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Propulsión Nuclear de Aeronaves

El programa de Propulsión Nuclear de Aeronaves (nombre original en inglés: Aircraft Nuclear Propulsion; ANP) y el proyecto anterior de Energía Nuclear para la Propulsión de Aeronaves (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft; NEPA) trabajaron para desarrollar un sistema de propulsión nuclear para aeronaves. Las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos iniciaron el Proyecto NEPA el 28 de mayo de 1946.[1]​ Después de obtener financiación por 10 millones de dólares en 1947,[2]​ el programa NEPA funcionó hasta mayo de 1951, cuando el proyecto fue transferido a la Comisión Conjunta de Energía Atómica (AEC)/USAF, siendo rebautizado como ANP.[3]​ La USAF investigó dos sistemas diferentes para motores a reacción de propulsión nuclear: el concepto Direct Air Cycle, desarrollado por General Electric; y el sistema Indirect Air Cycle, que fue asignado a Pratt & Whitney. El programa estaba destinado a desarrollar y probar el Convair X-6, pero se canceló en 1961, antes de que se construyera este avión.[4]

HTRE-2, izquierda, y HTRE-3, derecha, en exhibición en el Laboratorio Nacional de Idaho cerca de Arco, Idaho

Tipos

Ciclo de Aire Directo

 
Edificio donde se desarrolló el Experimento del Reactor de Aeronaves en el ORNL

Los motores nucleares de ciclo directo se parecerían a un motor a reacción convencional, excepto en que no habría cámaras de combustión. El aire obtenido de la sección del compresor se enviaría a una cámara desde donde se dirigía al núcleo del reactor nuclear. Se realizaba un intercambio de calor, refrigerando el reactor y calentando el aire, que se enviaba a otra cámara. Desde esta segunda cámara, el aire se dirigía hacia una turbina, que lo enviaba al escape. El resultado final era que, en lugar de utilizar combustibles derivados del petróleo, un avión podía depender del calor de las reacciones nucleares para obtener energía.

El programa de la General Electric, con sede en Evendale, Ohio, se llevó a cabo debido a sus ventajas en simplicidad, fiabilidad, idoneidad y capacidad de inicio rápido. Se utilizaron compresores de motores a reacción convencionales y secciones de turbina, con el aire comprimido que pasaba por el reactor para ser calentado, antes de ser expulsado a través de la turbina.

Ciclo de Aire Indirecto

El ciclo indirecto implica que el intercambio térmico se producía fuera del núcleo, con el aire del compresor que se enviaba a un intercambiador de calor. El núcleo del reactor nuclear calentaría agua a presión o metal líquido y también lo enviaría al intercambiador de calor. Ese líquido caliente sería enfriado por el aire; el aire sería calentado por el líquido y enviado a la turbina. La turbina enviaría el aire al escape, proporcionando empuje.

El programa del ciclo indirecto del aire fue asignado a Pratt & Whitney, en una instalación cerca de Middletown, Connecticut. Este concepto habría producido mucha menos contaminación radiactiva. Uno o dos bucles de metal líquido llevarían el calor del reactor al motor. Este programa implicó un gran esfuerzo de investigación y desarrollo de muchos sistemas ligeros adecuados para su uso en aeronaves, tales como intercambiadores de calor, turbobombas y radiadores para el metal líquido. El programa de Ciclo Indirecto nunca llegó a producir un motor listo para el vuelo.[5]

Reactores Experimentales y Proyectos

Experimento de Reactor de Aeronave

El Aircraft Reactor Experiment (ARE) de los Estados Unidos fue un reactor nuclear experimental de espectro termal con una potencia de 2,5 MWth diseñado para alcanzar un alta concengración de potencia y una elevada temperatura de salida para su uso como motor en un avión de bombardero de propulsión nuclear. La ventaja de un avión de propulsión nuclear sobre un avión de propulsión convencional es que podría permanecer en vuelo por más tiempo ininterrumpido a la espera de recibir la orden de iniciar misiones de mucho más largo alcance, convirtiéndose en un elemento disuasorio estratégico nuclear efectivo frente a un adversario soviético, también en posesión de armas nucleares. El ARE fue el primer reactor de sal fundida (MSR) en ser construido y operado. Utilizó la sal de fluoruro fundido NaF - ZrF4 - UF4 (53-41-6% molar) como combustible, siendo moderado por óxido de berilio de configuración hexagonal (BeO), y alcanzando una temperatura máxima de 860° C. Se usó un sistema de refrigerante de sodio líquido redundante para enfriar el moderador y los materiales reflectores. Así mismo, un circuito secundario refrigerante de gas helio circulaba alrededor del refrigerante primario para transferir calor a un radiador de agua, donde la producción de calor se descargaba a la atmósfera. Se instalaron las barras de control y se vio que no determinaban la potencia de salida del ARE. La demanda de energía sí que controlaba el reactor, lo que afectó las temperaturas de salida y entrada debido al coeficiente de reactividad de temperatura negativa. El ARE fue operado a plena potencia durante 221 horas hasta un pico de 2.5 MWth.[6]

Proyecto MX-1589

 
El NB-36H en un vuelo de prueba, a la sombra de un Boeing B-50 Superfortress

El 5 de septiembre de 1951, la USAF le otorgó a Convair un contrato para volar un reactor nuclear a bordo de un Convair B-36 Peacemaker[7]​ modificado bajo el proyecto MX-1589, del programa ANP. El NB-36H Nuclear Test Aircraft (NTA) debía estudiar los requisitos de blindaje para un reactor aerotransportado, para determinar si un avión nuclear era factible. Este fue el único experimento conocido de reactor aéreo en Estados Unidos con un reactor nuclear operacional a bordo. La NTA voló un total de 47 veces probando el reactor sobre el oeste de Texas y el sur de Nuevo México. El reactor, llamado Reactor de Prueba del Escudo de Aeronaves (ASTR), estaba operativo pero no alimentaba la aeronave, sino que el objetivo principal del programa de vuelo era la prueba del escudo. Según los resultados de la NTA, el X-6 y todo el programa de aeronaves nucleares fue abandonado en 1961.

Experimentos del Reactor de Transferencia de Calor

 
HTRE-3.

Como parte del programa ANP AEC/USAF, en 1956, los General Electric J47 modificados se operaron por primera vez con energía nuclear utilizando un conjunto de prueba de reactor conocido como Experimento 1 del Reactor de Transferencia de Calor (HTRE-1). El HTRE-1, que utilizaba barras de control orientadas verticalmente, se reconfiguró con un núcleo extraíble para convertirse en el HTRE-2 para pruebas adicionales. HTRE-3 se construyó por separado para probar las barras de control orientadas horizontalmente según fuese apropiado para su uso en el fuselaje de un avión.[8]

Los reactores y conjuntos de prueba HTRE-2 y HTRE-3 desmantelados pueden ser vistos por el público en el aparcamiento del Experimental Breeder Reactor I en el Laboratorio Nacional de Idaho.

Pratt and Whitney Aircraft Reactor-1

El 5 de febrero de 1957, otro reactor se hizo crítico en la Instalación de Experimentos Críticos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL), como parte del programa de reactor de combustible circulante de la Pratt and Whitney Aircraft Company (PWAC). Se denominaba PWAR-1, Pratt and Whitney Aircraft Reactor-1. El propósito de la prueba fue verificar experimentalmente las propiedades nucleares teóricamente predichas de un reactor PWAC. La fase de pruebas tuvo una duración muy breve, y a finales de febrero de 1957 se habían tomado todos los datos y se había comenzado el desmontaje del reactor. El experimento se realizó esencialmente a cero energía nuclear. La temperatura de funcionamiento se mantuvo constante a aproximadamente 675°C, lo que correspondía exactamente a la temperatura de funcionamiento de diseño del moderador del PWAR-l. Esta temperatura se mantuvo mediante calentadores externos. Al igual que el ARE de 2,5 MWt, el PWAR-1 utilizó NaF-ZrF4-UF4 como combustible primario y refrigerante.[9]

Cancelación

La competencia tecnológica con la Unión Soviética (representada por el lanzamiento del Sputnik 1) y el continuo apoyo de la Fuerza Aérea permitieron que el programa continuara, a pesar del liderazgo dividido entre el DOD y el AEC. Numerosas instalaciones de prueba fueron financiadas y construidas durante los años 1950 y hasta 1961, con el fin de producir una unidad de energía nuclear capaz de impulsar un vuelo, incluida una en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL). Si bien el ARE demostró con éxito la viabilidad del concepto MSR, el presidente Kennedy canceló el programa el 26 de marzo de 1961[3]​ citando el escandaloso costo del proyecto hasta el momento, sin haber producido un reactor aeronáutico plenamente operativo[6]​ -"15 años y alrededor de mil millones se dólares se han dedicado al intento de desarrollo de un avión de propulsión nuclear, pero la posibilidad de lograr un avión militarmente útil en el futuro previsible aún es muy remota". También contribuyó a la cancelación el hecho de que los primeros misiles balísticos intercontinentales entraron en servicio activo en septiembre de 1959, lo que eliminó la necesidad de un avión de propulsión nuclear como elemento disuasorio estratégico.[10]​ Sin embargo, los resultados del programa solicitado a los científicos e ingenieros del ORNL, sirvieron para presentar una propuesta de diseño preliminar de la Comisión de Energía Atómica para un MSR (reactor de sal fundida) experimental de 30 MWth como posible base de un concepto de central de producción de energía civil.[11]​ El resultado de la propuesta fue la decisión de la Comisión de Energía Atómica de que la ORNL diseñara, construyera y operara el experimento del reactor de sal fundida (MSRE).[12]

Véase también

  • Laboratorio de Aeronaves Nucleares de Georgia
  • Proyecto Pluto para desarrollar motores a reacción de propulsión nuclear para uso en misiles de crucero
  • WS-110A, proyecto de la USAF de un bombardero supersónico (1955)
  • Reactor de sal fundida
  • Proyecto Rover para desarrollar un cohete termal nuclear
  • NERVA

Referencias

  1. Emme, Eugene M, comp (1961), Aeronautics and Astronautics: An American Chronology of Science and Technology in the Exploration of Space, 1915–1960, Washington, DC, pp. 49-63 ..
  2. Colon, Raul. . Archivado desde el original el 2 de noviembre de 2008. Consultado el 5 de noviembre de 2008. 
  3. «Megazone». The Decay of the Atomic Powered Aircraft Program. Worcester Polytechnic Institute. 1993. Consultado el 5 de noviembre de 2008. 
  4. . Brookings Institution. Archivado desde el original el 2 de marzo de 2006. 
  5. Alvin M. Weinberg, The First Nuclear Era: The Life and Times of a Technological Fixer Sprnger Science & Business Media, 1994, p.106
  6. Aircraft Nuclear Propulsion – Politics. (1997). Aircraft Nuclear Propulsion. Retrieved January 16, 2016, [1]
  7. Launius, Roger D. «Aeronautics and Astronautics Chronology 1950–54». www.hq.nasa.gov. Consultado el 12 de abril de 2018. 
  8. McCusker, Thomas. «Final Report: Decontamination and Decommissioning of Heat Transfer Reactor Experiment Test Assemblies HTRE-2 and HTRE-3». Idaho National Lab. Consultado el 6 de julio de 2019. 
  9. ORNL-2536
  10. Atlas. (n.d.). The History of Flight. Retrieved January 16, 2016, from [2].
  11. Alexander, L.G. et al. Oak Ridge National Laboratory. (MAR 8, 1960). Experimental molten-salt-fueled 30-Mw power reactor. ORNL-2796. Retrieved January 16, 2016, from [3].
  12. Robertson, R.C. etc al. Oak Ridge National Laboratory. (January 1965). MSRE Design and Operations Report Part I description of reactor design (pp. 3–6). ORNL-TM-728. Retrieved December 1, 2015, from ORNL-TM-0728.pdf.

Enlaces externos

  • Dreams of Nuclear Flight — The NEPA and ANP programs (PDF), Wisc ..
  • The Bureau of Atomic Tourism .. (links to a photography website (http://www.chrispeters.com/))
  • Wendt, Gerald (1951), A Scientist Preview The First Atomic Airplane . with illustrations on the subject of using an atomic reactor to power an aircraft.
  • Martin, Richard (8 de mayo de 2012), «ANP», SuperFuel, pp. 109-12, ISBN 9780230341913 ..
  • SOVİET TOP SECRET NUCLEAR AIRPLANE M-60 Akademi Portal by Akademi Portal web site (in English)
  • COMPREHENSHIVE TECHNICAL REPORT GE DIRECT AIR CYCLE AIRCRAFT NUCLEAR PROPULSION PROGRAM (in English)
  • “Flyable” Reactors & Neutron Coupling (in English)
  •   Datos: Q3607198
  •   Multimedia: Aircraft nuclear propulsion

propulsión, nuclear, aeronaves, programa, nombre, original, inglés, aircraft, nuclear, propulsion, proyecto, anterior, energía, nuclear, para, propulsión, aeronaves, nuclear, energy, propulsion, aircraft, nepa, trabajaron, para, desarrollar, sistema, propulsió. El programa de Propulsion Nuclear de Aeronaves nombre original en ingles Aircraft Nuclear Propulsion ANP y el proyecto anterior de Energia Nuclear para la Propulsion de Aeronaves Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft NEPA trabajaron para desarrollar un sistema de propulsion nuclear para aeronaves Las Fuerzas Aereas del Ejercito de los Estados Unidos iniciaron el Proyecto NEPA el 28 de mayo de 1946 1 Despues de obtener financiacion por 10 millones de dolares en 1947 2 el programa NEPA funciono hasta mayo de 1951 cuando el proyecto fue transferido a la Comision Conjunta de Energia Atomica AEC USAF siendo rebautizado como ANP 3 La USAF investigo dos sistemas diferentes para motores a reaccion de propulsion nuclear el concepto Direct Air Cycle desarrollado por General Electric y el sistema Indirect Air Cycle que fue asignado a Pratt amp Whitney El programa estaba destinado a desarrollar y probar el Convair X 6 pero se cancelo en 1961 antes de que se construyera este avion 4 HTRE 2 izquierda y HTRE 3 derecha en exhibicion en el Laboratorio Nacional de Idaho cerca de Arco Idaho Indice 1 Tipos 1 1 Ciclo de Aire Directo 1 2 Ciclo de Aire Indirecto 2 Reactores Experimentales y Proyectos 2 1 Experimento de Reactor de Aeronave 2 2 Proyecto MX 1589 2 3 Experimentos del Reactor de Transferencia de Calor 2 4 Pratt and Whitney Aircraft Reactor 1 3 Cancelacion 4 Vease tambien 5 Referencias 6 Enlaces externosTipos EditarCiclo de Aire Directo Editar Edificio donde se desarrollo el Experimento del Reactor de Aeronaves en el ORNL Los motores nucleares de ciclo directo se parecerian a un motor a reaccion convencional excepto en que no habria camaras de combustion El aire obtenido de la seccion del compresor se enviaria a una camara desde donde se dirigia al nucleo del reactor nuclear Se realizaba un intercambio de calor refrigerando el reactor y calentando el aire que se enviaba a otra camara Desde esta segunda camara el aire se dirigia hacia una turbina que lo enviaba al escape El resultado final era que en lugar de utilizar combustibles derivados del petroleo un avion podia depender del calor de las reacciones nucleares para obtener energia El programa de la General Electric con sede en Evendale Ohio se llevo a cabo debido a sus ventajas en simplicidad fiabilidad idoneidad y capacidad de inicio rapido Se utilizaron compresores de motores a reaccion convencionales y secciones de turbina con el aire comprimido que pasaba por el reactor para ser calentado antes de ser expulsado a traves de la turbina Ciclo de Aire Indirecto Editar El ciclo indirecto implica que el intercambio termico se producia fuera del nucleo con el aire del compresor que se enviaba a un intercambiador de calor El nucleo del reactor nuclear calentaria agua a presion o metal liquido y tambien lo enviaria al intercambiador de calor Ese liquido caliente seria enfriado por el aire el aire seria calentado por el liquido y enviado a la turbina La turbina enviaria el aire al escape proporcionando empuje El programa del ciclo indirecto del aire fue asignado a Pratt amp Whitney en una instalacion cerca de Middletown Connecticut Este concepto habria producido mucha menos contaminacion radiactiva Uno o dos bucles de metal liquido llevarian el calor del reactor al motor Este programa implico un gran esfuerzo de investigacion y desarrollo de muchos sistemas ligeros adecuados para su uso en aeronaves tales como intercambiadores de calor turbobombas y radiadores para el metal liquido El programa de Ciclo Indirecto nunca llego a producir un motor listo para el vuelo 5 Reactores Experimentales y Proyectos EditarExperimento de Reactor de Aeronave Editar El Aircraft Reactor Experiment ARE de los Estados Unidos fue un reactor nuclear experimental de espectro termal con una potencia de 2 5 MWth disenado para alcanzar un alta concengracion de potencia y una elevada temperatura de salida para su uso como motor en un avion de bombardero de propulsion nuclear La ventaja de un avion de propulsion nuclear sobre un avion de propulsion convencional es que podria permanecer en vuelo por mas tiempo ininterrumpido a la espera de recibir la orden de iniciar misiones de mucho mas largo alcance convirtiendose en un elemento disuasorio estrategico nuclear efectivo frente a un adversario sovietico tambien en posesion de armas nucleares El ARE fue el primer reactor de sal fundida MSR en ser construido y operado Utilizo la sal de fluoruro fundido NaF ZrF4 UF4 53 41 6 molar como combustible siendo moderado por oxido de berilio de configuracion hexagonal BeO y alcanzando una temperatura maxima de 860 C Se uso un sistema de refrigerante de sodio liquido redundante para enfriar el moderador y los materiales reflectores Asi mismo un circuito secundario refrigerante de gas helio circulaba alrededor del refrigerante primario para transferir calor a un radiador de agua donde la produccion de calor se descargaba a la atmosfera Se instalaron las barras de control y se vio que no determinaban la potencia de salida del ARE La demanda de energia si que controlaba el reactor lo que afecto las temperaturas de salida y entrada debido al coeficiente de reactividad de temperatura negativa El ARE fue operado a plena potencia durante 221 horas hasta un pico de 2 5 MWth 6 Proyecto MX 1589 Editar El NB 36H en un vuelo de prueba a la sombra de un Boeing B 50 Superfortress El 5 de septiembre de 1951 la USAF le otorgo a Convair un contrato para volar un reactor nuclear a bordo de un Convair B 36 Peacemaker 7 modificado bajo el proyecto MX 1589 del programa ANP El NB 36H Nuclear Test Aircraft NTA debia estudiar los requisitos de blindaje para un reactor aerotransportado para determinar si un avion nuclear era factible Este fue el unico experimento conocido de reactor aereo en Estados Unidos con un reactor nuclear operacional a bordo La NTA volo un total de 47 veces probando el reactor sobre el oeste de Texas y el sur de Nuevo Mexico El reactor llamado Reactor de Prueba del Escudo de Aeronaves ASTR estaba operativo pero no alimentaba la aeronave sino que el objetivo principal del programa de vuelo era la prueba del escudo Segun los resultados de la NTA el X 6 y todo el programa de aeronaves nucleares fue abandonado en 1961 Experimentos del Reactor de Transferencia de Calor Editar HTRE 3 Como parte del programa ANP AEC USAF en 1956 los General Electric J47 modificados se operaron por primera vez con energia nuclear utilizando un conjunto de prueba de reactor conocido como Experimento 1 del Reactor de Transferencia de Calor HTRE 1 El HTRE 1 que utilizaba barras de control orientadas verticalmente se reconfiguro con un nucleo extraible para convertirse en el HTRE 2 para pruebas adicionales HTRE 3 se construyo por separado para probar las barras de control orientadas horizontalmente segun fuese apropiado para su uso en el fuselaje de un avion 8 Los reactores y conjuntos de prueba HTRE 2 y HTRE 3 desmantelados pueden ser vistos por el publico en el aparcamiento del Experimental Breeder Reactor I en el Laboratorio Nacional de Idaho Pratt and Whitney Aircraft Reactor 1 Editar El 5 de febrero de 1957 otro reactor se hizo critico en la Instalacion de Experimentos Criticos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge ORNL como parte del programa de reactor de combustible circulante de la Pratt and Whitney Aircraft Company PWAC Se denominaba PWAR 1 Pratt and Whitney Aircraft Reactor 1 El proposito de la prueba fue verificar experimentalmente las propiedades nucleares teoricamente predichas de un reactor PWAC La fase de pruebas tuvo una duracion muy breve y a finales de febrero de 1957 se habian tomado todos los datos y se habia comenzado el desmontaje del reactor El experimento se realizo esencialmente a cero energia nuclear La temperatura de funcionamiento se mantuvo constante a aproximadamente 675 C lo que correspondia exactamente a la temperatura de funcionamiento de diseno del moderador del PWAR l Esta temperatura se mantuvo mediante calentadores externos Al igual que el ARE de 2 5 MWt el PWAR 1 utilizo NaF ZrF4 UF4 como combustible primario y refrigerante 9 Cancelacion EditarLa competencia tecnologica con la Union Sovietica representada por el lanzamiento del Sputnik 1 y el continuo apoyo de la Fuerza Aerea permitieron que el programa continuara a pesar del liderazgo dividido entre el DOD y el AEC Numerosas instalaciones de prueba fueron financiadas y construidas durante los anos 1950 y hasta 1961 con el fin de producir una unidad de energia nuclear capaz de impulsar un vuelo incluida una en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge ORNL Si bien el ARE demostro con exito la viabilidad del concepto MSR el presidente Kennedy cancelo el programa el 26 de marzo de 1961 3 citando el escandaloso costo del proyecto hasta el momento sin haber producido un reactor aeronautico plenamente operativo 6 15 anos y alrededor de mil millones se dolares se han dedicado al intento de desarrollo de un avion de propulsion nuclear pero la posibilidad de lograr un avion militarmente util en el futuro previsible aun es muy remota Tambien contribuyo a la cancelacion el hecho de que los primeros misiles balisticos intercontinentales entraron en servicio activo en septiembre de 1959 lo que elimino la necesidad de un avion de propulsion nuclear como elemento disuasorio estrategico 10 Sin embargo los resultados del programa solicitado a los cientificos e ingenieros del ORNL sirvieron para presentar una propuesta de diseno preliminar de la Comision de Energia Atomica para un MSR reactor de sal fundida experimental de 30 MWth como posible base de un concepto de central de produccion de energia civil 11 El resultado de la propuesta fue la decision de la Comision de Energia Atomica de que la ORNL disenara construyera y operara el experimento del reactor de sal fundida MSRE 12 Vease tambien EditarLaboratorio de Aeronaves Nucleares de Georgia Proyecto Pluto para desarrollar motores a reaccion de propulsion nuclear para uso en misiles de crucero WS 110A proyecto de la USAF de un bombardero supersonico 1955 Reactor de sal fundida Proyecto Rover para desarrollar un cohete termal nuclear NERVAReferencias Editar Emme Eugene M comp 1961 Aeronautics and Astronautics An American Chronology of Science and Technology in the Exploration of Space 1915 1960 Washington DC pp 49 63 Colon Raul Flying on Nuclear The American Effort to Built sic a Nuclear Powered Bomber Archivado desde el original el 2 de noviembre de 2008 Consultado el 5 de noviembre de 2008 a b Megazone The Decay of the Atomic Powered Aircraft Program Worcester Polytechnic Institute 1993 Consultado el 5 de noviembre de 2008 Nuclear Powered Aircraft Brookings Institution Archivado desde el original el 2 de marzo de 2006 Alvin M Weinberg The First Nuclear Era The Life and Times of a Technological Fixer Sprnger Science amp Business Media 1994 p 106 a b Aircraft Nuclear Propulsion Politics 1997 Aircraft Nuclear Propulsion Retrieved January 16 2016 1 Launius Roger D Aeronautics and 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power an aircraft Martin Richard 8 de mayo de 2012 ANP SuperFuel pp 109 12 ISBN 9780230341913 SOVIET TOP SECRET NUCLEAR AIRPLANE M 60 Akademi Portal by Akademi Portal web site in English COMPREHENSHIVE TECHNICAL REPORT GE DIRECT AIR CYCLE AIRCRAFT NUCLEAR PROPULSION PROGRAM in English Flyable Reactors amp Neutron Coupling in English Datos Q3607198 Multimedia Aircraft nuclear propulsionObtenido de https es wikipedia org w index php title Propulsion Nuclear de Aeronaves amp oldid 130427955, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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