V polovině padesátých let minulého století vyslalo americké letectvo do vzduchu obří bombardér Convair NB-36H, v jehož zadní pumovnici pracoval funkční jaderný reaktor o výkonu jednoho megawattu. Přestože populární představy mluví o atomovém pohonu, reaktor nedodal motorům ani kilowatt výkonu a letoun spoléhal na běžný letecký benzín a petrolej. Cílem riskantních letů bylo ověřit, zda dvanáctitunová olověná kapsle dokáže ochránit pětičlennou posádku před smrtícím zářením a zda má jaderný pohon letadel v éře rodících se raket vůbec smysl.
Počátek padesátých let minulého století se v letectví nesl ve znamení prudkého nástupu proudových motorů a rozhořívající se studené války. Strategické velení amerického letectva (Strategic Air Command) však čelilo zásadnímu operačnímu rébusu. Proudové bombardéry první generace sice létaly rychle a vysoko, jejich žíznivé motory však spotřebovávaly ohromné množství paliva. Pokud měly Spojené státy udržovat nepřetržitou jadernou pohotovost nad polárními oblastmi a mít možnost okamžitého odvetného úderu hluboko v sovětském vnitrozemí, konvenční letouny narážely na fyzikální limity svých nádrží. Doplňování paliva za letu bylo v té době ještě v plenkách a záviselo na pomalých pístových tankerech.
Zrodila se proto zdánlivě lákavá vize: co kdyby bombardér nepotřeboval desítky tun fosilního paliva, ale pouhých několik kilogramů štěpného materiálu? Letoun s jaderným reaktorem by teoreticky mohl kroužit ve vzduchu celé týdny bez nutnosti přistát. Jeho vytrvalost by nebyla omezena palivem, ale pouze únavou posádky, zásobami potravin a spotřebou mazacího oleje pro motory. Armádní letectvo USAF proto ve spolupráci s Komisí pro atomovou energii (AEC) zahájilo ambiciózní program ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Než se však inženýři mohli pokusit postavit skutečný letoun poháněný atomem, vyvstala elementární a životně důležitá otázka: dokáže lidská posádka vůbec přežít let se spuštěným jaderným reaktorem za zády?
Tornádo v Texasu a dvanáct tun olova: Jak vznikl laboratorní obr NB-36H
K ověření biologického účinku záření a účinnosti stínění potřebovalo letectvo největší dostupný letoun na světě. Žádný běžný stroj té doby by neunesl masivní reaktor a tisíce kilogramů olověných desek současně. Volba padla na gigantický strategický bombardér Convair B-36 Peacemaker. Tento desetimotorový obr s rozpětím křídel 70,1 metru a délkou téměř 50 metrů disponoval rozměrnými pumovnicemi, v nichž se již dříve experimentovalo například s vypouštěním parazitní stíhačky XF-85 Goblin, určené k ochraně bombardovacího svazu.
Vznik konkrétního zkušebního stroje však uspíšil zásah přírodních živlů. Dne 1. září 1952 zasáhlo základnu Carswell AFB u texaského Fort Worthu ničivé tornádo. Silný větrný vír poškodil desítky zaparkovaných bombardérů, přičemž sériový letoun B-36H-20-CF se sériovým číslem 51-5712 utrpěl těžké poškození celé přídě a pilotní kabiny. Namísto nákladné opravy nebo sešrotování navrhl výrobce Convair využít neporušený drak jako létající zkušebnu pro jaderný výzkum. Letoun byl nejprve označen jako B-36H NTA (Nuclear Test Aircraft) a později oficiálně přeznačen na NB-36H.
Konstruktéři odřízli původní bohatě prosklenou příď a nahradili ji zcela novou, hermeticky uzavřenou kapslí pro posádku. Šlo o bezprecedentní inženýrské dílo o celkové hmotnosti bezmála 12 tun. Podlaha, strop a zadní stěna kabiny byly vyloženy silnými pláty z olova a borované pryže, které pohlcovaly pronikavé gama záření i volné neutrony. Standardní okna nahradilo vrstvené olověné sklo o tloušťce 25 až 30 centimetrů. Protože těžká stínicí schránka radikálně omezovala přímý výhled, posádka tvořená dvěma piloty, palubním inženýrem a dvěma jadernými operátory se při orientaci spoléhala na periskopy a uzavřený televizní okruh sledující zadní část letounu. Stroj dostal neoficiální přezdívku The Crusader a na jeho svislé ocasní ploše se objevil výrazný symbol radiace.
Reaktor ASTR v pumovnici: Proč stroj pálil běžný benzín a petrolej místo atomů
Zde se nachází klíčový fakt celého projektu a nejčastější omyl laické veřejnosti: reaktor na palubě NB-36H nepoháněl samotný letoun, nedodával energii jeho vrtulím ani proudovým motorům a nevyráběl elektřinu pro palubní systémy. Šlo o výzkumnou jednotku ASTR (Aircraft Shield Test Reactor) umístěnou v zadní pumovnici číslo 4.
ASTR byl lehkou vodou chlazený a moderovaný štěpný reaktor s aktivní zónou z vysoce obohaceného uranu, který dosahoval tepelného výkonu jednoho megawattu (1 000 kW). Celá reaktorová sestava s chladicím okruhem vážila přibližně 16 tun (35 000 liber). Reaktor byl zavěšen na hydraulickém mechanismu: v době, kdy letoun parkoval na zemi, byl spuštěn do hlubokého stíněného bazénu s vodou uvnitř zabezpečeného hangáru na letišti ve Fort Worthu. Do pumovnice byl vyzvednut jeřábem teprve před plánovaným letem. Vyvíjené teplo se nijak nevyužívalo k pohonu: sekundární okruh byl chlazen vzduchovými výměníky v bocích trupu a ohřátý vzduch unikal do atmosféry.
K pohonu 160tunového laboratorního kolosu sloužila výhradně standardní konvenční soustava bombardéru B-36. Ta se řídila slavným dobovým úslovím amerických letců „šest točí a čtyři hoří“. Letoun nesl šest pístových čtyřhvězdicových osmadvacetiválců Pratt & Whitney R-4360-53 Wasp Major s tlačnými vrtulemi (každý o výkonu 3 800 koní) a čtyři doplňkové proudové motory General Electric J47 ve dvou gondolách pod konci křídel. Pístové motory spalovaly klasický vysokooktanový letecký benzín a proudové motory petrolej. Reaktor byl za letu pasivním nákladem, který vědcům sloužil jako létající zdroj záření. Desítky dozimetrů a senzorů podél celého trupu zaznamenávaly, jak štěpné produkty ovlivňují kovy draku, hydraulické kapaliny, elektroniku a zda dvanáctitunový štít spolehlivě ochrání sedící muže.
Technické srovnání: Létající reaktor NB-36H, sovětský Tu-95LAL a pozemní motor HTRE-3
Snaha o sestrojení atomového letadla nebyla výsadou pouze Spojených států; paralelní zkoušky probíhaly také v Sovětském svazu. Porovnání experimentální laboratoře NB-36H s jejím sovětským protějškem a pozemním motorem HTRE-3 ukazuje propastný rozdíl mezi testem stínění a skutečným pohonem:
| Technický parametr | USA: Convair NB-36H (1955) | SSSR: Tupolev Tu-95LAL (1961) | USA: Sestava GE HTRE-3 (1958) |
|---|---|---|---|
| Primární účel | Zkoušky stínění posádky a draku (ASTR) | Zkoušky stínění a materiálů (VV-004) | Pozemní prototyp přímého jaderného pohonu |
| Typ reaktoru | Vadou chlazený a moderovaný (ASTR) | Vadou chlazený a moderovaný (VV-004) | Vzduchem přímo chlazený reaktor |
| Tepelný výkon reaktoru | 1 000 kW (1 MW) | cca 100 kW až 1 000 kW | cca 32 000 kW (32 MW) |
| Pohon letadla | 6× pístový R-4360 + 4× proudový J47 | 4× turbovrtulový Kuzněcov NK-12M | 2× upravený proudový motor GE X39 / J47 |
| Palivo pro motory | Letecký benzín a petrolej (konvenční) | Letecký petrolej (konvenční) | Pouze teplo z aktivní zóny reaktoru |
| Stínění posádky | Olověná kapsle (cca 12 tun), olověné sklo | Olověné a polyethylenové desky | Těžká stíněná řídicí kabina na zemi |
| Letové zkoušky | 47 letů (21 s aktivním reaktorem) | 34 zkušebních letů | Pouze pozemní zkoušky v Idaho (nikdy nevzlétl) |
| Bojový status | Experimentální drak (sešrotován 1958) | Technologický demonstrátor (vyřazen) | Muzejní exponát v Idaho National Laboratory |
Zatímco americký NB-36H a sovětský Tu-95LAL představovaly pouze létající reaktory s konvenčním pohonem, pozemní zkušební souprava HTRE-3 v Idaho National Laboratory skutečně dokázala roztočit proudové motory výhradně teplem z reaktoru bez kapky fosilního paliva. Monstrózní hmotnost celého systému a radiační riziko však inženýrům zabránily tento motor kdykoliv namontovat do létajícího letounu.
Horká linka do Bílého domu a výsadkáři v záloze: 47 letů pod nejpřísnějším dohledem
Při prvním zkušebním letu 17. září 1955 zůstal reaktor ASTR v pumovnici NB-36H nečinný. K historickému okamžiku, kdy reaktor za letu dosáhl kritického stavu a začal generovat plný výkon, došlo 4. ledna 1956. Do března 1957 uskutečnil letoun celkem 47 letů a strávil ve vzduchu 215 hodin, z čehož při 21 misích reaktor pracoval a nasbíral 89 provozních hodin.
Vypuštění aktivního reaktoru do vzduchu nad územím Spojených států vyžadovalo drastická bezpečnostní opatření. Pro lety byl vymezen přísně střežený koridor nad polopouštními, řídce osídlenými oblastmi západního Texasu a Nového Mexika. Letové mise směly probíhat výhradně za bezmračné oblohy a dokonalé dohlednosti, aby se minimalizovalo jakékoliv riziko srážky nebo navigační chyby.
Každý let NB-36H bez výjimky doprovázel speciální letoun (chase plane) – upravený transportní Boeing C-97 nebo bombardér B-50. Na palubě doprovodného stroje seděla plně vyzbrojená četa výsadkářů. Jejich rozkazy byly jednoznačné a mrazivé: pokud by se NB-36H zřítil, výsadkáři měli okamžitě vyskočit na padácích, neprodyšně uzavřít místo dopadu, bránit zamořenou zónu před civilisty a zabránit tomu, aby se k přísně tajnému reaktoru kdokoliv přiblížil. Na palubě NB-36H byla navíc zřízena přímá horká telefonní linka pro okamžité spojení s velitelstvím letectva a Bílým domem pro případ, že by bylo nutné letoun nouzově odklonit. Zkoušky naštěstí proběhly bez jediné havárie.
Proč atomové letadlo nikdy nevzniklo: Přímý versus nepřímý cyklus a nástup raket
Měření na palubě NB-36H přinesla jednoznačný výsledek: olověné stínění spolehlivě fungovalo a posádka v hermetické kapsli obdržela zanedbatelnou dávku záření hluboko pod stanovenými bezpečnostními limity. Proč tedy letectvo nikdy nedokončilo plánovaný plnohodnotný jaderný bombardér Convair X-6?
Důvodem byl zásadní technologický rozdíl mezi pasivním testem stínění a skutečným pohonem motorů. Běžný proudový motor stlačuje vzduch v kompresoru, mísí jej s petrolejem a spaluje ve spalovací komoře, odkud horké plyny expandují přes turbínu a výtokovou trysku. U jaderného proudového motoru muselo hořící palivo nahradit teplo z reaktoru. Inženýři stáli před volbou mezi dvěma konstrukčními směry:
- Přímý vzduchový cyklus (Direct Air Cycle): Vyvíjený firmou General Electric. Vzduch z kompresoru proudil přímo štěrbinami v aktivní zóně reaktoru, ohřál se na stovky stupňů Celsia a expandoval tryskou. Šlo o lehčí řešení, které však představovalo ekologickou noční můru. Jakákoliv mikroskopická trhlina v palivovém článku nebo eroze materiálu znamenala, že trysky letounu by za letu chrlily vysoce radioaktivní štěpné produkty přímo do atmosféry.
- Nepřímý cyklus (Indirect Cycle): Vyvíjený firmou Pratt & Whitney. Reaktor ohříval primární uzavřený okruh naplněný tekutým kovem (tekutým sodíkem nebo směsí sodíku a draslíku NaK), který proudil do tepelných výměníků v motorech a teprve tam předával teplo nasávanému vzduchu. Výtokové plyny byly čisté, ale systém vyžadoval stovky metrů těžkého potrubí, speciální čerpadla a hrozilo, že při poruše tekutý sodík při styku se vzduchem či vodou okamžitě exploduje.
Zatímco se konstruktéři potýkali s nepřekonatelnou hmotností stínění a technologickou náročností kapalných kovů, vojenská strategie prošla revolucí. Pro stratosférický průzkum vstoupily do služby výškové stroje jako průzkumný letoun Lockheed U-2 a na scénu dorazily první mezikontinentální balistické rakety (ICBM) Atlas, Titan a Minuteman, doplněné raketami Polaris odpalovanými z jaderných ponorek. Raketa nepotřebovala lidskou posádku, stála zlomek ceny a k cíli dorazila za třicet minut, nikoliv za deset hodin.
Současně zavedení proudových tankovacích letounů Boeing KC-135 Stratotanker umožnilo novým konvenčním bombardérům Boeing B-52 Stratofortress dosáhnout globálního doletu bez nutnosti nést riskantní atomový reaktor. Dne 28. března 1961 prezident John F. Kennedy celý program ANP po proinvestování více než miliardy dolarů definitivně zrušil. Jediný NB-36H byl po vyjmutí reaktoru v roce 1958 sešrotován; jeho drak byl v místech uložení reaktoru rozebrán a bezpečně uložen kvůli indukované radioaktivitě. Podle záznamů v National Museum of the U.S. Air Force tak zůstal NB-36H ojedinělým mementem doby, kdy inženýři dokázali vynést funkční reaktor do oblak, ale praktická vojenská realita dala přednost raketám a bezpečnějšímu konvenčnímu pohonu.
