L'expérience acquise dans les années 50-70 du XXe siècle sera encore utile au XXIe siècle
Il peut paraître étrange que l'énergie nucléaire, solidement ancrée dans la terre, dans l'hydrosphère et même dans l'espace, ne se soit pas enracinée dans l'air. C'est le cas lorsque des considérations de sécurité apparentes (mais pas seulement) l'emportaient sur les avantages techniques et opérationnels évidents de l'introduction des centrales nucléaires (NPS) dans l'aviation.
En attendant, la probabilité de conséquences graves d'incidents avec de tels aéronefs, à condition qu'ils soient parfaits, peut difficilement être considérée comme plus élevée par rapport aux systèmes spatiaux utilisant des centrales nucléaires (NPP). Et par souci d'objectivité, il convient de rappeler: l'accident du satellite terrestre artificiel soviétique Kosmos-954 de type US-A, survenu en 1978 avec la chute de ses fragments sur le territoire du Canada, survenu en 1978, n'a pas conduit à la réduction du système de reconnaissance de l'espace maritime et de désignation d'objectifs (MKRT) "Legend", dont l'élément était les dispositifs US-A (17F16-K).
En revanche, les conditions de fonctionnement d'une centrale nucléaire aéronautique destinée à créer une poussée en générant de la chaleur dans un réacteur nucléaire fourni à l'air dans un moteur à turbine à gaz sont totalement différentes de celles des centrales nucléaires satellites, qui sont des générateurs thermoélectriques. Aujourd'hui, deux diagrammes schématiques d'un système de contrôle nucléaire de l'aviation ont été proposés - un type ouvert et un type fermé. Le schéma de type ouvert prévoit le chauffage de l'air comprimé par le compresseur directement dans les canaux du réacteur avec son écoulement ultérieur à travers la buse à jet, et le type fermé prévoit le chauffage de l'air à l'aide d'un échangeur de chaleur, dans une boucle fermée dont le liquide de refroidissement circule. Le circuit fermé peut être à un ou deux circuits, et du point de vue d'assurer la sécurité de fonctionnement, la deuxième option semble la plus préférable, puisque le bloc réacteur avec le premier circuit peut être placé dans une enveloppe de protection antichoc, l'étanchéité qui prévient les conséquences catastrophiques en cas d'accident d'avion.
Dans les systèmes nucléaires aéronautiques de type fermé, des réacteurs à eau sous pression et des réacteurs à neutrons rapides peuvent être utilisés. Lors de la mise en œuvre d'un schéma à deux circuits avec un réacteur "rapide" dans le premier circuit du NPS, des métaux alcalins liquides (sodium, lithium) et un gaz inerte (hélium) seraient utilisés comme réfrigérant, et dans le second, des alcalis métaux (sodium liquide, sodium eutectique fondu, etc.) potassium).
A L'AIR - REACTEUR
L'idée d'utiliser l'énergie nucléaire dans l'aviation a été avancée en 1942 par l'un des dirigeants du projet Manhattan, Enrico Fermi. Elle s'intéresse au commandement de l'US Air Force, et en 1946 les Américains se lancent dans le projet NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft), destiné à déterminer les possibilités de création d'un bombardier à rayon d'action illimité et d'un avion de reconnaissance.
Tout d'abord, il a fallu mener des recherches liées à la radioprotection des équipages et du personnel de service au sol, et donner une évaluation probabiliste-situationnelle des accidents possibles. Afin d'accélérer les travaux, le projet NEPA en 1951 a été étendu par l'US Air Force au programme cible ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Dans son cadre, la société General Electric a développé un circuit ouvert, et la société Pratt-Whitney a développé un circuit YSU fermé.
Pour tester le futur réacteur nucléaire d'aviation (exclusivement en mode de lancements physiques) et la protection biologique, le bombardier stratégique de série B-36H Peacemaker de la société Convair était prévu avec des moteurs à six pistons et quatre turboréacteurs. Ce n'était pas un avion nucléaire, mais juste un laboratoire volant, où le réacteur devait être testé, mais a été désigné NB-36H - Bombardier nucléaire ("Bombardier atomique"). Le cockpit a été transformé en une capsule de plomb et de caoutchouc avec un bouclier supplémentaire en acier et en plomb. Pour protéger contre le rayonnement neutronique, des panneaux spéciaux remplis d'eau ont été insérés dans le fuselage.
Le prototype de réacteur d'avion ARE (Aircraft Reactor Experiment), créé en 1954 par le Laboratoire national d'Oak Ridge, est devenu le premier réacteur nucléaire homogène au monde d'une capacité de 2,5 MW sur combustible à partir d'un sel fondu - fluorure de sodium et tétrafluorures de zirconium et d'uranium.
L'avantage de ce type de réacteurs réside dans l'impossibilité fondamentale d'un accident avec destruction du cœur, et le mélange combustible sel lui-même, dans le cas d'un NSU aéronautique de type fermé, jouerait le rôle de réfrigérant primaire. Lorsqu'un sel fondu est utilisé comme fluide caloporteur, d'autant plus élevée, en comparaison par exemple avec le sodium liquide, que la capacité calorifique du sel fondu permet l'utilisation de pompes de circulation de petites dimensions et bénéficie d'une diminution de la consommation de métal du conception de la centrale nucléaire dans son ensemble, et la faible conductivité thermique aurait dû assurer la stabilité du moteur nucléaire de l'avion contre les brusques sauts de température dans le premier circuit.
Sur la base du réacteur ARE, les Américains ont développé une aviation expérimentale YSU HTRE (Heat Transfer Reactor Experiment). Sans plus tarder, General Dynamics a conçu le moteur nucléaire d'avion X-39 basé sur le turboréacteur J47 de série pour les bombardiers stratégiques B-36 et B-47 « Stratojet » - au lieu d'une chambre de combustion, le cœur du réacteur y a été placé.
Convair avait l'intention de fournir le X-39 au X-6 - peut-être que son prototype serait le bombardier stratégique supersonique B-58 Hustler, qui a effectué son vol inaugural en 1956. De plus, la version atomique d'un bombardier subsonique expérimenté de la même société YB-60 a également été envisagée. Cependant, les Américains ont abandonné le système de contrôle nucléaire de l'aviation en circuit ouvert, considérant que l'érosion des parois des canaux d'air du cœur du réacteur X-39 conduira au fait que l'avion laissera derrière lui une traînée radioactive, polluant l'environnement..
L'espoir de succès a été promis par la centrale nucléaire de type fermé plus sûre contre les radiations de la société Pratt-Whitney, à la création de laquelle General Dynamics a également participé. Pour ces moteurs, la société "Convair" a commencé la construction de l'avion expérimental NX-2. Des versions à turboréacteur et à turbopropulseur de bombardiers nucléaires avec des centrales nucléaires de ce type étaient en cours d'élaboration.
Cependant, l'adoption en 1959 des missiles balistiques intercontinentaux Atlas, capables de frapper des cibles en URSS depuis le continent américain, a neutralisé le programme ANP, d'autant plus que des échantillons de production d'avions atomiques n'auraient guère fait leur apparition avant 1970. En conséquence, en mars 1961, tous les travaux dans ce domaine aux États-Unis ont été arrêtés par décision personnelle du président John F. Kennedy, et un véritable avion atomique n'a jamais été construit.
L'échantillon de vol du réacteur d'avion ASTR (Aircraft Shield Test Reactor), situé dans le compartiment à bombes du laboratoire volant NB-36H, était un réacteur à neutrons rapides de 1 MW qui n'était pas connecté aux moteurs et fonctionnait au dioxyde d'uranium et refroidi par un flux d'air pris à travers des prises d'air spéciales. De septembre 1955 à mars 1957, le NB-36H a effectué 47 vols avec ASTR au-dessus de zones inhabitées des États du Nouveau-Mexique et du Texas, après quoi la voiture n'a jamais été soulevée dans le ciel.
A noter que l'US Air Force s'est également penchée sur le problème d'un moteur nucléaire pour les missiles de croisière ou, comme il était d'usage de dire jusqu'aux années 1960, pour les avions à projectiles. Dans le cadre du projet Pluto, Livermore Laboratory a créé deux échantillons du statoréacteur nucléaire Tory, qui devait être installé sur le missile de croisière supersonique SLAM. Le principe du « chauffage atomique » de l'air par passage dans le cœur du réacteur était ici le même que dans les moteurs nucléaires à turbine à gaz de type ouvert, à une seule différence près: le statoréacteur est dépourvu de compresseur et de turbine. Les conservateurs, testés avec succès sur le terrain en 1961-1964, sont les premières et à ce jour les seules centrales nucléaires aéronautiques réellement opérationnelles (plus précisément, les missiles et l'aviation). Mais ce projet a également été clôturé comme sans espoir sur fond de succès dans la création de missiles balistiques.
Rattraper et dépasser
Bien entendu, l'idée d'utiliser l'énergie nucléaire dans l'aviation, indépendamment des Américains, s'est également développée en URSS. En fait, en Occident, non sans raison, ils soupçonnaient qu'un tel travail était effectué en Union soviétique, mais avec la première divulgation du fait à leur sujet, ils se sont mis dans le pétrin. Le 1er décembre 1958, Aviation Week rapportait: L'URSS est en train de créer un bombardier stratégique avec des moteurs nucléaires, ce qui a provoqué une excitation considérable en Amérique et a même contribué à maintenir l'intérêt pour le programme ANP, qui avait déjà commencé à s'estomper. Cependant, dans les dessins accompagnant l'article, l'éditorialiste a représenté assez fidèlement l'avion M-50 du bureau de conception expérimentale VM Myasishchev, qui était en fait en cours de développement à cette époque, avec une apparence complètement "futuriste", qui avait des turboréacteurs conventionnels. On ne sait d'ailleurs pas si cette publication a été suivie d'une « confrontation » au KGB de l'URSS: les travaux sur le M-50 se sont déroulés dans une atmosphère du plus strict secret, le bombardier a effectué son premier vol plus tard que la mention dans la presse occidentale, en octobre 1959, et la voiture ne fut présentée au grand public qu'en juillet 1961 lors du défilé aérien de Touchino.
Quant à la presse soviétique, pour la première fois au sujet de l'avion atomique a été racontée dans les termes les plus généraux par le magazine "Technics - Youth" dans le n°8 de 1955: "L'énergie atomique est de plus en plus utilisée dans l'industrie, l'énergie, l'agriculture et Médicament. Mais le temps n'est pas loin où il sera utilisé dans l'aviation. Depuis les aérodromes, des machines géantes s'élèveront facilement dans les airs. Les avions nucléaires pourront voler presque aussi longtemps que vous le souhaitez, sans couler au sol pendant des mois, effectuant des dizaines de tours du monde sans escale à une vitesse supersonique. » Le magazine, faisant allusion à la finalité militaire du véhicule (les avions civils n'ont pas besoin d'être dans le ciel "aussi longtemps que vous le souhaitez"), a néanmoins présenté un schéma hypothétique d'un avion de ligne cargo-passagers avec une centrale nucléaire de type ouvert.
Cependant, le collectif Myasishchevsky, et pas seul, s'est effectivement occupé des avions avec des centrales nucléaires. Bien que les physiciens soviétiques étudient la possibilité de leur création depuis la fin des années 40, les travaux pratiques dans ce sens en Union soviétique ont commencé beaucoup plus tard qu'aux États-Unis, et le début a été posé par le décret du Conseil des ministres de la URSS n° 1561-868 du 12 août 1955. Selon lui, OKB-23 V. M. Myasishchev et OKB-156 A. N. Tupolev, ainsi que le moteur d'avion OKB-165 A. M. Lyulka et OKB-276 N. D. Kuznetsov ont été chargés de développer des bombardiers stratégiques atomiques.
Le réacteur nucléaire de l'avion a été conçu sous la supervision des académiciens I. V. Kurchatov et A. P. Aleksandrov. L'objectif était le même que celui des Américains: obtenir une voiture qui, ayant décollé du territoire du pays, serait capable de frapper des cibles n'importe où dans le monde (d'abord, bien sûr, aux États-Unis).
Une caractéristique du programme d'aviation atomique soviétique était qu'il se poursuivait même lorsque le sujet était déjà oublié aux États-Unis.
Lors de la création du système de contrôle nucléaire, les schémas des circuits ouverts et fermés ont été minutieusement analysés. Ainsi, dans le cadre du schéma de type ouvert, qui a reçu le code "B", le bureau de conception de Lyulka a développé deux types de turboréacteurs atomiques - axiaux, avec passage de l'arbre du turbocompresseur à travers un réacteur annulaire, et " culbuteurs " - avec un puits à l'extérieur du réacteur, situé dans un chemin d'écoulement incurvé. À son tour, le bureau de conception de Kuznetsov a travaillé sur les moteurs selon le schéma "A" fermé.
Le bureau de conception de Myasishchev s'est immédiatement mis à résoudre la tâche, apparemment la plus difficile, à savoir concevoir des bombardiers lourds atomiques à très grande vitesse. Aujourd'hui encore, en regardant les schémas des futures voitures fabriquées à la fin des années 50, on peut bien voir les traits de l'esthétique technique du 21ème siècle ! Ce sont les projets d'avions "60", "60M" (hydravion nucléaire), "62" pour les moteurs Lyulkovsk du régime "B", ainsi que "30" - déjà sous les moteurs de Kuznetsov. Les caractéristiques attendues du bombardier "30" sont impressionnantes: vitesse maximale - 3600 km/h, vitesse de croisière - 3000 km/h.
Cependant, la question n'est pas venue à la conception détaillée de l'avion nucléaire Myasishchev en raison de la liquidation d'OKB-23 à titre indépendant et de son introduction dans la fusée et l'espace OKB-52 de V. N. Chelomey.
Lors de la première étape de participation au programme, l'équipe Tupolev devait créer un laboratoire volant similaire à celui du NB-36H américain avec un réacteur à son bord. Reçu la désignation Tu-95LAL, il a été construit sur la base du bombardier stratégique lourd à turbopropulseurs en série Tu-95M. Notre réacteur, comme celui américain, n'était pas couplé aux moteurs de l'avion porteur. La différence fondamentale entre le réacteur d'avion soviétique et le réacteur américain était qu'il était refroidi à l'eau, avec une puissance beaucoup plus faible (100 kW).
Le réacteur domestique était refroidi par l'eau du circuit primaire, qui à son tour chauffait l'eau du circuit secondaire, qui était refroidie par le flux d'air qui traversait l'entrée d'air. C'est ainsi qu'a été élaboré le schéma du turbopropulseur atomique NK-14A Kuznetsov.
Le laboratoire nucléaire volant Tu-95LAL en 1961-1962 a soulevé le réacteur 36 fois à la fois en fonctionnement et à l'état "froid" afin d'étudier l'efficacité du système de protection biologique et l'effet des rayonnements sur les systèmes de l'avion.. Selon les résultats des tests, le président du Comité d'État pour la technologie de l'aviation P. V. Dementyev a toutefois noté dans sa note aux dirigeants du pays en février 1962: avec YSU a été développé dans OKB-301 SA Lavochkin. - K. Ch.), les travaux de recherche menés étant insuffisants pour le développement de prototypes d'équipements militaires, ces travaux doivent être poursuivis. »
Dans le cadre du développement de la réserve de conception de l'OKB-156, le Tupolev Design Bureau a développé sur la base du bombardier Tu-95 un projet d'avion expérimental Tu-119 avec des turbopropulseurs atomiques NK-14A. Depuis que la tâche de créer un bombardier à très longue portée avec l'apparition en URSS de missiles balistiques intercontinentaux et de missiles balistiques basés en mer (sur les sous-marins) a perdu sa pertinence critique, les Tupolev ont considéré le Tu-119 comme un modèle de transition sur la voie à la création d'un avion anti-sous-marin nucléaire basé sur l'avion de ligne long-courrier Tu-114, qui a également "grandi" à partir du Tu-95. Cet objectif était tout à fait cohérent avec l'inquiétude des dirigeants soviétiques concernant le déploiement par les Américains dans les années 1960 d'un système de missiles nucléaires sous-marins avec des ICBM Polaris puis Poséidon.
Cependant, le projet d'un tel avion n'a pas été mis en œuvre. Resté au stade de la conception et les plans de création d'une famille de bombardiers supersoniques Tupolev avec YSU sous le nom de code Tu-120, qui, comme le chasseur d'air atomique pour sous-marins, devaient être testés dans les années 70…
Néanmoins, le Kremlin aimait l'idée de doter l'aéronavale d'un avion anti-sous-marin avec un rayon d'action illimité pour combattre les sous-marins nucléaires de l'OTAN dans n'importe quelle région des océans. De plus, cet engin était censé emporter autant de munitions que possible d'armes anti-sous-marines - missiles, torpilles, grenades sous-marines (y compris nucléaires) et bouées sonars. C'est pourquoi le choix s'est porté sur un avion de transport militaire lourd An-22 "Antey" d'une capacité de 60 tonnes - le plus grand avion de ligne à turbopropulseurs à fuselage large au monde. Le futur avion An-22PLO devait être équipé de quatre turbopropulseurs atomiques NK-14A au lieu du NK-12MA standard.
Le programme pour la création d'un tel invisible dans toute autre flotte d'une machine ailée a reçu le nom de code "Aist", et le réacteur du NK-14A a été développé sous la direction de l'académicien A. P. Aleksandrov. En 1972, les tests du réacteur ont commencé à bord du laboratoire volant An-22 (un total de 23 vols), et une conclusion a été faite sur sa sécurité en fonctionnement normal. Et en cas d'accident grave, il était envisagé de séparer la tranche réacteur et le circuit primaire de l'avion en chute avec un atterrissage en douceur par parachute.
En général, le réacteur d'aviation "Aist" est devenu la réalisation la plus parfaite de la science et de la technologie nucléaires dans son domaine d'application.
Considérant que sur la base de l'avion An-22, il était également prévu de créer un système de missile d'aviation stratégique intercontinental An-22R avec un missile balistique sous-marin R-27, il est clair quel potentiel puissant un tel transporteur pourrait recevoir s'il était transféré à « poussée atomique » » Avec les moteurs NK-14A ! Et si les choses n'en sont pas venues à la mise en œuvre à la fois du projet An-22PLO et du projet An-22R, force est de constater que notre pays a néanmoins dépassé les États-Unis dans le domaine de la création d'une centrale nucléaire aéronautique.
Nul doute que cette expérience, malgré son exotisme, peut encore être utile, mais à un niveau de mise en œuvre de meilleure qualité.
Le développement de systèmes d'avions de reconnaissance et d'attaque à très longue portée sans pilote pourrait bien suivre la voie de l'utilisation de systèmes nucléaires sur eux - de telles hypothèses sont déjà formulées à l'étranger.
Les scientifiques ont également prédit que d'ici la fin de ce siècle, des millions de passagers seront probablement transportés par des avions de passagers à propulsion nucléaire. Outre les avantages économiques évidents liés au remplacement du kérosène d'aviation par du combustible nucléaire, nous parlons d'une forte diminution de la contribution de l'aviation, qui, avec le passage aux systèmes nucléaires, cessera d'"enrichir" l'atmosphère en dioxyde de carbone., à l'effet de serre global.
De l'avis de l'auteur, les systèmes nucléaires aéronautiques s'intégreraient parfaitement dans les complexes aviation-transport commerciaux du futur basés sur des avions cargo super-lourds: par exemple, le même « air ferry » géant M-90 d'une capacité de 400 tonnes, proposé par les concepteurs de l'usine expérimentale de construction de machines nommée d'après VM Myasishchev.
Certes, il y a des problèmes pour faire évoluer l'opinion publique en faveur de l'aviation civile nucléaire. De graves problèmes liés à la garantie de sa sécurité nucléaire et antiterroriste devront également être résolus (d'ailleurs, les experts évoquent la solution domestique avec le « tir » en parachute du réacteur en cas d'urgence). Mais la route, battue il y a plus d'un demi-siècle, sera maîtrisée par le promeneur.
