Сергей (22sobaki) wrote in engineering_ru,
Сергей
22sobaki
engineering_ru

“Орион” – проект ядерного взрыволета конца 1950-х годов

Пишет kiri2ll:

Что будет, если на заряд взрывчатого вещества поставить какой-то предмет? Бытовая логика подсказывает что он или будет разрушен взрывом, или же (если он достаточно прочный) будет отброшен на какое-то расстояние. А что, если вместо взрывчатки у нас ядерная бомба, а вместо предмета космический корабль? Тогда мы получим проект космического корабля “Орион”, которые разрабатывался в 50-е годы учеными из Лос-Аламосской лаборатории...


Прежде чем описать суть концепции, стоит совершить небольшой исторический экскурс в середину 20 века. До конца 1950-х в США не было единой организации, которая бы занималась вопросами космической программы. Вместо этого там существовал целый ряд конкурирующих организаций при разных министерствах и ведомствах. Но запуск СССР первого Спутника (что оказалось шоком для многих обывателей – доставляющую цитату из произведения Стивена Кинга можно почитать тут) и несколько громких провалов по программе “Авангард” вынудили президента Эйзенхаура принять решение о создании национальной организации, в рамках которой оказались бы сосредоточены все ресурсы направляемые на космическую гонку. Этой организацией стало хорошо известное всем NASA, которое получило в свое распоряжение все разрабатываемые к тому моменту перспективные космические проекты.
Одним из них и был космический корабль “Орион”. Суть его заключалась в следующем: корабль снабжается мощной плитой, устанавливаемой за кормой. Ядерные бомбы небольшой мощности (от 0.01 до 0.35 килотонн) должны были равномерно выбрасываться в направлении, противоположном полёту корабля и подрываться на сравнительно малой дистанции (до 100 м). Отражающая плита принимала на себя импульс, и передавала его кораблю через систему амортизаторов (или без них, для беспилотных версий). От повреждения световой вспышкой, потоками гамма-излучения и высокотемпературной плазмой, отражающая плита должна была быть защищена покрытием из графитовой смазки, которое заново распылялось бы после каждого подрыва.

Принципиальная схема корабля

Слишком безумно чтобы быть реализуемым? Не спешите делать выводы. Дело в том, что в концепции “взрыволета” было здравое зерно. Химические ракеты, которые и по настоящее время являются единственным средством доставки грузов в космос отличаются убойно-низким КПД. Это связано с тем, что они имеют скорость истечения реактивной массы приблизительно 3-4 км/с, что означает, что  необходимо предусмотреть n ступеней в конструкции корабля, если его надо разогнать  до скорости 3n км/с. Это приводит к тому, что скажем для того, чтобы доставить спускаемый аппарат с астронавтами весом в две тонны до поверхности Луны, приходится строить трехступенчатую ракету высотой 110 м и сжигать свыше 2600 тонн горючего.  Подрыв же ядерного заряда в зависимости от его мощности может дать удельный импульс от 100 до 30 000 км/с, что позволяет создать корабль, чье ТТХ радикально бы превзошло всю когда-либо созданную технику.

В рамках проекта были проведены некоторые макетные испытания. В частности, эксперимент с обычными зарядами и 100 килограммовой моделью корабля показал, что такой полет может быть устойчивым. Кроме того во время ядерных испытания на атолле Эниветок покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 метрах от эпицентра взрыва. После взрыва они были найдены неповрежденными: тонкий слой графита испарился с их поверхностей, что доказало, что предложенная схема использования графитовой смазки для защиты плиты в принципе возможна.
Кроме того, своеобразный "опыт" был проведен в августе 1957 года. Во время подземных ядерных испытания в славном штате Невада, 900 килограммовая стальная плита закрывающая шахту на дне которой был взорван ядерный заряд, была буквально выброшена ударной волной в атмосферу со скоростью примерно 66 км/с (как показали замеры с камер наблюдения). Насчет дальнейшей судьбы плиты мнения расходятся – некоторые энтузиасты полагают что она стала первым сделанным человеком объектом вышедшим в космос, более реалистичный взгляд заключается в том, что она попросту сгорела в атмосфере. В любом случае, совершенно ясно что энергия ядерного взрыва позволяла достичь скоростей, несравнимых с обычными ракетами.
Одним из участников рабочей группы по разработке программы был известный ученый Фримен Дайсон, который считал что использование химических ракет просто неразумно и является слишком дорогостоящим удовольствием - в частности он сравнивал их с дирижаблями 30-х годов, в то время как корабль "Орион" с современным Боингом.  Девизом его рабочей группы было  «Марс — к 1965 году, Сатурн — к 1970!», и этот слоган был не настолько самоуверенным, как может показаться на первый взгляд.

Фримен Дайсон
В частности, самый простой вариант “Ориона” имел бы стартовую массу в 880 тонн и мог доставлять на орбиту 300 тонн груза по цене 150 $ за килограмм и 170 тонн груза на Луну (сравните с возможностями и ценой Сатурна-5). Модификация для межпланетных полетов имела бы стартовый вес в 4000 тонны при использовании бомб мощностью 0.14 килотонн и могла бы доставлять 800 тонн полезной нагрузки и 60 пассажиров к Марсу. Как показали расчеты, полет к Сатурну с возвращением на Землю продлился бы всего 3 года.
Может возникнуть резонный вопрос – как бы запускали такую махину с Земли? Первоначально «Орион» предполагалось запускать с атомного полигона Джекесс-Флетс  все в том же славном штате Невада. Корабль, имеющий форму пули, устанавливался бы на 8 стартовых башнях высотой 75 метров для того, чтобы не быть повреждённым от ядерного взрыва у поверхности. При запуске каждую секунду должен был производиться один взрыв мощностью 0,1 кт. После выхода на орбиту, калибр зарядов увеличивался.

Но стоит отметить, что создатели “Ориона” не ограничивались лишь межпланетными перелетами. Фримен Дайсон предложил несколько проектов взрыволета которые могли бы использоваться для межзвездных полетов.

Расчеты  Дайсона показали, что использование мегатонных водородных бомб позволило бы разогнать корабль весом 400 000 тонн до 3,3% скорости света. Из общего веса корабля на полезную нагрузку отводилось бы 50 000 тонн – все остальное на 300 000 ядерных зарядов необходимых для полета и графитовую смазку (Карл Саган кстати предложил что такой корабль был бы отличным способом избавиться от мировых запасов ядерного оружия). Полет до Альфы Центавры занял бы 130 лет. Современные же расчеты показали, что правильная конструкция корабля и зарядов позволили бы достичь где-то 8% -10% скорости света, что позволило бы долететь до ближайшей звезды за 40-45 лет. Стоимость такого проекта на середину 60-х оценивалась в 10% тогдашнего ВВП США (где-то 2.5 триллиона долларов в пересчете на наши цены).
Конечно, проект имел ряд проблем, которые необходимо было бы как-то решить. Первая и самая очевидное – радиоактивное загрязнение Земли при старте. Для того, чтобы отправить 4000 тонный корабль в межпланетную экспедицию требовалось взорвать 800 бомб. По самым пессимистичным оценкам это бы дало загрязнение эквивалентное подрыву 10 мегатонной ядерной бомбы. По более оптимистичным оценкам, использование более эффективных и дающих меньший выход радиации зарядов сумело бы значительно уменьшить эту цифру. Кстати, стоимость самих бомб была бы не так и велика –  лишь 7% стоимости МБР приходится собственно на сами боеголовки. Куда больше тратится на ее корпус, системы наведения, топливо и обслуживание. По подсчетам, стоимость одного маленького ядерного заряда для "Ориона" составила бы 300 000 долларов в современных ценах.



Во-вторых, оставался вопрос создания надежной системы амортизаторов, которые бы защитили корабль и экипаж от чрезмерных перегрузок, а также защита экипажа от радиации и оборудования от электромагнитного импулься.

В-третьих, существовал риск повреждения защитной пластины и самого корабля обломками и шрапнелью от ядерного взрыва.

После создания NASA, проект еще некоторое время получал небольшое финансирование, но затем был свернут. В развернувшейся в те годы борьбе идеологий победили сторонники Вернера Фон Брауна с концепцией мощных химических ракет. С тех пор, идея использования взрыволетов никогда не пользовалась серьезной поддержкой внутри агентства, что авторы "Ориона" всегда считали большой ошибкой.

Впрочем, помимо идеологии большую роль сыграл тот фактор, что создатели во многом опередили время – ни тогда, ни сейчас у человечества пока что не возникало насущной необходимости в единовременном выводе тысяч тонн груза на орбиту. К тому же, учитывая насколько сейчас популярно экологическое движение, крайне тяжело представить что какие-то политики дадут добро на такой ядерный полет. Формальная точка в истории проекта была поставлена в 1963 году, когда СССР и США подписали договор о запрещении ядерных испытаний (в том числе в воздухе и космосе). Была предпринята попытка вставить в текст специальную оговорку для кораблей вроде “Ориона”, но СССР отказался делать какие-либо исключения из общего правила.


Но как бы то ни было, такой тип корабля является пока что единственным проектом звездолета, который мог бы быть создан на основе имеющихся технологий и принести научные результаты в недалеком будущем. Никакие другие технологически возможные на данном этапе типы двигателей для космических аппаратов не обеспечивают приемлемого времени для получения результатов. А все остальные предлагаемые концепции – фотонный двигатель, звездолеты на антиматерии класса "Валькирия" имеют большое количество нерешенных проблем и допущений, которые делают их возможную реализацию делом отдаленного будущего. Про так любимые фантастами червоточины и WARP-двигатели и говорить не приходится – как бы не была приятна идея мгновенного перемещения, к сожалению это все пока что остается чистой воды фантастикой.

Кто-то как-то сказал, что несмотря на то, что сейчас “Орион” (и его идейные последователи) представляют собой лишь теоретическую концепцию, но он всегда остается в запасе на случай возникновения каких-либо чрезвычайных обстоятельств, которые потребуют отправки в космос большого корабля. Сам Дайсон считал что такой корабль позволит обеспечить выживание человеческой расы в случае какой-то глобальной катастрофы и предсказывал что при тогдашнем  уровне экономического роста человечество могло бы начать межзвездные полеты через 200 лет.

С тех пор прошло уже 50 лет и пока что явных предпосылок к тому, что этот прогноз сбудется вроде нет. Но с другой стороны, никто не может быть уверен в том, что несет ему будущее – и кто знает, возможно со временем, когда у человечества появится действительная необходимость в выводе на орбиту больших кораблей, со всех этих проектов все же стряхнут пыль. Главное только, чтобы причиной этому будет не какие-то чрезвычайные происшествия, а экономические соображения и стремление наконец-то попробовать покинуть наши родительскую колыбель и отправиться к другим звездам.
Tags: история, космос, энергетика
Subscribe
promo engineering_ru april 14, 2014 13:47 105
Buy for 200 tokens
В 50-х годах Советский Союз вел грандиозные стройки, одной из которых был невиданный по тем временам проект — подземный тоннель на остров Сахалин, получивший рабочее название «Строительство № 506″. В конце 40-х, начале 50-х годов XX века остров Сахалин переживал бурный…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 124 comments