Летающая атомная лаборатория Ту-95ЛАЛ (заводской шифр «заказ 247», в рамках первого этапа программы создания стратегического атомолета «самолет 119» / Ту-119) стала главным научно-исследовательским комплексом советского проекта по созданию боевой авиации с ядерными силовыми установками. Разработка велась в ОКБ-156 под общим руководством А.Н. Туполева в теснейшей кооперации с Институтом атомной энергии во главе с академиком А.П. Александровым на основании Постановления Совета Министров СССР № 1561-868 от 12 августа 1955 года. Самолет предназначался для натурных исследований биологической защиты экипажа от смертоносного гамма- и нейтронного излучения работающего реактора в реальных условиях полета, а также оценки радиационной деградации конструкционных материалов планера.
Главный инженерный замысел проекта «Ту-95ЛАЛ» заключался в практической проверке возможности длительного нахождения экипажа в воздухе рядом с активной зоной ядерного реактора без превышения предельно допустимых доз облучения. Для переоборудования в летающий ядерный стенд на Куйбышевском авиазаводе № 18 выделили серийный стратегический бомбардировщик Ту-95М (заводской номер № 7800408). В грузоотсеке машины смонтировали компактный исследовательский реактор ВВР-100 с водяным замедлителем, а кабину экипажа окружили тяжелой свинцово-полиэтиленовой броней. С мая по август 1961 года испытательный экипаж во главе с летчиком-испытателем Е.А. Горюновым и ведущим инженером по ЛАЛ Н.В. Лашкевичем выполнил 34 успешных полета с работающим на мощности ядерным реактором, полностью подтвердив эффективность рассчитанной биозащиты.
Зачем создавали Ту-95ЛАЛ: решение проблемы комбинированной защиты от радиации и рассеяния в атмосфере
Теоретические расчеты веса «глухой» радиационной защиты реактора показывали, что тяжелый бомбардировщик просто не сможет оторваться от земли из-за сотен тонн свинца. Требовалось создать облегченную теневую и комбинированную защиту, исследовать поведение потоков вторичного нейтронного излучения, отражающегося от молекул воздуха обратно в кабину на высоте 10 000 метров, и проверить стойкость резины, масел и дюралюминия к радиационному охрупчиванию.
Инженеры ОКБ Туполева и физики-ядерщики Курчатовского института решили эту сложнейшую задачу комплексом уникальных решений:
- Компактный водо-водяной реактор ВВР-100 в грузоотсеке: в бомбовом отсеке смонтировали малогабаритный исследовательский реактор с тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ) и водяным теплоносителем-замедлителем, помещенный в защитную силовую капсулу.
- Многослойная дифференцированная биозащита от гамма-излучения: между реакторным отсеком и кабиной экипажа установили свинцовые защитные экраны толщиной 5 см, которые полностью поглощали жесткое первичное и вторичное гамма-излучение.
- Полиэтиленово-парафиновый барьер от нейтронов: для замедления и поглощения быстрых нейтронов применили слои полиэтиленовых плит толщиной 15 см, прослойки технического церезина (парафина) и баки с дистиллированной водой, эффективно гасившие нейтронный поток.
- Экранированная гермокабина экипажа: кабину летчиков, штурманов и инженеров-операторов защитили по кругу свинцовыми панелями и прозрачными блоками из свинцового стекла, сведя радиационную нагрузку на людей к безопасным фоновым значениям.
- Разветвленная телеметрическая сеть дозиметров: по всей длине фюзеляжа, на консолях крыла и за хвостовым оперением разместили десятки датчиков радиационного поля, непрерывно передававших данные на многоканальные регистраторы.
Экстерьер и конструктивные особенности планера Ту-95ЛАЛ
Внешне Ту-95ЛАЛ сохранил узнаваемый силуэт тяжелого бомбардировщика Ту-95М, но отличался характерными технологическими наплывами и воздухозаборниками системы охлаждения реактора на фюзеляже в зоне грузоотсека, а также полным отсутствием пушечных стволов в оборонительных установках.
Планер сохранил базовое стреловидное цельнометаллическое крыло (35 градусов, площадь 283.7 кв.м) и 4 мощных двигателя НК-12М. Внутри бомбового отсека выполнили масштабное усиление силовых шпангоутов для удержания многотонного реактора и блоков свинцовой защиты при взлетно-посадочных перегрузках.
Оборудование и ядерный комплекс летающей лаборатории Ту-95ЛАЛ
Оснащение Ту-95ЛАЛ представляло собой летающий ядерный исследовательский центр с независимыми контурами управления реактором и дозиметрическим контролем.
- Исследовательский ядерный реактор ВВР-100: гетерогенный водо-водяной реактор мощностью до 100 кВт с системой регулирующих стержней и аварийного глушения.
- Автономная система охлаждения первого и второго контуров: замкнутый гидравлический контур с теплообменниками, циркуляционными насосами и воздушными радиаторами в фюзеляже.
- Свинцово-полиэтиленовый защитный экран: 5-сантиметровый свинцовый щит и 15-сантиметровые полиэтиленовые блоки для экранирования кабины.
- Пульт операторов ядерного реактора: рабочие места инженеров-физиков в экранированной кабине с органами управления реактором, контролем нейтронного потока и температуры ТВЭЛов.
- Комплекс радиационной разведки и дозиметрии: сеть внешних и внутрикабинных датчиков гамма- и нейтронного излучения с показом интегральных доз облучения.
- Навигационно-пилотажный комплекс: радиолокатор «Рубидий-ММ», радиовысотомеры РВ-2 и РВ-17, автопилот АП-15 для строгого выдерживания профиля полета.
- Штатное вооружение: полностью демонтировано (включая бомбодержатели и пушки АМ-23) для соблюдения весового лимита биозащиты.
Двигатели НК-12М и физика полета летающей лаборатории
Силовая установка Ту-95ЛАЛ состояла из четырех турбовинтовых двигателей НК-12М конструкции ОКБ-276 под руководством Н.Д. Кузнецова.
Каждый двигатель развивал мощность 15 000 л.с. (суммарная мощность силовой установки — 60 000 л.с. / 44.1 МВт), приводя во вращение соосные четырехлопастные винты АВ-60Н диаметром 5.6 метра. На этапе Ту-95ЛАЛ реактор не был соединен с моторами механически (он вырабатывал только тепловое и радиационное поле), а вся тяга создавалась керосиновыми двигателями НК-12М, которые обеспечивали 172-тонной лаборатории со свинцовой защитой максимальную скорость 880 км/ч и дальность полета 11 800 км.
Технические характеристики Ту-95ЛАЛ (самолет «заказ 247»)
Параметры верифицированы по официальным эксплуатационным регламентам и научно-техническим отчетам ОКБ-156 и ИАЭ им. Курчатова:
- Класс: Тяжелая летающая лаборатория с ядерной силовой установкой.
- Максимальная скорость полета: 880 км/ч.
- Крейсерская скорость полета: 750 км/ч.
- Практический потолок: 12 000 м.
- Практическая дальность полета: 11 800 км.
- Размах крыла: 50.04 м.
- Длина самолета: 46.17 м.
- Площадь крыла: 283.70 кв.м.
- Максимальная взлетная масса (MTOW): 172 000 кг.
- Масса пустого снаряженного самолета с реактором и биозащитой: 90 000 кг.
- Экипаж: 8-9 человек (летчики-испытатели, штурманы, ведущие инженеры по ЛАЛ и операторы ядерного реактора).
- Силовая установка: 4 × ТВД НК-12М (суммарная мощность 60 000 л.с. / 44 130 кВт) плюс исследовательский реактор ВВР-100 в грузоотсеке.
Ту-95ЛАЛ vs Convair NB-36H Crusader: аудит первых летающих атомных лабораторий
Прямым функциональным, весовым и историческим соперником Ту-95ЛАЛ по задаче натурных испытаний авиационного ядерного реактора и биологической защиты является американский экспериментальный самолет Convair NB-36H Crusader (NTA), летавший с работающим реактором ASTR в 1955-1957 годах. Сопоставление этих уникальных платформ демонстрирует разницу двух подходов к экранированию экипажа.
| Параметр | Ту-95ЛАЛ (самолет 119, СССР) | Convair NB-36H Crusader (NTA, США) |
|---|---|---|
| Максимальная взлетная масса (MTOW) | 172 000 кг | 162 000 кг |
| Базовая силовая установка | 4 × ТВД НК-12М (60 000 э.л.с.) | 6 × ПД R-4360 (22 800 л.с.) + 4 × ТРД J47 (9 400 кгс) |
| Тип бортового реактора | Водо-водяной исследовательский ВВР-100 | Водоохлаждаемый реактор ASTR (1 МВт) |
| Комбинированная биологическая защита | Свинец 5 см + полиэтилен 15 см + церезин | Свинцовая капсула (11 тонн) + резина и свинец |
| Максимальная скорость полета | 880 км/ч | 676 км/ч |
| Практический потолок | 12 000 м | 10 500 м |
Инженерный анализ испытательных программ подтверждает высочайший уровень советской физической и конструкторской школы. Американский NB-36H Crusader был крайне сложен в эксплуатации из-за смешанной силовой установки из шести поршневых моторов и четырех ТРД, а его массивная 11-тонная свинцовая кабина сильно сдвигала центровку вперед, снижая маневренность и потолок до 10 500 м. Советский Ту-95ЛАЛ с мощными турбовинтовыми моторами НК-12М показал великолепную динамику полета со скоростью 880 км/ч на высотах до 12 000 метров. Многослойная комбинированная защита (свинец 5 см, полиэтилен 15 см и слои церезина) доказала, что за счет точного расчета теневого поглощения можно надежно обезопасить летчиков без критической весовой перегрузки планера, открыв путь к проектированию полноценного атомолета Ту-119 с двигателями НК-14А.
Вердикт: триумф советской атомной авиационной науки
Экспериментальный самолет Ту-95ЛАЛ (шифр «заказ 247») — выдающийся научно-технический памятник отечественного авиастроения. Успешное проведение 34 испытательных полетов с работающим реактором ВВР-100 в 1961 году доказало реальность покорения атомной энергии в небе, сформировав уникальную экспериментальную базу для ядерного реакторостроения и защиты сверхдальних авиационных комплексов.