атомных атмосферных ЛА в США ограничились, ибо была еще программа создания прямоточного атомного ракетного двигателя PLUTO для сверхзвуковой крылатой ракеты SLAM! И этот двигатель дошел до стендовых испытаний, применение же ракеты («утка» с треугольным крылом, нижними килем и воздухозаборником) виделось так: вертикальный старт на 4 твердотопливных ускорителях и разгон до скорости запуска ПВРД, крейсерский полет (причем на малой высоте), сброс боеголовок. Мало того — предполагалось, что SLAM сможет, проходя над объектами противника на малой высоте и сверхзвуковой скорости, разрушать их звуковым ударом!

СОВЕТСКИЙ ОТВЕТ

Потребовалось некоторое время, чтобы советское руководство осознало, что, во-первых, межконтинентальный самолет на «обычном» топливе может и не получиться, а, во-вторых, атомная энергия может решить и эту проблему. Задержке в осознании последнего способствовала невероятная даже по нашим меркам секретность, окутывавшая до середины 1950-х гг. отечественные атомные разработки. Однако 12 августа 1955 г. ЦК КПСС и СМ СССР приняли постановление №1561-868 о создании ПАС — перспективного атомного самолета. Проектирование собственно самолетов поручалось КБ А.Н. Туполева и В.М. Мясищева, а «специальных» двигателей для них — коллективам, возглавляемым Н Д. Кузнецовым и A.M. Люлька.

Реактор TU-95LAL

О конструкторских талантах и личных качествах Андрея Николаевича Туполева есть разные мнения, но одно бесспорно — это был выдающийся организатор авиастроения. Как никто, зная «подводные течения» весьма мутного «океана» Минавиапрома, он сумел обеспечить своему КБ устойчивое положение, несмотря на все потрясения сохраняющееся даже в условиях, какие не могли ему присниться и в кошмаре. Туполев прекрасно понимал, что атомные самолеты полетят не завтра, а вот настроения «в верхах» могут смениться гораздо быстрее, и за приоритетную сегодня программу завтра придется драться, чтобы сохранить ее до послезавтра, когда она снова срочно понадобится... Поэтому основное внимание Андреи Николаевич сосредоточил на научно-технической базе, полагая, что, научившись работать с атомной техникой, самолет всегда можно будет сделать....

Атомолеты

В результате, 28 марта 1956 г. вышло правительственное постановление о создании летающей лаборатории на базе стратегического бомбардировщика Ту-95 для «исследований влияния излучения авиационного ядерного реактора на самолетное оборудование, а также изучения вопросов, связанных с радиационной защитой экипажа и особенностей эксплуатации самолета с ядерным реактором на борту». Два года спустя были построены наземный стенд и установка для самолета, перевезены на полигон в Семипалатинск, и в первом полугодии 1959 г. агрегаты заработали.

С мая по август 1961 г. самолет Ту-95 ЛАЛ выполнил 34 полета. По слухам, циркулирующим в «оборонке», одной из главных проблем было переоблучение летчиков через окружающий воздух, что однозначно подтвердило: допустимая в космосе теневая защита в атмосфере не годится, что сразу утяжеляет ее в шесть раз...

Следующим этапом должен был стать Ту-119 — тот же Ту-95, но два средних турбовинтовых НК-12 заменялись на атомные НК-14А, в которых вместо камер сгорания ставились теплообменники, нагреваемые атомным реактором, стоящим в грузовом отсеке. Из других проектов туполевских атомолетов что-то определенное можно сказать только о Ту-120 — атомном варианте сверхзвукового бомбардировщика Ту-22. Предполагалось, что 85-тонный самолет длиной 30,7 м и с размахом крыла 24,4 м (площадь крыла 170 м2) будет разгоняться до 1350— 1450 км/ч на высоте 8 км. Машина представляла собою высокоплан классической схемы, двигатели и реактор размещались в хвостовой части... Однако вскоре после завершения полетов ЛАЯ программа была свернута.

Владимир Михайлович Мясищев — выдающийся советский авиаконструктор. Созданные им самолеты стали этапными в отечественной (да и мировой) авиации. Неоспорим его организационный талант — он трижды «с нуля» создавал свое КБ в не самых благоприятных внешних условиях. Однако, как показала практика, этого оказалось мало...

NX-2, вариант фирмы «Convair»

2. М-60 с двигателями схемы «коромысло» 3. М-60 с комбинированным двигателем

Комбинированный турбореактивно-атомный двигатель

Кабина пилота

1. NX-2, вариант фирмы «Convair»:

длиной 45,7 м, размах крыла 52,1 м, взлетная масса 226 т, продолжительность полета — 126 ч, а дальность — 100000 км.

2. М-60 с двигателями схемы «коромысло»:

взлетная масса — 225 т, полезная нагрузка — 25 т, высота полета — 13—25 км,  длина — 58,8 м, размах крыла — 30,6 м.

3. М-60 с комбинированным двигателем, летные характеристики — те же, длина — 51,6 м, размах крыла — 26,5 м; цифрами обозначены: 1 — турбореактивный двигатель; 2 — атомный реактор; 3 — кабина экипажа.

4. Комбинированный турбореактивно-атомный двигатель:

1 — электростартер; 2 — заслонки; 3 — воздуховод прямоточного контура; 4 — компрессор;

5 — камера сгорания; 6 — корпус атомного реактора; 7 — тепловыделяющая сборка.

Изрядно намучившись с получением требуемой дальности первого советского межконтинентального бомбардировщика М-4 и постепенно увязая в проблемах сверхзвукового М-50, Мясищев ухватился за возможности атомной энергетики, что называется, обеими руками. Тем более, что задача гарантированного достижения целей на территории потенциального противника была еще не решена. Так что Владимир Михайлович смело, взялся не за долговременную программу, а за конкретный самолет — М-60.

В этом Мясищев нашел полную поддержку атомщиков, да и двигателистов, по крайней мере — Архипа Михайловича Люлька, охотно подключившихся к разработке атомных воздушно-реактивных двигателей открытой схемы. Позднее на базе ОКБ Люлька для этого было создано специальное СКБ-500. Используя базовую идею — разместить активную зону в воздушном тракте двигателя — разработчики предложили три варианта компоновки — соосную, «коромысло» и комбинированную.

В первой активная зона, что называется, «один в один» заменяла камеру сгорания обычного ТРД. Схема давала максимальный энергетический выход, обеспечивала минимальный мидель (в данном случае — площадь поперечного сечения) самолета, но создавала чудовищные проблемы в эксплуатации. Вторая несколько упрощала эксплуатацию, но в полтора раза увеличивала лобовое сопротивление.

Наконец, наиболее перспективной на том этапе признали комбинированную схему, в которой атомный реактор ставился в форсажной камере турбореактивного двигателя, и в результате весь агрегат мог работать и как обычный ТРД, и как ТРД с атомным форсажем, и как атомный прямоточный на больших скоростях.

База атомных самолетов с двигателями открытой схемы

База атомных самолетов с двигателями открытой схемы:

1 — сфера кратковременного облучения при работающих двигателях;

2 — сфера кратковременного облучения при неработающих двигателях;

3 — активированный воздух в зоне ВПП .

Береговая база атомных гидросамолетов: 1 — пункт снятия и установки двигателей; 2 — контрольно-проверочный пункт; 3 — карантин для спада активации турбин и компрессоров; 4 — склад компрессоров и турбин, подлежащих отправке в ремонт; 5 — шахта с подъемником; 6 — изолятор реакторов; 7— стенд опробования двигателя; 8 — склад резервных двигателей

Летчик и штурман размещались рядом в защищенной капсуле. Уникальной особенностью самолета было то, что в системе жизнеобеспечения экипажа нельзя — как это обычно делается — использовать окружающий воздух, и кабина снабжалась запасами жидкого кислорода и азота.

Однако перед конструкторами сразу встали проблемы, которые (а отнюдь не экология!), в конечном счете, и оставили атомолеты «на приколе». Дело в том, что мало иметь на борту источник энергии чудовищной мощности — ее нужно еще преобразовать в тягу. Т.е., нагреть рабочее тело, в данном случае — атмосферный воздух. Так вот, если в камере сгорания термохимического двигателя нагрев происходит по всему ее объему, то в активной зоне реактора (или в теплообменнике) —только по обдуваемой воздухом поверхности В результате, уменьшается отношение тяги двигателя к площади его миделя, что негативно сказывается на энерговооруженности самолета в целом. Имея неограниченную дальность, атомный самолет получался не таким высотным и скоростным, как этого в конце 1950-х хотелось бы (и обоснованно!) военному заказчику...

М-6ОП с двигательной установкой замкнутой схемы

М-6ОП с двигательной установкой замкнутой схемы: 1 - 3—двигатели

Впрочем, и об экологии тоже забывать не приходилось — самые предварительные проработки технологии наземного обслуживания самолетов с двигателями открытой схемы более, чем впечатляют и сегодня. Уровень радиации после посадки не позволял бы подойти к самолету до тех пор, пока дистанционно управляемыми манипуляторами не будут сняты и убраны в защищенное хранилище двигатели (либо их активные зоны). Собственно, только таким способом (дистанционно управляемыми машинами) и вообще было возможно наземное обслуживание.

Экипаж должен был подходить к самолету и покидать его через подземный тоннель. Соответственно, конструкция самолета, рассчитанного на такое обслуживание, должна быть максимально простой, а уж аэродинамика — как получится... Не удивительно, что немалое внимание было уделено вариантам ПАС морского базирования — затушенные двигатели при этом можно было опускать в воду, хотя бы временно изолируя самолет от радиации.

Именно в варианте гидросамолета М-60П появились первые проработки силовой установки замкнутой схемы — реактор в защищенном отсеке грел воздух в 4 или 6 турбореактивных двигателях.

Эскизный проект М-60 обсуждался на совещании в ОКБ Мясищева 13 апреля 1957 г. и... поддержки не получил. Свою роль сыграли как вышеперечисленные причины, так и неопределенность перспектив создания двигателей открытой схемы

А замкнутую мясищевцы в полном объеме задействовали в проекте М-30. Эскизный проект предполагал создание высотного самолета 3200 км/ч на высоте 17 км (причем оказалось, что при снижении тяга атомного двигателя не увеличивается, как у химического, а падает...). Для взлета и подскока на 24 км при преодолении ПВО, в двигатели подавался керосин.

При взлетной массе 165 т и полезной нагрузке 5,7 т, дальность М-30 предполагалась в 25000 км. Керосина же на борту предполагалось иметь не более 16 т... Длина самолета — 40 — 46 м, размах крыла — 24 — 26,9 м. Схема определилась быстро — «утка» с треугольным крылом большой площади, 6 комбинированных турбореактивных атомных двигателя НК-5 разработки Н.Д. Кузнецова. Экипаж — те же 2 человека — размещался уже не рядом, а один за другим (для уменьшения миделя самолета). Работы по М-30 продолжались до 1961 г., до момента передачи мясищевского ОКБ-23 В. Н. Челомею и переориентации его на космическую тематику...

СДЕЛАННЫЕ ВЫВОДЫ

Так почему же, затратив не 1, как пишет Washington ProFile, а 7 млрд. долл. американцы прекратили работы по атомному самолету? Почему на бумаге остались смелые — но реальные — проекты Мясищева, почему не полетел даже предельно «приземленный» Ту-119? А ведь в те же годы был еще британский проект сверхзвукового атомолета Avro-730... Атомные самолеты опередили время, или их погубили какие-то неустранимые врожденные недостатки?

Ни то, ни другое. Атомные самолеты просто оказались не нужны на той линии развития, по которой пошла мировая авиация!

Двигатели открытой схемы — это, конечно, технический экстремизм. Даже при абсолютной износостойкости стенок активной зоны (что невозможно) активируется при прохождении реактора сам воздух! А трудности эксплуатации и утилизации «светящейся» после многократного длительного облучения конструкции самолета в эскизном проекте были лишь обозначены. Другое дело — замкнутая схема.

Но атомолет имеет свои особенности. В «чистом» виде, только с нагревом воздуха теплом от реактора (или с паротурбинным приводом на винты!) атомный самолет не очень хорош для маневрирования, прорывов и подскоков — всего, что характерно для бомбардировщиков. Удел такого аппарата — долгий полет с постоянными скоростью и высотой. Базируясь где-то на единственном специальном аэродроме, он способен неоднократно достичь любой точки планеты, сколь угодно долго кружить над ней

А... зачем нужен такой самолет, для чего его можно использовать, какие военные или мирные задачи им решать??? Это не бомбардировщик, не разведчик (его же невозможно скрыть!), не транспортник (где и как его загружать и разгружать?), вряд ли пассажирский лайнер (даже в эпоху технологического оптимизма американцы не смогли набрать пассажиров на атомный круизный лайнер «Саванна»).

Что остается, воздушный командный пункт, летающая база ракет большой дальности, противолодочный самолет? Причем учтите, что машин таких нужно строить много, иначе их себестоимость будет запредельной, а надежность — низкой...

Именно в качестве самолета ПЛО и была предпринята крайняя в нашей стране попытка создания атомного самолета. В 1965 г. на разных уровнях был принят ряд постановлений о развитии средств противолодочной обороны и, в частности, постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 26 октября КБ O.K. Антонова поручалось создание сверхдальнего маловысотного самолета противолодочной обороны с ядерной силовой установкой Ан-22ПЛО.

Поскольку на Ан-22 стояли такие же двигатели, как и на Ту-95 (с другими винтами), силовая установка повторяла Ту-119: атомный реактор и комбинированные турбовинтовые НК-14А, все четыре. Взлет и посадка должны были выполняться на керосине (мощность двигателей 4 х 13000 л.е.), крейсерский полет — на атомной энергии (4 х 8900 л.е.). Расчетная продолжительность полета — 50 ч, дальность полета— 27500 км.

Фюзеляж 6-метрового диаметра (базовый самолет имеет размеры грузовой кабины 33,4 х 4,4 х 4,4 м) должен был вместить не только атомный реактор в круговой биозащите, но и поисково-прицельное оборудование, комплекс противолодочного вооружения и немалый экипаж, требующийся для обслуживания всего этого.

В рамках программы Ан-22ПЛО в 1970 г. было выполнено 10 полетов на «Антее» с источником нейтронов, а в 1972-м — 23 полета с малогабаритным атомным реактором на борту. Как и в случае с Ту-95ЛАЛ, в них проверялась, в первую очередь, радиационная защита.

Причины прекращения работ пока не обнародованы. Можно полагать, что сомнения вызвала боевая устойчивость самолета в условиях господства над морем авиации (прежде всего — палубной) потенциального противника .

В середине 80-х американские инженеры обнародовали идею атомного самолета — базы... войск специального назначения. Использование монстра, несущего истребители сопровождения, штурмовики и тяжелые грузовые самолеты С-5В «Galaxy» в качестве высадочных средств, рассматривалось на примере подавления антиамериканского восстания в Турции... Очень реалистичный сценарий, не правда ли?

Впрочем, есть, есть одна «экологическая ниша» для крылатых атомолетов. Она — там, где авиация смыкается с космонавтикой. Но об этом — отдельный разговор.

Читайте также:

ТАНК-ПАРОВОЗЫ
Второе поколение реактивных самолетов.
История ружья. Первые магазинные ружья.
Артиллерийский тягач АТ-14


Написать комментарий

RSS

rss Подпишитесь на RSS для получения обновлений.