Radzieckie doświadczenia z bombowcami o napędzie jądrowym
W późnych latach 40. XX w., gdy zaczęła rozkręcać się zimna wojna, Związek Radziecki rozpoczął badania nad reaktorami jądrowymi do napędzania okrętów wojennych. Z początku pracami tymi zajmował się rosyjski inżynier, późniejszy akademik, I. W. Kurczatow, który włączył lotnictwo do zbioru potencjalnych odbiorców nowych siłowni jądrowych. 12. sierpnia 1955 roku Rada Ministrów ZSRR wydała wytyczne dla pewnych grup w ramach przemysłu lotniczego, aby połączyły siły na użytek tych badań. Bezpośrednim skutkiem tych wytycznych było wyznaczenie biur projektów (Osoboje Tiechniczeskoje Biuro, w skrócie OTB) Andrieja Nikołajewicza Tupolewa i Władimira Michajłowicza Miasiszczewa na wiodące ekipy projektowe w ramach przedsięwzięcia, mającego wynaleźć i wyprodukować kilka wzorów samolotów, napędzanych energią jądrową, natomiast biuro kierowane przez N. D. Kuźniecowa oraz Archipa Michajłowicza Ljulkę miało skonstruować silniki dla tej powietrznej floty.
Szybko podjęto też decyzję o wyborze sposobu przeniesienia energii. Wybrano metodę cyklu bezpośredniej wymiany energii. Ta metoda miała pozwolić silnikom na wykorzystanie energii dostarczanej z reaktora, który wszedłby w to miejsce, jakie w odrzutowcu zajmują komory spalania. Wykonano próby z kilkoma typami silników jądrowych: silnikiem strumieniowym, turbośmigłowym i turboodrzutowym, z różnorodnymi mechanizmami przenoszenia cieplnej energii uzyskanej z reakcji jądrowej. Po usilnych próbach z różnymi silnikami i układami przenoszenia energii radzieccy inżynierowie stwierdzili, iż najlepszą alternatywę stanowi silnik turboodrzutowy z cyklem bezpośrednim.
W konfiguracji przetwarzania energii zwanej cyklem bezpośrednim, powietrze wchodzi przez mechanizm kompresora w silniku turboodrzutowym, następnie przechodzi przez dyszę, która kieruje powietrze do rdzenia reaktora. Następnie powietrze, dotychczas służące za dodatkowe chłodziwo reaktora, ulega ciągłemu nagrzewaniu w miarę, jak przemieszcza się ku rdzeniowi. Po wyjściu z rdzenia powietrze wraca do kolejnej dyszy a stamtąd kierowane jest do sekcji turbinowej silników, by wytworzyć ciąg. Przebadano też nowe układy chłodzące oraz osłonę ochronną dla kabiny załogi. Te kwestie (a także rozmiar pierwotnych siłowni nuklearnych) stanowiły główny problem, jaki stał przed inżynierami, pracującymi nad całym przedsięwzięciem. Bezpieczeństwo załogi oraz zmniejszenie rozmiaru i ciężaru reaktorów tak, by można było je umieszczać w szkieletach samolotów, stało się technicznie główną poprzeczką w ramach tego projektu.
Biuro Tupolewa, zdając sobie sprawę z tego, jak bardzo skomplikowane przydzielono mu zadanie założyło, iż zanim program wyłoni działający prototyp, upłyną dwie dekady. Przewidywali, iż pierwszy działający samolot z napędem jądrowym mógłby wzbić się w powietrze pod koniec lat 70. lub na początku lat 80. XX wieku. Program opracowano z podziałem na fazy. Pierwszą fazę stanowiło zaprojektowanie i przetestowanie małego reaktora jądrowego, co rozpoczęto właściwie pod koniec 1955 roku.
W marcu 1956 r. biuro Tupolewa otrzymało od Rady Ministrów ZSRR zadanie wyprodukowania próbnego samolotu tak szybko, jak to możliwe. Inżynierowie Tupolewa podjęli decyzję o wykorzystaniu istniejącego bombowca Tu-95M jako latającego laboratorium nuklearnego, któremu to miano nadać oznaczenie Tu-95LAL.
Nim minął rok 1958, w fazie podstawowej programu gotowy do prób był sprzęt, służący do instalowania reaktora jądrowego w samolocie. W okresie letnim roku 1958 uruchomiono i zaczęto testować siłownię nuklearną. Natychmiast osiągnięto wymagany poziom mocy reaktora, co otworzyło drogę do fazy lotów próbnych.
Między majem a sierpniem 1961 roku, Tu-95LAL ukończył 34 loty badawcze. Wiele z nich wykonano z wyłączonym reaktorem. Głównym celem fazy lotów było zbadanie skuteczności osłony, chroniącej przed promieniowaniem, stanowiącej jedną z głównych trosk inżynierów. Olbrzymie ilości płynnego sodu, tlenku berylu, kadmu, wosku parafinowego i płyt stalowych były jedynym środkiem ochrony załogi przed śmiercionośnym promieniowaniem, wydostającym się z rdzenia. Wyniki znów okazały się obiecujące. Poziomy promieniowania w kabinie załogi były niskie, co kładło podwaliny pod projektowanie przez biuro nowego szkieletu.
Kolejną fazę programu stanowiło wytworzenie samolotu próbnego, zaprojektowanego od początku na napędzanie głównie energią jądrową. Miał to być Samolot 119. Samolot ten oparty był na modelu Tu-95. Zasadniczą różnicę stanowiło to, iż dwa z jego czterech silników, które umieszczono w pokładzie, stanowić miały nowe silniki turbośmigłowe NK 14(A) z wymiennikami ciepła. Silnik NK 14(A) działał bardzo podobnie do silników cyklu bezpośredniego, z tą różnicą, że tu powietrze po przejściu przez sprężarkę nie trafia do reaktora, ale bezpośrednio do wymiennika ciepła. Jednocześnie do wymiennika trafia ciepło wytwarzane przez reaktor i niesione w formie płynu. Połączenie tych obu sił miało umożliwić silnikowi turboodrzutowemu wytworzenie wymaganej siły ciągu. Pozostałymi dwoma podwieszonymi silnikami miały nadal być NK 12MW.
Biuro Projektów N. K. Kuźniecowa rozpoczęło prace nad silnikami w tym samym czasie, kiedy rozrysowano schematy Samolotu 119. Reaktor, podobnie jak w Tu-95LAL, miał znajdować się w wewnętrznej komorze bombowej. Połączenia wiodące z reaktora do silników miały biec przez kadłub główny aż do skrzydeł, a następnie – wprost do wymienników ciepła, przyłączonych do dwóch silników w pokładzie. Tupolew założył, że pierwszy Samolot 119 można będzie testować na pasie startowym pod koniec 1965 roku. Po próbach silniki 119-stki miano zastąpić konfiguracją czterech silników NK 14(A), opartych na rozwiązaniu z liniowca cywilnego Tu-114. Jednakże 119-stka nie wyszła poza fazę projektów. Ograniczenia budżetowe oraz opracowanie nowych projektów samolotów konwencjonalnych podawano za główne przyczyny tego, iż program w sierpniu 1966 roku przerwano. (cdn.)
Raul Colon
Tłum. Stanisław Jan
Na zdjęciach:
- Tego Tupolewa Tu-95 M wykorzystano jako prototyp podczas prac nad bombowcem o napędzie jądrowym. Nadano mu oznaczenie Tu-95 LAL
- Samolot doświadczalny Tupolew Tu-95 LAL
- Silnik jądrowy umieszczano w komorze bombowej