Верхом на реакторе: Атомный самолет
Появление атомной бомбы породило у обладателей этого чудо-оружия искушение выиграть войну всего несколькими точными ударами по промышленным центрам противника. Останавливало их только то, что эти центры располагались, как правило, в глубоком и хорошо защищенном тылу. Все послевоенные силы сосредоточились как раз на надежных средствах доставки ?спецгруза?. Выбор оказался невелик ? баллистические и крылатые ракеты и сверхдальняя стратегическая авиация. В конце 40-х весь мир склонился к бомбардировщикам: на развитие дальней авиации были выделены такие гигантские средства, что последующее десятилетие стало ?золотым? для развития авиации. За короткое время в мире появилось множество самых фантастических проектов и летательных аппаратов. Даже обескровленная войной Великобритания блеснула великолепными стратегическими бомбардировщиками Valient и Vulcan. Но самыми невероятными проектами были стратегические сверхзвуковые бомбардировщики с атомными силовыми установками. Даже спустя полстолетия они завораживают своей смелостью и безумием.
Атомный след
В 1952 году в США взлетает легендарный B-52, через год ? первый в мире сверхзвуковой тактический бомбардировщик A-5 Vigilante, а еще через три ? сверхзвуковой стратегический XB-58 Hustler. СССР не отставал: одновременно с B-52 в воздух поднимается стратегический межконтинентальный бомбардировщик Ту-95, а 9 июля 1961 года весь мир шокирует показанный на авиапараде в Тушино гигантский сверхзвуковой бомбардировщик М-50, который, промчавшись над трибунами, сделал горку и растворился в небе. Мало кто догадывался, что это был последний полет супербомбардировщика.
Дело в том, что радиус полета построенного экземпляра не превышал 4000 км. И если для США, окруживших СССР военными базами, этого было достаточно, то для достижения американской территории с советских аэродромов требовалась дальность не менее 16 тыс. км. Расчеты показывали, что даже при двух заправках топливом дальность М-50 со ?спецгрузом? массой 5 т не превышала 14 тыс. км. При этом такой полет требовал целое озеро топлива (500 т) для бомбардировщика и топливозаправщиков. Для поражения же удаленных целей на территории США и свободного выбора трассы полета для обхода районов ПВО требовалась дальность в 25 тыс. км. Обеспечить ее на сверхзвуковом полете могли только самолеты с ядерными силовыми установками.
Подобный проект только сейчас кажется диким. В начале 50-х он казался не более экстравагантным, чем размещение реакторов на подводных лодках: и то и другое давало практически неограниченный радиус действия. Вполне обычным постановлением Совета Министров СССР от 1955 года ОКБ Туполева было предписано создать на базе бомбардировщика Ту-95 летающую атомную лабораторию, а ОКБ Мясищева ? выполнить проект сверхзвукового бомбардировщика ?со специальными двигателями главного конструктора Архипа Люльки?.
Специальные двигатели
Турбореактивный двигатель с атомным реактором (ТРДА) по конструкции очень сильно напоминает обычный турбореактивный двигатель (ТРД). Только если в ТРД тяга создается расширяющимися при сгорании керосина раскаленными газами, то в ТРДА воздух нагревается, 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 варианты с обеими двигательными установками.
Первым в СССР самолетом с атомным двигателем должен был стать бомбардировщик М-60, разрабатываемый на основе существующего М-50. 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.
Летающий Чернобыль
При взгляде на эскизы и макеты всех атомных самолетов Мясищева сразу бросается в глаза отсутствие традиционной кабины экипажа: она 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 до 25% массы самолета ? более 60 т! Радиоактивность внешнего воздуха (ведь он проходил через реактор) исключала возможность использования его для дыхания, поэтому для наддува кабины использовалась кислородноазотная смесь в пропорции 1:1, получаемая в специальных газификаторах 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.
Катапультная установка состояла из кресла и защитного контейнера, ограждающего экипаж не только от сверхзвукового воздушного потока, но и от мощного радиационного излучения двигателя. Задняя стенка имела 5сантиметровое свинцовое покрытие.
Понятно, что поднять в воздух, а тем более посадить 250-тонную машину, прильнув к окуляру перископа, было практически невозможно, поэтому бомбардировщик оборудовался полностью автоматической системой самолетовождения, которая обеспечивала автономный взлет, набор высоты, заход и наведение на цель, возвращение и посадку. (Все это в 50-х годах ? за 30 лет до автономного полета ?Бурана?!)
После того как выяснилось, что самолет сможет решать практически все задачи сам, появилась логическая идея сделать беспилотный вариант ? легче как раз на те самые 60 т. Отсутствие громоздкой кабины также уменьшало на 3 м диаметр самолета и на 4 м ? длину, что позволяло создать аэродинамически более совершенный планер по типу ?летающее крыло?. Однако в ВВС проект поддержки не нашел: считалось, что беспилотный самолет не в состоянии обеспечить маневр, необходимый в создавшейся конкретной обстановке, что приводит к большей поражаемости беспилотного аппарата.
Пляжный бомбардировщик
Наземный комплекс обслуживания атомных самолетов представлял собой не менее сложное сооружение, чем сами машины. Ввиду сильного радиационного фона практически все работы были автоматизированы: заправка, подвеска вооружения, доставка экипажа. Атомные двигатели хранились в специальном хранилище и монтировались на самолете непосредственно перед вылетом. Мало того, облучение материалов в полете потоком нейтронов приводило к активации конструкции самолета. Остаточное излучение было настолько сильным, что делало невозможным свободный подход к машине без применения специальных мер в течение 23 месяцев после снятия двигателей. Для отстоя таких самолетов в аэродромном комплексе отводились специальные площадки, а конструкция самих машин предусматривала быстрый монтаж основных блоков посредством манипуляторов. Гигантская масса атомных бомбардировщиков требовала особых взлетных полос, с толщиной покрытия около 0,5 м. Ясно было, что такой комплекс в случае начала войны был чрезвычайно уязвим.
Именно поэтому под индексом М-60М параллельно разрабатывался сверхзвуковой гидросамолет с атомным двигателем. Каждый район базирования таких самолетов, рассчитанный на обслуживание 10-15 гидросамолетов, занимал участок побережья в 50-100 км, что обеспечивало достаточную степень рассредоточения. Базы могли располагаться не только на юге страны. В СССР был тщательно изучен опыт Швеции по поддержанию в 1959 году водных акваторий круглый год в незамерзающем состоянии. Используя несложное оборудование для подачи воздуха по трубам, шведам удалось обеспечить циркуляцию теплых слоев воды со дна водоемов. Сами базы предполагалось строить в мощных прибрежных скальных массивах.
Атомный гидросамолет был довольно необычной компоновки. Воздухозаборники были удалены от поверхности воды на 1,4 м, что исключало попадание в них воды при волнении до 4-х баллов. Реактивные сопла нижних двигателей, расположенные на высоте 0,4 м, в случае необходимости наполовину перекрывались специальными заслонками. Впрочем, целесообразность заслонок подвергалась сомнению: гидросамолет должен был находиться на воде только с включенными двигателями. Со снятыми реакторами самолет базировался в специальном самоходном доке.
Для взлета с водной поверхности применялась уникальная комбинация выдвижных подводных крыльев, носовой и подкрыльевых гидролыж. Подобная конструкция на 15% снижала площадь поперечного сечения самолета и уменьшала его массу. Гидросамолет М-60М, как и сухопутный родственник М-60, мог находиться с боевой нагрузкой в 18 т на высоте 15 км более суток, что позволяло решать основные поставленные задачи. Однако сильное предполагаемое радиационное загрязнение мест базирования привело к тому, что в марте 1957 года проект был закрыт.
По следам подводных лодок
Закрытие проекта М-60 вовсе не означало прекращение работ над атомной тематикой. Был поставлен крест только на атомных силовых установках с ?открытой? схемой ? когда атмосферный воздух проходил напрямую через реактор, подвергаясь сильному радиационному заражению. Надо отметить, что проект М-60 начинал разрабатываться, когда еще не было даже опыта создания атомных подводных лодок. Первая АПЛ К-3 ?Ленинский комсомол? была спущена на воду в 1957-м ? как раз в год прекращения работ над М-60. Реактор К-3 работал по ?закрытой? схеме. В реакторе происходил нагрев теплоносителя, который потом превращал воду в пар. Ввиду того, что теплоноситель постоянно находился в замкнутом изолированном контуре, радиационного заражения окружающей среды не происходило. Успех такой схемы во флоте активизировал работы в этой области и в авиации. Постановлением правительства от 1959 года ОКБ Мясищева поручается разработка нового высотного самолета М-30 с атомной силовой установкой ?закрытого? типа. Самолет предназначался для нанесения ударов бомбами и управляемыми ракетами по особо важным малоразмерным целям на территории США и авианосным ударным соединениям на океанских просторах.
Разработка двигателя для нового самолета была поручена ОКБ Кузнецова. При проектировании конструкторы столкнулись с неприятным парадоксом ? падением тяги атомного двигателя с понижением высоты. (Для обычных самолетов все было в точности наоборот ? тяга падала с набором высоты.) Начались поиски оптимальной аэродинамической схемы. В конце концов остановились на схеме ?утка? с крылом переменной стреловидности и пакетным расположением двигателей. Единый реактор по мощным замкнутым трубопроводам должен был доставлять жидкий теплоноситель (литий и натрий) к 6 воздушно-реактивным двигателям НК-5. Предусматривалось дополнительное использование углеводородного топлива на взлете, выходе на крейсерскую скорость и выполнении маневров в районе цели. К середине 60-го года предварительный проект М30 был готов. В связи с гораздо меньшим радиоактивным фоном от новой двигательной установки, существенно была облегчена защита экипажа, а кабина получила остекление из свинцового стекла и плексигласа общей толщиной 11 см. В качестве основного вооружения предусматривались две управляемые ракеты К-22. По планам подняться в воздух М-30 должен был не позже 1966 года.
Кнопочная война
Однако в 1960 году произошло историческое совещание по перспективам развития стратегических систем оружия. В результате Хрущев принял решения, за которые его до сих пор называют могильщиком авиации. По правде говоря, Никита Сергеевич тут ни при чем. На совещании ракетчики во главе с Королевым выступили куда более убедительно, чем разобщенные авиастроители. На вопрос, сколько времени требуется на подготовку вылета стратегического бомбардировщика с ядерным боеприпасом на борту, самолетчики ответили ? сутки. Ракетчикам потребовались минуты: ?Нам бы только гироскопы раскрутить?. К тому же им не требовались многокилометровые дорогостоящие взлетно-посадочные полосы. Преодоление бомбардировщиками средств ПВО также вызывало большие сомнения, тогда как эффективно перехватывать баллистические ракеты не научились до сих пор. Вконец сразила военных и Хрущева красочно описанная ракетчиками перспектива ?кнопочной войны? будущего. Результат совещания ? самолетостроителям было предложено взять на себя часть заказов по ракетным темам. Все самолетные проекты были приостановлены. М-30 стал последним авиационным проектом Мясищева. В октябре ОКБ Мясищева окончательно переводится на ракетно-космическую тематику, а сам Мясищев отстраняется от должности руководителя.
_______
Автор: Александр Грек
popmech
Атомный след
В 1952 году в США взлетает легендарный B-52, через год ? первый в мире сверхзвуковой тактический бомбардировщик A-5 Vigilante, а еще через три ? сверхзвуковой стратегический XB-58 Hustler. СССР не отставал: одновременно с B-52 в воздух поднимается стратегический межконтинентальный бомбардировщик Ту-95, а 9 июля 1961 года весь мир шокирует показанный на авиапараде в Тушино гигантский сверхзвуковой бомбардировщик М-50, который, промчавшись над трибунами, сделал горку и растворился в небе. Мало кто догадывался, что это был последний полет супербомбардировщика.
Дело в том, что радиус полета построенного экземпляра не превышал 4000 км. И если для США, окруживших СССР военными базами, этого было достаточно, то для достижения американской территории с советских аэродромов требовалась дальность не менее 16 тыс. км. Расчеты показывали, что даже при двух заправках топливом дальность М-50 со ?спецгрузом? массой 5 т не превышала 14 тыс. км. При этом такой полет требовал целое озеро топлива (500 т) для бомбардировщика и топливозаправщиков. Для поражения же удаленных целей на территории США и свободного выбора трассы полета для обхода районов ПВО требовалась дальность в 25 тыс. км. Обеспечить ее на сверхзвуковом полете могли только самолеты с ядерными силовыми установками.
Подобный проект только сейчас кажется диким. В начале 50-х он казался не более экстравагантным, чем размещение реакторов на подводных лодках: и то и другое давало практически неограниченный радиус действия. Вполне обычным постановлением Совета Министров СССР от 1955 года ОКБ Туполева было предписано создать на базе бомбардировщика Ту-95 летающую атомную лабораторию, а ОКБ Мясищева ? выполнить проект сверхзвукового бомбардировщика ?со специальными двигателями главного конструктора Архипа Люльки?.
Специальные двигатели
Турбореактивный двигатель с атомным реактором (ТРДА) по конструкции очень сильно напоминает обычный турбореактивный двигатель (ТРД). Только если в ТРД тяга создается расширяющимися при сгорании керосина раскаленными газами, то в ТРДА воздух нагревается, проходя через реактор.
"коромысло"
"соосный"
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 варианты с обеими двигательными установками.
М-60 с двигателями соосной схемы
Первым в СССР самолетом с атомным двигателем должен был стать бомбардировщик М-60, разрабатываемый на основе существующего М-50. 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.
Схема высотного бомбардировщика М-30
Летающий Чернобыль
При взгляде на эскизы и макеты всех атомных самолетов Мясищева сразу бросается в глаза отсутствие традиционной кабины экипажа: она 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 до 25% массы самолета ? более 60 т! Радиоактивность внешнего воздуха (ведь он проходил через реактор) исключала возможность использования его для дыхания, поэтому для наддува кабины использовалась кислородноазотная смесь в пропорции 1:1, получаемая в специальных газификаторах 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.
Катапультная установка состояла из кресла и защитного контейнера, ограждающего экипаж не только от сверхзвукового воздушного потока, но и от мощного радиационного излучения двигателя. Задняя стенка имела 5сантиметровое свинцовое покрытие.
Понятно, что поднять в воздух, а тем более посадить 250-тонную машину, прильнув к окуляру перископа, было практически невозможно, поэтому бомбардировщик оборудовался полностью автоматической системой самолетовождения, которая обеспечивала автономный взлет, набор высоты, заход и наведение на цель, возвращение и посадку. (Все это в 50-х годах ? за 30 лет до автономного полета ?Бурана?!)
После того как выяснилось, что самолет сможет решать практически все задачи сам, появилась логическая идея сделать беспилотный вариант ? легче как раз на те самые 60 т. Отсутствие громоздкой кабины также уменьшало на 3 м диаметр самолета и на 4 м ? длину, что позволяло создать аэродинамически более совершенный планер по типу ?летающее крыло?. Однако в ВВС проект поддержки не нашел: считалось, что беспилотный самолет не в состоянии обеспечить маневр, необходимый в создавшейся конкретной обстановке, что приводит к большей поражаемости беспилотного аппарата.
Профиль полета М-30
Пляжный бомбардировщик
Наземный комплекс обслуживания атомных самолетов представлял собой не менее сложное сооружение, чем сами машины. Ввиду сильного радиационного фона практически все работы были автоматизированы: заправка, подвеска вооружения, доставка экипажа. Атомные двигатели хранились в специальном хранилище и монтировались на самолете непосредственно перед вылетом. Мало того, облучение материалов в полете потоком нейтронов приводило к активации конструкции самолета. Остаточное излучение было настолько сильным, что делало невозможным свободный подход к машине без применения специальных мер в течение 23 месяцев после снятия двигателей. Для отстоя таких самолетов в аэродромном комплексе отводились специальные площадки, а конструкция самих машин предусматривала быстрый монтаж основных блоков посредством манипуляторов. Гигантская масса атомных бомбардировщиков требовала особых взлетных полос, с толщиной покрытия около 0,5 м. Ясно было, что такой комплекс в случае начала войны был чрезвычайно уязвим.
Именно поэтому под индексом М-60М параллельно разрабатывался сверхзвуковой гидросамолет с атомным двигателем. Каждый район базирования таких самолетов, рассчитанный на обслуживание 10-15 гидросамолетов, занимал участок побережья в 50-100 км, что обеспечивало достаточную степень рассредоточения. Базы могли располагаться не только на юге страны. В СССР был тщательно изучен опыт Швеции по поддержанию в 1959 году водных акваторий круглый год в незамерзающем состоянии. Используя несложное оборудование для подачи воздуха по трубам, шведам удалось обеспечить циркуляцию теплых слоев воды со дна водоемов. Сами базы предполагалось строить в мощных прибрежных скальных массивах.
Береговая база атомных гидросамолетов
Атомный гидросамолет был довольно необычной компоновки. Воздухозаборники были удалены от поверхности воды на 1,4 м, что исключало попадание в них воды при волнении до 4-х баллов. Реактивные сопла нижних двигателей, расположенные на высоте 0,4 м, в случае необходимости наполовину перекрывались специальными заслонками. Впрочем, целесообразность заслонок подвергалась сомнению: гидросамолет должен был находиться на воде только с включенными двигателями. Со снятыми реакторами самолет базировался в специальном самоходном доке.
Для взлета с водной поверхности применялась уникальная комбинация выдвижных подводных крыльев, носовой и подкрыльевых гидролыж. Подобная конструкция на 15% снижала площадь поперечного сечения самолета и уменьшала его массу. Гидросамолет М-60М, как и сухопутный родственник М-60, мог находиться с боевой нагрузкой в 18 т на высоте 15 км более суток, что позволяло решать основные поставленные задачи. Однако сильное предполагаемое радиационное загрязнение мест базирования привело к тому, что в марте 1957 года проект был закрыт.
Гидросамолет М-60М
Вариант компоновки гидросамолета М-60М
По следам подводных лодок
Закрытие проекта М-60 вовсе не означало прекращение работ над атомной тематикой. Был поставлен крест только на атомных силовых установках с ?открытой? схемой ? когда атмосферный воздух проходил напрямую через реактор, подвергаясь сильному радиационному заражению. Надо отметить, что проект М-60 начинал разрабатываться, когда еще не было даже опыта создания атомных подводных лодок. Первая АПЛ К-3 ?Ленинский комсомол? была спущена на воду в 1957-м ? как раз в год прекращения работ над М-60. Реактор К-3 работал по ?закрытой? схеме. В реакторе происходил нагрев теплоносителя, который потом превращал воду в пар. Ввиду того, что теплоноситель постоянно находился в замкнутом изолированном контуре, радиационного заражения окружающей среды не происходило. Успех такой схемы во флоте активизировал работы в этой области и в авиации. Постановлением правительства от 1959 года ОКБ Мясищева поручается разработка нового высотного самолета М-30 с атомной силовой установкой ?закрытого? типа. Самолет предназначался для нанесения ударов бомбами и управляемыми ракетами по особо важным малоразмерным целям на территории США и авианосным ударным соединениям на океанских просторах.
Разработка двигателя для нового самолета была поручена ОКБ Кузнецова. При проектировании конструкторы столкнулись с неприятным парадоксом ? падением тяги атомного двигателя с понижением высоты. (Для обычных самолетов все было в точности наоборот ? тяга падала с набором высоты.) Начались поиски оптимальной аэродинамической схемы. В конце концов остановились на схеме ?утка? с крылом переменной стреловидности и пакетным расположением двигателей. Единый реактор по мощным замкнутым трубопроводам должен был доставлять жидкий теплоноситель (литий и натрий) к 6 воздушно-реактивным двигателям НК-5. Предусматривалось дополнительное использование углеводородного топлива на взлете, выходе на крейсерскую скорость и выполнении маневров в районе цели. К середине 60-го года предварительный проект М30 был готов. В связи с гораздо меньшим радиоактивным фоном от новой двигательной установки, существенно была облегчена защита экипажа, а кабина получила остекление из свинцового стекла и плексигласа общей толщиной 11 см. В качестве основного вооружения предусматривались две управляемые ракеты К-22. По планам подняться в воздух М-30 должен был не позже 1966 года.
Кнопочная война
Однако в 1960 году произошло историческое совещание по перспективам развития стратегических систем оружия. В результате Хрущев принял решения, за которые его до сих пор называют могильщиком авиации. По правде говоря, Никита Сергеевич тут ни при чем. На совещании ракетчики во главе с Королевым выступили куда более убедительно, чем разобщенные авиастроители. На вопрос, сколько времени требуется на подготовку вылета стратегического бомбардировщика с ядерным боеприпасом на борту, самолетчики ответили ? сутки. Ракетчикам потребовались минуты: ?Нам бы только гироскопы раскрутить?. К тому же им не требовались многокилометровые дорогостоящие взлетно-посадочные полосы. Преодоление бомбардировщиками средств ПВО также вызывало большие сомнения, тогда как эффективно перехватывать баллистические ракеты не научились до сих пор. Вконец сразила военных и Хрущева красочно описанная ракетчиками перспектива ?кнопочной войны? будущего. Результат совещания ? самолетостроителям было предложено взять на себя часть заказов по ракетным темам. Все самолетные проекты были приостановлены. М-30 стал последним авиационным проектом Мясищева. В октябре ОКБ Мясищева окончательно переводится на ракетно-космическую тематику, а сам Мясищев отстраняется от должности руководителя.
_______
Автор: Александр Грек
popmech
Комментариев 20
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.