徐鑫福

飛機是現(xiàn)今國防上所必需的攻擊和防御武器，并且也是國民經(jīng)濟中所不可缺少的交通運輸工具。由于飛機的用途不同，要求飛機的飛行性能也就不同，但一般說來，飛機的平飛最大速度，升限，和航程是飛機飛行性能的三個主要指標。在過去幾十年中由于飛機動力裝置的不斷改進和飛機氣動力外形的不斷改善，飛機的最大速度和升限均有飛躍的提高，但增大飛機航程問題卻一直沒有能得到滿意的解決?，F(xiàn)今所采用的是極不方便的空中加油方法。

增加飛機的航程具有現(xiàn)實意義，比如國防上所用的戰(zhàn)略轟炸機，其起飛重量已超過150噸，但由于航程的限制，其進攻和返回還不能選取最有利的路線，容易遭受敵人殲擊機的攔擊；又如作長距離飛行的旅客機，如果不在中間站加油，則航行時間可以大大地縮短，而且可以避開惡劣氣候的地區(qū)，使得飛行的安全性有更可靠的保證。

大家知道現(xiàn)今用化學(xué)燃料的飛機，其航程受到它所能攜帶的燃料量的限制。飛機的飛行速度愈大則它所需要的發(fā)動機的功率也愈大，因而單位時間內(nèi)的燃料消耗量也就愈大。假如攜帶的燃料量為定值時，則其可能飛行的時間也愈短，因此人們在尋求是否有另一種物質(zhì)，作為發(fā)動機的燃料，能使飛機的速度、高度、和航程同時皆增大。在原子能被人類掌握之后，這種愿望已成為事實了。

我們知道在原子核內(nèi)儲藏有巨大的能量，利用核子作為“燃料”，就能夠產(chǎn)生比汽油高二百萬倍的熱能。這樣就夠保證飛機飛得快、飛得高、又飛得遠，不致因為燃料不足而必需在中途著陸。例如，“圖－104”噴氣式客機以每小時800公里的速度繞地球赤道飛行一周，大約要消耗200噸的煤油，而原子能飛機只用100克的原子“燃料”就夠了。這些燃料的體積只有一個核桃那么大。如果攜帶50公斤原子“燃料”則可繞地球赤道飛行500周，晝夜不停地飛行，可飛行約三年之久。由此可見原子飛機的航程和續(xù)航時間不再受燃料不足的限制。這樣遠的航程在地球表面上飛行是太富余了，它還將為星際飛行創(chuàng)造有利的條件。

原子飛機依據(jù)采用的原子動力裝置型式的不同，其工作的情況也就不同。它可能在大氣層以外飛行或只能在大氣層以內(nèi)飛行。這決定于它所采用的動力裝置屬于何種型式。能夠在大氣層以外工作的原子發(fā)動機必需是反作用式的，其向后噴射的物質(zhì)不可能再用空氣。可是這種噴射物質(zhì)從那里獲得呢？從理論上說可能有兩種方式：一種是直接利用鈾或其他原子燃料的原子分裂而產(chǎn)生出的微粒流；另一種是利用原子飛機攜帶的噴射物質(zhì)比如說水。水在高溫下分解可由發(fā)動機的尾噴口噴出。前一種現(xiàn)實的可能性較小，因為會產(chǎn)生幾百萬度的高溫。這將使發(fā)動機在轉(zhuǎn)瞬間熔化而蒸發(fā)掉。后一種實現(xiàn)的可能性較大，但噴射物質(zhì)用完后發(fā)動機就不能再繼續(xù)工作。我們深信會有其他型式的原子發(fā)動機出現(xiàn)。因為我們現(xiàn)在還處在原子能工程的幼年時代，只要今后大力開展研究工作，必然會出現(xiàn)完全新的方法來解決目前尚不能解決的問題。

在大氣層以內(nèi)飛行的原子飛機，可能采用的原子動力裝置有多種型式。在那許多型式中適合于超音飛行和在目前條件下最易于實現(xiàn)的，是渦輪噴氣式原子發(fā)動機。關(guān)于這種發(fā)動機的工作原理在本文中不擬多談，以下我們將談一下關(guān)于原子飛機設(shè)計中的一些問題。

首先要指出：原子飛機的設(shè)計方法和步驟，是與一般飛機設(shè)計相同的，但也具有一些特殊問題需要解決。這些特殊問題是由原子動力裝置的基本特點所引起的。原子動力裝置有那些基本特點呢？

第一、在原子分裂過程中，從反應(yīng)堆里放出大量的放射性粒子，其中丙種射線(γ射線)和快中子，會給予周圍的生物以嚴重的危害，因此必需加以防護。我們知道原子能發(fā)電站中的原子反應(yīng)堆的防護層，重量可達幾千噸，這對飛機來說是不成的。我們不可能在飛機里砌上至少二公尺厚的水泥墻來，這樣是太重了。如用防護效能較高的材料如硼和鋰，或采取其他措施，可使防護層的重量減輕，但其重量仍要有幾十噸。

第二、在飛行中原子動力裝置的燃料可認為是無變化的，因為消耗物質(zhì)的重量與飛機的重量比較起來是微不足道的，不像用化學(xué)燃料的飛機，燃料的重量占飛機總重的百分比較大，而且在飛行中時時刻刻在變化。

由于原子動力裝置具有以上的兩個特點，因此在設(shè)計原子動力飛機時，就要解決以下幾方面的問題。

1.如何減輕飛機的飛行重量，也就是如何減輕防護層的重量？除了尋找重量輕、防護效能高的材料外，在防護方式上也可尋求減輕防護層重量的措施。現(xiàn)在采用的防護方式有兩種，一種是集中防護，另一種是分散防護。所謂集中防護是將防護裝置集中在原子反應(yīng)堆周圍，不使放射性粒子逃逸出來。這種方法對乘員上下飛機很方便，但所需的防護裝置的重量則較重。我們知道放射線的強度與通過距離的平方成反比，離開反應(yīng)堆愈遠放射線的強度愈弱，因此可將原子動力裝置放在機身尾部，乘員座艙放在機身頭部，以增加其間的距離，然后再分別加以防護。這種分散式防護方法，可使防護材料的重量減輕，但帶來了乘員上下機的不方便，必須等放射性物質(zhì)移開后，乘員始能上下飛機；或必需采用特殊的地面設(shè)備，足以保護乘客上下機的安全。

2.動力裝置型式的選擇

當原子飛機在機場起飛和著陸時，開動原子發(fā)動機，非但乘員不能上下飛機，而且機場附近的生物也將受到放射線的危害。因而原子飛機必需有特殊的機場；不許可在一般機場上起飛和著陸。但由于原子飛機能環(huán)繞地球一圈又一圈地不著陸飛行，因而蘇聯(lián)近衛(wèi)軍上校華爾洛夫提出采用“子機”方法。機上的乘客由另一架小飛機(子機)接送，當然，子機也要加以適當?shù)胤雷o。

我們也可采用混合式動力裝置，即在原子飛機上除裝有原子動力裝置外，還裝有普通的噴氣發(fā)動機。一般飛行時使用原子發(fā)動機，起飛和著陸時使用普通的噴氣發(fā)動機，這樣可使機場上人員免受放射線的侵害。

3.原子發(fā)動機在飛機上安放的位置

為了飛機上乘員和地面居民的安全，原子飛機上的原子發(fā)動機至少有二臺。當一臺發(fā)動機發(fā)生故障停車后，飛機仍能照常飛行到預(yù)定的機場上著陸。這兩臺發(fā)動機的安裝位置可以放在機身的兩側(cè)，像圖－104那樣。這對飛機的氣動力性能較好，但對發(fā)動機的裝拆和維護卻是不方便的，尤其對原子發(fā)動機則更不方便。為了維護與裝拆方便可采用吊掛式，即將原子發(fā)動機吊在機翼的下面。這種方式也便于應(yīng)用遙控設(shè)備來進行維護工作。蘇聯(lián)原子轟炸機就采用這種型式。這樣可使機身內(nèi)的炸彈艙具有最大的容積、適宜的位置，而且由于發(fā)動機重量對機翼起卸載作用，因而機翼的結(jié)構(gòu)重量得以減輕。

4.原子飛機上的增舉裝置問題

由于原子飛機上沒有大量消耗性的物質(zhì)，所以在整個飛行過程中可以認為其重量是沒有變化的。除起落架收起與放下影響飛機重心略有移動外，原子飛機的重心位置在飛行中是變化很小的。這可減少設(shè)計中的麻煩，同時尾翼的面積也可以減小。由于飛機的降落重量和起飛重量相等，就不像一般飛機那樣，起飛重量大，降落重量小，有利于降落速度的降低，因此如果采用的翼負荷相同，則原子飛機的降落速度必大于一般的飛機，這樣在原子飛機上就必需采用效能較高的增舉裝置，或選用較低的翼負荷。

5.原子飛機上所采用的材料和電子設(shè)備受放射線的影響問題

原子核在分裂過程中所放出的射線不僅對生物有危害性，并且對某些金屬和非金屬材料以及電子設(shè)備也有影響。它會使某些金屬材料的物理性質(zhì)和機械性能改變。如結(jié)構(gòu)材料的硬度和脆性增加，蠕變加速，應(yīng)力腐蝕更顯得嚴重。某些材料甚至還會變質(zhì)，如鋁變成矽，銅變成鎳和鋅，某些材料如鈷，鋅，鉬等，可能變成放射性物質(zhì)。因此原子飛機結(jié)構(gòu)所用的材料必需加以仔細的研究，而且所用的合金必需是純潔的。

放射性對于非金屬材料也有影響，如橡皮會失去彈性，塑料會變成粉末，潤滑油、燃料及液壓油會變成膠狀體等等。

由于放射線能使飛機周圍空氣離子化，而減弱電磁波的傳播，因此飛機上的電子設(shè)備也必須遠離原子反應(yīng)堆并須加以防護。