¿Por qué los aviones no usan propulsión nuclear?

TL; dr - demasiado pesado :-)

Simplemente no es una buena fuente de energía para algo como un avión.

La energía nuclear es excelente para los casos en los que necesita una producción continua durante un largo período de tiempo, por ejemplo, un satélite, que estará allí durante años sin mantenimiento ni recarga de combustible. Una cantidad muy pequeña de material nuclear en un RTG como los de Voyager 1 y 2 puede proporcionar energía térmica que se puede utilizar para alimentar el satélite. Este modelo funciona en este caso de uso porque la única alternativa real (energía solar) no tiene ni cerca de la salida requerida a medida que la nave Voyager vuela cada vez más lejos del Sol.

Además, los submarinos son un buen caso de uso: si permanece bajo el mar durante meses o incluso años seguidos, el diesel o cualquier cosa que use oxígeno no es adecuado, por lo que una planta de energía nuclear es ideal.

Pero mientras que para un satélite la unidad de energía puede ser muy pequeña ya que la potencia de salida real requerida es pequeña, para alimentar un avión o un submarino se requiere una gran planta de energía, y eso también requerirá mucho blindaje (como efecto secundario de reacción nuclear es radiación...)

En un submarino, está bien: se puede manejar el peso, pero en un avión, el peso es clave. Simplemente no puede hacerlo de manera eficiente y segura. Necesita un blindaje que pueda hacer frente a un choque, que será enormemente pesado, por lo que no le quedará ninguna carga útil de pasajeros o carga.

En gran medida, no se revivió porque el único caso de uso realista se volvió obsoleto. Los EE. UU. y la URSS estaban interesados ​​en los bombarderos de largo alcance de propulsión nuclear. El plan era tener una flota de bombarderos holgazaneando en el Ártico para que, si se requería un armagedón nuclear, ya estuvieran a medio camino de su objetivo. También serían muy difíciles de destruir como parte de un primer ataque, ya que estarían fuera del alcance de los cazas enemigos y muy dispersos. Un avión de propulsión nuclear no necesitaría repostar, por lo que la limitación en la duración de la misión sería básicamente la capacidad de recuperación de la tripulación. Con el equipo de relevo a bordo, es fácil imaginar una misión que dure muchos días. Todo esto daría una disuasión nuclear creíble.

Sin embargo, el advenimiento de los misiles tierra-aire de gran altitud a fines de la década de 1950 significó que cualquier primer o segundo ataque con bombarderos sería vulnerable a las defensas aéreas del enemigo. Como resultado, los misiles se convirtieron en el método de entrega preferido para las capacidades de primer y segundo ataque. La supervivencia contra un primer ataque ahora estaba asegurada al tener silos ampliamente dispersos en tierra y misiles en submarinos.

El reconocimiento es la única otra aplicación que se me ocurre para un avión que puede estar en el aire durante varios días a la vez. Pero eso todavía es vulnerable a las defensas antiaéreas y la misión de reconocimiento también se estaba moviendo hacia otra plataforma (satélites) desde fines de la década de 1950.

Para cualquier cosa en la que no necesite una gran resistencia, la energía nuclear no tiene mucho sentido. Los dos problemas principales son la inevitabilidad de los choques y el peso. El B-36 que se modificó como banco de pruebas tenía un módulo de cabina blindado de 12 toneladas y al menos cinco toneladas de plomo entre eso y el reactor, junto con tanques de agua que actuaban como protección y refrigeración. Todo eso es pesado (y debe estar cerca de los motores), por lo que debe estar en el medio del avión. Por lo tanto, si quisiera construir un avión comercial de propulsión nuclear (por ejemplo, para vuelos sin escalas entre Europa, Australia y Nueva Zelanda), necesitaría otro escudo detrás del reactor y el reactor y el escudo reducirían considerablemente el tamaño del pasajero. cabina y, por lo tanto, ingresos potenciales.

En el lado positivo, ahorraría llevar 150 toneladas de queroseno en su vuelo de larga distancia, pero parece que la energía nuclear sigue siendo más pesada en general. Por ejemplo, había planes para construir una pista de aterrizaje de 15,000 pies en Carswell AFB para permitir el despegue del Convair X-6 propuesto . A modo de comparación, incluso en los grandes aeropuertos comerciales, las pistas más largas tienden a estar en el rango de 10 a 13 000 pies.

Porque no había ningún propósito práctico en el que un avión así hubiera servido. Primero y más importante, las preocupaciones de seguridad sobre un diseño de aeronave de este tipo harían más o menos imposible su uso en la aviación civil, especialmente cuando más y más países se alejan de la energía nuclear.

Esto deja a los militares. Hay bastantes problemas con una aplicación de este tipo. El más importante de ellos sería el peso. El coste en peso del blindaje de las tripulaciones y del armamento (que por defecto tendría que ser nuclear), sería prohibitivo. Por ejemplo, el primer (y único) avión 'nuclear', el Convair NB-36H tenía una cabina blindada de 11 toneladas.

Se está instalando una cabina blindada especial en el NB-36H; imagen de Aviation-History.com

Eso es aproximadamente un tercio de la carga útil del avión. Agregue esto al blindaje del reactor y la aeronave no tendría ninguna carga útil significativa. Incluso en el caso de los barcos, los de propulsión nuclear vienen con una importante penalización de peso, salvada solo por el bajo costo de combustible (y espacio) asociado con él.

Hay un costo significativo asociado con el mantenimiento de las armas nucleares y el mantenimiento seguro de las mismas, lo que sería prohibitivo para una flota de aeronaves de propulsión nuclear. La USAF invirtió casi mil millones de dólares en el avión nuclear sin nada que mostrar. Los misiles con punta nuclear son más rentables y tienen más capacidad de supervivencia que estas pesadas bestias en el aire.

La única virtud de un avión nuclear es su alcance y resistencia virtualmente ilimitados, que es útil solo en el caso de bombarderos estratégicos en patrulla continua con armas nucleares masivas de caída libre, lo que no tiene sentido hoy (irónicamente debido a los submarinos nucleares con misiles). Los avances en las aeronaves y la propulsión han dado como resultado una serie de aeronaves con un alcance de >10 000, que es más que suficiente para todos los propósitos prácticos y puede ampliarse mediante el reabastecimiento de combustible en el aire.

Incluso si se superan todos estos problemas tecnológicos, los aviones de propulsión nuclear serían una exageración; no tiene sentido tener un avión de alcance y resistencia ilimitados si la tripulación no puede comer, incluso en el caso de los submarinos nucleares, la comida es el recurso crítico. La propulsión nuclear puede usarse en una nave interestelar que requiere suministro de combustible durante mucho tiempo con severas limitaciones en la masa y el volumen del combustible, pero en el caso de un avión, sería inútil.

¿Qué pasa si el avión de propulsión nuclear se estrella? Sería casi imposible diseñar un reactor que pudiera resistir un impacto de más de 500 mph, y tendrías que tratar de limpiar un grave desastre de radiación.

El motor de 'ciclo directo', donde el aire es calentado directamente por el reactor, irradia el aire y deja un rastro radioactivo detrás de él. Tanto el misil de crucero nuclear soviético TU95LAL como el estadounidense SLAM tenían planes para un motor de ciclo directo. Con el SLAM, el rastro radiactivo se consideró parte del armamento. Por supuesto, ninguno de los lados explicó completamente cómo podrían proteger a su gente alrededor del área donde se lanzaría tal monstruosidad.

El Convair NB36H tenía planes para un motor de ciclo indirecto, que no dejaba un rastro radiactivo, pero nunca avanzó más allá de la etapa de transportar un reactor operativo al aire.

Al final, la perfección del reabastecimiento de combustible aéreo en la década de 1950 hizo obsoleta la necesidad del alcance adicional que prometía un avión de propulsión nuclear, mientras que las complejidades y los peligros potenciales nunca se resolvieron por completo.

Ya hay excelentes respuestas aquí, pero también me gustaría agregar ...

En los años 50 era la era atómica. Pensamos que dividir el átomo era lo mejor desde el pan rebanado. Pero eso fue en un momento en que nosotros, como humanos, no teníamos idea de los efectos a largo plazo de la radiación y el envenenamiento por radiación. Realmente no fue hasta que pasó una década desde el lanzamiento de las bombas en la Segunda Guerra Mundial que los efectos a largo plazo se hicieron evidentes y fueron simplemente horribles. Mientras tanto, habíamos realizado todo tipo de pruebas sobre el suelo con "voluntarios" en las trincheras expuestas a la radiación explosiva y la lluvia radiactiva.

Hasta que nos dimos cuenta de eso, surgieron todo tipo de ideas fantasiosas que hoy diríamos que son ridículas. Entre ellos estaba la idea de poner un reactor dentro de un avión y volarlo sobre áreas pobladas.

Hoy sabemos mejor, y la probabilidad de que alguien haga tal cosa, excepto quizás que algún dron remoto vuele sobre el océano, es de cero a ninguno. Al menos en las naciones desarrolladas.

También hubo otras ideas extrañas en ese momento. El calentamiento por microondas también se descubrió en esa época. Alguien pensó que podríamos calentar nuestros hogares con microondas en lugar de hornos. La casa estaría fría, pero nuestros cuerpos estarían calentitos.

El punto es que cuando la nueva tecnología viene sola, la gente generalmente trata de usarla de formas novedosas y diferentes. No es hasta más tarde que se activa un control de cordura.

Junto con todas las otras razones, hay otra: los reactores nucleares contienen mucha energía pero no son tan buenos en potencia .

Un avión despega usando el 100% del acelerador. Después de alcanzar el crucero, se acelera de nuevo a alrededor del 55 al 70%. Durante una misión de guerra, acelerarían hasta el 100%, básicamente al instante.

A los reactores nucleares no les gusta estrangular. El que está cerca de mi casa puede acelerar alrededor del 15% durante un período de 24 horas. Es posible hacer otros que sean mejores que esos, como en los submarinos nucleares, pero empiezas a ser cada vez más complejo.

Así que ahí es donde estaban en los años 50 cuando el Atlas comenzaba a madurar. ¿Por qué molestarse con toda esa complejidad cuando puede tener la misma bomba en un silo lista para funcionar cuando presiona un botón?

Las respuestas existentes ya han cubierto bien el peso, la falta de necesidad y las preocupaciones de seguridad en caso de colisión, pero también hay una razón adicional, especialmente para los aviones civiles: el secuestro. Asegurar un reactor nuclear en una central eléctrica es factible porque se encuentra en un solo lugar y podemos construir vallas y muros a su alrededor con seguridad armada. Si bien los submarinos y los portaaviones no están estacionarios, cualquiera que intente atacar uno para obtener su material fisible tendrá un día muy malo en el lado equivocado de un arma naval (o torpedo, misil, etc.)

Desafortunadamente, la historia nos ha demostrado que secuestrar un avión comercial es mucho más fácil que atacar un grupo de batalla de portaaviones o una central nuclear. Si empezáramos a poner cantidades significativas de material fisionable a bordo de los aviones, los países rebeldes o los grupos terroristas que buscan dicho material tendrían más incentivos para secuestrar aviones para adquirir el combustible. Teniendo en cuenta los rincones remotos del mundo que los aviones comerciales deben visitar, tanto para carga como para pasajeros, no sería muy difícil secuestrar varios de ellos en poco tiempo o incluso robarles el combustible mientras estaban sentados en alguna rampa remota. En relación con las otras formas en que se pueden adquirir cantidades significativas de material fisionable, esto sería bastante sencillo.

Además, si alguien intentara otro ataque al estilo del 11 de septiembre, el avión ahora sería una bomba sucia gigante. No está bien.

Supongo que los aviones de propulsión nuclear nunca pasaron de ser un experimento por temor a que uno de ellos caiga en tu patio trasero. Un avión a vapor se elevó por completo, el Besler Steam; la posibilidad de que un reactor nuclear impulse hélices como en el B-36, pero a través de turbinas de vapor, parece realista. Se utilizó un concepto similar para las sondas interplanetarias, que se basan en el calor de los isótopos radiactivos para producir energía. Se atribuyó a la URSS considerar un bombardero propulsado por energía nuclear, EE. UU. intentó comprar el Saunders-Roe Princess para convertirlo en energía nuclear, pero el barco volador se corroyó gravemente por falta de dinero para preservarlo adecuadamente.

Podemos discutir esto en un nivel muy general, sin sumergirnos en detalles técnicos.

1. Es extraordinariamente difícil operar con seguridad un reactor nuclear y su combustible incluso en tierra; los accidentes son numerosos .
2. Es más difícil en el mar y ha dado lugar a una liberación sustancial de radiactividad en el medio ambiente .
3. El nivel de dificultad involucrado en la operación segura de un reactor nuclear dentro de las desafiantes condiciones marco de la aviación tripulada es prohibitivo.

Las condiciones marco cada vez más exigentes en la sucesión "tierra, mar, aire" se aplican no solo al reactor sino también al vehículo propiamente dicho. En tierra y en el mar, la pérdida de propulsión o algunos daños estructurales no suelen ser fatales (después de todo, una planta de energía nuclear en tierra es estacionaria por diseño); en el aire es a menudo.

No es casualidad que, por ejemplo, los contenedores de combustible gastado se transporten por tren y camión, no por aire, aunque eso evitaría muchos problemas con los manifestantes.