Un aeromobile a propulsione nucleare è un qualunque tipo di aeromobile che utilizzi come fonte propulsiva l'energia nucleare. Le ricerche in questo campo (in particolare nello sviluppo di un aeroplano) furono condotte durante la guerra fredda dalle due superpotenze (gli Stati Uniti d'America e l'Unione Sovietica).
Lo scopo, probabilmente, era quello di realizzare bombardieri strategici che fossero in grado di rimanere in aria per periodo di tempo molto lunghi, in modo da poter essere utilizzati sia tatticamente, sia come deterrente nucleare. Tuttavia, le ricerche dei due Paesi portarono solo alla realizzazione di banchi-prova volanti: aeroplani da bombardamento "di serie" sui quali era stato montato un reattore nucleare che però non ne alimentava i motori. Dunque, non si arrivò mai ad avere aeroplani atomici operativi e tutti i progetti in tal senso rimasero alla fine sulla carta.
Vennero anche progettati dei missili spinti da uno statoreattore a propulsione nucleare (propulsione nucleare termica), ma pure questi sistemi non arrivarono mai alla fase operativa.
Gli inizi
Le prime ipotesi dell'utilizzo della propulsione nucleare su un aeroplano vennero elaborate già nei primi anni quaranta. In particolare, nel 1942, lo stesso Enrico Fermi, insieme con i suoi collaboratori, discussero della possibilità di realizzare un aereo con questo tipo di propulsione.megazone.org/tech.
Già due anni dopo, nel 1944, i vertici dell'USAF, basandosi su una serie di informazioni provenienti dal Progetto Manhattan, erano molto interessati all'idea di avere a disposizione una nuova fonte di propulsione per i propri velivoli.megazone.org/atomair. Nel 1946, vennero effettuati alcuni studi, che evidenziarono i pregi ed i difetti di un velivolo caratterizzato dalla presenza di un reattore nucleare a bordo, e nel 1948 iniziò il primo vero programma americano vertente sullo sviluppo di un aereo atomico. Più o meno nello stesso periodo, i sovietici iniziarono a lavorare ad un progetto simile, anche se il programma vero e proprio fu avviato nel 1955.
In generale, occorre considerare che i programmi di sviluppo per un aereo atomico statunitense e sovietico ebbero delle premesse piuttosto diverse.
Negli Stati Uniti, nel periodo tra la fine degli anni quaranta ed i primi anni sessanta, l'energia nucleare era vista con molto favore dalla popolazione. Quindi, i militari pianificarono numerosi programmi che ne prevedevano l'utilizzo come fonte di propulsione dei mezzi. In particolare, molto attiva fu la United States Navy, che iniziò a sperimentare l'utilizzo di reattori sia su navi di superficie (portaerei soprattutto), sia su sottomarini. L'USAF, in ambito atomico, decise di applicare la propulsione nucleare su un bombardiere strategico, il cui profilo operativo era considerato ottimale. Questi aerei, infatti, avevano il problema dell'autonomia, visto che nelle missioni troppo lunghe erano costretti a fare una o più soste per il rifornimento. L'utilizzo della propulsione nucleare avrebbe consentito di risolvere questo problema.
L'Unione Sovietica aveva invece il fondamentale obiettivo di riuscire a colpire in profondità il territorio americano. Infatti, l'installazione di rampe missilistiche a medio raggio in Europa e Turchia, così come l'incapacità di realizzare una piattaforma da bombardamento aereo strategico tecnologicamente avanzata, aveva allarmato i vertici del Cremlino. Successivamente, dopo esser venuti a conoscenza dell'interesse americano per un sistema di questo tipo, nacque l'esigenza di non rimanere indietro. Quindi, si iniziarono a studiare rapidamente le possibilità di sviluppo dell'aereo atomico e, nel 1955, il consiglio dei Ministri dell'URSS ordinò ai vari OKB di coordinare gli sforzi in questo ambito.century-of-flight.net.
Entrambi i programmi risultarono tecnicamente complessi, a lungo termine (15-20 anni) e molto costosi.
Stati Uniti
I programmi NEPA ed ANP
Le idee scaturite all'interno del Progetto Manhattan portarono, in un primo tempo, a valutare l'effetto delle radiazioni atomiche sui materiali strutturali, sulla strumentazione e (non ultimo) sui componenti dell'equipaggio di un ipotetico velivolo spinto dall'energia prodotta da un reattore nucleare.
Nel maggio del 1946 la Fairchild Engine and Airplane Corporation venne incaricata dall'USAAF di svolgere studi sulla fattibilità del progetto che venne definito Nuclear Energy Propulsion for Aircraft (NEPA); obiettivo secondario del progetto era la nascita della cultura nucleare all'interno dell'industria aeronautica statunitense. .
A questa fase di valutazione, piuttosto sterile poiché prettamente teorica, fece seguito un repentino balzo in avanti della ricerca quando (venuto il 1947) i vertici della neo-costituita USAF stanziarono la somma di dieci milioni di dollari da destinare al NEPA. L'anno successivo fece registrare l'avvio una serie di studi sull'alimentazione dei motori aeronautici e si arrivò a concludere, scartando altre ipotesi di alimentazione combinata chimico-nucleare, che un solo reattore nucleare sarebbe stato sufficiente a garantire l'alimentazione necessaria ai motori. Pare tuttavia che lo stesso Robert Oppenheimer non fosse favorevole al progetto.
Stante lo scetticismo di parte dell'AEC, sempre nel 1948 venne commissionato al MIT un nuovo studio di fattibilità (conosciuto con il nome di Lexington Project) relativo al progetto NEPA. Le conclusioni di questo studio, rese note nel 1950, indicavano in 15 anni il tempo necessario alla realizzazione del progetto di bombardiere a propulsione nucleare e con notevoli vantaggi rispetto ad un velivolo con propulsione convenzionale.
Nel 1949 il progetto aveva ormai catturato l'attenzione di molte istituzioni: oltre all'AEC ed all'USAF, entrarono in scena l'US Navy e la NACA e gli studi, oltre che presso la Fairchild, iniziarono anche presso lOak Ridge National Laboratoryhttp://www.ornl.gov/ Il sito ufficiale dell'ORNL. (facente capo allo U.S. Department of Energy, il Ministero per l'Energia).
Nel mese di maggio del 1951 il progetto NEPA stabilì la fattibilità dell'utilizzo dell'energia nucleare in campo aeronautico; si aprì dunque la seconda fase del programma che, denominata Aircraft Nuclear Propulsion Program (ANP) avrebbe dovuto condurre alla realizzazione pratica di reattori destinati all'impiego su velivoli, di motori aeronautici alimentati dall'energia nucleare e di velivoli operativi.
Nel frattempo le attività procedevano, anche se in modo non lineare: già nel marzo dello stesso anno, infatti, l'USAF stipulò un contratto con la Aircraft Gas Turbine Division della General Electric per lo sviluppo di un turbogetto a propulsione nucleare. Dal canto suo l'AEC, solo tre mesi dopo, incaricò la stessa General Electric dello sviluppo del reattore. Altre aziende (Lockheed, Martin e Pratt & Whitney) vennero coinvolte a vario titolo nel progetto, portando però alla proliferazione delle ricerche e (inevitabilmente) delle spese.
La prima serie di valutazioni portò la General Electric a considerare che il sistema più rapido da realizzare fosse quello costituito da un reattore raffreddato ad aria, con motori alimentati mediante il ciclo diretto. Nacque così il progetto denominato P-1 che, pur non essendo considerato in grado di alimentare un velivolo con scopi bellici, venne inizialmente approvato nel corso del 1952. A testimonianza della rapidità dei cambiamenti negli obiettivi della ricerca, gli studi sul sistema P-1 vennero interrotti nel maggio dell'anno successivo in quanto l'impossibilità di trovare applicazione in campo militare era (nel frattempo) diventata determinante.
In assenza di uno specifico obiettivo la General Electric proseguì le proprie ricerche progettando diversi tipi di reattore, dando vita agli impianti sperimentali conosciuti come HTREs (Heat Transfer Reactor Experiments): questa fase di ricerca in circa 3 anni (dal 1953 al 1956) portò alla realizzazione del primo reattore funzionante, in grado di alimentare un motore aeronautico turbogetto.
Nel frattempo, era il 1955, l'USAF identificò le caratteristiche richieste del velivolo da realizzare: identificato come 125A Weapon System, avrebbe dovuto essere un bombardiere strategico intercontinentale, dotato di 40 ore di volo di autonomia alla velocità di Mach 0,9 all'altezza di 20 000 ft (circa 6 100 m); il velivolo doveva possedere la capacità di volare a Mach 2,5 per un tratto di 2 000 nmi (3 700 km) ad un'altezza di 55 000 ft (circa 16 800 m) ed infine doveva essere in grado di penetrare le difese nemiche mantenendo la velocità di Mach 0,9 alla quota di 500 ft (circa 150 m).
Per precorrere i tempi ed intendendo verificare sul campo gli studi fino ad allora compiuti, l'USAF aveva incaricato la Convair di approntare tre esemplari del bombardiere B-36H, all'epoca in servizio presso lo Strategic Air Command: il primo (matricola 51-5712) (identificato dalla stessa casa produttrice come XB-36H Crusader) avrebbe avuto funzioni di banco prova volante per il reattore nucleare, gli altri due avrebbero dovuto diventare prototipi sperimentali. Il Pentagono modificò la sigla del primo in NB-36H (definendolo Nuclear Test Aircraft, NTA) ed indicò per i due successivi la sigla X-6.
Nel NB-36H il reattore era funzionante, ma non provvedeva alla propulsione del velivolo: la motorizzazione era infatti quella convenzionale del B-36 ed i turbogetti alimentati dal reattore non erano nemmeno installati. In questa configurazione il velivolo venne portato in volo per la prima volta nel settembre del 1955; in totale i voli realizzati (molti dei quali con il reattore funzionante) furono 47, l'ultimo dei quali nel marzo del 1957.
Particolare cura venne dedicata alla schermatura necessaria a garantire la protezione all'equipaggio del velivolo: venne così sviluppato lo Shadow Shielding Concept, in base al quale la protezione dalle radiazioni (realizzata mediante strati di cadmio, paraffine, berillio ed acciaio) risultava più efficiente se queste protezioni erano equamente distribuite intorno al reattore ed alla cabina di pilotaggio; tra gli effetti secondari di questa soluzione si verificarono una riduzione complessiva del peso a parità di assorbimento radioattivo ed una maggiore protezione in favore dei sistemi di avionica presenti sul velivolo.
Nel gennaio del 1956 la General Electric realizzò il primo sistema effettivamente funzionante (HTRE-1) al quale fecero seguito in rapida successione altri due (ovviamente, HTRE-2 e HTRE-3) basati su diverse tecnologie di trasmissione dell'energia ai motori e di sistema di raffreddamento del reattore. I test che ne seguirono, si conclusero (ancora una volta) con la scelta di un sistema a ciclo diretto (identificato con la sigla HTRE-3). La General Electric stimò in 4 anni il tempo necessario per la realizzazione pratica del sistema propulsivo che abbinava reattore nucleare a 4 turbogetti (inizialmente dovevano essere i J47 installati sul B-36, poi i J53 che avrebbero dovuto equipaggiare il Convair B-58 Hustler).
Tra il 1958 ed il 1959 l'USAF cambiò in due diverse occasioni le specifiche relative al velivolo (introducendo caratteristiche di piattaforma lanciamissili) ed in altrettante occasioni i progetti operativi vennero aggiornati e, di conseguenza, i tempi di realizzazione dilazionati. Malgrado i finanziamenti già concessi, il progetto venne cancellato il 28 marzo 1961: in circa 15 anni erano stati spesi 1 miliardo di dollari, ma la possibilità di realizzare un velivolo operativo in un futuro prossimo era ancora remota.
Dopo la repentina fine del programma le ricerche, seppur in modo limitato, proseguirono sia da parte di General Electric che Pratt & Whitney, per quanto riguarda il sistema propulsivo.
Project Pluto