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二十世纪五十年代，核技术发展突飞猛进。超级大国为扩充核武库而激烈竞争的同时，也积极建造核电站、破冰船、潜艇以及配备核动力装置的战舰。新技术带来巨大前景，核潜艇水下航行无航程限制，“加油”频率也大大降低，几年一次即可。尽管核反应堆在安全性上成本较高，但其优势明显。随着时间推移，核能系统的高潜力不仅引起海军司令部的关注，也引起了军事航空部门的兴趣。配备核反应堆的飞机在飞行性能上比使用汽油或煤油的飞机优越得多。军方首先被这种轰炸

二十世纪四十年代末，美国和苏联这两个曾在对德日战争中结盟的国家，突然成了死敌。两国的地理位置特点要求开发具有洲际航程的战略轰炸机。旧的技术已经无法确保将核弹头送到另一个大陆，这促使了新型飞机和火箭技术的发展。在四十年代，美国工程师们萌生了在飞机上安装核反应堆的想法。当时的计算表明，一架在质量、尺寸和飞行参数上与 B-29 轰炸机相当的飞机，在一次核燃料加注后，能够在空中停留不少于 5000 小时。换句话说，即使在当时技术尚不成熟的情况下，一次核燃料加注就可以为飞机提供整个使用寿命所需的能量。

当时，核动力飞机的另一个优点是核反应堆所能达到的高温。通过合理设计核动力装置，可以改进现有的涡喷发动机，利用反应堆加热工作介质。这样一来，就有可能增加发动机排气的能量和温度，从而显著提高发动机的推力。所有的理论思考和计算表明，核动力飞机在一些人看来成为了无敌的核弹投送工具。然而，进一步的实际工作冷却了这些“梦想家”的热情。

早在 1946 年，美国新成立的国防部就启动了 NEPA（Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft，飞机推进的核能）项目。该项目的目标是研究未来核动力飞机的所有相关方面。Fairchild 公司被指定为 NEPA 计划的主要承包商，负责研究配备核能装置的战略轰炸机和高速侦察机的前景，并确定其设计原型。Fairchild 的员工决定从最紧迫的问题入手：飞行员和地勤人员的安全。为此，他们在用作飞行实验室的轰炸机货舱中放置了一颗含有几克镭的胶囊。在实验飞行中，部分实验机组成员配备了盖革计数器。尽管货舱中的放射性金属量相对较少，但在飞机的所有有人活动区域内，辐射水平均超过了安全标准。根据这些研究结果，Fairchild 的员工不得不进行计算，确定反应堆所需的防护措施以确保安全。

初步计算显示，B-29 轰炸机根本无法承载如此大的重量，且现有货舱的空间不足以在不拆除炸弹架的情况下安装反应堆。换句话说，以 B-29 为例，必须在远程飞行（且在非常遥远的未来）和有用载荷之间做出选择。

在继续创建航空反应堆的初步设计过程中，遇到了新的问题。除了质量和尺寸方面的不适应，还出现了飞行中反应堆控制、有效保护机组和机体、以及将反应堆的能量传递给推进装置等难题。最终发现，即使有足够的防护，反应堆的辐射仍可能对飞机的结构部件及发动机润滑油产生负面影响，更不用说电子设备和机组成员了。到1948年，尽管耗资一千万美元，NEPA计划的初步工作却没有取得令人信服的成果。

1948年夏天，麻省理工学院举办了一次闭门会议，讨论核能飞机的前景。在一系列争论和咨询后，参与会议的工程师和科学家们得出结论，认为核能飞机的制造原则上是可行的，但其首次飞行可能要到六十年代中期甚至更晚的时间才能实现。

在MIT会议上，提出了两种未来核动力发动机的概念：开放式和封闭式。开放式核喷气发动机类似于普通的涡喷发动机，其空气加热通过热核反应堆来实现。加热后的空气通过喷嘴排出，同时驱动涡轮，从而带动压气机的叶片。然而，这种系统需要空气与反应堆的加热部件接触，存在核安全问题。此外，为了使飞机布局合理，反应堆需要非常小的尺寸，这影响了其功率和防护水平。

封闭式核喷气发动机的工作原理类似，不同之处在于空气在接触反应堆的专用换热器时被加热。反应堆直接加热某种热载体，而空气则通过与发动机内部的第一回路散热器接触来升温。涡轮和压气机仍然保持原位，并与涡喷或开放式核动力发动机中的工作方式相同。封闭式发动机没有对反应堆尺寸的严格限制，并且可以显著减少对环境的排放。然而，选择合适的热载体以将反应堆的能量传递给空气成为一个难题。各种液体热载体无法提供足够的效率，而金属热载体在启动发动机前需要预热。

在会议期间，提出了几种提高机组人员防护水平的独特方法。首先，这些方法涉及设计能自我屏蔽反应堆辐射的结构元件。较为悲观的科学家建议不要冒飞行员的生命风险，或者至少不要冒其生殖功能的风险。因此，出现了提供最大可能防护的建议，并建议从年长飞行员中选拔机组成员。最后，出现了装备远程控制系统的建议，以便在飞行过程中人员完全不暴露于风险中。在讨论这一选项时，有人提出将机组人员安置在一个小型滑翔机中，并通过足够长的拖索拖曳在核能飞机后面。

麻省理工学院的会议作为一次集思广益的活动，对未来核动力飞机计划的进展产生了积极的影响。1949年中期，美国军事部门启动了一个名为ANP（Aircraft Nuclear Propulsion，航空核动力装置）的新计划。这次计划的工作内容包括准备制造一架装备核能装置的完整飞机。由于其他优先事项的存在，参与计划的企业名单发生了变化。例如，洛克希德和Convair公司被招募为未来飞机机体的开发商，而通用电气和普惠公司则继续Fairchild的工作，研究核喷气发动机。

在ANP计划的早期阶段，客户更关注封闭式发动机的安全性。然而，通用电气公司在军方和政府官员中开展了一系列“说明工作”。通用电气的员工强调开放式发动机的简单性和因此而来的低成本。他们成功说服了相关负责人，最终ANP计划的发动机研究方向被分为两个独立的项目：通用电气开发的“开放式”发动机和普惠公司开发的封闭式发动机。不久之后，通用电气成功推动了自己的项目，获得了优先权和额外的资金支持。

在ANP计划进行过程中，现有的核发动机方案中又增加了一个新方案。这次的提议是制造一种结构类似于核电站的发动机：反应堆加热水，产生的蒸汽驱动涡轮机，涡轮机再将动力传递给螺旋桨。这种系统虽然效率较低，但最为简单且易于快速制造。然而，这种动力装置并未成为核动力飞机的主要选择。经过一些比较后，ANP计划的客户和承包商决定继续开发“开放式”和“封闭式”发动机，而将蒸汽涡轮机作为备用选项。

在1951-52年，ANP计划接近建造首架实验飞机的阶段。其基础是当时正在研发的Convair YB-60轰炸机，这是一种深度改进的B-36，具有后掠翼和涡喷发动机。为YB-60特别设计的动力装置是P-1，其核心是一台内部装有反应堆的圆柱形装置。该核装置提供约50兆瓦的热功率。通过管道系统，反应堆与四台GE XJ53涡喷发动机相连。压气机后的空气通过管道经过反应堆的活性区，加热后通过喷嘴排出。计算显示，仅靠空气不足以冷却反应堆，因此系统中加入了装有硼水溶液的罐子和管道。所有与反应堆相连的动力系统计划安装在轰炸机的后部货舱中，尽可能远离有人活动的区域。

值得注意的是，YB-60飞机上也计划保留原来的涡轮喷气发动机。原因在于开放式核发动机会污染环境，没人会允许在机场或人口密集区域附近这样做。此外，由于技术特点，核动力装置响应速度较慢。因此，它的使用仅在长时间巡航速度飞行时才方便和可行。

另一种性质的预防措施是创建两个额外的飞行实验室。第一个名为NB-36H，绰号为Crusader（“十字军”），旨在测试飞行员的安全。在量产型B-36上安装了一个十二吨重的驾驶舱组件，由厚钢板、铅板和20厘米厚的玻璃制成。为了进一步保护，驾驶舱后面还放置了一个装有硼水的水箱。在“十字军”的尾部，距离驾驶舱与YB-60相同的位置，安装了一个实验性反应堆ASTR（Aircraft Shield Test Reactor，“飞机屏蔽测试反应堆”），其功率约为一兆瓦。反应堆的冷却通过水进行，热量从活性区传递到机身外部的热交换器。ASTR反应堆没有执行任何实际任务，仅作为实验辐射源。

NB-36H实验室的测试飞行如下：飞行员驾驶关闭反应堆的飞机起飞，飞往最近的沙漠实验区，在那里进行所有实验。实验结束后，反应堆关闭，飞机返回基地。与“十字军”一起，从Carswell机场起飞的还有另一架配有测试设备的B-36轰炸机和一架载有海军陆战队员的运输机。如果实验飞机坠毁，海军陆战队员将空降到残骸附近，封锁区域并参与事故后果的清理。幸运的是，所有47次带有工作反应堆的飞行都没有发生任何事故。试飞表明，配备核动力装置的飞机在正确操作和无事故的情况下不会对环境造成严重威胁。

第二个飞行实验室，编号为X-6，也计划由B-36轰炸机改装。该飞机将安装与“十字军”相似的驾驶舱组件，并在机身中部安装核动力装置。该装置基于P-1装置设计，配备了新的GE XJ39发动机，这些发动机基于J47涡轮喷气发动机，每台发动机的推力为3100公斤力。有趣的是，核动力装置是一个单元，计划在飞行前直接安装在飞机上。X-6降落后，计划将其拖入专门设备的机库，拆下反应堆和发动机并存放在专门的储存设施中。在这一阶段，还创建了一个特殊的通风装置。原因在于当喷气发动机的压缩机停止后，反应堆的冷却效率大幅降低，因此需要额外的手段来确保反应堆的安全关闭。

在开始使用完整的核动力装置飞行之前，美国工程师决定在地面实验室进行相应的研究。1955年，实验装置HTRE-1（Heat Transfer Reactor Experiments，“反应堆热传递实验”）被组装完成。这台五十吨的装置基于一列火车平台组装而成，因此可以在实验开始前将其运送到远离人群的地方。HTRE-1使用了一种紧凑型铀反应堆，并配有铍和汞保护层。在平台上还安装了两台JX39发动机。发动机首先通过煤油点火启动，然后逐渐达到工作转速。此后，通过控制台的指令，压缩机的空气被重新引导到反应堆的工作区。典型的HTRE-1实验持续数小时，以模拟轰炸机的长时间飞行。到1956年中期，这台实验装置的热功率超过了20兆瓦。

随后，HTRE-1装置根据更新的设计进行了改造，之后被命名为HTRE-2。新的反应堆和技术解决方案使其功率达到了14兆瓦。然而，第二版实验动力装置仍然太大，无法安装在飞机上。因此，到1957年，开始设计HTRE-3系统。该系统是P-1系统的深度改进版，适用于两台涡轮喷气发动机。紧凑而轻便的HTRE-3系统提供了35兆瓦的热功率。1958年春天，第三版地面测试装置开始测试，完全证实了所有计算结果和这种动力装置的前景。

当美国通用电气公司（General Electric）优先处理开放式发动机项目时，普惠公司（Pratt & Whitney）也没有浪费时间，开发了自己的封闭式核动力装置。

普惠公司从一开始就研究了两种不同的系统方案。第一种方案涉及最显而易见的结构和功能：冷却剂在活性区域循环，并将热量传递到相应的喷气发动机部件。第二种方案则提出将核燃料研磨并直接放入冷却剂中。在这种系统中，燃料将沿着整个冷却剂回路循环，但核裂变只在活性区域内进行。实现这一目标的途径是通过正确设计反应堆主容积和管道系统的形状。

研究结果表明，最有效的管道系统形状和尺寸能够确保冷却剂和燃料的有效循环，从而确保反应堆的高效运行和良好的辐射防护水平。然而，循环燃料的系统过于复杂。进一步的开发主要集中在“固定”燃料元件上，这些元件被金属冷却剂冲刷。

在选择金属冷却剂时考虑了多种材料，但由于管道的耐腐蚀性和液态金属的循环问题，最终没有采用金属冷却剂。结果，不得不设计一种使用高度过热水的反应堆。根据计算，水在反应堆中应加热至约 810-820°C。为了保持其液态状态，系统内的压力需达到约350公斤/平方厘米。这种系统虽然非常复杂，但比使用金属冷却剂的反应堆更简单和实用。到1960年，普惠公司完成了其航空用核能装置的开发，并开始准备测试该系统，但这些测试最终未能进行。

在 ANP 项目和 NEPA 项目开展的十五年里，研究团队设计并测试了各种组件，耗费了超过十亿美元。尽管如此，核动力飞机的制造目标仍未实现。肯尼迪上任后，对航空核技术的进展产生了浓厚的兴趣。然而，由于未取得显著进展且项目开支过高，ANP 项目和所有核动力飞机的命运受到了严重质疑。1961 年上半年，新总统签署了一份文件，要求停止所有核动力飞机的工作。

值得一提的是，1960 年五角大楼曾做出了一个有争议的决定，停止了所有开放式动力装置的工作，将所有资金分配给“封闭式”系统。尽管在开发航空用核能装置方面取得了一定的成功，ANP 项目仍被视为失败。一段时间内，与 ANP 项目同时进行的还有用于未来导弹的核发动机开发，但这些项目也没有达到预期效果。随着时间的推移，这些项目也被关闭，飞机和导弹的核能装置开发工作彻底停止。

虽然一些私人公司时不时地尝试自主进行类似的开发，但没有一个项目获得政府的支持。美国政府对核动力飞机的前景失去了信心，转而发展海军和核电站的核能装置。

美国实验性战略轰炸机Convair NB-36H（非正式名称为“十字军”）

该轰炸机由康维尔（Convair）航空公司在20世纪50年代中期研制。飞机的弹舱内安装了功率为3兆瓦的反应堆。在安装反应堆后，飞机还装上了特殊的防护舱，里面设置了机组人员的工作位置。机组人员由13人缩减到5人：指挥官、副驾驶、飞行工程师和两名反应堆维护专家。

这架实验飞机于1955年9月17日进行了首次飞行。在1957年飞行计划结束前，总共进行了47次飞行，总飞行时间达215小时，其中89小时是开启反应堆进行的。