Por que as aeronaves não usam propulsão nuclear?

TL; dr - muito pesado: -)

Não é apenas uma boa fonte de energia para algo como uma aeronave.

A energia nuclear é excelente para os casos em que você precisa de saída contínua por um longo período de tempo, por exemplo, um satélite, que ficará lá por anos sem manutenção ou reabastecimento. Uma quantidade muito pequena de material nuclear em um RTG como os da Voyager 1 e 2 pode fornecer energia térmica que pode ser usado para alimentar o satélite. Este modelo funciona neste caso de uso porque a única alternativa real (energia solar) não está nem perto da saída necessária, pois a nave Voyager se afasta cada vez mais do Sol.

Além disso, os submarinos são um bom caso de uso - se você permanecer sob o mar por meses ou mesmo anos, diesel ou qualquer coisa que use oxigênio não é adequado, então uma usina nuclear é ideal.

Mas enquanto para um satélite a unidade de energia pode ser muito pequena já que a potência de saída real é pequena, para alimentar um avião ou um submarino você precisa de uma grande usina de energia, e isso também requer muita proteção (como efeito colateral da reação nuclear é a radiação ...)

Em um submarino, tudo bem - o peso pode ser resolvido, mas o peso de um avião é fundamental. Você simplesmente não pode fazê-lo de forma eficiente e segura. Você precisa de uma blindagem que consiga lidar com uma queda - que será maciçamente pesada, para que você não tenha carga de passageiro ou carga sobrando.

    

Em grande medida, não foi revivido porque o único caso de uso realista tornou-se obsoleto. Os EUA e a URSS estavam interessados em bombardeiros de longo alcance movidos a energia nuclear. O plano era ter uma frota de bombardeiros vagabundeando no Ártico, de modo que, se o armagedon nuclear fosse necessário, eles já estariam a meio caminho do alvo. Eles também seriam muito difíceis de destruir como parte de um primeiro ataque, já que eles estariam fora do alcance dos combatentes inimigos e amplamente dispersos. Um avião movido a energia nuclear não precisaria reabastecer, então a limitação no comprimento da missão seria basicamente a resiliência da tripulação. Com a equipe de socorro a bordo, você pode facilmente imaginar uma missão que dura muitos dias. Tudo isso daria uma dissuasão nuclear confiável.

No entanto, o advento dos mísseis terra-ar de alta altitude no final da década de 1950 fez com que qualquer primeiro ou segundo ataque com bombardeiros fosse vulnerável às defesas aéreas do inimigo. Como resultado, os mísseis tornaram-se o método de entrega preferido para os recursos de primeiro e segundo ataques. A sobrevivência contra um primeiro ataque foi agora assegurada por ter silos amplamente dispersos em terra e mísseis em submarinos.

Reconhecimento é o único outro aplicativo em que posso pensar para um avião que pode estar no ar por vários dias de cada vez. Mas isso ainda é vulnerável às defesas antiaéreas e a missão de reconhecimento também estava se movendo em direção a outra plataforma (satélites) do final dos anos 1950.

Para qualquer coisa em que você não precise de muita resistência, a energia nuclear não faz muito sentido. Os dois principais problemas são a inevitabilidade de colisões e peso. O B-36 que foi modificado como um testbed tinha um módulo de cabine blindado de 12 toneladas e pelo menos cinco toneladas de chumbo entre isso e o reator, junto com tanques de água que agiam como proteção e resfriamento. Tudo isso é pesado (e precisa estar perto dos motores), então ele precisa estar no meio do avião. Então, se você quisesse construir um avião de propulsão nuclear (por exemplo, para voos non-stop Europa – Austrália / Nova Zelândia), precisaria de outro escudo atrás do reator e o reator e a blindagem diminuiriam seriamente o tamanho do passageiro cabine e, portanto, receita potencial.

No lado positivo, você economizaria carregando 150 toneladas de querosene em seu voo de longa distância, mas parece que a energia nuclear ainda é mais pesada no geral. Por exemplo, havia planos para construir uma pista de 15.000 pés na Carswell AFB para permitir o proposto Convair X-6 para decolar. Para comparação, mesmo nos grandes aeroportos comerciais, as pistas mais longas tendem a estar na faixa de 10 a 13.000 pés.

    

Porque não havia nenhum objetivo prático que tal aeronave teria servido. Primeiro e mais importante, as preocupações de segurança sobre tal projeto de aeronave tornariam seu uso na aviação civil mais ou menos impossível, especialmente quando mais e mais países estão evitando a energia nuclear.

Isso deixa os militares. Existem alguns problemas com esse aplicativo. O mais importante deles seria o peso. O custo em peso para proteger a tripulação aérea e as armas (que, por padrão, teriam que ser nucleares), seria proibitivo. Por exemplo, a primeira (e única) aeronave “nuclear”, a Convair NB-36H , tinha um blindado de 11 toneladas cockpit.

Especial cockpit blindado sendo instalado no NB-36H; imagem de aviation-history.com

Isso é cerca de um terço da carga útil da aeronave. Adicione isto à blindagem do reator, e a aeronave não teria nenhuma carga útil significativa. Mesmo no caso de navios, os de propulsão nuclear vêm com penalidade de peso signi fi cativa, economizada apenas pelo baixo custo de combustível (e espaço) associado a ela.

Existe um custo significativo associado à manutenção de armas nucleares e sua manutenção segura, o que seria proibitivo para uma frota de aeronaves nucleares. A USAF afundou quase um bilhão de dólares na aeronave nuclear sem nada para mostrar. Mísseis com ponta nuclear são mais rentáveis e mais resistentes que essas bestas pesadas no ar.

A única virtude de uma aeronave nuclear é seu alcance e resistência virtualmente ilimitados, o que só é útil no caso de bombardeiros estratégicos em patrulha contínua com armas nucleares de queda livre, que não têm significado hoje (ironicamente, devido a submarinos nucleares com mísseis). Avanços em aeronaves e propulsão resultaram em um número de aeronaves com alcance de > 10.000, o que é mais que suficiente para todos os fins práticos e pode ser estendido através de reabastecimento ar-ar.

Mesmo que todas estas questões tecnológicas sejam superadas, as aeronaves com propulsão nuclear seriam um exagero - não faz sentido ter uma aeronave de alcance ilimitado e a resistência é a que a tripulação não pode comer - mesmo em caso de submarinos nucleares, a comida é o recurso crítico. A propulsão nuclear pode ser usada em uma embarcação interestelar, que requer fornecimento de combustível por muito tempo, com severas limitações de massa e volume de combustível, mas, no caso de uma aeronave, não teria utilidade.

    

E se a aeronave nuclear falhar? Seria quase impossível projetar um reator que pudesse resistir a um impacto de mais de 500 km / he fazer uma séria bagunça de radiação para tentar limpá-lo.

O motor de 'ciclo direto', onde o ar é aquecido diretamente pelo reator, irradia o ar e deixa um rastro radioativo atrás dele. Tanto o TU95LAL soviético quanto o míssil de cruzeiro nuclear SLAM dos EUA tinham planos para um motor de ciclo direto. Com o SLAM, a trilha radioativa foi considerada parte do armamento. É claro que nenhum dos lados explicou como eles poderiam proteger seu povo em torno da área onde tal monstruosidade seria lançada.

O Convair NB36H tinha planos para um motor de ciclo indireto, que não deixava rastros radioativos, mas nunca avançou além do estágio de transportar um reator operacional no ar.

No final, a perfeição do reabastecimento aéreo na década de 1950 tornou obsoleta a necessidade do alcance extra que uma aeronave nuclear prometia, enquanto as complexidades e os perigos potenciais nunca foram totalmente resolvidos.

    

Já temos ótimas respostas aqui, mas eu também gostaria de adicionar ...

Nos anos 50, era a era atômica. Nós pensamos que dividir o átomo era a melhor coisa desde o pão fatiado. Mas isso foi em um momento em que nós, como seres humanos, não fazíamos ideia dos efeitos a longo prazo da radiação e do envenenamento por radiação. Realmente não foi até uma década desde o lançamento das bombas na Segunda Guerra Mundial que os efeitos a longo prazo se tornaram aparentes e foram simplesmente horríveis. Nesse meio tempo, tínhamos feito todos os tipos de testes acima do solo com "voluntários" nas trincheiras expostas à radiação de explosão e precipitação .

Até que acordamos, surgiram todos os tipos de idéias fantasiosas que hoje diríamos ridículas. Entre eles estava a noção de colocar um reator dentro de uma aeronave e voar sobre áreas habitadas.

Hoje sabemos melhor, e a probabilidade de alguém fazer uma coisa dessas, exceto talvez por algum drone remoto voar sobre o oceano, talvez seja zero a zero. Pelo menos nas nações desenvolvidas.

Havia outras idéias estranhas na época também. O aquecimento por microondas foi descoberto naquela época também. Alguém pensou que poderíamos aquecer nossas casas com microondas em vez de fornos. A casa estaria fria, mas nossos corpos seriam muito quentes.

O ponto é quando a nova tecnologia vem sozinha, as pessoas geralmente tentam usá-lo de maneiras novas e diferentes. Não é até mais tarde que um teste de sanidade entra em ação.

    

As respostas existentes já cobriram bem o peso, a falta de necessidade e as preocupações com segurança de acidentes, mas há também um motivo adicional, especialmente para aviões civis: o seqüestro. Proteger um reator nuclear em uma usina é viável porque fica em um lugar e podemos construir cercas e muros ao redor dele com segurança armada. Embora submarinos e porta-aviões não sejam estacionários, qualquer um que tentar atacar um para obter seu material físsil terá um dia muito ruim no lado errado de uma arma naval (ou torpedo, míssil, etc.)

Infelizmente, a história nos mostrou que seqüestrar um avião é muito mais fácil do que atacar um grupo de batalha ou uma usina nuclear. Se começássemos a colocar quantidades significativas de material físsil a bordo de aviões, países ruge ou grupos terroristas que buscassem esse material teriam mais incentivo para seqüestrar aviões comerciais para adquirir o combustível. Considerando os cantos remotos do mundo que os aviões de passageiros devem visitar, tanto para carga como para passageiros, não seria muito difícil seqüestrar vários deles em curto espaço de tempo ou possivelmente até mesmo roubar o combustível deles enquanto estavam sentados em alguma rampa remota. Em relação a outras formas, quantidades significativas de material físsil podem ser adquiridas, isso seria bastante simples.

Além disso, se alguém tentasse outro ataque no estilo 11 de setembro, o avião seria agora uma bomba suja gigante. Não é bom.

    

Juntamente com todas as outras razões, há outra - reatores nucleares contêm muita energia mas não são tão bons em potência .

Uma aeronave decola usando 100% de aceleração. Depois de chegar ao cruzeiro, ele reduz a velocidade para algo em torno de 55 a 70%. Durante uma missão de guerra, eles acelerariam até 100%, basicamente instantaneamente.

Os reatores nucleares não não gostam de estrangular. Aquele perto da minha casa pode acelerar cerca de 15% durante um período de 24 horas. É possível fazer aqueles que são melhores que isso, como em submarinos nucleares, mas você começa a ficar cada vez mais complexo.

Então é aí que eles estavam nos anos 50, quando o Atlas estava começando a amadurecer. Por que se preocupar com toda essa complexidade quando você pode ter a mesma bomba apenas sentada em um silo pronta para ir quando você aperta um botão?

    

Podemos discutir isso em um nível muito geral, sem mergulhar em detalhes técnicos.

1. É extraordinariamente difícil operar com segurança um reator nuclear e seu combustível mesmo em terra; os acidentes são numerosos .
2. É mais difícil no mar e levou à liberação substancial de radioatividade no meio ambiente .
3. O nível de dificuldade envolvido na operação segura de um reator nuclear dentro das condições desafiadoras da aviação tripulada é proibitivo.

As condições da estrutura cada vez mais exigentes na sucessão "terra - mar - ar" aplicam - se não apenas ao reator, mas também ao próprio veículo. Em terra e no mar, a perda de propulsão ou alguns danos estruturais geralmente não são fatais (afinal, uma usina nuclear terrestre é estacionária); no ar, muitas vezes é.

Não é coincidência que, por exemplo, os contêineres de combustível usado sejam transportados por trem e caminhão, e não voando por aí, embora isso evite muitos problemas com os manifestantes.

    

Suponho que aviões movidos a energia nuclear nunca saíram do experimento por causa do medo de que um deles caísse no seu quintal. Um avião movido a vapor foi totalmente transportado pelo ar, o Steam Besler; a possibilidade de um reator nuclear impulsionando propulsores como no B-36, mas através de turbinas a vapor, parece realista. Um conceito similar foi usado para sondas interplanetárias, confiando no calor de isótopos radioativos para produzir energia. A URSS foi atribuída considerando um bombardeiro movido a energia nuclear, os EUA tentaram comprar o Saunders-Roe Princess para convertê-lo em energia nuclear, mas o barco voador foi severamente corroído pela falta de dinheiro para preservá-lo adequadamente.