Bombflygen som hade reaktor ombord

2014-12-24 06:00  

TEKNIKHISTORIA. Under det kalla kriget försökte både USA och Sovjetunionen att bygga atomdrivna flygplan. Om planerna gått i lås skulle bombplan med reaktorer ombord ha kretsat dag och natt över norra halvklotet. En del tester gjordes men utmaningen var för svår. Utvecklingen drog ifrån atomflygplanen som aldrig blev verklighet. Projektet är ett av tidernas största och mest bortglömda teknikprojekt.

På skisserna från 1950-talet ser atomplanen ut som illustrationer i någon av erans många science fiction-magasin. De har kraftigt bakåtsvepta vingar och fantasifulla detaljer som ”livbåtar” för besättningen. Ibland är de så stora att de bär med sig sin egen eskort av jaktplan under vingarna. Det var dock inte bara drömmar. Det fanns riktig teknik och ingenjörskonst bakom de futuristiska teckningarna.

Efter andra världskriget blev atombomben snabbt den avgörande brickan i spelet mellan stormakterna. Kapprustningen började på allvar när Sovjetunionen gjorde sin första provsprängning 1949. Man hade ännu inte ett sätt att leverera bomberna till fiendens städer.

De amerikanska B-29-planen som fällt bomberna över Hiroshima och Nagasaki hade inte räckvidd nog att nå in i Sovjetunionen. Ryssarna hade samma problem. Deras största bombplan var nämligen en kopia av B-29.

I ljuset av 1940- och 1950-talens atomoptimism var lösningen självklar. Kärnkraftsdrivna flygplan skulle kunna vara i luften i veckor i stället för timmar, gå på högre höjd och bära tyngre last.

Under kriget hade tillverkaren Consolidated Vultee ritat på B-36, en ersättare till B-29. Planet blev inte klart till kriget. I stället blev B-36 det första interkontinentala bombplanet. Det var också det enda plan som kunde bära Mark 17, den första massproducerade vätebomben. Bomberna var över sju meter långa, vägde 21 ton och hade en sprängkraft på 10 till 15 megaton.

För sin tid var det banbrytande. Det hade den största spännvidden av alla stridsflygplan som tillverkats, över 70 meter, och drevs av sex bakåtriktade kolvmotorer. Två jetmotorer längst ut på varje vinge gav extra kraft. Räckvidden var 16 000 kilometer och det kunde lyfta en bomblast på 39 ton. Planet kunde hålla sig i luften i över 40 timmar.

Men inte heller detta superplan räckte till. Det var långsamt och krävde mycket underhåll. I den begynnande kapprustningen med Sovjetunionen ville man kunna ha ett ständigt hot i form av kärnvapenbärande plan i luften dygnet runt.

Nobelpristagaren och  kärnvapenpionjären Enrico Fermi hade tagit upp möjligheten redan 1942. Fyra år senare startade det amerikanska flygvapnet en förstudie kring teknik för både bombplan med ultralång räckvidd och för höghastighetsplan. Huvudfrågan var om det alls var tekniskt möjligt. Reaktorteknik var ett färskt område och ingen hade på allvar försökt konstruera en reaktor som var liten nog att bäras ombord på ett flygplan.

1948 hade redan tio miljoner dollar investerats i programmet. AEC, den amerikanska  tomenergikommissionen, lät en grupp vetenskapsmän granska resultatet. I sin rapport skriver de att det visserligen inte går att garantera att det lyckas, men att det är sannolikt att något slags atomflyg kan konstrueras. Men det var förutsatt att man gjorde en intensiv ansträngning med stora resurser under minst 15 år.

AEC bestämde sig för att gå vidare. 1951 startade forskningsprogrammet ANP, ”Aircraft Nuclear Propulsion”. Flottan, flygvapnet, flera myndigheter och företag var inblandade. Målet var nu att ta fram praktiskt användbara flygplansreaktorer och motorer.

Den dåvarande chefen för ANP, Raymond Clare Briant, sa 1954 att ”bemannade atomflygplan kräver det svåraste ingenjörs- och utvecklingsarbete som påbörjats under detta århundrade”.

Många av svårigheterna handlade om materialutveckling för komponenter som måste vara lätta men tåla höga temperaturer och strålningsnivåer.

Ett stort bekymmer var hur man skulle kunna skydda besättningen mot strålningen. Reaktorer på marken kunde ha metertjocka väggar av stål och betong, men här hade man några få ton att spela med. För att skapa ett användbart bombplan måste det dessutom finnas marginal för att kunna bära en stor bomblast. Därför kunde man inte skärma av hela reaktorn, bara nog mycket för att besättningen skulle klara hälsan. Man hade bland annat teorier om att bara använda pensionerade flygare – som inte längre skulle skaffa barn.

Det fanns flera teknikspår, men bara en grundprincip. Förbränningskammaren i en jetmotor skulle ersättas med värmen från en reaktor.

General Electric fick kontraktet att ta fram en turbojetmotor som arbetade med direkt kylning av reaktorn. Det innebar att luften som sugs in i motorn komprimeras och går rakt genom reaktorkärnan, hettas upp kraftigt och går sedan rakt ut som avgaser. Luften fungerade samtidigt som kylmedel till reaktorn.

Systemet hade mycket få rörliga delar och skulle gå relativt snabbt att utveckla. En uppenbar nackdel var att minsta problem med materialet i reaktorn skulle innebära att radioaktiva partiklar spreds med utluften. Vid ett haveri skulle extremt radioaktivt avfall regna ner efter planet.

Pratt & Whitney fick uppdraget att studera det andra spåret: en motor med indirekt kylning. Där värms luften inte direkt av reaktorhärden, utan av en värmeväxlare. Kylmedlet kunde vara flytande metall eller vatten under högt tryck i ett slutet system. Företaget utvecklade till slut en superkritisk vattenkyld reaktor där vattnet hettades upp till över 800 grader vid ett tryck på 5 000 psi. Det gjorde att man slapp problemen med att använda flytande metall som kylmedel.

Den indirekta modellen var dyrare och svårare att konstruera. Forskningscentret Oak Ridge National Laboratory byggde en liten experimentreaktor med flytande bränsle för att testa grundprinciperna, men det skapades aldrig någon prototyp för ett komplett system.

General Electric hade större framgångar med sin direktkylningsteknik och lyckades bygga flera fungerande prototyper. Mellan 1953 och 1961 byggdes tre reaktorer under beteckningen HTRE, Heat Transfer Reactor Experiments. De testades med modifierade kommersiella turbojetmotorer. Den sista reaktorn, HTRE-3, drev två större motorprototyper och var utformad som en reaktor som faktiskt hade kunnat driva ett flygplan. Den genomgick flera hundra timmars lyckade tester på hög effekt – men också en mindre härdsmälta.

Efter alla studier och experiment blev det till slut bara ett amerikanskt flyplan som flög med en reaktor ombord under tester. B-36 var det enda flygplanet som var stort och kraftfullt nog att bära den extra vikten.

Ett skadat och avskrivet plan byggdes om för att bära en liten luftkyld reaktor i det fjärde bombrummet. Det fick beteckningen NB-36H, Nuclear Test Aircraft. Det informella namnet var Crusader.

Hela nossektionen ersattes med en sluten, strålskyddad kabin som isolerats med tolv ton bly och gummi. Bara piloten hade fönster, av flera decimeter tjockt blyglas. Reaktorn övervakades med tv-kameror. Bakom kabinen och i flygkroppen fanns dessutom vattentankar som absorberade strålning. Reaktorn vägde 16 ton. Den var luftkyld men använde natrium som primärt kylmedium. Effekten var över en megawatt.

NB-36H gjorde 47 flygningar mellan september 1955 och mars 1957, alla över glest befolkade områden. Reaktorn var i drift mindre än halva tiden. Den var aldrig kopplad till någon motor.

Vid varje flygning eskorterades det av ett transportplan med marinkårssoldater, ”the glow in the dark brigade”. I händelse av en nödlandning skulle de landsättas med fallskärm och bevaka den kontaminerade olycksplatsen.

Slutsatserna av flygningarna var att det gick att ge besättningen tillräckligt bra skydd, och att det gick att köra en reaktor i luften. Ganska optimistiskt slöt sig projektledningen till att risken för allmänheten inte var ”större än när man utvecklade ångmaskinen”. Nu tänkte man gå vidare till ett bombplan som kunde tas i tjänst och massproduceras. NB-36 skrotades. Planet styckades upp och deponerades som lågaktivt avfall.

Optimismen var inte lika stor på andra håll. 1958 ifrågasatte president Eisenhower och många andra behovet av programmet och ströp budgeten. USA hade sjösatt sin första atomubåt 1954. Sovjetunionen hade redan kärnvapenbärande interkontinentala ballistiska missiler och provskjutningar pågick med den första amerikanska. Dessutom hade ersättare till B-36, det jetdrivna B-52, redan tagits i tjänst.

Atomflygprojektet räddades av en skicklig bluff. Den första december 1958 körde branschtidskriften Aviation Week en sensationell fyrsidig artikel med rubriken ”Sovjet flygtestar atombombplan”. Nyheten var att det inte bara fanns ett sovjetiskt atomflygprogram, det fanns också en färdig, avancerad flygande prototyp. Enligt källorna hade flygningar bevittnats av många olika observatörer i Moskvaområdet.

Artikeln var full av detaljer som gav nyheten trovärdighet. Planet använde motorer av direktcykeltyp. I tidningens skiss går turbinaxeln genom centrum av själva reaktorn. Enligt artikeln innebar det stora problem med överhettning för de ”sovjetiska forskarna”. Det fanns måttskisser på planet och detaljer om prestanda.

Slutligen konstaterar Aviation Week att allt tydde på en nära förestående flygning jorden runt, utan tankning, med ett sovjetiskt atomplan. Artikeln innehöll också en mycket detaljerad tidslinje över det amerikanska programmet.

Aviation Week hade gått på en riktig blåsning. Det mesta av informationen var falsk. Detaljerna kom från General Electrics egen utvecklingsavdelning. Skisserna av planet föreställde i själva verket en sovjetisk prototyp till ett vanligt jetdrivet bombplan. Företaget hade utnyttjat den respekterade industritidningen för att säkra anslagen ytterligare några år.

Rävspelet måste ha roat de sovjetiska ingenjörerna. Det fanns mycket riktigt ett utvecklingsprogram för atomflygplan, men det hade inte kommit längre än det amerikanska. Studierna hade startat 1955. Ingenjörerna hade en realistisk bild av utmaningarna. De bedömde att ett bombplan med en blandning av reaktordrivna och konventionella motorer inte skulle kunna vara färdigutvecklat förrän på 1970- eller till och med 1980-talet.

Att vikt och strålskydd var de största problemen var uppenbart. De hade räknat sig fram till samma viktbudget som de amerikanska ingenjörerna, omkring 80 ton. Då ingick en reaktor på 15 ton, 30 ton avskärmning för reaktorn, 15 ton för besättningens strålskärm plus 20 ton rörkrökar och diverse annat.

De hade också ett experimentplan som var jämförbart med NB-36H.

En Tupolev Tu-95M-bombare modifierades för att bära en liten forskningsreaktor i bombrummen. För att få plats med den modifierades flygkroppen med en buktande utbyggnad på ovansidan. Reaktorn kunde lyftas ut undertill för underhåll.

Under 1961 gjorde planet 34 flygningar, de flesta med reaktorn avstängd. Man experimenterade med utformningen av strålskärmen och hur flygplanets olika system kunde skyddas från strålningen. Man testade också de strålskyddade traktorer, kranar och annan utrustning som behövdes för att ta hand om planet på marken. Resultatet av flygningarna är omtvistat.

1990 trädde en sovjetisk testpilot, Gurianov, fram och avslöjade att Sovjetunionen fortsatt att flyga ett atombombplan ända till slutet av 1960-talet. Det har inte kunnat bekräftas. Enligt honom dog en stor del av besättningarna av sviter efter höga strålningsdoser, eftersom man fuskat med strålskärmen.

Rönen räckte i alla fall för att börja rita TU-119, ett strategiskt bombplan som var en hybrid med två reaktordrivna och två konventionella motorer. Utvecklingen fortsatte på ritbordet fram till 1966. Andra projekt drog ut i åratal på olika designbyråer. Inget blev verklighet.

De båda ländernas studier, forskning och experiment var några av de dyraste och tekniskt mest utmanande satsningarna som gjordes under det kalla kriget. Det fanns flera skäl till att idéerna inte blev verklighet.

Atomplanens tänkta roll ersattes av ubåtar och ballistiska robotar. De gjorde det möjligt att ständigt hota fiendens hemland utan bombplan som kunde kretsa i veckor.

Dessutom blev kostnaden för hög. Det var mycket dyrt att ta fram specialreaktorer och motorer. Att ha planen i tjänst skulle kräva en helt ny infrastruktur med särskilda flygplatser och utrustning för att hantera bränsle och radioaktiva komponenter.

Konsekvenserna av en krasch vägde också tungt. Ett flygplan med en aktiv reaktor ombord och kärnvapen i bombrummen skulle sprida enorma mängder radioaktivt material vid en olycka.

I USA puttrade programmet på fram till att president John F. Kennedy tillträdde. Bluffen om det sovjetiska atomflygplanet hade då avslöjats av amerikanskt spaningsflyg, så motivet att hålla jämna steg med fienden hade försvunnit. Det visade sig att det sovjetiska kärnvapenhotet var mycket mindre än man trott.

1961 lade presidenten slutligen ner atomflyget. Han konstaterade att 15 års arbete och miljarder investerade dollar inte resulterat i något flygplan, och inte skulle göra det inom den närmaste tiden heller.

Men drömmen om ett flygplan som i stort sett inte behöver landa och inte behöver tanka lever kvar. Lösa idéer om interkontinentala civila flygplan, framför allt stora flygbåtar, har funnits

i USA, Sovjetunionen och Storbritannien. De vore inte minst ett sätt att frigöra sig från dyrt och smutsigt flygbränsle. Med modern teknik går det i teorin att bygga lättare, mer avancerade och säkrare reaktorer. Ett tillämpningsområde skulle kunna vara obemannade farkoster av olika slag.

Men frågan är väl om det någonsin kommer att bli accepterat att ha flygande kärnkraftverk ovanför huvudet.


Det här är en artikel från tidningen Teknikhistoria. Prenumerera på den här.

 


Följ Ny Teknik och Teknikhistoria på Facebook!

Niklas Dahlin

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt