Авиациялық ядролық қозғалтқыш бағдарламасы (1946-1961)
Aircraft Nuclear Propulsion
АҚШ Әуе Күштерінің 1946-1961 жылдардағы жобасы: Ұшақтарды ядролық қозғалтқышпен жабдау бағдарламасы, NEPA жобасы, General Electric & Pratt & Whitney әзірлемелері.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
АҚШ жобасы 1946–1961 жж.
АҚШ Әуе күштері бағдарламасы
U. S. project 1946–1961
the U. S. Air Force program
Ұшақтардың ядролық қозғалтқышы (ANP) бағдарламасы және оған дейінгі Ұшақтарды қозғалту үшін ядролық энергия (NEPA) жобасы ұшақтарға арналған ядролық жетегін әзірлеу үшін жұмыс істеді. АҚШ Әуе күштері 1946 жылдың 28 мамырында NEPA жобасын бастады. NEPA 1951 жылдың мамырына дейін жұмыс істеді, содан кейін жоба Бірлескен Атом Энергиясы Комиссиясына (AEC)/USAF ANP-ге берілді. АҚШ Әуе күштері ядролық қуатпен жұмыс істейтін реактивті қозғалтқыштар үшін екі түрлі жүйені іске қосты: General Electric әзірлеген тікелей ауа циклы тұжырымдамасы және Pratt & Whitney-ге тапсырылған жанама ауа циклы. Бағдарлама Convair X-6 ұшағын әзірлеу және сынау үшін жоспарланған, бірақ 1961 жылы ол ұшақ салынбастан бұрын тоқтатылды. 1946 жылдан 1961 жылға дейінгі бағдарламаның жалпы құны шамамен 1 миллиард долларға бағаланды.
The Aircraft Nuclear Propulsion (ANP) program and the preceding Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft (NEPA) project worked to develop a nuclear propulsion system for aircraft. The United States Army Air Forces initiated Project NEPA on May 28, 1946. NEPA operated until May 1951, when the project was transferred to the joint Atomic Energy Commission (AEC)/USAF ANP. The USAF pursued two different systems for nuclear powered jet engines, the Direct Air Cycle concept, which was developed by General Electric, and Indirect Air Cycle, which was assigned to Pratt & Whitney. The program was intended to develop and test the Convair X 6, but was canceled in 1961 before that aircraft was built. The total cost of the program from 1946 to 1961 was about $1 billion.
Тікелей ауа циклі
Тура циклді ядролық қозғалтқыштар дәстүрлі реактивті қозғалтқышқа ұқсас болар еді, бірақ оларда жану камералары болмас еді. Компрессор бөлімінен алынған ауа ядролық реактордың активтік аймағына бағытталатын камераға жіберіледі. Ауа реакторды салқындататын алмасу процесі жүреді, бірақ содан кейін ол сол ауаны қыздырып, екінші камераға жібереді. Екінші камера ауаны турбина арқылы (компрессорды қуаттандырады), содан кейін шығарып, итерме күшін қамтамасыз етеді. Соңында, ұшақ реактивті отынның орнына ядролық реакциялардың жылуымен жұмыс істей алады. Огайо штатының Эвендейл қаласындағы General Electric бағдарламасы оның қарапайымдылығы, сенімділігі, қолайлылығы және жылдам іске қосылу қабілетіне байланысты іске асырылды. Дәстүрлі реактивті қозғалтқыштың компрессор және турбина бөлімдері қолданылды, сонда қысылған ауа турбина арқылы шығарылғанға дейін реакторда қыздырылды.
Direct cycle nuclear engines would resemble a conventional jet engine, except that there would be no combustion chambers. The air gained from the compressor section would be sent to a plenum that directs the air into the nuclear reactor core. An exchange takes place where the reactor is cooled, but it then heats up the same air and sends it to another plenum. The second plenum directs the air through a turbine (powering the compressor), then out the exhaust, providing thrust. The end result is that instead of using jet fuel, an aircraft could rely on the heat from nuclear reactions for power. The General Electric program, which was based at Evendale, Ohio, was pursued because of its advantages in simplicity, reliability, suitability and quick start ability. Conventional jet engine compressor and turbine sections were used, with the compressed air run through the reactor to be heated by it before being exhausted through the turbine.
Тікелей емес ауа циклі
Жанама циклдер ядродан тыс жылу алмасуды қамтиды, онда компрессорлық ауа жылу алмастырғышқа жіберіледі. Ядролық реактордың өзегі қысыммен ұсталған суды немесе сұйық металды қыздырып, оны да жылу алмастырғышқа жібереді. Бұл ыстық сұйықтық ауамен салқындатылады; ал ауа сұйықтықтан қызып, турбина арқылы (компрессорды қуаттандырып) өтеді, содан кейін шығарылып, итерме күшін қамтамасыз етеді. Жанама ауа циклі бағдарламасы Коннектикут штатының Миддлтаун қаласының жанындағы Pratt & Whitney компаниясына жүктелді. Бұл тұжырым радиоактивті ластануды едәуір азайтуға мүмкіндік берген болар еді. Реактордан қозғалтқышқа дейін жылуды тасымалдау үшін бір немесе екі сұйық металл контуры қолданылатын. Бұл бағдарламада әуе кемелерінде пайдалануға жарамды көптеген жеңіл жүйелерді – мысалы, жылу алмастырғыштар, сұйық металл турбосораптары және радиаторларды зерттеу мен әзірлеуге көп күш жұмсалды. Жанама цикл бағдарламасы ешқашан ұшуға дайын аппаратты жасауға жетпеді.
Indirect cycling involves thermal exchange outside of the core with compressor air being sent to a heat exchanger. The nuclear reactor core would heat up pressurized water or liquid metal and send it to the heat exchanger as well. That hot liquid would be cooled by the air; the air would be heated by the liquid, sent through a turbine (powering the compressor), then out the exhaust, providing thrust. The Indirect Air Cycle program was assigned to Pratt & Whitney, at a facility near Middletown, Connecticut. This concept would have produced far less radioactive pollution. One or two loops of liquid metal would carry the heat from the reactor to the engine. This program involved a great deal of research and development of many light weight systems suitable for use in aircraft, such as heat exchangers, liquid metal turbopumps and radiators. The Indirect Cycle program never came anywhere near producing flight ready hardware.
Әуе кемелері реакторының эксперименті
АҚШ-тың Ұшақ Реакторы Эксперименті (ҰРЭ) – ядролық қуатпен жұмыс істейтін бомбалаушы ұшақтағы қозғалтқыш ретінде пайдалану үшін жоғары қуат тығыздығына және жоғары шығыс температурасына қол жеткізуге арналған 2,5 МВт жылу спектрлі ядролық реактор эксперименті. Ядролық қуатпен жұмыс істейтін ұшақтың дәстүрлі ұшаққа қарағандағы артықшылығы – ол ондаған есе ұзақ уақыт бойы әуеде қалуға және ядролық қаруланған кеңестік қарсыласына тиімді ядролық стратегиялық тиыс табу құралы болуға мүмкіндік берді. ҰРЭ – тұзды балқыма реакторы (ТБР) салынған және жұмыс істеген алғашқы реактор. Ол отын ретінде NaF ZrF4 UF4 (53 41 6 моль%) құрамындағы еріген фторид тұзын пайдаланды, алтыбұрышты конфигурациядағы бериллий оксиді (BeO) арқылы баяулатылды және ең жоғары температурасы 860 °C-қа жетті. Модератор мен рефлектор материалдарын салқындату үшін артық жүйелі сұйық натрий салқындатқышы қолданылды. Негізгі салқындатқыш арқылы су радиаторына жылу беру үшін екінші гелий газы айналымы жасалды, ал жылу атмосфераға таратылды. Реактивтілікті басқару таяқшалары орнатылды және бақылау таяқшалары ҰРЭ-нің қуаттылығын анықтамайтыны анықталды; керісінше, қуат сұранысы анықтайтын, ол реактивтіліктің теріс температуралық коэффициентіне байланысты шығыс және кіріс температураларына әсер ететін. ҰРЭ 221 сағат бойы 2,5 МВт-қа дейін қуатпен жұмыс істеді.
The United States Aircraft Reactor Experiment (ARE) was a 2.5 MWth thermal spectrum nuclear reactor experiment designed to attain a high power density and high output temperature for use as an engine in a nuclear powered bomber aircraft. The advantage of a nuclear powered aircraft over a conventionally powered aircraft is that it could remain airborne orders of magnitude longer and provide an effective nuclear strategic deterrent to a nuclear armed Soviet adversary. The ARE was the first molten salt reactor (MSR) to be built and operated. It used the molten fluoride salt NaF ZrF4 UF4 (53 41 6 mol%) as fuel, was moderated by a hexagonal configuration beryllium oxide (BeO), and had a peak temperature of 860 °C. A redundant liquid sodium coolant system was used to cool the moderator and reflector materials. A secondary helium gas coolant loop was circulated around the primary coolant to transfer heat to a water radiator where heat output was dumped to atmosphere. Reactivity control rods were installed and it was found that the control rods did not determine the output power of the ARE; rather, the power demand did, which affected the outlet and inlet temperatures because of the negative temperature coefficient of reactivity. The ARE was operated at power for 221 hours up to a peak of 2.5 MWth.
MX-1589 жобасы
1951 жылдың 5 қыркүйегінде АҚШ Әскери-әуе күштері Convair компаниясына ANP бағдарламасының MX 1589 жобасы бойынша өзгертілген Convair B-36 Peacemaker ұшағының бортында ядролық реакторды ұшыруға келісімшарт берді. NB-36H ядролық сынақ ұшағы (NTA) әуедегі реакторға қажетті қорғаныш талаптарын зерттеуі және ядролық ұшақтың мүмкіндігін анықтау үшін жасалған. АҚШ-тың бортында жұмыс істейтін ядролық реакторы бар жалғыз әуе эксперименті осы болды. NTA реакторды сынау мақсатымен Батыс Техас және Оңтүстік Нью-Мексико аймағынан 47 рет ұшты. Ұшақтарға арналған қорғаныш сынақ реакторы (ASTR) деп аталған реактор жұмыс істеді, бірақ ұшақты қуаттаған жоқ, ұшу бағдарламасының басты мақсаты – қорғанысты сынаудан өткізу болды. NTA нәтижелеріне сүйене отырып, 1961 жылы X-6 және барлық ядролық ұшақ бағдарламасы тоқтатылды.
On September 5, 1951, the USAF awarded Convair a contract to fly a nuclear reactor on board a modified Convair B 36 Peacemaker under the MX 1589 project of the ANP program. The NB 36H Nuclear Test Aircraft (NTA) was to study shielding requirements for an airborne reactor, to determine whether a nuclear aircraft was feasible. This was the only known airborne reactor experiment by the U. S. with an operational nuclear reactor on board. The NTA flew a total of 47 times testing the reactor over West Texas and Southern New Mexico. The reactor, named the Aircraft Shield Test Reactor (ASTR), was operational but did not power the aircraft, rather the primary purpose of the flight program was shield testing. Based on the results of the NTA, the X 6 and the entire nuclear aircraft program was abandoned in 1961.
Жылу беру реакторының тәжірибелері
AEC/USAF ANP бағдарламасының бір бөлігі ретінде 1956 жылы өзгертілген General Electric J47 қозғалтқыштары алғаш рет ядролық қуатпен жұмыс істеді, бұл Heat Transfer Reactor Experiment 1 (HTRE 1) деп аталатын реакторлық сынақ құрастырмасын пайдаланып жасалды. Тік бағытталған басқару таяқтарын қолданған HTRE 1, қосымша сынау үшін алынып-орнатылатын өзекпен жабдықталып HTRE 2 болып қайта жабдықталды. HTRE 3 жеке түрде салынды, ол әуе шассисінде пайдалануға қолайлы көлденең бағытталған басқару таяқтарын сынауға арналған. Қызметтен шығарылған HTRE 2 және HTRE 3 реакторлары мен сынақ жиынтықтарын Айдахо Ұлттық зертханасының I эксперименталды шағылыстырғыш реакторының тұрақ орнында көруге болады.
As part of the AEC/USAF ANP program, in 1956 modified General Electric J47s were first operated on nuclear power using a reactor test assembly known as Heat Transfer Reactor Experiment 1 (HTRE 1). HTRE 1, which used vertically oriented control rods, was reconfigured with a removable core to become HTRE 2 for additional testing. HTRE 3 was built separately to test horizontally oriented control rods as appropriate for use in an airframe. The decommissioned HTRE 2 and HTRE 3 reactors and test assemblies can be viewed by the public in the Experimental Breeder Reactor I parking lot at Idaho National Laboratory.
Пратт және Уитни әуе реакторы-1
1957 жылдың 5 ақпанында Оук Ридж ұлттық зертханасының (ORNL) сынақ қондырғысында Пратт және Уитни ұшақ компаниясының (PWAC) айналымды отын реакторы бағдарламасы аясында тағы бір реактор сынаққа іске қосылды. Бұл PWAR 1, яғни Пратт және Уитни әуе реакторы 1 деп аталды. Эксперименттің мақсаты – PWAC реакторының теориялық болжамдалған ядролық қасиеттерін тәжірибелік түрде растау болды. Эксперимент қысқа ғана уақыт ішінде жүргізілді; 1957 жылдың ақпан айының соңына қарай барлық деректер жиналды және жарылыс жұмыстары басталды. Эксперимент практикалық түрде ядролық қуаты жоқ деңгейде жүргізілді. Жұмыс температурасы шамамен тұрақты ұсталды, бұл PWAR 1 модераторының жобалық жұмыс температурасына өте жақын болды; бұл температура сыртқы жылытқыштар арқылы сақталды. 2,5 МВт ARE сияқты, PWAR 1 негізгі отын және салқындатқыш ретінде NaF ZrF4 UF4 қолданды.
On February 5, 1957, another reactor was made critical at the Critical Experiments Facility of the Oak Ridge National Laboratory (ORNL) as part of the circulating fuel reactor program of the Pratt and Whitney Aircraft Company (PWAC). This was called the PWAR 1, the Pratt and Whitney Aircraft Reactor 1. The purpose of the experiment was to experimentally verify the theoretically predicted nuclear properties of a PWAC reactor. The experiment was only run briefly; by the end of February 1957 all data had been taken and disassembly had begun. The experiment was run at essentially zero nuclear power. The operating temperature was held constant at approximately , which corresponds closely to the design operating temperature of the PWAR l moderator; this temperature was maintained by external heaters. Like the 2.5 MWt ARE, the PWAR 1 used NaF ZrF4 UF4 as the primary fuel and coolant.
Күшін жою
Кеңес Одағымен технологиялық бәсекелестік (Спутник-1-дің ұшырылуымен көрсетілгендей) және Әуе күштерінен берілген тұрақты қолдау, бағдарламаның Қорғаныс министрлігі мен Атом энергиясы комиссиясы арасындағы бөлінген басшылыққа қарамастан, жалғасуына мүмкіндік берді. 1950 және 1960-61 жылдары ұшуға жарамды ядролық қуат блогын жасау үшін көптеген сынақ орталықтары қаржыландырылып, салынды, соның ішінде Оук Ридж Ұлттық зертханасында (ORNL). ARE MSR тұжырымдамасының жұмыс істеуін сәтті көрсеткенімен, бағдарлама президент Кеннедидің 1961 жылғы 26 наурыздағы бұйрығымен тоқтатылды. Дегенмен, ARE бағдарламасының нәтижелері ORNL ғалымдары мен инженерлерін Атом энергиясы жөніндегі комиссияға 30 МВт жылу қуаты бар тәжірибелік MSR-ді азаматтық энергетикалық станция ретінде зерттеу үшін алдын ала жоба ұсынуға итермеледі. Ұсыныстың нәтижесінде Атом энергиясы жөніндегі комиссия ORNL-ге балқытылған тұз реакторының экспериментін (MSRE) жобалау, салу және іске қосу жөнінде тапсырма берді.
Technological competition with the Soviet Union (as represented by the launch of Sputnik 1), and continued strong support from the Air Force allowed the program to continue, despite divided leadership between the DOD and the AEC. Numerous test facilities were funded and constructed through the 1950s and 1960–61 in order to produce a flight worthy nuclear power unit, including one at the Oak Ridge National Laboratory (ORNL). While the ARE successfully demonstrated operation of a MSR concept, the program was canceled by President Kennedy on March 26, 1961 Nevertheless, the results of the ARE program prompted scientists and engineers at ORNL to submit a preliminary design proposal to the Atomic Energy Commission for a 30 MWth experimental MSR to explore MSR as a civilian power station concept. The result of the proposal was direction from the Atomic Energy Commission for ORNL to design, construct, and operate the Molten Salt Reactor Experiment (MSRE).