Máy bay sử dụng năng lượng hạt nhân

Máy bay sử dụng năng lượng hạt nhân là một khái niệm về loại máy bay được thiết kế để hoạt động bằng năng lượng hạt nhân. Mục tiêu là tạo ra một động cơ phản lực sử dụng nhiệt từ phản ứng phân hạch để làm nóng không khí nén, thay vì sử dụng nhiệt từ việc đốt cháy nhiên liệu. Trong thời kỳ Chiến tranh Lạnh, Hoa Kỳ và Liên Xô đã tiến hành nghiên cứu các loại máy bay ném bom chạy bằng năng lượng hạt nhân, với kỳ vọng khả năng hoạt động kéo dài vượt trội của chúng sẽ tăng cường hiệu quả răn đe hạt nhân. Tuy nhiên, không quốc gia nào chế tạo được một loại máy bay như vậy đi vào hoạt động thực tế.

Một vấn đề thiết kế chưa được giải quyết thỏa đáng là yêu cầu phải có lớp che chắn bức xạ đủ nặng để bảo vệ phi hành đoàn và những người trên mặt đất; bên cạnh đó còn tồn tại các vấn đề tiềm tàng khác như xử lý tai nạn va chạm.

Một số thiết kế tên lửa đã đề xuất việc sử dụng tên lửa hành trình siêu vượt âm chạy bằng năng lượng hạt nhân.

Tuy nhiên, sự xuất hiện của tên lửa đạn đạo liên lục địa (ICBM) và tàu ngầm hạt nhân vào thập niên 1960 đã làm suy giảm đáng kể lợi thế chiến lược của các loại máy bay này, dẫn đến việc các dự án liên quan bị hủy bỏ.

Chương trình của Hoa Kỳ

NEPA và ANP 

Vào tháng 5 năm 1946, Không lực Lục quân Hoa Kỳ (United States Army Air Forces) đã khởi động dự án Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft (NEPA), tiến hành các nghiên cứu cho đến khi chương trình Aircraft Nuclear Propulsion (ANP) thay thế NEPA vào năm 1951.

Chương trình ANP bao gồm các nội dung nghiên cứu hai loại động cơ phản lực sử dụng năng lượng hạt nhân khác nhau: chu trình Direct Air Cycle của General Electric và chu trình Indirect Air Cycle của Pratt & Whitney.

ANP dự kiến giao cho Convair cải hoán hai máy bay B-36 theo dự án MX-1589. Một trong hai chiếc, NB-36H, được sử dụng để nghiên cứu các yêu cầu về che chắn bức xạ đối với một lò phản ứng hạt nhân lắp trên máy bay, trong khi chiếc còn lại dự kiến là X-6; tuy nhiên, chương trình đã bị hủy bỏ trước khi X-6 được hoàn thiện.

Lần vận hành đầu tiên của một động cơ máy bay hạt nhân diễn ra vào ngày 31 tháng 1 năm 1956, sử dụng một động cơ phản lực tuabin khí General Electric J47 đã được cải biến. Chương trình Aircraft Nuclear Propulsion (ANP) đã bị Tổng thống John F. Kennedy chấm dứt sau thông điệp ngân sách thường niên gửi Quốc hội vào năm 1961.

Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge đã tiến hành nghiên cứu và phát triển các động cơ máy bay hạt nhân. Hai lò phản ứng được che chắn đã cung cấp năng lượng cho hai động cơ phản lực tuabin khí General Electric J87, đạt gần mức lực đẩy tối đa. Hai lò phản ứng thử nghiệm, HTRE-2 (với các động cơ phản lực vẫn được lắp đầy đủ) và HTRE-3 (đã tháo bỏ động cơ), hiện được trưng bày tại cơ sở EBR-1, nằm phía nam Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho.

Hoa Kỳ đã thiết kế các động cơ này để sử dụng cho một loại máy bay ném bom hạt nhân mới, được thiết kế chuyên biệt, mang định danh WS-125. Mặc dù Tổng thống Dwight D. Eisenhower cuối cùng đã chấm dứt chương trình này bằng cách cắt giảm NEPA và thông báo với Quốc hội rằng chương trình không mang tính cấp bách, ông vẫn ủng hộ một chương trình quy mô nhỏ nhằm phát triển vật liệu chịu nhiệt độ cao và lò phản ứng hiệu năng cao; tuy nhiên, chương trình này cũng bị chấm dứt sớm dưới thời chính quyền Tổng thống John F. Kennedy.

Dự án Pluto 
Năm 1957, Không quân Hoa Kỳ và Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Hoa Kỳ đã ký hợp đồng với Phòng thí nghiệm Bức xạ Lawrence để nghiên cứu tính khả thi của việc ứng dụng nhiệt từ lò phản ứng hạt nhân cho động cơ phản lực dòng thẳng. Nghiên cứu này được biết đến với tên gọi Dự án Pluto. Chương trình này nhằm phát triển động cơ cho một loại tên lửa hành trình không người lái, mang định danh SLAM (Supersonic Low Altitude Missile – tên lửa siêu âm bay thấp). 

Chương trình đã chế tạo thành công hai động cơ thử nghiệm, được vận hành trên mặt đất.

Ngày 14 tháng 5 năm 1961, động cơ phản lực dòng thẳng hạt nhân đầu tiên trên thế giới, “Tory-IIA”, được lắp trên một toa tàu hỏa, đã được khởi động và hoạt động trong vài giây.

Đến ngày 1 tháng 7 năm 1964, sau bảy năm sáu tháng kể từ khi được khởi xướng, Dự án Pluto đã bị hủy bỏ.

Khí cầu hạt nhân 
Đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất liên quan đến khí cầu sử dụng năng lượng hạt nhân, bắt đầu từ một nghiên cứu năm 1954 của F. W. Locke Jr. dành cho Hải quân Hoa Kỳ. Năm 1957, Edwin J. Kirschner xuất bản cuốn sách The Zeppelin in the Atomic Age, trong đó cổ vũ việc sử dụng khí cầu nguyên tử. Năm 1959, Goodyear đã trình bày một kế hoạch phát triển khí cầu chạy bằng năng lượng hạt nhân cho cả mục đích quân sự và thương mại. Trong các thập niên tiếp theo, nhiều đề xuất và công trình nghiên cứu khác cũng được công bố.

Chương trình của Liên Xô

Mối lo ngại về máy bay ném bom hạt nhân của Liên Xô 
Số ra ngày 1 tháng 12 năm 1958 của tạp chí Aviation Week đăng tải bài viết “Soviets Flight Testing Nuclear Bomber”, trong đó khẳng định rằng Liên Xô đã đạt được những tiến triển đáng kể trong chương trình máy bay sử dụng năng lượng hạt nhân: “Một máy bay ném bom chạy bằng năng lượng hạt nhân đang được thử nghiệm bay tại Liên Xô. Hoàn thành cách đây khoảng sáu tháng, chiếc máy bay này đã bay tại khu vực Moskva trong ít nhất hai tháng. Nó đã được quan sát cả khi đang bay lẫn khi ở mặt đất bởi nhiều quan sát viên nước ngoài đến từ cả các quốc gia cộng sản và không cộng sản.”Khác với các thiết kế của Hoa Kỳ cùng thời — vốn chỉ mang tính thử nghiệm — bài báo cho biết “máy bay của Liên Xô là một nguyên mẫu được thiết kế để thực hiện nhiệm vụ quân sự như một hệ thống cảnh báo trực chiến trên không liên tục và nền tảng phóng tên lửa.”

Bài viết được minh họa bằng các bức ảnh cùng sơ đồ kỹ thuật về cấu hình thiết kế đề xuất; chúng được phổ biến rộng rãi đến mức một công ty đã sản xuất mô hình máy bay bằng nhựa dựa trên các sơ đồ này. Một bài xã luận về chủ đề này cũng được đăng kèm.

Những lo ngại nhanh chóng xuất hiện tại Washington rằng “Liên Xô có thể đã đi trước Hoa Kỳ từ ba đến năm năm trong lĩnh vực động cơ máy bay hạt nhân và sẽ tiếp tục nới rộng khoảng cách nếu Hoa Kỳ không thúc đẩy chương trình của mình.” Những lo ngại này đã dẫn đến việc duy trì nguồn tài trợ — dù chỉ mang tính tạm thời — cho chương trình của Hoa Kỳ.

Chiếc máy bay trong các bức ảnh sau đó được xác định là Myasishchev M-50 Bounder, một máy bay ném bom chiến lược tầm trung sử dụng động cơ thông thường, có tính năng hoạt động tương đương với B-58 Hustler của Không quân Hoa Kỳ. Thiết kế này được đánh giá là thất bại, không bao giờ được đưa vào trang bị và được công bố trước công chúng trong Ngày Hàng không Liên Xô năm 1963 tại Monino, qua đó chấm dứt những đồn đoán liên quan.

Tupolev Tu-119 

Chương trình phát triển máy bay sử dụng năng lượng hạt nhân của Liên Xô đã dẫn đến việc chế tạo mẫu thử nghiệm Tupolev Tu-95LAL (tiếng Nga: ЛАЛ – Летающая Атомная Лаборатория, nghĩa là “Phòng thí nghiệm nguyên tử bay”), được phát triển dựa trên máy bay ném bom Tupolev Tu-95, nhưng được lắp đặt một lò phản ứng trong khoang bom. Theo các nguồn tin, chiếc máy bay này đã thực hiện tới khoảng 40 chuyến bay trong giai đoạn từ năm 1961 đến 1969. 

Mục đích chính của giai đoạn bay thử là đánh giá hiệu quả của hệ thống che chắn bức xạ.

Một thiết kế tiếp theo, Tu-119, được dự kiến trang bị hai động cơ cánh quạt tuabin thông thường và hai động cơ phản lực hạt nhân chu trình trực tiếp, tuy nhiên dự án này chưa bao giờ được hoàn thiện.

Một số dự án khác, chẳng hạn như Tupolev Tu-120 siêu thanh, chỉ dừng lại ở giai đoạn thiết kế.

Chương trình của Nga 
Tháng 2 năm 2018, Tổng thống Nga Vladimir Putin tuyên bố rằng Nga đã phát triển một loại tên lửa hành trình sử dụng năng lượng hạt nhân, mang đầu đạn hạt nhân, có khả năng vượt qua các hệ thống phòng không và phòng thủ tên lửa, đồng thời tấn công bất kỳ mục tiêu nào trên toàn cầu. Theo các tuyên bố này, chuyến bay thử nghiệm đầu tiên của loại tên lửa đã diễn ra vào năm 2017. Tên lửa được cho là trang bị “một nguồn động lực kích thước nhỏ nhưng công suất cực lớn, có thể đặt bên trong thân tên lửa hành trình và bảo đảm tầm bay lớn gấp mười lần so với các loại tên lửa khác.” Video công bố cho thấy tên lửa né tránh các hệ thống phòng thủ trên Đại Tây Dương, bay qua mũi Horn và cuối cùng hướng về phía bắc tới Hawaii. Cho đến nay, chưa có bằng chứng công khai nào xác minh các tuyên bố này. Lầu Năm Góc cho biết họ nhận thức được một vụ thử nghiệm tên lửa hành trình sử dụng năng lượng hạt nhân của Nga, nhưng hệ thống này vẫn đang trong quá trình phát triển và đã bị rơi tại khu vực Bắc Cực vào năm 2017.

Một nhà nghiên cứu thuộc RAND Corporation chuyên về Nga nhận định: “Tôi cho rằng họ không nói suông, mà thực sự đã tiến hành bay thử. Nhưng điều đó là đáng kinh ngạc.” Theo một chuyên gia của CSIS, loại tên lửa sử dụng năng lượng hạt nhân này “có tầm bay gần như không giới hạn — nó có thể bay lượn trong thời gian dài trước khi nhận lệnh tấn công mục tiêu.” Các tuyên bố của Putin cùng với đoạn video mô phỏng cho thấy loại tên lửa này không phải là động cơ phản lực dòng thẳng siêu thanh như trong Dự án Pluto, mà nhiều khả năng là một phương tiện bay cận âm sử dụng động cơ tuabin phản lực hoặc quạt phản lực được gia nhiệt bằng năng lượng hạt nhân.

Loại tên lửa hành trình mới này được đặt tên là 9M730 Burevestnik (tiếng Nga: Буревестник; nghĩa là “chim báo bão”).

Xem thêm 

 Aircraft Nuclear Propulsion
 Aircraft Reactor Experiment
 Georgia Nuclear Aircraft Laboratory
 Induced gamma emission 
 List of nuclear-powered aircraft
 Lockheed Martin Compact Fusion Reactor
 Nuclear thermal rocket

Trích dẫn

Nguồn

Liên kết ngoài 

 Short overview of the NB-36 programme
 Molten salt reactor experiment (initially intended for aircraft propulsion)
 SOVİET TOP SECRET NUCLEAR AIRPLANE M-60 Akademi Portal by Akademi Portal web site (in English)
 COMPREHENSHIVE TECHNICAL REPORT GE DIRECT AIR CYCLE AIRCRAFT NUCLEAR PROPULSION PROGRAM (in English)
 "Flyable" Reactors & Neutron Coupling (in English)
 Descriptions of the Tu-95 experiment:   (in Russian)
 SOVİET TOP SECRET NUCLEAR AIRPLANE M-60 Akademi Portal by Akademi Portal web site (in English)
 The Decay of the Atomic Powered Aircraft Program, retrieved 2009 Dec 21, includes a bibliography
 Flying on Nuclear, The American Effort to  a Nuclear Powered Bomber by Raul Colon, retrieved 2009 Dec 21
 "A Scientist Preview: The First Atomic Airplane" by Gerald Wendt for 1951 a very good article with illustrations on the subject of using an atomic reactor to power an aircraft
 "A Round Table Conference Looks At - The Atomic Airplane" Popular Mechanics, April 1957, pp. 100–105.