上世纪50年代,美苏都曾研制过核动力飞机,而且进行过多次的飞行测试。美国的NB-36H以及苏联在图95基础上进行的测试,当时的主要考量是研发一种可以长时间在天空中飞行的,携带核武器的飞机,以期达成随时向对手投掷核弹的目的。因为后来洲际导弹的出现,有了更有效的核武器投掷载具,最终美苏下马了核动力飞机的研发。那么美苏在研发核动力飞机的时候遇到了什么问题?这些问题有办法解决吗?
大家知道现在无论是核动力航母还是核动力潜艇再或者是民用核电站,其核动力工作原理都是在可控核裂变的基础上,产生热量,然后烧水带动汽轮机对外做功。人类对核动力的运用主要是核反应和汽轮机组合而成的,核动力所替代的是燃煤或者燃油锅炉的作用。如果将这套装置用在飞机上似乎是很难实现的,因为即便是蒸汽轮机组做得再怎么小,也有几百吨的重量。而且蒸汽发动机也不能被当作航空发动机。人类最初有了燃煤锅炉之后就进行过蒸汽动力航空发动机的研发,最终被证明根本不行,所以如果要用核动力作为飞机的动力,就必须找到一种重量更轻的解决方案才行!
上世纪五十年代美国的NB-36H的动力工作原理是这样的,第一种是混合动力组合堆,核动力反应堆工作产生高温,加热反应堆堆芯的液态金属,接着让空气和液态金属直接接触,通过液态金属加热流经的气流,产生高温高压的气体。在经过引流将高温高压的气体导入增压涡轮中,然后向后喷出,产生反作用力。这种被大家叫做开放式核动力航空发动机存在一个巨大的问题,那就是发动机喷出的空气直接和反应堆接触,有巨大的核辐射,所以在地面起飞阶段这种方案是会造成非常严重的污染的,混合动力指的是地面起飞阶段利用传统的涡喷发动机起飞,飞到高空之后再启动核反应堆,利用核反应堆为飞机提供动力!很显然,开式反应堆的核污染比较严重。
第二种动力方式是将核反应堆堆芯的液态金属导出,或者用堆芯先将水加热然后导出,空气不直接经过反应堆的堆芯,在二次加热介质的传导下进行工作,就好像空调压缩机利用介质氟利昂和空气进行热交换一个道理。这样可以有效地降低核辐射,但是也会有一定的能量损失!不过相对于核反应堆近乎无限的能量输出,能量损失都是可以接受的。
美国这两种核动力发动机方案都是可行的,在实验中,美国的实验飞机依靠小型核反应堆,以近750公里每小时的时速,实现了差不多5万公里的航程,绕地球赤道一圈还多四分之一。而同时期最优秀的轰炸机也不过才只有一万两千公里的航程。核动力飞机的航程优势还是非常大的!
美国对于核动力飞机的研发时间较早,在原子弹爆炸成功之后就开始了。前苏联对此项技术的研发相对较晚,在1955年才启动。前苏联是在图95的基础上,在弹舱内安装了一台小型核反应堆作为动力。直到十年之后的1965年,前苏联进行了34次的飞行试验,其中核动力反应堆启动试验了5次。不过美苏在上世纪60年代都无法有效解决核污染的问题,最终都放弃了相关的研发!
核动力飞机发动机对大气的污染如果是外在核污染的话,驾驶核动力飞机还有一项无法解决的问题,那就是核反应堆对机组成员的辐射问题。核辐射对人员本身就是一种非常严重的伤害,航母和潜艇以及核电站都是可以为核反应堆设置防止核污染辐射出来的设备,但是这种设备的重量势必非常大,在飞机这种寸土寸金的地方,势必无法安装!
如果飞行机组人员仅仅依靠防核辐射的防护服对自身进行保护,无疑是无法实现的。核动力反应堆本身就是开放式的,其核辐射强度甚至要超过发生核爆炸的中心区域,人类研发的防护服还不足以应对这种级别的辐射。
日本海啸引发的福岛核电站事故中,身穿防护服的救援人员大部分都因为辐射死在了核泄漏的维护上,飞机这种小型核反应堆没有任何防辐射设备的保护,辐射势必是长期对机组人员形成伤害的根源!
除了对飞行机组成员的核辐射之外,核动力飞机在飞行过程中一旦坠毁,将会造成严重的核污染。飞机本身只是一种机械设备,现在全世界所有类型的飞机都发生过坠机事故,哪怕是美国的B2这种级别的飞机斗坠毁过,所以想要核动力飞机不坠毁,是几乎不可能实现的。美国在试飞核动力飞机的时候,专门有一架满载伞兵的飞机伴飞,其作用就是为了在核动力飞机一旦发生坠机事故之后,马上下去,第一时间封锁现场,以尽可能地降低因坠机事故带来的核污染对民众的影响!
1957年,苏联试射了第一枚名为警棍的洲际弹道导弹。洲际导弹的出现为全球打击提供了一种安全,高效的运载工具。随后美国也跟进发展了自己的洲际导弹。直到1980年我国试射我国第一款洲际弹道导弹东风5,全世界五个常任理事国都拥有了自己的洲际弹道导弹!世界核威慑进入了全球导弹威慑的时代!
在洲际导弹出现之前,有效打击对方的武器只有战略轰炸机一种,这也是为什么美国在二战中发展出那么多重型轰炸机的原因所在。甚至连在日本投掷的原子弹都是由空中堡垒轰炸机完成的。美苏在战略轰炸机的竞赛最疯狂的上世纪五六十年代,正是为了实现对对手的对等核威慑。核动力飞机的出现,就是这一时期最后的疯狂。随着洲际导弹的性能越来越高,要进行核打击,还是洲际导弹更加高效!
导弹技术的发展还在另一个方面限制了核动力轰炸机的发展!对空导弹的性能在上世纪五十年代就已经可以用于实战了。1959年10月7日,国民党Rb 57 d型高空侦察机被我防空部队用三枚萨姆2击落,开启了导弹防空的时代。相对于飞行速度最高2马赫的飞机,导弹可以轻松地将其击落。而核动力轰炸机在当时的武器体系中所携带的武器还需要飞到敌方头顶进行凌空轰炸,很显然核动力飞机的突防能力在被地空导弹严重削弱。加之上世纪60年代航空发动机技术进入了涡扇时代,飞行速度更快,更加省油的涡扇发动机赋予了轰炸机更远的航程,无论从哪个角度看,核动力轰炸机都不是一种先进的武器装备了。
小结:因为核动力发动机污染的问题,核动力飞机对于飞行空域以及飞行机组人员都有极大的伤害。本质上核动力飞机是核军备竞赛时代的产物,在现代防空体系逐步完善,洲际导弹变成了更加有效的核武器投掷工具,核动力轰炸机缺点太多,也就没有了存在的必要。当今世界如果再次启动类似的研发,无疑是不被世界所接受的!从长远来看,核动力虽然是一种很好的能源,但是不会应用到飞机的动力选择中去!