История советской ядерной гибридной силовой установкой для полетов в воздухе и космосе: проект “Атомолет Виноградова”

Можно слетать и на Луну, и обратно. Но, в итоге получение электрической энергии в космосе сегодня является большой проблемой. Даже МКС, с её системами жизнеобеспечения, научными приборами и экипажем до 7 человек, приходится рассчитывать на мощность всего в 100 кВт [14]. Атомолёты до сих пор среди обывателей и журналистов считаются дорогими и опасными. Так ли это на самом деле? На сегодняшнем уровне знаний можно ли их сделать безопасными и экономически выгодными? Этому вопросу посвящена данная статья. С 1946 по 1961 год в США команды американских инженеров, учёных, авиаконструкторов пытались воплотить эту идею в жизнь, но безуспешно [1]. В СССР были выполнены исследования распространения излучений на летающей атомной лаборатории (ЛАЛ) с реактором ВВР-100 (мощностью 100кВт тепловых) в 1961 году. Полеты производились на специально переоборудованном самолете ТУ-95 ЛАЛ [2].

Было выполнено 34 полета и определены эффективные способы биологической защиты экипажа от облучения. В США и СССР проекты атомолетов закрыли, поскольку решение военных задач доставки ядерной бомбы, были решены с помощью ракетной технологии. Вывод был одинаковый – атомолет чрезвычайно опасен.

Однако некоторые дизайнеры в будущем уже предполагают использовать атомолёты не только в военной, но и в гражданской авиации. В 2014 году испанский дизайнер и авиационный энтузиаст Оскар Виналс представил концепт оснащённого ядерной силовой установкой (ЯСУ) самолёта будущего Flash Falcon, см. рис. 1 и 2,  сообщает (http://www.bbc.com/future/story/20160713- could-this-be-the-frst nuclear-powered-airliner) BBC [1].

Конечно это фикция [3], безумие, но можно посмотреть, что может получиться из воображаемого дизайнером Оскаром фантастического самолета в плане возможности создания сегодня приемлемой для него ЯСУ. Аэродинамической формой атомолета займемся после определения мощности ЯЭУ. Мне, например, больше привлекательна форма в виде «тарелки», поскольку есть технические решения, позволяющие сделать атомолет значительно маневренным и безопасным, нежели крылатую машину, особенно для полёта в космосе до Луны и обратно. 

Рис. 1. [1].

 Рис. 2. [3].

“Дизайнер” – опасный термин, потому что обычно он означает какого-то сумасшедшего с нелепыми идеями, который затем делает чертежи … идей, и все же, по какой-то чертовой причине, я, кажется, единственный человек, который замечает, что упомянутая идея безумна[3]. Да, большинство обывателей в Мире неграмотны технически, да порой и географию, историю не знают, и не могут грамотно писать, и уж вообще не понимают бред или рекламу, которыми в СМИ им в головы впихивают ложь.

По моему знанию, слово «дизайнер» это не конструктор, перевод с английского журналисты делают ошибочно в силу технической неграмотности, т.е. неверно. Дизайнер это оформитель, делает облик изделия красивым для восприятия большинством людей (замете, не для всех 100% людей). А конструктор это создатель нового работающего изделия, и облик «с фантиком, этикеткой и т.п.» его не волнует. Изделие должно выполнять свою функцию. Дизайнер нужен на стадии продажи изделия, чтобы как можно большему количеству возможных покупателей вбить в голову то, что это красиво, и как раз то, что им очень нужно. Вы повелись, купили, но на самом деле Вам это и не нужно, а если это продукт, то он может быть вредным для здоровья, вредным для Вашей иммунной системы. А вкусовые добавки сделают продукт вкусным! Ха-ха. Доценты и профессора ВУЗов не должны вестись на блеф и уподобляться торгашам.

В идее самолёта Flash Falcon не описана конструкция ЯСУ. Попробуем вместе со студентами провести предварительный анализ и расчет, как может быть выполнена ЯСУ для такого самолета, и дополнительно поставим амбициозную задачу по максимуму о возможности полета такого самолета в космосе. Например, для полета на Луну и обратно с экипажем и группой исследователей (и туристов) в количестве около 100 человек. Такой проект чрезвычайно заманчив, поскольку в коммерческом варианте по предварительным оценкам на вложенный 1 рубль можно получить не менее 2-3 рубля прибыли. Возможно, такой проект будет через фонд финансировать «Ельцинский Центр» и модератором будет Ксения Собчак. Такой расклад будет просто замечательным и взаимно выгодным. А что найдет экспедиция на Луне? Возможно воду[10], или месторождения полезных ископаемых, которых мало или нет на Земле. Если будет вода, значит будут обитаемые станции на Луне.

И так, перед конструктором пилотируемого атомолёта, по мнению экспертов в 70-х годах, стоят http://www.islandone.org/Propulsion/AtomPlane.html%20 несколько до настоящего времени (до 21-го века) не решённых проблем [1]:

Первая проблема касается двигателей. «Прямоточный» силовой агрегат (холодный воздух поступает с одного конца, проходит через отверстия внутри реактора, нагревается и производит толкающую силу на другом конце) оставляет после себя буквально клубы радиоактивного воздуха. По сути, это — «летающий облучатель кислорода +азота +углекислого газа», который заразит местность по маршруту следования. Применить двухконтурную схему нагрева рабочего тела перед турбиной, например, используя жидкометаллический теплоноситель, это было бы наихудшим решением, которое смог придумать конструктор того времени, а на сегодня это вообще бред.

Вторая проблема связана с тем, что атомолёт не застрахован от аварий, может быть захвачен террористами и уничтожен средствами ПВО противника. «Самолёты иногда, бывает, падают. И сама по себе мысль о том, что где-то летает ядерный реактор, который вдруг может упасть, неприемлема», — писал доктор Герберт Йорк, один из руководителей американской программы по созданию атомолётов. Активная зона атомного реактора и тепловыделяющие элементы, которые в купе позволяли в случае предаварийной ситуации быстро изъять ядерное топливо в специальный контейнер, который мог бы катапультироваться с мягкой безопасной посадкой, в то время ещё не придумали.

Третья проблема. Наконец, до сих пор актуален вопрос обеспечения безопасности экипажа. В названных проектах в воздух поднимались машины, оснащённые относительно маломощными реакторами, но для защиты экипажа атомолёта с полноценной ЯСУ понадобится толстый слой защитных экранов, который существенно увеличит габариты и массу самолёта. Толстая биологическая защита характерна только для реакторов на тепловых нейтронах, в которых защита от утечки нейтронов сделана за счет диффузии нейтронов из отражателя, где плотность их больше. Кроме этого, передавать тепловую энергию от реактора к турбинам воздушных винтов самолета трубопроводами с жидкометаллическим теплоносителям это на сегодня абсолютный бред.

Эксперт в 70-х годах [46] сильно ошибся, сегодня в 21-ом веке, указанные им задачи, полностью решены, и масса атомной установки в десятки и более раз уменьшилась, и на случай аварии придумано «катапультирование» ядерного топлива, и многое чего ещё. И принципы электродвижение развились до технологического уровня реализации [4,5], уже в полёте опробованы гибридные силовые установки (ГСУ), в которых сделано раздельно выработка электроэнергии и выполнение функции движителя с помощью электродвигателя, вращающего винт, в воздушном пространстве, или с помощью ионного двигателя, создающего большую тягу в космосе. Схема не нова, но только сейчас стало возможным выполнить атомную установку электрогенерации большой мощности в малых габаритах и малой массы, т.е. создать атомную ГСУ (АГСУ). Изобретена также высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП), и эта технология позволяет значительно улучшить характеристики электрического двигателя и электрогенератора в АГСУ. Большие преимущества АГСУ перед традиционными технологиями реализуются в установках мегаваттного класса, что позволяет снизить бортовое напряжение, массу топлива, габариты атомолета и его массу в целом, и сделать длительным полет. АГСУ будет самым надежным и безопасным решением для атомолета, если применить, например, «Атомный двигатель Виноградова» [6], см. рис. 3, в электрогенерирующей части, и «Атомный ионный двигатель» [7], см. рис. 5, для межпланетных полётов в космосе. Все эти новшества, возможно, вообще сделают атомолёт реальностью.

ЛИБЕРАЛЫ ПРОАМЕРИКАНЦЫ гадили и продолжают гадить России. В 1990-х годах разрабатывался проект ядерного реактора Енисей (Топаз-2) электрической мощностью в 10 кВт. Созданные в НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля (Москва) образцы в 1992 году были проданы в США для NASA за жалкие 13 миллионов долларов (не миллиардов, а миллионов!) В то время продавалось почти всё, в том числе и интеллектуальная собственность, наработанная десятилетиями исследований[14].

Рис. 3. «Атомный двигатель Виноградова» (2018 г.) [6].

«Атомный двигатель Виноградова» это компактная физико-энергетическая машина, которая атомную энергию, выделяемую в результате деления ядер тяжелых элементов под действием нейтронов, преобразует в механическую энергию вращения вала. Ссылка на электронный документ: [03/09/2019] PRoAtom  «Атомный двигатель Виноградова». А. А. Виноградов,  к.т.н.,  главный  конструктор проектов НАО «СИЛА ОКЕАНОВ».

По сути это микро модульный реактор (MMR), аналог которого построили в Китае. 8 января 2022 — ГЛАС[13]. Концерн China Huaneng Group, выступающий 5-м производителем энергии в КНР, объявил об успешном запуске SMR, см. рис. 4. Как сообщает портал ria.ru, SMR является первым в мире построенным малым модульным реактором.

Стоит отметить, что мощность SMR, который базируется на АЭС «Шидаовань», равняется 200 мегаваттам. Используются шаровые твэлы и газовый теплоноситель. После  года обкатки этого реактора будет ясны дальнейшие работы по запуску его в серию, а также по применению его в варианте выработки электроэнергии в гибридных установках для флота, авиации и космоса.

Рис. 4, 2022 г. [13].

Рис. 5. «Атомный ионный двигатель для межпланетных полётов» (июль 2020 г.) [7].

Что творится в мире самолетов

30 июля  2010  года  установлен мировой рекорд  беспосадочного  полёта  для  серийных  самолётов —  за  43  часа  бомбардировщики России Ту-95МС пролетели около 30 тысяч километров над тремя океанами, четырежды дозаправившись в воздухе. Источник: статья «Рекорд Ту-95МС: «медведи» провели в воздухе более сорока часов». http://www.vesti.ru/doc.html?id=381821&cid=7 //  Вести. Ru.

Специалисты государственной корпорации «Роскосмос» успешно завершили огневые стыковочные испытания нового ионного двигателя ИД-200КР, разрабатываемый в Центре имени Келдыша. Информацию передает агентство ТАСС, ссылаясь на заявление пресс-службы корпорации, 16.06.2020 [12].

Осенью 2020 года в России начнутся лётные испытания гибридного авиационного двигателя. Об этом RT сообщил начальник отдела электрических силовых установок Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова Антон Варюхин. Агрегат будет установлен на летающую лабораторию, которая создаётся на базе пассажирского самолёта Як-40. Предполагается, что гибридный двигатель позволит значительно уменьшить расход топлива и снизить стоимость перевозок. Мощность изделия составляет 500 кВт, но учёные планируют увеличить этот показатель [11].

В 2030 году Россия будет располагать[14] космическим аппаратом со свободной электрической мощностью 450-500 кВт (1000 кВт – полная электрическая мощность), что в 5-10 раз мощнее, чем вся энергетика МКС. Это будет транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) “Нуклон”. Выводиться на орбиту он будет ракетой-носителем “Ангара А-5В” с территории России. Но самое главное, в декабре 2020 года заключён контракт стоимостью 4,2 миллиарда рублей (56,5 миллионов долларов) на создание полномасштабного аванпроекта ТЭМ “Нуклон”. В аванпроекте и будут разработаны методы различного применения ТЭМ, как в исследовательских целях (полёты к Луне, Венере, Юпитеру), так и военная составляющая[14].

Литература:

  1. Когда в небо поднимутся атомные самолёты – NEWS.ru.pdf
  2. Ту-95ЛАЛ – самолет с ядерным реактором.pdf
  3. МОЖЕТ ЛИ ЭТО БЫТЬ ПЕРВЫЙ В МИРЕ АВИАЛАЙНЕР С ЯДЕРНЫМ
    ДВИГАТЕЛЕМ_ (НЕТ.) – Неоправданно опасные луковые кольца.pdf
  4. Электродвижение, компания ЗАО СуперОкс, 2021 .pdf
  5. Авиадвигатели будущего. Гибридная силовая установка — новый путь для авиации – ТАСС.pdf
    PRoAtom – Атомный двигатель Виноградова.pdf
  6. PRoAtom – Атомный ионный двигатель для межпланетных полётов.pdf
  7. Характеристики силовой установки 3.pdf
  8. Силовая установка самолета (стр. 2 ) _ Контент-платформа Pandia.ru.pdf
  9. Китай подтвердил наличие воды на Луне — RT World News.pdf
  10. «Будущее — за гибридными двигателями»_ как новая силовая установка может
    изменить облик гражданской авиации в РФ — РТ на русском.pdf
  11. Успешно прошел огневые испытания новый российский ионный двигатель _ Военное дело.pdf
  12. РИА _Новости__ КНР построит атомный коммунизм 08.01.2022.pdf
  13. Российский Ядерный Космический Буксир создаётся не для исследования космоса… Кочетов Алексей _ Яндекс Дзен.pdf
  14. Туполев Ту-95ЛАЛ.pdf
  15. Физика Земли и атмосферы, М._2017. О.В. Вшивкова .pdf
  16. Bell V-22 Osprey технические характеристики — Википедия.pdf

Автор: Андрей Виноградов
Источник: http://www.proatom.ru/