Именно там началась отработка практических режимов эксплуатации опытного реактора, выявление наилучшей конструкции защитной экранировки.
На сей раз прямой выброс радиоактивного газа за пределы реактора уже не предусматривался — ТВЭЛы должны были нагревать теплоноситель первичного контура. Тот, в свою очередь, обогревал вторичный контур, а полученная энергия должна была использоваться для работы авиадвигателей.
Впрочем, на самой летающей лаборатории, куда после соответствующей доработки на земле и был помещен водо-водяной реактор, он никакой прямой связи с турбореактивными двигателями не имел.
Задача летающей лаборатории состояла лишь в том, чтобы выявить возможность работы реактора в воздухе и отработка систем безопасности. Эта задача и была выполнена в ходе 34 испытательных полетов, совершенных с мая по август 1961 года.
Испытания показали, что испытанные методы защиты хотя и оказались достаточно надежными, но все же чересчур громоздки и тяжелы. Кроме того, они не обеспечивали 100-процентной защиты населения от радиации в том случае, если самолет в результате аварии или сбития противником упадет на землю.
Эти проблемы намечено было решить в ходе работы над модернизацией самолета Ту-119, который должен был стать переходной моделью к бомбардировщику, двигатели которого непосредственно должны были работать от ядерной силовой установки.
Однако эти работы так и не были доведены до конца. Причин тому было несколько. С одной стороны, авиаконструкторам так и не удалось окончательно решить проблему безопасности в случае аварии самолета на своей территории. Более того, как показали расчеты, просто регулярные посадки того же гидросамолета с ядерной установкой на борту должны привести к значительному радиоактивному загрязнению акватории.
С другой стороны, в нашей стране были созданы ракеты, способные не только доставить атомную боеголовку в любой район земного шара, но и вывести полезную нагрузку в космос. И все это делалось с меньшим риском и стоило дешевле, чем создание атомного авиафлота.
Поэтому Н. С. Хрущев, возглавлявший в то время руководство СССР, отдал предпочтение ракетам. Тем более что их стартовые установки оказалось возможным размещать не только на земле, но и на борту атомных подводных лодок.
Кстати, американцы, которые истратили на подобную программу около 10 миллиардов долларов, дальше нас не продвинулись. И в начале 1961 года президент Джон Кеннеди распорядился прекратить работы в этой области.
К сказанному остается добавить, что в наши дни, говорят, возникла еще одна волна интереса к давнему проекту. Из-за рубежа пришло сообщение о подготовке к первому полету самолета с ядерным реактором на борту.
По слухам, на сей раз реактор намечено разместить на беспилотном самолете-разведчике Global Hawk. Он уже совершил несколько испытательных полетов, даже пересек Атлантику, но пока с обычным турбореактивным двигателем.
Теперь к нему хотят добавить небольшой реактор последнего поколения, работающий не на уране, не на плутоне, а на гафнии. Ранее этот редкий металл использовался в качестве замедлителя цепной реакции распада в некоторых промышленных реакторах. А ныне выяснилось, что некоторые изомеры гафния — скажем, так называемый «гафний-17В» — способны под ударами рентгеновского излучения выдавать поток энергии в виде гамма-излучения. Причем мощность этого потока в 60 раз больше, чем исходное рентгеновское излучение!
Теперь схема полета самолета-разведчика видится экспертам такой. Взлетит он как обычно, с помощью турбореактивного двигателя, работающего на керосине. Но когда наберет высоту порядка 15 км, двигатель переключится на потребление горячего воздуха, нагреваемого уже не в камере сгорания, а в ядерном реакторе.
По словам Кристофера Гамильтона, одного из разработчиков нового реактора, такая схема позволит самолету летать без дозаправки несколько месяцев. А поскольку при работе гафниевого реактора испускается только гамма-излучение, для защиты требуются более легкие экраны — типа тех, что ныне используются в рентген-кабинетах. Причем период полураспада гафния-17В составляет всего 31 год, а не тысячелетия, как у урана. Что, согласитесь, нанесет куда меньший урон окружающей среде, чем при аварии обычного реактора. Наконец, в отличие от урана или плутона, гафний не способен самостоятельно поддерживать цепную реакцию, а значит, радиация от него прекращает идти тотчас после выключения рентген-установки, инициирующей излучение.
Наконец, гафний совершенно бесполезен для террористов — бомбу из него не соорудишь…
Тем не менее даже в Лабораториях ядерного оружия в Лос-Аламосе и Сандии (штат Нью-Мексико), где ведутся работы над данным проектом на деньги Министерства энергетики США, пока довольно сдержанно комментируют перспективы разработки. Специалисты явно помнят о более чем полувековой истории разочарований и неудач, связанных с этим проектом.
Самолет на солнечной энергии
Быть может поэтому, разочаровавшись в атомолетах, команда инженеров и ученых строит ныне самолет, способный пролететь вокруг Земли без посадки, используя лишь энергию солнца. Два смельчака намерены вверить свои жизни 60-метровым крыльям и двум электродвигателям, установленным на хвостовом оперении машины.
В марте 1999 года швейцарец Бертран Пиккар и англичанин Брайан Джонс уже совершили первое в мире успешное беспосадочное кругосветное путешествие на воздушном шаре Breitling Orbiter 3.
После успешного приземления кабину-капсулу их воздушного шара установили в Смитсоновском аэрокосмическом музее в Вашингтоне, неподалеку от «Аполлона» и знаменитых самолетов братьев Райт (первый моторный полет), Чарлза Линдберга (первый перелет через Атлантику на самолете) и Чака Егера (первое преодоление звукового барьера).
Тот же вызов возможностям человека, только теперь в сочетании с актуальной и модной заботой об окружающей среде, читается в новом проекте Пиккара — «Солнечный импульс». Самолет должен использовать только солнечную энергию, а ночью лететь на аккумуляторах.
Причем авторы проекта утверждают, что установление нового авиарекорда — не самоцель. Главное — привлечь внимание людей к проблеме широкого применения возобновляемых источников энергии.
Идеологический предшественник «Солнечного импульса» — беспилотный самолет NASA «Гелиос», который разбился летом 2003 года. В том полете на «Гелиосе» испытывали специальные топливные элементы. Они должны были днем накапливать электроэнергию, идущую от солнечных батарей путем разложения воды на водород и кислород. Водород запасали в баллоне, чтобы использовать его ночью или просто в плохую погоду.
Точные причины аварии «Гелиоса» не установлены, тем не менее Пиккар настроен оптимистично и замахнулся сразу на постройку пилотируемого «наследника» безвременно погибшего «Гелиоса».
В 2004 году партнеры намеревались построить первый образец самолета, а в 2006-м — поднять его в воздух. В 2007 году создатели «Импульса» предполагали научить его держаться в воздухе целую ночь в рамках 36-часового полета.
Если все пойдет удачно, мечтали конструкторы, то в том же 2007 году у первого самолета появится близнец, и обе машины начнут готовить к сверхдальним полетам, которые ориентировочно состоятся в 2009 году. Однако 2007 год миновал, а длительные полеты пока так и не состоялись. Сказались технические проблемы посложнее создания компьютеризированного жилета, который по идее позволит Пикару чувствовать самолет буквально всем телом. Силовое напряжение в каком-либо крыле вызовет пропорциональное давление на соответствующую сторону корпуса пилота. И, напротив, машина будет ощущать самочувствие человека и даст ему знать, если тот испытывает утомление, стресс и тому подобное. В общем, полное взаимопонимание человека и самолета — залог успеха миссии.
Пока же конструкторы продолжают эксперименты с беспилотными «солнечными самолетами». Так сверхлегкий летательный аппарат НАСА «Патфайндер плас» будет способен оставаться в воздухе и выполнять научные полеты на протяжении почти месяца.
Оставаться в воздухе ночью ему помогают новые литий-полимерные аккумуляторы. Аккумуляторы заряжаются днем во время полета на высоте около 19,5 км с помощью новых, более эффективных солнечных элементов «Санпауар».
По сравнению с предшественником — аппаратом «Патфайндер» — размах крыльев новой машины увеличен на 6 м и достигает 36 м. Причем и «Патфайндер плас» по плану станет очередным шагом на пути к созданию дистанционно управляемого летательного аппарата на солнечной энергии «Центурион» с размахом крыльев уже в 72 м.
В ходе полетов «Патфайндера» был установлен новый мировой рекорд высоты в 21 405 м для самолетов с винтовой тягой. С помощью «Патфайндер плас» создатели аппарата надеются установить новый рекорд в 30 000 м.
Затем, возможно, создатели аппарата попытаются отправить его в полет вокруг Земли. Поскольку из-за малой скорости (порядка 145 км/ч) самолет не поспеет за движущимся Солнцем, в ночное время питание электромотора будет поддерживаться за счет аккумулятора или топливных элементов, работающих на гидразине и кислороде.
Полет на луче
Начало этим работам, пожалуй, положили эксперименты, проведенные на полигоне исследовательского центра Министерства связи Канады. А именно 6 октября 1987 года здесь состоялся первый полет опытного варианта беспилотного самолета «SHARP» (Stationary High-Altitude Relay Platform), представляющего собой стационарную высотную платформу-ретранслятор с двигателем на сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии.
Самолет этот, имевший крыло с размахом 4 м, по мысли создателей представлял собой лишь уменьшенный прототип будущей машины.
На взлете и посадке питание электродвигателя с воздушным винтом осуществлялось за счет энергии бортовых никель-кадмиевых батарей. После взлета и подъема на высоту 90 м батареи отключались, и в дальнейшем полет осуществлялся за счет передачи на борт аппарата СВЧ-энергии с наземного передатчика при помощи параболической антенны.
На борту самолета находилась специальная приемная антенна, которая обеспечивала преобразование СВЧ-излучения сначала в постоянный, а затем и в переменный ток, необходимый для питания электродвигателя.
Предполагалось, что в дальнейшем усовершенствованный вариант самолета больших габаритов сможет подняться на высоту 2,5–3 км. Однако такой самолет до сих пор не появился. Почему?
Со временем выяснилось, что затраты на его создание оказались существенно выше, чем предполагалось. Ведь в окончательном варианте, по мнению разработчиков, самолет должен иметь размах крыла 36,6 м, длину фюзеляжа 23,8 м, диаметр диска с антеннами-выпрямителями 9,1 м и массу полезной нагрузки около 90 кг.
Чтобы обеспечить эффективный прием передаваемой энергии, на борту самолета предполагается установить около 10 тыс. антенн-выпрямителей. Они будут располагаться под консолями крыла и фюзеляжа, а также непосредственно на диске. Управление аппаратом обеспечит бортовой компьютер.
Чтобы передаваемой на борт самолета СВЧ-энергии хватило для поддержания полета, необходимо, чтобы ширина сфокусированного луча не превышала 30 м, давала мощность на ходе бортового электродвигателя не менее 30 кВт, а стало быть, плотность энергии на нижней части самолета должна составлять порядка 500 Вт/кв. м при полете на высоте до 21 км.
С этой целью выбрана частота передаваемого излучения 2,45 ГГц; при этом меньше потери энергетического пучка в воздушной среде. А чтобы передаваемый луч достиг приемной антенны, не распыляясь в пространстве более чем на 30 м в окружности, диаметр передающей антенны должен быть не менее 70 м.
Чтобы выбрать оптимальный вариант, разработчики предполагали рассмотреть несколько конструкций передающего оборудования — как в виде одной большой антенны, так и антенной системы. Одно из предложений предусматривает также использование системы из 260 параболических антенн с диаметром отражателя 4,6 м с механическими и электронными средствами управления пучком энергии.
В общем, трудностей оказалось предостаточно. Тем не менее разработчики полагают, что коммерческий самолет такого типа будет создан примерно к 2015–2025 годам.
Согласно расчетам, он должен выполнять барражирующие полеты по кругу диаметром 4,5 км на высоте 21 км при скорости 220 км/ч, охватывая площадь диаметром около 600 км. Продолжительность такого полета составит от 6 месяцев до 2 лет. А сам аппарат предполагается использовать как летающую антенну для ретрансляции программ регионального радиовещания, ведения прямых телепередач и обеспечения телефонной связи с подвижными транспортными средствами, наблюдения за океанской акваторией и для дальнего радиолокационного обнаружения низколетящих целей, ведения круглосуточного наблюдения за границами и т. д.
Ну а там, глядишь, подобные летательные аппараты смогут поднять на такие высоты, где голубое небо становится уже черным, то есть на космическую высоту.
Правда, пока и здесь эксперименты еще не вышли за пределы лабораторий и полигонов. Например, в одной из лабораторий Токийского технологического института можно увидеть, как лазерный луч сбивает со стола бумажный самолетик. На первый взгляд такой «аттракцион» — не более чем забава студентов и преподавателей, которыми руководит профессор Такоши Ейп. Однако с точки зрения исследователей, этот самолетик — предшественник летательных аппаратов будущего.
Первое, что приходит на ум: подобные модели с телекамерами и научной аппаратурой на борту, подталкиваемые лазерными лучами, смогут неограниченно долго держаться в воздухе, проводя мониторинг окружающей среды, выполняя разведывательные задачи и т. д.
Таково прогнозируемое будущее. Пока же бумажная модель имеет размах крыльев всего в 5 см и вес не более 0,3 г. На хвосте самолетика укреплена полоска алюминиевой фольги для отражения лазерного луча.
Но поскольку давление света невелико, то тягу пытаются увеличить с помощью… пара. Для этого алюминиевую фольгу смачивают несколькими каплями воды. Испаряясь под действием лазерного луча, она превращается в пар и создает реактивную тягу.
На фольгу на другом самолетике с той же целью наносят несколько капель полимера, который под действием лазера также способен обращаться в пар. Но вода все-таки лучше, полагает профессор Такоши Ейп. Она дешевле пластика и действует сильнее.
По его подсчетам, струя пара движется со скоростью примерно 100 м/с. В принципе почти с такой же скоростью Может двигаться и модель. Но это в идеале. Пока же лазер лишь сталкивает модель с лабораторного стола, и она плавно планирует на пол.
Подобный подход к движению имеет то преимущество, что источник движения — лазер — находится вне летательного аппарата. А значит, вес самого «самолета» может быть существенно уменьшен.
Аналогичная схема может быть также использована для удешевления запуска небольших спутников. Такая идея была высказана доктором Артуром Кантровицем, профессором инженерной механики из Дартмутского университета, еще лет сорок тому назад.
А в экспериментах, проведенных на ракетном полигоне «Уайт Сандс», штат Нью-Мексико, в октябре 2000 года, сфокусированный луч углекислотного лазера смог подбросить модель космического аппарата «Lightcraft» весом в 50 г и размером с теннисный мяч на высоту 70 м. Полет модели продолжался всего 13 с. Однако лиха беда начало!
Доктор Лейк Мирабо, профессор механики политехникума в г. Троя, штат Нью-Йорк, принимавший участие в упомянутом эксперименте, собирается в ближайшее время добиться еще более впечатляющих результатов. По его расчетам, мощный лазерный луч сможет разогнать небольшой летательный аппарат до скорости не менее 6М, то есть в 6 раз большей, чем скорость звука. Причем полет этот будет проходить на границе атмосферы, на высоте примерно в 100 км.