Aeronave atômica para missões aéreas específicas - 1958

Textos e concepções artísticas de publicado na Revista LIFE de 20 janeiro de 1958.

Se o Pentágono decidir a favor da construção de um avião nuclear especialmente projetado, ele terá que selecionar entre uma variedade de tipos. Nesta página estão os desenhos da publicação da revista LIFE de quatro modelos ​​de aeronaves atômicas, cada um projetado para realizar uma missão específica. (Os reatores nucleares são mostrados em vermelho.) Antes que qualquer avião possa se tornar uma realidade operacional, no entanto, um número impressionante de problemas técnicos devem ser resolvidos, a maioria deles relacionados aos perigos da radiação.

A enorme quantidade de blindagem necessária para proteger a tripulação, com os materiais disponíveis atualmente, tornaria o avião quase proibitivamente pesado. Cientistas estão tentando desenvolver dispositivos de blindagem mais leves. Novos materiais resistentes a radiação também devem ser desenvolvidos, uma vez que a radiação pode transformar a borracha do pneus frágeis, tornar os lubrificantes perigosamente finos e interferir nos sistemas eletrônicos.

Os riscos de radiação no solo exigiriam a construção de pistas e hangares especiais em regiões isoladas ou o desenvolvimento de técnicas radicalmente novas para decolagem e pouso. Mesmo após todas as descobertas necessárias terem sido feitas, os motores do avião nuclear serão diferentes daqueles de um avião normal não apenas no aspecto: Seja jato, turboélice ou ramjet, eles serão movidos pelo calor de um reator atômico.

A energia atômica fará toda a diferença, permitindo que o avião permaneça no ar indefinidamente. Um observador, exagerando um pouco, previu:

"Sua resistência seria limitada apenas pela necessidade de pousar periodicamente para que a tripulação pudesse se alistar novamente."

Bombardeiros ou lançadores de mísseis nucleares dariam aos EUA o que seria, de fato, bases aéreas móveis extremamente difíceis de serem encontradas e atingidas por um inimigo. Uma vez que o inimigo provavelmente teria bases móveis semelhantes.

É necessário acelerar  o projeto do avião atômico.

Força Aérea e Marinha dos EUA apresentaram propostas concorrentes para aeronaves com propulsão nuclear . Na semana passada, estimulados por notícias de que os russos estavam trabalhando arduamente em um programa de aeronaves nucleares, os EUA tomaram medidas para acelerar a construção de um avião atômico, um avião cujo suprimento de combustível praticamente inesgotável lhe daria alcance quase ilimitado.

O novo senso de urgência certificou-se de que alguém logo obteria dinheiro e autoridade para uma ação de alta prioridade. A Marinha sugere o desenvolvimento de um hidroavião atômico que afirma, poderia ser pilotado com segurança e testado longe de áreas povoadas. Mas a Força Aérea provavelmente vai conseguir o projeto, no qual já gastou mais de US $ 200 milhões,  começou a planejar um avião nuclear há 10 anos. Mas além da pesquisa em terra e alguns voos de teste em que um B-36 carregava um reator no alto para estudar os efeitos da radiação, pouco foi feito.

O Departamento de viu muita justificativa militar para empurrar o programa, de fato, que em um ponto ele estava em perigo de ser morto. A primeira decisão de avião nuclear enfrentada pelo Departamento de Defesa é: Se colocar energia nuclear em um avião existente ele poderia voar em dois a quatro anos com a consequente ajuda para o prestígio dos EUA. Se um novo avião fosse construído, demoraria mais, mas produziria uma nave operacional mais útil.

Textos numerados das imagens:

1 – O RAMJET NUCLEAR, atingiria muitas vezes a velocidade do som em baixas altitudes para trabalho de reconhecimento. Um pequeno reator em cada motor aquece o ar à medida que é absorvido. Tempo de construção estimado: Sete anos.

2 - O AVIÃO DE ADVERTÊNCIA ANTECIPADA é um turboélice C-133 modificado com guarda-chuva de radar no topo, dois radomes (um no nariz e outro sob a fuselagem. Poderia cumprir longos períodos de serviço de patrulha. Tempo estimado de construção: Quatro anos.

3 - BOMBARDEIRO DE BAIXO NÍVEL.  O reator é mostrado em vermelho. Pode penetrar o território inimigo, voando muito baixo para o radar inimigo acusar - uma tática muito cara no avião a combustível de normal. Tempo estimado de construção: Cinco anos.

4 - AEROTRANSPORTADO LANÇADOR IRBM seria um transportador de míssil, uma base muito idifícel para o inimigo localizar, economizaria muito combustível de foguete ao disparar a partir da parte superior da fina atmosfera. Tempo estimado de construção: Cinco anos.

5 - O CANDIDATO DA MARINHA para o avião nuclear é o ainda experimental turbojato Seamaster, onde motores próximos permitiriam um sistema de energia nuclear compacto  mostrado em vermelho.

6 – A PERSPECTIVA DA FORÇA AÉREA  é um turbojato B-52. Ele pode se tornar atômico em dois anos. Tem a vantagem de ser um bombardeiro operacional. O sistema de energia está em vermelho.

7 - NOVO CONCEITO DE BOMBARDEIRO, projetado e desenhado pela LIFE, tem o reator nuclear do avião mostrado em vermelho, motores e cilindro da bomba agrupados em um único e pesado pacote central. A tripulação ocupa a ponta do nariz da fuselagem, mantendo-os o mais longe possível do reator. Esse bombardeiro levaria cinco ou seis anos para ser desenvolvido.

Post (472) Julho de 2021

 

Bombardeiro atômico do futuro

Durante anos, os aviadores sonharam com um avião que pudesse penetrar profundamente no território inimigo e voltar sem reabastecer, longe do alcance dos interceptores inimigos. Os B-47 dos EUA dependem de freqüentes transfusões de combustível para permanecer no ar.

Mas em qualquer conflito futuro, os atuais bombardeiros americanos, se forçados a voar milhares de milhas para alcançar seus alvos, terão que ser abastecidos durante o voo por aviões-tanque.

O reabastecimento no ar é logisticamente difícil e perigoso porque o posto final de reabastecimento pode estar próximo às fronteiras inimigas. Forçado a descer para altitudes mais baixas e adescelerar para acompanhar o ritmo lento do petroleiro movido a hélice, tornando-se alvos para os caças inimigos.

Quando a pesquisa começou o avião atômico foi considerado uma impossibilidade. Seria necessário tanto chumbo para proteger os pilotos, pensaram os engenheiros, que o avião nem mesmo sairia do solo. Mesmo assim em agosto de 1952, a Força Aérea colocou o General Donald J. Kein encarregado de um projeto de avião atômico da Força Aérea.

Vejam esta reportagem da revista LIFE de 7 de fevereiro de 1955.

EUA AVANÇA PARA UM VÔO COM MOTOR ATÔMICO

Na semana passada, o General Nathan F. Twining, Chefe do Estado-Maior da Força Aérea dos EUA, anunciou que a Força Aérea está acelerando o desenvolvimento de um avião movido a energia atômica, um avião que poderia voar para qualquer lugar da Terra sem ser reabastecido.

O trabalho atual no avião deve permanecer em segredo. Mas usando apenas material não classificado, dois especialistas desenvolveram para LIFE um plano viável, mostrado nestas imagens. 

AVIÃO ATÔMICO DO FUTURO SENDO REPARADO EM UM HANGAR ESPECIAL

O anúncio veio apenas um pouco depois do submarino atômico dos EUA o Nautilus ter surgido de seu primeiro mergulho bem-sucedido.

Como o Nautilus, um avião atômico poderia viajar distâncias enormes movido por um pedaço de urânio não maior do que o punho de um homem. No ano passado, a Força Aérea e a AEX assinaram contratos com várias companhias aéreas para trabalhar em aeronaves nucleares. Mas o trabalho no avião atômico tem sido mais lento do que o do submarino por problemas muito maiores envolvidos no vôo movido a átomos.

O maior desafio enfrentado pelos físicos e engenheiros é projetar um reator que seja leve o suficiente para ser lançado pela estratosfera em velocidade supersônica e também possuir uma blindagem suficiente para proteger a tripulação da radiação.

O avião proposto tem a forma de um ganso selvagem, em vez de ter suas asas voltadas para frente como um B-47, o bombardeiro atômico teria asas delta projetadas para carregar a sua enorme usina nuclear.

Na frente da asa a fuselagem se esticaria trinta metros, abrigando a tripulação de três homens longe da radiação do reator. O perigo da radiação também tornaria necessário fazer a manutenção do avião em um hangar à prova de radiação, construído com grossas paredes de concreto.

O HANGAR DO AVIÃO ATOMICO

É uma câmara subterrânea na qual a aeronave é atendida após sua missão. Montado em um vagão de trem, o bombardeiro é deslocado para a área de serviço do hangar através da fenda na parede externa. Uma vez dentro, ele com seu bico, fecha um orifício que perfura uma segunda parede de blindagem que protege a área interna do hangar. Em primeiro plano, o trabalho no reator é feito por controle remoto por técnicos na sala de controle. Eles atuam através de uma espessa janela de visualização com um periscópio e uma TV enquanto o guindaste levanta da tampa do compartimento do reator, o retira logo que seja automaticamente desacoplados os motores a jato, é carregado pela ponte rolante para uma piscina e submergido em água que bloqueia a radioatividade.

Na área de serviço interna, os homens da manutenção verificam os instrumentos da cabine. Depois que o reator for imerso, podem entrar com segurança na câmara "quente" para supervisionar a recarga subaquática do reator com urânio. Depois disso, o reator é recolocado no avião que está pronto para outra missão

CALOR DA FISSÃO PRODUZ A POTÊNCIA DO AEROPLANO

O coração do avião atômico seria o seu reator, um pequeno inferno de urânio aprisionado dentro de uma blindagem maciça.

Sua função seria aquecer o ar comprimido que entra nos motores a jato gêmeos para que pudesse se expandir e explodir para fora dos dutos de exaustão com um empuxo total de 18.000 kg, o suficiente para conduzir o avião de 100 toneladas a 1.280 km/h através do ar rarefeito a 18.300 metros de altitude.

Esse reator produziria 175.000 HP, o suficiente para fornecer energia elétrica para uma cidade de 100.000 habitantes. Embora meio quilo de urânio fosse consumido durante uma missão de 22.500 km 10 vezes essa quantidade seria carregada no reator para garantir uma alta taxa de fissão. A radioatividade que geraria é tão intensa que as 50 toneladas de blindagem que o cercam, em forma de cebola, em camadas alternadas de dez centímetros de espessura de chumbo e um material mais leve contendo hidrogênio e absorvedor de radiação, bloqueariam apenas parte de seus raios.

A forma do invólucro do reator atômico coloca uma proteção máxima entre o urânio e a tripulação. Para o restante de sua proteção, a tripulação confiaria em sua distância do reator e em uma placa final de proteção logo atrás da cabine.

CENTRAL ATÔMICA

Consiste em um reator entre os motores gêmeos nas raízes das asas do avião. O ar é aspirado de fora através das aberturas é primeiro comprimido e, em seguida, superaquecido no trocador de calor, onde se expande violentamente, disparando nos bocais de exaustão e impulsionando o avião para frente, trocador é mantido quente pelo fluxo aquecido a mais de 650 oC no reator e circulado por uma bomba movida a vapor que usa o calor do metal para produzir vapor.

A turbina, colocada no caminho da corrente de ar quente é girada por ela, operando o compressor e o gerador elétrico do avião, a velocidade é controlada por hastes de controle que baixam a temperatura quando empurradas para o reator e pelo cone de exaustão móvel que varia o tamanho da abertura de exaustão permitindo que mais ar escape quando maior velocidade for necessária.

PROGRESSO DE CONTRATOS DE PESQUISA

Em fevereiro de 1953 o Escritório de Propulsão Nuclear de Aeronaves da Força Aérea assumiu o projeto e a marcha em direção ao vôo movido a energia atômica ganhou impulso.

A Pratt & Whitney em outubro passado anunciou a assinatura de um contrato com Força Aérea de US $ 10 milhões com para realizar pesquisas em motores atômicos.

A General Electric está operando uma filial de Propulsão Nuclear Airerast.

A AEC está construindo uma estação de teste de motores atômicos no oeste para adicionar àquela que já construiu em Oak Ridge, Tennessee.

A Convair e a Boeing têm contratos de programas que sugerem que eles podem estar trabalhando em um avião para transportar o reator.

Qualquer que seja o curso desse trabalho, o problema da radiação estará presente por muito tempo para atormentar os cientistas. Mas com a pesquisa no avião atomico agora em pleno andamento, os cientistas vão se concentrar no desenvolvimento de novos materiais de proteção do reator, que serão mais leves e mais eficientes do que o chumbo. Tendo já feito um progresso tão rápido no avião atômico como o anúncio do General Twining sugere, não seria nenhuma surpresa se eles tivessem sucesso.

Post (450) Maio de 2021

 

O primeiro avião atômico – Parte 2

Uma nova era na aviação se aproxima à medida que relatórios oficiais indicam que a energia nuclear para aeronaves está mais perto do que você pensa. 

  

Texto e imagem publicados na Popular Science Magazine de Outubro de 1951, por Gerald Wendt Autor de "Atomic Energy and the Hydrogen Bomb".

O modelo do avião atômico do futuro poderia ser uma asa voadora com reator separado acoplado diretamente a cada turbina. Um reator do tipo agora em uso enviaria o fluido diretamente para o trabalho das turbinas.
O fluido de trabalho que circula pelo avião para os motores nas asas deve ser protegido desse bombardeio ou se tornará radioativo e colocará em perigo a tripulação. Mas um fluido de transferência de calor pode ser interposto, provavelmente uma liga de sódio e potássio de baixo ponto de fusão. Isso circularia pelo reator para pegar o calor e entregá-lo a um trocador de calor onde, por sua vez, aqueceria o fluido real usado para operar as turbinas.

A blindagem adiciona um peso extra para a aeronave. Um reator e um trocador de calor desse tipo seriam "quentes" com a radiação e também com a temperatura, mas não poderiam passar a radioatividade para o fluido de trabalho. Ainda assim, eles teriam que ser protegidos por uma blindagem pesada e volumosa, provavelmente de chumbo, para impedir que a radiação penetrassem no avião.
A partir do trocador de calor na seção blindada, as linhas de vapor de alta pressão podem aguardar o desenvolvimento de materiais capazes de suportar altas temperaturas e radiação, que levarão o vapor para seis ou oito turbinas, uma para cada hélice, montadas em nacelas nas asas. Lá, a energia da fissão atômica seria finalmente entregue e convertida em movimento. Nenhuma blindagem seria necessária, mas a perda de temperatura e pressão pelas longas linhas seria uma desvantagem. Essa perda só pode ser eliminada quando for possível dotar cada turbina com seu próprio reator, montado ao seu lado na asa.

O aquecimento atômico leva tempo e causa outros problemas: O metal fundido usado como o líquido de troca de calor primário se solidificaria à medida que resfriasse quando o reator fosse desligado. O primeiro passo para dar vida ao avião seria liquefazer o metal com calor auxiliar, provavelmente de uma pequena turbina a gás. Além disso, não seria permitido que o metal se solidificasse em todo o sistema, mas teria que ser drenado do reator, do trocador de calor e da tubulação. Na verdade, todo o sistema teria que ser purgado do líquido metal, provavelmente com gás hélio quente, que não reage nem mesmo com a liga fundida de sódio e potássio.

Sistema requer controle automático, obviamente, tal sistema de energia seria sensível e complicado de operar. Não poderia ser feito à mão. O nível de energia do reator nuclear dependeria da posição das hastes de controle de cádmio. Elas teriam que ser ajustadas com precisão para cada fase de decolagem, voo e pouso. Os motores podem ser lentos em sua resposta aos controles, pois uma mudança na liberação de nêutrons seria primeiro convertido em temperatura no reator e, com um sistema de energia tão grande, demoraria um pouco para traduzir essa temperatura com a pressão necessária nas turbinas.

O controle automático por instrumentos e servos mecanismos podem ser conectados a instrumentos eletrônicos que medem constantemente o fluxo de nêutrons dentro do reator. O atraso em atingir a potência máxima seria uma desvantagem na decolagem, quando a potência máxima é mais necessária, e o avião exigiria uma pista longa - longa o suficiente, talvez, para indicar um hidroavião para o primeiro modelo experimental. Foguetes auxiliares ajudariam, mas a distância de decolagem ainda seria grande. Uma vez que o grande avião esteja no ar, no entanto, ele deve operar suave e silenciosamente nas velocidades mais altas que as hélices puderem voar. E devendo ficar no ar por dias.

Desde 1945, a Divisão NEPA (Energia Xuclear para a Propulsão de Aeronaves) da Fairchild Engine and Airplane Corporation está trabalhando nele sob contrato com a Força Aérea. Em fevereiro passado, a Comissão de Energia Atômica anunciou que a Fairchild havia concluído seu contrato. "Isso provavelmente significava que a viabilidade de um motor de avião nuclear tinha sido demonstrada.

Desde então, a General Electric disse que seu centro de jatos em Lockland, Ohio, começou um projeto da Força Aérea-AEC para o "desenvolvimento posterior de todos os motores movidos a átomos para aviões". A Força Aérea disponibilizou espaço adicional para o projeto na enorme fábrica de motores a pistão da Segunda Guerra Mundial em Lockland. 

Aviao atomico Convair NX2

E neste outono a Força Aérea concedeu o contrato para o desenvolvimento real do avião atômico para a Consolidated Vultee Aircraft Corp., a empresa que esta construindo o bombardeiro nuclear o Convair NX2 , com as dimensões do gigante bombardeiro B-36. O comunicado não deu outros detalhes. Esses anúncios oficiais só podem significar que tal avião está muito próximo da realidade.
Em 1960, o primeiro vôo será possível e ainda neste mesmo ano poderia estar em operação.

Na verdade, este avião pioneiro em breve ficará obsoleto. Com o trabalho de pesquisa do reator entrando em pleno andamento em Arco, Idaho, e em The Knolls em Schenectady, N. Y., em breve deverá ser possível usar um "reator rápido" no lugar do modelo de neutron lento. Isso pode ser muito menor e poderia ser colocado na asa. Se o trocador de calor e o sistema fechado de metal fundido circulante pode ser eliminado depende de muitos - fatores conhecidos.

Mas certamente o objetivo será aquecer o ar diretamente no reator. Idealmente, o reator quente meramente substituiria a chama na corrente de ar de um turbojato, com seu calor fornecendo a temperatura e a expansão para dar ao fluxo de ar o impulso direto necessário para a propulsão.
Quando isso acontecer, o motor nuclear deverá pesar pouco mais do que os motores atuais. Então, a maior parte da tonelagem economizada pela omissão de tanques de gasolina e gasolina pode ser usada para carga útil. Dobrar ou triplicar a carga útil reduzirá o custo por libra de transporte aéreo para a metade ou um terço dos custos atuais de operação. E a nova era da aviação chegará.

Leia a primeira parte desta reportagem no link:

http://aerosngcanela.blogspot.com/2021/03/o-primeiro-aviao-atomico-parte-1.html

Post (428) - Março de 2021

O primeiro avião atômico – Parte 1

Uma nova era na aviação se aproxima à medida que relatórios oficiais indicam que a energia nuclear para aeronaves está mais perto do que você pensa.



Texto e imagem publicados na Popular Science Magazine de Outubro de 1951, por Gerald Wendt Autor de "Atomic Energy and the Hydrogen Bomb".

O primeiro avião movido a energia nuclear, já sendo projetado e seria um grande avião, provavelmente um hidroavião. Terá asas largas, mas finas, para combinar elevação com alta velocidade. Não terá tanques de combustível, mas poderá se manter no ar quase indefinidamente.
Ele funcionará a vapor. Sua usina de força será muito parecida com a de um navio, com uma caldeira em brasa e motores de turbina acionado as hélices.
Um avião de longo alcance que pode ir para o outro lado do mundo e voltar, sem reabastecimento, como é necessário atualmente. O tempo em que a energia atômica será usada para estender tremendamente o alcance das aeronaves está se aproximando.

Um relatório cuidadosamente redigido pela Comissão de Energia Atômica dos Estados Unidos sobre o progresso nos primeiros seis meses em 1951 faz este anúncio conciso, mas significativo: "O desenvolvimento de reatores para impulsionar aeronaves militares também avançou."
No entanto, é improvável que o primeiro projeto atômico seja um bombardeiro de longo alcance ou um avião de transporte. Em vez disso, será um laboratório voador para as forças armadas. A usina provavelmente será tão pesada que gastará toda a capacidade de carga da aeronaveo,aproximadamente 50 toneladas.

Eventualmente, o avião terá alcance ilimitado.Talvez dentro de 20 anos, este avião será seguido por jatos atômicos, ramjets e até foguetes. Serão desenvolvidos reatores nucleares que poderão despejar sua vasta energia diretamente em compressores, aquecendo correntes de ar a uma temperatura de chama tal que eles terão o impulso de um jato. Mas ainda não se sabe o suficiente agora sobre reatores de calor branco, nem sobre a capacidade do ar de limpar o calor instantaneamente na velocidade do jato, nem sobre metais que podem suportar tanto a alta temperatura quanto a intensa radiação.
Até que tais problemas sejam resolvidos, o reator usado em um avião deverá operar a uma temperatura relativamente baixa. Ele passará seu calor para um metal líquido circulante que, por sua vez, passará o calor para uma unidade de troca de calor. Lá, um fluido de trabalho, mercúrio ou água será vaporizado para acionar a turbina. Em seguida, o fluido de trabalho será resfriado por um condensador e bombeado de volta para o trocador de calor. Tudo isso soma muito peso. O próprio reator não precisa ser grande. Meia 150 gr de urânio fissionável (o tipo que se divide) ou plutônio pode fornecer tanta energia quanto os 65.000 litros de combustível carregados atualmente pelo B-47 Stratojet.

Menos de meio quilo seria gasto em um vôo de 50 horas ao redor do globo. Mas nem o urânio fissionável nem o plutônio podem ser usados ​​na forma pura. A maior parte do primeiro reator colocado em um avião provavelmente será urânio comum não fissionável. Este será enriquecido com urânio fissionável 235 para permitir a reação em cadeia. Blocos de grafite ou algum outro "moderador" também serão necessários para desacelerar rápidamente os nêutrons e manter o "fogo" aceso. A geração de energia pode ser controlada por hastes de cádmio, retiradas do reator quando a potência e a velocidade são necessárias, empurradas para absorver os nêutrons e "apagar o fogo" para um voo ou pouso mais lento. Portanto, o reator sozinho provavelmente será responsável por várias centenas de kgs. O reator só fornece o calor. Transmitir o calor para as turbinas envolverá mais equipamentos - e mais peso.

Quando isso acontecer, o motor nuclear deverá pesar pouco mais do que os motores atuais. Então, a maior parte da tonelagem economizada pela omissão de tanques de gasolina e gasolina pode ser usada para carga útil. Dobrar ou triplicar a carga útil reduzirá o custo por kg de transporte aéreo para a metade ou um terço dos custos atuais de operação. E a nova era da aviação chegará. 

Leia a continuação desta postagem no link:

https://aerosngcanela.blogspot.com/2021/03/o-primeiro-aviao-atomico-parte-2.html

Post (427) - Março de 2021