Luchtvaarthistorie: vliegen op atoomkracht

André Kesseler

2014-06-08 13:00:31

Elke zondag op de KIJK-site: een legendarische gebeurtenis of een opmerkelijk vliegtuig uit de luchtvaartgeschiedenis. Deze keer: de ontwikkeling van kernbommenwerpers.

Enrico Fermi, een van de vaders van de Amerikaanse atoombom, zag het in 1942 al helemaal voor zich. Vliegtuigen zouden niet meer worden aangedreven door ronkende verbrandingsmotoren, maar door kleine nucleaire reactors. Toen de Tweede Wereldoorlog eenmaal ten einde was en werd opgevolgd door ‘de Koude’, bloeide dat idee ineens weer op.

Kernreactor onder de motorkap

atomicrifle

Het was de Atomic Age en nucleair was nog een belofte voor de toekomst. Admiraals droomden over met atoomkracht aangedreven marineschepen, er zouden auto’s rond gaan rijden met een kleine kernreactor onder de motorkap, en de stroom voor de oven waarmee ‘moeder de vrouw’ haar taarten bakte, zou worden geleverd door mini-kerncentrale in de kelder.

Nucleaire bommenwerpers waren dus een heel logische gedachte. Vooral ook omdat de vliegtuigen van dat moment een nogal beperkte actieradius hadden en bijtanken in de lucht nog niet was ontwikkeld. Om bijvoorbeeld doelen diep in de Sovjet-Unie te kunnen bereiken, moesten de toestellen verschillende tussenlandingen maken. Bovendien wilden beide grootmachten bommenwerpers in de lucht kunnen hangen om, als de aartsvijand in de aanval zou gaan, meteen terug te kunnen slaan. Nucleaire vliegtuigen hoefden nooit te worden bijgetankt en konden desnoods wekenlang rond blijven cirkelen.

Radioactief sproeien 

Al in mei 1946 werd daarom, met 10 miljoen dollar van de Amerikaanse Luchtmacht, begonnen aan het Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft-project (NEPA) dat onder meer onderzoek deed naar een geschikte reactor. Dat leverde in 1949 drie prototypes op: HTRE oftewel Heat Transfer Reactor Experiment 1 tot en met 3. De eerste en de derde waren Direct Air Cycle-reactors gebouwd door General Electric; nummer twee was de Indirect Air Cycle van Pratt & Whitney.

Aircraft_Reactors_Arco_ID_2009

De twee oorspronkelijke proefreactoren HTRE 3 (links) en HTRE 1 (rechts) staan tentoongesteld bij het Idaho National Laboratory.

Uiteindelijk werd gekozen voor de met vloeibaar zout gekoelde HTRE-3. Hij zoog buitenlucht aan met een compressor (de grote fan uit een straalmotor) en perste die via een compressiekamer rechtstreeks door de reactorkern, waar de lucht tot meer dan 1000 graden Celsius werd verhit. Vervolgens werd de superhete lucht weer naar de straalmotor geleid, verder samengeperst en via de straalpijp aan de achterkant van de motor uitgestoten zodat het vliegtuig werd voortgestuwd.

De HTRE-3 had een klein nadeeltje. Doordat de lucht door de reactorkern werd gejaagd, raakte hij radioactief besmet. Het vliegtuig met zo’n kernreactor aan boord zou dus continu radioactief materiaal over de wereld uitstrooien. In de HTRE-2 werd dat voorkomen door een warmtewisselaar te gebruiken. Dat zorgde echter voor een veel complexer en veel zwaarder systeem. En vooral dat laatste was ‘nogal een dingetje’ tijdens de ontwikkeling van de kernbommenwerper.

Loden platen

Eind 1951 besloten de Amerikanen om een testvliegtuig te bouwen. Gekozen werd voor een Corvair B-36, met een lengte van een kleine 50 meter en een spanwijdte van dik 70 meter voor die tijd een heel fors toestel. De reactor, goed voor 1 megawatt,  werd in het achterste bommenruim geschoenlepeld. Vervolgens begonnen de technici met het aanbrengen van allerlei schilden die de bemanning moesten beschermen tegen de enorme dosis straling die de HTRE-3 produceerde. De hele cockpit werd vervangen door een nieuw, 11 ton wegend exemplaar (foto hieronder), voorzien van zware loden platen, rubber matten en watertanks. Alles om maar zo veel mogelijk straling op te vangen van de reactor, die overigens zelf ook was omhuld door allerlei schilden.

nb36h-cockpita

En zo kon de B-36, inmiddels omgedoopt tot de NB-36 (met de N van nuclear), de lucht in. Om de risico’s tijdens start en landing zoveel mogelijk te beperken, was de Corvair niet alleen uitgerust met twee nucleair aangedreven krachtbronnen, maar ook met twee conventionele motoren. Tussen de zomer van 1955 en het najaar van 1957 maakte het toestel 47 testvluchten, waarbij de reactor wel draaide, maar geen vermogen leverde. Als de bommenwerper eenmaal uitontwikkeld en operationeel inzetbaar was, zou hij op de conventionele motoren het luchtruim kiezen. Pas als het toestel op een veilige hoogte vloog en de reactor was opgestart, schakelde de piloot over op nucleaire aandrijving.

Ondanks de belofte van nucleair, was men zich schijnbaar wel erg bewust van de gevaren van zo’n kernbommenwerper. Tijdens alle 47 testvluchten vloog er namelijk een militair toestel vol mariniers mee om in geval van een crash razendsnel het rampgebied af te kunnen zetten. En de zorgen over de gevolgen van een ongeluk, waarbij flinke delen van de staten New Mexico en Nevada radioactief besmet zouden raken, werden steeds groter. Er gingen dan ook steeds meer stemmen op om de ontwikkeling stop te zetten.

NB-36H_with_B-50,_1955_-_DF-SC-83-09332

Maar eind 1958 kreeg het project uit onverwachte hoek de wind in de rug. In het decembernummer van het ook toen al toonaangevende blad Aviation Week stond een artikel met de kop ‘Soviets flight testing nuclear bomber‘. Volgens het artikel beschikte de Sovjet-Unie al over een nucleair aangedreven bommenwerper. Het toestel zou zes maanden geleden zijn afgebouwd en inmiddels minstens twee maanden in de buurt van Moskou rondvliegen. Verschillende buitenlandse waarnemers uit zowel communistische als niet-communistische landen zouden het toestel hebben gezien.

In Washington ging men er naar aanleiding van het artikel van uit dat de Russen op het gebied van nucleair aangedreven bommenwerpers drie tot vijf jaar op de VS voorlagen. Later bleek het verhaal een hoax. Na analyse van allerlei foto’s werd duidelijk dat het toestel dat de buitenlandse waarnemers hadden gezien een prototype was van een conventionele bommenwerper, de Mjasisjtsjev M-50 (NAVO-codenaam Bounder), dat overigens nooit een bruikbaar toestel heeft opgeleverd.

De stekker eruit

us_nuke_titan1_04

Een Titan I-kernraket, waarvan de Amerikanen er in silo’s over grote delen van de VS 54 van klaar hadden staan, wordt gelanceerd.

Na welgeteld 469.350.000 dollar hadden de Amerikanen in 1960 eindelijk een werkend prototype van het nucleair aangedreven vliegtuig klaar. En toen besloot de pas verkozen president Kennedy om het project stop te zetten. Daar waren verschillende redenen voor. Het gevaar van een crash ergens in de VS, met alle gevolgen van dien, was er een van. Maar veel belangrijker was de opkomst van intercontinentale ballistische raketten (ICBM’s) die, geladen met kernkoppen, veel effectiever de Sovjet-Unie konden bestoken dan bommenwerpers. Bovendien waren raketten veel goedkoper om te bouwen en te onderhouden dan een paar honderd ‘kern-bommenwerpers’.

Pas veel later werd duidelijk dat ook de Russen al jaren aan een eigen nucleaire bommenwerper hadden gewerkt. Dat leidde onder meer tot de omgebouwde Toepolev 95M, die daarna de Toepolev 95LAL werd genoemd (LAL staat voor Letayushchaya Atomnaya Laboratoriya oftewel vliegend nucleair laboratorium). De omgebouwde Tu-95 maakte tussen 1961 tot 1969 meer dan veertig vluchten, waarbij de VVRL-100-reactor, in tegenstelling tot het Amerikaanse testtoestel, wel voor een deel van de voortstuwing zorgde. Maar tijdens de tests werd voornamelijk gekeken naar de effectiviteit van de stralingsschilden in het toestel.

1356405030_30a7s77

De Toepolev 95LAL was de Russische versie van de kernbommenwerper. De reactor zat weggewerkt in het bommenruim, onder het bultje op de rug van het toestel.

Bij vliegtuigbouwer Toepolev waren ze schijnbaar wat realistischer dan de Amerikanen. Ze gingen er tijdens het begin van het project, medio jaren vijftig, van uit dat het eerste toestel pas eind jaren zeventig, begin jaren tachtig operationeel inzetbaar zou zijn. Na de redelijk succesvolle tests met de Toepolev 95LAL werd nog even nagedacht over een nieuw prototype, maar uiteindelijk ging het Russische project om dezelfde reden ten onder als het Amerikaanse: de komst van de ICBM’s. En ook die zijn gelukkig nooit gebruikt…

Bronnen: MerkleWikipediaCentury of Flight

Beeld: U.S. Air Force, Toepolev

‘Toegift’

De Amerikanen trokken in 1960 weliswaar de stekker uit het kernbommenwerperproject, maar een ander ‘nucleair vliegproject’ werd wel doorgezet. Onder de naam Project Pluto werkten wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory namelijk nog jaren aan nucleaire aandrijving voor een nieuw type kruisraket: de Supersonic Low-Altitude Missile (SLAM).

184342-slam-8590215556942538143

De bedoeling was dat de SLAM-raketten met drie keer de geluidssnelheid zo ongeveer op boomtophoogte richting de Sovjet-Unie werden geschoten. Eenmaal in de buurt zouden ze dan desnoods uren lang rond blijven cirkelen om vervolgens op commando de kernkoppen aan boord te lossen en daarmee verschillende doelen uit te schakelen.

De SLAM-raket moest een soort ramjet worden, waarbij door de eigen snelheid lucht naar binnen werd geperst (vandaar ram-jet). Die werd vervolgens met de kleine kernreactor verhit en vervolgens aan de achterkant met kracht uitgestoten. Klinkt eenvoudig genoeg, was het niet. Om een raket te bouwen die dat soort ‘trucjes’ kan, moesten de wetenschappers namelijk compleet nieuwe metalen en stuursystemen ontwikkelen die bestand waren tegen de extreem hoge temperaturen in de raketmotor. Bovendien moest de reactor het lang genoeg volhouden om minimaal 11.000 kilometer richting een potentieel doel te vliegen en dan ook nog uren, dagen of misschien zelfs wekenlang in de lucht te blijven. Theoretisch kan dat. Maar de praktijk bleek een stuk weerbarstiger.

Tory_II-C_nuclear_ramjet_engine

Uiteindelijk leidden alle inspanningen tot de Tory-IIA, die op 14 mei 1961 een paar seconden ‘vuurde’ en nog eens drie jaar later draaide een nieuw prototype (men was intussen bij Tory IIC; zie foto hierboven) ruim vijf minuten op vol vermogen. Maar tegen die tijd was het voortijdig einde van het project al in zicht. De U.S. Air Force was namelijk al begonnen met het in gebruik nemen van Atlas- en Titan-ICBM’s die doelen ver in de Sovjet-Unie uren eerder konden bereiken dan de laagvliegende reactoren. En een Titan kostte per schot ‘maar’ 1,5 miljoen dollar, terwijl een SLAM, dat volgens de critici stond voor slow, low, and messy, al gauw 50 miljoen kostte.

Niet lang daarna besloot het Pentagon dan ook om het project te stoppen. De schade was opgelopen tot 260 miljoen dollar. Veel geld voor een raket die nooit een meter heeft gevlogen.







Podcast KIJK en luister via JUKE



Meer Artikelen