Вэстингауз Астронуклеар: от виски к ядерным ракетам.

Введение

Westinghouse Astronuclear Laboratory (WANL) являлась подразделением Westinghouse Electric Corporation. Основанная в 1959 году для разработки технологий ядерной космической двигательной установки для государственных нужд, лаборатория на протяжении большей части своей истории располагалась в парадоксально небольшом городке "Large" вдоль трассы Pa. Rte 51, примерно в 21 км к югу от Питтсбурга, в округе Аллегейни, штат Пенсильвания, США. Этот объект находится недалеко от Лаборатории атомной энергии Беттиса в Вест-Миффлине, которой также управляла Westinghouse в тот же период и позднее.

Город Лардж, Пенсильвания

Историческая справка: Территория, известная как Большой участок, является местом расположения бывшей Большой винокурни, основанной Джонатаном Ларджем (1794–1862), который прибыл в этот район ребенком в 1797 году после восстания против акциза на виски. Винокурня изначально производила ржаной виски Monongahela, который пользовался большой популярностью у местных жителей. Управление винокурней позже перешло к сыну Джонатана, Генри, который обеспечил успех предприятия, сделав "Large Monongahela Rye Whiskey" национальным брендом. В конечном итоге Большая винокурня была продана Национальной дистилляционной компании, которая отказалась от марки "Large", но продолжала продавать виски под названием "Old Overholt". Большая винокурня в конечном итоге прекратила свою деятельность, а имущество было продано застройщику, который сдал его в аренду Westinghouse в 1950-х годах. Несколько складских зданий были переоборудованы для разработки и испытания компонентов реакторных установок в рамках программы разработки ядерных подводных лодок, проводимой в Беттисе под руководством адмирала Хаймана Г. Риковера.

Основание

Лаборатория была официально основана как подразделение Westinghouse 26 июля 1959 года с шестью сотрудниками и первоначально размещалась в офисах в пригороде Питтсбурга Уайтхолл. Командой руководил Джон У. Симпсон, выпускник Военно-морской академии, а в число основателей входили физик из Корнелльского университета Сидни Красик и технический директор Фрэнк Коттер.

Краткий, но важный жизненный цикл WANL

Истоки WANL можно проследить до 1959 года, когда дюжина инженеров и технических специалистов из Беттиса создали лабораторию в соседнем Уайтхолле, штат Пенсильвания, с целью участия в конкурсах на правительственные контракты по исследованиям и разработкам. В 1960 году предприятие переехало на новую площадку в Мт. Либан, штат Пенсильвания, и продолжило усилия по получению крупного контракта на разработку. В 1961 году проект NERVA космического ядерного двигателя НАСА совместно с Комиссией по атомной энергии предоставил корпорации Aerojet General Corporation основной контракт на разработку ядерного двигателя для ракетного применения в рамках программы NERVA, а также заключил с WANL значительный субконтракт на разработку самого реактора. С получением контракта WANL выбрала участок Large в качестве базы для операций и перевела туда свой персонал. Первоначально утвержденная в мае 1959 года, WANL официально стала подразделением Westinghouse 26 июля 1959 года под руководством Джона Вистара Симпсона. Физик Корнеллского университета Сидни Красик был назначен первым техническим директором, а Фрэнк Коттер – первым директором по маркетингу. Симпсон, родившийся в 1914 году, окончил Военно-морскую академию США в 1937 году и получил степень магистра наук в Питтсбургском университете в 1941 году. Работая в отделении коммутационного оборудования на заводе Westinghouse в Ист-Питтсбурге, Симпсон участвовал в разработке электрических щитов управления, способных выдерживать экстремальные нагрузки, испытываемые военно-морскими судами в Тихом океане во время Второй мировой войны. В 1946 году он временно отстранился от работы, чтобы работать в Национальной лаборатории Ок-Ридж и ознакомиться с атомной энергетикой. По возвращении он стал помощником менеджера в инженерном отделе Лаборатории атомной энергии Westinghouse Bettis. Впоследствии он руководил строительством атомной электростанции Shippingport в 1954 году – первой коммерческой атомной электростанции в Соединенных Штатах. В следующем году он был назначен генеральным директором Лаборатории Беттиса, в 1958 году избран вице-президентом Westinghouse, а к 1959 году был готов принять новый вызов – разработку ядерных ракетных двигателей для освоения Солнечной системы. В рамках контракта NERVA первоначальной целью было создание ракетного двигателя, способного обеспечить не менее 825 секунд удельного импульса, не менее 50 000 фунтов тяги, не менее 10 минут непрерывной работы на полной тяге и возможность автономного запуска без внешнего источника энергии. В качестве топлива использовался жидкий водород, который турбонасосами подавался в активную зону реактора и обеспечивал регенеративное охлаждение. Цилиндрическая графитовая активная зона была окружена двенадцатью вращающимися управляющими барабанами, с бериллием с одной стороны для отражения нейтронов и бором с другой – для поглощения нейтронов и контроля скорости ядерной реакции в активной зоне. Активная зона состояла из кластеров шестиугольных графитовых топливных элементов, содержащих пирографитные гранулы из гранул урана, покрытые карбидом ниобия для предотвращения коррозии при контакте с водородным топливом. Каждый кластер топливных стержней поддерживался связующим стержнем из inconel. Топливные гранулы поставлялись заводом Westinghouse Astrofuel в Чесвике, округ Аллегейни. Испытания топливных элементов на коррозию проводились сначала в Чесвике, а затем на предприятии Westinghouse Waltz Mill в округе Уэстморленд. Первое подтверждающее испытание собранного ракетного двигателя Westinghouse Aerojet (NRX A2) было проведено 24 сентября 1964 года на полигоне Jackass Flats, штат Невада, и обеспечило шесть минут непрерывной работы. К 23 апреля 1965 года NRX A3 обеспечил шестнадцать минут работы и трехминутный перезапуск, а также впервые использовал импульсное охлаждение. В 1966 году NRX A5/EST выдал два отдельных периода работы на полной мощности общей продолжительностью 30 минут. В декабре 1967 года NRX A6 работал шестьдесят минут на полной мощности, а 11 июня 1969 года двигатель XE был запущен двадцать раз в общей сложности три часа сорок восемь минут, одиннадцать из которых – на полной мощности. К 1970 году предполагаемый концепт-аппарат NERVA I, разработанный на основе этих работ, должен был обеспечивать мощность 1500 МВт и тягу 75 000 фунтов. Также прогнозировалось, что срок службы составит десять часов, и двигатель можно будет запускать и останавливать до 60 раз, обеспечивая удельный импульс 850 секунд. Его общий вес составлял менее 15 000 фунтов. Westinghouse и Aerojet были готовы начать строительство первых летных двигателей для запуска с Космического центра Кеннеди во Флориде, начиная с 1973 года, когда программа была отменена. Общая сумма, потраченная на проект к тому времени, составила 1,45 миллиарда долларов, и в проекте было занято более 1100 человек. План НАСА, опубликованный в 1969 году, по высадке первых людей на Марс к 1981 году с использованием двигателей NERVA, также был тихо отложен в сторону. Государственное финансирование программы NERVA было прекращено в 1972 году из-за "отсутствия четких требований к его возможностям". Однако работы по проекту помогли достичь значительных успехов в разработке высокотемпературных и высокопрочных материалов, которые находят применение в аэрокосмической отрасли и в множестве отраслей частного сектора. Хотя другие инновационные проекты (такие как разработка полностью имплантируемого, автономного, ядерного искусственного сердца) продолжались до середины 1970-х годов, WANL вскоре после этого прекратил свою деятельность в качестве формального подразделения Westinghouse.

WANL's origins can be traced to 1959 when a dozen engineers and technical specialists from Bettis set up a lab in nearby Whitehall, Pa., for the purpose of bidding on government research and development contracts. In 1960, the operation moved to a new site in Mt. Lebanon, Pa., and continued efforts to land a major development contract. In 1961, NASA's Space Nuclear Propulsion Office's project NERVA, in conjunction with the Atomic Energy Commission, jointly awarded Aerojet General Corporation the prime contract for its Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application NERVA Program, with a significant subcontract to WANL for development of the reactor itself. With the award, WANL selected the Large site as the base for operations and moved its personnel to the facility. Originally authorized in May 1959, WANL officially became a Westinghouse division on July 26, 1959 under the leadership of John Wistar Simpson. Cornell University physicist Sidney Krasik served as the first technical director and Frank Cotter was the first marketing director. Born in 1914, Simpson graduated from the United States Naval Academy in 1937 and earned an MS from the University of Pittsburgh in 1941. Working in the switchgear division of Westinghouse's East Pittsburgh plant, Simpson helped develop the electric switchboards that could survive the extreme impacts experienced by naval vessels in the Pacific Theater during World War II. In 1946, he took a leave of absence to work at Oak Ridge National Laboratory to familiarize himself with atomic power. Upon his return, he became assistant manager in the engineering department of the Westinghouse Bettis Atomic Power Laboratory. He subsequently managed the construction of the Shippingport Atomic Power Station in 1954, the first commercial nuclear power plant in the United States. Promoted the next year to general manager of the Bettis Laboratory, he was elected a Westinghouse vice president in 1958 and by 1959 was eager to take on the new challenge of developing nuclear rocket engines to enable the exploration of the solar system. Under the NERVA contract, the initial objective was to build a rocket engine that could deliver at least 825 seconds of specific impulse, at least 50,000 pounds of thrust, at least 10 minutes of continuous operation at full thrust, and have the ability to start up on its own with no external energy source. Liquid hydrogen served as the propellant that was supplied to the reactor core by turbopumps and also provided regenerative cooling. The cylindrical graphite core was surrounded by twelve rotating control drums with beryllium on one side to reflect neutrons and boron on the other side to absorb neutrons to control the rate of the nuclear reaction in the core. The core consisted of clusters of hexagonal graphite fuel elements containing pyrographite coated beads of uranium pellets coated with niobium carbide to prevent corrosion by exposure to the hydrogen propellant. Each fuel rod cluster was supported by an inconel tie rod. The fuel pellets were provided by Westinghouse Astrofuel's Cheswick plant in Allegheny County. Fuel element corrosion tests were first conducted at Cheswick, and later at the Westinghouse Waltz Mill facility in Westmoreland County. The first proof of concept test of an assembled Westinghouse Aerojet rocket engine (NRX A2) was conducted at Jackass Flats, Nevada on September 24, 1964 that provided six minutes of continuous operation. By April 23, 1965 the NRX A3 provided sixteen minutes of operation and a three minute restart and incorporated pulse cooling for the first time. In 1966 the NRX A5/EST delivered two separate periods of full power totaling 30 minutes. On December, 1967 the NRX A6 delivered sixty minutes of operation at full power and on June 11, 1969 the XE engine was started twenty times for a total of three hours and forty eight minutes, eleven of which were at full power. By 1970, the proposed NERVA I concept vehicle that evolved out of this work was projected to be capable of delivering 1500 MW of power and 75,000 pounds of thrust. It also had a projected lifetime runtime of ten hours and could be started and stopped up to 60 times while delivering a specific impulse of 850 seconds. Its total weight was less than 15,000 pounds. Westinghouse and Aerojet were ready to begin construction of the first flight engines to be launched from the Kennedy Space Center in Florida beginning in 1973 when the program was canceled. The total amount spent on the project up to that time was $1.45 billion and more than 1,100 people were employed by the project. A NASA plan released in 1969 to land the first humans on Mars by 1981 using the NERVA engines was also quietly shelved at that time. Government funding for the NERVA program was ended in 1972 due to "lack of clear requirements for its capabilities." However, work on the project helped achieve major milestones in developing high temperature/high strength materials technology, which finds application in aerospace and a myriad of private sector industries. While other innovative projects (such as development of a fully implantable, self contained, nuclear powered artificial heart) were pursued into the mid 1970s, WANL ceased operations as a formal Westinghouse division shortly thereafter.

Отдел передовых энергетических систем

В 1976 году компания изменила название площадки на Westinghouse Advanced Energy Systems Division (AESD), сделав ее центром исследований и разработок для создания нетрадиционных систем возобновляемой энергии. Согласно официальному объявлению, миссия AESD заключалась в "претворении сегодняшней науки в энергетические системы завтрашнего дня". Под руководством генерального директора Макса Джонсона инженеры AESD разработали и построили прототипы устройств, таких как гелиостат, предназначенный для концентрации солнечного света (с помощью системы отслеживающих плоских зеркал) на резервуар с жидкостью, установленный на башне. Затем эта нагретая жидкость могла быть передана на землю и использована для производства пара, вращающего турбину для выработки электроэнергии. [Дизайн гелиостата, разработанный подразделением, стал результатом конкурса, спонсированного Министерством энергетики в конце 1970-х годов, на лучший проект для использования в планируемом проекте солнечной энергобашни "Solar One" недалеко от Барстоу, Калифорния. Прототип был построен на Большой площадке и отправлен в пустыню Мохаве для испытаний, но в конечном итоге был выбран другой проект.] Среди достижений AESD – победа в конкурсе и разработка концептуального проекта Solar Total Energy Project (STEP) в Шенендоа [ныне часть Ньюнана], округ Коуэта, штат Джорджия, в 56 км к югу от Атланты вдоль шоссе I-85. Проект финансировался совместно компанией Georgia Power Company (входящей в Southern Company) и Министерством энергетики США, а STEP функционировал с 1982 по 1989 год. Это был крупнейший в мире проект солнечной тепловой когенерации. Он состоял из 114 отслеживающих параболических концентраторов (диаметром 7 м), которые нагревали теплоноситель, производящий пар высокого давления для выработки электроэнергии, поставляемой на соседнюю трикотажную фабрику, принадлежащую и управляемую немецкой компанией Bleyle. После турбины пар среднего давления направлялся на завод для прессования трикотажа, а пар низкого давления использовался для кондиционирования воздуха. Проект был демонтирован в 1989 году после выхода турбины из строя и отсутствия средств на ее замену или проведение необходимого обслуживания объекта. Другие работы, проводимые в AESD, включали испытания прототипов никель-металл-гидридных аккумуляторов. Был спроектирован, построен и успешно испытан прототип топливного элемента на основе фосфорной кислоты. Были построены и протестированы фотоэлементы на основе дендритного кремния, а этот бизнес впоследствии был продан и передан компании Solar Power Industries Inc. из Вест-Ньютона, штат Пенсильвания. Инженеры AESD также построили прототип магнитогидродинамической (MHD) системы, использующей горячие плазменные газы, выделяемые угольной электростанцией. Выхлопные газы проходили через медный пластинчатый канал, генерируя дополнительную электроэнергию [до 30%].

In 1976, the Company changed the name of the site to the Westinghouse Advanced Energy Systems Division (AESD), making it an R&D site for development of nonconventional renewable energy systems. According to the official announcement, AESD's mission would be "Engineering today's science into tomorrow's power systems." Under the leadership of Max Johnson, General Manager, AESD engineers designed and built prototype devices such as a heliostat, which was designed to concentrate sunlight (by means of a tracking, flat mirror assembly) onto a fluid filled tank mounted on a tower. This hot fluid could then be transferred to the ground and used to produce steam, spinning a turbine to generate electricity. [The Division's heliostat design resulted from a DoE sponsored competition in the late 1970s for the best design for use in the proposed "Solar One" power tower project near Barstow, California. A prototype was built at the Large site and shipped to the Mojave Desert for testing, but another design ultimately was selected.] Among AESD's successes was the winning site and conceptual design proposal for the Solar Total Energy Project (STEP) in Shenandoah [now part of Newnan], Coweta County, Georgia, 35 mile (56 km) south of Atlanta along I 85. Financed as a joint project by Georgia Power Company (part of Southern Company) and the U. S. Department of Energy, STEP operated from 1982 until 1989. Covering more than , it was the world's largest solar thermal cogeneration project. It consisted of 114 tracking parabolic dish collectors (7 m dia), which heated a transfer fluid that produced high pressure steam for generating electricity that was fed to an adjacent knitwear factory owned and operated by Bleyle of Germany. Downstream of the turbine, medium pressure steam was piped to the plant for knitwear pressing, and low pressure steam was used to provide air conditioning. The project was dismantled in 1989 when the turbine failed and there were no funds to replace it or provide other needed maintenance on the facility. Other work conducted at AESD included testing of nickel metal hydride battery prototypes. A phosphoric acid fuel cell was designed, built, and tested successfully. Dendritic web silicon photocells were built and tested, and that business was later sold and transferred to Solar Power Industries Inc. of West Newton, Pa. AESD engineers also built a prototype for a magnetohydrodynamic (MHD) system utilizing hot plasma gases emitted by a coal fired power plant. The exhaust gasses passed through a copper plate channel, generating additional electricity [up to 30%].

Отделы передовых энергетических систем

В то время, когда AESD был активен, на Большом участке также располагался Департамент термоядерных энергетических систем Westinghouse (FPSD), который принимал участие в разработке и запуске токамачного реактора в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) в 1982 году. Вместе с Отделом передового преобразования угля (ACCD) и Отделом передовых реакторов (ARD), AESD и FPSD составляли Бизнес-подразделение передовых энергетических систем (APSBU) компании, которое находилось на площадке Waltz Mill Site в Мэдисоне, штат Пенсильвания, вдоль трассы I-70, в нескольких милях к западу от развязки Нью-Стентон Пенсильванской магистрали (I-76). ACCD эксплуатировал демонстрационную установку процесса газификации угля (PDU), финансируемую Министерством энергетики в начале 1970-х годов, и проводил связанные с ней исследовательские проекты. ARD имела контракт на разработку планируемого проекта реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем (LMFBR) в Клинч-Ривер, штат Теннесси, недалеко от Национальной лаборатории Оук-Ридж. Газификатор PDU в конечном итоге был продан компании Kellogg Rust, которая эксплуатировала его под названием Kellogg Rust Westinghouse, а затем KRW Energy Systems. Финансирование проекта LMFBR было прекращено в 1983 году, и ARD был объединен с AESD на Большом участке под руководством доктора В. Говарда Арнольда. Одновременно был сформирован новый Отдел услуг по работе с отходами (WTSD) под руководством Лео П. Даффи для решения вопросов обращения с ядерными отходами и их утилизации. И Арнольд, и Даффи имели многолетний опыт работы с ядерными технологиями в Westinghouse на предприятиях Bettis, WANL и в государственных лабораториях.

1980-е и далее

Джон Ясински, генеральный менеджер ACCD в конце 1970-х годов, стал генеральным менеджером подразделения Advanced Power Systems в начале 1980-х годов и был назначен генеральным директором Westinghouse Electric Corporation в начале 1990-х годов. К 1995 году Ясински возглавил GenCorp Inc. в качестве председателя и генерального директора, а Westinghouse приобрела и объединилась с Columbia Broadcasting System (CBS), приняв название CBS и начав продажу всех непрофильных активов. Это ознаменовало конец существования Westinghouse Electric Corporation в ее историческом виде, хотя название "Westinghouse" продолжает использоваться в различных формах для компаний, работающих в таких разнообразных отраслях, как коммерческая атомная энергетика, лампы накаливания и крупная и мелкая бытовая техника. Бывший крупный объект WANL/AESD/FPSD был окончательно закрыт в начале 1990-х годов, а помещения были сданы в аренду различным коммерческим арендаторам. В 1994 году группа бывших сотрудников этого объекта основала Pittsburgh Materials Technology Inc. (PMTI) для развития разработок Westinghouse, включая передовые жаропрочные металлические сплавы. По состоянию на 2007 год PMTI продолжала плавить, обрабатывать и испытывать сплавы на основе ниобия, тантала и ванадия для широкого круга клиентов, особенно в аэрокосмической отрасли. В мае 2010 года компания была приобретена Thermacore Inc., базирующейся в Ланкастере, штат Пенсильвания, которая переименовала PMTI в Thermacore Materials Technology и перенесла производство в Ростравер, штат Пенсильвания. Впоследствии Boyd Corporation закрыла PMTI/Thermacore Materials Technology. Оборудование для пайки было переведено в Ланкастер, а оборудование для жаропрочных сплавов было продано или выведено из эксплуатации.