Освоение способов использования внутриядерной энергии в середине прошлого века стало огромным достижением человечества. Сразу после создания ядерной бомбы ученые задумались о возможной конструкции ядерного двигателя. Раскрывшиеся перспективы, казалось, были самыми радужными. Так, при делении всех ядер, содержащихся всего в 1 г урана, можно получить энергию, эквивалентную выделяющейся при сгорании приблизительно 2 т бензина или керосина. Но природа не делает человеку подарков: ядерные реакции сопровождаются губительным излучением, смертельно опасным для всего живого.
Сегодня люди, вероятно, стали лучше понимать соотношение выгод и опасностей, таящихся в ядерных устройствах. В пятидесятые годы прошлого столетия понимание было иным, и отношение к атомным проблемам характеризовалось большим оптимизмом. Только благодаря "оптимистичному" взгляду на корабельные ядерные силовые установки подводный флот получил гигантский импульс развития и сегодня превратился в краеугольный камень безопасности ведущих стран мира.
А вот с ядерным самолетом история сложилась иная. Оптимизм пятидесятых - начала шестидесятых годов сменился сначала осторожным, а затем и беспросветным пессимизмом.

Заокеанские эксперименты
Весной 1946 г. между министерством ВВС и Комиссией по атомной энергии США было заключено соглашение о начале программы NEPA (Nuclear Energy Propulsion for Aircraft), целью которой стало исследование проблем, связанных с разработкой самолета c атомной силовой установкой (АСУ). По мнению заказчиков из ВВС, самолет с АСУ мог использоваться в качестве стратегического бомбардировщика или разведчика, способного нести боевое дежурство в воздухе без дозаправки в течение нескольких суток. В требованиях к самолету с АСУ, сформулированных в июле 1947 г., определялись его максимальная масса - 136 т, крейсерская скорость - 830 км/ч (на высоте 10,5 км) и полезная нагрузка - 5,5 т. Первоочередными проблемами, поставленными перед разработчиками атомного самолета, являлись:- исследование влияния нейтронного и гамма-излучения на конструкционные материалы планера и силовой установки;
- определение параметров защиты экипажа от излучения в полете и обслуживающего персонала на земле;
- рассмотрение последствий возможных аварийных ситуаций;
- выбор места для испытаний атомного самолета.
Первоначально к проведению исследований привлекли корпорацию "Фэйрчайлд", которой предложили построить летающую радиационную лабораторию на базе самолета В-29 с небольшим реактором, размещенным в бомбоотсеке. Но "Фэйрчайлд" не оправдала ожиданий - работы двигались недопустимо медленно. Помимо объективных трудностей причиной тому были возражения, высказанные рядом авторитетных ученых. Одним из оппонентов программы NEPA выступил Р. Оппенгеймер, возглавлявший в то время один из комитетов комиссии по атомной энергии. Он полагал, что летающий ядерный реактор таит в себе слишком большую опасность из-за возможной аварии самолета. Ему возражали энтузиасты из исследовательской группы под названием "Лексингтонский проект" и из ряда субподрядных фирм, участвовавших в программе NEPA. По мнению руководителей NEPA, атомный самолет все же можно было создать вопреки огромным техническим трудностям. Правда, намеченные сроки разработки (приблизительно 15 лет) и общая стоимость работ ($1 млрд) выглядели непомерными.
В апреле 1949 г. американские ВВС совместно с ядерщиками вместо NEPA развернули новую программу ANP (Aircraft Nuclear Propulsion), которая предусматривала значительное расширение состава исполнителей. Так, в 1951 г. тандем "Дженерал Электрик" и "Конвэр" начал разработку самолета с АСУ так называемого "открытого" цикла, а фирмы "Пратт-Уитни" и "Локхид" получили задание на постройку самолета с АСУ "закрытого" цикла.
Идея АСУ "открытого" цикла, создававшейся фирмой "Дженерал Электрик", сводилась к замене камеры сгорания нормального газотурбинного двигателя J-47 камерой нагрева, в которой помещалась активная зона ядерного реактора. Воздушный поток от компрессора двигателя прокачивался через активную зону, где его температура возрастала до 1500 К, а затем подавался на турбину и далее - в реактивное сопло. Стенки теплообменников активной зоны реактора планировали изготавливать из тугоплавкого материала. Считалось, что вследствие относительной простоты такая схема могла быть реализована в кратчайшие сроки. Однако создававшийся двигатель, получивший обозначение Х-39, имел большой недостаток: вследствие эрозии стенок воздушных каналов активной зоны радиоактивные частицы попадали в атмосферу. Фактически самолет оставлял за собой радиоактивный шлейф.
Отработкой АСУ оптимальной конструкции "Дженерал Электрик" занималась в 1955-1957 годах на экспериментальных установках. Одна из них использовалась для отладки систем управления и контроля, на другой проверялись различные варианты конструктивного исполнения активной зоны реактора. Третья установка представляла собой наземный прототип АСУ, предназначенной для летных испытаний. Расчеты свидетельствовали, что самолет с такой установкой мог пролететь расстояние 48 280 км со скоростью 740 км/ч. Однако уровни радиоактивного излучения, генерируемого работающей АСУ открытого цикла, получились недопустимо большими, возникший однажды кратковременный отказ в системе управления реактором экспериментальной установки привел к радиоактивному выбросу в атмосферу и заражению территории.
В рамках программы ANP фирма "Конвэр" разрабатывала сверхзвуковой самолет Х-6 взлетной массой 75 т. Прототипом выбрали бомбардировщик В-58 "Хастлер", совершивший первый полет в июне 1954 г. Взлет и посадку Х-6 должен был производить с использованием обычных "керосиновых" ТРД, а на крейсерском режиме в работу вступала АСУ, смонтированная в хвостовой части фюзеляжа и состоявшая из реактора и четырех двигателей Х-39. ТРД, работавшие на химическом топливе, располагались на пилонах под законцовками крыла.
Кабина экипажа в экранированной защитной капсуле располагалась в носовой части фюзеляжа. Позади нее предусмотрели дополнительную панель из материала, хорошо поглощающего нейтроны. Биологическая защита самого реактора была "теневой" (главным образом прикрывалось направление на кабину), что позволило уменьшить толщину и массу слоев и дало возможность "вписать" реактор в обводы фюзеляжа. Проблему радиационной защиты наземного персонала после приземления атомного самолета намеревались решить следующим образом. Самолет с остановленным реактором буксировался на специальную площадку. Здесь АСУ снималась с самолета и опускалась в глубокую шахту, где некоторое время выдерживалась для спада уровней излучения, а затем обслуживалась с применением дистанционных манипуляторов. Первые испытательные полеты X-6 планировали осуществить в 1956 г.
Но еще раньше для проверки концепции "теневой" защиты (потоки нейтронов и гамма-квантов рассеиваются на ядрах атомов воздуха, меняя направление распространения, поэтому излучение может попасть в кабину экипажа, минуя экраны) в носитель ядерной установки мощностью 1 МВт переоборудовали бомбардировщик В-36Н. Пуск и останов реактора, не имевшего никакой связи с двигателями, осуществлялся в полете. Кабина экипажа размещалась в носовой части фюзеляжа в защитной капсуле массой 12 т. Позади капсулы был предусмотрен дополнительный защитный экран из стали и свинца диаметром 2 м и толщиной 10 см. После каждого полета реактор снимался и хранился в подземном боксе испытательного полигона.
Модернизированный самолет получил обозначение NB-36H. Впервые он поднялся в воздух 17 сентября 1955 г. Все испытательные полеты выполнялись над малонаселенными районами штатов Техас и Нью-Мексико. NB-36Н в полетах всегда сопровождал транспортный самолет с взводом морских пехотинцев, готовых в любую минуту десантироваться в случае аварии атомного самолета и взять его под охрану. В конце марта 1957 г. после выполнения 47 полетов NB-36Н был поставлен на прикол.
В рамках второго направления программы ANP фирма "Пратт-Уитни" разрабатывала АСУ "закрытого" цикла. Главным достоинством этой схемы являлось отсутствие выбросов радиоактивных продуктов в атмосферу. Первоначально тепловыделение активной зоны реактора предполагали снимать с помощью замкнутого пароводяного контура (концепция "кипящего" реактора). Пар с выходного патрубка активной зоны должен был подаваться в турбину мощностью 49 000 л.с., вращавшую вентилятор диаметром около 3 м. Воздух, нагнетаемый вентилятором, сначала подавался в конденсатор турбины, нагреваясь там, а затем выбрасывался через реактивное сопло, создавая тягу. Избранное техническое решение было весьма далеким от совершенства. Во-первых, турбина в процессе эксплуатации становилась радиоактивной, что сильно затрудняло ее эксплуатацию. Во-вторых, к.п.д. турбовентиляторной установки получился малым, а масса, наоборот, оказалась очень большой.
В связи с этим в 1953 г. фирма "Пратт-Уитни" сделала ставку на второй вариант АСУ закрытого цикла. На этот раз в первичном контуре реактора в качестве теплоносителя использовался жидкий натрий, который через теплообменник передавал тепло воздуху вторичного разомкнутого контура. Реактор с жидкометаллическим теплоносителем имел значительно меньшие размеры по сравнению с реактором водо-водяного типа, что позволило почти на 20 т уменьшить массу АСУ. Недостатками двухконтурной схемы являлись сложность конструкции промежуточного теплообменника и большая масса трубопроводов с жидкометаллическим теплоносителем.
Следует отметить, что к середине 50-х годов американские специалисты отказались от концепции АСУ открытой схемы, поэтому проект самолета Х-6 также был закрыт. Вместо него фирма "Конвэр" получила новый заказ на постройку двух экспериментальных атомных самолетов NX-2. Размеры машин впечатляли: длина - 45,7 м, а размах крыла 52,1 м. Расчетная продолжительность полета самолета с максимальной взлетной массой 226 т составляла 126 ч, а дальность - почти 100 тыс. км! Атомные силовые установки для NX-2 разрабатывали обе двигателестроительные фирмы - "Дженерал Электрик" и "Пратт-Уитни". По уточненным планам первый полет самолета с АСУ отодвинулся на 1965 г.
"Дженерал Электрик" разработала силовую установку Х211, состоявшую из реактора и двух двигателей типа J87. При совместной работе реактора АСУ и сжигании керосина в камерах сгорания должна была обеспечиваться суммарная тяга 25 тс; на крейсерском режиме подача топлива прекращалась. "Пратт-Уитни" предложила АСУ, состоявшую из реактора с двухконтурной замкнутой системой охлаждения и модифицированного турбореактивного двигателя J58 тягой 14,7 тс на форсаже.
Как видно, разработка атомного самолета в США продвигалась медленно, поскольку проектантам приходилось постоянно преодолевать различные трудности. Интерес к самолету с АСУ со стороны ВВС неуклонно уменьшался, а вместе с ним сокращались объемы финансирования. Последний всплеск ажиотажа пришелся на 1958 г., когда журнал "Авиэйшн Уик" опубликовал сенсационную статью о советском стратегическом бомбардировщике М-50. Дело в том, что американская разведка почему-то решила, что он оснащен АСУ. "Если Россия раньше нас создаст атомный бомбардировщик, наша безопасность будет серьезно нарушена", - выразил сенатор Г. Джексон точку зрения военно-промышленного комплекса. Несмотря на авторитетное мнение научных консультантов министерства обороны, считавших, что любая финансовая поддержка программы ANP не приведет к созданию атомного бомбардировщика ранее 1970 г., программу решили форсировать.
Но энтузиазма законодателей хватило ненадолго. К тому же у американских военных к концу 50-х годов прошлого века появились неплохие альтернативы атомным самолетам в виде межконтинентальных баллистических ракет и ракетоносного подводного флота. Дозвуковой атомный самолет утратил привлекательность в глазах командования ВВС и в связи с тем, что ему нечего было противопоставить быстро нараставшей мощи зенитных ракетных комплексов, которые, как ожидалось, должны были похоронить пилотируемую военную авиацию вообще.
Окончательный приговор американской программе создания атомного самолета был вынесен 28 марта 1961 г., когда президент США Д. Кеннеди объявил о прекращении всех работ в этой области. В период с 1946 по 1961 г. американские ВВС и Комиссия по атомной энергии истратили на программу самолета с АСУ более $7 млрд.

Мы пойдем… тем же путем!
В первые послевоенные годы, когда все усилия советских специалистов-ядерщиков были направлены на создание первой атомной бомбы, никакие исследования по вопросам применения ядерной энергии в авиации и ракетной технике здесь не велись. Но уже в начале 50-х годов под влиянием появившихся в западной печати публикаций советское руководство стало уделять проблемам ядерных двигателей для самолетов и ракет все возрастающее внимание. Первое упоминание об этом в документах высокого уровня содержится в записке по стратегическим оборонным вопросам, направленной 18 ноября 1953 г. в Президиум ЦК КПСС министрами В.А. Малышевым, Б.Л. Ванниковым, М.В. Хруничевым, П.В. Дементьевым и Д.Ф. Устиновым. В ней излагались предложения, выработанные специальным совещанием "с участием главных конструкторов по авиационной технике тт. Туполева, Мясищева, Лавочкина, Микояна; руководителей научно-исследовательских институтов авиационной промышленности тт. Макаревского, Келдыша, Дородницына и др.; главных конструкторов по ракетной технике тт. Королева, Глушко, Пилюгина, Кузнецова, Коноплева, Борисенко и руководителей научно-исследовательского института оборонной промышленности тт. Спиридонова и Янгеля; ученых-физиков Министерства среднего машиностроения - академиков тт. Курчатова, Щелкина, Александрова и др.", которыми, в частности, рекомендовалось "в целях дальнейшего улучшения летных данных крылатой ракеты ... приступить к разработке прямоточного воздушно-реактивного двигателя с использованием атомной энергии".
Несколько позднее в советском правительстве появились предложения о создании боевых самолетов с атомной силовой установкой. Так, в записке в Президиум ЦК КПСС от 13 октября 1954 г. первый заместитель министра обороны СССР A.M. Василевский и главком ВВС П.Ф. Жигарев отмечали, что "после восьми лет исследовательских работ над самолетом с атомной установкой в США приступили к его практическому созданию. Заключён контракт ВВС США с фирмой "Консолидейтед Валти" на постройку опытного самолета и с фирмой "Дженерал Электрик" - атомной силовой установки для него. Параллельно заключены контракты на эскизное проектирование самолета с фирмами "Боинг" и "Локхид" и атомной установки для него с фирмой "Пратт-Уитни". Некоторые зарубежные исследователи указывают, что создание самолета с атомной силовой установкой является реальной задачей, которая может быть решена в течение ближайших пяти лет". Предлагалось поручить министерствам авиационной промышленности и среднего машиностроения "проработать вопросы о создании атомной авиационной силовой установки и самолета с ней и доложить свои соображения по этому вопросу ЦК КПСС".
12 августа 1955 г. вышло постановление Совета Министров СССР № 1561-868, в соответствии с которым к атомной авиационной проблеме подключались некоторые предприятия авиационной промышленности. Так, ОКБ-156 А.Н. Туполева и ОКБ-23 В.М. Мясищева должны были заняться проектированием и постройкой самолетов с ядерными силовыми установками, а конструкторские коллективы Н.Д. Кузнецова и А.М. Люлька - разработкой авиационных силовых установок для этих самолетов.
На первом этапе в ОКБ-156 предполагали создать наземный стенд для отработки самолетной АСУ, затем аналогичную установку планировали испытать на летающей лаборатории с целью отработки системы радиационной защиты экипажа. 28 марта 1956 г. вышло Постановление Совета Министров СССР, согласно которому в ОКБ-156 началось проектирование летающей лаборатории на базе серийного самолета Ту-95 для исследований влияния излучения авиационного ядерного реактора на самолетное оборудование, а также для изучения вопросов, связанных с радиационной защитой экипажа и особенностей эксплуатации самолета с ядерным реактором на борту.
Параллельно развернулись работы и у В.М. Мясищева. Постановление ЦК КПСС и СМ СССР от 24 сентября 1955 г. (№ 1578 - 879) и приказ МАП от 30 августа 1955 г. № 572 предписывали ОКБ-23 выполнить предварительный проект сверхзвукового бомбардировщика "со специальными двигателями главного конструктора А.М. Люлька". Эта машина получила название ПАС - перспективный атомный самолет. В ОКБ-23 была открыта тема "60" и организована специальная группа "А" для разработки ПАС и его возможных модификаций.
В июле 1956 г. предварительный проект был закончен. В материалах проекта отмечалось, что для самолета с АСУ "дальность перестает играть роль решающего фактора. Эта роль переходит к высоте и скорости полета, получение приемлемых величин которых осложняется меньшей лобовой тягой атомных двигателей сравнительно с обычными ТРД". Выяснилось, что объем теплообменников в атомных турбореактивных двигателях (ТРДА) "открытого" цикла получается чрезвычайно большим (из-за необходимости контактного нагрева большого количества воздуха при высокой скорости потока). По расчетам, при одинаковой начальной энерговооруженности крейсерского полета высота над целью для самолета с АСУ получалась меньшей на 3-4 км по сравнению с обычным турбореактивным самолетом.
По оценкам ОКБ-23, атомный самолет ПАС был способен доставить боевую нагрузку массой 18 т на дальность 25 000 км со скоростью не менее 2000 км/ч. В результате проработки различных компоновок двигателей на самолете ОКБ пришло к выводу о целесообразности размещения силовой установки в хвостовой части фюзеляжа, что обеспечивало минимальную массу защиты экипажа и наилучшее аэродинамическое качество самолета. ТРДА должен был иметь взлетную тягу 22,5 тс. На первом этапе испытаний ОКБ-23 считало необходимым заменить ядерный реактор ТРДА камерой сгорания, работающей на обычном топливе.
Для обслуживания атомного самолета выявилась необходимость постройки специальной базы с подземными сооружениями, включающими стационарную мастерскую с дистанционными манипуляторами для обслуживания двигателей.
На этом этапе проработки специалисты ОКБ-23 считали невозможным обеспечение визуального обзора из кабины (она была спроектирована "слепой"), что потребовало включения в состав оборудования нескольких телекамер. Масса кабины, рассчитанной на экипаж из двух человек, вместе с защитой достигла 30 % полетной массы.
В заключительном разделе проекта отмечалось: "Однако, как показала предварительная проработка, наряду с большими трудностями создания двигателя, оборудования и планера самолета, возникают совершенно новые проблемы обеспечения наземной эксплуатации самолета и защиты экипажа, населения и местности в случае вынужденной посадки.
Эти задачи в предэскизном проекте нами пока еще не решены. В то же время, именно возможностью решения этих проблем определяется, по нашему мнению, целесообразность создания в ближайшее время пилотируемого самолета с атомным двигателем". Жизнь показала, что именно угроза возникновения аварии, чреватой разрушением реактора и последующим радиоактивным заражением местности, стала важнейшим камнем преткновения на пути к атомному самолету.
Бомбардировщик "60" предназначался для использования, в соответствии с "модой" того времени, в качестве самолета-носителя самолетов-снарядов, которые имели автономную систему наведения и дальность полета 1500…3000 км. В проекте была предусмотрена и возможность применения самолета в качестве обычного бомбардировщика с внутренней подвеской боевых грузов. Однако состояние научно-исследовательских работ и опытно-экспериментальной базы по проекту "60" не позволяло приступить к рабочему проектированию и постройке такого боевого самолета.
Понимание огромных трудностей, сопряженных с созданием атомного самолета, заставило специалистов ОКБ-23 выступить с предложением о создании на первом этапе чисто экспериментального самолета "50" на базе уже построенного самолета М-50 с обычной силовой установкой.
Экспериментальный ТРДА, создававшийся на базе серийного ТРД АЛ-7, решили установить необычно - в носовой части фюзеляжа, а защищенную от излучения кабину, рассчитанную на одного пилота, - в хвостовой части, подальше от реактора. Помимо ТРДА самолет планировали оснастить двумя двигателями М-16-17 на пилонах под крылом.
В 1956 г. для создания АСУ преимущественно из специалистов ОКБ А.М. Люлька сформировали специальное КБ-500, которое в дальнейшем занималось разработкой силовой установки для самолета "60". В СКБ-500 были рассмотрены два варианта ТРДА "открытой" схемы с одинаковой тягой:
- с валом турбокомпрессора, расположенным вне реактора (условное название варианта - "коромысло");
- с валом турбокомпрессора, проходящим через реактор (условное название варианта - "соосный").
Наиболее целесообразной была признана схема "соосного" двигателя, которая характеризовалась меньшим миделем, простотой конструкции и большим удобством компоновки двигателей на самолете. Атомный реактор на тепловых нейтронах имел активную зону цилиндрической формы, заключенную в торцевые и радиальные отражатели. Активная зона набиралась из керамических тепловыделяющих элементов, в которых имелись продольные каналы для прохода нагреваемого воздуха.
Очевидно, что в осевом направлении ТРДА такой схемы практически невозможно было прикрыть биологической защитой. В связи с этим попытаемся оценить, хотя бы приблизительно, с какими дозовыми нагрузками пришлось столкнуться разработчикам из ОКБ-23. Допустим, что в горизонтальном крейсерском полете аэродинамическое качество стотонного самолета составляет приблизительно 6,5 (реальная характеристика самолета М-50). Тогда суммарная тяга двигателей должна быть не менее 15 тс. С учетом неизбежных потерь ее можно обеспечить, если тепловая мощность реактора составит приблизительно 40 МВт. Для того, чтобы реактор "выдавал" указанную мощность, каждую секунду в его активной зоне должно разделиться, казалось бы, незначительное количество ядерного топлива - порядка 0,0005 г урана-235. Если полет продолжается сутки, то количество "прореагировавшего" делящегося материала достигнет 45 г (столько же, к слову сказать, расходовал за сутки движения во льдах атомный ледокол "Ленин"). "Расход топлива" по-прежнему не выглядит большим, но отношение к указанному числу резко изменится, если рассчитать дозу гамма-излучения, которая сопровождает суточную работу АСУ (без защиты) на протяжении 24 ч. Оказывается, что доза мгновенного и осколочного гамма-излучения на расстоянии 30 м от активной зоны составит 350…400 тыс. рентгенов! Еще большей получается доза, обусловленная действием нейтронов.
Теперь попытаемся определить потребную толщину и массу биологической защиты. Будем исходить из существовавших в начале шестидесятых годов предельных доз облучения для персонала ядерных объектов (5 бэр в год). За год средний налет экипажа дальнего бомбардировщика в те времена составлял 100…150 ч, что эквивалентно 4...6 полетам атомного самолета на полную дальность. Тогда можно предположить, что за один вылет каждому члену экипажа "разрешили бы" получить дозу, составляющую приблизительно 0,8…1 бэр. Слой половинного ослабления свинцом гамма-кванта с энергией 2 МэВ приблизительно равен 1 см, поэтому для уменьшения дозы в 300…400 тыс. раз необходим слой свинца толщиной около 18…20 см. Если предположить, что диаметр защитной стенки кабины экипажа равен 2…3 м (в зависимости от количества членов экипажа), то масса свинца составит 7…16 т! Принимая во внимание необходимость защиты от нейтронов, при "поимке" порождающих весьма жесткое вторичное гамма-излучение, от которого также нужно прикрыть экипаж, а также фактор рассеивания, массу биологической защиты можно оценить в 35…45 т, о которых писали американцы в отчетах по программам NEPA и ANP. Причем груз этот из-за необходимости удаления кабины экипажа на максимальное расстояние от реактора сосредоточивается в одной из оконечностей фюзеляжа самолета, что порождает большие трудности при обеспечении нормальной центровки.

ТРДА, скомпонованный по схеме "коромысло"	ТРДА, скомпонованный по "соосной" схеме

(Продолжение в следующем номере).