Projekt Pluto – Avioni na nuklearni pogon (XIII. dio)

Laboratorij koji danas nosi ime Lawrence Livermore National Laboratory dizajnirao je i konstruirao dva testna reaktora Tory II-A koji su trebali poslužiti za dokazivanje izvedivosti gradnje i uporabe kompaktnog reaktora (Foto: Lawrence Livermore National Laboratory / Flickr)

Zastrašujući projektil SLAM trebao je imati primjeren nuklearni pogon. Američki su inženjeri od 1957. nekoliko godina sustavno u više faza razvijali rješenje. Da program nije bio prekinut, možda bi rezultirao najnaprednijim kompaktnim nuklearnim reaktorom na svijetu

Iako je cijeli projektil Supersonic Low-Altitude Missile (SLAM) bio golem tehnološki izazov (opširnije v. prethodni nastavak Oružje sudnjeg dana, HV br. 645), najizazovniji dio bio je razvoj nuklearnog protočno-mlaznog (ramjet) motora.

Prvotno je bilo planirano razvoj nuklearnog protočno-mlaznog motora prepustiti tvrtki General Electric, tj. njezinu odjelu za zrakoplovnu nuklearnu propulziju. Međutim, takvo se rješenje nije svidjelo ni Pentagonu ni Kongresu. Stoga su Američko ratno zrakoplovstvo (USAF) i Komisija za atomsku energiju (AEC) dodijelili 1. siječnja 1957. godine ugovor za izradu studija izvedivosti laboratoriju Lawrence Radiation Laboratory (danas Lawrence Livermore National Laboratory). Projekt je dobio ime Pluto, ali ne po planetu ili grčkom bogu, već po liku iz crtanih filmova Walta Disneyja, tj. psu ljubimcu Mickeyja Mousea. Za direktora projekta imenovan je Theodore Charles Merkle (1919. – 1966.).

Svi su protočno-mlazni motori zapravo jednostavne konstrukcije, pa tako i nuklearni, osim što za pokretanje ne bi služio kerozin (ili neko drugo kemijsko gorivo), već toplinska energija nuklearnog reaktora. Međutim, jednostavnu zamisao nije uvijek jednostavno ostvariti, posebno ako pritom morate rabiti metale koji zapravo još ne postoje. Inženjeri su tijekom izrade studije izvedivosti zaključili da će najveći izazov biti materijali koji bi mogli izdržati temperature više od 2000 ºC, visoke tlakove te vrlo visoku razinu radioaktivnog zračenja, koje izaziva interkristalnu koroziju, tj. razara metal iznutra. Metal se pritom ne može zaštititi klasičnim načinima premaza (boja ili lakova) ili galvanizacijom, već bi morao imati vrlo visoku otpornost na radioaktivno zračenje.

Tory II-A u testnom hangaru laboratorija Livermore. Iskustva stečena s njim bila su dostatna za nastavak programa (Foto: Lawrence Livermore National Laboratory / Flickr)

Osim toga, za nuklearni protočno-mlazni motor trebalo je izraditi kompaktni reaktor velike efikasnosti, a opet dostatno izdržljiv da omogući let od barem 10 000 kilometara. Sve navedeno nije smjelo biti preskupo jer je bilo namijenjeno za ugradnju u “jednokratne” krstareće projektile.

Važan korak u razvoju

Problem kompaktnog reaktora vrlo velike iskoristivosti riješen je razvojem keramičkog goriva koje je osiguravalo postizanje visokih temperatura, tj. veću iskoristivost. No, sva je ta teorija prvo morala biti dokazana i u praksi. Tako je nastao demonstrator tehnologije Tory II-A. Njegova osnovna namjena bila je dokazati izvedivost gradnje i uporabe kompaktnog reaktora. Duljine 137 i širine 91,5 cm, Tory II-A projektiran je za izlaznu snagu od 160 MW pri izlaznoj temperaturi zraka od oko 1090 ºC i protoku zraka od 363 kg/s. Reaktor je prvi put pokrenut 14. svibnja 1961. i postignuta je temperatura jezgre od 2250 ºC. Radio je 45 sekundi i pritom je ostvarena snaga od 40 MW (otprilike 25 % snage). Testiranja su nastavljena tijekom cijele 1961. godine. U rujnu i listopadu Tory II-A postigao je snagu od 150 MW te dokazao mogućnost sigurne uporabe. Zadnje pokretanje ostvareno je 31. prosinca 1961. Iskustva stečena sa sustavom Tory II-A bila su dostatna za nastavak programa. Doduše, testiranja su pokazala da reaktor nakon pokretanja stvara vrlo visoku razinu radijacije, koja ostaje prisutna i nakon gašenja. No, s obzirom na namjenu, to nije bio velik problem.

Idući korak bio je razvoj demonstratora tehnologije koji neće biti samo nuklearni reaktor već će simulirati cijeli protočno-mlazni motor. Tako je nastao projekt nuklearnog protočno-mlaznog motora Model MA50-XCA čiji je glavni dio bio nuklearni reaktor Tory II-C. To je bio znatno zahtjevniji projekt jer je trebao dokazati izvedivost dostatno malog motora za ugradnju u krstareći projektil. Trebao je postići i dostatno velik potisak za let brzinama oko tri Macha na malim visinama i pritom bez tehničkih poteškoća ostvariti domet veći od 10 000 km. Model MA50-XCA nije bio namijenjen za ugradnju u projektile SLAM, već kao jedan od važnijih koraka u njihovu razvoju.

Testiranje motora Tory III trebalo se odvijati na letećem laboratoriju, najvjerojatnije preuređenom bombarderu B-52 (Foto: San Diego Air & Space Museum / Flickr)

Motor Model MA50-XCA sastojao se od 161,6 cm dugog i 144,8 cm širokog usisnika koji je uvodio zrak u jezgru reaktora dugu 129,5 i široku 120,6 cm. Taj je dizajn trebao osigurati dostatnu količinu zraka za let od 2,8 Macha na visini od oko 330 metara.

Različiti izvori – različiti podaci

Tory II-C bio je znatno zahtjevniji sustav, a dovršen je u prvom dijelu 1963. godine (Foto: Wikimedia Commons)

Tory II-C bio je projektiran za snagu od 150 MW pri temperaturi jezgre od 1400 ºC i izlaznoj temperaturi zraka od 1180 ºC. To je bilo dostatno za potisak od 170 kN. S obzirom na način rada, reaktori serije Tory bili su najsloženiji projekt američkih oružanih snaga. Prije svega, zato što bi im kao hladilo služio isključivo zrak i zato što su trebali biti najmanji. Jezgra reaktora bila je napunjena s čak 465 000 gorivih elemenata oblikovanih u šesterokutne šipke duljine 995,68 cm. Između njih prolazilo je čak 27 000 kanala za protok zraka. Kako bi se mogli simulirati uvjeti leta pri brzini od tri Macha na visini od oko 300 metara, u spremnicima su se nalazile 544 tone stlačenog zraka. To je bilo dostatno da se svake sekunde u jezgru ubace 862 kg zraka za testiranje koje traje 300 sekundi. Planovi su predviđali izgradnju znatno većih spremnika za zrak. Time bi se omogućilo testiranje rada motora u realnim uvjetima leta koje bi trajalo tri sata. No, nikad nisu ostvareni zbog gašenja projekta.

Prvi, a kako će se pokazati i jedini, reaktor Tory II-C dovršen je u prvoj polovini 1963. godine. Nešto kasnije, 19. srpnja te godine, prvi je put uključen te je ostvarena samoodrživa nuklearna reakcija. Od sredine rujna počela su mjerenja mogućnosti ugradnje i rada unutar motora Model MA50-XCA. Prvo testiranje motora Model MA50-XCA s ugrađenim reaktorom Tory II-C obavljeno je u svibnju 1964. i trajalo je 292 sekunde.

Kombinacija motora Model MA50-XCA i reaktora Tory II-C trebala je biti tek međukorak do razvoja operativnog motora s nuklearnim reaktorom Tory III. Početak razvoja novog reaktora bio je planiran za proračunsku godinu 1965., no zbog prekida programa nikad nije ostvaren. Da je, bio bi to najnapredniji kompaktni nuklearni reaktor na svijetu.

Razvoj reaktora Tory III trebao se odvijati od 1965. do 1967., za kad su bila planirana prva testiranja u zraku. Za svaku od tih godina predviđeni troškovi bili su na razini od oko 250 milijuna dolara.

Kako bi stao u tijelo relativno malog krstarećeg projektila duljine oko 26 i promjera oko 1,5 m, Tory III morao je imati kompaktne dimenzije i malu masu. Prema jednom izvoru, dimenzije reaktora Tory III trebale su biti 163 cm duljine i 145,4 cm širine. Jezgra bi bila duga 129 i široka 120 cm. U njoj bi bilo 59,9 kg obogaćenog uranija. Reaktor bi davao snagu od 600 MW pri radnoj temperaturi od 1276 ºC. Međutim, drugi izvor navodi nešto drukčije dimenzije: duljina reaktora trebala je biti 230, a širina 115 cm. Ukupna masa motora bila bi između 2000 i 2500 kg. Od toga bi na jezgru reaktora otpadalo tek 580 kg. Maksimalna temperatura u jezgri reaktora iznosila bi 1626 ºC. Kontinuirana snaga reaktora tijekom najmanje četiri sata rada trebala bi biti veća od 700 MW i uz potisak motora veći od 200 kN. To bi bilo dostatno da projektil mase 27 500 kg na visini iznad 9000 m (operativni vrhunac leta bio bi 10 700 m), dostigne krstareću brzinu od 4,2 Macha (4593,6 km/h). Iako bi ta brzina 1960-ih i 1970-ih bila više nego dostatna za siguran prodor u sovjetski zračni prostor, projektil bi se prije ulaska u njega trebao spustiti na visinu od 300 m. Zbog veće gustoće zraka brzina bi pala na 3,5 Macha (3663 km/h).

Leteći laboratorij

Letna testiranja motora s reaktorom Tory III bila su planirana za 1967. godinu. Kako je SLAM bio krstareći projektil bez mogućnosti sigurnog povratka, a i zbog opasnosti od širenja radijacije, testiranje motora odvijalo bi se na letećem laboratoriju, najvjerojatnije preuređenom bombarderu B-52. S obzirom na sporost tog aviona, ostaje pitanje kako bi se motor testirao na nadzvučnim brzinama.

Iako se projekt Pluto odlično razvijao, Pentagon i Kongres sve su manje vjerovali u njega. Prvi razlog bio je rast troškova i činjenica da bi razvoj potrajao još najmanje deset godina. U međuvremenu je uspješno okončan razvoj prvih interkontinentalnih balističkih projektila, i onih namijenjenih za smještaj u silose na kopnu (SA-65 Atlas), i onih za smještaj u podmornice na nuklearni pogon (UGM-27 Polaris) pa je potreba za projektilom kao što je SLAM znatno smanjena. Dio političara sve je otvorenije govorio i o opasnosti od razvoja i uporabe letjelica na nuklearni pogon. Vojni analitičari spominjali su i opasnost da SSSR razvije slično oružje od kojeg neće biti učinkovite obrane. Kanada i europske članice NATO saveza također nisu bile oduševljene idejom da bi iznad njih mogli letjeti krstareći projektili na nuklearni pogon. Bojazan je bila to veća jer se uvijek moglo dogoditi da Pentagon ili USAF odluče da bi na osnovi SLAM-a mogli razviti stratešku izvidničku letjelicu. Kanadska se javnost pribojavala da bi se testiranje SLAM-a moglo odvijati u blizini njezina zračnog prostora (iznad Aljaske). Osim toga, stanovište američke javnosti o nuklearnoj tehnologiji tijekom 1960-ih uvelike se promijenilo te ni ona više nije podržavala opasne projekte.

Rezultat je bio da je Pentagon 1. srpnja 1964. odlučio prekinuti projekt Pluto. Na njega je dotad potrošeno 260 milijuna dolara (oko 2,22 milijarde u današnjoj vrijednosti), uz predviđenih još najmanje 300 milijuna do uvođenja SLAM projektila u operativnu uporabu.

Tekst: Mario GALIĆ