Реактор на самолете

Быть или не быть? Вот в чем вопрос…

Еще в начале 1952 года в секторе № 6 Лабо­ра­то­рии № 2 были про­ве­дены первые оценки воз­мож­но­сти соз­да­ния тяже­лого само­лета с атомным реак­то­ром в каче­стве дви­га­тель­ной уста­новки. Исходя из них, А. П. Алек­сан­дров, заме­сти­тель дирек­тора Лабо­ра­то­рии № 2 АН СССР по научной части, научный руко­во­ди­тель работ «само­лет­ной» тема­тики, в июне того же года фор­му­ли­рует кри­ти­че­скую про­блему атом­ного лета­тель­ного аппа­рата — соз­да­ние реак­тора воз­душ­ного охла­жде­ния с мак­си­мально воз­мож­ной тем­пе­ра­ту­рой выхо­дя­щего газа (порядка 1000 град. Цельсия).

В 1954 году к задаче соз­да­ния реак­тора для атом­ного само­лета под­клю­чи­лись ученые лабо­ра­то­рии «В» (ФЭИ), которые изучали воз­мож­ность исполь­зо­ва­ния в каче­стве ави­а­ци­он­ной ядерной силовой уста­новки (АЯСУ) реак­тора с жид­ко­метал­ли­че­ским теп­ло­но­си­те­лем (натрий, литий) в реак­тор­ном контуре. Научный отчет по про­блеме за под­пи­сью А. И. Лейпун­ского был напра­в­лен в ави­а­ци­он­ные КБ. После­ду­ю­щие иссле­до­ва­ния, выпол­нен­ные ФЭИ сов­местно с Цен­траль­ным инсти­ту­том ави­а­ци­он­ного мото­ро­стро­е­ния (ЦИАМ) пока­зали прин­ци­пи­аль­ную воз­мож­ность соз­да­ния АЯСУ зам­кну­той схемы для само­лета с тур­бо­вин­то­вым или тур­бо­ре­ак­тив­ным дви­га­те­лем (тур­бо­ре­ак­тив­ный дви­га­тель с атомным реак­то­ром по кон­струк­ции похож на обычный тур­бо­ре­ак­тив­ный дви­га­тель, только если в послед­нем тяга соз­да­ется рас­ши­ря­ю­щимися при сго­ра­нии керо­сина рас­ка­лен­ными газами, то в первом воздух нагре­ва­ется атомным реак­то­ром).

Изна­чально рас­сма­т­ри­вались две схемы исполь­зо­ва­ния ядер­ного дви­га­теля: откры­того и закры­того типа. В первой рабочее тело (воздух) подаётся напря­мую в реактор, что поз­во­ляет полу­чить мак­си­маль­ную мощ­ность дви­га­теля, но сопро­во­жда­ется сильным ради­а­ци­он­ным загряз­не­нием воздуха. В силовой уста­новке закры­того типа воздух нагре­ва­ется не в первом контуре реак­тора, а в теп­ло­об­мен­нике, что суще­ственно снижает и уровень загряз­не­ния окру­жа­ю­щей среды, и мощ­ность дви­га­теля.

На пути раз­ра­бот­чи­ков воз­ни­кла труд­но­устра­ни­мая пре­града — ради­а­ция. А. И. Лейпун­ский кон­ста­ти­рует, что при весе силовой атомной уста­новки в 50-60 тонн на биоло­ги­че­скую защиту при­дется две трети веса. При этом раз­ра­бот­чики исхо­дили из допу­сти­мой дозы облу­че­ния пилотов в 50 бэр, при том, что допу­сти­мая годовая доза облу­че­ния пер­со­нала АЭС в нор­маль­ных усло­виях соста­в­ляла 5 бэр.

Полу­ча­лось, что кри­ти­че­ским узлом атом­ного само­лета явля­ется ради­а­ци­он­ная защита, и её соз­да­ние фак­ти­че­ски опре­де­ляло «быть или не быть» лета­ю­щему реак­тору. В секторе № 6 Лабо­ра­то­рии № 2 при­сту­пили к соз­да­нию горя­чего нейтронно-физи­че­ского стенда ФР-100 для изу­че­ния харак­те­ри­стик ави­а­ци­он­ного уран-берил­ли­е­вого реак­тора, вве­ден­ного в строй в 1957 году.

Расчеты пока­зы­вали, что полную кру­го­вую защиту реак­тора обес­пе­чить невоз­можно, поэтому раз­ра­бот­чики пошли по пути соз­да­ния про­фи­ли­ро­ван­ной защиты реак­тора и экипажа. Путем тео­рети­че­ских и экс­пе­ри­мен­таль­ных иссле­до­ва­ний на стендах Лабо­ра­то­рии № 2 и на первом в СССР иссле­до­ва­тель­ском водо-водяном реак­торе ВВР-2 были подо­браны новые мате­ри­алы, погло­ща­ю­щие нейтрон­ное и гамма-излу­че­ние, такие как поли­эти­лен и церезин с при­сад­кой карбида бора, опре­де­лено опти­маль­ное раз­ме­ще­ние защиты на само­лете, нача­лось изу­че­ние физики рас­се­я­ния излу­че­ния в воздухе и дета­лями кон­струк­ции аппа­рата и влияние ради­а­ции на работу ави­а­ци­он­ных при­бо­ров.

12 августа 1955 года вышло Поста­но­в­ле­ние Совета Мини­стров СССР, по кото­рому к атомной ави­а­ци­он­ной тема­тике под­клю­чались неко­то­рые пред­при­ятия ави­а­ци­он­ной про­мыш­лен­но­сти, и первым из них стало ОКБ-23 под руко­вод­ством В. М. Мяси­щева, зани­мав­ше­еся в то время раз­ра­бот­кой сверх­зву­ко­вого меж­кон­ти­нен­таль­ного бом­бар­ди­ров­щика М-50. К проекту под­клю­чи­лось и «дви­га­тель­ное» ОКБ под руко­вод­ством Н. Д. Куз­не­цова, зани­мав­ше­еся в то время раз­ра­бот­кой реак­тив­ных дви­га­те­лей раз­лич­ного назна­че­ния — на него воз­ла­гались работы по ядерной силовой уста­новке закры­того типа.

В июле 1956 года пред­ва­ри­тель­ный проект бом­бар­ди­ров­щика был закон­чен и получил индекс М-60. Четыре атомных тур­бо­ре­ак­тив­ных дви­га­теля с реак­то­ром откры­того типа пла­ни­ро­ва­лось раз­ме­стить в хво­сто­вой части фюзе­ляжа, а пилотов — в глухой свин­цо­вой капсуле. Отсут­ствие визу­аль­ного обзора лет­чи­ков ком­пен­си­ро­вали опти­че­ский пери­с­коп, теле­ви­зи­он­ные и ради­оло­ка­ци­он­ные экраны.

Расчеты пока­зали, что для дости­же­ния тре­бу­е­мой тяги дви­га­теля теп­ло­вая мощ­ность реак­тора должна соста­в­лять не менее 40 МВт. Пред­по­ла­га­лось, что из-за силь­ного излу­че­ния силовые уста­новки будут кре­питься к само­лету непо­сред­ственно перед полетом и без участия людей. Из-за мно­го­чи­с­лен­ных тех­ни­че­ских слож­но­стей от проекта М-60 при­шлось отка­заться, и в даль­нейшем раз­ра­бот­чики ори­ен­ти­ро­вались только на ядерные уста­новки закры­того типа.

Сле­ду­ю­щий проект атом­ного само­лета с ядерной уста­нов­кой закры­того типа с жид­ко­метал­ли­че­ским теп­ло­но­си­те­лем в ОКБ-23 получил индекс М-30. Кон­струк­ция реак­тора стала сложнее, зато вес биоло­ги­че­ской защиты экипажа и дви­га­те­лей ока­зался почти вдвое меньше, чем у М-60. Первый полет само­лета был запла­ни­ро­ван на 1966 год, однако дальше чер­те­жей дело так и не пошло.

Парал­лельно с ОКБ-23 про­ек­ти­ро­ва­нием атом­ного само­лета зани­ма­лось и ОКБ А. Н. Тупо­лева, соз­дав­шее к тому времени Ту-95 — тур­бо­вин­то­вой стра­те­ги­че­ский бом­бар­ди­ров­щик-ракето­но­сец. Задача, стоящая перед «тупо­лев­цами», была проще — во-первых, Ту-95 был хоть и сверх­ско­рост­ным, но дозву­ко­вым само­летом, а во-вторых, им пред­сто­яло «вписать» атомный реактор в уже готовый лета­ю­щий аппарат.

Уско­ре­ние работам по соз­да­нию атом­ного само­лета придало пере­дан­ное раз­вед­кой сооб­ще­ние, что в США начались испы­та­ния само­лета NB-36H (бом­бар­ди­ров­щик В-36) с атомным реак­то­ром на борту. И. В. Кур­ча­тов и А. П. Алек­сан­дров на срочно созван­ном сове­ща­нии пришли к выводу, что речь идет об обычном само­лете, на котором реактор уста­но­в­лен для изу­че­ния проблем ради­а­ци­он­ной защиты. Руко­вод­ство страны немед­ленно дало добро на соз­да­ние ана­ло­гич­ной лабо­ра­то­рии, и в марте 1956 года Совет мини­стров СССР пору­чает Тупо­леву начать про­ек­ти­ро­ва­ние лета­ю­щей атомной лабо­ра­то­рии на базе серийного Ту-95М. Ответ­ствен­ным за проект от Инсти­тута атомной энергии (Лабо­ра­то­рия № 2) назна­чили сектор № 6, воз­гла­в­ля­е­мый В. И. Мер­ки­ным.

«Впи­сы­ва­нием» иссле­до­ва­тель­ского атом­ного реак­тора мощ­но­стью 100 кВт в фюзеляж зани­мались кон­струк­тора А. Н. Тупо­лева. Борьба шла за каждый грамм веса, за каждый сан­ти­метр габа­рита, и за пред­ло­же­ния по их умень­ше­нию выпла­чи­вались денеж­ные премии. Вообще деньги на проект атом­ного само­лета выда­вались без огра­ни­че­ний. В конце концов, инже­неры решили про­блему — реактор вошел в задан­ные габа­риты. Будущий опытный атомный ракето­но­сец получил индекс Ту-95ЛАЛ, что рас­ши­ф­ро­вы­ва­лось как «лета­ю­щая атомная лабо­ра­то­рия» (нео­фи­ци­ально — «Ласточка»).

Для наземных испы­та­ний на аэро­дроме под Семи­па­ла­тин­ском в 1958 году постро­или стенд с атомной уста­нов­кой, рас­поло­жив её в выре­зан­ной средней части корпуса само­лета. Посёлок, в котором жили экс­пе­ри­мен­та­торы, кон­струк­торы, тех­ни­че­ский пер­со­нал стенда, нахо­дился на полпути между Семи­па­ла­тин­ском и Кур­ча­тов­ском, поэтому в обиходе все назы­вали его «Поло­вин­кой». Стенд нужен был для про­ве­де­ния дози­мет­ри­че­ских иссле­до­ва­ний в реаль­ной кон­фи­гу­ра­ции само­лёта Ту-95М, а также для оценки рабо­то­с­по­соб­но­сти ави­а­ци­он­ных изделий в реаль­ных усло­виях. На стенде иссле­до­вали ради­о­тех­ни­че­скую бор­то­вую аппа­ра­туру и элек­тро­тех­ни­че­ские агре­гаты, оце­ни­вали вели­чину ради­о­ак­тив­но­сти, вызван­ной воз­действием нейтро­нов, а также её спад во времени. Эти данные были очень важны с точки зрения экс­плу­а­та­ции и после­полёт­ного обслу­жи­ва­ния само­лёта. В ходе физи­че­ского пуска летом 1959 года реактор вышел на про­ек­т­ный уровень мощ­но­сти.

Теперь Ту-95ЛАЛ пред­сто­яли летные испы­та­ния. Реактор и его системы раз­ме­щались на спе­ци­аль­ной плат­форме, которая при помощи лебедок под­ни­ма­лась внутрь фюзе­ляжа через спе­ци­аль­ный люк и закреп­ля­лась на замках. Поскольку реактор должен была пери­о­ди­че­ски под­вер­гаться осмотру, плат­форма могла сво­бодно опус­каться на землю.

Для защиты от ради­а­ции экипажа между носовой и средней частью корпуса само­лета уста­на­в­ли­ва­лась пере­го­родка, изго­то­в­лен­ная из свин­цо­вых плит тол­щи­ной 5 сан­ти­мет­ров и 20-сан­ти­мет­ро­вого слоя из поли­эти­лена и орга­ни­че­ского цере­зина с при­сад­кой карбида бора. Кон­струк­тора про­ек­ти­ро­вали защиту из блочков с пере­кры­тием, чтобы не допус­кать сквозных каналов и воз­мож­но­сти про­стрела излу­че­ния. В мае 1961 года Ту-95М № 7800408 впервые под­нялся в небо. Он нес неболь­шой иссле­до­ва­тель­ский водо-водяной атомный реактор номи­наль­ной теп­ло­вой мощ­но­стью 100 кВт, который не был под­со­е­ди­нен к моторам (самолет летел на четырех тур­бо­вин­то­вых дви­га­те­лях), а пред­на­зна­чался только для иссле­до­ва­ния пове­де­ния техники в усло­виях реаль­ного излу­че­ния и уровня облу­че­ния пилотов. В ходе испы­та­ний также про­ве­ря­лась работа реак­тора в усло­виях полета, воз­действие на него пере­грузки и виб­ра­ции.

В каче­стве теп­ло­но­си­теля и замед­ли­теля нейтро­нов в реак­торе исполь­зо­ва­лась дистил­ли­ро­ван­ная вода. Вода первого контура цир­ку­ля­ции, нагре­ва­ясь в актив­ной зоне реак­тора, через про­ме­жу­точ­ный теп­ло­об­мен­ник отда­вала тепло воде второго контура. Вода второго цир­ку­ля­ци­он­ного контура охла­жда­лась в водо-воз­душ­ном ради­а­торе, который про­ду­вался в полете потоком воздуха через большой воз­ду­хо­за­бор­ник, рас­поло­жен­ный под фюзе­ля­жем. Реактор, окру­жен­ный защит­ной оболоч­кой, состо­яв­шей из свинца и ком­би­ни­ро­ван­ных мате­ри­а­лов, по габа­ритам немного выходил за обводы фюзе­ляжа само­лета и при­кры­вался метал­ли­че­скими обте­ка­те­лями сверху, снизу и по бокам.

Основой актив­ной зоны реак­тора стали кера­ми­че­ские теп­ло­вы­де­ля­ю­щие эле­менты в форме шести­гран­ных трубок в оболочке из алю­ми­ния, ранее раз­ра­бо­тан­ные для кры­ла­той атомной ракеты. Их про­из­вод­ство уже было нала­жено на Уль­бин­ском метал­лур­ги­че­ском заводе в Усть-Каме­но­гор­ске.

Упра­в­ле­ние экс­пе­ри­мен­таль­ным обо­ру­до­ва­нием было пол­но­стью ручным.

Выяс­ни­лось, что в течение двух­д­нев­ного полета пилоты полу­чали облу­че­ние в 5 бэр, поэтому было принято решение, что в экипаж ато­мо­летов будут входить мужчины старше 40 лет, у которых уже есть дети. Кроме того, корпус само­лета после полета сильно «фонил», и уровень ради­а­ции сни­жался до допу­сти­мого уровня только через несколько дней. Акти­ва­ции под­вер­гался и кисло­род, которым экипаж дышал во время высот­ного полёта, — в нём нашли моле­кулы озона.

Всего с мая по август 1961 года бом­бар­ди­ров­щик совер­шил 34 испы­та­тель­ных полета, как с «холод­ным», так и с рабо­та­ю­щим реак­то­ром.

Но в даль­нейшем работы по атом­ному само­лету было пре­кра­щены. Главных причин было две. Во-первых, не было найдено решение про­блемы ради­а­ци­он­ной безо­пас­но­сти при воз­мож­ной аварии ато­мо­лета и после­ду­ю­щего зара­же­ния больших про­стран­ств высо­ко­ак­тив­ными ради­о­и­зо­то­пами. Напри­мер, пред­ла­га­лось осна­стить реак­тор­ный блок пара­шют­ной систе­мой, спо­соб­ной в экс­трен­ном случае отде­лить ядерную уста­новку от корпуса само­лета и мягко ее при­зем­лить, что все равно не давало полной гаран­тии. Во-вторых, оце­ноч­ные затраты на соз­да­ние само­лета с атомной уста­нов­кой составили 1 млрд рублей, что для руко­вод­ства СССР, не жалев­шего денег на обо­ронку, пока­за­лось чрез­мер­ным.

Послед­ним рывком к атом­ному само­лету стала попытка соз­да­ния сверх­даль­него само­лета проти­воло­доч­ной обороны на базе Ан-22 «Антей» с четырьмя атомными тур­бо­вин­то­выми дви­га­те­лями НК-14А, завер­шив­ша­яся в 1972 году.

---

Фотогалерея‍5