Окно в будущее. Атомный самолет будущего
Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Проблема применения атомного двигателя на самолете возникла уже несколько лет назад. Однако ее решение наталкивается на значительные трудности.
Как известно, в атомном реакторе выделяются частицы, выбрасываемые при преобразованиях атомных ядер урана. Эти частицы тормозятся в самом уране и в окружающих его материалах, сильно нагревая их. Уран и материалы, из которых изготовлен атомный реактор, при этом не должны плавиться и разрушаться, следовательно, ядерную реакцию приходится регулировать так, чтобы температура была не слишком высокой. Для переноса тепловой энергии приходится пропускать через реактор либо жидкость, например воду или расплавленный металл, либо газ под высоким давлением.
Большой трудностью при конструировании атомного самолета является защита экипажа и пассажиров от гамма-лучей и потока нейтронов, исходящих из ядерного реактора. Все способы защиты сводятся пока к устройству преграды, которая могла бы перехватывать значительную долю излучения. Такая преграда должна весить несколько тонн на каждый квадратный метр площади защитной стенки.
Чтобы облегчить защиту, можно атомный реактор поместить в хвостовой части самолета. Фюзеляж следует сделать возможно более длинным и кабину с людьми расположить в головной части.
Если предположить, что длина фюзеляжа будет составлять примерно 50 м, излучение ослабится примерно в 500 раз, что соответствует снижению веса защиты на 2–2,5 т на квадратный метр. Кроме этого, в таком случае можно сделать защиту только в направлении от реактора к кабине. Все это позволит снизить вес защиты примерно в несколько десятков раз. Можно хотя бы частично в качестве защиты использовать некоторые детали самого двигателя, например ротор компрессора. Итак, вопрос о защите в принципе оказывается разрешимым. Если поставить этот вопрос шире и рассмотреть условия защиты не только в полете, но и на аэродроме, то в этом случае необходимо предусмотреть не только гашение излучения в одну сторону, где расположена кабина с людьми, но и по остальным направлениям. Можно, например, устанавливать на аэродроме самолет в определенном месте и опускать реактор автоматически в специальную яму или шахту.
Сложно решается вопрос о самом атомном двигателе. Чтобы преодолеть основную трудность — обеспечение сильного нагрева воздуха в двигателе, можно применить следующую схему.
Атомный двигатель мыслится как реактивный двигатель с обычным осевым турбокомпрессором, вращаемым расположенной на одной оси с ним газовой турбиной. Воздух, поступающий в двигатель через воздухоприемник, сжимается компрессором. При входе в компрессор в воздух вводится урановая пыль. Воздух с урановой пылью через компрессор поступает в реактор, представляющий собою систему сопел из графита. Здесь благодаря наличию графита в урановой пыли начинается ядерная реакция, в результате которой урановая пыль раскаляется. Ввиду того что частицы этой пыли очень невелики (диаметр – сотые доли миллиметра), пыль быстро отдает теплоту окружающему воздуху и температура воздуха повышается примерно до 1000°С. Чтобы избежать окисления урановой пыли, ее частицы покрыты тончайшей защитной пленкой из вещества с меньшей твердостью, чем металл лопаток турбокомпрессора. Это необходимо, чтобы избежать чрезмерно быстрого износа этих лопаток.
Разогретый в реакторе воздух с урановой пылью проходит через газовую турбину и расширяется в циклоне. При закручивании центробежные силы отбрасывают к внешним стенкам циклона тяжелую урановую пыль, которая с частью воздуха возвращается назад к компрессору. Основной поток воздуха, освобожденный от урановой пыли, выбрасывается назад через сопло и создает реактивную тягу.
Запуск двигателя может производиться двумя способами. Во-первых, в камеру перед газовой турбиной может подаваться из баллонов сжатый воздух. При этом каналы в реакторе закрываются задвижками. Сжатый воздух, проходя через турбину, раскручивает ее вместе с компрессором. Когда давление в камере перед реактором дойдет до величины, равной давлению в камере перед турбиной, задвижки открываются и воздух устремляется через реактор. Этот воздух уже несет в себе урановую пыль. Поэтому незамедлительно начинается реакция, и двигатель переходит на нормальный режим работы.
Другой способ пуска состоит в том, чтобы повысить давление в камере перед турбиной путем сжигания в ней керосина с соответствующим окислителем.
источник: профессор, доктор технических наук Г. И. ПОКРОВСКИЙ «Окно в будущее. Атомный самолет будущего» // «Техника-молодежи» 08-1955, с. 20-22
