核动力飞机:冷战裂变到新时代的融合

2014年12月14日(最后更新于2014年12月14日18:30)

受到大大延长飞行时间的希望的鼓舞,俄罗斯和美国军方对核动力飞机进行了长达20年的试验,但这一概念从未经历过几次试验。洛克希德·马丁公司的臭鼬工厂声称掌握了解决方案,并宣布了一种紧凑型核聚变发电机的计划,该计划可在十年内为飞机和海军舰船提供动力。

核动力飞机:冷战裂变到新时代的融合

电磁线圈

在铁幕两侧的军事科学家将注意力转移到核裂变提供的看似无限的功率之前,放射性尘土才刚刚落在广岛。对于谨慎的现代人而言,奇怪的是,在安全实用的商业核电站上线数年之前,紧凑型核发电机被视为飞机的能源。

就像核潜艇可能在跨海航行中停留数月之久一样,冷战促使人们需要比以往任何时候都高空侦察机和轰炸机来侦察敌方活动的迹象。

裂变的过去

1946年,美国空军启动了“用于飞机推进的核能”(NEPA)项目,以对核动力飞机的可行性进行初步研究。这是1951年飞机核推进(ANP)计划的前身,该计划使用小型高输出液态liquid燃料反应堆来达到所需的持续时间–从理论上讲最多三个星期–以紧凑的格式。

该反应堆已由成熟的制造商试用了两种不同的发动机设计。通用电气开发了直接空气循环发动机和普惠&惠特尼产生了一种间接的空气循环变体。通用电气基于已建立的J47涡轮喷气发动机’GE X-39证明了两者的实用性,因为它简单,可靠,重量轻,并且被用于核飞机发动机的首次运行。



1945年8月6日至9日 –广岛和长崎的原子弹爆炸。

1946年5月28日 –美国空军启动了用于飞机推进的核能项目(NEPA)。

1951年5月 –飞机核推进(ANP)计划取代了NEPA,以研究两种不同类型的核动力喷气发动机:通用电气’的直接空气循环和普拉特& Whitney’间接空气循环。

1955年8月12日 –苏联命令两个涉及轰炸机生产的军事设计局开始进行核飞机研究。

1956年1月31日 –核飞机发动机的首次运行是使用改良的通用电气J47涡轮喷气发动机进行的。

1957年12月2日 –世界航运港口原子能发电站’首个专门用于和平时期的大型原子能发电厂达到临界。

1961年3月26日 –ANP计划在撤回预算后终止。

1961年– 1969 –苏联图波列夫局在图波列夫Tu-95M轰炸机的炸弹舱中安装了一个小型反应堆,以制造Tu-95LAL,该反应堆进行了40次研究飞行,但只有少数反应堆在运行。

 


到1961年ANP计划终止时,成本超过240亿美元,其中发动机开发成本达到20亿美元–前所未有的一笔钱。尽管该计划从未产生可用的核裂变动力飞机,但附带利益的技术大大促进了核科学的发展。

虽然不是’与太空竞赛一样具有历史意义,在美国和苏联之间不可避免地爆发了核飞机竞争。1961年,苏联大力支持图波列夫和米亚什雪夫设计局的工作,这些局以轰炸机的工作而著称。 。它最终在Tu-95M轰炸机的炸弹舱内安装了VVRL-100反应堆,从而创建了Tu-95LAL(Letayushchaya Atomnaya Laboratoriya或飞行核实验室)测试台。它飞行了40多次任务,但只有少数几个在反应堆打开的情况下进行,因为其主要目的是测试辐射屏蔽。

这为核动力飞机奠定了最大的障碍。尽管军事测试飞行员习惯承担巨大的风险,成为该领域的第一人–打破音障,在月球上行走,在移动的航空母舰上降落–坐在核反应堆旁边可能是对其勇气提出的最极端的要求之一。除了被击落或坠毁的潜在可怕后果外,对飞行员最直接的危险是放射病。工程师从来没有充分解决这个问题,当洲际弹道导弹在1960年代问世时,铁幕两侧的计划都被放弃了。

融合的未来

在最近的几十年中,核聚变作为能源的前景已被证明是裂变的一种有吸引力的替代方法,因为它具有更高的效率,不产生任何核废料,并且燃料易于回收利用。但是,无论是来自顶级大学还是寝室科学家的每项技术公告,始终都将有用的版本引人入胜。"20 years away",似乎是一个移动的目标。

但是当研究部门建立了军事承包商时–在这种情况下,洛克希德·马丁’s Skunk Works –宣布它已经在聚变反应堆上工作了几年,目标是要有一个能够在五年内点火的工作原型,全世界都在注意。

当两个原子核碰撞形成一个较重的单核时,发生聚变,释放出的能量是裂变反应的四倍。洛克希德’s "high beta concept"紧凑型聚变反应堆(CFR)使用了一种磁约束聚变的形式,非常类似于法国正在进行的国际热核实验堆(ITER)项目。但是,虽然‘doughnut’形状为ITER的托卡马克直径为16m,洛克希德公司称其解决方案使用"高比例的磁场压力"。实际上,这意味着CFR将能够安装在卡车的后部–或在军用运输机上

像其裂变的前身一样,CFR用作热源,温度达到数亿度,它以受控的方式释放给装有热交换器的涡轮发电机代替燃烧室。

飞机推进只是臭鼬工厂的应用之一’CFR,但该项目的存在首先是由航空出版物揭露的,因此最初引起了人们的关注。它也可以用于船舶上,用于可再生商业发电,以降低海水淡化的成本,甚至用于太空旅行。也许菲莱着陆器会’如果它上装有裂变反应堆而不是依靠远离太阳的太阳能,那就麻烦了。

洛克希德现在正在寻找工业界和学术界的合作伙伴来推动该项目的发展,从而逐步开发出系统各部分的工作版本,以此作为实现功能原型的步骤。

但是行得通吗?

犬儒主义–当谈到即将出现的实际聚变能时,有很多–指出迄今为止尚未宣布的融合项目尚未产生出可运行的重要原型。洛克希德’臭鼬工厂当然有许多障碍需要克服,尤其是相关设备(例如冷冻设备和蒸汽发生器)占用的空间远远超过为飞机供电的应用所允许的空间。但是洛克希德公司迄今已取得了多项专利,这些专利正在开发中,而且它公开要求项目的下一阶段的事实可能标志着一种真正的,紧凑的解决方案,可以满足未来的能源需求。

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