Varför använder flygplan inte kärnkraftframkallning?

TL; dr - för tung: -)

Det är bara inte en bra energikälla för något som ett flygplan.

Kärnkraft är utmärkt för tillfällen där du behöver kontinuerlig produktion över en lång tidsperiod, till exempel en satellit som kommer att finnas där i flera år utan underhåll eller tankning. En mycket liten mängd kärnämne i en RTG som de som på Voyager 1 och 2 kan ge värmeenergi som kan användas för att driva satelliten. Denna modell fungerar i det här användningsfallet eftersom det enda verkliga alternativet (solenergi) inte har någonstans nära den utmatning som krävs eftersom Voyager-båten flyger längre bort från solen.

Även ubåtar är ett bra användningsfall - om du är kvar under havet i flera månader eller till och med år åt gången, är diesel eller något som använder syre inte lämpligt, så ett kärnkraftverk är idealiskt.

Men för en satellit kan kraften vara mycket liten, eftersom den faktiska effekten som krävs är liten för att driva ett flygplan eller en ubåt du behöver en stor kraftverk, och det kommer också att kräva mycket avskärmning (som en bieffekt av kärnreaktion är strålning ...)

På en ubåt, det är okej - tyngd kan hanteras, men på ett flygplan är vikt viktig. Du kan bara inte göra det effektivt och säkert. Du behöver avskärmning som kan klara av en krasch - som kommer att bli massivt tung, så du kommer inte att ha någon nyttolast för lastbilar eller laster kvar.

I stor utsträckning blev det inte återupplivat eftersom det enda realistiska användningsfallet blev föråldrat. USA och Sovjetunionen var båda intresserade av atomdrivna långdistansbomber. Planen var att få en flotta bombbomber i Arktis så att de skulle vara halvvägs mot målet, om kärnvapenarmageddon krävdes. De skulle också vara mycket svåra att förstöra som en del av en första strejk, eftersom de skulle vara utom räckhåll för fiendens kämpar och spridda i stor utsträckning. Ett kärnkraftigt plan skulle inte behöva tankas, så begränsningen på uppdragslängden skulle i grunden vara besättningsmotståndskraft. Med lättnadsbesättning ombord kan du lätt föreställa dig ett uppdrag som varar i många dagar. Allt detta skulle ge en trovärdig nukleär avskräckning.

Tillkomsten av höghöjdsöver-och-flyg-missiler i slutet av 1950-talet menade dock att varje första eller andra strejk med bombare skulle vara sårbar mot fiendens luftförsvar. Som ett resultat blev missiler den föredragna leveransmetoden för både första och andra strejkfunktioner. Överlevnad mot en första strejk säkerställdes nu genom att ha vitt spridda silor på land och missiler på ubåtar.

Reconnaissance är den enda andra applikationen jag kan tänka mig på ett plan som kan ligga över flera dagar i taget. Men det är fortfarande sårbart för anti-flygplan försvar och rekonstruktionen flyttade också mot en annan plattform (satelliter) från slutet av 1950-talet.

För allt där du inte behöver stor uthållighet, ger kärnkraft inte mycket mening. De två största problemen är oundvikligheten av kraschar och vikt. Den B-36 som ändrades som testbädd hade en 12 tonskärmad cockpitmodul och minst fem ton leda mellan det och reaktorn tillsammans med tankar av vatten som fungerade som både skärmning och kylning. Allt detta är tungt (och måste vara nära motorerna) så det måste vara mitt i planet. Så, om du vill bygga en kärnväxlad flyglinje (t.ex. för non-stop-flygningar mellan Europa och Australien / Nya Zeeland), skulle du behöva en annan sköld bakom reaktorn och reaktorn och skärmen skulle allvarligt minska passagerarens storlek stuga och därmed potentiella intäkter.

På plussidan skulle du spara 150 ton fotogen på din långdistansflyg, men det verkar som att kärnan fortfarande är tyngre överallt. Till exempel var det planer på att bygga en 15.000ft bana vid Carswell AFB för att tillåta den föreslagna Convair X-6 att ta av. För jämförelse, även vid stora kommersiella flygplatser, tenderar de längsta banorna att ligga inom området 10-13 000 ft.

Eftersom det inte fanns något praktiskt syfte skulle ett sådant flygplan ha tjänat. Först och främst skulle säkerhetsproblemen i fråga om en sådan luftfartsdesign göra användningen av den civila luftfarten mer eller mindre omöjlig, särskilt när fler och fler länder skjuter bort från kärnkraft.

Detta lämnar militären. Det finns en hel del problem med en sådan applikation. Den viktigaste av dessa skulle vara vikten. Kostnaden i vikt för att skydda flygplanet och vapnen (som vanligtvis skulle vara kärnkraft) skulle vara oöverkomligt. Till exempel hade det första (och enda) "kärnvapenflygplanet" Convair NB-36H en 11 ton avskärmad cockpit.

SpeciellskärmadcockpitinstallerasiNB-36H;bildfrån luftfartshistoria.com

Det är ungefär en tredjedel av flygplans nyttolast. Lägg till detta i reaktorskärmningen, och flygplanet skulle inte ha någon meningsfull nyttolast. Även om det gäller fartyg, kommer de kärnkraftsdrivna med signifikant viktbegränsning, som endast sparas av låga bränslekostnader (och utrymme) som är förknippade med det.

Det finns en betydande kostnad förknippad med att upprätthålla kärnvapen och säkert behålla dem, vilket skulle vara otillåtet för en flotta av kärnkraftsflygplan. USAF sänkte nästan en miljarder dollar i kärnvapnet utan att visa något för det. Nukleära tippade missiler är mer kostnadseffektiva och mer överlevande att dessa lammande djur i luften.

Ännu är alla dessa tekniska problem övervinnas, kärnkraftdrivna flygplan skulle vara en överkill - det är ingen sak att ha ett flygplan med obegränsad räckvidd och uthållighet är att besättningen inte kan äta - även vid atomubåtar, mat är den kritiska resursen. Kärnframdrivning kan användas i ett interstellartfartyg som kräver mycket bränsleförsörjning under mycket lång tid med allvarliga begränsningar i bränslemassa och volym, men i händelse av ett flygplan skulle det inte vara till nytta.

Vad händer om det kärnkraftiga flygplanet kraschar? Det skulle vara nästan omöjligt att designa en reaktor som kan klara en 500 + mph-effekt, och du skulle få en seriös strålningssprängning för att försöka rensa upp.

Motorn "Direktcykel", där luft uppvärms direkt av reaktorn, bestrålar luften och lämnar ett radioaktivt spår bakom det. Både sovjetiska TU95LAL och USA SLAM kärnkryssningsmissil hade planer för en direktcykelmotor. Med SLAM blev den radioaktiva spåret ansedd som en del av vapnet. Naturligtvis förklarade ingen sida helt hur de kunde skydda sitt folk runt området där en sådan monstrosity skulle lanseras.

Convair NB36H hade planer för en indirekt cykelmotor, som inte lämnade ett radioaktivt spår, men det gick aldrig utöver scenen för att dra en operativ reaktor uppåt.

I slutändan försvann perfektion av flygbränsle på 1950-talet behovet av det extrautbud som ett kärnkraftdrivna flygplan lovade, medan komplexiteten och potentiella faror aldrig helt löstes.

Redan stora svar här men jag skulle också vilja lägga till ...

På 50-talet var det atomåldern. Vi trodde att splittringen av atomen var den bästa saken sedan skivat bröd. Men det var på en tid då vi som människor inte hade någon aning om de långsiktiga effekterna av strålning och strålförgiftning. Det var verkligen inte förrän ett decennium hade gått sedan bomberna släpptes under andra världskriget att de långsiktiga effekterna blev tydliga och helt enkelt hemskt. Under tiden hade vi gjort alla typer av markundersökningar med "volontärer" i grävningarna utsatta för sprängstrålning och nedfall .

Innan vi vaknade till det kom alla slags fantasifulla idéer upp som vi idag skulle säga är löjliga. Bland dessa var tanken att sätta en reaktor inuti ett flygplan och flyga över befolkade områden.

Idag vet vi bättre, och sannolikheten för att någon gör en sådan sak, förutom kanske för en del avlägsen drone att flyga ut över havet kanske är noll till ingen. Minst i utvecklade länder.

Det var också andra konstiga idéer också. Mikrovågsuppvärmning upptäcktes också i den tiden. Någon trodde att vi kunde värma våra hem med mikrovågor istället för ugnar. Huset skulle vara kallt, men våra kroppar skulle vara toasty varmt.

Poängen är när ny teknik kommer ensam, försöker folk brukar använda den på nya och olika sätt. Det är inte förrän senare att en sanity check sparkar in.

Jag antar att kärnkraftsflygplan aldrig gick från experiment på grund av rädslan en faller på din bakgård. Ett ångdriven flygplan gick helt luftburet, Besler Steam; möjligheten till en kärnreaktor drivande propellrar som i B-36, men genom ångturbiner, verkar realistisk. Ett liknande koncept användes för interplanetariska sonder, med utgångspunkt i värme från radioaktiva isotoper för att producera energi. Sovjetunionen tilldelades med tanke på en kärnkraftsdriven bomber, USA försökte köpa Saunders-Roe-prinsessan för att konvertera den till kärnkraft, men flygbåten var hård korroderad från brist på pengar för att behålla det.