El programa de propulsión nuclear de aeronaves ( ANP ) y el anterior proyecto de energía nuclear para la propulsión de aeronaves ( NEPA ) trabajaron para desarrollar un sistema de propulsión nuclear para aeronaves . Las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos iniciaron el Proyecto NEPA el 28 de mayo de 1946. [1] NEPA operó hasta mayo de 1951, cuando el proyecto fue transferido a la Comisión de Energía Atómica conjunta (AEC) / USAF ANP. [2] La USAF buscó dos sistemas diferentes para motores a reacción de propulsión nuclear, el concepto Direct Air Cycle, que fue desarrollado por General Electric , y Indirect Air Cycle, que fue asignado aPratt y Whitney . El programa estaba destinado a desarrollar y probar el Convair X-6 , pero se canceló en 1961 antes de que se construyera ese avión. El costo total del programa desde 1946 hasta 1961 fue de aproximadamente mil millones de dólares. [3]
Tipos
Ciclo de aire directo
Los motores nucleares de ciclo directo se asemejarían a un motor a reacción convencional, excepto que no habría cámaras de combustión . El aire obtenido de la sección del compresor se enviaría a un pleno que dirige el aire hacia el núcleo del reactor nuclear . Se produce un intercambio donde se enfría el reactor, pero luego calienta el mismo aire y lo envía a otro plenum. El segundo pleno dirige el aire a través de una turbina (que alimenta el compresor), luego sale por el escape, proporcionando empuje. El resultado final es que, en lugar de usar combustible para aviones, un avión podría depender del calor de las reacciones nucleares para obtener energía.
Se siguió el programa de General Electric, que tenía su sede en Evendale, Ohio , debido a sus ventajas en cuanto a simplicidad, confiabilidad, idoneidad y capacidad de inicio rápido. Se utilizaron secciones de turbina y compresor de motor a reacción convencional , y el aire comprimido pasó a través del reactor para ser calentado por él antes de ser expulsado a través de la turbina.
Ciclo de aire indirecto
Los ciclos indirectos implican un intercambio térmico fuera del núcleo y el aire del compresor se envía a un intercambiador de calor . El núcleo del reactor nuclear calentaría agua presurizada o metal líquido y lo enviaría también al intercambiador de calor. Ese líquido caliente sería enfriado por el aire; el aire sería calentado por el líquido, enviado a través de una turbina (alimentando el compresor), luego saliendo por el escape, proporcionando empuje.
El programa Indirect Air Cycle se asignó a Pratt & Whitney, en una instalación cerca de Middletown, Connecticut . Este concepto habría producido mucha menos contaminación radiactiva. Uno o dos bucles de metal líquido llevarían el calor del reactor al motor. Este programa implicó una gran cantidad de investigación y desarrollo de muchos sistemas ligeros adecuados para su uso en aeronaves, como intercambiadores de calor, turbobombas de metal líquido y radiadores . El programa de ciclo indirecto nunca estuvo cerca de producir hardware listo para volar. [4]
Proyectos y reactores experimentales
Experimento de reactor de aeronave
Los Estados Unidos Aircraft Reactor Experiment (ARE) fue un MW 2,5 º térmica -spectrum reactor nuclear experimento diseñado para alcanzar un alto densidad de potencia y la temperatura de salida de alta para su uso como un motor en un avión de bombardero nuclear-powered. La ventaja de una aeronave de propulsión nuclear sobre una aeronave de propulsión convencional es que podría permanecer en el aire en órdenes de magnitud durante más tiempo y proporcionar una disuasión estratégica nuclear eficaz para un adversario soviético con armas nucleares . El ARE fue el primer reactor de sales fundidas (MSR) construido y operado. Usó la sal de fluoruro fundido NaF - ZrF 4 - UF 4 (53-41-6% en moles) como combustible , fue moderado por un óxido de berilio (BeO) de configuración hexagonal y tuvo una temperatura máxima de 860 ° C. Se utilizó un sistema de refrigerante de sodio líquido redundante para enfriar los materiales del moderador y el reflector . Se hizo circular un circuito de refrigerante de gas helio secundario alrededor del refrigerante primario para transferir calor a un radiador de agua donde la salida de calor se descargaba a la atmósfera. Se instalaron barras de control de reactividad y se encontró que las barras de control no determinaban la potencia de salida del ARE; más bien, lo hizo la demanda de energía, que afectó las temperaturas de entrada y salida debido al coeficiente de reactividad de temperatura negativa . El ARE funcionó a potencia durante 221 horas hasta un pico de 2,5 MW th . [5]
Proyecto MX-1589
El 5 de septiembre de 1951, la USAF otorgó a Convair un contrato para volar un reactor nuclear a bordo de un Convair B-36 Peacemaker modificado [6] bajo el proyecto MX-1589 del programa ANP. La aeronave de prueba nuclear NB-36H (NTA) debía estudiar los requisitos de blindaje de un reactor aerotransportado, para determinar si una aeronave nuclear era factible. Este fue el único experimento de reactor aerotransportado conocido por los EE. UU. Con un reactor nuclear operativo a bordo. La NTA voló un total de 47 veces probando el reactor sobre el oeste de Texas y el sur de Nuevo México. El reactor, llamado Aircraft Shield Test Reactor (ASTR), estaba operativo pero no alimentaba la aeronave, sino que el propósito principal del programa de vuelo era la prueba del escudo. Según los resultados de la NTA, el X-6 y todo el programa de aviones nucleares se abandonaron en 1961.
Experimentos de reactores de transferencia de calor
Como parte del programa AEC / USAF ANP, en 1956, los General Electric J47 modificados se hicieron funcionar por primera vez con energía nuclear utilizando un conjunto de prueba de reactor conocido como Experimento 1 del Reactor de Transferencia de Calor (HTRE-1). HTRE-1, que usaba barras de control orientadas verticalmente, se reconfiguró con un núcleo extraíble para convertirse en HTRE-2 para pruebas adicionales. HTRE-3 se construyó por separado para probar barras de control orientadas horizontalmente según sea apropiado para su uso en un fuselaje. [7]
El público puede ver los reactores y conjuntos de prueba HTRE-2 y HTRE-3 desmantelados en el estacionamiento del Reactor Reproductor Experimental I en el Laboratorio Nacional de Idaho .
Reactor de aeronaves Pratt and Whitney-1
El 5 de febrero de 1957, otro reactor se hizo crítico en la Instalación de Experimentos Críticos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) como parte del programa de reactores de combustible circulante de Pratt and Whitney Aircraft Company (PWAC). Esto se llamó PWAR-1, el Pratt and Whitney Aircraft Reactor-1. El propósito del experimento fue verificar experimentalmente las propiedades nucleares predichas teóricamente de un reactor PWAC. El experimento solo se llevó a cabo en breve; a fines de febrero de 1957 se habían tomado todos los datos y había comenzado el desmontaje. El experimento se llevó a cabo con una potencia nuclear prácticamente nula. La temperatura de funcionamiento se mantuvo constante en aproximadamente 675 ° C (1247 ° F), lo que corresponde estrechamente a la temperatura de funcionamiento de diseño del moderador PWAR-1; esta temperatura se mantuvo mediante calentadores externos. Al igual que el ARE de 2,5 MWt, el PWAR-1 utilizó NaF-ZrF4-UF4 como combustible y refrigerante principal. [8]
Cancelación
La competencia tecnológica con la Unión Soviética (representada por el lanzamiento del Sputnik 1 ) y el fuerte apoyo continuo de la Fuerza Aérea permitieron que el programa continuara, a pesar del liderazgo dividido entre el DOD y la AEC. Se financiaron y construyeron numerosas instalaciones de prueba durante las décadas de 1950 y 1960-1961 para producir una unidad de energía nuclear digna de volar, incluida una en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL). Si bien el ARE demostró con éxito el funcionamiento de un concepto de MSR, el programa fue cancelado por el presidente Kennedy el 26 de marzo de 1961 [2] citando el escandaloso costo sin que se hubiera producido ningún reactor apto para volar hasta ese momento [5] - "15 años y se han destinado alrededor de mil millones de dólares al intento de desarrollo de un avión de propulsión nuclear, pero la posibilidad de lograr un avión de utilidad militar en un futuro previsible es todavía muy remota ". También contribuyó a la cancelación el hecho de que los primeros misiles balísticos intercontinentales entraron en servicio activo en septiembre de 1959, lo que prácticamente eliminó la necesidad de un avión de propulsión nuclear como elemento de disuasión estratégico. [9] Sin embargo, los resultados de la SON científicos e ingenieros del programa se le indique en ORNL para presentar una propuesta de diseño preliminar a la Comisión de Energía Atómica de 30 MW º MSR experimental para explorar MSR como un concepto central de energía civil. [10] El resultado de la propuesta fue la dirección de la Comisión de Energía Atómica para ORNL para diseñar, construir y operar el Experimento del Reactor de Sal Fundida (MSRE). [11]
Ver también
- Laboratorio de Aeronaves Nucleares de Georgia
- WS-125 , requisito de la USAF de 1955 para bombardero de propulsión nuclear
- NERVA
- Proyecto Plutón para desarrollar motores ramjet de propulsión nuclear para su uso en misiles de crucero
- Proyecto Rover para desarrollar un cohete térmico nuclear
- Tupolev Tu-95LAL
Referencias
- ↑ Emme, Eugene M, comp (1961), Aeronautics and Astronautics: An American Chronology of Science and Technology in the Exploration of Space, 1915-1960 , Washington, DC, págs. 49–63.
- ^ a b "Megazone" . El decaimiento del programa de aeronaves de propulsión atómica . Instituto Politécnico de Worcester. 1993 . Consultado el 5 de noviembre de 2008 .
- ^ "Revisión del programa de propulsión nuclear de aviones tripulados" (PDF) . Contralor General de Estados Unidos . B-146759. 1963-02-28 . Consultado el 20 de febrero de 2020 .
- ^ Alvin M. Weinberg, La primera era nuclear: la vida y los tiempos de un fijador tecnológico Springer Science & Business Media, 1994 ISBN 1563963582 p . 106
- ^ a b Propulsión nuclear de aviones - Política. (1997). Propulsión nuclear de aeronaves. Obtenido el 16 de enero de 2016 de http://www.megazone.org/ANP/politics.shtml
- ^ Launius, Roger D. "Cronología de la aeronáutica y la astronáutica 1950–54" . www.hq.nasa.gov . Consultado el 12 de abril de 2018 .
- ^ McCusker, Thomas. "Informe final: Descontaminación y desmantelamiento de los ensamblajes de prueba del experimento del reactor de transferencia de calor HTRE-2 y HTRE-3" (PDF) . Laboratorio Nacional de Idaho . Consultado el 6 de julio de 2019 .
- ^ http://energyfromthorium.com/pdf/ORNL-2536.pdf
- ^ Atlas. (Dakota del Norte). La historia del vuelo. Obtenido el 16 de enero de 2016 de http://www.century-of-flight.net/Aviation%20history/space/Atlas.htm.
- ^ Alexander, LG y col. Laboratorio Nacional de Oak Ridge. (8 de marzo de 1960). Reactor de potencia experimental de 30 Mw alimentado con sales fundidas. ORNL-2796. Obtenido el 16 de enero de 2016 de http://moltensalt.org/references/static/downloads/pdf/ORNL-2796.pdf.
- ^ Robertson, RC, etc. Laboratorio Nacional de Oak Ridge. (Enero de 1965). Informe de diseño y operaciones de MSRE, Parte I, descripción del diseño del reactor (págs. 3–6). ORNL-TM-728. Obtenido el 1 de diciembre de 2015 de http://moltensalt.org/references/static/downloads/pdf/ORNL-TM-0728.pdf.
enlaces externos
- Gantz, Kenneth, vuelo nuclear; los programas de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para jets atómicos, misiles y cohetes. , Nueva York, Duell, Sloan y Pearce.
- Thorton, G (1962-06-28), Informe técnico completo, Programa de propulsión nuclear de aeronaves de ciclo directo de aire de General Electric, Resumen del programa y referencias , Comisión de Energía Atómica de EE. UU. (AEC), OSTI 1048124.
- Sueños de vuelo nuclear: los programas NEPA y ANP (PDF) , Wisc, archivado desde el original (PDF) el 18 de junio de 2010 , consultado el 12 de agosto de 2009.
- La Oficina de Turismo Atómico. (enlaces a un sitio web de fotografía ( http://www.chrispeters.com/ ))
- Wendt, Gerald (1951), A Scientist Preview The First Atomic Airplane (artículo) con ilustraciones sobre el tema del uso de un reactor atómico para impulsar una aeronave.
- Martin, Richard (8 de mayo de 2012), "ANP" , SuperFuel , págs. 109-12, ISBN 9780230341913.
- SOVİET TOP SECRET NUCLEAR AIRPLANE M-60 Akademi Portal por el sitio web de Akademi Portal (en inglés)
- INFORME TÉCNICO INTEGRAL PROGRAMA DE PROPULSIÓN NUCLEAR DE AVIONES DE CICLO AÉREO DIRECTO DE GE (en inglés)
- Reactores "volables" y acoplamiento de neutrones (en inglés)
- Programa de propulsión nuclear de aeronaves: audiencia ante el Subcomité de Investigación y Desarrollo del Comité Conjunto de Energía Atómica (Informe). 23 de julio de 1959. hdl : 2027 / uiug.30112065524198 .