核動力飛機

核動力飛機

飛行器
核動力飛機的研究肇始于冷戰時期的蘇聯和美國,據推測這種飛機可以保證一個國家的戰略轟炸機攜帶核武器在空中飛行非常長的時間,從而形成一種行之有效的核威懾戰術。沒有任何一個國家曾經生産過核動力飛機。一個從未被完全解決的設計問題是如何為乘員加裝一套沉重的防輻射屏蔽層以免他們遭到核輻射。1960年代洲際彈道導彈技術得到發展後對此類飛行器的戰術改進被大為削減,有關的計劃紛紛取消。由于這項技術與生俱來的巨大危險性,它從未被考慮用于民用。《飛行國際》雜志科技羅布·柯皮格表示,核反應堆更适于安裝在用于偵察或近距離格鬥的無人駕駛飛機上,因為相比于客機,無人駕駛飛機不必采用大量的防護措施。
    中文名: 外文名: 所屬品牌: 名稱:核動力飛機 英文名:nuclear aircraft 國家:美國、蘇聯等 所屬領域:固定翼飛行器

研制曆史

冷戰初期,美國和蘇聯為了取得軍事上相對于對方的壓倒性優勢,曾經制訂過一系列瘋狂的武器研制計

劃,核動力飛機堪稱“瘋狂中的瘋狂”。

在二次世界大戰後的一段時間裡,令人恐懼的“蘑菇雲”是大衆唯一能與核能聯系起來的印象,但很快這種吓人的印象便被一股“核能狂熱”思潮取代,核能被認為将成為一種服務于社會的新型産業,将引來一場新的革命。而作為20世紀象征之一的飛機也不可避免地與核動力聯系在了一起。理論上,一鎊濃縮鈾燃料釋放的能量可以驅動一架飛機不停的環繞地球飛行80圈。随着冷戰的開始,美國需要這種航程幾乎不受限制的轟炸機

NB-36H核動力轟炸機(前)與B-29轟炸機,注意其垂尾上的“核”标志。

美國軍方的核動力飛機——“飛機核能推進計劃”(NEPA)開始于1946年。

NEPA計劃由費爾柴德公司發動機和飛機分部負責實施,項目的主管部門則是美國原子能委員會(AEC)。

1951年,核動力飛機開始投入真正的研制,通用電氣公司負責開發機載核反應堆,康維爾公司和洛克希德公司負責開發合适的載機,首次飛行被樂觀地預定于1956年進行。原子能委員會和美國空軍的一場豪賭開始了。康維爾公司決定改裝兩架基本型的B-36H轟炸機(當時世界上最大的轟炸機),以容納核反應堆動力裝置,改進後的飛機重新編号為X-6而第三架改裝後的B-36H被賦予了NB-36H的型号,作為專門的飛行試驗平台。

95LAL的反應堆安裝在彈倉内,周圍以鉛和塑料隔層作為屏蔽,飛機周身布滿放射探測器。

研制計劃一開始,許多令人束手無

策的技術難題便接踵而至,其中最主要的就是反應堆的核輻射防護問題。按照當時的設計,“反應堆—噴氣發動機”式的動力裝置準備安裝在X-6的後彈艙中,其中4台渦噴發動機位于後機身的下部。防護部分包括:包圍反應堆的大型水箱,其中水同時到屏蔽和反應堆核心慢化劑的作用;座艙後方的圓形防護罩,由鉛和鋼組成,直徑2米,厚10厘米。盡管在這樣的防護之下,當時還是有人擔憂超劑量的核輻射洩漏出來。對于一架設計留空時間也許長達數周的飛機來說,輻射的累積效應是非常大的

NB-36H轟炸機的駕駛室,被多重防護外殼所包裹。

1955年,在愛達荷州的一個試驗場,發動機在被稱作“熱傳導反應堆試驗一号”(HTRE-1)的地面試驗台上做了運行。工程師們測試了由應堆、輻射防護罩、兩台X-39發動機、管道、控制部件和各種儀表組成的完整的飛機動力裝置。1957年,又測試了其他的反應堆核心,HTRE-2号和3号裝置稍微減輕了部分重量。據公布的信息顯示,HTRE-3号發動機在飛機以740千米/時速度巡航時,航程可以達到48300千米。

此後,NB-36H搭載試驗反應堆在1955至1957年間共完成了47次飛行。反應堆雖然并不提供動力,但卻提供了大量的關于核輻射影響據。NB-36H每次飛行時,都有一架滿載全副武裝的陸戰隊員的波音C-97運輸機伴飛。一旦NB-36H墜毀,C-9上的士兵馬上跳傘并負責封鎖墜機現場。對于執行這一任務的士兵們來說,這無疑是一項非常危險的使命。從某種意義上說,他們是在為一枚飛行核彈護航。有人開玩笑的給這支特殊的部隊起名叫“黑暗中的閃光”,很有些黑色幽默的味道。幸運的是墜機事故并沒有發生過,NB-36H最終于1957年末在沃斯堡基地安然退役。在擱置數月後,NB-36H被拆毀。

當蘇聯克格勃獲悉美國正在研制B-36核動力飛機,蘇聯領導人真的坐不住了,随即開始了自己的核動力戰略轟炸機計劃。1955年8月12日,蘇聯部長會議下達第1561-868号決議,要求組織一批科研機構和航空企業從事核動力飛機的研究。代号圖-119的計劃随即啟動,也就是在圖-95戰略轟炸機上使用蘇聯自己的VVR-C核反應堆。采用4台核發動機,為了減輕核輻射對機組人員的影響,發動機分成上下兩層,并排安裝在飛機尾部的隔離艙裡。

導彈和炸彈則直接安裝在懸挂架上,部署在機艙内部。其設計複雜程度遠遠高于NB-36H。憑借諸多成熟部件,許多人都認為這架圖-119肯定會成為蘇聯乃至世界上第一架核動力飛機,但最後還是因為短期内無法解決反應堆的有效控制和散熱問題而擱淺。1962年,蘇聯第一架核動力飛行平台圖-119試飛成功,這架核動力飛機一共進行了60多的飛行試驗。後來,和美國一樣,蘇聯認為,既然已擁有洲際彈道導彈,核動力飛機就顯得多餘了,于是放棄了測試項目。

核動力的巨大魅力不僅吸引了美國人,蘇聯人同樣對核動力飛機充滿興趣。相關的研究計劃從1955年開始在蘇聯“原子彈之父”伊戈爾·庫爾恰托夫的指導下開始。最初的研究中考慮了不同級别的發動機和反應堆,并在1965年獲得批準制造一架飛行試驗平台。飛行試驗平台在圖波列夫的圖-95“熊”式大型轟炸機的基礎上改裝而成,被賦予圖-95LAL的新編号。與NB-36H類似,圖-95LAL雖然攜帶反應堆,但仍依靠常規動力飛行。

1961年5月,圖-95LAL首次升空。其反應堆安裝在彈倉内,周圍以鉛和塑料隔層作為屏蔽,飛機周身布滿放射探測器。至同年8月,圖-95LAL共進行了34次飛行。飛行試驗的結果令人鼓舞,所以真正使用核動力發動機的圖-95改型的設計工作也随後開始,新機編号圖-119。

圖-119的設計之初考慮了多種動力方案,包括核動力渦扇發動機和核動力渦槳發動機等,最終決定采用NK-14A型核動力渦槳發動機,計劃于1965年實現首飛。但後來也許是遇到了與美國同行相同的難以解決的技術問題并受到美國ANP計劃下馬的影響,蘇聯人終止了自己的核動力飛機研制計劃,圖-119也永遠失去了起飛的機會。

美國愛達荷州科學家賈森·巴恩斯領導一個30人團隊設計出了新型核動力飛機(Aviatr),科學家希望将來能通過這架飛機拍攝的3D照片繪制出土衛六“提坦”的星球表面地質圖。

前景

據英國《泰晤士報》報道,英國科學家正在呼籲政府實施一個規模龐大的研究計劃----研制核動力客機,用以幫助航空業從礦物燃料向核燃料轉變。

站不停直飛澳洲

核動力飛機聽起來好像是來自《雷鳥神機隊》的一個概念,但它們距離現實似乎并不遙遠。一個由英國政府資助的研究計劃的負責人認為,核動力飛機将在本世紀下半葉走進我們的生活,全世界數百萬乘客将依靠這種新型飛機出行。這個項目旨在減少航空業對環境的危害。

裝有核反應堆的客機将從倫敦一站不停直飛澳大利亞或新西蘭,因為客機不再需要着陸加油。這種飛行還不會排放二氧化碳,由此,不會對環境造成任何危害。英國克蘭菲爾德大學航空航天工程學教授、政府資助的“歐米加”(Omega)計劃科技主管伊恩·波爾呼籲政府啟動一個大型研究項目,用以幫助航空業從礦物燃料向核燃料轉變。

10月27日晚,在英國皇家航空學會的一次講話中,波爾表示,冷戰時期的試驗已表明,開發核動力飛機不存在任何不可克服的障礙。美蘇兩國在20世紀50年代開始研制核動力轟炸機。按照兩國科學家的設想,核動力轟炸機可以長時間在空中飛行,伺機對目标展開攻擊。美國在地面測試了核動力噴氣發動機,另外還在加裝有防輻射機艙和核反應堆的B-36噴氣機上進行了飛行測試。

核反應堆在B-36噴氣機于德克薩斯州西部和新墨西哥南部上空的飛行途中“發熱狀态下運轉”(ran hot),但發動機采用煤油作為動力。這一系列飛行試驗的目的是證明機組人員身在機艙很安全,不會遭受核反應堆的輻射。

安全性令公衆擔憂

每次飛行試驗時,一架滿載海軍陸戰隊員的飛機都進行護航,時刻準備應對意外事故的發生,通過降落傘降至地面維護事發地點安全。20世紀60年代初期,美蘇兩國認為,既然已擁有洲際彈道導彈,核動力飛機就顯得多餘了,于是放棄了核動力飛機測試項目。

波爾教授在接受《泰晤士報》采訪時表示:“我們需要尋求一個解決航空二氧化碳排放的方案,由此可以讓飛機長時間飛行,同時不會對環境造成任何危害。我們需要一種不是由煤油驅動的飛機設計。我認為核動力飛機在2050年以後将會是答案。這一概念在50年前便已得到證明,但我想我們可能需要用30年才能說服公衆相信把核動力飛機作為交通工具的必要性。”

波爾表示,一個重大挑戰是讓乘客和機組人員相信,核反應堆不會對他們的身體健康造成任何傷害。他說:“核潛艇就沒有對船員造成任何傷害,那麼,将核反應堆連同發動機安裝在機翼上,飛機同樣可以做到這一點。假設墜機事故不幸發生,我們亦可在墜機前将核反應堆彈射出機艙,通過降落傘使其安全着陸,由此降低核反應堆打開的風險。”

核動力被妖魔化

波爾表示,即便是在最糟糕的假設情況下,包在核反應堆周圍的裝甲被穿透,那麼存在的風險無非是放射性物質污染方圓幾平方英裡的區域。他說:“倘若我們想要在不讓環境遭受任何危害的前提下,繼續享受航空旅行帶來的種種益處,那麼我們需要探索核動力的潛力。如果航空業仍堅持使用礦物燃料,它終将遭遇嚴重的問題。不幸的是,核動力已被妖魔化,但它确實具有對人類存在諸多益處的潛力。”

波爾表示,如果不采用核動力,那麼另一個選擇則是開發氫燃料飛機,氫可以通過核電站從海水中提取。不過,他認為,盡管氫适用于陸路交通使用,但它的能量密度大大低于煤油,所以,設計可攜帶足夠多燃料的遠程客機的難度非常大。

《飛行國際》(Flight International)雜志科技編輯羅布·柯皮格(Rob Coppinger)表示,核反應堆更适于安裝在用于偵察或近距離格鬥的無人駕駛飛機上,因為相比于客機,無人駕駛飛機不必采用大量的防護措施。

波爾教授還将就未來十年如何提高波音737和空客A320等短途飛機的效率公布一份研究報告。他認為,替代這些飛機的新一代飛機可能飛行速度較慢,将使歐洲範圍内飛機慣常飛行時間增加10分鐘左右。它們還可能采用開式轉子發動機(open-rotor engine),與當前使用的噴氣發動機相比,這種發動機能耗降低了20%,但缺點是噪音更大。

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