Избыточное атомное сердце: почему не взлетели атомолёты?
Избыточное атомное сердце: почему не взлетели атомолёты?
Данный материал выкладывается на сайт из блога коллеги youroker-а на сайте warhead.su.
Содержание:
За атомной авиацией будущее! Подобные прогнозы часто звучали во второй половине двадцатого века. Но на выходе почти все идеи обернулись «пшиком» и остались в книжках, комиксах, изредка в играх. Почему так вышло и значит ли это, что «прогресс умер весь»? Или это — заговор «зелёных»? Попробуем разобраться.
Светлое атомное будущее
Конец сороковых и начало пятидесятых годов XX века не зря называют временем атомпанка. Казалось — вот-вот и атомная энергетика вытеснит все старые технологии и поведёт человечество к светлому будущему. Особенно перспективными выглядели атомные самолёты. На первый взгляд, в идее поставить на летательный аппарат такой двигатель одни плюсы. Больше не надо возить с собой топливо, более того — дальность полёта теперь почти не ограничена. Разве что запас еды и воды для экипажа и пассажиров имеет значение. Это особенно интересно для военных — бомбардировщик с неограниченной дальностью может атаковать любого противника с любого направления, где бы он ни спрятался. Истребитель с атомным двигателем может патрулировать не часами, а сутками — его никогда не застанет врасплох вражеский налёт.
Так, по мнению художников журнала Popular Science из 1951 года, должен был выглядеть атомный самолёт. Примерно в то же время начались первые реальные работы над этой идеей
Самым главным плюсом ядерной силовой установки является серьёзное упрощение строительства больших, очень больших и даже безумно огромных самолётов. Ведь чем больше самолёт, тем больше мощности ему надо для взлёта. А значит, и двигателей надо больше и посильнее. Они неизменно кушают много топлива, и полезное место уходит не на грузы, вооружение или пассажиров, а на баки. Ядерный двигатель эту проблему решает «на раз». Просто ставится реактор чуть помощнее и остаётся гора свободного места. Хочешь — танковые бригады вози за раз, хочешь — воздушный авианосец делай.
На первых этапах разработки атомолётов исследовали различные и достаточно необычные дизайны
Выбор из двух зол
Вроде всё хорошо, и в теории всё просто и понятно. Реактор нагревает воздух, он и создаёт тягу. Но на практике стали возникать вопросы. Есть две схемы использования ядерного двигателя — силовая установка открытого и закрытого типа. В первой воздух подаётся напрямую в реактор — это наиболее эффективно с точки зрения мощности. Такой двигатель и достаточно компактен, и оставляет далеко позади все свои «конвенционные» аналоги по КПД. Кроме того, это позволяет создать прямоточные ядерные силовые установки, эффективные на высоких скоростях. Но есть одна «небольшая» проблемка. Выхлоп двигателя открытой схемы не просто «фонит» — он оставляет такое радиоактивное загрязнение, что впору считать сам такой двигатель радиологическим оружием.
Проект атомного бомбардировщика с силовой установкой открытого типа «Мясищев 60». По расчётам — отличный сверхзвуковой самолёт, ну и что, что пилотов пришлось засунуть в свинцово-бетонную капсулу посреди воздухозаборника
Это абсолютно неприемлемо даже в военное время. Никому не надо превращать собственные авиабазы и территорию в зоны заражения. А если ставить дополнительные «обычные» двигатели для взлёта, посадки и полёта над дружественной территорией, это съест весь выигрыш от использования ядерной силовой установки. Конечно, были и идеи создания на необитаемых островах специальных баз, спроектированных специально под существование в условиях постоянного радиоактивного загрязнения. Там и подземные бункеры для сотрудников, и работы на поверхности с помощью специальных автоматов, и, конечно, постоянная смена персонала. Наверно, это даже можно было реализовать, вот только стоило бы совсем неприличных денег.
Атомный бомбардировщик с силовой установкой смешанного типа
Самый «логичный» проект применения ядерной силовой установки в беспилотном бомбардировщике/крылатой ракете SLAM всё равно абсолютно безумен
Остаётся силовая установка закрытого типа — там воздух нагревается не напрямую, а с помощью теплообменника. На выходе выхлоп хоть и фонит, но не сильно, однако эффективность такой схемы куда хуже, чем у открытого типа. Кроме того, система передачи тепла от реактора воздуху сама по себе немало весит. Да ещё вступает в дело вопрос защиты экипажа от излучения. В открытой схеме (согласно расчётам, до испытаний не дошло) выигрыш в эффективности такой, что потратить пару десятков тонн веса на экранирование реактора можно без особого сожаления. Для закрытой же схемы это съедает все резервы, и самолёт с ядерным двигателем начинает уступать своему обычному аналогу по полезной нагрузке.
Все летавшие и у нас, и у американцев самолёты с ядерным реактором отрабатывали именно силовую установку закрытого типа
Дорогу гигантам!
Остаётся ещё одно преимущество, которое может спасти атомолёты, — ставка на огромные размеры. Для обычного самолёта расти в размерах после определённого момента становится достаточно сложно и, главное, невыгодно. Больше габариты и вес, значит надо больше двигателей, которые съедают больше топлива. К сожалению авиастроителей, зависимость тут не прямая — требуемый запас топлива растёт быстрее, чем растёт сам самолёт. В итоге вроде мы увеличили машину в два раза, а полезный груз вырос только процентов на пятьдесят. А стоить такой самолёт может и в три раза больше, чем меньший коллега. Значит, если нет необходимости тащить одиночный тяжёлый груз, два меньших транспорта банально выгоднее.
Делать грузовой самолёт больше «Руслана»/Galaxy имеет хоть какой-то смысл, если надо возить неразборный большой одиночный груз. Во всех иных случаях проще отправить два обычных самолёта
Атомный двигатель ломает эту схему. Да, реактор надо ставить мощнее, а значит больше, но рост размеров и веса ядерной силовой установки не сравнить с ростом запасов топлива для обычных двигателей. С ядерным двигателем расти становится выгодно, даже если используется схема закрытого типа. Самолёт вырастает в два раза, а груз растёт в три и больше. В один момент это окупит и траты на защиту, и траты на вес теплообменников. Вот только это случится на реально больших машинах. Даже на самолёте размером с «Руслана», «Мрию» или Galaxy ядерное сердце не раскроет свой потенциал полностью. Нужно что-то раза в полтора большее, а лучше и в два. И чем дальше рост, тем лучше.
Различные варианты тяжёлого атомолёта от Lockheed
Казалось бы, вот он — выход: начать строить подобных гигантов. По расчётам, налаженная эксплуатация таких транспортных самолётов позволит сократить цену перевозки груза до уровня трансферов по морю. А это огромнейший рынок с огромнейшим деньгами, составить на нём конкуренцию — настоящая «розовая мечта» авиастроителей. Другое интересное применение — использование самолётов с реактором в качестве тягача для обычных коллег. Лайнер или грузовой самолёт стыкуется через кабель (а в некоторых проектах и напрямую к тягачу) и просто буксируется, не тратя своё топливо. При прямой стыковке можно использовать атомолёт даже как хаб для пересадки пассажиров на другие рейсы. Маршрутов у авиации не так и много, и, запустив над США, например, всего десяток таких ядерных тягачей, можно перекрыть 70% авиационного трафика.
Ядерный тягач
И снова есть одно «но». Существующая ныне инфраструктура абсолютно не готова к эксплуатации ни гигантских самолётов, ни атомолётов. Может быть, что-то одно и смогли бы осилить, с серьёзной помощью от государства, но не всё сразу. Более того, произойти это должно не в одной стране, а во всех сколь-либо промышленно развитых. Иначе зажатые в рамках одной-двух (даже самых экономически развитых) стран атомолёты снова не будут приносить прибыль. Оплатить создание во всём мире такой инфраструктуры не под силу даже США — и даже если на эту программу бросят все доступные средства. А в том невозможном случае, если всё получится, сверхприбыли от выхода на рынок грузов, которые раньше возили по морю, всё равно не окупят предыдущие затраты ещё долгие десятилетия.
Самый крупный представитель гигантских атомолётов Locheed CL-1201 c размахом крыла в 341 метр
Возможно, старт могли бы дать военные, как вышло с реактивной авиацией, но им гигантские атомолёты просто не нужны. Огромный транспортный самолёт, способный перебросить десяток танков за раз? Неплохо, но принять его сможет небольшое количество аэродромов, и проще перебросить войска морем, а потом отправить их вглубь континента по старой доброй железной дороге. Летающий авианосец в качестве матки для самолётов с относительно небольшой дальностью? С одной стороны, идея интересная, но уже есть обычные авианосцы с той же ролью. И моряки костьми лягут, чтобы помешать созданию конкурента своим плавучим аэродромам. Плюс такой летающий авианосец слишком притягательная и при этом уязвимая цель. Сделать из атомолёта гигантский летающий штаб? А зачем, если всё влезает и в обычный Boeing 747? В итоге никакой роли для подобных машин на военной службе нет.
Именно экономический аспект, а не опасения общественности или некий всемирный заговор против прогресса погубил атомолёты. Двигатель отрытого типа эффективен сам по себе, но потери от загрязнения слишком большие. Двигатель закрытого типа просто недостаточно эффективен в сравнении со своими обычными конкурентами — небольшой выигрыш от него не окупит затрат на разработку. Гигантский атомолёт снова очень выгоден в «вакууме», но траты на создание инфраструктуры под него будут даже не «космическими», а абсолютно нереальными. Атомолёт в условиях нашего земного шарика и в текущей исторической ситуации просто не нужен.
Что будет дальше, сказать сложно. Может, появятся технологии, которые вновь откроют путь атомной авиации. Может, произойдёт ещё что-то. А может, атомолёт так и останется дикой и бессмысленной идеей — их полно в инженерной истории человечества.
источник: https://warhead.su/2020/01/15/izbytochnoe-atomnoe-serdtse-pochemu-ne-vzleteli-atomolyoty
