АҚШ-тың ядролық қанаулы қозғалтқыш жобасы (1957-1964)

Кіріспе

АҚШ ядролық реактивті ұшқыш жобасы, 1957–1964 жж.
АҚШ ядролық қуатпен жұмыс ілейтін реактивті ұшқыш жобасы

Плутон жобасы – круиздік зымырандарда пайдалану үшін ядролық қуатпен жұмыс ілейтін реактивті ұшқыштарды әзірлеуге бағытталған АҚШ үкіметінің бағдарламасы. 1961 және 1964 жылдары Невада сынақ полигонында (NTS) екі эксперименталдық ұшқыш сынақтан өтті. 1957 жылдың 1 қаңтарында АҚШ Әскери-әуе күштері мен АҚШ Атом энергиясы жөніндегі комиссиясы Лоуренс радиациялық зертханасын ядролық реактордан шығатын жылуды реактивті ұшқыштың қуатына пайдалану мүмкіндігін зерттеу үшін таңдады. Бұл басқа ядролық қаруларды жеткізу жүйелерімен салыстырғанда көптеген артықшылықтарға ие болар еді: Мах 3 жылдамдығымен (шамамен 3675 км/сағ) және 500 фут (152 метр) биіктікте ұшу арқылы, ол қазіргі заманғы әуе қорғанысынан қорғалуға мүмкіндік беретін, сондай-ақ көбірек және ірі ядролық оқтарды (ядролық жарылыс қуаты 16-ға дейін) алып жүретін және оларды сол кездегі континентаралық баллистикалық зымырандарға (ICBM) қарағанда жоғары дәлдікпен жеткізетін қабілетке ие болар еді. Сонымен қатар, оны кері қайтаруға болатын. Бұл зерттеу Плутон жобасы деп аталды және оны зертхананың R бөлімінің жетекшісі Теодор Чарльз (Тед) Меркл басқарды. Алғашқыда Калифорния штатының Ливермор қаласында жүргізілген сынақтар, 21 км² аумақты қамтитын және NTS Site 401 деп белгіленген Джекэсс Флэтс аймағында салынған жаңа нысандарға көшірілді. Сынақ реакторлары қашықтан басқарылатын вагонмен жылжытылды. Ұшқыштың төмен биіктікте және кез келген ауа райындағы үстін жылдамдығын сақтау қажеттігі реактордың жоғары температура мен қарқынды сәулеленуге төтеп беруін талап етті. Құрамында жоғары тазартылған уран оксиді отыны және бериллий оксиді нейтрондық тежегіштері бар керамикалық ядролық отын элементтері қолданылды. Компоненттердің беріктігін тексеруге арналған алдын ала сынақтардан кейін, әлемдегі алғашқы ядролық реактивті ұшқыш Tory II A 1961 жылдың 14 мамырында толық қуатта (46 МВт) жұмыс істеді. Кейін, толыққанды жұмыс істейтін үлкен реактивті ұшқыш әзірленді, ол Tory II C деп аталды. Бұл 1964 жылдың 20 мамырында толық қуатта (461 МВт) жұмыс істеді, осылайша ядролық қуатпен жұмыс ілейтін реактивті ұшқыштың мүмкіндігін көрсетті. Осы және басқа да сәтті сынақтарға қарамастан, ICBM технологиясы күткеннен жылдам дамыды, бұл круиздік зымырандарға деген қажеттілікті азайтты. 1960 жылдардың басында атмосферадағы радиоактивті эмиссиялардың қауіптілігіне көбірек мән берілді, сонымен қатар қажетті ұшу сынақтары үшін тиісті сынақ жоспарын жасау қиын болды. 1964 жылдың 1 шілдесінде, жоба басталғаннан кейін жеті жыл алты ай өткен соң, Плутон жобасы тоқтатылды.

Project Pluto was a United States government program to develop nuclear powered ramjet engines for use in cruise missiles. Two experimental engines were tested at the Nevada Test Site (NTS) in 1961 and 1964 respectively. On 1 January 1957, the U. S. Air Force and the U. S. Atomic Energy Commission selected the Lawrence Radiation Laboratory to study the feasibility of applying heat from a nuclear reactor to power a ramjet engine for a Supersonic Low Altitude Missile. This would have many advantages over other nuclear weapons delivery systems: operating at Mach 3, or around , and flying as low as 500 feet (152 m), it would be invulnerable to interception by contemporary air defenses and carry more and larger nuclear warheads (up to sixteen with nuclear weapon yields of up to ) and deliver them with greater accuracy than was possible with intercontinental ballistic missile (ICBMs) at the time and, unlike them, could be recalled. This research became known as Project Pluto, and was directed by Theodore Charles (Ted) Merkle, leader of the laboratory's R Division. Originally carried out at Livermore, California, testing was moved to new facilities constructed for $1.2 million on 8 square miles (21 km2) at NTS Site 401, also known as Jackass Flats. The test reactors were moved about on a railroad car that could be controlled remotely. The need to maintain supersonic speed at low altitude and in all kinds of weather meant that the reactor had to survive high temperatures and intense radiation. Ceramic nuclear fuel elements were used that contained highly enriched uranium oxide fuel and beryllium oxide neutron moderator. After a series of preliminary tests to verify the integrity of the components under conditions of strain and vibration, Tory II A, the world's first nuclear ramjet engine, was run at full power (46 MW) on 14 May 1961. A larger, fully functional ramjet engine was then developed called Tory II C. This was run at full power (461 MW) on 20 May 1964, thereby demonstrating the feasibility of a nuclear powered ramjet engine. Despite these and other successful tests, ICBM technology developed quicker than expected, and this reduced the need for cruise missiles. By the early 1960s, there was greater sensitivity about the dangers of radioactive emissions in the atmosphere, and devising an appropriate test plan for the necessary flight tests was difficult. On 1 July 1964, seven years and six months after it was started, Project Pluto was canceled.

Шығу тегі

1950 жылдары АҚШ Әуе күштері (USAF) ядролық қуатты ұшақтар мен зымырандарды пайдалануды Ұшақтардың ядролық қозғалтқышы жобасының бөлігі ретінде қарастырды, оны Ұшақтардың ядролық қозғалтқышы кеңсесі үйлестірді. Зымырандарды зерттеуді "Зымырандық жобалар бөлімі" үйлестірді. Ядролық реакторды рамджет үшін жылу көзі ретінде пайдалану идеясын Франк Э. Ром және Элдон В. Самс 1954 және 1955 жылдары Ұлттық кеңес беру комитетінің Льюис зерттеу орталығына ұсынды. Ядролық рамджеттің принципі салыстырмалы түрде қарапайым: көліктің қозғалысы көліктің алдыңғы жағы арқылы ауаны итеріп жіберді (рам эффектісі). Егер ядролық реактор ауаны қыздырса, ыстық ауа артқы жағындағы соқпақтан жоғары жылдамдықпен кеңісіп, итеру күшін береді. 2201-ші ғимараттың қабырғаларын салу үшін аграрлық кен орны сатып алынды. 2201-ші ғимарат радиоактивті компоненттерді қашықтан реттеуге, бөлшектеуге немесе ауыстыруға мүмкіндік беру үшін жобаланған. Негізгі бөлшектеу бөлмесіндегі операцияларды 1 метрлік қорғасын шыны терезелер арқылы көруге болады. Басқару таяқшаларының іске қосылу механизмдерін бақылау үшін бөлшектеу бөлмесіне жақын орналасқан "ыстық" камералар пайдаланылды. Әр камерадағы сейфтер қашықтан басқару құрылғыларымен жабдықталған. Барлық басқару элементтері орталық басқару бөлмесінде орналастырылды, ол оң қысыммен ауа кондиционерлі болды, сондықтан ауа әрқашан бөлшектеу айдынына және ыстық камераларға қарай ағып жатты, ал олардан шыққан ауа сүзгілерден өткізілді. Негізгі бөлшектеу бөлмесі мен ыстық камераларға, әдетте, қорғасын пластиналармен жабылған ашылу арқылы кіруге болады. Жұмысшылар үшін душ пен радиациялық қауіпсіздік бөлмесі болды. 2201-ші ғимаратта жөндеу шеберханасы, қараңғы бөлме, кеңселер мен жабдықтар сақталатын бөлмелер де бар еді. Ғалымдар сынақтарды теледидар арқылы қашықтан бақылап отырды. Қауіпсіз қашықтықта орналасқан қаз-қалпақ үйде үлкен апат болған жағдайда екі аптаға арналған азық-түлік пен сумен жабдықталған қорған болды. Плутон үшін рамджет ұшу шарттарын симуляциялау үшін қолданылатын қысылған ауаның шамамен 40 км мұнай ұңғымасының корпусын сақтау қажет болды. Коннектикут штатының Гротон қаласындағы Нью-Лондон әскери-теңіз асты кеме базасынан үш алып компрессорлар қарызға алынды. Бес минуттық толық қуатты сынақ кезінде ауа 14 миллион диаметрлі болат шарларға тартылды, олар төрт болат резервуарда ұсталды, олар қыздырылды. Себебі сынақ реакторлары іске қосылғаннан кейін жоғары радиоактивті болды, олар сынақ орнына темір жол вагондарында жеткізілді. Олардың бұл қадам Советтерді де осындай құрылғыны жасауға итермелейді деп ойлады. Континентаралық баллистикалық зымыран технологиясы бұрын ойлағаннан гөрі оңай дамыған, бұл жоғары қабілетті зымыранды зымыранға деген қажеттілікті азайтты. МКБР-дің SLAM-ке қарағанда бірнеше артықшылығы бар. МКБР-ге жер бетіндегі қолдау мен техникалық қызмет көрсетуді аз қажет етеді, және бірнеше сағаттың орнына бірнеше минут ішінде іске қосылуы мүмкін, сондықтан ядролық бірінші соққыға аз зардап шегеді. МКБР сонымен қатар нысанаға тез жетеді және совет әуе қорғанысының ұстауына аз ұшырайды. SLAM-тің басты артықшылығы оның үлкен жүк тасымалдауға қабілеттілігі болды, бірақ оның құндылығы ядролық қаруды жобалаудағы жетістіктермен, оларды кішірек және жеңіл етіп, одан кейінгі МКБР-дегі бірнеше оқ-дәрілер қабілетін дамытумен төмендеді. SLAM тұжырымдамасының басқа негізгі проблемасы ұшу кезінде радиоактивті шығарындылардан болатын қоршаған ортаға зиян және миссия соңында реакторды жою болды. Меркл шамамен 100 грамм бөліну өнімдері өндіріледі деп есептеді, олар кең аумаққа таралады. Ядролық жарылыстан пайда болған жарылыспен салыстырғанда кішкентай болса да, оны сынау қиын болды. Көптеген сынақ ұшулары қажет болады деп күтілді. Атмосфералық ядролық сынақтар 1960 жылдардың басында әлі де жалғасып жатты, сондықтан радиоактивті шығарындылар салыстырмалы түрде үлкен проблема болып саналмады. Дауыс деңгейі 150 децибелге дейін жеткен. Сонымен қатар, зымыранның бақылаудан шығып кетуі де мүмкін еді. Невадада сынақ жүргізу идеясы тез арада жоққа шығарылды. Уэйк аралының маңында сегіздік бағытпен ұшуды сынақ ұшулары ұсынылды. Реактор Тынық мұхитына лақтырылады, онда ол 6096 метр тереңдікте болды. 1960 жылдардың басында атмосфера мен мұхиттың радиоактивті ластануының жағымсыз экологиялық әсері туралы қоғамдық хабардарлық артып, зымыраннан шығатын радиоактивті шығарындылар сынақтар қайда жүргізілсе де, қабылдауға келмейтін болды. AEC 1965 жылғы қаржы жылында Tory II C сынақтарын жалғастыру және Tory III-ті дамыту үшін 8 миллион доллар (қазіргі шақта миллион долларға тең) сұрады. 1964 жылдың сәуір айында Атом энергиясы жөніндегі Бірлескен комитет осы сұраныстан 1,5 миллион доллар кесіп тастауды ұсынды. Бұл Tory II C үшін қаржыландыруды жалғастырды, бірақ Tory III-ті дамыту үшін емес. Қорғаныс министрлігінің Ғылыми-зерттеу және инженерия жөніндегі директоры Гарольд Браун технологияны дамыту үшін Project Pluto-ны төмен деңгейде қаржыландыруды жалғастыруды жақтады. Бірақ бұл Үй шаруашылығы бөліміне жеткіліксіз болды; технология Tory II C сынақтарының сәттілігімен көрсетілген, және егер оған әскери қажеттілік болмаса, оны қаржыландырудың қажеті жоқ. Сондықтан олар қаржыландыру сұранысынан тағы 5,5 миллион доллар кесіп тастады, жобаны "сақтауға" 1 миллион доллар ғана қалдырды. Бұл Қорғаныс министрлігі мен Мемлекеттік департаменттің жобаны тоқтату туралы шешім қабылдауына әкелді. 1 шілде 1964 жылы, басталғаннан кейін жеті жыл алты ай өткен соң, Project Pluto жойылды.

During the 1950s, the United States Air Force (USAF) considered the use of nuclear powered aircraft and missiles as part of its Aircraft Nuclear Propulsion project, which was coordinated by the Aircraft Nuclear Propulsion Office. Research into missiles was coordinated by the Missile Projects Branch. The concept of using a nuclear reactor to provide a heat source for a ramjet was explored by Frank E. Rom and Eldon W. Sams at the National Advisory Committee for Aeronautics Lewis Research Center in 1954 and 1955. The principle behind the nuclear ramjet was relatively simple: motion of the vehicle pushed air in through the front of the vehicle (the ram effect). If a nuclear reactor heated the air, the hot air expanded at high speed out through a nozzle at the back, providing thrust. An aggregate mine was purchased to supply the concrete for the walls of the disassembly building, Building 2201, which were thick. Building 2201 was designed to allow radioactive components to be adjusted, dissembled or replaced remotely. Operations in the main disassembly bay could be viewed through 4 feet (1 m) lead glass viewing windows. "Hot" cells adjacent to the disassembly bay were used to monitor the control rod actuators. Vaults within each cell were equipped with remote manipulators. All controls were located in the central control room, which was air conditioned with a positive pressure so air always flowed towards the disassembly bay and the hot cells, and the air from them used was passed through filters. The main disassembly bay and the hot cells were accessible through opening that were normally covered with lead plates. There were showers and a radiation safety room for workers. Building 2201 also contained a maintenance shop, darkroom, offices, and equipment storage rooms. Scientists monitored the tests remotely via a television hook up from a tin shed located at a safe distance that had a fallout shelter stocked with two weeks' supply of food and water in the event of a major catastrophe. Some 25 mile (40 km) of oil well casing was necessary to store the approximately of compressed air at used to simulate ramjet flight conditions for Pluto. Three giant compressors were borrowed from the Naval Submarine Base New London in Groton, Connecticut that could replenish the farm in five days. A five minute, full power test involved of air being forced over 14 million diameter steel balls that were held in four steel tanks which were heated to
Because the test reactors were highly radioactive once they were started, they were transported to and from the test site on railroad cars. and it was believed that it would compel the Soviets to construct a similar device. Intercontinental ballistic missile technology had proven to be more easily developed than previously thought, reducing the need for such highly capable cruise missiles. The ICBM has several advantages over the SLAM. An ICBM required less ground support and maintenance, and could be launched in minutes instead of several hours, and so was less vulnerable to a nuclear first strike. An ICBM also traveled to its target faster and was less vulnerable to interception by Soviet air defenses. The main advantage of the SLAM was its ability to carry a larger payload but the value of this was diminished by improvements in nuclear weapon design, which made them smaller and lighter, and the subsequent development of multiple warhead capability in ICBMs. The other major problem with the SLAM concept was the environmental damage caused by radioactive emissions during flight, and the disposal of the reactor at the end of the mission. Merkle estimated that about 100 grams of fission products would be produced, which would be dispersed over a wide area. Although small compared to that produced by a nuclear explosion, it was a problem for testing. It was anticipated that numerous test flights would be required. Atmospheric nuclear testing was still ongoing in the early 1960s, so the radioactive emissions were not considered to be a major problem by comparison. The noise level was estimated to be a deafening 150 decibels. There was also the possibility of the missile going out of control. The idea of testing it over Nevada was quickly discarded. It was proposed to conduct test flights in the vicinity of Wake Island, flying a figure eight course. The reactor would then be dumped into the Pacific Ocean where it was 20,000 feet (6096 m) deep. By the early 1960s there was increasing public awareness of the undesirable environmental impacts of radioactive contamination of the atmosphere and the ocean, and the radioactive emissions from the missile were considered unacceptable wherever the tests were conducted. The AEC requested $8 million (equivalent to $ million in ) in fiscal year 1965 for continued tests of Tory II C and the development of Tory III. In April 1964, the Joint Committee on Atomic Energy recommended that $1.5 million be cut from this request. This provided continued funding for Tory II C, but not for the development of Tory III. The Department of Defense's Director of Research and Engineering, Harold Brown favored the continuation of Project Pluto at a low level of funding in order to progress the technology. This was not good enough for the House Appropriations Committee; the technology had been demonstrated by the successful Tory II C tests, and if there was no longer a military requirement for it, there was no reason to continue funding. It therefore cut another $5.5 million from the funding request, leaving only $1 million for "mothballing" the project. This led to the decision by the Department of Defense and the Department of State to terminate the project. On 1 July 1964, seven years and six months after it was started, Project Pluto was canceled.