Lendavad tuumareaktorid
Vello Kala
08.05.2011

Odavlennufirmade kiire areng viimasel kümnendil tekitas lootuse, et lennukuist saab lõpuks ometi odav igamehetransport. Mõneti on see nii ka läinud. Ent kiiresti tõusvad kütusehinnad ähvardavad kokkuhoiu olematuks muuta. Kas muutuvad lennujaamad taas rikaste ja ilusate klubideks, kuhu tavainimesel harva asja? Et see nii ei läheks, tuleb mõelda, kas lennukipetroolist ei saaks hoopis loobuda?

Iga uus asi olla hästi unustatud vana. Fossiilset kütust mitte kasutavate lennukite peale hakati mõtlema juba kuuekümne aasta eest. Tõsi, toona polnud sihikul kütuse kokkuhoid, vaid sõjalised kaalutlused. Tuumaenergiat kasutaval lennukil nähti olevat eeliseid, mida ükski muu jõuallikas pakkuda ei suudaks. Tavalise lennuki maksimaalselt võimalikku lennuaega mõõdetakse tundides. Tegemist on nokk kinni, saba lahti olukorraga: et kauem lennata, tuleks kaasa võtta enam kütust. See aga kaalub rohkem – ning lisakaal tuleks ka suurematest paakidest ja võimsamatest mootoritest. Tuumamootoriga lennukil seda muret poleks, tuumakütuse kadu reaktori töötades on imetilluke ning vähemalt teoreetiliselt võiks sellise jõuallikaga lennuk aastaid maandumata õhus tiirelda. Noh, aastaid piloodid ehk taevas viibida ei jaksaks, aga näiteks tuumaallveelaevad on patrullreisil tavaliselt kolm kuud.
Sõjaväelased leidsid, et kui varustada raskepommitajad tuumamootoriga, võiksid need pidevalt vaenlase piiride ümber tiirelda, et siis hetkel X varem valmis vaadatud sihtmärke ründama söösta.

Kaks võimalikku mootorit
Teise maailmasõja järel näis tuumaenergia võlukepikesena, mis lahendab kõik maised energiamured. Nii algasid ka tööd lennuki projekti kallal entusiastlikult. USAs konkureerisid õhujõudude tellimusele kaks projekti: General Electric töötas välja otsevoolu tuumamootori projekti, mille puhul mootorisse sisenev õhk läheb otse läbi tuumareaktori, paisub seal kuumenedes ning annab düüsidest välja paiskudes reaktiivjõu, mis lennukit edasi viib. Teine tuntud mootoritootja, Pratt & Whitney, töötas nn kaudse energiaülekandega mootori kallal. Nende nägemuses ei kuumenenud õhk mitte otse reaktoris. Reaktor paiknes mootorist väljaspool ning kuumutas mingit kerget sulametalli. Sulametalli vooluring käis läbi reaktori ja seejärel mootori, kus metall oma kuumuse mootorit läbivale õhule üle andis, et ise uuesti reaktorisse kuumenema jõuda. Selline lahendus oli keerulisem ja ebaefektiivsem, ent oht ümbritsevale keskkonnale oli mitu korda väiksem: kuna mootoriõhk otseselt reaktorit ei läbinud, olid heitgaasid märksa vähem radioaktiivsed kui otsevoolu tuumamootori puhul.

Läheb lahti!
Kolmas maailmasõda ei tundunud viiekümnendatel aastatel kuigi kaugel olevat ja nii rahaga ei koonerdatud – tööd tuumalennuki loomiseks algasid. General Electric pani oma poe püsti Evendale’is Ohios. Nendelgi olid oma argumendid: kuigi loodust saastav, oli otsevoolumootor tunduvalt lihtsama ehitusega, kergem, töökindlam ning ilmselt kiiremini konstrueeritav. Mootor põhines tavalisel reaktiivmootoril GE J47, millest kasutati kompressori- ja turbiiniosa: kompressor suunas sisseimetava õhu tuumareaktorisse, kus see kuumenes/paisus ning läbi mootori tagaosa turbiinide taas düüsidest välja lasti. Terve mootoriplokk koosnes siis tuumareaktorist ja kahest selle all rippuvast modifitseeritud J47-mootorist. Veel Teise maailmasõja kogemustega USA lennuväejuhid mõtlesid ilmselt hoopis enam Vene ohule kui radiatsioonihulgale, mida selline lennuk lehvikuna oma järel taevas vedama hakanuks. Projekt sai koodnime ARE (Airctaft Reactor Experiment – lennukireaktori eksperiment) ja tööd algasid. Loodi kolm lennukile mõeldud reaktoritüüpi (HTRE 1,3 ja 3). 1955. aastal jõudis General Electric prototüüpmootori valmimiseni, mida saanuks juba lennukile paigaldada.

Pratt & Whitney rajas oma tootmisbaasi Middletowni Connecticuti osariigis. Selle firma mootor olnuks hoopis loodushoidlikum. Paraku olid tehnilised probleemid pea ületamatud: tuli ju luua pumbad, klapid ja kõik muu vedela metalli käsitsemiseks – ning kaalulimiitides, mis lennunduses kasutusel. Nii juhtus, et kuigi Pratt & Whitney projekt lõi „kõrvalsaadusena” hulga uusi tehnoloogiaid kõrge temperatuuri mehaanika vallas, ei jõudnud projekt lennuvalmis prototüübi loomisele lähedalegi.

Tuumalennuk võtab ilmet
Mootori enda loomine ei tähendanud siiski, et mured oleksid nüüd murtud. Kui globaalne loodushoid kindraleid ehk ei huvitanudki, siis seda enam olid nad mures lendurite pärast, kes piltlikult öeldes pidid tuumareaktoril ratsutama hakkama. Mõistagi on tuumareaktorit võimalik ohutult isoleerida – ideaalne selleks on näiteks ülipaks pliikate. Ent lennumasina puhul tuli mõte massiivsetest seatinaplaatidest mõistetavalt kohe unustada.
Tuumapommitaja katseeksemplar ehitati pommitaja B-36 baasil. Olulisim muutus toimus lennuki ninaosas – senine piloodikabiin koos sinna juurde kuuluva avioonika ja seadmetega asendati 12 tonni kaaluva kapsliga, mida kiirguse eest varjas tinafooliumist ja kummikihtidest kate. Kapsli ja reaktorite vahele seati veel veepaagid, mis kiirgusohtu omakorda vähendasid. Ruumi, kus lennukis B-36 asus tavaliselt pommivaru, täitis nüüd tuumareaktor. Lennuk sai tüübitähiseks NB-36 ehk tuumamootoriga (Nuclear) B-36. Muide, NB-36 torkas silma kiire mootorihoolde võimalusega: lennuk konstrueeriti nii, et reaktor tõstetakse lennuki pommiruumi alles stardi eel ning eemaldatakse, kui lennuk on maandunud.
General Electric oli oma mootori selleks ajaks juba prototüübi tasemele viimistlenud. Jõuallikas sai nimeks ASTR (Aircraft Shield Test Reactor – radiatsioonikaitse katsereaktor). Nimelt soovisid lennuki loojad kõigepealt veenduda, et pilootide kiirguse eest kaitsmine on üldse võimalik. NB-36 katselendude ajal reaktor töötas, ent polnud ühenduses mootoriga – kogu tekkiv kuumus lasti lihtsalt atmosfääri hajuda. NB-36 tegi niimoodi 1955.–1957. aastail 47 katselendu ja oli õhus kokku 215 tundi. See oli ainus kord, kui USA tuumamootoriga lennuki loomise programmi raames töötav reaktor tõepoolest lendas. Kuna see aga lennukit ei jõustanud, ei ole NB-36t siiski päris korrektne tuumalennukiks nimetada.

Uued mõtted ja … STOPP
Paralleelselt töödega B-36 tuumalennukiks konverteerimise kallal liikusid USA lennukikonstruktorite mõtted ka juba uute plaanide juures. Nimelt hakkas B-36 moraalselt vananema, USA otsis uut strateegilist pommitajat. Kandidaatideks olid Convairi YB-60 ja Boeingi YB-52. Teame, et lõpuks jäi peale Boeingu lennuk, mis B-52na moodustab tänaseni olulise osa USA õhujõudude pommilennuväest. Ent toona näis tuumalennuki ehitajatele perspektiivsem Convair B-60. Hoopis pretensioonikam oli Northropi nägemus: tuumamootorit pakuti hiiglaslikule vaidtiib-pommitajale. Ent peagi sai selgeks, et kontinentidevaheliste ballistiliste rakettide kiire areng jätab tuumamootoriga superpommitajad ilmselt tööta. Teine ja otsustav põhjus oli üldsuse vastuseis ringilendavate tuumareaktorite suhtes – mis juhtub, kui selline alla kukub?!? Ning ka rahvusvahelises plaanis hakati aina enam kõnelema atmosfääri radioaktiivsete jäätmetega saastavate projektide keelustamisest. 1961. aastal pandi kogu tuumalennuki projekt kalevi alla.

Tuumalennuki taassünd?
Aastakümneid ei kõneldud tuumalennukeist midagi. Tuumaenergia oli üldsuse ebasoosingus, paljud maad loobusid isegi tuumaelektrijaamadest – eriti pärast Tšernobõli katastroofi. Ent tavakütuse pidev kallinemine on sundinud muu hulgas ka tuumaenergiale uue pilguga vaatama. Tuumaelektrijaamu kerkib taas nagu seeni ja pole siis ehk ka üllatus, et välja on ilmunud ka uus idee tuumaenergiat kasutavast lennumasinast. Nimel töötatakse USAs mehitamata luurelennuki projekti kallal, mida peaks jõustama tuumamootor. Seekord pole siiski jutt taevasse tõstetavast tuumareaktorist – ohutusprobleemid oleksid sellisel juhul ilmselt ületamatud. Ent jänkiinsenerid usuvad, et lendamiseks võib tuumaenergiat saada ka märksa ohutumal viisil. Nimelt on leitud, et teatud hulk hafniumi aatomituumi sisaldavad tavapärasest kõrgemal energeetilisel tasemel asuvaid neutroneid ja prootoneid. Röntgenkiirte toimel hüppavad need prootonid ja neutronid tavatasemele, vabastades sealjuures olulise hulga energiat. Vähemalt teoorias võib hafniumikristallide kogumist vallanduda sadu kordi enam energiat, kui sama massiga keemilisest kütusest – see tähendaks, et sellise jõuallikaga lennuk võiks õhus püsida mitte tunde, vaid nädalaid ja kuid. Ning mis veel meeldivam, hafniumikristallid töötavad sellise lahenduse puhul nagu akud – maandunud lennuki hafniumivaru saaks uuesti ergastada ja piloodita luurelennuki uuele kuudepikkusele lennule saata.
Võrreldes tuumareaktoriga on hafniumpatarei muidugi väga ohutu seade. Samas – radioaktiivne on ta sellegipoolest. Kas tuleks alla kukkunud hafniumlennukit käsitleda nagu rünnakut „räpase pommiga”? Selliseid seisukohti on juba avaldatud. Nii et tuumalennuki saatus on pigem poliitikute käes – füüsikud võiksid selle juba lähitulevikus lendama panna.

Sarnased artiklid