راکتور و کارایی آن در هواپیما

در ادامه قسمت دوم هواپیماهای هسته ای به بررسی انواع راکتورهای به کار رفته در هواپیماها می پردازیم:

مشکل وزن محافظ یکی از مشکلات اساسی است که در این برنامه وجود دارد، علاوه بر آن مشکل  افزایش عملکرد رآکتور نیز وجود دارد. برنامه ANP روی توسعه مفهوم تقسیم محافظ، کاهش اندازه محافظ، کاهش اندازه رآکتور، افزایش قدرت رآکتور، افزایش عملکرد دمایی رآکتور و کارآیی هواپیما، استفاده از محافظ کاهش یافته در طراحی هواپیما تمرکز کرد. اگرچه این  کار روی هواپیمای واقعی سخت است.

General Electric، مجموعه ای از تجارب موفقیت آمیز را با استفاده از روش چرخه مستقیم ارائه داده است. این تجارب با عنوان مجموعه آزمایشات انتقال گرما در رآکتور (HTRE)مشهور است و شامل سه رآکتور  می باشد:

1-HTRE-3، HTRE-2، HTRE که در برنامه آزمایشی استفاده گردید. 1- HTRE با موفقیت 39-X را اجرا کرد (تحت نیروی هسته ای) و در این حین HTRE-2 نام گرفت و توانست یک X-39را به pv;j دراورد. 3- HTRE به برنامه پرواز نزدیک تر  و قویتر بود. این نوعی فعالیت میانه و متعادل محسوب می شد که رآکتورهای اولیه به 39-X کمک م کردند تا سطح نیروی آنها بالاتر رود. قدرت 3- HTRE به دو توربوجت محدود شده بود اما برای جت های بزرگترکه نیازمند سطح نیروی بالاتر هستند، نیز می توانست به کار رود. 1-HTRE از نمونه های مناسب رآکتور است، چرا که نیروی کاملی را بدست آورده و عملکرد موتور جت براساس نیروی هسته ای است. 2-HTRE ساده تر از 1-HTRE بوده و به عنوان رآکتور پیشرفته مورد استفاده قرار گرفت. تجربه بدست آمده از این دو در ساخت 3- HTRE اعمال شده است که آزمایش نهایی طراحی در تولید هواپیما با سوخت هسته ای است. طراحی و آزمایش 3- HTRE براساس برنامه چرخه مستقیم پیشرفت داشته و به بهینه سازی مهندسی آن پرداخته شده است. هر سه نوع رآکتور ذکر شده دارای پیکربندی استاندارد چرخه مستقیم هستند که دارای سوخت و احتراق شیمیایی در توربین بوده اند. این نحوه سوخت امکان تبدیل نیروی شیمیایی به گرمای اتمی را فراهم کرده تا دماهای عملیاتی بدست آید. سیستم عملیاتی دارای سیستم احتراق شیمیایی جهت استفاده طی فرود و نشستن هواپیما می باشد.

HTRE دارای اهدافی نیز می باشد گرچه هسته همه رآکتورها با اندازه هواپیما متناسب است اما انواع HTRE به گونه ای طراحی شده که برای سیستم پرواز مناسب باشد. مجموعه HTRE نشان داد که با استفاده از تکنولوژی می توان رآکتور قابل پروازی را برای همان مواد 3- HTRE در اندازه فیزیکی مشابه تهیه نمود. علیرغم این حقیقت که HTRE نیرویی را تولید ننموده تا جهت پرواز مناسب باشد، اما طراحی بهینه آن به عنوان رآکتور تحقیقاتی چنین موضوعی را به تثبیت رسانده است. در پایان راه اندازی HTRE، به طور قطع احتمال پرواز با رآکتور در بالاتر رفت. آزمایش مربوطه نشان داد که رآکتور ساخته شده با استفاده از مواد مشابه در 3-HTRE می تواند ساخته شود. چنین رآکتوری همه شرایط را برای یک پرواز آسان فراهم می کند. در مقاله Kelly Johnson و F.A.Cleveland بیان شده است، که هنگامیکه که مواد بهبود یافته و اصلاح شده استفاده می شوند موجب بهبود در توانایی نصب چنین نواحی در تولید هواپیما می گردد. هنگامیکه General Electronic روی چرخه مستقیم کار می کرد، Pratt و P&W) Whitney )نیز روی چرخه غیرمستقیم کار می کردند. به هر حال پیشرفت ها روندی کند داشت و P&W هرگز به یک سیستم عملی آزمایشی دست نیافت. در حقیقت فعالیت آنها محدود به آزمایش بود. فعالیت روی رآکتورهای مهم تر و طراحی های خنک کننده فلز مایع بود. دو طراحی اصلی آنها رآکتور هسته ای جامد و طراحی جریان فلز بود که در اولی جریان فلز مایع در هسته رآکتور جامد صورت می گرفت و در دومی سوخت با ماده خنک کننده ترکیب می شد.

بعد از طراحی چرخه سوخت کار روی رآکتور بزرگتر انجام گرفت که مربوط به طراحی نمونه های خنک کننده فلز مایع و جلوگیری از فرسایش و طراحی تبادل گرما بود. به هر حال فعالیت P&W در CANEL هرگز به تولید راکتور آزمایشی نرسید. این امر نشان داد که چرخه غیرمستقیم نیاز به فعالیت و کار توسعه ای بیشتر دارد. هنگامی که برنامه های آزمایشی با موفقیت انجام گرفت، برنامه های دیگر وجود نداشت. تعدادی از برنامه ها با هزینه های بالا انجام شد و نیاز به تمرکز زیاد داشت. دولت  آمریکا به پروژه ANP و برنامه های آن اشاره نموده است. آزمایش موتور پرواز در Idaho جهت استفاده شروع شد و موتور پرواز روی زمین و در هواپیمای آزمایشی تست شد. هزینه این آزمایش، 8 میلیون دلار بود که هرگز طی ANP و برنامه آن استفاده نشد و برنامه پرواز بعدها لغو گردید. لابراتور تشعشع نیز در CANEL ساخته شده تا جهت تحقیقات در زمینه فلز مایع به انتقال دهنده گرمای هوا مورد استفاده قرار گیرد. بعد از صرف هزینه ای بالغ بر 6 میلیون دلار، ساخت این طرح به صورت معوقه ماند، چرا که نیروی هوایی آمریکا هدف خود را تغییر داد. دیگر آزمایشگاه  در CANEL طراحی گردید تا شرایط خلأ را مورد تحقیق و بررسی قرار دهد. این آزمایشگاه هزینه ای یک میلیون دلاری داشته و در ماه مارس 1961 شروع به کار نمود و در همان ماه بود که برنامه ANP لغو گردید. این امر تنها موجب هدر رفتن هزینه ها شد. نمونه های زیادی نیز وجود داشتند که نشان دهنده هدر رفت زمان و هزینه بود و هیچکدام به درستی در زمینه های مربوطه انجام نگرفت.

در کل به نظر می رسد که تکنولوژی در برنامه ANP از بین رفته است. مجموعه برنامه GE"S HTRE ثابت کرد که مفهوم چرخه مستقیم کارایی بهتری دارد. فعالیت P&W گرچه دارای پیشرفت بود اما بسیار کند پیش می رفت و در زمینه چرخه غیرمستقیم بود. راکتور NTA و آزمایشهای آن نشان داد که محافظ هواپیما می تواند به طور کارآمد مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از توسعه بیشتر، فلزات جدید، مواد مؤثر و کارآمد و همه موارد در دسترس باید در تولید هواپیما مؤثر باشند. در سال 1960، Kenneth Gants  در یادداشتی نوشت: استفاده از اتم جهت پیشرفت تکنولوژی در کارایی های ساختاری و ایرودینامیک طی ده های گذشته موجب شده است تا هواپیماهایی با نیرو و سوخت هسته ای به میان آیند. اما اگر چنین امری صحت داشته باشد اما چرا برنامه های ذکر شده معوق باقی ماند. پاسخ به این پرسش در بخشهای بعدی دنبال خواهد شد.

تهیه کننده: مژده اصولی

تنظیم برای تبیان: محسن مرادی