Наверное, может показаться странным, что атомная энергетика, прочно укоренившаяся на земле, в гидросфере и даже в космосе, не прижилась в воздухе. Это тот случай, когда кажущиеся соображения безопасности (хотя и не только они) перевесили очевидные технико-эксплуатационные выгоды от внедрения ядерных силовых установок (ЯСУ) в авиации.
Между тем вероятность тяжелых последствий инцидентов с такими летательными аппаратами при условии их совершенства вряд ли может рассматриваться как более высокая в сравнении с космическими системами, использующими ядерные энергетические установки (ЯЭУ).
С другой стороны, условия работы авиационной ЯСУ, предназначенной для создания тяги путем генерации в ядерном реакторе тепла, подводимого в газотурбинном двигателе к воздуху, совершенно иные, нежели спутниковых ЯЭУ, являющихся термоэлектрическими генераторами. Сегодня предложены две принципиальные схемы авиационной ЯСУ – открытого и закрытого типа. Схема открытого типа предусматривает нагрев сжатого компрессором воздуха непосредственно в реакторных каналах с последующим его истечением через реактивное сопло, а закрытого – нагрев воздуха с помощью теплообменника, в замкнутом контуре которого циркулирует теплоноситель.
В воздухе – реактор
Идею задействовать ядерную энергию в авиации выдвинул в 1942 г. один из руководителей Манхэттенского проекта Энрико Ферми. Она заинтересовала командование военно-воздушных сил США. И в 1946 г. американцы приступили к осуществлению проекта NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft – «Ядерная энергия для авиационной силовой установки»). Он был призван определить возможности создания бомбардировщика и разведчика с неограниченной дальностью полета.
В первую очередь предстояло провести исследования, связанные с противорадиационной защитой экипажа и наземной обслуги, и дать вероятностно-ситуационную оценку возможных аварий. Для испытаний будущего авиационного ядерного реактора (исключительно в режиме физических пусков) и биологической защиты предназначался cерийный тяжелый стратегический бомбардировщик фирмы «Конвэр» B-36H Peacemaker («Миротворец») с шестью поршневыми и четырьмя турбореактивными двигателями. Он не представлял собой атомный самолет, а являлся всего лишь летающей лабораторией. Кабину экипажа превратили в капсулу из свинца и резины с дополнительным экраном из стали и свинца. Для защиты от нейтронной радиации в фюзеляж вставили специальные наполненные водой панели.
Прототип авиационного реактора ARE (Aircraft Reactor Experiment), созданный в 1954 г. Окриджской национальной лабораторией, стал первым в мире гомогенным ядерным реактором мощностью 2,5 МВт на топливе из расплава солей – фторида натрия и тетрафторидов циркония и урана.
Достоинство такого типа реакторов заключается в принципиальной невозможности аварии с разрушением активной зоны. Сама топливная солевая смесь в случае реализации авиационной ЯСУ закрытого типа выполняла бы роль теплоносителя первого контура. При использовании в качестве теплоносителя солевого расплава более высокая в сравнении, например, с жидким натрием теплоемкость солевого расплава позволяет применять циркуляционные насосы небольших размеров и выигрывать на снижении металлоемкости конструкции реакторной установки в целом. А низкая теплопроводность должна была обеспечивать устойчивость атомного авиадвигателя к внезапным скачкам температуры в первом контуре.
На основе реактора ARE американцы разработали экспериментальную авиационную ЯСУ HTRE (Heat Transfer Reactor Experiment – «Эксперимент по отбору тепла от реактора»). Не мудрствуя лукаво, в «Дженерал Дайнэмикс» сконструировали авиационный ядерный двигатель Х-39 на основе серийного турбореактивного двигателя J47 для стратегических бомбардировщиков В-36 и В-47 «Стратоджет» – вместо камеры сгорания в нем разместили активную зону реактора.
Однако американцы отказались от авиационной ЯСУ открытой схемы, посчитав: эрозия стенок воздушных каналов активной зоны реактора Х-39 приведет к тому, что самолеты будут оставлять за собой радиоактивный след, загрязняя окружающую среду.
Надежду на успех сулила более радиационно безопасная ЯСУ закрытого типа фирмы «Пратт-Уитни», к созданию которой подключилась и «Дженерал Дайнэмикс». Под эти двигатели фирма «Конвэр» начала конструирование экспериментальных самолетов NX-2. Прорабатывались как турбореактивные, так и турбовинтовые варианты атомных бомбардировщиков с ЯСУ такого типа.
Однако принятие на вооружение в 1959 г. межконтинентальных баллистических ракет «Атлас», способных поражать цели на территории СССР с континентальной части США, нивелировало программу ANP.
ВВС США занимались и проблемой ядерного двигателя для крылатых ракет. В рамках проекта «Плутон» Ливерморская лаборатория создала два образца ядерного прямоточного воздушно-реактивного двигателя «Тори», который планировалось установить на сверхзвуковую крылатую ракету SLAM. Принцип «атомного подогрева» воздуха пропуском через активную зону реактора здесь был тот же, что и в ядерных газотурбинных двигателях открытого типа. С одной лишь разницей: в прямоточном двигателе отсутствуют компрессор и турбина. Но и этот проект закрыли как бесперспективный.
Догнать и перегнать!
Советские физики изучали возможность создания самолетов с ядерными силовыми установками еще с конца 40-х годов. Но начало практическим работам положило постановление Совмина СССР №1561-868 от 12 августа 1955 года. Согласно ему перед ОКБ‑23 В.М. Мясищева и ОКБ‑156 А.Н. Туполева, а также авиадвигательными ОКБ‑165 А.М. Люльки и ОКБ‑276 Н.Д. Кузнецова ставилась задача разработки атомных стратегических бомбардировщиков.
Конструирование авиационного ядерного реактора осуществлялось под руководством академиков И.В. Курчатова и А.П. Александрова. Цель преследовалась та же, что и американцами: получить машину, которая, взлетев с территории страны, сможет наносить удары по объектам в любой точке планеты (прежде всего, конечно в США).
При создании ЯСУ тщательно проанализировали принципиальные схемы открытого и закрытого типа. Так, под схему открытого типа, получившую шифр «Б», ОКБ Люльки разработало атомно-турбореактивные двигатели двух типов – осевого, с прохождением вала турбокомпрессора через кольцевой реактор, и «коромысла» – с валом вне реактора, расположенного в изогнутой проточной части. В свою очередь в ОКБ Кузнецова трудились над двигателями по закрытой схеме «А».
ОКБ Мясищева сразу принялось за решение наиболее, видимо, сложной задачи – сконструировать атомные сверхскоростные тяжелые бомбардировщики. Однако до рабочего проектирования дело так и не дошло в связи с ликвидацией ОКБ-23 в самостоятельном качестве и вводом его в состав ракетно-космического ОКБ-52 В. Н. Челомея.
Коллективу Туполева на первом этапе участия в программе предстояло создать аналогичную по назначению американскому NB-36H летающую лабораторию с реактором на борту. Получившая обозначение Ту‑95ЛАЛ, она была построена на базе серийного турбовинтового тяжелого стратегического бомбардировщика Ту‑95М. Принципиальное отличие советского самолетного реактора от американского – он был водо-водяной, причем гораздо меньшей мощности (100 кВт).
ОКБ Туполева разработало на основе бомбардировщика Ту-95 проект экспериментального самолета Ту-119 с атомно-турбовинтовыми двигателями НК-14А. Однако он реализован не был.
Тем не менее идея дать авиации ВМФ противолодочный самолет с неограниченной дальностью полета для борьбы с атомными субмаринами НАТО в любом районе Мирового океана в Кремле пришлась по вкусу. Машина должна была нести как можно больший боекомплект противолодочного оружия – ракет, торпед, глубинных бомб (в том числе ядерных) и радиогидроакустических буев. Вот почему выбор пал на тяжелый военный транспортник Ан‑22 «Антей» грузоподъемностью 60 тонн – самый большой в мире турбовинтовой широкофюзеляжный авиалайнер. Будущий самолет Ан-22ПЛО планировалось оснастить четырьмя атомно-турбовинтовыми двигателями НК‑14А вместо штатных НК-12МА.
Программа создания такой не виданной ни в одном флоте крылатой машины получила кодовое название «Аист», а реактор для НК-14А разработали под руководством академика А.П. Александрова. В 1972 г. начались испытания реактора на борту летающей лаборатории Ан-22 (всего 23 полета), причем был сделан вывод о его безопасности в режиме штатной эксплуатации. На случай тяжелого авиапроисшествия предусматривалось отделение от падающего самолета блока реактора и первого контура с мягким приземлением на парашюте.
Если учесть, что на базе самолета Ан-22 предполагалось создать еще и межконтинентальный стратегический авиационно-ракетный комплекс Ан-22Р с подлодочной баллистической ракетой Р-27, то понятно, какой могучий потенциал такой носитель мог бы получить в случае перевода его на «атомную тягу» с двигателями НК-14А! И хотя до осуществления и проекта Ан-22ПЛО, и проекта Ан-22Р дело опять-таки не дошло, надо констатировать, что наша страна все-таки обогнала США в области создания авиационной ЯСУ.
Появились прогнозы ученых о том, что к концу нынешнего века миллионы пассажиров, вероятно, будут перевозиться именно атомными пассажирскими самолетами.
На взгляд автора, авиационные ЯСУ прекрасно вписались бы и в коммерческие авиационно-транспортные комплексы будущего – на базе сверхтяжелых грузовых самолетов. Например, того же гигантского «воздушного парома» М-90 грузоподъемностью 400 тонн, предложенного конструкторами экспериментального машиностроительного завода имени В.М. Мясищева.