El programa de Propulsión Nuclear de Aeronaves ( ANP ) y el anterior proyecto 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] NEPA operó hasta mayo de 1951, cuando el proyecto fue transferido a la Comisión de Energía Atómica (AEC) y 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 estaba destinado a 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 parecerían a un motor a reacción convencional, excepto que no tendrían cámaras de combustión . El aire obtenido de la sección del compresor se enviaría a una cámara que dirige el aire hacia el núcleo del reactor nuclear . Se produce un intercambio donde se enfría el reactor, pero luego calienta el mismo aire y lo envía a otro pleno. El segundo pleno dirige el aire a través de una turbina (que alimenta el compresor) y luego sale por el escape, proporcionando empuje. El resultado final es que, en lugar de utilizar combustible para aviones, un avión podría depender del calor de las reacciones nucleares para obtener energía.
Se siguió el programa General Electric, que tenía su sede en Evendale, Ohio , debido a sus ventajas en cuanto a simplicidad, confiabilidad, idoneidad y capacidad de inicio rápido. Se utilizaron secciones de turbina y compresor de motor a reacción convencionales , y el aire comprimido pasó a través del reactor para ser calentado antes de salir a través de la turbina.
El ciclo indirecto implica un intercambio térmico fuera del núcleo con el aire del compresor enviado a un intercambiador de calor . El núcleo del reactor nuclear calentaría agua a presión o metal líquido y lo enviaría también al intercambiador de calor. Ese líquido caliente sería enfriado por el aire; El líquido calentaría el aire, lo enviaría a través de una turbina (que alimenta el compresor) y luego saldría por el escape, proporcionando empuje.
El programa Indirect Air Cycle fue asignado a Pratt & Whitney, en una instalación cerca de Middletown, Connecticut . Este concepto habría producido mucha menos contaminación radiactiva. Uno o dos bucles de metal líquido transportarían el calor desde el reactor al motor. Este programa implicó una gran cantidad de investigación y desarrollo de muchos sistemas livianos adecuados para su uso en aviones, como intercambiadores de calor, turbobombas de metal líquido y radiadores . El programa Indirect Cycle nunca estuvo cerca de producir hardware listo para volar. [4]
El Experimento de reactor de avión 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 por mucho más tiempo y proporcionar un disuasivo estratégico nuclear eficaz a un adversario soviético con armas nucleares . El ARE fue el primer reactor de sales fundidas (MSR) construido y operado. Utilizaba como combustible la sal de fluoruro fundida NaF - ZrF 4 - UF 4 (53-41-6 mol%) , estaba moderado por un óxido de berilio (BeO) de configuración hexagonal y tenía una temperatura máxima de 860 °C. Se utilizó un sistema refrigerante de sodio líquido redundante para enfriar los materiales moderador y reflector . Se hizo circular un circuito refrigerante de gas helio secundario alrededor del refrigerante primario para transferir calor a un radiador de agua donde la producción de calor se vertió a la atmósfera. Se instalaron barras de control de reactividad y se encontró que las barras de control no determinaban la potencia de salida del ARE; más bien, lo hizo la demanda de energía, lo que afectó las temperaturas de salida y entrada debido al coeficiente de reactividad de temperatura negativo . El ARE estuvo en funcionamiento durante 221 horas hasta un pico de 2,5 MWth . [5]
El 5 de septiembre de 1951, la USAF adjudicó a Convair un contrato para volar un reactor nuclear a bordo de un Convair B-36 Peacemaker modificado [6] en el marco del proyecto MX-1589 del programa ANP. El avión de pruebas nucleares (NTA) NB-36H debía estudiar los requisitos de blindaje para un reactor aéreo, para determinar si un avión nuclear era factible. Este fue el único experimento conocido de un reactor aerotransportado realizado por Estados Unidos con un reactor nuclear operativo a bordo. La NTA voló un total de 47 veces para probar el reactor sobre el oeste de Texas y el sur de Nuevo México. El reactor, denominado Reactor de prueba de escudo de aeronaves (ASTR), estaba operativo pero no alimentaba la aeronave; más bien, el objetivo principal del programa de vuelo era la prueba de escudo. Según los resultados de la NTA, el X-6 y todo el programa de aviones nucleares fueron abandonados en 1961.
Como parte del programa ANP de la AEC/USAF, en 1956 los General Electric J47 modificados se operaron por primera vez con energía nuclear utilizando un conjunto de prueba de reactor conocido como Experimento 1 del reactor de transferencia de calor (HTRE-1). HTRE-1, que utilizaba barras de control orientadas verticalmente, fue reconfigurado con un núcleo extraíble para convertirse en HTRE-2 para pruebas adicionales. HTRE-3 se construyó por separado para probar barras de control orientadas horizontalmente según sea apropiado para su uso en una estructura de avión. [7]
Los reactores HTRE-2 y HTRE-3 desmantelados y los conjuntos de prueba 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 volvió crítico en la Instalación de Experimentos Críticos del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) como parte del programa de reactores de combustible circulante de Pratt and Whitney Aircraft Company (PWAC). Este se llamó PWAR-1, Pratt and Whitney Aircraft Reactor-1. El objetivo del experimento era verificar experimentalmente las propiedades nucleares teóricamente predichas de un reactor PWAC. El experimento duró poco tiempo; a finales de febrero de 1957 se habían tomado todos los datos y se había iniciado el desmontaje. El experimento se llevó a cabo con una potencia nuclear prácticamente nula. La temperatura de funcionamiento se mantuvo constante en aproximadamente 675 °C (1247 °F), lo que corresponde estrechamente a la temperatura de funcionamiento de diseño del moderador PWAR-l; esta temperatura se mantenía 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 (representada por el lanzamiento del Sputnik 1 ) y el fuerte apoyo continuo de la Fuerza Aérea permitieron que el programa continuara, a pesar del liderazgo dividido entre el DOD y la AEC. Se financiaron y construyeron numerosas instalaciones de prueba durante las décadas de 1950 y 1960-1961 para producir una unidad de energía nuclear apta para volar, incluida una en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL). Si bien el ARE demostró con éxito el funcionamiento de un concepto MSR, el programa fue cancelado por el Presidente Kennedy el 26 de marzo de 1961 [2] citando el costo escandaloso sin que hasta ese momento se hubiera producido ningún reactor apto para volar [5] - "15 años y se han dedicado alrededor de mil millones de dólares al intento de desarrollar un avión de propulsión nuclear; pero la posibilidad de lograr un avión militarmente útil en un futuro previsible es todavía 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 prácticamente eliminó la necesidad de un avión de propulsión nuclear como elemento de disuasión estratégico. [9] [10] Sin embargo, los resultados del programa ARE llevaron a los científicos e ingenieros de ORNL a presentar una propuesta de diseño preliminar 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 dirección de la Comisión de Energía Atómica para que ORNL diseñara, construyera y operara el Experimento del reactor de sales fundidas (MSRE). [12]
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