Ядерный мир РЖД. Атомные локомотивы: нереализованные проекты альтернативной тяги

Опубликовано 15 января 2022

После пережитого человечеством шока, связанного с американскими атомными бомбардировками японских городов Хиросимы и Нагасаки в августе 1945 года, наступила пора надежд на мирное использование ядерной энергии. Чистая и экологичная, как сам солнечный свет, она могла стать движущей силой миллионов механизмов. Рождались самые смелые проекты, в том числе учёные задумались, как перевести локомотивы с угля на атомную тягу.

АЭС на колёсах 

В Советском Союзе в 1948 году была принята программа мирного использования атомной энергии. Уже через шесть лет 27 июня 1954 года впервые в мире была запущена в промышленную эксплуатацию атомная электростанция в Обнинске Калужской области. Использовать энергию, скрытую в ядре урана, решили и в других областях промышленности, особенно на транспорте. В СССР, несмотря на богатые месторождения нефти, угля и природного газа, до четверти топливно-энергетических ресурсов использовалось именно на железнодорожном транспорте, так как он был основным видом доставки стройматериалов и металлоконструкций.

Паровозы к тому времени отживали свой век: ни совершенство топки, ни использование высококачественного угля или нефти для увеличения температуры в паровом котле не могли обеспечить достаточную мощность паровой машины и её высокие технико-экономические показатели. Выходом при дефиците топлива виделись, в том числе, и атомовозы. Опыт применения атомных паросиловых установок на подводных лодках и надводных кораблях убеждал конструкторов в том, что на основе этой технологии можно создать мощные, экономичные локомотивы

В газете «Гудок» — печатном органе Министерства путей сообщения СССР — в 1956 году писали: «В условиях Севера, Дальнего Востока и пустынь Центральной Азии не всегда целесообразно электрифицировать вновь строящиеся железнодорожные линии. В этих условиях лучше применять атомные локомотивы, которые могли бы работать автономно, без подвоза больших количеств топлива или других материалов...

Конечно, атомный локомотив будет значительно тяжелее паровоза или тепловоза той же мощности.

Но если такой локомотив направить на отдалённую магистраль, например в Арктику, то он будет работать там с перерывами в течение целого зимнего сезона без дополнительного снабжения. Его очень легко превратить в подвижную электростанцию. Кроме того, он сможет снабжать энергией бани, прачечные, парники для выращивания овощей».

Реализовывать дерзновенные мечты принялись многие научно-технические коллективы. Специалисты кафедры локомотивостроения МВТУ имени Н.Э. Баумана в середине 50-х годов предложили проект уникального паровоза, точнее паротурбовоза с электроприводом колёс. Руководителем проекта стал доктор технических наук, профессор Иван Суровцев, разработчиками — студенты Анатолий Степанов и Виталий Шайков.

Схема односекционного атомного локомотива (источник: popmech.ru)

Технические идеи, заложенные в основу проекта, сочетали в себе уже апробированные технологии, успешно работающие на электростанциях и атомных подводных лодках, а также на первых тепловозах с электропередачей. Атомный урано-графитовый реактор имел два тепловых контура. В обоих теплоносителем выступал жидкий натрий. Его температура плавления равняется 97,79 °C, что представляет почти идеальные условия для кипячения воды.

По замыслам учёных, первый контур работал непосредственно с ядерным котлом, отводя тепло от реактора, и передавал его на второй контур, который кипятил воду и производил пар давлением 80 атмосфер и температурой 400 °C. Сила перегретого и осушенного пара вращала ротор турбины, связанный с электрогенератором. Так называемый «мятый» пар поступал в конденсатор, а затем насосом нагнетался снова в котёл и замыкал собою рабочий цикл.

Вырабатываемый ток подавался на тяговые электродвигатели, которые и давали ход локомотиву.


Инженерные расчёты показали, что одной заправки водой хватало на тысячу километров пути, при этом ядерного топлива использовалось всего лишь 10 граммов. Таким образом, с запасом топлива локомотив мог ходить около 300 суток без дозаправок. Это не шло ни в какое сравнение с обычными паровозами, в топках которых сжигались десятки тонн высококачественного угля, а колонки для заправки водой строились буквально на каждой крупной станции. 

На заседании государственной экзаменационной комиссии дипломный проект студентов были признан технически интересным, обоснованным и ценным. Более того, энтузиасты Бауманки даже спроектировали специальные экипировочные депо, на которых с соблюдением всех необходимых требований в реактор загружалось бы ядерное топливо.

Принципиальная схема реактора для атомовоза (источник: журнал «Техника – молодежи», 1956 г.) 

Однако атомные локомотивы так и не вышли на линию. Технологически построить атомовоз было несложно, хотя его масса должна была превышать 450 тонн, что почти втрое больше последнего советского магистрального паровоза П36. На первый план выступил вопрос ядерной безопасности. Транспорт, увы, подвержен авариям. Если при традиционных видах тяги после крушения поезда в худшем случае могло случиться загрязнение местности нефтепродуктами, то при использовании атомной энергии последствия для людей и экологии могли быть гораздо тяжелее. Второй причиной стала стоимость проекта.

Создание атомных локомотивов в несколько раз превышало расходы на строительство тепловозов или электровозов.

Справедливости ради надо отметить, что к идее локомотивов на ядерном топливе вернулись 1980-е годы, когда в Советском Союзе были созданы боевые железнодорожные ракетные комплексы (БЖРК). Эти комплексы состояли из пусковых установок с межконтинентальными баллистическими ракетами и станций управления. Для БЖРК специально проектировался локомотив с ядерным реактором. К 1985 году был создан макет с реактором на быстрых нейтронах, тем не менее, работы над этим проектом были позднее прекращены, и полностью он не был завершён. Для обеспечения тяги на Ворошиловградском локомотивостроительном заводе были созданы специальные тепловозы ДМ62. 

Перспективный, но опасный

Буквально сразу же после окончания Второй мировой войны в ряде научных изданий США появились футуристические статьи о технике близкого будущего. В марте 1946 года в журнале «Mechanix Illustrated» вышла статья «Atomic Engines for Peace», в которой авторы предсказывали возможность использовать выделяемое при реакции деления ядра урана тепло для нагревания воды. Как и советские учёные, они представляли атомный локомотив как электростанцию на колёсах.

Горячую воду, отводимую от реактора, планировалось использовать для обогрева пассажирских вагонов. Инженеры, не посвящённые в ядерные секреты лаборатории в Лос-Аламосе, где создавались первые атомные бомбы США, полагали, что ядерные реакторы будут почти вполовину легче традиционных дизельных моторов, а ядерное горючее для них — значительно дешевле топлива, добываемого из нефти. Однако идеи так и оставались идеями. Всерьёз разрабатывать тему создания ядерных локомотивов никто не брался.

Атомный локомотив в видении журнала «Mechanix Illustrated», 1946 г.

Впервые в США занялись созданием атомного двигателя для локомотива в 1952 году. Профессор Лайл Борст, преподававший ядерные технологии в университете Юты, в своё время принимал участие в Манхэттенском проекте. Знания, полученные в Лос-Аламосе, и природная любознательность профессора родила задумку дать старшей группе студентов максимально сложную задачу для выпускного проекта — создание реактора, пригодного для использования в локомотивах, и двигательной установки на его основе. Задача, поставленная Борстом, была столь сложной, что профессор подключил к её решению своих аспирантов. За несколько месяцев предварительные исследования показали, что создание малого ядерного двигателя возможно.

Главной сложностью оказался размер реактора. Если вес почти не был проблемой (на американских железных дорогах водили грузовые поезда паровозы-гиганты «Big Boy», о которых мы рассказывали в статье «Восьмиосные исполины: гигантомания на закате»), то для установки атомного котла на локомотив требовалось строго соблюсти все габариты — высоту, а главное ширину реактора. Возникали и другие проблемы. Так как первоначальный состав группы почти не разбирался в локомотивостроении, с 1953 года Борст начал активно привлекать для работ сначала своих знакомых инженеров-железнодорожников, а позже и специалистов из таких известных фирм, как Commonwealth Edison, Westinghouse и Babcock & Wilcox. Это стало возможно после получения федерального гранта на исследования осенью 1953 года.

Полученная сумма пусть и была небольшой, но позволила спроектировать ядерный локомотив, хотя о натурных испытаниях пока речи идти не могло. Именно в этот период проект получил название X-12 (отсылка к знаменитым Х-лучам Рентгена). Создаваемый локомотив предназначался исключительно для грузовых перевозок, поскольку существующие и перспективные технологии помочь в создании атомного пассажирского поезда пока не могли.

СПРАВКА. К середине 1954 года проект стал принимать видимые очертания. Локомотив Х-12 должен был состоять из двух секций. В первой располагался реактор, турбина, конденсаторы и генераторы, а также кабина машинистов, потому реактор был хорошо экранирован.

Всё это весило 720 тонн, потому первая секция размещалась на трёх трёхосных тележках.

Кроме того, реактор выделял слишком много тепла, и вся вторая секция была занята радиаторами для его утилизации. Она имела две тележки: первую с тремя осями и вторую с двумя. Общая длина двух секций составляла 49 метров — хоть Х-12 не был самым большим локомотивом на тот момент, он входил в первую пятёрку.

Борст и его группа использовали в локомотиве уже отработанную схему тепловоза, только заменив дизельный двигатель реактором и турбиной. В локомотиве располагалась одна паровая турбина, питавшая четыре генератора, каждый мощностью 1,3 МВт. Ведущими были все девять осей первой секции и три оси первой тележки второй секции. В итоге локомотив выдавал 8 тысяч лошадиных сил в обычном режиме и мог форсироваться до 10 тысяч лошадиных сил на небольшое время.

В ограниченном объёме кузова атомовоза американским исследователям так и не удалось поместить двухконтурную систему передачи тепла, как это сделали в МВТУ имени Баумана, и в турбину поступала радиоактивная вода прямо из реактора, загрязняя её. Потому предполагалось турбину сделать без возможности обслуживания — каждые полтора года она бы вынималась из локомотива и заменялась на новую. Это привело бы к увеличению эксплуатационных расходов, но выгода от использования атомного реактора должна была их перекрыть.

Так же эта схема отличалась небольшим расходом ядерного топлива и возможностью оперативно изменять выходную мощность. Основной же недостаток заключался в быстром износе конструкции реактора. Его предлагалось преодолеть, используя новые материалы, в том числе ещё находящиеся в разработке.

Вид первой секции проекта атомного локомотива X-12 (источник: livejournal.com)

Управлять реактором должны были два специально обученных инженера, находящихся в предельной близости к зоне реактора. По расчётам, максимальный срок безопасной работы для них составлял один год, сменами через три дня. Серьёзное внимание было уделено экстренной остановке реактора в случае аварии локомотива. 

В поисках инвесторов для воплощения проекта в жизнь в январе 1954 года Борст развернул бурную рекламную компанию Х-12 в научно-популярной прессе. Об атомном локомотиве написало практически каждое научно-популярное издание в Америке и многие в мире. В то время предполагалось строительство панамериканской железной дороги через Северную и Южную Америку. По ней атомовозы должны были тянуть составы из 120 грузовых вагонов весом в 20 тысяч тонн со скоростью 80 км/ч. Предполагалось, что постройка серии из пяти локомотивов полностью окупит себя за 12 лет. 

Амбициозным проектам атомных локомотивов не суждено было воплотиться в жизнь.

В 1955 году Борст представил проект своей группы на нескольких конференциях и выставках, но при высоком интересе публики у потенциальных заказчиков было много вопросов. Практически сразу от проекта отказались военные — они признали, что в будущем атомные поезда возможно займут своё место на железных дорогах, но пока все требования удовлетворяли и обычные локомотивы.

Среди частных фирм наибольшую заинтересованность проявила Babcock & Wilcox, где в 1955 году была собрана комиссия для анализа проекта. После двух месяцев исследований выводы были неутешительны: Х-12 был признан хоть и перспективным, но чрезмерно опасным. В случае аварии убытки были бы настолько большими, что перекрыли бы всю возможную выгоду.

Амбициозным проектам атомных локомотивов не суждено было воплотиться в жизнь. Вместо паровозов массово заступили на трудовую вахту тепловозы и электровозы. Однако до сих пор конструкторы не прекращают вести разработки в области альтернативной тяги, чтобы создать экологичный и энергоэффективный подвижной состав, который будет способен работать вдали от линии электропередачи. Как демонстрируют новые образцы локомотивов ведущих производителей железнодорожного состава, сегодня главными мировыми трендами в поисках энергии будущего стали водородное топливо и аккумуляторные батареи.

ИСТОЧНИК («Техника железных дорог», сентябрь 2021)

Больше лёгкого чтива для тяжёлых будней ищите в нашем разделе LIGHT, лучший фото- и видеоконтент на нашей странице в Instagram  

Александр Прасол, писатель, журналист