Почему в самолетах не используются ядерные двигатели?

TL;dr - слишком тяжелый :-)

Это просто плохой источник энергии для чего-то вроде самолета.

Ядерная энергия отлично подходит для тех случаев, когда вам нужна непрерывная выработка в течение длительного периода времени, например, спутник, который будет работать годами без обслуживания или дозаправки. Очень небольшое количество ядерного материала в РИТЭГах, таких как на «Вояджере-1» и «Вояджере-2» , может обеспечить тепловую энергию, которую можно использовать для питания спутника. Эта модель работает в этом случае использования, потому что единственная реальная альтернатива (солнечная энергия) не имеет требуемой мощности, поскольку корабль «Вояджер» улетает все дальше от Солнца.

Кроме того, подводные лодки являются хорошим вариантом использования — если вы остаетесь под водой в течение нескольких месяцев или даже лет, дизельное топливо или что-либо, использующее кислород, не подходит, поэтому атомная электростанция идеальна.

Но в то время как для спутника силовая установка может быть очень маленькой, поскольку реальная требуемая выходная мощность невелика, для питания самолета или подводной лодки вам потребуется большая силовая установка, а для этого также потребуется много экранирования (как побочный эффект ядерная реакция это излучение...)

На подводной лодке это нормально - с весом можно справиться, а на самолете вес имеет решающее значение. Вы просто не можете сделать это эффективно и безопасно. Вам нужна защита, которая может выдержать аварию, которая будет очень тяжелой, поэтому у вас не останется ни пассажиров, ни груза.

В значительной степени его не возродили, потому что единственный реальный вариант использования устарел. США и СССР были заинтересованы в атомных дальних бомбардировщиках. План состоял в том, чтобы флот бомбардировщиков слонялся по Арктике, чтобы, если потребуется ядерный армагеддон, они уже были на полпути к своей цели. Их также было бы очень трудно уничтожить в рамках первого удара, поскольку они были бы вне досягаемости вражеских истребителей и были бы широко рассредоточены. Самолет с ядерным двигателем не нуждался бы в дозаправке, поэтому ограничение продолжительности полета было бы в основном связано с устойчивостью экипажа. С спасательной командой на борту вы можете легко представить многодневную миссию. Все это дало бы надежное ядерное сдерживание.

Однако появление в конце 1950-х годов высотных ракет класса «земля-воздух» означало, что любой первый или второй удар бомбардировщиков будет уязвим для ПВО противника. В результате ракеты стали предпочтительным методом доставки как для первого, так и для второго удара. Выживание против первого удара теперь обеспечивалось широко рассредоточенными шахтами на суше и ракетами на подводных лодках.

Разведка — это единственное другое применение, которое я могу придумать для самолета, который может находиться в воздухе несколько дней подряд. Но он по-прежнему уязвим для противовоздушной обороны, и разведывательная миссия также перемещалась на другую платформу (спутники) с конца 1950-х годов.

Для всего, где вам не нужна огромная выносливость, ядерная энергия не имеет особого смысла. Две основные проблемы — неизбежность аварий и вес. B - 36, который был модифицирован как испытательный стенд, имел 12-тонный экранированный модуль кабины и не менее пяти тонн свинца между ним и реактором, а также баки с водой, которые действовали как защита и охлаждение. Все это тяжелое (и должно быть близко к двигателям), поэтому оно должно быть в середине самолета. Итак, если вы хотите построить авиалайнер с ядерной установкой (например, для беспосадочных рейсов Европа-Австралия/Новая Зеландия), вам понадобится еще один экран за реактором, а реактор и экран серьезно уменьшат размер пассажирского салона. кабины и, следовательно, потенциальный доход.

С положительной стороны, вы сэкономите 150 тонн керосина на своем дальнем рейсе, но кажется, что атомная энергетика в целом все еще тяжелее. Например, планировалось построить взлетно-посадочную полосу длиной 15 000 футов на авиабазе Карсвелл, чтобы позволить предполагаемому Convair X-6 взлететь. Для сравнения, даже в крупных коммерческих аэропортах самые длинные взлетно-посадочные полосы, как правило, находятся в диапазоне 10-13 000 футов.

Потому что у такого самолета не было практической цели. Во-первых, и это наиболее важно, соображения безопасности, связанные с такой конструкцией самолета, сделают его использование в гражданской авиации более или менее невозможным, особенно когда все больше и больше стран избегают ядерной энергетики.

Это оставляет армию. С таким приложением довольно много проблем. Наиболее важным из них будет вес. Стоимость защиты экипажа и оружия (которое по умолчанию должно быть ядерным) будет непомерно высокой. Например, первый (и единственный) «атомный» самолет Convair NB-36H имел 11-тонную экранированную кабину.

На НБ-36Н устанавливается специальная экранированная кабина; изображение с сайта Aviation-history.com

Это примерно треть полезной нагрузки самолета. Добавьте к этому защиту реактора, и у самолета не будет никакой значимой полезной нагрузки. Даже в случае с кораблями атомные корабли имеют значительный вес, спасенный только за счет низкой стоимости топлива (и места), связанного с ним.

Существуют значительные затраты, связанные с обслуживанием ядерного оружия и его безопасным обслуживанием, что было бы непомерно высоким для парка самолетов с ядерными двигателями. ВВС США вложили почти миллиард долларов в ядерный самолет, ничего не заработав. Ракеты с ядерными боеголовками более рентабельны и более живучи, чем эти неуклюжие звери в воздухе.

Единственным достоинством атомного самолета является его практически неограниченная дальность и выносливость, что полезно только в случае стратегических бомбардировщиков на непрерывном патрулировании с массированным ядерным оружием свободного падения, что сегодня не имеет смысла (по иронии судьбы из-за атомных подводных лодок с ракетами). Достижения в области самолетов и двигателей привели к появлению ряда самолетов с дальностью полета более 10 000 м, что более чем достаточно для всех практических целей и может быть увеличено за счет дозаправки в воздухе.

Даже если все эти технологические проблемы будут преодолены, самолеты с ядерными двигателями будут перебором - нет смысла иметь самолет неограниченной дальности и выносливости, если экипаж не может есть - даже в случае атомных подводных лодок еда - это самое главное. критический ресурс. Ядерная силовая установка может быть использована в межзвездном корабле, который требует подачи топлива в течение очень длительного времени с жесткими ограничениями по массе и объему топлива, но в случае самолета это было бы бесполезно.

Что, если самолет с ядерным двигателем разобьется? Было бы почти невозможно сконструировать реактор, который мог бы выдержать удар со скоростью более 500 миль в час, и у вас возник бы серьезный радиационный беспорядок, который нужно было бы попытаться очистить.

Двигатель «прямого цикла», в котором воздух нагревается непосредственно реактором, облучает воздух и оставляет за собой радиоактивный след. И советский TU95LAL, и американская ядерная крылатая ракета SLAM планировали использовать двигатель с прямым циклом. В SLAM радиоактивный след считался частью вооружения. Конечно, ни одна из сторон полностью не объяснила, как они могут защитить своих людей в районе, где будет запущено такое чудовище.

У Convair NB36H были планы на двигатель непрямого цикла, который не оставлял бы радиоактивного следа, но он так и не продвинулся дальше стадии подъема работающего реактора наверх.

В конце концов, совершенство дозаправки в воздухе в 1950-х годах отменило необходимость в дополнительной дальности, которую обещал самолет с ядерным двигателем, в то время как сложности и потенциальные опасности так и не были полностью решены.

Здесь уже есть отличные ответы, но я также хотел бы добавить...

В 50-х годах был атомный век. Мы думали, что расщепление атома — лучшее, что можно было сделать после нарезанного хлеба. Но это было в то время, когда мы, люди, понятия не имели о долгосрочных последствиях радиации и радиационного отравления. Действительно, только спустя десятилетие после сброса бомб во время Второй мировой войны долгосрочные последствия стали очевидны и были просто ужасны. Тем временем мы провели всевозможные наземные испытания с «добровольцами» в окопах, подвергшихся воздействию взрывной радиации и радиоактивных осадков.

Пока мы не осознали это, возникали всевозможные причудливые идеи, которые сегодня мы бы назвали смехотворными. Среди них была идея разместить реактор внутри самолета и пролететь над населенными пунктами.

Сегодня мы знаем лучше, и вероятность того, что кто-то сделает что-то подобное, за исключением, возможно, какого-нибудь удаленного беспилотника, который, возможно, пролетит над океаном, равна нулю. По крайней мере, в развитых странах.

В то время были и другие странные идеи. В то же время было открыто микроволновое отопление. Кто-то думал, что мы можем обогревать наши дома микроволнами вместо печей. В доме было бы холодно, но наши тела были бы очень теплыми.

Дело в том, что когда новые технологии появляются сами по себе, люди обычно пытаются использовать их по-новому и по-разному. Только позже срабатывает проверка на вменяемость.

Наряду со всеми другими причинами есть еще одна - ядерные реакторы содержат много энергии , но не так хороши в мощности .

Самолет взлетает, используя 100% дроссельную заслонку. После выхода на крейсерский режим скорость снижается примерно до 55-70%. Во время боевой миссии они могли сбрасывать скорость до 100% практически мгновенно.

Ядерные реакторы не любят дросселировать. Тот, что рядом с моим домом, может дросселировать примерно на 15% в течение 24 часов. Можно сделать и получше, как на атомных подводных лодках, но начинаешь все сложнее и сложнее.

Так вот где они были в 50-х годах, когда Атлас только начинал созревать. Зачем возиться со всей этой сложностью, если вы можете иметь ту же самую бомбу, просто находящуюся в бункере, готовую к работе, когда вы нажимаете кнопку?

Существующие ответы уже хорошо охватили вес, отсутствие необходимости и проблемы безопасности при столкновении, но есть и дополнительная причина, особенно для гражданских авиалайнеров: угон. Обезопасить ядерный реактор на электростанции можно, потому что он находится в одном месте, и мы можем строить вокруг него заборы и стены с вооруженной охраной. Хотя подводные лодки и авианосцы не стоят на месте, любой, кто попытается атаковать один из них, чтобы получить его расщепляющийся материал, будет иметь очень плохой день не с того конца морской пушки (или торпеды, ракеты и т.

К сожалению, история показала нам, что угнать авиалайнер гораздо проще, чем атаковать боевую авианосную группу или атомную электростанцию. Если мы начнем размещать значительное количество расщепляющихся материалов на бортах авиалайнеров, у «красных» стран или террористических групп, ищущих такие материалы, будет больше стимулов для захвата авиалайнеров с целью получения топлива. Учитывая отдаленные уголки мира, которые должны посетить авиалайнеры как с грузом, так и с пассажирами, было бы несложно захватить несколько из них в короткие сроки или, возможно, даже украсть у них топливо, пока они сидят на какой-нибудь удаленной рампе. По сравнению с другими способами получения значительного количества расщепляющегося материала, это было бы довольно просто.

Кроме того, если кто-то попытается провести еще одну атаку в стиле 11 сентября, самолет превратится в гигантскую грязную бомбу. Фигово.

Я полагаю, что самолеты с ядерными двигателями никогда не выходили из экспериментов из-за страха, что один из них упадет на ваш задний двор. Самолет с паровым двигателем поднялся в воздух, Besler Steam; возможность ядерного реактора, приводящего в движение пропеллеры, как в B-36, но через паровые турбины, кажется реалистичной. Аналогичная концепция использовалась для межпланетных зондов, использующих тепло радиоактивных изотопов для производства энергии. СССР был приписан бомбардировщику с ядерной энергией, США попытались купить Saunders-Roe Princess для преобразования его в ядерную энергию, но летающая лодка была сильно повреждена из-за нехватки денег, чтобы должным образом сохранить ее.

Мы можем обсудить это на самом общем уровне, не вдаваясь в технические детали.

1. Чрезвычайно сложно безопасно эксплуатировать ядерный реактор и его топливо даже на суше; аварий много .
2. В море это сложнее, и это привело к значительному выбросу радиоактивности в окружающую среду .
3. Уровень сложности безопасной эксплуатации ядерного реактора в сложных условиях пилотируемой авиации непомерно высок.

Все более жесткие условия каркаса в последовательности «земля — море — воздух» распространяются не только на реактор, но и на сам корабль. На суше и на море потеря тяги или некоторые структурные повреждения обычно не фатальны (в конце концов, наземная АЭС по своей конструкции является стационарной); в воздухе это часто бывает.

Неслучайно, например, контейнеры с отработавшим топливом перевозят поездами и грузовиками, а не летают, хотя это позволило бы избежать многих неприятностей с протестующими.