Warum verwenden Flugzeuge keinen Atomantrieb?

TL;dr - zu schwer :-)

Es ist einfach keine gute Energiequelle für so etwas wie ein Flugzeug.

Kernenergie eignet sich hervorragend für Fälle, in denen Sie über einen langen Zeitraum eine kontinuierliche Leistung benötigen, z. B. einen Satelliten, der jahrelang ohne Wartung oder Betankung dort stehen soll. Eine sehr kleine Menge Kernmaterial in einem RTG wie dem auf Voyager 1 und 2 kann Wärmeenergie liefern, die zum Antrieb des Satelliten verwendet werden kann. Dieses Modell funktioniert in diesem Anwendungsfall, da die einzige wirkliche Alternative (Solarenergie) nicht annähernd die erforderliche Leistung hat, da die Voyager-Raumschiffe immer weiter von der Sonne wegfliegen.

Auch U-Boote sind ein guter Anwendungsfall - wenn Sie Monate oder sogar Jahre am Stück unter Wasser bleiben, ist Diesel oder alles, was Sauerstoff verbraucht, nicht geeignet, daher ist ein Kernkraftwerk ideal.

Aber während für einen Satelliten das Triebwerk sehr klein sein kann, da die tatsächlich benötigte Ausgangsleistung gering ist, benötigt man für den Antrieb eines Flugzeugs oder eines U-Boots ein großes Triebwerk, und das erfordert auch viel Abschirmung (als Nebeneffekt von Kernreaktion ist Strahlung...)

Bei einem U-Boot ist das in Ordnung - das Gewicht kann man bewältigen, aber bei einem Flugzeug ist das Gewicht entscheidend. Sie können es einfach nicht effizient und sicher tun. Sie brauchen eine Abschirmung, die einen Aufprall verkraften kann – was enorm schwer sein wird, sodass Sie keine Passagier- oder Frachtlast mehr haben werden.

Es wurde größtenteils nicht wiederbelebt, weil der einzige realistische Anwendungsfall obsolet wurde. Die USA und die UdSSR waren beide an atomgetriebenen Langstreckenbombern interessiert. Der Plan war, eine Flotte von Bombern in der Arktis herumlungern zu lassen, damit sie, falls ein nukleares Armageddon erforderlich wäre, bereits die Hälfte ihres Ziels erreicht hätten. Sie wären auch im Rahmen eines Erstschlags sehr schwer zu zerstören, da sie außerhalb der Reichweite feindlicher Kämpfer und weit verstreut wären. Ein Flugzeug mit Atomantrieb müsste nicht aufgetankt werden, daher wäre die Begrenzung der Missionsdauer im Wesentlichen die Belastbarkeit der Besatzung. Mit einer Hilfsmannschaft an Bord kann man sich gut einen mehrtägigen Einsatz vorstellen. All dies würde zu einer glaubwürdigen nuklearen Abschreckung führen.

Das Aufkommen von Boden-Luft-Raketen in großer Höhe Ende der 1950er Jahre bedeutete jedoch, dass jeder erste oder zweite Angriff mit Bombern anfällig für die Luftverteidigung des Feindes war. Infolgedessen wurden Raketen zur bevorzugten Übertragungsmethode sowohl für Erst- als auch für Zweitschlagfähigkeiten. Das Überleben gegen einen Erstschlag wurde nun durch weit verstreute Silos an Land und Raketen auf U-Booten sichergestellt.

Aufklärung ist die einzige andere Anwendung, die mir für ein Flugzeug einfällt, das mehrere Tage am Stück in der Luft sein kann. Aber das ist immer noch anfällig für Flugabwehr und die Aufklärungsmission bewegte sich ab Ende der 1950er Jahre auch in Richtung einer anderen Plattform (Satelliten).

Wo man keine große Ausdauer braucht, macht Atomkraft wenig Sinn. Die beiden Hauptprobleme sind die Unvermeidbarkeit von Stürzen und das Gewicht. Die als Prüfstand modifizierte B-36 hatte ein 12 Tonnen schweres abgeschirmtes Cockpitmodul und mindestens fünf Tonnen Blei zwischen diesem und dem Reaktor sowie Wassertanks, die sowohl als Abschirmung als auch als Kühlung dienten. All das ist schwer (und muss in der Nähe der Motoren sein), also muss es in der Mitte des Flugzeugs sein. Wenn Sie also ein Flugzeug mit Atomantrieb bauen wollten (z. B. für Nonstop-Flüge von Europa nach Australien/Neuseeland), bräuchten Sie eine weitere Abschirmung hinter dem Reaktor, und der Reaktor und die Abschirmung würden die Größe des Passagiers erheblich verringern Kabine und damit potenzielle Einnahmen.

Auf der positiven Seite würden Sie sparen, 150 Tonnen Kerosin auf Ihrem Langstreckenflug mitzunehmen, aber es scheint, dass Atomkraft insgesamt immer noch schwerer ist. Zum Beispiel gab es Pläne, eine 15.000 Fuß lange Start- und Landebahn bei Carswell AFB zu bauen, um den geplanten Start der Convair X-6 zu ermöglichen. Zum Vergleich: Selbst auf großen Verkehrsflughäfen liegen die längsten Start- und Landebahnen in der Regel im Bereich von 10 bis 13.000 Fuß.

Weil es keinen praktischen Zweck gab, dem ein solches Flugzeug gedient hätte. Erstens und vor allem würden die Sicherheitsbedenken gegenüber einem solchen Flugzeugdesign seinen Einsatz in der Zivilluftfahrt mehr oder weniger unmöglich machen, insbesondere wenn immer mehr Länder vor Atomkraft zurückschrecken.

Damit bleibt das Militär übrig. Es gibt einige Probleme mit einer solchen Anwendung. Das wichtigste davon wäre das Gewicht. Die Gewichtskosten für die Abschirmung der Flugzeugbesatzung und der Waffen (die standardmäßig nuklear sein müssten) wären unerschwinglich. Zum Beispiel hatte das erste (und einzige) „nukleare“ Flugzeug, die Convair NB-36H , ein 11 Tonnen schweres abgeschirmtes Cockpit.

Spezielles abgeschirmtes Cockpit, das im NB-36H installiert wird; Bild von Aviation-History.com

Das ist etwa ein Drittel der Flugzeugnutzlast. Fügen Sie dies der Reaktorabschirmung hinzu, und das Flugzeug hätte keine nennenswerte Nutzlast. Selbst im Falle von Schiffen haben die nuklearbetriebenen einen erheblichen Gewichtsnachteil, der nur durch die damit verbundenen geringen Treibstoffkosten (und Platz) gespart wird.

Mit der Wartung von Atomwaffen und ihrer sicheren Wartung sind erhebliche Kosten verbunden, die für eine Flotte von Flugzeugen mit Atomantrieb unerschwinglich wären. Die USAF hat fast eine Milliarde Dollar in das Atomflugzeug versenkt, ohne dass etwas dafür vorzuweisen wäre. Raketen mit Atomspitzen sind kostengünstiger und überlebensfähiger als diese schwerfälligen Bestien in der Luft.

Der einzige Vorteil eines Atomflugzeugs ist seine praktisch unbegrenzte Reichweite und Ausdauer, was nur im Falle strategischer Bomber auf Dauerpatrouille mit massiven Atomwaffen im freien Fall nützlich ist, was heute keine Bedeutung mehr hat (ironischerweise aufgrund von Atom-U-Booten mit Raketen). Fortschritte bei Flugzeugen und Antrieben haben zu einer Reihe von Flugzeugen mit einer Reichweite von >10.000 geführt, was für alle praktischen Zwecke mehr als ausreichend ist und durch Luft-zu-Luft-Betankung erweitert werden kann.

Selbst wenn all diese technologischen Probleme überwunden sind, wären Flugzeuge mit Atomantrieb ein Overkill – es hat keinen Sinn, ein Flugzeug mit unbegrenzter Reichweite und Ausdauer zu haben, wenn die Besatzung nichts essen kann – selbst im Falle von Atom-U-Booten ist das Essen das kritische Ressource. Ein nuklearer Antrieb kann in einem interstellaren Fahrzeug verwendet werden, das sehr lange mit Treibstoff versorgt werden muss, mit starken Einschränkungen in Treibstoffmasse und -volumen, aber im Falle eines Flugzeugs wäre es nutzlos.

Was, wenn das Atomflugzeug abstürzt? Es wäre nahezu unmöglich, einen Reaktor zu konstruieren, der einem Aufprall von über 800 km/h standhalten könnte, und Sie müssten versuchen, ein ernsthaftes Strahlungschaos zu beseitigen.

Der „Direct Cycle“-Motor, bei dem Luft direkt vom Reaktor erhitzt wird, bestrahlt die Luft und hinterlässt eine radioaktive Spur. Sowohl der sowjetische TU95LAL als auch der US -amerikanische SLAM-Marschflugkörper hatten Pläne für einen Direktzyklusmotor. Beim SLAM galt die radioaktive Spur als Teil der Bewaffnung. Natürlich erklärte keine Seite vollständig, wie sie ihre Leute in der Gegend schützen könnten, in der eine solche Monstrosität gestartet werden würde.

Der Convair NB36H hatte Pläne für einen indirekten Zyklusmotor, der keine radioaktiven Spuren hinterließ, aber er kam nie über das Stadium hinaus, einen funktionsfähigen Reaktor in die Höhe zu transportieren.

Am Ende machte die Perfektion der Luftbetankung in den 1950er Jahren die Notwendigkeit für die zusätzliche Reichweite, die ein atomgetriebenes Flugzeug versprach, überflüssig, während die Komplexität und potenziellen Gefahren nie vollständig gelöst wurden.

Schon tolle Antworten hier, aber ich möchte auch hinzufügen ...

In den 50er Jahren war es das Atomzeitalter. Wir dachten, das Atom zu spalten, sei das Beste seit geschnittenem Brot. Aber das war zu einer Zeit, als wir als Menschen keine Ahnung von den langfristigen Auswirkungen von Strahlung und Strahlenvergiftung hatten. Erst als ein Jahrzehnt seit dem Abwurf der Bomben im Zweiten Weltkrieg vergangen war, wurden die langfristigen Auswirkungen offensichtlich und waren einfach schrecklich. In der Zwischenzeit hatten wir alle möglichen oberirdischen Tests mit "Freiwilligen" in den Gräben durchgeführt, die der Explosionsstrahlung und dem Niederschlag ausgesetzt waren.

Bis wir damit aufwachten, kamen alle möglichen phantasievollen Ideen auf, die wir heute als lächerlich bezeichnen würden. Darunter war die Idee, einen Reaktor in ein Flugzeug einzubauen und es über besiedelte Gebiete zu fliegen.

Heute wissen wir es besser, und die Wahrscheinlichkeit, dass irgendjemand so etwas tut, außer vielleicht einer entfernten Drohne, die weit draußen über dem Ozean fliegt, ist null bis null. Zumindest in entwickelten Nationen.

Es gab damals auch andere seltsame Ideen. Auch die Mikrowellenheizung wurde in dieser Zeit entdeckt. Jemand dachte, wir könnten unsere Häuser mit Mikrowellen statt Öfen heizen. Das Haus wäre kalt, aber unsere Körper wären wohlig warm.

Der Punkt ist, wenn neue Technologie alleine kommt, versuchen die Leute normalerweise, sie auf neuartige und andere Weise zu nutzen. Erst später setzt ein Gesundheitscheck ein.

Neben all den anderen Gründen gibt es noch einen weiteren - Kernreaktoren enthalten viel Energie , sind aber nicht so gut in der Leistung .

Ein Flugzeug hebt mit 100 % Gas ab. Nach Erreichen des Reiseflugs drosselt es wieder auf etwa 55 bis 70 %. Während einer Kriegsmission würden sie im Grunde sofort auf 100 % drosseln.

Kernreaktoren drosseln nicht gerne. Der in der Nähe meines Hauses kann über einen Zeitraum von 24 Stunden um etwa 15 % drosseln. Es ist möglich, bessere zu bauen, wie bei Atom-U-Booten, aber Sie werden immer komplexer.

Dort befanden sie sich also in den 50er Jahren, als der Atlas zu reifen begann. Warum sich mit all dieser Komplexität herumschlagen, wenn Sie die gleiche Bombe einfach in einem Silo haben können, das bereit ist, auf Knopfdruck loszulegen?

Die vorhandenen Antworten haben die Bedenken hinsichtlich Gewicht, Bedarfslosigkeit und Absturzsicherheit bereits gut abgedeckt, aber es gibt noch einen weiteren Grund, insbesondere für zivile Flugzeuge: Entführung. Die Sicherung eines Kernreaktors in einem Kraftwerk ist machbar, weil er an einem Ort steht und wir mit bewaffneten Sicherheitskräften Zäune und Mauern um ihn herum errichten können. Während U-Boote und Flugzeugträger nicht stationär sind, wird jeder, der versucht, eines anzugreifen, um an sein spaltbares Material zu kommen, einen sehr schlechten Tag am falschen Ende einer Marinekanone (oder eines Torpedos, einer Rakete usw.) haben.

Leider hat uns die Geschichte gezeigt, dass die Entführung eines Verkehrsflugzeugs viel einfacher ist als der Angriff auf eine Flugzeugträger-Kampfgruppe oder ein Atomkraftwerk. Wenn wir anfangen würden, erhebliche Mengen an spaltbarem Material an Bord von Flugzeugen zu verstauen, hätten Schurkenstaaten oder terroristische Gruppen, die nach solchem ​​Material suchen, einen größeren Anreiz, Flugzeuge zu entführen, um an den Treibstoff zu gelangen. In Anbetracht der abgelegenen Ecken der Welt, die Flugzeuge sowohl für Fracht als auch für Passagiere besuchen müssen, wäre es nicht sehr schwierig, mehrere von ihnen in kurzer Zeit zu entführen oder ihnen möglicherweise sogar den Treibstoff zu stehlen, während sie auf einer abgelegenen Rampe saßen. Im Vergleich zu den anderen Möglichkeiten, erhebliche Mengen an spaltbarem Material zu erwerben, wäre dies ziemlich einfach.

Wenn jemand einen weiteren Angriff im Stil des 11. September versuchen würde, wäre das Flugzeug jetzt eine riesige schmutzige Bombe. Nicht gut.

Ich nehme an, atomgetriebene Flugzeuge sind nie aus dem Experiment gegangen, weil man befürchtet, dass eines davon auf Ihren Garten fällt. Ein dampfbetriebenes Flugzeug ging vollständig in die Luft, die Besler Steam; Die Möglichkeit eines Nuklearreaktors, der Propeller wie in B-36 antreibt, aber durch Dampfturbinen, scheint realistisch. Ein ähnliches Konzept wurde für interplanetare Sonden verwendet, die sich zur Energieerzeugung auf die Wärme radioaktiver Isotope stützen. Die UdSSR wurde wegen eines Atombombenantriebs zugeschrieben, die USA versuchten, die Saunders-Roe Princess zu kaufen, um sie auf Atomenergie umzustellen, aber das Flugboot wurde aus Geldmangel stark korrodiert, um es ordnungsgemäß zu erhalten.

Wir können dies auf einer sehr allgemeinen Ebene diskutieren, ohne in technische Details einzutauchen.

1. Es ist außerordentlich schwierig, einen Kernreaktor und seinen Brennstoff selbst an Land sicher zu betreiben; die Unfälle sind zahlreich .
2. Auf See ist es schwieriger und hat zu einer erheblichen Freisetzung von Radioaktivität in die Umwelt geführt .
3. Der Schwierigkeitsgrad, einen Kernreaktor unter den anspruchsvollen Rahmenbedingungen der bemannten Luftfahrt sicher zu betreiben, ist unerschwinglich.

Die immer anspruchsvoller werdenden Rahmenbedingungen in der Abfolge „Land – See – Luft“ gelten nicht nur für den Reaktor, sondern auch für das eigentliche Fahrzeug. An Land und auf See ist der Antriebsverlust oder einige strukturelle Schäden normalerweise nicht tödlich (schließlich ist ein landgestütztes Kernkraftwerk von Natur aus stationär); in der Luft ist es oft.

Es ist kein Zufall, dass zum Beispiel abgebrannte Brennstoffbehälter per Bahn und LKW transportiert und nicht herumgeflogen werden, obwohl das viel Ärger mit Demonstranten vermeiden würde.