К огорчению изобретателя, торий не является ядерным топливом, поскольку не может вызвать цепную реакцию распада. Даже теоретически не может существовать двигатель, работающий на тории, поэтому изобретатель придал своей конструкции самые футуристические черты. Например, изменяемый кузов, адаптивные колеса и удивительная прочность.
Водород — вчерашний день, или Будущее за машинами на ядерном топливе
С тех пор как ученые расщепили атом, многие надежды и амбиции человечества в целом и инженеров в частности были направлены на область ядерной энергии и ее применения. Некоторые проекты интересны, несмотря на совершенно фантастические амбиции их разработчиков, например, автомобиль с ядерным реактором вместо бензобака.
Мифы и реальность
Как только стало ясно, что при расщеплении атома выделяется беспрецедентное количество энергии, реакция деления стала предметом многочисленных спекуляций. Вероятно, большинство мифов обязаны своим происхождением писателям-фантастам, которые тут же изобрели атомные батареи, пули, машины и другие устройства, чья мощь была предметом всеобщей зависти. Почти каждое транспортное средство, от скутеров до космических кораблей, получило ядерный источник энергии. К сожалению, реальность не столь радужна.
Большинство людей представляют себе атомную электростанцию как нечто высокотехнологичное, удивительное и невообразимое. Конечно, на атомной электростанции этого более чем достаточно, по крайней мере, эффект Вавилова-Черенкова, когда при запуске реактора можно увидеть красивое голубоватое свечение, сопровождаемое гудением. Для управления работой атомной электростанции используются самые современные технологии и оборудование, но это не меняет сути дела: ядерный реактор по сути своей не так уж далек от паровоза.
В паровых двигателях котел нагревается древесиной (углем), а пар приводит в движение поршни. Единственная разница в АЭС заключается в том, что вода нагревается в первичном контуре охлаждения реактора, а все остальное работает точно так же. Турбина приводится в движение паром и вырабатывает электроэнергию. Поэтому все попытки поставить под капот реактор вместо двигателя внутреннего сгорания теперь выглядят очень нелепо. И таких идей уже было несколько.
Танк на атомной энергии
Этот проект может стать самым успешным в истории ядерного транспорта, если он будет завершен. Самое главное в ядерном реакторе — это вес всей конструкции, а он будет очень высоким. Сам реактор, в котором происходит распад радиоактивных материалов, достаточно легкий, но оборудование, необходимое для его эксплуатации, вызывает серьезные вопросы. Необходимы мощная радиационная защита, турбины для выработки электроэнергии, система охлаждения и очень большой запас охлаждающей жидкости.
Министерство обороны Соединенных Штатов проявило большой интерес к проекту ядерного танка и начало его финансировать. В 1954 году группа экспертов представила свой проект (разумеется, на бумаге и в виде небольшого прототипа игрушки). Танк ТВ-1 весом около 70 тонн должен был работать на полной мощности в течение 500 часов, а его реактор охлаждался атмосферным воздухом. В течение следующего года конструкция была доработана, и в 1955 году был представлен танк R32. Его вес составлял 50 тонн, так как инженерам удалось еще больше уменьшить размеры реактора. Затем была предпринята попытка разработать «ядерную» конверсию на базе тяжелого танка M103. Все эти планы так и не были реализованы, не был построен даже прототип. Армия пришла к выводу о невозможности создания боевого танка с технологиями того времени и прекратила его финансирование.
Гонка за мирным атомом
В 1949 году правительство СССР, выслушав доводы таких ученых, как академик Петр Капича, президент Академии наук Сергей Вавилов и «отец советской атомной бомбы» Игорь Курчатов, приняло решение о строительстве первого чисто гражданского ядерного объекта — атомной электростанции. В октябре 1954 года Обнинская АЭС была официально подключена к сети Мосэнерго, и граждане могли зажечь лампу с помощью ядерного электричества. Советский Союз выиграл первый этап эстафеты «мирного человека».
Но и американцы не дремали. В 1952 году на верфях Гротона была построена первая в мире атомная подводная лодка «Наутилус». В 1954 году, когда строилась атомная электростанция в Обнинске, «Наутилус» был спущен на воду и вышел в море в январе 1955 года. Это было первое транспортное судно (хотя и не для гражданских целей), работающее на энергии ядерного деления.
Атом в упряжке
При разработке автомобиля «Волга-Атом» конструкцию существующего шасси ГАЗ-21 никак не удавалось улучшить. Поэтому идея компоновки была позаимствована у концептуального автомобиля Ford Seattle-ite XXI 1962 года с двумя передними осями. Все четыре передних колеса автомобиля «Волга-Атом» были управляемыми (два из них с приводом). Несмотря на длинный капот, в моторном отсеке не хватало места для размещения биологической защиты и системы охлаждения. Для этого необходимо было использовать переднюю часть моторного отсека, в то время как место водителя находилось сзади.
Однако Советы уже подготовили сопротивление. В 1953 году Совет Министров СССР принял решение о строительстве атомного ледокола. Корабль был построен в 1956 году на судостроительном заводе «Марти» в Ленинграде. Через год начался запуск, а затем и монтаж ядерной энергетической установки, разработанной коллективом Нижегородского опытного конструкторского бюро машиностроения (ОКБМ) под руководством Игоря Африкадова. В декабре 1959 года атомный ледокол «Ленин» был официально передан Министерству морского флота СССР, и хотя к тому времени «Наутилус» был введен в строй и самостоятельно достиг Северного полюса, счет был, по крайней мере, таким же. Важно отметить, что ледокол «Ленин» был чисто гражданским судном, а «Наутилус» — военным кораблем, поскольку в глазах международного сообщества гражданские ядерные проекты имели гораздо больший вес. Несколько лет спустя были введены в эксплуатацию другие гражданские атомоходы — американский Savannah (1964) и немецкий Otto Gun (1968) (японский Mutsu значительно задержался из-за технических проблем и был сдан только в 1990 году). Но, говоря метафорически, они появились на старте, когда гонка уже закончилась.
Как работает атомный двигатель
Дизайн первого поколения представляет собой классическую «пушечную компоновку». Подкритические урановые диски на концах поршня и цилиндра сближаются друг с другом, повышая критичность, и реакция деления нагревает рабочую жидкость (гелий) в цилиндрах. Гелий расширяется и толкает поршень, совершая работу. Распределительный вал расширяет стержень поглощения кадмия, и реакция ослабевает. Во втором поколении в качестве топлива используется гексафторид урана в газовой фазе, который также является рабочим телом. Графитовый буфер пористый, чтобы газ лучше перемешивался и происходила реакция деления.
Глава 1. Ford Nucleon (1957)
Концепт-кар Ford Nucleon стал самым известным одиночным автомобилем. На это есть несколько причин. Это была первая разработка такого рода, а также один из всего двух автомобилей такого рода, которые были выпущены в виде модели и показаны на автосалоне.
Вопрос «развивать или не развивать ядерную идею» в то время не обсуждался. «Нуклон» был не частным проектом одного конструктора, а результатом серьезной работы инженеров и техников. Автомобиль был изучен от первой шестеренки до последней, с учетом необходимости технического обслуживания на дорогах общего пользования и фактора риска облучения пассажиров. Оставалось сделать только одно: разработать соответствующий двигатель.
Ford Nucleon удивил современников своим футуристическим дизайном.
Команда инженеров Ford получила технические спецификации в 1956 году, и через год концепция была готова. Конечно, функциональность Ford Nucleon была сомнительной. Имея только два пассажирских места и крошечный багажник спереди, автомобиль мог служить только в качестве развлекательного средства. Он явно не подходил для семейного автомобиля. Однако такой цели не ставилось. Ядерная установка, занимавшая две трети объема и веса машины, представляла собой модернизированную копию стандартного реактора S2W с подводной лодки USS Nautilus. Невозможно было уменьшить 35-тонный двигатель высотой 6 метров до размеров автомобиля: Дизайнеры прекрасно это знали. В ограниченном пространстве необходимо было разместить реактор, парогенератор и две турбины: одна для создания крутящего момента (для привода колес), а другая для привода генератора. Проблема охлаждения должна была быть решена путем конденсации отработанного пара в воду.
Уильям Форд с моделью прототипа автомобиля, 1957 год
В принципе, идея казалась вполне осуществимой и даже практичной. Основными преимуществами были полное отсутствие выбросов и огромный срок службы силовой установки. Конечно, было проблематично установить новые урановые стержни в старый реактор, поэтому двигатель был «заправлен» путем замены реактора. Однако заправки должно было хватить как минимум на 8 000 км (рассматривались варианты до 30 000 км), поэтому это не считалось проблемой. Планировалось обогащать отработанные реакторы в заводских условиях — так, например, сегодня работают зарядные станции и станции обмена газовых баллонов. Наконец, важным преимуществом было молчание нуклона. В отсутствие процесса горения лишь едва слышный гул турбин нарушал покой мира.
Дизайнерское решение с задними крыльями, вторая версия Nucleon.
Однако машина все еще оставалась довольно громоздкой. Футуристический дизайн, конечно, облегчил эту проблему, но инженеры знали, как важно изолировать кабину от реактора, поэтому вес и размер защитных панелей были пропорциональны весу и размеру самого двигателя. В целях безопасности, а не по прихоти художника, кабина была сдвинута вперед, чтобы пассажиры находились как можно дальше от опасного «сердца» автомобиля. Капсула с топливом располагалась дальше всего от кабины — на земле, под двигателем, с тройным слоем изоляции. Но что такое метр или два при радиоактивном излучении? Ничего, погружение.
Глава 2. Ford Seattle-ite XXI (1962)
В 1961 году Организация Объединенных Наций приняла знаменитую Декларацию о запрещении применения ядерного и термоядерного оружия. В результате многие лаборатории, работающие в этой области, были вынуждены прекратить свои исследования. Их усилия необходимо срочно перенаправить в мирное русло. Маркетологи Ford восприняли это как четкий сигнал и немедленно отправили приказ инженерам: они должны заняться проблемой нуклонов. Появился Ford Seattle-ite XXI.
На этот раз разработчики постарались не повторять ошибок, допущенных при проектировании предыдущей модели. В частности, они сохранили традиционную компоновку автомобиля: двигатель спереди, затем салон, а потом багажник нормального размера. Конечно, автомобиль был огромным, но он соответствовал духу американцев 1960-х годов и не нарушал представлений обывателя о красоте. Сразу же возникла проблема. В Nucleon тяжелый реактор был «размещен» на задней оси без колес. В Seattle-ite вся масса двигателя должна была каким-то образом размещаться на передней оси, обеспечивая при этом нормальный радиус поворота автомобиля и разумную управляемость. Выход был найден довольно ловко: Использовались две передние оси. Все четыре колеса вращались и могли легко поднять вес реактора.
В отличие от своего предшественника, Seattle-ite был построен в масштабе 1:1.
Еще более удивительной была возможность «отсоединить» всю переднюю часть автомобиля и заменить ее на другую. Сегодня многие автомобили предлагаются с различными вариантами двигателей. В случае с Seattle-ite была возможность замены приводных агрегатов; предлагались экономичная 60-сильная версия и быстрая 400-сильная версия.
Поскольку в 1962 году не существовало компактного ядерного двигателя, инженеры не слишком задумывались о его конструкции и системах. Но они постарались включить в концепцию как можно больше фантастических идей, многие из которых в то время были технически невозможны. Зачем шутить, если машину (все еще) невозможно построить?
Промо-фото Seattle-ite: Компания надеялась, что вскоре человек покорит атом, и автомобиль сможет пойти в массовое производство
Поэтому в конструкции Ford Seattle-ite XXI нашел свое место ряд решений, опередивших время на полвека. Например, у одного из прототипов не было рулевого колеса как такового. Прикоснувшись к специальной панели, прототипу современного сенсорного экрана, можно было управлять автомобилем Ford. В кабине также находился компьютер (также с сенсорным экраном, которого в то время еще не существовало), интерфейс которого, разработанный художниками, несколько напоминал Windows (вспомните: Биллу Гейтсу в то время было 7 лет). Основным назначением компьютера было планирование маршрута — он стал прототипом GPS-навигатора. Датчики, установленные по всему кузову, учитывают дорожные условия, близость других автомобилей и погодные условия. На самом деле, инженеры Ford предвидели появление датчиков парковки и датчиков дождя с автоматической активацией щеток. Окна Ford Seattle-ite XXI были затемнены в разной степени в зависимости от падения света.
Еще одной особенностью была возможность установки силовой установки на топливных элементах вместо ядерного двигателя. Опять же, стоит вспомнить, что первые функциональные и компактные топливные элементы появились в 1980-х годах, но не получили широкого распространения до 21 века.
Гусеничная АЭС
Советский Союз не разрабатывал ядерные танки и автомобили, потому что знал, что это изначально вымышленные проекты. В Советском Союзе были разработаны не только танки и автомобили, но и создана и введена в эксплуатацию мобильная атомная электростанция, которая могла помещаться в различные транспортные средства. Удивительный проект назывался ТЭС-3.
Советские газеты опубликовали множество фотографий первой самоходной электростанции (в которой находился пульт управления)
Первые разговоры о мобильной атомной электростанции начались в середине 1950-х годов. Именно Ефим Павлович Славский, тогда первый заместитель министра среднего машиностроения СССР, а впоследствии руководитель всей советской атомной промышленности, стал инициатором разработки такой системы. В разработке участвовали многие заводы и институты. Наиболее перспективным был признан проект Обнинского института физико-механической электроэнергетики.
Сама установка представляла собой небольшой водо-водяной реактор с двумя контурами. Рабочий орган также был сделан из воды; турбина генератора приводилась в движение паром. Оборудование было установлено на шасси тяжелого танка Т-10, которое было расширено до 10 цилиндров. Шасси получило общее название «Самоходная машина».
Вся электростанция состояла из четырех самоходных машин. На первом находился сам реактор с системой биобезопасности и воздушным охладителем, на втором — парогенераторы и циркуляционные насосы, на третьем — турбогенератор, на четвертом — панель управления и резервное оборудование. Монтаж установки занял несколько часов и не мог быть выполнен во время работы установки, поскольку все агрегаты должны были быть соединены кабелями и трубами. Биологическая безопасность на ТЭС-3 была достигнута без труда. Поскольку реактор, который необходимо было изолировать, находился в отдельном автомобиле, его просто поместили в закрытый свинцовый бак, а операторов не подпускали к автомобилю во время работы.
В 1960 году мобильная атомная электростанция была готова к эксплуатации. 13 октября 1961 года состоялся первый пробный запуск установки. Испытания продолжались до 1965 года. Но возникла проблема. Ни промышленники, ни ученые не смогли найти разумного применения этому замечательному растению. Изначально он был разработан для использования на Крайнем Севере, но традиционные электростанции на жидком топливе оказались проще и дешевле. Экономическая несостоятельность заставила отказаться от проекта, и в 1969 году ТЭС-3, которая так и не была нигде использована, была выведена из эксплуатации.
В то же время была разработана вторая мобильная АЭС «Памир-630Д». В качестве шасси использовались большегрузные автомобили МАЗ. Эта установка была во многом более успешной, чем ТЭС-3, но, к сожалению, ее первый опытный запуск состоялся в 1985 году, незадолго до Чернобыльской трагедии. После аварии большинство ядерных работ было остановлено по тем или иным причинам, и перспективный Памир не стал исключением.
Какой могла быть первая советская серийная Волга с атомным сердцем: История проекта «Волга-атом»
После успешного испытания ядерного оружия в 1949 году руководство Советского Союза поручило ученым разработать планы мирного использования ядерной энергии. Одним из секторов, в котором они решили использовать ядерную энергию, была автомобильная промышленность. Так родился амбициозный и, в своем роде, дерзкий проект «Волга-Атом».
С появлением ядерной энергии Соединенные Штаты и Советский Союз начали соперничество в мирном использовании атома.
Когда атомные подводные лодки и подводные лодки с ядерными двигателями начали бороздить мировые океаны, конструкторы задумались об установке ядерных реакторов на другие транспортные средства, такие как поезда, самолеты и автомобили.
Американцы первыми попытались установить ядерный реактор под капотом автомобиля. Так, в 1959 году была разработана концепция автомобиля Ford-Nucleon с урановым реактором, парогенератором и двумя турбинами. Однако рабочая модель так и не была построена.
Поскольку американские инженеры не смогли уменьшить ядерный реактор до приемлемых для автомобиля размеров, американский ядерный Ford после нескольких испытаний отправился в музей.
В конце 1950-х годов произошло ухудшение советско-американских отношений. Дружеские визиты представителей правительства стали частью международной политики. Во время одного из таких визитов советская делегация увидела «Форд Нуклон», и Никита Хрущев, который хотел «догнать и перегнать Америку», немедленно отдал приказ о строительстве советской атомной машины.
Советская «Волга-атом»
Для разработки советского автомобиля с ядерным реактором вместо обычного двигателя внутреннего сгорания было создано специальное конструкторское бюро под руководством Александра Камнева.
Талантливый советский физик лично участвовал в разработке главного компонента необычного автомобиля — ядерной силовой установки. Изначально дизайнеры решили пойти более простым путем, как это сделали их американские коллеги. Просто возьмите имеющееся растение, уменьшите его и поставьте в машину. Для советского ГАЗа выбрали уменьшенную версию атомной электростанции ледокола «Ленин».
Первоначальный план провалился, реактор атомохода оказался непригодным, и Камнев к концу 1961 года разработал совершенно новый ядерный двигатель. Это был 320-сильный двигатель, поршни и цилиндры которого были оснащены шайбами, обогащенными изотопом урана 325.
Советский автомобиль, ядерная установка которого весила 500 кг вместо 200 кг у обычного ГАЗ-21, был испытан под Североморском в апреле 1965 года. Тяжелый автомобиль быстро разогнался, развил большую скорость, но плохо затормозил. Двигатель имел достаточный ресурс в 60 000 километров, после чего необходимо было заменить привод. Очень дорого для того времени.
Поэтому была создана вторая модель двигателя. Он мог преодолеть до 40 тысяч километров на одной «заправке», но был более комфортным в эксплуатации. Но дальнейшая судьба проекта была предрешена.
Придя к власти, Леонид Брежнев отменил все планы Хрущева, включая проект атомного автомобиля. Они заменили пассажирские вагоны гусеничными атомными электростанциями АЭС, ТЭС-3 и «Памир-630Д», но и от этого плана отказались в 1969 году.
Атомный дорожный каток
Поискав в Интернете, я нашел информацию о том, что в качестве побочного продукта проекта был построен атомный цилиндр. После того как инженеры столкнулись с проблемами, связанными с размерами ядерного двигателя, Камнев предложил построить дорожно-строительную машину, работающую на атоме.
Согласно проекту, тепло, вырабатываемое двигателем, может быть использовано для запекания почвы. Это позволит строить идеально ровные дороги в труднодоступных местах без использования асфальта.
В 1959 году был построен цилиндр. Очевидцы описывают его как огромную машину, высотой с семиэтажный дом. Подполье было нагрето до температуры более 500 градусов. Испытания проводились в Сибири, где-то между Новосибирском и Томском.
По неподтвержденным данным, оператор катка однажды заснул во время работы, и каток упал прямо в болото, где и покоится по сей день. Единственное свидетельство — идеальная 25-километровая дорога, проходящая посреди сибирской тайги.
Кто знает, может, это и к лучшему. Как выяснилось позже, «мирный индивидуум» может стать большой проблемой для людей. Как вы считаете, остановка такого проекта была правильным решением или ошибкой?
Ford Seattle-ite XXI
Ford снова взялся за дело, но на этот раз инженеры постарались избежать ошибок, допущенных при разработке предыдущей концепции. Двигатель традиционно устанавливается спереди. Автомобиль был огромным, но он точно соответствовал духу времени: Американцы любили большие, длинные автомобили. Сначала была решена главная проблема установки тяжелой упряжки на переднюю ось: была построена еще одна ось с 4 вращающимися колесами.
Модель Ford Seattle-ite XXI с 4 рулевыми колесами. Фото.
Передняя часть машины, включая реактор, была «съемной» и могла быть заменена на новую, заряженную свежим «топливом» или просто более мощную.
Прототип был построен, но у него не было двигателя, поэтому конструкторы начали придумывать «варианты». Почему бы и нет? В любом случае, построить автомобиль невозможно, поэтому они могли бы предложить некоторые идеи. Кстати, некоторые из них опередили свое время. Рулевое колесо, например, управлялось без руля прикосновением пальца — что-то вроде сегодняшнего сенсорного экрана. В машине был компьютер с интерфейсом, похожим на Windows (Билл Гейтс в то время бегал под столом — ему было 7 лет). Повсюду в автомобиле были датчики, информирующие о погоде и состоянии дороги, и даже стеклоочистители, которые срабатывали во время дождя. Прозрачность стекол менялась в зависимости от интенсивности светового потока. Как и сегодня!
Вместо ядерного реактора можно было установить компактные радиоактивные топливные элементы. Впервые они появились в 1980-х годах и не получили широкого распространения до 21 века.
Была построена полноразмерная модель Ford Seattle-ite XXI: Машина была длинной и узкой. Им всегда восхищались на автомобильных выставках. Но технические препятствия не позволили построить даже прототип.
«Волга-Атом»
Для создания советского автомобиля с ядерной силовой установкой было создано специальное конструкторское бюро под руководством А.Е. Камнева. Во-первых, была решена главная проблема — необходимость разработки компактного двигателя. И советским ученым это удалось! Двигатель был готов в 1961 году. Это был 4-цилиндровый двигатель с шайбами из урана-235 на концах (а также в поршнях). А на других — «кругляшки» из графита для замедления нейтронов. Роль рабочего тела играл гелий, который использовался для заполнения цилиндров.
Автомобиль Волжского атомного проекта движется по дорогам. Фото: YouTube.com
Двигатель был размещен на полностью закрытой территории с соблюдением мер биологической безопасности. После того, как двигатель прошел 70 000 километров на испытательном стенде, мы приступили к проектированию шасси, которое было сделано инженерами ГАЗа. Им удалось проникнуть под капот полутонного двигателя. Но подвеска построена так же, как и четыре колеса американского прототипа. Технические характеристики двигателя поражают воображение:
320 лошадиных сил. ✅ Крутящий момент 800 Н*м при 60 (!) об/мин.
Испытания проводились на полигоне в Северске. Это был успех, но ресурс двигателя составлял 60 тысяч километров, после чего его пришлось заменить. Впоследствии была разработана другая установка, работающая на гексафториде. Эта идея была успешно реализована. Для «модернизации» двигателя теперь достаточно было заливать в цилиндры новое количество гексафторида урана через каждые 40 000 километров пробега. Планировалось построить различные демонстрационные версии автомобиля для демонстраций, участия в выставках и автосалонах. Но Хрущев был свергнут, а Брежнев без энтузиазма отнесся к этой идее. На некоторых образцах сначала были сняты двигатели для дезактивации, а затем разобраны сами машины.
В отличие от американцев, советские инженеры построили работающий прототип ядерной машины, которая справилась с поставленной задачей, и отправили его на испытательные полигоны.
Cadillac World Thorium Fuel
Неудачи не останавливают настоящих энтузиастов. И вот теперь, в 2009 году, миру представлен прототип Cadillac WTF, работающий на низкоактивном радиоактивном тории. Восьми граммов этого вещества хватит на 100 лет вождения! Все агрегаты имеют «запасные дубли», чтобы владелец автомобиля не «отвлекался» на ремонт в течение века эксплуатации. Машина имеет 24 колесных двигателя: по 6 на каждой стороне двух осей.
Концепт Cadillac WTF во всей своей красе. Фото: YouTube.com.
Однако с тех пор о машине ничего не было слышно, что неудивительно: 90% материалов и технологий, на которых должен быть основан автомобиль будущего, не существовало в 2009 году. Однако вполне вероятно, что этот показатель постепенно снизится до «0».
