Автор: Кузьминова Анастасия Олеговна

Возраст: 13 лет

Место учебы: г. Вологда МОУ «СОШ №1 с углубленным изучением английского языка»

Город: Вологда

Руководитель: Чуглова Анна Брониславовна, педагог физики в старших классах МОУ «СОШ  №1 с углубленным изучением английского языка»

Историко-исследовательская работа по теме:

Есть ли будущее у атомных самолетов?

План:

1.     Введение

2.      Основная часть

       2.1  История развития и возможность использования  атомных самолетов.

 2.2   Основные задачи безопасной  эксплуатации атомных самолетов

 2.3  Практическое применение атомных самолетов

    3. Заключение и вывод

 4. Источники информации

1.Введение.

С разработкой атомных технологий для получения атомной энергии, возник резонный вопрос, можно ли применять атомную энергию для военных целей, кроме атомных бомб? Вот именно тогда и появились атомные подводные лодки, атомные ледоколы. А вот нельзя ли создать самолет на атомной тяге? Чем плохи самолеты на обычно керосине? Все на самом деле просто, взять на борт топлива самолет может относительно немного, так как емкость баков ограничена, а энергоемкость керосина невелика. На обычном топливе самолет имеет достаточно ограниченный радиус действия и время нахождения в воздухе, причем при увеличении скорости (что очень не маловажно для современных самолетов), растет и расход топлива. Другим параметром, делающим атомный самолет более привлекательным, это стоимость керосина, так как большой транспортный самолет только на форсаже при взлете может сожрать десять тонн керосина. А если перебрасывать большие грузы, то надо сотни и тысячи тонн керосина, причем только в один конец, что очень естественно, что идея создать атомный самолет или атомолет, родилась не только  в Советском Союзе, но и в Америке. Так же на земном шаре есть труднодоступные территории, где кроме самолета использование другого вида транспорта невозможно (например районы Арктики, Антарктики). В последнее время данные виды территории активно исследуются, и в недалеком будущем могут активно использоваться. Тем более, что в отсутствии баллистических ракет, обе сверхдержавы очень нуждались в средствах доставки атомных бомб. В начале пятидесятых годов, принципиальная возможность создания атомного самолета или атомолета была научно обоснована. Еще около трех лет велась детальная проработка принципиального устройства атомной силовой установки для атомного самолета. Однако, вместо разработки атомного двигателя для самолета, технологию отрабатывали на ракете «Буря» которая имела атомный двигатель вместо обычного прямоточного, который работал на керосине. Однако, сложности в компоновке ракеты (из-за отсутствия баков для топлива) привели к закрытию проекта, воплощенной ракеты с атомных двигателем так и не было создано. Но, не смотря на все трудности, основные технологии создания атомного двигателя были отработаны. Прямоточный атомный двигатель был достаточно простой конструкции, активная зона нагревала попадающий в нее через жерло воздух, который выбрасывался позади ракеты, таким образом создавалась реактивная тяга. В результате продолжения работ над атомным самолетом или атомолетом, были разработаны различные варианты, такие как М-50, М-60 и необычный М-30.Во всех типах самолетов предлагалось использовать атомные двигатели открытого типа. Однако, в таком случае, возникал вопрос радиационной безопасности, экипажа, который планировалось закрыть в цельнометаллической капсуле, однако, еще требовалось обеспечить нормальный обзор и средства спасения экипажа. Более того, открытый тип двигателя был опасен и для наземного персонала, так как после одного полета, самолет еще фонил в течение нескольких месяцев. Предполагалось создать средства дистанционного обслуживания самолета. Однако, ни один из вышеуказанных модификаций так и не был воплощен в металле.

Первый, воплощенный в металле атомный самолет был создан на базе Ту-95 и назывался Ту-95ЛАЛ. В середине фюзеляжа был создан специальный отсек для реактора, для которого пришлось устанавливать выпуклый фонарь, так как реактор был достаточно габаритным. Ту-95ЛАЛ был первой советской летающей лабораторией, тестирующий различные режимы работы реакторов в полете. В 1958 первый пробный реактор был установлен на борту атомного самолета Ту-95ЛАЛ. Уже в 1959 году данный реактор вышел на расчетную мощность. Сам реактор охлаждался обычной водой, которая циркулировала по каналам внутри него. В мае 1961 года Ту-95ЛАЛ впервые совершил полет с работающим реактором. Всего было выполнено более тридцати вылетов для тестирования различных режимов работы. Далее, последовали разработки атомных самолетов проектов «119» и «120», однако, они носили больше экспериментальных характер. Наиболее интересными, оказались разработки атомного самолета на базе Ан-22, габариты которого позволяли без проблем установить атомный реактор. Ан-22 с атомным двигателем совершил несколько десятков экспериментальных полетов, однако, до настоящего времени ни один атомный самолет не вошел в серию и не эксплуатируется. Основной проблемой для атомного самолета, является его безопасность, так как в случае его падения, зараженной окажется очень большая территория, причем заражение будет вызвано долгоживущими изотопами. Все-таки, атомные технологии еще слишком небезопасны и громоздки, чтобы использоваться на самолетах.

Актуальность.

В наше время самолет играет важную роль в жизни человечества. С его помощью удобно перемещаться из одной точки в другую всего за несколько часов. На данный момент действующие самолеты не могут летать на дальние расстояния без заправок топлива. Атомные виды топлива являются более экономичными, что позволяет значительно уменьшить затраты на перелёты, а так же данный тип машин может летать на длительные расстояния без заправки.

Цели и задачи.

 - Изучить и выявить есть ли будущее у атомных самолетов.

 - Доказать, что данный вид самолетов экологически безопасен, и не оказывает негативного воздействия на человека и окружающую среду.

 - Показать перспективы использования   самолета с атомным двигателем в массовом использовании.

2. Основная часть.

2.1 История развития и возможность использования  атомных самолетов.

В 1950-е гг. в СССР, в отличие от США, создание атомного бомбардировщика воспринималось не просто как желательная, пусть даже очень, но как жизненно необходимая задача. Это отношение сформировалось среди высшего руководства армии и военно-промышленного комплекса в результате осознания двух обстоятельств. Во-первых, огромного, подавляющего преимущества Штатов с точки зрения самой возможности атомной бомбардировки территории потенциального противника. Действуя с десятков военно-воздушных баз в Европе, на Ближнем и Дальнем Востоке, самолеты США, даже обладая дальностью полета всего 5-10 тыс. км, могли достичь любой точки СССР и вернуться обратно. Советские же бомбардировщики вынуждены были работать с аэродромов на собственной территории, и для аналогичного рейда на США должны были преодолеть 15-20 тыс. км. Самолетов с такой дальностью в СССР не было вообще. Первые советские стратегические бомберы М-4 и Ту-95 могли «накрыть» лишь самый север США и сравнительно небольшие участки обоих побережий. Но даже этих машин в 1957 г. насчитывалось всего 22. А количество американских самолетов, способных наносить удары по СССР, достигло к тому времени 1800! Причем это были первоклассные бомбардировщики-носители атомного оружия В-52, В-36, В-47, а через пару лет к ним присоединились сверхзвуковые В-58.

Во-вторых, задача создания реактивного бомбардировщика необходимой дальности полета с обычной силовой установкой в 1950-е гг. представлялась непреодолимо сложной. Тем более, сверхзвукового, потребность в котором диктовалась стремительным развитием средств ПВО. Полеты первого в СССР сверхзвукового стратегического носителя М-50 показали, что с грузом 3-5 т даже при двух дозаправках в воздухе его дальность едва может достичь 15000 км. Но как дозаправляться на сверхзвуковой скорости, да к тому же, над территорией противника, ответить не мог никто. Необходимость дозаправок значительно снижала вероятность выполнения боевой задачи, а кроме того, такой полет требовал огромного количества топлива – в сумме более 500 т для заправляемого и заправляющего самолетов. То есть, только за один вылет полк бомбардировщиков мог израсходовать более 10 тыс. т керосина! Даже простое накопление таких запасов топлива вырастало в огромную проблему, не говоря уже о безопасном хранении и защите от возможных ударов с воздуха.

В то же время, в стране существовала мощная научно-производственная база для решения различных задач применения ядерной энергии. Свое начало она брала от Лаборатории № 2 Академии наук СССР, организованной под руководством И.В.Курчатова в самый разгар Великой отечественной войны - в апреле 1943 г. Вначале главной задачей ученых-ядерщиков было создание урановой бомбы, однако затем начался активный поиск других возможностей использования нового вида энергии. В марте 1947 г. – лишь на год позже, чем в США – в СССР впервые на государственном уровне (на заседании Научно-технического совета Первого главного управления при Совете Министров) подняли проблему использования тепла ядерных реакций в энергосиловых установках. Совет принял решение начать систематические исследования в этом направлении с целью разработки научных основ получения с помощью деления ядер электроэнергии, а также приведения в движение кораблей, подводных лодок и самолетов.

Научным руководителем работ стал будущий академик А.П.Александров.  Рассматривались несколько вариантов ядерных авиационных силовых установок: открытого и закрытого цикла на основе прямоточных, турбореактивных и турбовинтовых двигателей. Разрабатывались различные типы реакторов: с воздушным и с промежуточным жидкометаллическим охлаждением, на тепловых и быстрых нейтронах и т.д. Исследовались приемлемые для применения в авиации теплоносители и способы защиты экипажа и бортового оборудования от воздействия излучения. В июне 1952 г. Александров докладывал Курчатову: «...Наши знания в области атомных реакторов позволяют поставить вопрос о создании в ближайшие годы двигателей на атомной энергии, применяемых для тяжелых самолетов…». Однако чтобы идея пробила себе дорогу, понадобилось еще три года. За это время успели подняться в небо первые М-4 и Ту-95, в Подмосковье начала работать первая в мире атомная электростанция, началась постройка первой советской атомной подлодки. Наша агентура в США стала передавать сведения о проводимых там масштабных работах по созданию атомного бомбардировщика. Эти данные воспринимались как подтверждение перспективности нового вида энергии для авиации. Наконец, 12 августа 1955 г. вышло Постановление Совета Министров СССР № 1561-868, предписывавшее ряду предприятий авиационной промышленности начать работы по атомной тематике. В частности, ОКБ-156 А.Н.Туполева, ОКБ-23 В.М.Мясищева и ОКБ-301 С.А.Лавочкина должны были заняться проектированием и постройкой летательных аппаратов с ядерными силовыми установками, а ОКБ-276 Н.Д.Кузнецова и ОКБ-165 А.М.Люльки - разработкой таких СУ.

Наиболее простая в техническом отношении задача была поставлена перед ОКБ-301, возглавлявшимся С.А.Лавочкиным – разработать экспериментальную крылатую ракету «375» с ядерным прямоточным воздушно-реактивным двигателем конструкции ОКБ-670 М.М.Бондарюка. Место обычной камеры сгорания в этом двигателе занимал реактор, работавший по открытому циклу – воздух протекал прямо сквозь активную зону. За основу конструкции планера ракеты были приняты разработки по межконтинентальной крылатой ракете «350» с обычным ПВРД. Несмотря на сравнительную простоту, тема «375» не получила сколько-нибудь значительного развития, а смерть С.А.Лавочкина в июне 1960 г. и вовсе поставила точку в этих работах.

Коллективу Мясищева, занятому тогда созданием М-50,  предписывалось выполнить предварительный проект сверхзвукового бомбардировщика «со специальными двигателями главного конструктора А.М.Люлька». В ОКБ тема получила индекс «60», ведущим конструктором по ней назначили Ю.Н.Труфанова. Поскольку в самых общих чертах решение задачи виделось в простом оснащении М-50 двигателями на ядерной энергии, причем работающими по открытому циклу (из соображений простоты),  то считалось, что М-60 станет первым в СССР атомным самолетом. Однако уже к середине 1956 г. выяснилось, что так просто поставленную задачу не решить. Оказалось, что машина с новой СУ обладает целым рядом специфических особенностей, с которыми авиаконструкторы никогда ранее не сталкивались. Новизна возникших проблем была столь большой, что никто в ОКБ, да и во всей могучей советской авиапромышленности даже понятия не имел, с какой стороны подойти к их решению.

Первой проблемой стала защита людей от радиоактивного излучения. Какой она должна быть? Сколько должна весить? Как обеспечить нормальное функционирование экипажа, заключенного в непроницаемую толстостенную капсулу, в т.ч. обзор с рабочих мест и аварийное покидание? Вторая проблема – резкое ухудшение свойств  привычных конструкционных материалов, вызванное мощными потоками радиации и тепла, исходящими от реактора. Отсюда - необходимость создавать новые материалы. Третья - необходимость разработки совершенно новой технологии эксплуатации атомных самолетов и постройки соответствующих авиабаз с многочисленными подземными сооружениями. Ведь оказалось, что после остановки двигателя открытого цикла ни один человек к нему не сможет подойти еще 2-3 месяца! А значит, есть необходимость в дистанционном наземном обслуживании самолета и двигателя. Ну и, конечно, проблемы безопасности - в самом широком понимании, особенно в случае аварии такого самолета.

Осознание этих и многих других проблем камня на камне не оставило от первоначальной идеи использовать планер М-50. Конструкторы сосредоточились на поиске новой компоновки, в рамках которой упомянутые проблемы представлялись решаемыми. При этом основным критерием выбора расположения атомной силовой установки на самолете было признано максимальное ее удаление от экипажа. В соответствии с этим был разработан эскизный проект М-60, на котором четыре атомных ТРД располагались в хвостовой части фюзеляжа попарно в «два этажа», образуя единый ядерный отсек. Самолет имел схему среднеплана с тонким свободнонесущим трапециевидным крылом и таким же горизонтальным оперением, расположенным на вершине киля. Ракетное и бомбовое вооружение планировалось размещать на внутренней подвеске. Длина самолета должна была составлять порядка 66 м, взлетная масса - превысить 250 т, а крейсерская скорость полета – 3000 км/ч на высоте 18000-20000 м.
Экипаж предполагалось разместить в глухой капсуле с мощной многослойной защитой из специальных материалов. Радиоактивность атмосферного воздуха исключала возможность использования его для наддува кабины и дыхания. Для этих целей пришлось использовать кислородно-азотную смесь, получаемую в специальных газификаторах путем испарения жидких газов, находящихся на борту. Отсутствие визуального обзора должно было компенсироваться перископами, телевизионным и радиолокационным экранами, а также установкой полностью автоматической системы управления самолетом. Последняя должна была обеспечивать все этапы полета, включая взлет и посадку, выход на цель и т.д. Это логически подводило к идее беспилотного стратегического бомбардировщика. Однако в ВВС настаивали на пилотируемом варианте как более надежном и гибком в использовании. Наряду с большими трудностями создания двигателя, оборудования и планера самолета возникают совершенно новые проблемы обеспечения наземной эксплуатации и защиты экипажа, населения и местности в случае вынужденной посадки. Эти задачи… еще не решены. В то же время, именно возможностью решения этих проблем определяется целесообразность создания пилотируемого самолета с атомным двигателем.

Практически эта задача была точно такой же, как стоявшая перед американскими конструкторами – оснастить реактором уже существующую машину, в данном случае Ту-95. 28 марта 1956 г. вышло Постановление СМ СССР, согласно которому в ОКБ Туполева началось проектирование летающей атомной лаборатории (ЛАЛ) на базе серийного Ту-95.В летающую лабораторию, получившую обозначение Ту-95ЛАЛ, был переоборудован серийный стратегический бомбардировщик Ту-95М №7800408 с четырьмя турбовинтовыми двигателями НК-12М мощностью по 15000 л.с.

Постройка Ту-95ЛАЛ и оснащение необходимым оборудованием заняли 1959-60 г. К весне 1961 г. «...самолет стоял на аэродроме под Москвой. С мая по август 1961 г. на Ту-95ЛАЛ было выполнено 34 полета.

В ходе испытания Ту-95ЛАЛ показали достаточно высокую эффективность примененной системы радиационной защиты, но при этом выявили ее громоздкость, слишком большой вес и необходимость дальнейшего совершенствования. А главной опасностью атомного самолета была признана возможность его аварии и заражения больших пространств ядерными компонентами. В ходе испытаний Ту-95ЛАЛ, позволили ОКБ А.Н.Туполева совместно со смежными организациями разработать крупномасштабную, рассчитанную на два десятилетия программу развития тяжелых боевых самолетов с ядерными силовыми установками и приступить к ее реализации. Поскольку ОКБ-23 уже не существовало, туполевцы планировали заняться как дозвуковыми, так и сверхзвуковыми стратегическими самолетами. Важным этапом на этом пути должен был стать экспериментальный самолет "119” (Ту-119) с двумя обычными турбовинтовыми двигателями НК-12М и двумя разрабатывавшимися на их основе атомными НК-14А. И все же туполевской программе, как и проектам Мясищева, не суждено было воплотиться в реальные конструкции. Пусть на несколько лет позже, но правительство СССР закрыло и ее. Причины, по большому счету, были такими же, что и в США. Главная – атомный бомбардировщик оказался неподъемно сложной и дорогой системой вооружения. В августе 1972 года был установлен новый реактор на самолете Ан-12. Новая серия летных экспериментов с реактором на борту завершилась успешно, были получены необходимые данные для проектирования достаточно эффективной и безопасной авиационной ядерной СУ. Советский Союз все-таки обогнал США, вплотную подойдя к созданию реального атомного самолета. Эта машина радикально отличалась от концепций 1950-х гг. с реакторами открытого цикла, эксплуатация которых была бы связана с огромными трудностями и нанесением колоссального вреда окружающей среде. Благодаря новой защите и закрытому циклу радиационное заражение конструкции самолета и воздуха сводилось к минимуму, а в экологическом плане такая машина даже имела определенные преимущества перед самолетами на химическом топливе.

 В данном самолете на случай летного происшествия проблемы экологической безопасности в проекте Ан-22ПЛО не были решены в достаточной мере.

Однако советские конструкторы и ученые продолжали поиск решения проблемы. К сожалению, интереснейшие и весьма полезные результаты тех испытаний до сих пор засекречены и практически забыты.

2.2 Основные задачи безопасной эксплуатации атомных самолетов.

2.3 Практическое применение атомных самолетов.

Данные установки могут использоваться в следующих направлениях: 

3.Заключение и вывод.

В ходе исследовательской работы можно сделать вывод, что теоретически возможно строительство и безопасная эксплуатация самолетов с атомными  двигателями. Авиация с атомными двигателями имеет превосходство с обычными самолетами:

- по дальности полета (имеет безграничные возможности)

- превосходит по техно-экономическим характеристикам( расход топлива…)

Несмотря на то, что удалось собрать немало интересной информации, работу хотелось бы продолжить по следующим направлениям:

- использование атомных самолетов при пассажирских перевозках

- при использовании космическо-транспортных кораблей.

4.Источники информации.

1. Алексеев В.А., Еременко А.А., Ткачев А.В. Космическое содружество. Хроника международных полетов. – М.: Машиностроение, 1987

2. Маркуша А. Я – летчик. – Вологда, Полиграфист, 2005

3. Атомолет. Свободная энциклопедия Википедия. Http//http://ru.wikipedia.org/wiki/Атомолёт

4. Атомные крылья. Ядерные самолеты. Популярная механика. Портал о том, как устроен мир. http://www.popmech.ru/article/4311-atomnyie-kryilya/

5. Авиационные атомные силовые установки:
история развития идеи и конструкции. http://vfk1.narod.ru/JACU2.htm