Одной из самых засекреченных страниц истории авиации длительное время была тема создания атомолетов — летательных аппаратов с ядерными реакторами на борту. И прошло более полувека, прежде чем об этих экспериментах стало возможным рассказать открыто.
«В 50-е годы XX века идея мирного использования атомной энергии была очень модной, — рассказывал мне бывший инженер-конструктор, а ныне уж пенсионер Павел Карпович Гонин. — Многим казалось: еще чуть-чуть и электроэнергию мы будем получать исключительно на атомных электростанциях, по морям-океанам поплывут атомные корабли, небеса станут бороздить атомные самолеты и дирижабли. И даже по земле мы станем ездить на вездеходах, приводимых в движение энергией ядерного реактора…»
Сбылось из тех мечтаний относительно немногое. Атомные электростанции действительно построены и работают, но их значительно меньше, чем предполагалось. По морям плавают несколько атомных ледоколов, да в глубинах Мирового океана шныряют атомные субмарины с ракетами на борту.
А вот атомных самолетов, а тем более автомобилей что-то не видно. Почему? Павел Карпович в ответ на этот вопрос рассказал вот какую историю.
В 1959 году пермский конструктор Н. М. Цыпурин потихоньку стал вербовать коллег для участия в неком суперсекретном проекте. И через некоторое время из Перми в столичный НИИ-1 прибыла группа молодых специалистов в составе В. Блинова, Т. Васиной, П. Гонина, В. Диканева и других. Перед ними была поставлена задача создания первого в СССР, а может и в мире, ядерного самолета.
Научным руководителем проекта был назначен М. В. Келдыш — будущий президент Академии наук СССР. Познакомившись с коллективом разработчиков, он вскоре понял, что энтузиазма молодым авиаконструкторам не занимать. Но неплохо было бы добавить к нему знания по ядерной физике и соответствующим технологиям. Поэтому решено было действовать так: с утра разрабатывать проект, а вечером слушать лекции.
«Принципиальная схема двигателя оказалась не слишком сложной, — продолжал свой рассказ Гонин. — Его основу составляли тепловыделяющие элементы — ТВЭЛы, представляющие собой графито-урановые стержни, которые пронизаны капиллярами, изнутри покрытыми радиоактивными изотопами. Жидкое топливо, нагретое энергией радиоактивного распада, поступало в камеру сгорания, вспыхивало, и струя раскаленного газа создавала реактивную тягу».
Так все выглядело в теории. Однако на практике постоянно возникали самые разнообразные, порой очень трудные проблемы. Как сделать графитовые ТВЭЛы способными выдерживать высокие давления? Как надежнее регулировать ядерный процесс? Как избежать аварийных ситуаций?..
Обсуждения и споры продолжались до поздней ночи. А утром — снова за работу. Так ударными темпами, всего за несколько месяцев, удалось провести расчеты компоновки схемы, создать первоначальный проект будущего самолета.
И в назначенный срок он был представлен на «высший суд» авторитетнейших специалистов.
Совещание вел И. В. Курчатов. Присутствовали: С. П. Королев, В. П. Глушко, М. В. Келдыш, а также другие знатоки космической, авиационной и атомной техники. Интерес к оригинальной разработке был огромный.
После доклада Цыпурина началось обсуждение разработки. Подчеркивались сильные, а также уязвимые и недоработанные стороны проекта. Но, в общем, он оценивался как весьма перспективный. Королев даже предположил, что в будущем подобные двигатели, установленные на ракете, позволят без особых хлопот долететь до Луны и Марса.
Однако тут слово взял Курчатов. Худой, с болезненным, желтым лицом, он окинул зал пронзительным взглядом:
— Работа выполнена большая, грамотно и основательно. Пермяки молодцы. Однако есть одно «но»… Вы подумали о том, какова будет судьба населения, на головы которого падут радиоактивные выбросы двигателя?
Ответ руководителя группы, что, дескать, судя по расчетам, выбросы эти будут не таким уж значительными, Курчатова не удовлетворил.
— Ни грамма радиоактивных веществ в атмосферу! — категорично заявил он. — Иначе через пару десятилетий на планете нельзя будет жить…
И пояснил свою мысль так: «Представьте себе, что конструкция двигателя будет удачной. И тогда вслед за экспериментальным самолетом полетят другие. В мире начнется гонка ядерных моторов. А что делает радиация с человеком, я знаю на собственном печальном опыте… Придумайте надежную систему защиты, иначе моя рука не поднимается дать „добро" проекту».
На том и порешили…
Группа вернулась в Пермь. Работа над атомным авиадвигателем продолжалась. Теперь главным образом разрабатывались меры защиты, специальные замкнутые контуры, фильтры… Однако все это в комплексе получалось столь тяжелым, что сводило на нет все преимущества.
А вскоре, в 1960 году, умер Курчатов. Группу в Перми расформировали, а увесистые тома отчетов оказались надолго замурованы в спецархивах.
Возможно, это был первый в нашей стране инженерный проект, «зарубленный» по соображениям экологической безопасности (имея в виду слова Курчатова). Тем не менее он не был забыт окончательно.
Оказывается, пермская разработка была не единственной. В декабре 1955 года наша разведка донесла: в США начались испытания перспективного стратегического бомбардировщика В-36 с ядерной силовой установкой на борту. В противовес этому нашим правительством было тут же принято решение о доведении аналогичных работ до стадии испытаний и в СССР.
Первым в СССР самолетом с атомным двигателем должен был стать бомбардировщик М-60, разрабатываемый на основе существующего М-50 в ОКБ В. М. Мясищева. При условии создания двигателя с компактным керамическим реактором, разрабатываемый самолет должен был иметь дальность полета не менее 25 тыс. км при крейсерской скорости 3000–3200 км/ч и высоте полета порядка 18–20 км. Взлетная масса супербомбардировщика должна была превысить 250 т.
Причем Мясищев и его команда разработали два варианта — гидросамолет и сухопутный сверхзвуковой высотный самолет — носитель ракет.
При взгляде на эскизы атомных самолетов Мясищева бросается в глаза одна деталь — отсутствие традиционной кабины экипажа. Обычная кабина с остеклением неспособна защитить летчиков от радиационного излучения. Поэтому экипаж ядерного самолета должен был располагаться в герметичной многослойной капсуле (преимущественно, свинцовой), масса которой вместе с системой жизнеобеспечения составляла более 60 т!
Катапультная установка состояла из кресла и защитного контейнера, ограждающего экипаж не только от сверхзвукового воздушного потока, но и от мощного радиационного излучения двигателя.
Радиоактивность внешнего воздуха (ведь он проходил через реактор) исключала возможность использования его для дыхания, поэтому для наддува кабины использовалась кислородно-азотная смесь, получаемая путем испарения жидких газов. Аналогично противорадиационным системам, применяемым на танках, в кабине поддерживалось избыточное давление, исключающее попадание внутрь атмосферного воздуха.
Отсутствие визуального обзора должно было компенсироваться оптическим перископом, телевизионным и радиолокационными экранами.
Понимая, что поднять в воздух, а тем более посадить 250-тонную машину, прильнув к окуляру перископа, будет очень трудно, мясищевцы рассматривали и вариант создания беспилотного самолета с дистанционным управлением. Заодно отсутствие экипажа на борту снимало бы и проблему радиационной защиты, значительно облегчало самолет.
Модернизированный турбореактивный двигатель с атомным реактором (ТРДА) по конструкции во многом напоминал обычный турбореактивный двигатель (ТРД). Только если в ТРД тяга создается расширяющимися при сгорании керосина раскаленными газами, то в ТРДА воздух нагревался, проходя через реактор.
Активная зона авиационного атомного реактора на тепловых нейтронах набиралась из керамических тепловыделяющих элементов, в которых имелись продольные шестигранные каналы для прохода нагреваемого воздуха. Расчетная тяга разрабатываемого двигателя должна была составить 22,5 т.
Рассматривалось два варианта компоновки ТРДА — «коромысло»., при котором вал компрессора располагался вне реактора, и «соосный», где вал проходил по оси реактора. В первом варианте вал работал в щадящем режиме, во втором требовались специальные высокопрочные материалы. Но соосный вариант обеспечивал меньшие размеры двигателя. Поэтому одновременно прорабатывались оба варианта.
Все эти проработки, конечно, требовалось проверить на практике. И в марте 1956 года в ОКБ А. Н. Туполева начали работу по проектированию летающей атомной лаборатории на базе стратегического бомбардировщика Ту-95.
По словам непосредственного участника этих работ Д. А. Антонова, прежде всего специалисты хотели понять, можно ли создать достаточно эффективную и безопасную для экипажа конструкцию реактора. С этой целью в ОКБ были приглашены ведущие ученые-ядерщики того времени — Александров, Лейпунский, Пономарев-Степной и другие.
С их помощью авиационные конструкторы сумели так «обжать» ядерную силовую установку, поначалу напоминавшую по своим габаритам небольшой дом, что ее удалось «вписать» в самолетные габариты. «Самолеты домов не возят», — сказал Туполев ядерщикам, когда те стали было что-то возражать против подобной модернизации.
Тем не менее до полетов было еще далеко. На основе первоначального проекта был построен в натуральную величину наземный испытательный стенд, изображавший часть фюзеляжа Ту-95, и отвезен на испытательную базу под Семипалатинск.
Именно там началась отработка практических режимов эксплуатации опытного реактора, выявление наилучшей конструкции защитной экранировки.
На сей раз прямой выброс радиоактивного газа за пределы реактора уже не предусматривался — ТВЭЛы должны были нагревать теплоноситель первичного контура. Тот, в свою очередь, обогревал вторичный контур, а полученная энергия должна была использоваться для работы авиадвигателей.
Впрочем, на самой летающей лаборатории, куда после соответствующей доработки на земле и был помещен водо-водяной реактор, он никакой прямой связи с турбореактивными двигателями не имел.
Задача летающей лаборатории состояла лишь в том, чтобы выявить возможность работы реактора в воздухе и отработка систем безопасности. Эта задача и была выполнена в ходе 34 испытательных полетов, совершенных с мая по август 1961 года.
Испытания показали, что испытанные методы защиты хотя и оказались достаточно надежными, но все же чересчур громоздки и тяжелы. Кроме того, они не обеспечивали 100-процентной защиты населения от радиации в том случае, если самолет в результате аварии или сбития противником упадет на землю.
Эти проблемы намечено было решить в ходе работы над модернизацией самолета Ту-119, который должен был стать переходной моделью к бомбардировщику, двигатели которого непосредственно должны были работать от ядерной силовой установки.
Однако эти работы так и не были доведены до конца. Причин тому было несколько. С одной стороны, авиаконструкторам так и не удалось окончательно решить проблему безопасности в случае аварии самолета на своей территории. Более того, как показали расчеты, просто регулярные посадки того же гидросамолета с ядерной установкой на борту должны привести к значительному радиоактивному загрязнению акватории.
С другой стороны, в нашей стране были созданы ракеты, способные не только доставить атомную боеголовку в любой район земного шара, но и вывести полезную нагрузку в космос. И все это делалось с меньшим риском и стоило дешевле, чем создание атомного авиафлота.
Поэтому Н. С. Хрущев, возглавлявший в то время руководство СССР, отдал предпочтение ракетам. Тем более что их стартовые установки оказалось возможным размещать не только на земле, но и на борту атомных подводных лодок.
Кстати, американцы, которые истратили на подобную программу около 10 миллиардов долларов, дальше нас не продвинулись. И в начале 1961 года президент Джон Кеннеди распорядился прекратить работы в этой области.
К сказанному остается добавить, что в наши дни, говорят, возникла еще одна волна интереса к давнему проекту. Из-за рубежа пришло сообщение о подготовке к первому полету самолета с ядерным реактором на борту.
По слухам, на сей раз реактор намечено разместить на беспилотном самолете-разведчике Global Hawk. Он уже совершил несколько испытательных полетов, даже пересек Атлантику, но пока с обычным турбореактивным двигателем.
Теперь к нему хотят добавить небольшой реактор последнего поколения, работающий не на уране, не на плутоне, а на гафнии. Ранее этот редкий металл использовался в качестве замедлителя цепной реакции распада в некоторых промышленных реакторах. А ныне выяснилось, что некоторые изомеры гафния — скажем, так называемый «гафний-17В» — способны под ударами рентгеновского излучения выдавать поток энергии в виде гамма-излучения. Причем мощность этого потока в 60 раз больше, чем исходное рентгеновское излучение!
Теперь схема полета самолета-разведчика видится экспертам такой. Взлетит он как обычно, с помощью турбореактивного двигателя, работающего на керосине. Но когда наберет высоту порядка 15 км, двигатель переключится на потребление горячего воздуха, нагреваемого уже не в камере сгорания, а в ядерном реакторе.
По словам Кристофера Гамильтона, одного из разработчиков нового реактора, такая схема позволит самолету летать без дозаправки несколько месяцев. А поскольку при работе гафниевого реактора испускается только гамма-излучение, для защиты требуются более легкие экраны — типа тех, что ныне используются в рентген-кабинетах. Причем период полураспада гафния-17В составляет всего 31 год, а не тысячелетия, как у урана. Что, согласитесь, нанесет куда меньший урон окружающей среде, чем при аварии обычного реактора. Наконец, в отличие от урана или плутона, гафний не способен самостоятельно поддерживать цепную реакцию, а значит, радиация от него прекращает идти тотчас после выключения рентген-установки, инициирующей излучение.
Наконец, гафний совершенно бесполезен для террористов — бомбу из него не соорудишь…
Тем не менее даже в Лабораториях ядерного оружия в Лос-Аламосе и Сандии (штат Нью-Мексико), где ведутся работы над данным проектом на деньги Министерства энергетики США, пока довольно сдержанно комментируют перспективы разработки. Специалисты явно помнят о более чем полувековой истории разочарований и неудач, связанных с этим проектом.
Одной из самых засекреченных страниц истории авиации длительное время была тема создания атомолетов — летательных аппаратов с ядерными реакторами на борту. И прошло более полувека, прежде чем об этих экспериментах стало возможным рассказать открыто.