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理论上,一磅浓缩铀燃料释放的能量足够让一架飞机不停地绕地球飞行大约80圈。这句话听上去像天方夜谭,但在冷战刚开始那会儿,这种“核能梦想”并不是空谈,而是美国和苏联两大超级强国真正在研究并试图实现的技术目标之一——把它放在了“疯狂武器清单”的最顶端。
“核能狂热”的起点,要从第二次世界大战刚结束的时候说起。当时美国空军的将领们有一种强烈的“航程焦虑”。在二战里,B-29轰炸日本需要从远离本土的海外基地起降和加油。把目光放到辽阔的苏联国土上,大家都在想:未来的战略轰炸机如果中途没油了怎么办?这时候海军核潜艇“鹦鹉螺”号的出现给了空军一个灵感:既然潜艇靠核动力可以“无限期”在海里航行,为什么轰炸机不能装反应堆,以此来实现“无限航程”呢?这个想法的诱惑性非常大:对美国来说意味着能到达全球任何角落并实施威慑;对起步略晚的苏联来说,如果能实现核动力飞机,就可能改变战略劣势,实现“弯道超车”。于是,既烧钱又危险的“核能飞机”竞赛就此拉开帷幕。
美国是跑得最快的那一方。1946年,美国就启动了“飞机核能推进计划”(NEPA)。到了1951年,这一个项目进入实质推进阶段,通用电气负责设计反应堆,康维尔和洛克希德等公司负责制造飞机。康维尔公司改装了当时世界上最大的轰炸机B-36H,把两架改装机编号为X-6。但最终进行飞行试验的,是第三架改装机,命名为NB-36H,专门用作飞行试验平台。
从1955年到1957年,NB-36H一共进行了47次飞行试验。虽然机上的核反应堆在空中确实启动并运行,但它并没有给飞机提供推进力;换句话说,飞机仍靠常规发动机飞行。NB-36H最大的目的是在空中运行反应堆,观察反应堆运行时产生的辐射对飞机结构和机组人员的影响。
这事儿危险到什么程度?每次NB-36H上天,都会有一架C-97运输机伴飞,机上载着全副武装的陆战队员。他们的任务非常险恶:一旦NB-36H失控坠毁,这些人要立刻跳伞,第一时间封锁坠机现场,防止核污染扩散。这支敢死队还有一个带黑色幽默意味的绰号——“黑暗中的闪光”。
这也暴露了核动力飞机的第一个致命弱点:辐射防护。研制之初,最棘手的问题是如何保护机组人员和飞机免受核辐射伤害。麻省理工学院和通用电气不得不给反应堆和人员做大量屏蔽。P-1反应堆的核心本身重量并不算太大,约1.6吨,但为了挡住致命的辐射,整个反应堆系统加上屏蔽材料的总重超过20吨。为了让机头驾驶舱和飞行员相对安全,驾驶室又被用4吨多的金属和橡胶制成的隔层包裹起来。也就是说,为了保护人,飞机不得不背负几十吨相当于铅块的额外重量,这直接削弱了机动性和载弹能力。
而且这种屏蔽也不是万无一失。在几次试验中,机上受到高强度核辐射影响的部件都出现了损害:例如飞机下方轮胎的橡胶被辐射改变结构,变成了类似“玻璃状”或“蜂蜜状”的物质。轮胎都能被辐射破坏得如此严重,那机组人员还能坚持多久?为了验证动力性能和可能的应用,美国在爱达荷州的试验场还进行了所谓的“热传导反应堆试验”(HTRE)。1957年的HTRE-3装置在数据上看起来最好:据公布信息,这台装置在740千米/小时的巡航速度下,理论航程能达到48300千米。但理论和现实往往有差距,NB-36H在1957年底被正式退役并拆毁,美国这次尝试以失败告终。
苏联方面也在紧锣密鼓地做类似尝试。1955年,美国NB-36H首飞的同一年,苏联部长会议也通过了一个类似的决议,真正开始启动军用核动力飞机的研制。这一个项目由“之父”库尔恰托夫牵头,大型飞机设计局如图波列夫和米亚西舍夫等负责具体执行。苏联选择以图-95“熊”式轰炸机为基础进行改装。
1961年5月,苏联的试验平台图-95LAL成功首飞。从5月到8月,它密集进行了34次飞行试验。和美国的NB-36H一样,图-95LAL也把反应堆带上了天,但仍以常规发动机作为推进来源。苏联的设计在某些方面比美国更激进:他们把BBP型反应堆安装在弹舱内部,并在驾驶舱与动力舱之间增加了由铅和橡胶复合材料制成的两道密闭隔离门,以增强屏蔽效果。
在冷却方式和散热设计上,苏联也采取了不同的策略。美国P-1反应堆采用风冷,散热效率并不高;苏联的BBP反应堆改用液态钠作为冷却剂,这种冷却方式更复杂但热容量更大。此外,苏联还设计了一个挂在机身外的大型水箱,这个水箱靠风冷给冷却管道里的淡水降温,因此在飞机中后部形成了明显的外形突起,成为后来试验机的标志性特征。
需要说明的是,图-95LAL只是一个“飞行核实验室”,苏联的真正目标是做出实战化的图-119,它计划装上4台NK-14A型核动力涡桨发动机,原定在1965年首飞。苏联内部的核动力热潮比美国更广泛:米亚西舍夫设计局提出了M-60和M-30等方案,其中M-60甚至激进到取消了传统座舱玻璃,飞行员要通过潜望镜和电视来观察外部环境;拉沃奇金设计局在洲际巡航导弹的基础上研究核动力巡航导弹“375”;安东诺夫设计局还计划把安-22“安泰”运输机改装成核动力反潜机,代号“鹤”,并在1970年前后进行过约23次试飞试验。
但无论美苏谁更激进,这类项目最终都被现实的技术和风险逼回现实。核动力飞机被戏称为“飞行的切尔诺贝利”。两国为此投入了巨额资金:美国X-6项目曾花费超过10亿美元,苏联投入也相当巨大。为什么最终都撤销了?主要有三大技术与安全障碍把这些项目压垮了。
第一座“大山”是重量问题。为了屏蔽辐射,飞机必须背负几十吨的铅和其它重金属屏蔽材料,这使飞机的性能和载弹能力一下子就下降,几乎成了“飞行的铅块”。
第二座“大山”是散热。核反应堆运行会产生巨大的热量,如果堆芯温度超过约2000摄氏度,会发生熔化并导致灾难性后果。在地面或在海里的潜艇上可以依靠大量水体或海水散热,但飞机在万米高空没有这些方便的冷却资源。美国的风冷方案效果差强人意,苏联虽然采用了液态钠加挂外部水箱的复杂方案,但试验中也发现冷却不足、堆体容易过热的问题依旧严重。
第三座“大山”也是最致命的一点:安全风险。正如标题所暗示的,“起飞就从另一方面代表着开战”的危险性在于,一架配有核反应堆的轰炸机在和平时期如果发生坠毁,就可能引发类似切尔诺贝利的核污染灾难;如果在执行任务时被敌方击落,不论是否携带核武器,坠毁的反应堆都会造成严重放射性污染,这种污染可能会引起对方采取报复行动,从而把局部事件升级为全面核冲突。换言之,这类飞机本身就是一个移动的“脏弹”风险源。
此外,军事技术的发展也给核动力飞机判了“死刑”。正当美苏在五六十年代疯狂试验核动力飞机的时候,一种新兴武器——洲际弹道导弹(ICBM)迅速成熟并投入实战序列。洲际导弹飞得更快、射程更远、几乎不可拦截,而且打击的“成功率”和成本效益都优于轰炸机。相比之下,再怎么吹嘘“航程无限”的核动力轰炸机,速度慢、容易被战斗机或防空系统拦截,战略价值就大打折扣。既然用导弹就能更快、更便捷、更经济地实现核威慑,为何还要花费巨大代价去造一架慢、贵且随时有可能变成核污染源的“活靶子”?
因此,核动力轰炸机在实际投入到正常的使用中之前,已经被更实用的洲际导弹技术所取代。1961年,美国政府正式取消了“飞机核能推进计划”。苏联方面,图-119永远没实现量产起飞,安-22的核动力改装计划在1970年也宣告失败,曾经被称为“核盛宴”的一系列研究项目最终都无疾而终。
空中核梦想——冷战时期美、苏核动力轰炸机研发实验解密. 环球军事. 2009-06-16
最后的航空“核盛宴”冷战时期苏联研制核动力飞机揭秘. 兵器知识. 2013-08-01
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核动力飞机的研制前景. 中国核科学技术进展报告(第二卷). 2011-10-11