Концепции атомных двигателей
ТЕХНОЛОГИИ / СЕНТЯБРЬ #6_2023
Фото: Flickr.com
65 лет назад компания Ford представила концепцию автомобиля Nucleon, работающего от маленького ядерного реактора. О том, почему концепт-кар так и не был запущен в производство, а также о других интересных проектах автомобилей с ядерными двигателями рассказал кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института прикладной физики РАН Антон Седов.
Первым транспортным средством с ядерным реактором, как известно, была американская атомная подводная лодка «Наутилус». А в Советском Союзе несколькими годами позже был спущен на воду первый атомоход «Ленин». После этого начали появляться и другие проекты транспорта с атомными двигателями: атомный самолет, атомный танк, несколько концепций атомных автомобилей.
Есть ряд причин, по которым ни один из этих проектов не был реализован. Во-первых, кроме ядерного источника, нужен еще преобразователь тепла в энергию (электрическую, механическую): парогенератор, турбина и т. д. — и все это надо где-то размещать. Во-вторых, нужна система охлаждения. В-третьих, встает вопрос о защите пассажиров, особенно в случае ДТП. В итоге вес атомного авто может достигать нескольких десятков тонн.
Есть ряд причин, по которым ни один из этих проектов не был реализован. Во-первых, кроме ядерного источника, нужен еще преобразователь тепла в энергию (электрическую, механическую): парогенератор, турбина и т. д. — и все это надо где-то размещать. Во-вторых, нужна система охлаждения. В-третьих, встает вопрос о защите пассажиров, особенно в случае ДТП. В итоге вес атомного авто может достигать нескольких десятков тонн.
Ford Nucleon
В конце 1950‑х годов была представлена концепция автомобиля Ford Nucleon. Американская компания предложила расположить двигатель сзади, а для защиты водителя и пассажира использовать двойные стенки. Главным преимуществом концепции авторы проекта считали компактность ядерного топлива: если автомобиль, заправленный десятками литров бензина, способен проехать сотни километров, то одной капсулы с плутонием или ураном должно хватить на 8 тыс. км. Однако уменьшить реактор до миниатюрных размеров так и не удалось, так что Ford Nucleon остался музейным экспонатом.
Эстетика этого шоу-кара — типичный «аэрокосмический романтизм» конца пятидесятых. Плоский стремительный кузов, панорамное остекление и два хвостовых киля делали его похожим на футуристический летательный аппарат.
В конце 1950‑х годов была представлена концепция автомобиля Ford Nucleon. Американская компания предложила расположить двигатель сзади, а для защиты водителя и пассажира использовать двойные стенки. Главным преимуществом концепции авторы проекта считали компактность ядерного топлива: если автомобиль, заправленный десятками литров бензина, способен проехать сотни километров, то одной капсулы с плутонием или ураном должно хватить на 8 тыс. км. Однако уменьшить реактор до миниатюрных размеров так и не удалось, так что Ford Nucleon остался музейным экспонатом.
Эстетика этого шоу-кара — типичный «аэрокосмический романтизм» конца пятидесятых. Плоский стремительный кузов, панорамное остекление и два хвостовых киля делали его похожим на футуристический летательный аппарат.
Цитата
“
…И с равной быстротой атомные машины самых разнообразных типов вторглись в промышленность. Железные дороги выплачивали огромные суммы за право первыми ввести у себя атомную тягу…
Ford Seattle-ite XXI ConceptCar
Simca Fulgur и Ford Seattle-ite XXI
После Ford другие компании также предлагали концепции атомных автомобилей. В 1958 году свой вариант разработала французская Simca. В качестве силовой установки рассматривался компактный ядерный реактор, вырабатывающий энергию для двух электромоторов, встроенных в задние колеса. Сами колеса были практически не видны, причем передние автоматически убирались при достижении скорости 150 км/ч, а кузов сохранял равновесие по гироскопическому принципу, за счет задних стабилизаторов. Предполагалось, что Simca Fulgur будет ездить на автопилоте с радиолокатором и голосовым управлением. Дизайнер Робер Опрон заложил в Fulgur свое видение автомобиля будущего. Французский концепт-кар дебютировал в Женеве в 1959 году и показывался на различных шоу вплоть до 1961‑го. В 1970‑м бренд Simca был ликвидирован, и Simca Fulgur остался нереализованным дрим-каром компании.
В 1962 году Ford делает еще одну попытку. На Всемирной выставке в Сиэтле на стенде «XXI век» был представлен концепт Seattle-ite XXI, демонстрировавший новые технологии, новый уровень безопасности и комфорта. По количеству новых решений в конструкции эксперты называют его одним из самых ярких концептов в истории автомобилестроения. Источники энергии предусматривались разные. Во-первых, топливные элементы с возможностью «горячей замены». Во-вторых, по словам инженеров, «компактные ядерные устройства». Передняя часть «автомобиля с четырьмя колесами и силовым агрегатом мощностью 400 л. с. для трансконтинентальных путешествий» (как сообщалось в рекламе) отстегивалась, а на ее место подсоединялся маленький модуль с экономичным 60‑сильным мотором для неспешной городской езды. Из шести колес четыре передних были ведущими и управлялись с помощью сенсорной панели вместо руля. Считалось, что такая система обеспечит преимущество при торможении, улучшит управляемость и устранит проблемы при проколе одного из колес. Кроме того, в этом концепте была представлена интерактивная компьютерная навигация, которая стала реальностью не так давно. Информационная система выводила на приборную панель карту маршрута, расчетное время прибытия и погоду. Ford Seattle-ite XXI имел прозрачную кабину с переменным затемнением, вентиляционными жалюзи, открываемыми вверх панелями крыши и раздвижными дверями. Передние фары были всплывающими, задние напоминали четыре массивные турбины.
После Ford другие компании также предлагали концепции атомных автомобилей. В 1958 году свой вариант разработала французская Simca. В качестве силовой установки рассматривался компактный ядерный реактор, вырабатывающий энергию для двух электромоторов, встроенных в задние колеса. Сами колеса были практически не видны, причем передние автоматически убирались при достижении скорости 150 км/ч, а кузов сохранял равновесие по гироскопическому принципу, за счет задних стабилизаторов. Предполагалось, что Simca Fulgur будет ездить на автопилоте с радиолокатором и голосовым управлением. Дизайнер Робер Опрон заложил в Fulgur свое видение автомобиля будущего. Французский концепт-кар дебютировал в Женеве в 1959 году и показывался на различных шоу вплоть до 1961‑го. В 1970‑м бренд Simca был ликвидирован, и Simca Fulgur остался нереализованным дрим-каром компании.
В 1962 году Ford делает еще одну попытку. На Всемирной выставке в Сиэтле на стенде «XXI век» был представлен концепт Seattle-ite XXI, демонстрировавший новые технологии, новый уровень безопасности и комфорта. По количеству новых решений в конструкции эксперты называют его одним из самых ярких концептов в истории автомобилестроения. Источники энергии предусматривались разные. Во-первых, топливные элементы с возможностью «горячей замены». Во-вторых, по словам инженеров, «компактные ядерные устройства». Передняя часть «автомобиля с четырьмя колесами и силовым агрегатом мощностью 400 л. с. для трансконтинентальных путешествий» (как сообщалось в рекламе) отстегивалась, а на ее место подсоединялся маленький модуль с экономичным 60‑сильным мотором для неспешной городской езды. Из шести колес четыре передних были ведущими и управлялись с помощью сенсорной панели вместо руля. Считалось, что такая система обеспечит преимущество при торможении, улучшит управляемость и устранит проблемы при проколе одного из колес. Кроме того, в этом концепте была представлена интерактивная компьютерная навигация, которая стала реальностью не так давно. Информационная система выводила на приборную панель карту маршрута, расчетное время прибытия и погоду. Ford Seattle-ite XXI имел прозрачную кабину с переменным затемнением, вентиляционными жалюзи, открываемыми вверх панелями крыши и раздвижными дверями. Передние фары были всплывающими, задние напоминали четыре массивные турбины.
«Памир‑630Д» — передвижная атомная электростанция, размещенная на автомобильном шасси
Российский автопром
Над атомными авто задумывались не только за рубежом — в СССР разрабатывался проект «Волга-Атом», и к концу 1961 года он уже был достаточно детально проработан. Двигатель А21 представлял собой вполне традиционный четырехцилиндровый агрегат, в котором на торцах поршней и цилиндров были расположены шайбы из обогащенного изотопом 235U. Однако дальше расчетов на бумаге проект не пошел.
Также в нашей стране шла работа над проектом мобильной атомной электростанции для отдаленных районов. Это была АЭС, перевозимая на четырех самоходных гусеничных шасси, созданных на базе тяжелого танка Т‑10. ТЭС‑3 была разработана в Лаборатории «В» (Физико-энергетическом институте в Обнинске). Шасси (объект 27) занимались в ОКБ Кировского завода. На первом шасси размещался реактор с биозащитой и воздушным радиатором, на втором — парогенераторы и циркуляционные насосы, на третьем — турбогенератор, на четвертом — пульт управления и резервное оборудование. Развертывание станции занимало несколько часов. На ходу она функционировать не могла. Биозащиту на ТЭС‑3 обеспечивать было несложно, так как требующий изоляции реактор располагался на отдельном энергосамоходе — его просто поместили в замкнутую свинцовую емкость.
В 1960 году передвижная АЭС была готова к эксплуатации. 13 октября 1961 года состоялся ее первый опытный пуск. Она неплохо себя показала, испытания продолжались до 1965 года. Первоначально ее проектировали для работы на Крайнем Севере, но традиционные энергоустановки на жидком топливе тогда оказались проще и экономичнее. Экономическая нецелесообразность вынудила закрыть проект, и в 1969 году так нигде и не использованную ТЭС‑3 законсервировали.
Позднее в Институте ядерной энергетики Академии наук Белорусской ССР (сейчас — Объединенный институт энергетических и ядерных исследований «Сосны») началась разработка более современной системы «Памир‑630Д», значительно отличавшейся от ТЭС‑3 как принципиальными решениями, так и «носителем». «Груз ответственности» взвалили на «плечи» тягача МАЗ‑7960, созданного на основе модели 537.
Интересно, что если Обнинский ФЭИ оснастил установку водо-водяным реактором с воздушным радиатором, в котором в качестве охладителя использовалась циркулирующая вода, то белорусские атомщики поступили иначе: на роль теплоносителя и рабочего тела они выбрали тетраокись азота, отличающуюся высокой теплоемкостью, теплопроводностью и плотностью при низкой вязкости. Применение тетраокиси азота позволило сделать 630‑киловаттный реактор одноконтурным и более компактным. Всеми процессами в АЭС заведовали бортовые ЭВМ, в случае аварии в дело вступала пассивная система аварийного охлаждения реактора.
«Памир‑630Д» состояла из четырех машин. Первый МАЗ вез в полуприцепе грузоподъемностью 65 тонн реактор, сопутствующее оснащение и два автономных дизель-генератора. Во второй машине находился турбогенератор, вырабатывающий электричество. Была еще пара вспомогательных КрАЗов с системой управления и резервными дизель-генераторами.
Считается, что проект «Памир‑630Д» законсервировали, в числе прочего, из-за аварии на Чернобыльской АЭС, произошедшей 26 апреля 1986 года, — как раз в это время мобильный комплекс проходил испытания и дважды выводился на проектную мощность. Одним из официальных объяснений закрытия проекта в феврале 1988 года стала «недостаточная научная обоснованность выбора теплоносителя».
Разработки атомного двигателя вдохновляли многих. Если вы помните фильм «Назад в будущее», там тоже была машина с ядерным реактором — она работала на плутонии и могла путешествовать во времени. Концепция живет в произведениях искусства, в мыслях фантастов и инженеров. Возможно, мы когда-нибудь доживем до атомобилей.
Над атомными авто задумывались не только за рубежом — в СССР разрабатывался проект «Волга-Атом», и к концу 1961 года он уже был достаточно детально проработан. Двигатель А21 представлял собой вполне традиционный четырехцилиндровый агрегат, в котором на торцах поршней и цилиндров были расположены шайбы из обогащенного изотопом 235U. Однако дальше расчетов на бумаге проект не пошел.
Также в нашей стране шла работа над проектом мобильной атомной электростанции для отдаленных районов. Это была АЭС, перевозимая на четырех самоходных гусеничных шасси, созданных на базе тяжелого танка Т‑10. ТЭС‑3 была разработана в Лаборатории «В» (Физико-энергетическом институте в Обнинске). Шасси (объект 27) занимались в ОКБ Кировского завода. На первом шасси размещался реактор с биозащитой и воздушным радиатором, на втором — парогенераторы и циркуляционные насосы, на третьем — турбогенератор, на четвертом — пульт управления и резервное оборудование. Развертывание станции занимало несколько часов. На ходу она функционировать не могла. Биозащиту на ТЭС‑3 обеспечивать было несложно, так как требующий изоляции реактор располагался на отдельном энергосамоходе — его просто поместили в замкнутую свинцовую емкость.
В 1960 году передвижная АЭС была готова к эксплуатации. 13 октября 1961 года состоялся ее первый опытный пуск. Она неплохо себя показала, испытания продолжались до 1965 года. Первоначально ее проектировали для работы на Крайнем Севере, но традиционные энергоустановки на жидком топливе тогда оказались проще и экономичнее. Экономическая нецелесообразность вынудила закрыть проект, и в 1969 году так нигде и не использованную ТЭС‑3 законсервировали.
Позднее в Институте ядерной энергетики Академии наук Белорусской ССР (сейчас — Объединенный институт энергетических и ядерных исследований «Сосны») началась разработка более современной системы «Памир‑630Д», значительно отличавшейся от ТЭС‑3 как принципиальными решениями, так и «носителем». «Груз ответственности» взвалили на «плечи» тягача МАЗ‑7960, созданного на основе модели 537.
Интересно, что если Обнинский ФЭИ оснастил установку водо-водяным реактором с воздушным радиатором, в котором в качестве охладителя использовалась циркулирующая вода, то белорусские атомщики поступили иначе: на роль теплоносителя и рабочего тела они выбрали тетраокись азота, отличающуюся высокой теплоемкостью, теплопроводностью и плотностью при низкой вязкости. Применение тетраокиси азота позволило сделать 630‑киловаттный реактор одноконтурным и более компактным. Всеми процессами в АЭС заведовали бортовые ЭВМ, в случае аварии в дело вступала пассивная система аварийного охлаждения реактора.
«Памир‑630Д» состояла из четырех машин. Первый МАЗ вез в полуприцепе грузоподъемностью 65 тонн реактор, сопутствующее оснащение и два автономных дизель-генератора. Во второй машине находился турбогенератор, вырабатывающий электричество. Была еще пара вспомогательных КрАЗов с системой управления и резервными дизель-генераторами.
Считается, что проект «Памир‑630Д» законсервировали, в числе прочего, из-за аварии на Чернобыльской АЭС, произошедшей 26 апреля 1986 года, — как раз в это время мобильный комплекс проходил испытания и дважды выводился на проектную мощность. Одним из официальных объяснений закрытия проекта в феврале 1988 года стала «недостаточная научная обоснованность выбора теплоносителя».
Разработки атомного двигателя вдохновляли многих. Если вы помните фильм «Назад в будущее», там тоже была машина с ядерным реактором — она работала на плутонии и могла путешествовать во времени. Концепция живет в произведениях искусства, в мыслях фантастов и инженеров. Возможно, мы когда-нибудь доживем до атомобилей.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ