Dự án Pluto

| concept = homogeneous
| generation =
| reactor_line=
| type_label =
| type =
| status =
| fuel = highly enriched uranium oxide
| fuel_state = solid
| spectrum_description = slow
| control = Boron control drums
| coolant = air
| moderator = Beryllium oxide
| electric =
| thermal = 600 MW
| use = propulsion
| operator = Lawrence Radiation Laboratory
| website =
| criticality = 20 May 1964
}}

Dự Pluto là một chương trình của chính phủ Hoa Kỳ, nhằm phát triển động cơ ramjet sử dụng năng lượng hạt nhân cho tên lửa hành trình. Hai động cơ thử nghiệm đã được kiểm tra tại Khu vực thử nghiệm Nevada lần lượt vào các năm 1961 và 1964.

Ngày 1 tháng 1 năm 1957, Không quân Hoa Kỳ và Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Hoa Kỳ chọn Phòng thí nghiệm Bức xạ quốc gia Lawrence nhằm nghiên cứu tính khả thi của việc sử dụng nhiệt từ lò phản ứng hạt nhân để vận hành động cơ ramjet cho một loại Tên lửa siêu thanh tầm thấp (Supersonic Low Altitude Missile-SLAM). Hệ thống này được đánh giá là có nhiều ưu thế so với các phương tiện mang vũ khí hạt nhân cùng thời: hoạt động ở tốc độ Mach 3, hoặc khoảng 3.700 km/giờ (2.300 dặm/giờ) và bay thấp tới 150 mét (500 ft), khiến nó gần như không thể bị đánh chặn bởi các hệ thống phòng không lúc bấy giờ, mang được nhiều đầu đạn hạt nhân có sức công phá lớn hơn, có khả năng tấn công chính xác cao hơn so với tên lửa đạn đạo liên lục địa (ICBM) thời đó và không giống như ICBM, SLAM có thể được gọi quay trở lại.

Nghiên cứu được biết đến với tên gọi Dự án Pluto, do Theodore Charles (Ted) Merkle, trưởng Bộ phận R của phòng thí nghiệm Lawrence phụ trách. Ban đầu dự án được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Livermore tại Livermore, California, nhưng sau đó các cuộc thử nghiệm được chuyển đến cơ sở mới xây dựng tại tại NTS Site 401. Cơ sở này rộng 21 km² (8 dặm vuông) và có chi phí xây dựng là 1,2 triệu đô la Mỹ (tương đương triệu đô la Mỹ năm ) trên diện tích 21 km² (8 dặm vuông). Các lò phản ứng thử nghiệm được đặt trên một toa tàu điều khiển từ xa để có thể di chuyển an toàn. Vì mục tiêu của dự án là phát triển động cơ bay siêu thanh ở độ cao thấp và hoạt động được trong mọi điều kiện thời tiết, lò phản ứng phải chịu được nhiệt độ cực cao và bức xạ rất mạnh. Dự án sử dụng các thanh nhiên liệu bằng gốm, chứa uranium oxide làm giàu cao làm nhiên liệu và Beryli oxide để làm chậm neutron.

Sau một loạt thử nghiệm ban đầu để kiểm tra độ bền của các bộ phận dưới điều kiện rung lắc và chịu tải, Tory II-A – động cơ ramjet hạt nhân đầu tiên trên thế giới – đã được vận hành ở công suất tối đa 46 MW vào ngày 14 tháng 5 năm 1961. Tiếp đó, một mẫu động cơ ramjet hạt nhân lớn hơn và hoàn chỉnh hơn được phát triển, mang tên Tory II-C. Mẫu này được chạy ở công suất tối đa 461 MW vào ngày 20 tháng 5 năm 1964, qua đó chứng minh rằng động cơ ramjet chạy bằng năng lượng hạt nhân là khả thi. Tuy có nhiều cuộc thử nghiệm thành công, công nghệ tên lửa đạn đạo liên lục địa (ICBM) lại phát triển nhanh hơn dự đoán, khiến nhu cầu đối với tên lửa hành trình giảm đi. Đến đầu thập niên 1960, công chúng cũng bắt đầu lo ngại hơn về nguy cơ phát tán phóng xạ vào khí quyển, và việc xây dựng kế hoạch phù hợp cho các chuyến bay thử nghiệm gần như không thể. Vì những lý do đó, vào 1 tháng 7 năm 1964, tức 7 năm rưỡi sau khi bắt đầu, dự án Pluto chính thức bị hủy bỏ.

Khởi nguyên
Trong những năm 1950, Không quân Hoa Kỳ xem xét khả năng sử dụng máy bay ném bom và tên lửa hành trình trang bị động cơ hạt nhân, nằm trong khuôn khổ Dự án Động cơ đẩy hạt nhân cho máy bay do Văn phòng Động cơ đẩy hạt nhân cho máy bay điều phối. Các nghiên cứu liên quan đến tên lửa hành trình do Bộ phận Chương trình Tên lửa phụ trách.

Ý tưởng dùng năng lượng hạt nhân làm động lực cho động cơ phản lực dòng thẳng được Frank E. Rom và Eldon W. Sams tại Trung tâm Nghiên cứu Lewis (sau này là Trung tâm nghiên cứu Glenn) thuộc Ủy ban Cố vấn Hàng không Quốc gia đề xuất trong các năm 1954 và 1955.

Nguyên lý cơ bản của động cơ phản lực dòng thẳng dùng năng lượng hạt nhân dựa trên chuyển động của máy bay hoặc tên lửa: khí nén được tạo ra nhờ tốc độ bay (hiệu ứng ram) đi vào cửa hút khí. Nhiệt lượng từ phản ứng hạt nhân làm nóng và giãn nở luồng không khí này, rồi đẩy nó thoát ra qua vòi phụt với tốc độ cao, tạo lực đẩy về phía trước.

Bên trên là toà nhà số 2201 có tường dày từ 1,8 đến 2,4 m. Toà nhà 2201 được thiết kế để điều chỉnh, tháo dỡ hoặc thay thế các thành phần phóng xạ từ xa. Các hoạt động được quan sát qua các cửa sổ quan sát làm bằng kính pha chì (hay gọi là Pha lê) rộng . Các hầm bên trong mỗi ô được trang bị các bộ điều khiển từ xa.

Tất cả các bộ điều khiển được đặt trong phòng điều khiển trung tâm, có điều hoà không khí áp suất dươi để không khí luôn được lưu chuyển, không khí đã qua sử dụng sẽ được đưa qua các bộ lọc. Có vòi sen và phòng an toàn bức xạ dành riêng cho công nhân. Toà nhà 2201 cũng có một xưởng bảo trì, phòng tối, văn phòng và phòng lưu trữ. Các nhà khoa học theo dõi các thử nghiệm từ xa thông qua một kết nối tivi từ một nhà kho nằm ở khoảng cách an taonf có hầm trú ẩn phóng xạ, dự trữ lương thực trong hai tuần và nước uống trong trường hợp xảy ra thảm hoạ.

Người ta đã sử dụng khoảng khí nén ở áp suất để mô phỏng điều kiện bay phản lực tĩnh cho chương trình Pluto. Ba máy nén khí khổng lồ đã được mượn từ Căn cứ Tàu ngầm Hải quân New London ở Groton, Connecticut có thể nạp lại khí nén sau năm ngày. Một thử nghiệm công suất sẽ được kéo dài năm phút bao gồm việc nén khí cao áp lên 14 triệu viên bi thép có đường kính tring bốn bể thép được nung nóng đến .

Bởi vì các lò phản ứng thử nghiệm có tính phóng xạ cao sau khi khởi động, chúng được vận chuyển đến và đi từ địa điểm thử nghiệm trên các toa xe lửa.

Một vấn đề lớn ảnh hưởng đến chương trình là sự phát thải phóng xạ trong quá trình bay và việc xử lý lò phản ứng khi kết thúc nhiệm vụ. Merkle đã ước tính rằng khoảng 100 gam sản phẩm phân hạch sẽ được tạo ra, trong đó ông dự kiến một vài gam sẽ được giải phóng và phát tán trên một khu vực rộng lớn. Các cuộc thử nghiệm hạt nhân trong khí quyển vẫn đang diễn ra vào đầu những năm 1960, vì vậy phát thải phóng xạ không được coi là vấn đề lớn khi so sánh. Mặc dù nhỏ so với lượng phát thải do một vụ nổ hạt nhân tạo ra, nhưng đó là một vấn đề đối với việc thử nghiệm. Mức độ tiếng ồn được ước tính là 150 decibel chói tai. Ngoài ra còn có khả năng tên lửa bị mất kiểm soát.

Ý tưởng thử nghiệm nó trên bầu trời Nevada nhanh chóng bị bác bỏ. Người ta đề xuất thực hiện các chuyến bay thử nghiệm gần Đảo Wake, theo đường bay hình số 8. Lò phản ứng sau đó sẽ được thả xuống Thái Bình Dương, nơi nó bị chôn vùi ở độ sâu 6.000 mét (20.000 ft). Đến đầu những năm 1960, nhận thức của công chúng về tác động môi trường không mong muốn của việc ô nhiễm phóng xạ trong khí quyển và đại dương ngày càng tăng, và lượng phát thải phóng xạ từ tên lửa được coi là không thể chấp nhận được ở bất cứ nơi nào các cuộc thử nghiệm được tiến hành.

AEC đã yêu cầu 8 triệu đô la (tương đương với $ triệu đô la vào năm ) trong năm tài chính 1965 để tiếp tục thử nghiệm Tory II-C và phát triển Tory III, một phiên bản cải tiến. Vào tháng 4 năm 1964, Ủy ban Liên hợp về Năng lượng Nguyên tử khuyến nghị cắt giảm 1,5 triệu đô la khỏi yêu cầu này. Điều này cung cấp nguồn tài trợ tiếp tục cho Tory II-C, nhưng không dành cho việc phát triển Tory III. Giám đốc Nghiên cứu và Kỹ thuật của Bộ Quốc phòng, Harold Brown, ủng hộ việc tiếp tục Dự án Pluto
ở mức tài trợ thấp để tiến triển công nghệ. Điều này đã bị Ủy ban Ngân sách của Hạ viện bác bỏ; công nghệ đã được chứng minh bằng các cuộc thử nghiệm Tory II-C thành công, và do Quân đội không còn hứng thú với công nghệ động cơ hạt nhân, thì không có lý do gì để tiếp tục tài trợ cho Dự án Pluto nữa. Do đó, họ đã cắt giảm thêm 5,5 triệu đô la khỏi yêu cầu tài trợ, chỉ để lại 1 triệu đô la để "đóng băng" dự án.

Vào ngày 1 tháng 7 năm 1964, bảy năm sáu tháng sau khi khởi động, Dự án Pluto đã bị hủy bỏ. Merkle đã tổ chức một bữa tiệc tối ăn mừng tại một câu lạc bộ đồng quê gần đó cho những người tham gia dự án, nơi những chiếc ghim cài cà vạt SLAM và chai nước khoáng "Pluto" được tặng làm quà lưu niệm. Vào thời kỳ đỉnh cao, Dự án Pluto đã tuyển dụng khoảng 350 người tại Livermore và 100 người tại Khu vực 401, và tổng số tiền đã chi tiêu là khoảng 260 triệu đô la (tương đương 2 tỷ đô la vào năm 2024).

Về sau
Lò phản ứng Tory II-C đã không bị tháo bỏ sau cuộc thử nghiệm chạy ở công suất cao và vẫn ở Jackass Flats cho đến năm 1976, khi nó được tháo rời tại tòa nhà Bảo dưỡng, Lắp ráp và Tháo rời Động cơ (E-MAD). Các thanh nhiên liệu từ lò phản ứng Tory II đã được chuyển đến Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho. Tòa nhà 2201 đã được sử dụng trong những năm 1970 và 1980 để làm Cơ sở Kiểm tra Hàm lượng Hydro. Bắt đầu từ năm 1986, Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia đã sử dụng nó cho một loạt các dự án được mật liên quan đến vũ khí hạt nhân và vào năm 1998, một tổ chức không xác định đã sử dụng nó cho một dự án tuyệt mật. Tòa nhà 2201 đã được làm sạch và khử nhiễm phóng xạ từ năm 2007 đến 2009 để đảm bảo an toàn cho phá dỡ. Vào tháng 9 năm 2013, có thông tin cho rằng tòa nhà đã bị phá dỡ.

Xem thêm
9M730 Burevestnik Dự án tên lửa hành trình tương tự của Nga

Ghi chú

Tham khảo




















Đọc thêm



Liên kết ngoài

Directory of U.S. Military Rockets and Missiles
Vought SLAM pages
Nuclear-powered Ramjet Cruise Missile: LASV-N1 (Progress Report Film 1963)