El programa de Propulsión Nuclear de Aeronaves ( ANP ) y el proyecto precedente de Energía Nuclear para la Propulsión de Aeronaves ( NEPA ) trabajaron para desarrollar un sistema de propulsión nuclear para aeronaves . Las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos iniciaron el Proyecto NEPA el 28 de mayo de 1946. [1] El NEPA funcionó hasta mayo de 1951, cuando el proyecto fue transferido a la Comisión de Energía Atómica (AEC) conjunta/ANP de la USAF. [2] La USAF persiguió dos sistemas diferentes para motores a reacción de propulsión nuclear, el concepto de Ciclo de Aire Directo, que fue desarrollado por General Electric , y el Ciclo de Aire Indirecto, que fue asignado a Pratt & Whitney . El programa tenía como objetivo desarrollar y probar el Convair X-6 , pero fue cancelado en 1961 antes de que se construyera ese avión. El costo total del programa de 1946 a 1961 fue de aproximadamente mil millones de dólares. [3]
Los motores nucleares de ciclo directo se parecen a un motor a reacción convencional sin cámaras de combustión . El aire obtenido de la sección del compresor se envía a una cámara de distribución que dirige el aire hacia el núcleo del reactor nuclear . Se produce un intercambio donde el reactor se enfría, pero luego calienta el mismo aire y lo envía a otra cámara de distribución. La segunda cámara de distribución dirige el aire a través de una turbina (que alimenta el compresor) y luego lo expulsa por el escape, lo que proporciona empuje. El resultado final es que, en lugar de utilizar combustible para aviones, un avión podría depender del calor de las reacciones nucleares para generar energía.
El programa de General Electric, que tenía su base en Evendale, Ohio , se adoptó debido a sus ventajas en cuanto a simplicidad, fiabilidad, idoneidad y capacidad de arranque rápido. Se utilizaron secciones de turbina y compresor de motor a reacción convencionales , con el aire comprimido circulando por el reactor para ser calentado por éste antes de ser expulsado por la turbina.
El ciclo indirecto implica un intercambio térmico fuera del núcleo, en el que el aire del compresor se envía a un intercambiador de calor . El núcleo del reactor nuclear calentaría agua presurizada o metal líquido y lo enviaría también al intercambiador de calor. Ese líquido caliente se enfriaría con el aire; el aire se calentaría con el líquido, se enviaría a través de una turbina (que alimenta el compresor) y luego saldría por el escape, lo que proporcionaría empuje.
El programa de ciclo de aire indirecto fue asignado a Pratt & Whitney, en una instalación cerca de Middletown, Connecticut . Este concepto habría producido mucha menos contaminación radiactiva. Uno o dos circuitos de metal líquido transportarían el calor desde el reactor hasta el motor. Este programa implicó una gran cantidad de investigación y desarrollo de muchos sistemas livianos adecuados para su uso en aeronaves, como intercambiadores de calor, turbobombas de metal líquido y radiadores . El programa de ciclo indirecto nunca estuvo ni cerca de producir hardware listo para volar. [4]
El Experimento de Reactor de Aeronave de los Estados Unidos (ARE) fue un experimento de reactor nuclear de espectro térmico de 2,5 MW diseñado para alcanzar una alta densidad de potencia y una alta temperatura de salida para su uso como motor en un avión bombardero de propulsión nuclear. La ventaja de un avión de propulsión nuclear sobre uno de propulsión convencional es que podría permanecer en el aire órdenes de magnitud más tiempo y proporcionar una disuasión estratégica nuclear eficaz a un adversario soviético con armas nucleares . El ARE fue el primer reactor de sal fundida (MSR) que se construyó y operó. Utilizaba la sal de fluoruro fundida NaF - ZrF 4 - UF 4 (53-41-6 mol%) como combustible , estaba moderado por un óxido de berilio (BeO) de configuración hexagonal y tenía una temperatura máxima de 860 °C. Se utilizó un sistema de refrigeración de sodio líquido redundante para enfriar los materiales del moderador y del reflector . Un circuito de refrigeración de gas helio secundario circulaba alrededor del refrigerante primario para transferir calor a un radiador de agua donde la salida de calor se descargaba a la atmósfera. Se instalaron barras de control de reactividad y se descubrió que las barras de control no determinaban la potencia de salida del ARE, sino la demanda de potencia, lo que afectaba las temperaturas de entrada y salida debido al coeficiente de temperatura negativo de reactividad . El ARE funcionó a potencia durante 221 horas hasta un pico de 2,5 MW th . [5]
El 5 de septiembre de 1951, la USAF le otorgó a Convair un contrato para volar un reactor nuclear a bordo de un Convair B-36 Peacemaker modificado [6] bajo el proyecto MX-1589 del programa ANP. El NB-36H Nuclear Test Aircraft (NTA) debía estudiar los requisitos de blindaje para un reactor aerotransportado, para determinar si era factible un avión nuclear. Este fue el único experimento de reactor aerotransportado conocido por los EE. UU. con un reactor nuclear operativo a bordo. El NTA voló un total de 47 veces para probar el reactor sobre el oeste de Texas y el sur de Nuevo México. El reactor, llamado Aircraft Shield Test Reactor (ASTR), estaba operativo pero no impulsaba el avión; el propósito principal del programa de vuelo era probar la efectividad del blindaje. Con base en los resultados del NTA, el X-6 y todo el programa de aviones nucleares fueron abandonados en 1961.
Como parte del programa AEP/USAF ANP, en 1956 se utilizaron por primera vez los General Electric J47 modificados con energía nuclear utilizando un conjunto de prueba de reactor conocido como Experimento 1 del reactor de transferencia de calor (HTRE-1). El HTRE-1, que utilizaba barras de control orientadas verticalmente, se reconfiguró con un núcleo extraíble para convertirse en el HTRE-2 para realizar pruebas adicionales. El HTRE-3 se construyó por separado para probar las barras de control orientadas horizontalmente según fuera apropiado para su uso en un fuselaje. [7]
Los reactores HTRE-2 y HTRE-3 fuera de servicio y los conjuntos de pruebas pueden ser vistos por el público en el estacionamiento del Reactor Reproductor Experimental I en el Laboratorio Nacional de Idaho .
El 5 de febrero de 1957, otro reactor se convirtió en crítico en la Instalación de Experimentos Críticos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) como parte del programa de reactores de combustible circulante de la Pratt and Whitney Aircraft Company (PWAC). Este se llamó PWAR-1, el Reactor de Aeronaves Pratt and Whitney-1. El propósito del experimento era verificar experimentalmente las propiedades nucleares predichas teóricamente de un reactor PWAC. El experimento solo se realizó brevemente; a fines de febrero de 1957 se habían tomado todos los datos y se había comenzado el desmontaje. El experimento se realizó con energía nuclear esencialmente cero. La temperatura de operación se mantuvo constante a aproximadamente 675 °C (1247 °F), que corresponde estrechamente a la temperatura de operación de diseño del moderador PWAR-1; esta temperatura se mantuvo mediante calentadores externos. Al igual que el ARE de 2,5 MWt, el PWAR-1 utilizó NaF-ZrF4-UF4 como combustible y refrigerante principal. [8]
La competencia tecnológica con la Unión Soviética (como lo representó el lanzamiento del Sputnik 1 ) y el continuo y fuerte apoyo de la Fuerza Aérea permitieron que el programa continuara, a pesar del liderazgo dividido entre el DOD y la AEC. Numerosas instalaciones de prueba fueron financiadas y construidas durante la década de 1950 y 1960-61 con el fin de producir una unidad de energía nuclear en condiciones de volar, incluida una en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL). Si bien el ARE demostró con éxito el funcionamiento de un concepto de MSR, el programa fue cancelado por el presidente Kennedy el 26 de marzo de 1961 [2] citando el alto costo sin que se hubiera producido ningún reactor en condiciones de volar hasta ese momento [5] - "15 años y aproximadamente mil millones de dólares se han dedicado al intento de desarrollo de un avión de propulsión nuclear; pero la posibilidad de lograr un avión militarmente útil en el futuro previsible todavía es muy remota". También contribuyó a la cancelación el hecho de que los primeros misiles balísticos intercontinentales entraron en servicio activo en septiembre de 1959, lo que eliminó prácticamente la necesidad de un avión de propulsión nuclear como elemento de disuasión estratégico. [9] [10] Sin embargo, los resultados del programa ARE impulsaron a los científicos e ingenieros del ORNL a presentar una propuesta preliminar de diseño a la Comisión de Energía Atómica para un MSR experimental de 30 MW para explorar el MSR como un concepto de central eléctrica civil. [11] El resultado de la propuesta fue la orden de la Comisión de Energía Atómica para que el ORNL diseñara, construyera y operara el Experimento del Reactor de Sal Fundida (MSRE). [12]
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