Чтобы покорить межзвездное пространство, ученые решили использовать атомные бомбы для создания тяги, которая могла бы поднять корабль в космос. Так появился проект «Орион». Рассказываем, как работал первый ядерный звездолет, почему проект оказался неудачным и может ли он возродиться в будущем.
Взрыволет — что это такое?
Идея проекта «Орион» была довольно простой, по крайней мере, концептуально: использовать атомные бомбы для создания тяги, которая могла бы поднять корабль в космос. В рамках проекта General Atomics приняли решение развить концепцию, предложенную в статье 1955 года Станиславом Уламом и Корнелиусом Эвереттом.
Впервые идею «Ориона» предложили именно они. Их концепция заключалась в следующем: взрывы водородных бомб, выбрасываемых из корабля, вызывали испарение дисков, выбрасываемых вслед за бомбами. Расширяющаяся плазма и двигала корабль. Тед Тейлор, один из ведущих американских разработчиков ядерных и термоядерных зарядов, развил этот проект далее. Зимой 1957 года он как раз работал в компании General Atomics. Англо-американский физик Фримен Дайсон, работавший в Принстоне, согласился продолжить вместе с ним разработку «Ориона».
Конечно, взрыва одной бомбы недостаточно, чтобы полностью вывести корабль в космос. Для его работы потребовалась бы серия атомных взрывов в быстрой последовательности, чтобы корабль не упал на землю. Именно поэтому атомный звездолет назвали взрыволетом.
Двигатель корабля «Орион» — ядерно-импульсный, в основу его работы положено использование энергии ядерного взрыва. Из космического аппарата в направлении, противоположном полету, выбрасывается ядерный заряд небольшого эквивалента и подрывается на сравнительно малой дистанции от корабля (до 100 м). Заряд сконструирован таким образом, чтобы большая часть продуктов взрыва в виде расширяющегося плазменного фронта, движущегося с релятивистскими скоростями, была направлена в хвост космического корабля: где массивная отражающая плита принимает на себя импульс и передает его кораблю через систему амортизаторов (или без них — для беспилотных версий). От повреждения световой вспышкой, потоками гамма-излучения и высокотемпературной плазмой отражающая плита защищена абляционным покрытием из графитовой смазки, возобновляемым после каждого подрыва
В общей сложности кораблям классов Orion и Super Orion требовалось около 800 бомб размером с небольшой компактный автомобиль, которые взрывались под кораблем со скоростью примерно одна в секунду, чтобы вывести его на орбиту.
Скорость, которую генерируют все эти атомные бомбы, была бы в два-три раза быстрее, чем у обычных ракет. По задумке, как только корабль достигнет космического вакуума, скорость будет сохранена как импульс.
Межзвездные полеты
Чрезвычайно высокие характеристики тяги и удельного импульса ядерно-импульсных приводов позволили инженерам предполагать возможность их использования не только в межпланетных, но и в межзвездных перелетах. Так, Фримен Дайсон рассчитал, что корабль, приводимый в действие мегатонными термоядерными зарядами со скоростью истечения продуктов реакции порядка 3000–30000 км/с, сможет развить максимальную скорость порядка 750–15000 км/с, то есть до 5% скорости света.
В рамках проекта Orion ученые разработали две принципиальные модификации звездолета: Energy Limited и Momentum Limited.
Проект Energy Limited Orion Starship представлял собой конструкцию с диаметром отражающей плиты около 20 км. Такие необходимы для того, чтобы плита успевала остыть в промежутке между взрывами без расходования абляционных материалов или иных средств охлаждения.
Общая масса корабля, согласно расчетам, составляла 40 млн тонн, из них более 30 млн тонн приходилось на «топливо» — мегатонные заряды. Из оставшихся 10 млн тонн пять приходилось на вес плиты, пять — на массу собственно конструкции и полезной нагрузки.
Подрывая за кормой по мегатонному заряду каждые 100 с (такой большой промежуток времени рассчитан на то, чтобы плита успевала остыть за счет излучения), корабль мог бы разогнаться до 0,33% скорости света (1 000 км/с) приблизительно за 100 лет. На полет к Альфе Центавра, которая предполагалась в качестве цели проекта, потребовалось бы порядка 1 300 лет. Огромная вместимость корабля позволяла построить на его базе настоящий «корабль поколений», способный поддерживать воспроизводящуюся человеческую популяцию в искусственной среде все время полета.
Проект Momentum Limited Orion Starship отличался более скромными масштабам. Основное его отличие — абляционное охлаждение отражающей плиты посредством распыления на ней в промежутках между взрывами графитовой смазки. Хотя это существенно снижало полезную нагрузку (за счет необходимости расходовать тысячи тонн графита), корабль получался гораздо компактнее и быстрее.
Очевидные проблемы с проектом «Орион»
Как известно, в 1960-х годах власти не жалели средств для технологической гонки между США и СССР. Однако деньги не смогли исправить одну важную проблему — радиационное излучение.
Обработка радиоактивных осадков от одной атомной бомбы является очень сложной инженерной задачей. Когда речь идет о ликвидации последствий взрыва сотни таких бомб на высоте в десятки километров, задача может считаться невыполнимой.
Другой серьезной проблемой стала невозможность работы экипажа на борту звездолета. Во время работы он подвергался бы облучению до 700 рад каждый раз, когда бомба взрывалась под «Орионом».
Для сравнения — острая лучевая болезнь развивается в результате относительно равномерного облучения в дозе более 1 Гр (100 рад) в течение короткого промежутка времени. Дозы до 1 Гр (100 рад) вызывают относительно легкие изменения, которые могут рассматриваться как состояние предболезни. Дозы свыше 1 Гр вызывают костно-мозговую или кишечную формы острой лучевой болезни различной степени тяжести, которые зависят главным образом от поражения органов кроветворения. Дозы однократного облучения свыше 10 Гр считаются абсолютно смертельными.
В таких условиях астронавты могли не дожить даже до выхода на орбиту. Конечно, команда проекта «Орион» надеялась, что где-то в будущем может быть создана «чистая» атомная бомба, которая не облучит все на своем пути. Как известно, надежды не оправдались.
Не стоит забывать и о том, что в 1963 году СССР и США подписали Договор о запрете ядерных испытаний между двумя странами. Фактически это привело к прекращению исследований в области наземных ядерных импульсных двигателей.
Испытания проекта
Стоит отметить, что проект «Орион» не остался только на бумаге. Несмотря на то, что проект не был реализован, учеными проводились не только расчеты, но и натурные испытания. Это были летные испытания моделей, движимых химическими взрывчатыми веществами. Модели называли put-puts, или hot rods. Несколько моделей было разрушено, однако один стометровый полет в ноябре 1959 года все же не был признан успешным. Испытания показали, что импульсный полет — реальная перспектива. Испытуемая модель высадилась на парашюте неповрежденной и сейчас находится в коллекции Смитсоновского национального музея авиации и космоса.
Может ли проект «Орион» когда-нибудь вернуться?
Сегодня возможность увидеть кольца Сатурна вживую или даже ступить на Плутон поддерживает проект «Орион» в воображении многих ученых и инженеров.
Сейчас в рамках программы НАСА Artemis планирует отправить экипаж на Луну, а Илон Маск давно собирается колонизировать Марс. Кроме того, в последние несколько лет отмечается повышенный интерес к майнингу астероидов. В итоге проблемы радиационного облучения в конечном итоге придется решать, если люди когда-либо надеятся существовать за пределами Земли.
Аналитики уверены, что если ученые смогут решить проблему радиации, то проект «Орион» может возродиться.
Читать далее
Посмотрите, как черная дыра начинает разрушать звезду
На Большом адронном коллайдере открыли новую частицу
Тепловая волна вызвала масштабное таяние ледяного щита Гренландии