دعوة للنقاش هل تساءلت يومًا عن محركات الدفع النووي للطائرات

هل تساءلت يومًا عن الدفع النووي للطائرات؟



بدأنا في الولايات المتحدة النظر في الدفع النووي للطائرات في وقت مبكر من عام 1948. أرادت القوات الجوية الأمريكية قاذفات مسلحة نووية تعمل بالطاقة النووية لتسيير دوريات رادعة لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. باستخدام الطاقة النووية يمكنهم البقاء عاليا لأيام أو أسابيع أو ربما أشهر!



يسمح الدفع النووي أيضًا برحلة أسرع من الصوت أسهل نظرًا لعدم وجود لهب لإبقائه مضاءً ولا توجد مخاوف حقيقية بشأن استهلاك الوقود. هذا أمر جذاب للغاية لأنواع القاذفات التي كنا نفكر فيها قبل تطوير الصواريخ الباليستية العابرة للقارات.

كان هناك 3 برامج كبيرة ملحوظة: 2 للقاذفات و 1 لصاروخ كروز. كانت هناك أيضًا العديد من التحقيقات الأصغر والأوراق البيضاء التي تبحث في جميع أنواع مفاهيم الكرة الفردية. لقد رأيت حتى الإشارة إلى PWRs فوق الحرجة!

من بين برامج الدفع القاذفة ، نظر المرء في دورة الدفع المباشر والآخر في دورة غير مباشرة. الدورة المباشرة هي عندما يتدفق الهواء إلى المفاعل وعلى عناصر الوقود مباشرة. هذا فعال للغاية ، ولكن يمكن أن يتسرب شظايا الانشطار وينشط الهواء لفترة وجيزة.

الدورة غير المباشرة هي عندما يتم استخلاص حرارة المفاعل بسائل عامل ثم يقوم بتسخين الهواء عبر المبادلات الحرارية أو مجرد تشغيل التوربينات التي تقوم بتدوير المروحة. هذا خيار أثقل وأكثر تعقيدًا ، ولكنه أكثر قبولا للجمهور.

كان برنامج الدورة المباشرة في أيداهو وتراكم في تجربة مفاعل نقل الحرارة 3 (HTRE3). لا يزال من الممكن رؤية هذا المحرك النفاث النووي اليوم في متحف EBR1 في ولاية أيداهو! استمر البرنامج حتى عام 1961 عندما تم إلغاؤه.


استخدم المفاعل عناصر وقود ثاني أكسيد اليورانيوم وبلغت درجات حرارة تصل إلى 1121 درجة مئوية لساعات ، ولكن تم تشغيله عادة <870 درجة مئوية لعدم إذابة التوربينات النفاثة. لقد قيل لي إنهم تسببوا في إتلاف التوربينات مرة واحدة على الأقل! كما عانى المفاعل من الانهيار!



إنه معروف ببدء تشغيل التوربينات تحت حرارة نووية (لأول مرة) وامتلاكه درع إشعاعي تم تصنيفه للطيران. كما قدمت ساعات وقت التشغيل الثقة في أن مفاعل الخطوة التالية ، XMA-1 ، سيعمل.


تم تصميم XMA-1 لتوفير أكثر من 40 ساعة طيران في Mach 0.9 ثم العدو إلى الهدف بسرعة Mach 2.5! تم النظر في كل من الوقود الخزفي والمعدني ، مع تفضيل المعدن. سيستخدم الطاقة الكيميائية للوصول إلى سرعة الربيع وللمساعدة أثناء الإقلاع.

كان هذا البرنامج سوف يتراكم في محرك XNJ140E لمفجر كونفير النووي المخطط له. كان مشروع الدفع المزدوج (كيميائي + نووي) في الموعد المحدد وكان له أجزاء مطلوبة عندما تم إلغاء البرنامج.

تم إجراء دراسات إضافية على مزيج متجانس BeO (انظر أدناه) ، ومفاعلات التدفق المطوية (مثل NTRs التي تم النظر إليها لاحقًا) وحتى المفاعلات السريعة! كما تم النظر في الدعائم التوربينية ودمجها مع المفاعلات السريعة التي ستوفر الكثير من العمر في الهواء ، وكان مشروع محرك القاذفة النووية الآخر هو تجربة مفاعل الطائرات الشهير (ARE) ومشروع PWAR-1 في أوكريدج. هذه هي الجدية الشهيرة لمفاعلات الملح المصهور التي ساعدت على إشعال جنون اليوم حول التكنولوجيا.


كان مشروع محرك القاذفة النووية الآخر هو مشروع مفاعل الطائرات الشهير (ARE) ومشروع PWAR-1 في أوكريدج. هذه هي الجدية الشهيرة لمفاعلات الملح المصهور التي ساعدت على إشعال جنون اليوم حول التكنولوجيا.



تم تبريدها بالهواء وتشغيلها حتى 760 درجة مئوية ، لكن الخطط المستقبلية ستشمل الإصدارات التي تعمل عند 1000 درجة مئوية. الوقود عبارة عن ملح مصهور NaF-ZrF4-UF4 ومعتدل وينعكس بواسطة البريليوم.


بالنسبة لمحركات الطائرات ، يتم استخلاص الحرارة عن طريق الليثيوم السائل المخصب ثم نقلها إلى مبادل حراري. كان هناك تصميم مستقبلي لـ 575 ميجاوات ، ~ 8 كيلو واط / كجم (مع درع ومحرك ومفاعل) ، إصدار Mach 3 قادر!



تم أيضًا نقل مفاعل مبرد بالماء ومفاعل معتدل على B-36 معدل. لم تشغل الطائرة ، لكنها كانت هناك لاختبار مواد التدريع وتقنيات التعامل مع الطائرات النووية. تم العثور على الكثير من المشاكل ومعالجتها عندما تم إلغاء هذه البرامج.


كان البرنامج الرئيسي الأخير هو مشروع بلوتو ، صاروخ كروز نووي سيء السمعة من LLNL! كانت هذه الآلة المرعبة عبارة عن صاروخ ماخ 3 ، ذو الدورة المباشرة ، وهو صاروخ منخفض الطيران محمل بـ 10-20 سلاحًا نوويًا ويهدف إلى التسكع لأسابيع قبل إعطائه الأمر بالذهاب!


الجزء المخيف هو أن كل هذا كان سينجح! تم اختبار المحرك بشكل فعال ، وتم اختبار نظام التوجيه ، وتم بناء هيكل الطائرة. تم إلغاء البرنامج في عام 1964 بسبب عدم وجود حاجة حقيقية (الصواريخ البالستية العابرة للقارات أفضل) ولأنه استفزازي للغاية!

أظهرت سلسلة من اختبارات المحرك في برنامج "Tory" في نيفادا القدرة على بناء وبدء وتشغيل نفاثات نفاثة نووية مثل التي كانت مطلوبة لسلاح SLAM (اسم الصاروخ). تراكم هذا في محرك Tory-IIC الموضح هنا.


استخدم محرك الدورة المباشرة هذا تصميم مزيج متجانس مبتكر حقًا من أكسيد البريليوم / ثاني أكسيد اليورانيوم. تم بثق عناصر الوقود / الوسيط في أنابيب رفيعة جدًا ثم تم ترتيبها في التكوين النهائي. ذهب الكثير من العمل لخفض متطلبات U للتكلفة.


كانت النتائج النهائية مذهلة ، مع تشغيل سهل لمدة 5 دقائق عند 461 ميغاواط ودرجة حرارة وقود تبلغ 1300 درجة مئوية تقريبًا ، ولم يتم الإبلاغ عن أي مشاكل مع المفاعل بقدر ما أستطيع ، واعتُبر أنه سهل التشغيل آلة. كان الوقود غير تالف!


على الرغم من ذلك ، كان أحد الجوانب السلبية الكبيرة هو تسرب شظايا الانشطار. تشير التقديرات إلى أن 0.2٪ من شظايا الانشطار تتسرب أثناء العملية ، وهي عبارة عن الكثير من الأشياء السيئة التي تخرج من أنبوب الذيل! لا يمكنني العثور على قيم جيدة للنظائر أو سأعطيك رقم نشاط.

للأسف ، يبدو أن الزينون يبقى في الوقود على الرغم من ... أحد الأشياء المثيرة للاهتمام هو أن قدرًا كبيرًا من فقدان الشظايا الانشطاري يُقدر أنه يأتي من اليورانيوم بالقرب من حافة الوقود المتجانس لأن الشظايا يمكن أن تقفز مباشرة في الهواء عند ذلك نقطة!

تم إلغاء مشروع بلوتو في عام 1964 ، لكن الاختبارات المذهلة التي أجريت أظهرت القدرة الهائلة على الطيران بالطاقة النووية. كانت هناك محادثات حول تنشيط هذه الفكرة لاستكشاف كوكب المشتري!


الدفع بالطائرات النووية هو مفهوم مثير للاهتمام للغاية ، إذا كان استخدامًا خاصًا ، أعتقد بصدق أنه يمكن أن يفعله بنظرة جديدة بسبب المواد والمفاعلات والتطورات الحسابية. نأمل في المرة القادمة أن نركز على الاستخدامات السلمية بدلاً من الاستخدامات المميتة!