热点关注:  
放射性同位素 粒子加速器 辐照杀菌 无损检测 高新核材 辐射成像 放射诊疗 辐射育种 食品辐照保鲜 废水辐照 X射线 中广核技 中国同辐

B-52核引擎计划:历史、技术与终结

2025-01-02 14:28          核引擎 核技术

计划起源与背景

在航空航天发展的长河中,B-52核引擎计划曾是一项备受瞩目的尝试,尽管如今已鲜为人知。二战结束后,核能的巨大威力引起了全球各国的高度关注,美国作为当时的科技前沿探索者,更是积极寻求将核能应用于各个领域,军事航空领域也不例外。

1946年,广岛和长崎的核爆余波未平,美国国防部便急切地想要挖掘核能在非战争破坏用途方面的潜力,飞机核推进计划(ANP)应运而生。这一计划不仅旨在为地面基础设施提供核动力能源,更重要的是希望通过核动力让飞机性能实现质的飞跃,尤其是战略轰炸机,以期其具备更长的续航能力、更高的飞行速度以及更远的作战半径,从而在冷战初期的军事对峙中占据优势地位。

相关设计案例与技术探索

康维尔公司的尝试

加利福尼亚州圣地亚哥的康维尔公司在ANP计划中扮演了重要角色。其开展的NB-36计划具有开创性意义,将一台功率达一兆瓦的大型核反应堆安置于B-36“和平缔造者”轰炸机的弹舱内。这一举措的首要目的是测试辐射屏蔽装置在实际飞行操作中对机组人员的防护效能。尽管该反应堆在此次试验中并未与飞机的动力系统实际连接,但它成功地证明了在飞机上搭载裂变物质并保障机组人员安全的可行性,为后续的核动力飞机研究奠定了一定的基础。

若NB-36计划进一步推进,其后续原型机将被康维尔X-6取代。X-6计划更为雄心勃勃,拟在机身中整合两台通用电气J47的核动力变体,试图打造一款真正意义上的核动力轰炸机。然而,由于技术、资金、安全以及战略考量等多方面因素的交织,该项目在实施前被无奈取消,但其设计理念和技术探索为后来者提供了宝贵的经验教训。

橡树岭国家实验室的熔盐反应堆设计

ANP计划的另一个亮点是田纳西州橡树岭国家实验室团队组装的世界上第一台熔盐反应堆工作原型。这一设计别出心裁,摒弃了传统反应堆通过产生蒸汽驱动涡轮机的方式,而是将裂变物质与熔融的热盐混合成溶液来产生能量。这种创新性的设计理念在当时引起了广泛关注,并被认真考虑应用于巨型军用飞机,如洛克希德CL-1201空中航母等项目中。但从实际情况来看,该设计在技术实现、工程应用以及安全性保障等方面面临着诸多难以克服的障碍,最终未能成为现实。

通用电气XNJ140E发动机详解

通用电气XNJ140E发动机无疑是ANP计划中的核心技术产物之一,其设计极具特色且规模庞大。从外观上看,除了尺寸远超常规喷气发动机,似乎并无过多特别之处,但深入其内部构造,便能发现其独特的设计逻辑。

该发动机的核心部位是一个33英寸乘62英寸的核反应堆堆芯,由多达25,000根装满高效精炼铀同位素的六边形燃料棒紧密排列组成,传统喷气发动机中的燃烧室被其取代。在发动机启动阶段,压缩空气会被引导通过反应堆堆芯,与此同时,一种推测为低温液态氢的非常规燃料源被允许直接与反应堆燃料棒内的裂变物质接触,从而引发核裂变反应并产生强大的推进力。

从性能参数来看,XNJ140E发动机在起飞时预计反应堆可产生约121兆瓦的功率,这一数值换算后足以满足10多万户独栋住宅的平均持续用电需求,在海平面高度能够转化为35,310磅的强劲推力。而在战略轰炸机通常巡航的35,000英尺高度,由于空气稀薄,反应堆的工作负荷相对降低,设计输出功率约为50.5兆瓦,推力为8,120磅,甚至其起动电机的功率也高达500马力,足以在非飞行时段为一辆直线加速赛车提供动力。发动机的预估干重为60,600磅,其中42,230磅被用于反应堆、周围辐射屏蔽层(很可能采用铅材料)以及复杂的控制阵列,足见其结构的复杂性和技术的先进性。

B-52改装设想与潜在优势

将通用电气XNJ140E发动机应用于B-52G“同温层堡垒”轰炸机的设想,曾让美国军方对其作战能力的提升充满期待。当时,B-52G主要装备八台普拉特&惠特尼J57涡轮喷气发动机,若在此基础上为每架飞机增加两台XNJ140E核发动机,且每台核发动机能为飞机带来13,750磅的额外推力,那么B-52G的飞行性能将得到显著改善。

从速度方面来看,更高的推力将使飞机的最高速度进一步提升,这意味着在执行任务时能够更快地抵达目标区域,从而增强了作战的突然性和时效性。在续航能力上,核发动机的加入使得飞机不再仅仅依赖于有限的燃油储备,理论上可以一次性飞行数十小时甚至数天,大大拓展了作战半径,能够从距离目标更远的基地出发,对敌方目标实施打击,极大地提高了美国空军的全球打击能力,并且可以减少对海外军事基地的依赖程度,降低军事部署的成本和政治风险。

计划存在的致命缺陷与叫停原因

尽管B-52核引擎计划在纸面上展现出了诱人的前景,但深入研究后却发现其存在着致命的缺陷,这也是导致该计划最终夭折的关键因素。

从技术层面来看,核发动机的核心问题在于液态氢燃料与铀核心的接触反应。尽管前期的核飞机测试在一定程度上证明了辐射屏蔽能够保护机组人员免受直接的核辐射伤害,但一旦液态氢燃料与发动机深处的铀核心发生接触,就会引发一系列不可控的反应,导致裂变颗粒大量产生并四散开来。这些裂变颗粒随后会像气溶胶一样在飞机后方的空气中迅速扩散,而此时飞机上的辐射屏蔽装置对于阻止这些微小颗粒的传播几乎无能为力。这不仅会对飞机自身的电子设备、结构材料等造成损害,影响飞行安全,更严重的是,飞机在飞行过程中会像一个移动的核污染源,对所经过的空域以及地面区域造成不可估量的核辐射污染,这无疑等同于一种“飞行战争罪”,是国际社会和人道主义所无法接受的。

即使美国军方尝试采用单台核发动机等替代配置来减少辐射风险,但在实际操作中,这些方案都未能有效解决核辐射泄漏和扩散的问题,也无法在性能提升与安全性保障之间找到一个可行的平衡点,因此始终未能取得实质性的技术突破和进展。

与此同时,20世纪60年代初,国际军事技术格局发生了重大变化。洲际弹道导弹技术的飞速发展,使得战略轰炸机在核威慑体系中的地位逐渐受到挑战。洲际弹道导弹具有更快的速度、更远的射程以及更高的突防能力,能够在更短的时间内对敌方目标发动突然袭击,相比之下,核动力轰炸机的优势不再明显。此外,地对空导弹技术的不断进步也使得轰炸机在执行任务时面临着更高的被击落风险,进一步降低了核动力轰炸机的性价比和实用性。

在这样的背景下,1961年,时任美国总统约翰·F·肯尼迪做出了叫停飞机核推进计划的决定,标志着这一持续多年、耗费大量人力、物力和财力的疯狂计划正式走向终结。

后续情况与历史反思

在飞机核推进计划被终止后,部分相关技术研究仍在继续。例如,熔盐反应堆实验得以持续推进,并于1965年成功达到临界状态,一直运行到1969年,为后来的核能技术发展积累了一定的经验和数据。然而,ANP计划的其他大部分项目都在20世纪60年代初逐渐停止,曾经那些宏伟的核动力飞机、火箭、潜艇、导弹、水翼艇甚至直升机的设计方案,最终都未能成为现实,只留下了一段段充满传奇色彩的技术探索故事,成为人类科技发展史上的独特印记。

回顾B-52核引擎计划,不禁让人深思。这一计划的兴起与衰落,不仅仅是技术发展的曲折历程,更是在特定历史时期、政治环境和军事战略背景下的产物。它反映了人类在追求科技进步与军事优势过程中的雄心壮志,同时也揭示了技术发展必须遵循科学规律和道德伦理的深刻教训。在当今时代,随着科技的不断进步,我们更应从历史中汲取经验,确保新技术的发展既能推动人类社会的进步,又不会对人类自身和地球环境造成不可挽回的损害。



推荐阅读

捷克的中型高场托卡马克装置:COMPASS Upgrade

韩国聚变能研究所(KFE)与捷克科学院等离子体物理研究所 (IPP)签署了一份谅解备忘录,双方将在装置运行、聚变能数字工程等领域展开密切合作和研究(更多信息请查阅:韩国与捷克携手加强聚变能科学与技术领域的合作)。后者目前正在建设捷克的中型高场托卡马克装置-COMPASS Upgrade,预计将在2025年正式投入运行 2025-01-04

Focused Energy 和 Amplitude 达成 4000 万美元协议 推动高能激光器超越惯性聚变能的最先进水平

专注于探索商业聚变最科学先进道路的Focused Energy公司,与国际超快激光器领域的领导者Amplitude,共同宣布建立合作伙伴关系。双方将共同努力,推动两款激光系统超越当前惯性聚变能的最先进水平,这一合作得到了德国联邦突破性创新机构(SPRIND)的支持和资助 2025-01-03

英国核聚变机会报告呼吁采取行动

聚变工业协会(FIA)发布了一份政策报告,指出英国需要采取更多措施来实施能够抓住聚变带来的经济机会的政策框架。尽管英国被视为全球领先的聚变市场,但仅有20%的FIA组织成员确信英国将随着全球市场的繁荣成为具有重要战略意义的供应链中心 2025-01-03

国产最大尺寸超导磁体动态测试设施建成

记者从中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所获悉,为下一代“人造太阳”研制核心部件的大科学装置“聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)”日前取得新成果,建成了国际尺寸最大、实验条件最完善的大型超导磁体动态性能测试系统并为“聚变工程堆中心螺管系统”完成首轮测试实验 2025-01-03

加速聚变能发展进程 聚变产业联盟再次“增员扩容”

聚变产业联盟2024年度会员大会暨聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)用户年会在合肥举办 2025-01-02

阅读排行榜