Атомный транспорт

Мы уже писали о том, какие надежды в свое время возлагали в нашей стране и в мире на «мирный атом». Так, согласно прогнозам полувековой давности, к началу нынешнего века примерно 80% электрической энергии должно было вырабатываться на атомных электростанциях. Уже в те годы данное направление мыслилось как вхождение в «безуглеродную» эпоху, когда человечество начнет резко сокращать потребление ископаемого топлива за счет значительной доли принципиально новых источников энергии. Однако это касалось не только электростанций.

Сейчас уже немного забылось, что параллельно ученые делали ставку на «атомный транспорт». Иначе говоря, атомные двигатели должны были приводить в движение корабли, подводные лодки, поезда, автомобили и даже самолеты. Кое-что из этих прогнозов сбылось. Первый атомный ледокол («Ленин») и первая атомная субмарина («Наутилус») появились уже в конце 1950-х годов. Реальное воплощение в жизнь такой техники свидетельствовало о серьезности намерений тогдашних разработчиков. Иначе говоря, атомный транспорт не был досужей фантазией.  И в этой связи весьма интригующе выглядит то, что параллельно атомным ледоколам и субмаринам шло проектирование атомных поездов, атомных автомобилей, атомных самолетов и атомных ракет. Заявки разработчиков были настолько дерзкими, что в случае их удачного воплощения современный электромобиль мог бы показаться детской игрушкой.

В чем была привлекательность атомного двигателя? Как ни странно, но главным аргументом уже тогда, в середине 1950-х, считался принципиальный отказ от использования ископаемого топлива. Дескать, ядерное топливо является более достойной заменой продуктам из нефти, запасы которой не вечны и в недалеком будущем могут полностью иссякнуть при текущих объемах потребления (об этих опасениях мы уже писали неоднократно). То есть «безуглеродная» тема была актуальна даже в те времена.

Другое принципиально важное преимущество атомного двигателя заключалось в том, что вес запасаемого горючего здесь ничтожно мал. Единица ядерного топлива заключает в себе чуть ли не в два миллиона раз больше энергии, чем в единице веса известных химических видов топлива. Скажем, если вы используете атомный автомобиль, то для него одной-единственной заправки хватит на весь срок эксплуатации. По сути, при переходе на атомные автомобили сразу же исчезает необходимость в сети заправочных станций.

На этот счет впечатляюще выглядело такое сравнение. Самые большие реактивные самолеты тех лет - при общем весе двигателей около 15 тонн - брали на борт 50 тонн керосина. То есть общий вес двигателя и горючего составлял 65 тонн. При этом такой самолет мог пролететь без пересадки около 10 тысяч километров. Если бы на самолете был установлен атомный двигатель весом в 65 тонн, то он смог бы многократно обогнуть без посадки весь земной шар. При этом расход ядерного топлива на каждый кругосветный рейс составил бы всего 400 граммов.

Упоминание атомных самолетов может привести в некоторое замешательство ввиду неясности устройства атомной силовой установки именно для самолетов. На этот счет ученые предлагали несколько вариантов.

Самым простым (на первый взгляд) выглядел воздушно-реактивный прямоточный двигатель. Для его работы самолет необходимо было разогнать с помощью другого двигателя до определенных скоростей. При таких скоростях сжатый воздух поступал к атомному реактору и продавливался через трубки, пронизывающие каналы с ядерным топливом. Тепло от ядерной реакции нагревало воздух, который от нагрева расширялся и вырывался из сопла со скоростью намного более высокой, чем скорость встречного потока воздуха. Именно таким путем создавалась реактивная тяга.

Однако на этом пути возникали серьезные технические затруднения. Поэтому более перспективным вариантом считался турбовинтовой двигатель, в котором рабочее тело (например, вода) циркулировало по замкнутому контуру. С помощью насоса вода прокачивалась через реактор, превращаясь в пар. Затем пар поступал на многоступенчатую турбину, вращающую винт. Далее он сжижался в конденсаторе, после чего вода опять поступала в реактор. Воздух, обтекавший трубки конденсатора, также нагревался и выбрасывался назад, образуя дополнительную реактивную тягу.

Впрочем, здесь также были проблемы. Одна из них связана с разрушающим воздействием радиоактивных газов и жидкостей на материалы и конструкции. Всё это требовало дополнительной защиты, ведущей к утяжелению силовой установки. Впрочем, ученые не сомневались в том, что эта проблема будет решена, учитывая то обстоятельство, что в авиации срок работы двигателей намного меньше, чем в стационарной технике.

Самое интересное, что в середине 1950-х годов ученые и инженеры уже рассматривали несколько перспективных схем турбокомпрессорных воздушно-реактивных двигателей на ядерном топливе. Технические подробности приводить не будем, поскольку они интересны только специалистам. Главное, что здесь нужно учесть: на протяжении 1950-х годов и в нашей стране, и за рубежом шла реальная работа по созданию атомных самолетов. Подчеркиваем, что эта работа шла параллельно с работой над атомными ледоколами и субмаринами. В принципе, в наше время небо должны были бороздить самолеты с атомными двигателями. Сейчас это почему-то сложно представить, но в те времена ученые были полны надежд на успех.

Немного успешнее шла работа над созданием атомных поездов. Причина понятна: для тяжелого наземного транспорта такие задачи решить проще, чем для воздушных судов. Локомотивы с атомными двигателями (их даже окрестили как «атомовозы» - по аналогии с паровозом) были почти на подходе. По одному из таких проектов «атомовоз» должен был весить 300 тонн. Цифра немаленькая, однако ученые отмечали, что некоторые паровозы имели вес в 140 тонн. Длина такой махины вместе с прицепом составляла 50 метров при высоте 5 метров. На локомотиве собирались установить атомный реактор шестигранной формы из нержавеющей стали с биологической защитой толщиной до 1,2 метра. Реактор должен был заполняться раствором урановой соли, содержащим около девяти килограммов урана-235.

Работа данного агрегата выглядела следующим образом. По тонкостенным трубкам котла (таких трубок было 10 тысяч штук) протекала дистиллированная вода, превращаясь в пар. Регулирование тепла осуществлялось с помощью стержней, содержащих бор и кадмий. Поступающий на турбину пар имел давление около 12 атмосфер и температуру порядка 200 градусов Цельсия. Из турбины пар попадал в конденсатор, омываемый водой из радиаторов, расположенных в прицепе. Пар конденсировался, после чего вода опять попадала в реактор.

Мощность турбины проектируемого «атомовоза» должна была составить около 8 тысяч лошадиных сил. Для сравнения: самый мощный на то время советский восьмиосный электровоз Н–8 имел мощность 5 700 лошадиных сил. На «атомовозе» турбина подключалась к четырем электрогенераторам. От них постоянный ток поступал на 12 тяговых двигателей мощностью более 600 л. с. каждый.

Фактически, турбина здесь также работает на радиоактивном паре. Это создает особые сложности, поскольку необходимо использовать материалы, которые должны быть устойчивыми к коррозии, вызывающей разрушение под действием лучистых частиц. Кроме того, в поле облучения вода частично распадалась на водород и кислород. Для отделения газа от воды предусматривался сепаратор. Вода возвращалась в реактор, а водород и кислород направлялись в камеру катализа, где вода восстанавливалась и возвращалась в котел. В данном случае создавалась дополнительная паровая линия, обеспечивающая работу турбины, приводящей в движение дополнительные механизмы локомотива.

Согласно расчетам, расход горючего для такого «атомовоза» составлял примерно 15 граммов на тысячу километров пробега. Для возобновления топливной смеси в реакторе локомотива требовалось всего лишь около четырех суток в год (точнее – два раза по двое суток). По словам наших ученых, «атомовоз» выглядел бы среди паровозов как гигантский мамонт среди слонов. И для его эффективной работы, подчеркивали они, он должен был использоваться на полных нагрузках. Только так он мог соперничать с тогдашними тепловозами и электровозами.

Мы приводим эти технические подробности для того, чтобы лишний раз подчеркнуть реалии тех лет. Еще раз отметим, что в те годы подобная атомная техника проектировалась реально (даже создавались гипотетические схемы атомных автомобилей). С атомными ледоколами и атомными субмаринами всё сложилось удачно. С «атомовозами», атомными самолетами и атомными автомобилями процесс несколько затянулся. Впрочем, у ученых и инженеров того времени была уверенность, что ближе к 2000 году вопрос будет закрыт и здесь. И тогда масштаб использования «мирного атома» распространится чуть ли не на все сферы, где используется ископаемое топливо. В этой связи нельзя не удивиться тому, что стратегии «безуглеродного» развития в 1950-е годы были куда более смелыми, чем в наши дни.

Николай Нестеров