原子時代,核能似乎是通向無限可能未來的門票。1945年後的一代人中,美國探索了各種核推進概念。一些,如潛艇和艦船的海軍發電廠,被證明是革命性和有效的。另一些被證明是可以發展的,但追求起來是不切實際的。
在這些概念中,核動力飛機現在似乎是最具幻想性的,但數十億美元和數年的頂級飛行研究投入到飛機核推進(ANP)計劃中,在其消亡之前就實現了這一想法。在第二次世界大戰結束和卡米洛特的黎明之間,美國工程師們想出瞭如何在飛機上安裝一個反應堆,並使其產生推力而不炸燬機組人員。美國領導人不知道如何支付,也不知道為什麼他們需要它。
今天,ANP計劃被認為是一個原子時代的廢物,它唯一的遺蹟是三層樓高的實驗裝置和六英尺厚的巨型飛機庫。取消後,該計劃將建立飛行準備硬體和機身,用於飛行測試計劃。然而,對載人轟炸機未來的懷疑和對事故的擔憂給一項成本高昂的削減計劃蒙上了陰影。
但是所有的金錢和努力產生了一些瘋狂的想法,你可以用這些技術做什麼。1961年初肯尼迪政府取消了ANP計劃後,該計劃最大的承包商通用電氣公司(General Electric)編制了一份21卷的專案報告。
APEX-910《飛機核推進應用研究》一書以乾巴巴的散文和黑白數字平淡無奇地命名,描繪了原子運動的未來。該報告總結了一系列令人震驚的關於小型、輕型核發動機的研究,從水上飛機到火箭,甚至直升機,無所不包
為了讓一個小型反應堆飛起來,你基本上要去掉它的遮蔽,用它的熱量輸出來膨脹空氣,而不是燃燒燃料來產生推力。很少的遮蔽意味著船員的危險和汙染。渦輪噴氣發動機和渦輪螺旋槳發動機的設計需要複雜的佈置,以將反應堆堆芯的熱量傳遞給發動機。一些設計使用液態金屬進行冷卻和傳熱。數兆瓦液態金屬冷卻迴路中涉及的泵和管道提出了有趣的問題。GE選擇了風冷、直接或開式迴圈設計。
ANP計劃在結束前解決了大部分遮蔽和管道問題,但僅適用於開放式迴圈系統。像核潛艇上的那些封閉迴圈系統,放射性熱傳遞迴路仍然與渦輪機械隔離,對於這個時代來說太難了。第一代原子能飛機將會非常髒。
亞音速飛機概念包括空運、水上飛機和試驗檯車輛。Convair公司的B-36戰略轟炸機的巨型C-99雙層貨物衍生產品、馬丁公司的P6M SeaMaster水上噴氣式飛機和波音公司的B-52戰略轟炸機均接受了核熱棒試驗。
作為逐步飛行測試計劃的一部分,B-52和英國的“公主”號飛艇雖然因難看的突出物和附件而變形,但可以將大型原型發電廠送入空中。
當核發動機在高速和高空執行時,超音速設計利用了某些效能改進。設計師們考慮將B-70超音速轟炸機用於核推進,但確定性能的提高並沒有超過額外的重量和複雜性。
有趣的“獵人殺手”飛機概念是一架非常大、非常快的飛機。這是一個“能夠摧毀敵方戰略武器如洲際彈道導彈、遠端飛機及其相關基地的反作用力系統”任務要求定義了一種類似馬赫數3攻擊潛艇的飛機,能夠“在海平面或高海拔高速條件下長時間空中預警,[穿透]敵方領土[並攜帶]大型有效載荷(50000至100000磅)。”
核動力導彈具有核推進和無人操作的優點。1954年的ACA-8核動力偵察無人機概念具有超強的續航能力,不會危及機組人員。核動力巡航導彈可能勢不可擋,可能比當時正在研製的洲際彈道導彈要好。
通用電氣的報告詳細討論了核衝壓發動機驅動的巡航導彈,但沒有直接探討這一概念。(勞倫斯·利弗莫爾(Lawrence Livermore)核實驗室將核衝壓發動機作為全功率試驗檯原型。)在核衝壓發動機中,飛行器飛行速度非常快,進入發動機進氣口的空氣無需壓縮,直接流經反應堆堆芯。裂變使空氣過熱並膨脹,從而推動車輛前進。
洲際彈道導彈本身也曾嘗試過核能,當時人們普遍對大氣放射性持較為寬鬆的態度。APEX-910報告中討論的洲際彈道導彈設計在第一階段使用核火箭發動機進行發射,第二階段使用化學燃料。到1962年6月該報告發表時,這種地面汙染已不復存在,核火箭僅限於太空。
但通用電氣報告中最引人入勝、意義深遠的研究探索了輕型緊湊型核推進系統的其他應用。最滑稽的人簡要地討論了通用電氣休斯公司對核動力重型直升機的聯合調查。有人希望看到一些動物的概念藝術,但只有基本的動力裝置圖可以伴隨著一個令人沮喪的結論:一架帶有任何遮蔽的核動力直升機都不能攜帶有效載荷。
飛艇和水翼艇的核動力裝置更具前景,也更酷。基於固特異基地計劃的核飛艇可以在空中以每小時85英里的速度飛行很長一段時間,其機組人員與反應堆相隔200英尺,結構比空氣輕。水翼艇的設計著眼於一艘200噸的小艇,能夠以100節的速度執行一個封閉迴圈的霓虹燈場“動力艙”一個動力吊艙將反應堆和渦輪機械封裝在一個充滿氣體的容器中,在其中氦氣或氖氣等惰性氣體迴圈。
通用電氣的工程師們發現了動力艙的其他用途,也就是“閉式迴圈核燃氣輪機”,為其全稱。601-B裝置本質上是一種“核舷外發動機”,能夠取代船舶或潛艇的內部動力裝置。通用電氣還為美國陸軍研究了一個行動式地面發電廠。一些車輛可以運輸並建立一個行動式核電站,用於加熱和供電。陸軍開發了這樣一個發電廠ML-1,但隨著越南戰爭的爆發,放棄了該專案。
在最後一次研究中,天空實際上是極限。通用電氣的工程師們設計了一艘星際飛船,使用液氫和21個反應堆將其部件從地球表面發射到火星,進行為期三週的飛行。在飛行過程中,其核發動機將從渦輪噴氣發動機轉向衝壓發動機,再轉向火箭推進。甚至沒有一個現代系統考慮過這樣的表現。
回首半個世紀前人們對核能有著更大的信心的時代,人們很容易驚訝地搖頭。他們在想什麼?毫無疑問,撞車、戰鬥和粗心大意會讓這一切無法順利結束。今天的無人機設計者可能渴望看到小型核渦輪螺旋槳飛機,但這些想法幾乎得不到支援。