Петр Хохлов - Атомная энергия и флот

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.