В НЕБЕ - АТОМНЫЙ РЕАКТОР
В. ГОЛУБЯТНИКОВ, генеральный директор ФГУП «Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики», О. МОРОЗОВ, ведущий сотрудник Института кристаллографии РАН.
ТЫСЯЧИ ТОНН НА ТЫСЯЧИ КИЛОМЕТРОВ
Инженеры предлагают делать грузовые дирижабли в виде огромной — диаметром до 400 метров — чечевицы или линзы (впрочем, есть другой вариант, например катамаран из «сигар»). В пользу линзы говорит то, что при большой грузоподъёмности таким воздушным судном легко управлять. С точки зрения аэродинамики такой корпус работает как крыло, и благодаря этому можно увеличить грузоподъёмность на 20%.
Чем выше грузоподъёмность дирижабля, тем, очевидно, меньше удельная себестоимость перевозок. Но интересно и то, что, чем крупнее летательный аппарат, тем меньше подвержен он действию ветра: сила давления ветра на оболочку пропорциональна квадрату линейных размеров, а инерционность, то есть сопротивление ветру, пропорциональна их кубу. Это аэродинамическое свойство даёт возможность строить дирижабли грузоподъёмностью до 2000 тонн!
Наконец, благодаря отсутствию вибраций дирижабли при перевозках обеспечат сохранность хрупких грузов, не требуя сложных демпфирующих устройств. В безопасности будут и ценные товары — ведь в дирижабль не влезешь, как в железнодорожный вагон или автомобильную фуру.
КЕРОСИН ДОРОГ, А СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ МАЛОМОЩНЫ
Силовая установка дирижабля на основе двигателей внутреннего сгорания (турбовинтовых или турбореактивных) по мощности не должна уступать дизельным двигателям морских судов. А это значит, что запас горючего будет исчисляться сотнями тонн. Например, дирижабль грузоподъёмностью 2000 тонн для полёта на расстояние 4000 километров должен нести на борту около 1000 тонн керосина, или половину массы полезного груза.
Кроме того, по мере выработки топлива меняется сплавная* сила. Для компенсации этих изменений придётся выпускать в атмосферу драгоценный гелий. Никуда не уйти и от проблем выхлопных газов, наносящих огромный вред окружающей среде.
Есть, конечно, и другой путь — ставить на дирижабли электродвигатели, работающие от солнечных батарей. Но мы видели попытки энтузиастов создать автомобили на солнечных батареях. Достаточно большие по площади, они дают возможность двигаться до предела облегчённым конструкциям со скоростью не более нескольких десятков километров в час. Где уж тут говорить о реальных перевозках! Да и работают эти источники энергии только в дневное время суток.
Проекты стратосферных дирижаблей на солнечных батареях есть. Об этом журнал писал не так давно (см. «Наука и жизнь № 7, 2007 г.). Но грузоподъёмность таких аппаратов составляет несколько тонн, а скорости едва хватает, чтобы оставаться на месте, то есть компенсировать воздушные потоки, имеющие скорость 10—15 км/ч. Другими словами, они годятся только для роли геостационарных платформ, что хотя и крайне полезно, но не решает проблемы грузоперевозок.
ЯДЕРНОЕ ГОРЮЧЕЕ ПОЧТИ НЕ ТЕРЯЕТ В МАССЕ
Совсем другие перспективы сулит энергообеспечение дирижабля на основе атомной силовой установки. В морском флоте атомные реакторы совершили подлинную революцию. Мощность атомных подводных лодок, крейсеров, авианосцев и ледоколов достигает сотен тысяч лошадиных сил, а автономность оборудованных реакторами судов — сотен тысяч миль.
В принципе, грузовой дирижабль — сооружение, сопоставимое по масштабу с океанским судном. Более того, ядерный реактор на дирижабле даст дополнительные преимущества по сравнению с его использованием на водных просторах. В атомном реакторе мощностью 450 тыс. кВт — а этого для грузового дирижабля вполне хватит — в час «сгорает» около 20 г урана. Ясно, что ни о каком изменении сплавной силы речи не идёт, а значит, и о бесполезном расходовании гелия, а расходы на уран в 26 раз меньше, чем на керосин.
РЕАКТОР: КОМПАКТНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ
Пожалуй, самым компактным из всех реакторов является гомогенный. Его полутораметровая (для реактора необходимой мощности) активная зона имеет сферическую форму, наиболее эффективную для протекания цепной реакции, и сделана из прочного сплава. В ней находится раствор оксида урана в тяжелой воде, которая меньше, чем обычная, поглощает нейтроны и не мешает течению реакции.
Под действием распада ядер урана-235 раствор разогревается до температуры примерно 1000°С. Особенность гомогенных реакторов состоит в том, что им не нужны управляющие стержни. Рабочую температуру можно повышать, увеличивая концентрацию урана в растворе, или понижать, ускоряя отвод тепла.
Выделяющаяся тепловая энергия уносится жидким щелочным металлом (литием или натрием), прокачиваемым через змеевик первого контура охлаждения в активной зоне. Жидкий металл при этом нагревается до температур 650—850°С. Насос направляет разогретый жидкий металл в змеевик, расположенный в теплообменнике. Таким образом, металл протекает по замкнутому трубопроводу, нигде не контактируя с окружающей средой.
Змеевик в теплообменнике охлаждается теплоносителем второго контура. Это может быть также жидкий металл или вода, которая там превращается в перегретый пар.
Если вокруг активной зоны реактора на быстрых нейтронах разместить слой урана-238, то поток нейтро-нов будет превращать его в плутоний-239, который также может быть ядерным топливом.
Для остановки реактора при угрозе аварии раствор из активной зоны сливают в бак аварийного сброса. Там она растекается тонким слоем, многие нейтроны уходят из объема раствора, и цепная реакция сразу прекращается.
После остановки реактора расплавленный металл теплоносителя застынет: в обычных условиях щелочные металлы находятся в твердой фазе и не могут угрожать заражением окружающей среды.
ПРОПЕЛЛЕР ИЛИ ФЕН
Самолёты движутся в воздухе благодаря вращению винтов либо под действием раскалённой газовой струи. В дирижаблях можно реализовать оба типа движителей.
При полётах на небольших высотах, в плотных слоях атмосферы, перегретый во втором контуре охлаждения пар подаётся в паровую турбину, на валу которой установлен воздушный винт.
В стратосфере пропеллер неэффективен, и там на дирижабли можно ставить газотурбинные двигатели. По конструкции двигатель похож на турбореактивные авиационные двигатели. Большую часть его «камеры сгорания» занимает змеевик, в который поступает расплавленный металл из второго контура охлаждения реактора. Компрессор двигателя обдувает змеевик атмосферным воздухом. Воздух нагревается, расширяется и с большой скоростью вырывается из сопла, попутно вращая турбину, находящуюся на одном валу с компрессором.
Мощная и безопасная энергоустановка позволит не только обеспечить огромную по нынешним временам грузоподъёмность дирижабля, но и достичь крейсерской скорости 150—200 км/ч. Строительство подобного судна уже ведут американцы. Правда, чёткой концепции его использования у них, видимо, ещё нет, поскольку в прессе упоминается всего лишь летающий развлекательный центр с барами, ресторанами, танцплощадками на борту.
У России тоже есть реальная возможность освоить выпуск грузовых атомных дирижаблей и получить надёжный, дешёвый и безопасный вид транспорта, способный решить массу проблем на наших бескрайних и не слишком освоенных территориях.
Комментарии к статье
* Сплавная сила — это подъёмная сила минус вес конструкции и оборудования дирижабля.
Читайте в любое время
