核动力火箭和飞机,能够无限续航吗?俄国敢实测或能实现星际旅行

1955年9月17日,一架人类历史上从未建造过的新型轰炸机在众人的注视下腾空而起。

此次飞行这是这架轰炸机的首飞。

但与其他新机型的试飞不同,此次飞行任务有一架装满了伞兵的C-97运输机全程伴随。

如果轰炸机在试飞过程中失控坠毁,这些伞兵就要立刻空降到地面对现场进行封锁。

是什么让这架轰炸机的试飞如此特殊?

1

“永不落地”的飞机

这架让研发团队在试飞过程中如临大敌的飞机就是美国空军主导研发的核动力验证机——NB-36H。

1945年,全球第一枚核武器“瘦子”成功炸响,这枚仅仅只有3吨的炸弹在顷刻间便释放出了相当于1.3万吨TNT的能量。

从这以后,全世界都对原子能这种近乎能产生无限能量的方式充满了兴趣。

自然,也就有不少科研人员产生了让原子能释放能量的强度缓和一些从而用作于动力、发电等方面的想法。

在科学界的努力下,全世界的第一座实验性反应堆很快就在1951年被建立在了爱达荷州国家实验室。

(芝加哥一号反应堆)

核电的原理很简单:

首先,核反应堆的堆芯会在中子吸收抑制装置的控制下产生热能;随后,热能会在回路中被传导给水、液态金属等物质并产生蒸汽;最终,高温高压的蒸汽便会推动汽轮机产生电能。

在后续的研发中,核能迅速证明了自己的价值。

仅仅在3年后的1954年,苏联就建立了第一台商用核反应堆,并实现了5兆瓦的装机功率。

此时一个更加疯狂的想法浮上了各国科研人员的心头:能否利用核能制造作为推进动力制造洲际轰炸机?

(NB-36H)

彼时彼刻,美苏两国正不断走向对立乃至武力对峙,洲际导弹又尚未研发成功,双方都迫切地需要一种洲际轰炸机来向对方本土投掷核武器。

核动力轰炸机的设想再适合不过了。

于是,在美国空军的牵头下,多家公司联合展开了研发核动力轰炸机的工作。

研发团队最终选定了在当时最大的轰炸机——B-36基础上进行改装的方案,他们在B-36上加装了一台通用电气公司的P-1型核反应堆。

NB-36H就此诞生,这个代号中的字母“N”就是核能Nuclear的首字母缩写。

(P-1型核反应堆)

严格意义上说NB-36H其实是一种混合动力飞机,其同时配备了活塞螺旋桨与核能涡喷两种动力系统。

前者不再赘述,后者则与普通涡喷发动机的原理类似,都是通过将发动机吸入的空气加热加压后排出来产生推力。

只不过对空气来流进行加热的方式不再是通过航空燃油的燃烧,而是通过核反应堆裂变反应产生热能。

在飞行中,反应堆产生的热能首先会加热导热回路中流经堆芯的液态金属,液态金属再经由回路管道进入涡喷发动机中对空气进行加热、加压。

以核反应堆作为动力,理论上能赋予NB-36H近乎无限的巡航能力,但却也给其带来了很大的风险。

(NB-36H)

比如由于空间问题,核动力涡喷发动机就无法使用二回路设计将带有辐射物质的一回路隔离,所以较容易发生核泄漏从而产生放射性污染。

因此,为了避免这种泄漏事故发生在机场,NB-36H被禁止在起飞阶段使用核涡喷动力,只有在其使用活塞螺旋桨动力爬升到高空后,核涡喷才会开启。

按照设计指标,NB-36H将能够在天空中持续巡航几周,不间断的执行核威慑任务,机组成员吃喝拉撒睡也都将在飞机上完成。

由于飞行员需要长期跟一个核反应堆呆在一起,也就使得NB-36H内部不同舱段间的抗辐射防护措施设计至关重要。

(NB-36H)

因此,NB-36H在试飞中并没有直接对核动力推进功能进行测试,而是花了大量时间来测试核反应堆运行对飞机以及机组产生的影响。

在1955年到1957年两年间,NB-36H总计进行了47次飞行,但没有一次使用过核动力装置。

然而,就在抗辐射实验刚刚取得了初步成果时,却传来了洲际弹道导弹研发成功的消息。

洲际弹道导弹的反应速度、突防能力都比轰炸机优秀得多,射程上也具有不小优势,这也就让核动力轰炸机失去了存在的价值。

于是,NB-36H的试飞实验项目被叫停了,作为一架核动力飞机被设计出来的NB-36H,自始至终都没有真正使用核动力飞行过。

(图-119)

美国的核动力轰炸机项目就这样草草收场了,无独有偶,苏联的类似项目也遭遇了相同的命运。

和美国思路类似,苏联也想到了将轰炸机改装为核动力的方案.

苏联选取的载机是图波列夫设计局的图-95轰炸机,安装了核反应堆后的新机型被命名为图-95LAL,其首飞于1961年5月。

同NB-36H一样,这型飞机主要用于测试核反应堆在飞行环境下的性能以及飞机抗辐射措施的效果,其并没有使用核动力飞行的能力。

真正计划进行核动力飞行测试的后续型号图-119,同样遭到了弹道导弹项目的淘汰,并未真正付诸实施。

尽管美苏双方的核动力轰炸机项目最后都以下马告终,不过这些项目的开发却给人类留下了宝贵的科研经验。

(图-119)

2

核能火箭,真能实现星际旅行?

有人试图把核能应用在飞机上,就会有人想要把核能应用于太空探索。

并且,比起在大气层内使用核能驱动飞机,在外太空中使用核能推进器进行空间航行实际上要更为方便。

毕竟在外太空中几乎不用考虑污染等问题,所以其实,方案也更为多样化。

除了最为典型的核热火箭外,还有核脉冲推进装置、核电推进等多种形式。

其中,最为天马行空也最危险的方案莫过于核脉冲推进装置了。

这种推进方法的原理非常简单粗暴,使用这种推进装置的飞船会以一定间隔在尾部抛出一个氢弹,靠氢弹爆炸产生的辐射能量来推动飞船前进。

别看这种推进方式非常奇特甚至有些异想天开,但美国的国防科技研究机构DARPA却实实在在地考虑过这种方案,还给它起了一个充满诗意的名字“猎户座计划”。

该计划打算研发一种能搭载上千枚氢弹的飞船,并为飞船配备一个能最大程度利用辐射能的金属帆。

在设想中,使用核脉冲推进装置的飞船最高能加速到光速的10%,借助这种飞船人类可以在40年内航行到离太阳系最近的恒星星系,从而实现星际旅行。

不过这种飞船仍然需要在大气层边缘的近地轨道启动,由于其推进所产生的核爆对地球环境的影响难以预计,所以该项目最终也以被叫停为结局。

核能空间推进方案中最为保守的则是核电推进。

这种方案其实就是在航天器内部安装一个小型核反应发电装置,用以给霍尔推进器等消耗电能的推进装置供电。

不过由于霍尔推进器的推力较小,所以核电推进往往只能应用在卫星上,执行一些变轨、轨道修正的小幅度机动任务。

这种方案也是目前最为成熟的核能航天器推进方案,世界各国已经发射过许多使用核电推进系统的卫星。

比如美国从1964年开始发射的“雨云”系列气象卫星,苏联从1967年开始发射的24颗“宇宙”系列海洋监视卫星,都使用了核电推进方案。

(霍尔推进器)

不过在诸多核能空间推进方案中,最具有发展前景的仍然是核热火箭。

核热火箭就与前文提到的核热涡喷发动机类似了,他们的原理都是使用反应堆产生的热能给来流加温、加压,再高速喷出产生推力。

只不过由于核热火箭的主要工作环境是真空的太空,所以它无法像核热涡喷发动机一样使用空气作为推进工质,只能自己额外携带液态氢气。

不过即使是这样,核热火箭相比传统化学火箭的优势仍然非常明显,最主要的优势就是前者的比冲相较于后者提升了数倍。

(核热火箭)

比冲是一种火箭发动机的主要性能指标,它的意思可以粗略理解为火箭工质向后喷射的速度。

这一速度越快,则火箭在使用同等重量的燃料下,关机速度就越高。

现代的化学火箭,比冲普遍都在500s以下,并且潜力基本都已经被挖掘殆尽,无法进一步提高。

比如偏二甲肼发动机的比冲就只有315s左右,液氧煤油发动机的比冲则约为360s,即使是最先进的液氧液氢发动机比冲最多也只能达到460s。

而核热火箭发动机的比冲,理想状态下则能达到近1000s,是化学火箭的两倍都不止。

使用热核火箭作为推进器,人类不仅可以将更大的卫星、空间站等发射上地球轨道,还能实现对太阳系内其他行星的载人探索。

不过核热火箭虽然运力强大,但却也有一个致命缺陷,那就是一旦发射失败出现火箭坠毁或空中解体事故,后果将不堪设想。

核热火箭所搭载的核反应堆中充满了高浓度的铀等放射性物质,如果在高空发生爆炸,这些放射性材料将随着平流层的气流飘向全球各地,造成严重的环境污染。

这也是热核火箭至今没有投入实际开发的原因。

(核热火箭)

3

疯狂的核动力武器

我们不难看出,制造核动力火箭与飞机等需要长时间、重复使用的飞行器、航天器,最大的问题就是无法对核泄漏风险进行有效规避。

相对比下,导弹与鱼雷等作为武器使用的“单程票”载具就更加适合使用核动力,因为这些武器往往也都搭载了核弹头,一旦使用就意味着核大战的爆发。

在核战争打响后,大量核武器在全球各地炸响,这时提供动力的核反应堆所产生的那些核污染,相较于核弹爆炸的污染量就可以忽略不计了。

因此,在核动力推进方面,应用更为成熟且广泛的还是各种各样的武器。

比如美国研发的“冥王星”核动力巡航导弹,以及俄罗斯研发的“海燕”核动力巡航导弹、“波塞冬”核动力巡航鱼雷等等。

(“冥王星”核动力巡航导弹)

“冥王星”核动力巡航导弹,是一种使用核热冲压发动机的巡航导弹。

这种发动机与核动力轰炸机上使用的核热涡喷发动机原理大致类似,唯一区别就是其不具备有涡轮冲压吸气装置。

核热冲压发动机吸入空气完全靠高速飞行产生的冲压效应,因此在起飞时,“冥王星”导弹需要先使用普通火箭助推器加速到一定速度。

进入巡航状态后,“冥王星”导弹可以在公海维持长时间的战备巡航,直到接到攻击指令。

可以超低空飞行的“冥王星”导弹有能力利用地球曲率的遮挡避开弹道导弹预警雷达的探测,从而悄无声息地完成核打击。

(“雨燕”核动力巡航导弹)

俄罗斯的“雨燕”核动力巡航导弹也是同一思路下的产物,只不过其动力又回归到了核热涡喷发动机。

在核动力制导武器方面,最令人惊叹莫过于同为俄罗斯开发的“波塞冬”核动力鱼雷了。

这种鱼雷的航程近一万公里,搭载它的潜艇只需要在俄罗斯海岸线周边发射,“波塞冬”就可以自主航行到美国的军港执行核打击任务。

由于这种打击方式极具隐蔽性,美国至今没有找到什么有效的反制措施。

早些时候俄罗斯方面更是宣布,“波塞冬”鱼雷已经完成了制造,将在今年正式装备部队。

(“波塞冬”鱼雷)

4

结 语

核能是人类当前掌握的最为强大的能量。

它既可以用作于武器毁灭无数生灵,也可以为社会民生建设提供近乎无限的能量,甚至可以让人类实现星际航行的梦想。

尽管在人类历史上,跨越式的技术进步往往都发生在战争期间并由军事技术的研发所推动,但是这些技术最后却都又转为民用并刺激了生产力的发展。

我们也只能希望这些核弹头以及使用核能推进的武器,永远不要有实战的那一天,人类也应该尽早放下分歧,以和平的用途让核能为人类的发展作出贡献。

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西斯

  • 台积电锁履历

    大家晚上好,稍微叙述一下事情始末..,先前面试完研发替代役之后,人资打过来说主管蛮喜欢我的,结果是无声卡收尾!,(因为是在学时期研究繁忙没追后续,现在当一