Оригинал взят у basra75
История возникновения и развития проекта «Орион»
Осень 1970 года...
В затерянном уголке американского штата Невада, в краю пустынь и военных полигонов, готовится к старту необыкновенный летательный аппарат. Это титановая колонна с коническим обтекателем высотой 90 метров, диаметром 30 метров и общей массой 4000 тонн. Достаточно одного взгляда, чтобы понять: необыкновенный аппарат намного превосходит все ракеты, когда-либо создававшиеся в СССР или в США, это конструкция совершенного нового класса, созданная не для вывода на околоземную орбиту маленькой капсулы с астронавтами, а для прорыва в дальний космос, к другим планетам или даже к звездам.
Полигон Джекесс-Флэтс, откуда стартует новый космический корабль, был создан в начале шестидесятых. Ранее здесь проводились испытания атомных бомб, этот статус сохраняется за полигоном поныне, и мало кто рискнет нарушить запреты и приехать в места, где в любой момент может произойти сокрушительный ядерный взрыв. Зловещая репутация полигона надежнее любых спецслужб охраняет его главную тайну.
Первый прототип космического корабля был куда меньше: максимальный диаметр его корпуса составлял 10 метров, и он еще не мог летать самостоятельно — его использовали в стендовых испытаниях, а позднее запускали на обычных ракетах-носителях на орбиту (январь 1960 года) и к Луне (июль 1961 года). Второй образец корабля, гораздо больших размеров и снабженный двигателем, также совершил два испытательных полета: вокруг Венеры (февраль 1962 года) и к лунам Марса (ноябрь 1963 года).
Первый полет большого аппарата готовился семь лет, и его задача куда сложнее и амбициознее, чем задачи кораблей-прототипов. До старта осталось всего несколько минут. Все строения полигона, включая колоссальное здание вертикальной сборки, обезлюдели — военные и инженеры, отвечающие за запуск, укрылись в заземленных бункерах в миле от стартовой площадки, наблюдая за происходящим сквозь освинцованные стекла. Из динамиков скрытых репродукторов доносится предстартовый отсчет — голос старшего офицера разносится далеко по пустыне.
Космический корабль, стоящий одиноко на стартовом комплексе, опирается на массивную плиту — это амортизатор, назначение которого в том, чтобы поглотить невообразимые ударные нагрузки в виде высоких давлений, температур и радиационного облучения, — они неизбежно возникнут за кормой корабля после того, как там взорвется небольшая плутониевая бомба. Дело в том, что этот удивительный летательный аппарат движется силой отдачи атомных взрывов, производимых на некотором удалении от него. Такой тип движителя называется ядерно-импульсным взрывного типа, и он впервые применяется в составе космического корабля. Он намного более эффективен, чем жидкостные ракетные двигатели, однако и намного более дорог, ведь топливом здесь служат миниатюрные бомбы, мощность каждой из которых соответствует целому поезду, доверху груженному мощнейшей взрывчаткой.
«Шесть... пять... четыре... — отмечает последние секунды старший офицер, — три... два... один... ноль... Пуск!»
Чудовищный взрыв сотрясает высохшую почву пустыни. Многочисленные наблюдатели в напряжении смотрят на экраны телевизоров.
Ярчайший проблеск, затем — тучи пыли, но белая башня корабля остается на месте. Амортизаторы действуют медленно и еще не передали всю энергию импульса кораблю. Через секунду — новая вспышка, новый взрыв. Еще через секунду — снова. Корабль начинает подниматься в небо над клубами пыли, а в бункере наблюдения раздаются аплодисменты.
Под канонаду следующих одним за другим взрывов корабль взлетает все выше и выше, пока не исчезает в чистом синем небе Невады. Некоторое время еще видны отблески атомных вспышек. По истечении нескольких минут небо окончательно опустело — от пролета корабля на нем осталось только сюрреалистическое ожерелье из серых облаков.
Космический корабль с ядерно-импульсным двигателем «Орион-1» вышел в межпланетное пространство...
Описание старта космического корабля «Орион-1» словно бы взято из фантастического романа. Такой запуск не осуществлялся, но вполне мог иметь место, и именно в указанное время: осенью 1970 года.
Согласно принцип действия у «Ориона» был следующий: из космического аппарата, в направлении, противоположном полёту, выбрасывается небольшой ядерный заряд и подрывается. Часть продуктов деления, летящая в сторону корабля, попадает на тяговую плиту, ударяя в неё (см. рис. 1). Удар компенсируется амортизаторами. Дополнительная тяга создаётся за счёт абляции (испарения) покрытия тяговой плиты под воздействием гамма- и рентгеновских лучей.
Впервые идею «Ориона» предложили Станислав Улам и Корнелиус Эверетт в Лос-Аламосе в 1955 году . Их концепция заключалась в следующем: взрывы водородных бомб, выбрасываемых из корабля, вызывали испарение дисков, выбрасываемых вслед за бомбами. Расширяющаяся плазма толкала корабль. Тейлор, создатель американской водородной бомбы развил этот проект далее. Зимой 1957 года Тейлор работал в компании Дженерал Атомикс. Фримен Дайсон, с работавший в Принстоне, согласился продолжить вместе с ним разработку этого проекта.
Таким образом, в создании проекта «Орион» участвовали многие учёные, создавшие атомное оружие для США.
По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но даже и натурные испытания. Это были летные испытания моделей, движимых химическими взрывчатыми веществами. Модели называли «put-puts», или «hot rods». Несколько моделей было разрушено, но 100-метровый полет в ноябре 1959, произведенный 6 взрывами, был успешен (см. рис. 2) и показал, что импульсный полет мог быть устойчивым .
Аппарат имел форму пули и имел массу 133 килограмма. Позади аппарата, на расстоянии 866 за плитой, производились взрывы зарядов тринитротолуола (C4), по 1,04 кг. каждый. Всего было взорвано, как уже упоминалось, 6 зарядов. Для придания начальной скорости аппарат запускался из миномёта, для чего потребовалось 452 кг. пороха.
Также для исследования прочности тяговой плиты были проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 метрах от эпицентра взрыва. Сферы были после взрыва найдены неповрежденными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей. Возможно такая же теплозащита предусматривалась для тяговой плиты. Эксперименты показали, что плита была бы подвергнута действию критических температур только приблизительно одну миллисекунду в течение каждого взрыва, и что абляция произойдет только в пределах тонкого поверхностного слоя плиты. Продолжительность высоких температур настолько коротка, что очень немного тепла переходило в плиту, активное охлаждение было бы ненужным.
Пожалуй, в проекте «Орион» принципиально новым было именно создание тяговой плиты, которая должна была выдержать сотни атомных взрывов. Тем не менее, эта задача принципиально разрешима, что доказывается экспериментами, о которых рассказывалось выше. В приводится следующая аналогия: температура сгорания бензина в двигателе выше точки плавления цилиндра и поршня, но они не плавятся, так как сам цикл взрыва очень короткий и элементы двигателя не успевают нагреться и расплавиться.
В июле 1958 года агентство ARPA начало выделять деньги на развитие проекта «Орион» в размере 1 миллиона долларов в год. Этот заказ на исследование получил обозначение заказ 6, задача 3, и получил название «Исследование аппаратов, движимых ядерным взрывом».
Тейлор и Дайсон считали, что ракеты на химическом топливе, создаваемые фон Брауном, не имеют будущего. В то время, да и сейчас, ракеты на химическом топливе очень дороги, сложны, они имеют очень малую нагрузку, а также не способны сообщать космическим кораблям большие скорости для полётов в Солнечной системе.
Постепенно, однако ж, «Орион» начинает сдавать свои позиции. Сначала ВВС поняли, что «Орион» не является перспективным космическим оружием, так как баллистические ракеты «Атлас» и «Титан» вполне справлялись со своей задачей, «Орион» же как средство доставки ядерных бомб был малоэффективен и дорог. С другой стороны, в 1959 году NASA решило, что в ближайшем десятилетии космические корабли оснащаться ядерными двигателями не будут.
Роберт МакНамара, министр обороны, также считал, что «Орион» не может быть эффективным вооружением и все попытки Тейлора и Дайсона начать работы по проекту отвергались. Тем не менее, учёные сохраняли надежду. В это время как раз началась лунная гонка и возможным её результатом мог быть полёт на Марс. Тейлор и Дайсон обратились в NASA для поддержки этого проекта. Фон Браун, узнав об этом проекте, стал его горячим сторонником, но ничем помочь не мог.
Постепенно стало ясно, что общественность будет против взрыва в атмосфере сотен атомных бомб, даже небольших. В результате было решено запускать «Орион» не с земли, а в космосе, куда он доставлялся одной или двумя ракетами «Сатурн-5». Так как максимальный диаметр «Сатурна-5» был 10 метров, то и диаметр тяговой плиты также ограничивался десятью метрами, в результате чего удельный импульс несколько снижался.
Для того, чтобы получить хоть какую-то поддержку, в 1964 году проект был частично рассекречен, но, пожалуй, было уже поздно: в 1963 году США, СССР и Великобританией был подписан договор о запрещении ядерных взрывов в трёх средах: космосе, атмосфере и на земле. В результате «Орион» в любом виде становился вне закона.
Устройство корабля проекта «Орион»
На рисунке 3 изображено устройство типичного «Ориона». Согласно «Орион» состоял из следующих модулей: propulsion module, propellant magazines и payload section. Эти названия можно перевести следующим образом: движитель, топливные ёмкости, отсек полезной нагрузки. Движитель состоял из тяговой плиты, амортизаторов и основной секции, содержащей порядка 900 ядерных зарядов, и торообразных баков, содержащих нефтяное масло для распыления на тяговую плиту (это делалось для её охлаждения, а также для создания дополнительной тяги). Топливные ёмкости содержали дополнительные ядерные заряды в количестве 92 штуки половинной мощности, предназначенных для запуска и останова двигателя. И, наконец, отсек полезной нагрузки, являлся также кабиной астронавтов.
Рассмотрим более подробно эти модули. Устройство двигательного модуля представлено на рисунке 4. Хранящиеся в модуле заряды подавались в пневматическую пушку, из которой выстреливались с частотой 1 Гц. Для их прохождения через тяговую плиту в ней было сделано цилиндрическое отверстие. Пушка снабжалась наконечником для защиты от плазмы, образующейся при взрыве. Система амортизаторов состояла из двух ступеней. Сначала нагрузку воспринимали надувные секции в тяговой плите, а потом – система из телескопических амортизаторов, сжимающихся под действием взрыва.
Рис. 3 Устройство «Ориона». Взято из отчёта Дженерал Динамикс «Nuclear pulse space vehicle study»
Рис. 4 Устройство двигательного модуля «Ориона» Взято из отчёта Дженерал Динамикс «Nuclear pulse space vehicle study»
Интересно устройство ядерного заряда, созданного для «Ориона». Его устройство приведено на рисунке 5. Основой являлась ядерная бомба мощностью 0,1 кт тротилового эквивалента. В ней предполагалось использовать плутоний в качестве делящегося вещества. При взрыве осколки деления, а также плазма, образовавшаяся при испарении оболочки бомбы, разлетается во все стороны, поэтому для более полного использования энергии взрыва впереди заряда устанавливалась «пробка» из вольфрама, поглощающего гамма-излучение и окиси бериллия, поглощающей нейтроны. В результате взрыва формировались два своеобразных джета, состоящие из ядер вольфрама, кислорода и бериллия, разогнанных до высоких скоростей. По закону сохранения импульса они летели в диаметрально противоположных направлениях. Ориентацию заряда подбирали так, чтобы один из этих джетов попал на тяговую плиту.
Рис. 5 Устройство заряда «Ориона». Взято из отчёта Дженерал Динамикс «Nuclear pulse space vehicle study»
Массы вольфрама и окиси бериллия соотносятся как 4:1, а масса такого заряда для модификации «Ориона» с 10 метровой тяговой плитой была равна 141 кг. при Iуд=1850 сек. (в других источниках - 2500 сек.). Для 20м плиты модуль импульса весит 450кг при тех же 2кг плутония, Уи=3150сек. Цена 120 $/кг веса модуля. Также было возможно использование свинца вместо бериллия и полиэтилена вместо окиси вольфрама.
На рис. 6 приведено устройство модуля управления и жилого модуля. Как видно из рисунка, жилой отсек состоял из навигационной рубки, комнаты управления, спальных мест и систем катапультирования (предполагалось запускать этот корабль вместе с экипажем). К модулю управления с боков походили два герметичных перехода, ведущих в жилой модуль.
Жилой модуль включал комнаты отдыха и обитания, лаборатории и воздушный шлюз. В жилой модуль из модуля управления вели два герметичных шлюза. Сделать проходы через днище командного модуля было невозможно, так как днище командного модуля было закрыто рамой с твердотопливными двигателями аварийного спасения.
Также предусматривалось наличие на корабле посадочного модуля для возвращения на Землю и «космического такси», предназначенного для самостоятельных полётов в космосе (см. рис. 7).
Рис.7
Модификации проекта «Орион»
Первоначальные цели, а также сроки их исполнения физик Фримен Дайсон определил следующим образом: «на Марс – в 1965 году, на Сатурн – в 1970!». Причём речь шла о пилотируемых миссиях! Поражает размах, с которым крупнейшие физики-ядерщики взялись за работу. В настоящий момент в NASA и Роскосмосе запланированы экспедиции на Марс и лишь на 2030 год, т. е. на 65 лет позже, чем было предложено в проекте «Орион»!
Более того, успехи космонавтики на тот период были более чем скромными: одиночные полёты в космос, полёт «Восхода-1» с экипажем из трех человек, выход Леонова в открытый космос на «Восходе-2» и начало эксплуатации «Джемини». Успехи на 1970 год были более значительными: высадка на Луне, отработка стыковки, сближения и взаимного маневрирования кораблей в космосе. Тем не менее, все эти успехи не соизмеримы с целями проекта «Орион». Почему же физики могли надеяться на осуществление таких беспрецедентных экспедиций? Дело в том, что время полёта корабля до цели зависит от таких характеристик, как удельный импульс (равен отношению приращения скорости к расходу топлива) и сила тяги двигателя. Фактически, удельный импульс, умноженный на ускорение свободного падения, показывает скорость истечения топлива. Эти характеристики являются взаимоисключающими: для создания высокого удельного импульса нужна энергия для разгона частиц до высокой скорости, а для создания большой тяги необходима энергия для разгона большого количества частиц. Т. е. приходится выбирать: или много частиц, разогнанных до малой скорости, или же мало частиц, но разогнанных до большой.
Так вот. Если в современных проектах полёта на Марс предполагается использовать ядерные термические двигатели с удельным импульсом в 900 секунд, или же электрореактивные двигатели с удельным импульсом в 3000 секунд (иногда до 10000 секунд), то «Орион» с диаметром тяговой плиты 10 метров имеет удельный импульс от 1850, а в модификации с 20 метровой плитой уже 3500 секунд! Причём тяга двигателей соизмерима с массой аппарата. Именно поэтому экспедиция до Марса и обратно с высадкой на его поверхности могла длится не 1-3 года, как в современных проектах, а лишь 125 суток!..
Причины этого легко объяснимы. Дело в том, что энергия атома используется в «Орионе» непосредственно, без каких-либо преобразований. В других же аппаратах приходится ограничивать энергию для того, чтобы выделившееся тепло не расплавило двигатель.
Первоначально «Орион» предполагалось запускать с Земли, с атомного полигона Джекесс-Флетс (кстати, именно на этом полигоне отрабатывали реакторы для двигателя «Нерва», а также двигатель для проекта «Плутон»), расположенного в Неваде. Аппарат должен был иметь форму пули для преодоления атмосферы Земли. Высота «Ориона» должна была составлять высоту 16 этажного дома, а диаметр плиты предполагался равным 40 метрам. Корабль устанавливался на 8 стартовых башнях высотой 75 метров для того, чтобы не быть повреждённым от ядерного взрыва у поверхности. Стартовая масса планировалась равной 10000 тонн. При запуске каждую секунду должен был производиться один взрыв мощностью 0,1 кт (для сравнения: мощность бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки, была равной 20 кт, т. е. в 200 раз мощнее). После выхода из атмосферы каждые десять секунд должна была взрываться одна 20 килотонная бомба.
Подобный корабль мог доставить на орбиту тысячи тонн полезной нагрузки, сотни людей. Причём можно было совершить полёт в комфорте, а не зажатыми тесными стенками кабин, как на первых кораблях «Восток» и «Меркурий». Конечно же, посадить такой корабль на другую планету было бы очень сложно, но было возможным применение для посадки специального корабля.
Не смотря на всю фантастичность программы, Дайсон оценивал её как 100 миллионов долларов в год на протяжении двенадцатилетней программы. Но даже, если бы эти расчёты оказались заниженными в 20 раз, то всё равно стоимость программы составила бы порядка 20 миллиардов долларов, т. е. стоимость программы «Аполлон». Научный же результат был бы гораздо выше: вместо полёта на Луну – вывод на орбиту тысяч тонн грузов, полёты к Марсу и Сатурну, доставка сотен тонн грузов на Луну.
В дальнейшем, как уже упоминалось, было решено запускать «Орион» с помощью одной или двух ракет «Сатурн-5» для того, чтобы исключить загрязнение атмосферы радиоактивными отходами. На рисунке 8 представлен сам запуск «Ориона» ракетой S-1С в полной конфигурации (корабль запускается полностью, стыковок на орбите не происходит).
Рис. 8 Взято из отчёта Дженерал Динамикс «Nuclear pulse space vehicle study»
Экспедиция на Красную планету должна была проходить следующим образом. На орбите собирается корабль «Орион» из двух частей, доставляемых «Сатурном-5». После сборки происходит старт с орбиты Земли и перелёт к Марсу. Далее следует выход на орбиту искусственного спутника Марса. От корабля отделяется посадочный аппарат, обладающий большим аэродинамическим качеством, и совершает управляемый вход в атмосферу. Посадка производится с помощью ракетных двигателей. Экипаж проводит исследования, после чего взлетает в ракетной ступени.
«Орион» мог послужить и для доставки ядерного оружия. При стартовой массе в 20.000 тонн "Орион" мог доставить на другой континент боеголовку массой в 10.000 тонн. Масса боеголовок современных МБР равна примерно полтонны, но, не смотря на это, мощность их взрыва равна около 500 кт, т. е. в 25 раз больше мощности взрыва в Хиросиме. Мощность же взрыва боеголовки «Ориона» составила бы 50-60 Ггт, что в тысячу раз больше, чем мощность самой мощной на сегодняшний день бомбы Хрущёва (её он называл «Кузькина Мать»). Остаётся неясным, для чего можно было применить эту бомбу, если не для самоубийства: мощность такой боеголовки с лихвой перекрывала необходимую мощность для наступления ядерной зимы, а столь мощная концентрация энергии могла вызвать ударную волну, которая могла нанести серьёзнейшие разрушения на территории самих США.
Был также вариант «Ориона», предназначенный для бомбардировки Земли из космоса атомными боеголовками. Диаметр тяговой плиты в этом проекте должен был быть равным 12 метрам. Сам корабль предполагалось выводить твердотопливными ускорителями диаметром 4 метра на высоту, безопасную с точки зрения включения ядерно-импульсного двигателя. Затем корабль, используя атомный двигатель, поднимался на орбиту высотой 185 тыс. км., ожидая приказа атаковать. Получив такой приказ, корабль, имея значительную характеристическую скорость (порядка 12 км/с), летел к Земле по гиперболической траектории.
На рисунке 9 приведены для сравнения марсианский и юпитерианский «Орионы». Юпитер находится гораздо дальше от Солнца, чем Марс, поэтому и весь полёт должен был длиться 910 суток.
Современное состояние проекта «Орион»
В настоящий момент проект «Орион» закрыт и не только не разрабатывается, но и не рассматривается в качестве космического транспортного средства. В конце 60-х годов многие видные учёные, в частности, Крафт Эрике , считали, что именно ядерно-импульсные ракеты (а также корабли с термоядерными двигателями) должны обеспечить завоевание Солнечной системы. Приведу некоторые цитаты из этой книги:
"В первоначальном варианте импульсного ЯРД, использовались упомянутые ранее ядерные заряды, причем предполагалось, что он будет работать на низких земных орбитах и в зоне радиационных поясов из-за опасности радиоактивного загрязнения атмосферы продуктами распада, выделяющимися при взрывах. Затем удельная тяга импульсных ЯРД была доведена до 10000 сек, а потенциальные возможности этих двигателей позволяли в будущем удвоить эту цифру. Двигательная система с импульсным ЯРД могла быть уже разработана в 70-х годах, с тем чтобы осуществить первый пилотируемый космический полет к планетам в начале 80-х годов. Однако разработки этого проекта не велись в полную силу ввиду утверждения программы создания твердофазного ЯРД. Кроме того, разработка импульсного ЯРД была связана с политической проблемой, так как в нем использовались ядерные заряды. Договор о запрещении испытаний ядерного оружия беспрекословно требовал "прекращения всех испытаний ядерного оружия на все времена", включая производство всех ядерных взрывов, кроме подземных испытаний. В таком виде договор практически запрещал разработку, испытания и эксплуатацию ракет с импульсным ЯРД. Договор, однако, не исключал возможности внесения поправок и по своей сути, конечно, не предусматривал запрещения разработок перспективных космических двигательных систем и решений проблем, связанных с освоением космоса. В конце концов заинтересованные стороны внесли соответствующие поправки, разрешающие разработку систем с импульсными ЯРД."
"Сравнение импульсного ЯРД и термоядерного РД показывает, что с точки зрения стоимости (но без учета начальных затрат) и экономичности термоядерный РД превосходит импульсный ЯРД; однако с точки зрения мощности и интервала развиваемого тягового ускорения импульсный ЯРД эффективнее. Более того, корабль с импульсным ЯРД не только может совершить посадку на планету или стартовать с нее (если тяга достаточна для преодоления гравитационных сил), но и способен совершать активный полет в любой атмосфере, так же как и в космосе. Действительно, импульсный ЯРД является единственным типом ракетного двигателя, который в атмосфере работает лучше, чем в космосе, так как использует газы атмосферы в качестве рабочего тела. Вследствие этого импульсный ЯРД более пригоден для полетов в чрезвычайно неблагоприятных окружающих условиях, когда одновременно требуется более высокий уровень тяги. Ниже приведены примеры таких полетов.
Посадка на поверхность Венеры. Вход в (или пролет через) головы комет.
Вход в атмосферу планет-гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна).
Проникновение в области с неблагоприятными окружающими условиями, например в астероидные пояса и, возможно, в "грязные и пыльные" области около больших планет."
"Тем временем (1990-1993 гг. - прим.)корабли с импульсными ЯРД совершали многочисленные исследовательские полеты. К их числу относятся полеты с прохождением через голову кометы Энке, исследовательские полеты к Юпитеру (фиг.39), включая основание исследовательской базы на Каллисто и пробный полет в верхних слоях атмосферы планеты - подвиг, который удалось совершить только благодаря использованию системы с импульсным ЯРД."
Как мы видим, эти предсказания не сбылись. Тем не менее, нельзя упрекать Эрике в недальновидности. Дело в том, что с конца 60-х и начала 70-х годов прогресс в космонавтике (да и во всей технике) значительно затормозился как за счёт ослабления «холодной войны», так и за счёт потери интереса к науке в целом.
В настоящий момент в NASA принята программа Constellation, в результате которой в 2030 году человек с помощью корабля «Орион» должен высадиться на Марсе. Но это не тот «Орион», принцип действия которого разработала группа физиков в середине 50-х. Этот корабль является прямым наследником «Аполлона» и «Шаттла», соединив их преимущества (и, как знать, их недостатки?), на нём не предполагается использование ядерно-импульсных двигателей.
Заключение
Звездолёт проекта «Орион» не был построен, как и межпланетный корабль. Причин тому несколько. Безусловно, удар по проекту был нанесён договором от 1963 года, запрещавшим ядерные взрывы в космосе. Начало лунной гонки в 1961 году отняло все ресурсы у многих космических программ, не связанных с полётами на Луну. Но, пожалуй, главной причиной была невостребованность подобного корабля с такими характеристиками. Даже в настоящий момент планируемые пилотируемые экспедиции на Луну и Марс очень сильно уступают по своим характеристикам, которые могли бы быть обеспечены кораблём «Орион».
Такую невостребованность можно объяснить лишь одним: время «Ориона» ещё не пришло. В будущем, когда человечество станет готовым к промышленному освоению и заселению Солнечной системы, «Орион», возможно, станет тем средством, которое откроет человечеству путь к звёздам.
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 ) 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.
В момент наиболее яркого противостояния между СССР и США в “космической гонке”, когда на орбиту были выведены лишь первые искусственные спутники Земли, американскими учеными был разработан необычный проект межпланетного космического корабля, способного доставить экспедицию из 60 человек к любой планете Солнечной системы или к ближайшим звездам. Проект получил название “Orion” и в 1960-е гг. имел неплохие шансы на реализацию.
Уникальность этого проекта заключалась в том, что в качестве движителя использовалась ядерно-импульсная ракета взрывного действия. Впервые подобная идея была предложена Станиславом Уламом (Stanislav Ulam) ещё в 1947 году, но более полна она была развернута в 1958 году инженером Тэдом Тэйлором из фирмы General Atomics и физиком Фрименом Дайсоном.
Схема работы ракеты выглядела следующим образом – в кормовой части космического корабля находилась огромная “блиновидная” плита, которая служила щитом, за которым должны были взрываться ядерные заряды силой порядка 1 килотонны. Подрыв зарядов осуществлялся через определенные промежутки времени в 200 футах (60 метрах) от плиты.
По расчетам Тэйлора и Дайсона такой “локальный” ядерный взрыв обеспечил бы огромный удельный импульс и скорость истечения до 10.000 км\с. Разумеется, при таком ускорении экипаж не имел шансы выжить, поэтому разработчики предложили использовать специальные амортизаторы длиной в несколько десятков метров, которые смягчали бы удар и, одновременно, аккумулировали энергию. Предположительно, ускорение в 100g могло уменьшиться до вполне приемлемых 2-4g.
Проект тогда не получил поддержку со стороны официальной администрации США, поэтому средства на постройку масштабных моделей выделялись из собственного бюджета. Понятно, что подобный проект был сопряжен со многими трудностями технического характера, в связи с чем построили несколько моделей весьма небольших по размеру.
Большая часть этих аппаратов разрушилась, но в ноябре 1959 года одну из них всё же удалось запустить на высоту порядка 100 метров, доказав тем самым практическую возможность устойчивого полёта. Одновременно было выяснено, что щит должен быть толстым в середине с сужением по краям, подобно двояковыпуклой линзе. Интересно, что ядерные заряды могли иметь различную форму, от чего зависела направленность взрыва и его мощность.
Проведенные расчеты показывали, что взрыв мощностью 100 килотонн позволит достичь ускорения до 100.000 м\с, а “ядерный шар” составит в диаметре всего 100 метров. Подрыв более мощного заряда силой 1 мегатонну обеспечил бы импульс до 10.000.000 м\с (!), но при этом область поражения возрастала до 1 километра. Оптимальным вариантом тогда казалась серия небольших взрывов, которые обеспечили более высокую постоянную скорость и меньший износ щита.
Последняя проблема была не менее актуальной, ведь щит должен был выдержать более 800 подрывов ядерных зарядов в непосредственной близости, вынести ударную волну, температуры в несколько тысяч Кельвинов и не разрушиться. Выход был найден в создании специального устройства, которое разбрызгивало бы графитовую смазку по поверхности плиты. Эксперименты проведенные на полигоне в Неваде показали, что алюминий или сталь вполне способны выдержать кратковременный нагрев до сверхвысоких температур.
Для своих экспериментов Тэйлор и Дайсон нуждались в более обширной финансовой поддержке и в апреле 1958 года они обратились за помощью в Управление перспективных исследований МО США. В июле было получено согласие на финансирование с бюджетом 1 миллион долларов, а сам проект получил официальное название Заказ №6 и тему “Изучение ядерно-импульсных двигателей для космических аппаратов”.
В скором времени предполагалась постройка опытного образца межпланетного космического корабля и стартовой площадки для него, которая была выбрана на полигоне Джекесс-Флжтс в Неваде. Величие огромного комплекса подчеркивали бы восемь башен высотой 76 метров.
По проекту, масса опытного корабля составила бы 4.000 тонн, а межпланетный корабль должен был иметь массу около 10.000 тонн, причем большую её часть составлял бы полезный груз. Экипаж корабля составлял 150 человек.
Старт с наземного комплекса проводился в вертикальном положении в целях минимизации площади радиоактивного заражения, для чего с интервалом в 1 секунду должен был проводиться подрыв ядерных зарядов силой 0,15 килотонн. В общей сложности потребовалось бы не менее 40 стартовых взрывов. Затем, когда высота полёта возрастала, частоту подрывов можно было уменьшить. После выхода на орбиту можно было осуществлять межпланетный полёт.
Планы у американцев были далеко идущими. В течении 1958-1959 гг. было разработано три основных проекта:
- “Satellite Orion” – диаметр корпуса 17-20 метров, масса 300 тонн, на борту размещалось 540 ядерных зарядов массой 220 кг.
- “Midrange Orion” – диаметр корпуса 40 метров, масса 1000-2000 тонн, на борту размещалось 1080 ядерных зарядов массой 370-750 кг.
- “Super Orion” – диаметр корпуса 400 метров, масса 8.000.000 тонн, на борту размещалось 1080 ядерных зарядов массой 3 тонны каждый.
Последний проект представлял собой “космический город”, которому предстояло совершать дальние межзвездные рейсы.
Впоследствии Фримен Дайсон вспоминал:
“Наш девиз был таков – Марс – к 1965 году, Сатурн – к 1970!”.
Непонятным оставалось только одно – каким образом экипаж смог бы высаживаться на поверхность планет? Однако Тэйлор полагал, что за время проектирования “Orion” удастся создать надежный ракетоплан многоразового использования класса “космос-земля”.
В общей сложности проект рассчитывался на 12 лет с общей суммой финансирования 24 миллиарда долларов, однако уже в 1959 году поддержка “Orion” со стороны государства была прекращена.
Причина такого шага со стороны Управления по перспективным разработкам вполне ясна – уж слишком много проблем “тянули” за собой нововведения Тэйлора и Дайсона. Больше всего вопросов относилось к щиту и амортизационным устройствам. Было не ясно, как в космосе удастся равномерно распылить графитовое покрытие и как повлияют на экипаж многочисленный ядерные взрывы.
Кроме того, вызывала опасения прочность щита, ведь при взрыве от него будут откалываться мелкие кусочки, которые, учитывая их скорость, представляют опасность как для самого космолета (в первую очередь для амортизаторов), так и для других кораблей. Однако основную проблему вызывали осадки после старта космолёта на ядерно-взрывном двигателе.
Площадь заражения в любом случае оказывалась слишком велика, что побудило Дайсона предложить в качестве места для стартовой площадки Антарктиду. Этот вариант, как и предложение проводить основную серию подрывов выше магнитосферы Земли, также не устроил правительство. Разумный выходом из создавшегося положения виделся в разработке специального взрывчатого вещества, которое по силе не уступало бы ядерному заряду, но создать его ни тогда, ни сейчас так и не удалось. Как говориться, “последним гвоздем” стало американо-советское соглашение о запрете испытаний атомного оружия в космосе, что окончательно поставило точку в истории проекта “Orion”.
Тем не менее, тема ядерно-взрывного двигателя получила развитие в современной фантастике. Например, в романе Артура Кларка “Космическая одиссея:2001” (1971 г.), сериале Star Trek и фильме “Deep Impact” (1998 г.).
Источники:
www.daviddarling.inf – Project Orion – краткая история
www.youtube.com – Project Orion (видео)
www.peoplesarchive.com – Фримен Дайсон рассказывает о проекте “Orion” (видео)
Цветной рисунок:
mix.msfc.nasa.gov
|
|||||||||||||||||||||
|
Проект Орион
Орион - проект пилотируемого реактивно-импульсного космического корабля («взрыволёт») для исследования межпланетного и межзвёздного пространства, разрабатываемый в США в 1950-60 гг. То есть это был проект звездолета, причем реальность осуществления эттого проекта была весьма высока.
Проект «Орион» («Orion») действительно существовал и разрабатывался как чисто военный. Некоторые его детали до сих пор засекречены, но с течением времени тайное становится явным.
Итак, первоначально конструкторы поставили перед собой задачу создать ракетный корабль, который должен был доставить «сверхмощный термоядерный заряд, способный поразить третью часть государства размером с США». Даже очень приблизительный расчет дает значение веса для такого заряда в 10 000 т, а следовательно, обычные баллистические ракеты на химическом топливе, разработанные Вернером фон Брауном для арсеналов США, не годились.
Проект «Orion» был рожден в 1958 году фирмой «Дженерал Атомикс» («General Atomics»). Это компания, расположенная в Сан-Диего, была основана американским атомщиком Фредериком Хоффманом с целью создания и эксплуатации коммерческих атомных реакторов. Одним из соучредителей фирмы и соавтором проекта «Orion» был
Эдвард Теллер - легендарная личность, один из создателей американской атомной бомбы.
Двигатель корабля «Орион» - ядерно-импульсный, то есть в основу его работы положено использование энергии ядерного взрыва. Из космического аппарата, в направлении, противоположном полёту, выбрасывается небольшой ядерный заряд (0,1 кт тротилового эквивалента) и на небольшом (10-100 м) расстоянии от корабля производится его подрыв. Часть продуктов деления, летящая в сторону корабля отражается от тяговой плиты, образуя реактивную струю. Удар компенсируется амортизаторами, соединяющими тяговую плиту и сам корабль. Дополнительная тяга создаётся за счёт абляции (испарения) покрытия тяговой плиты под воздействием гамма- и рентгеновских лучей.
Впервые идею «Ориона» предложили разработчики ядерного оружия Станислав Улам и его помошник Корнелиус Эверетт в Лос-Аламосе в 1955 году. Их концепция заключалась в следующем: взрывы водородных бомб, выбрасываемых из корабля, вызывали испарение дисков, выбрасываемых вслед за бомбами. Расширяющаяся плазма толкала корабль. Эдвард Теллер, создатель американской водородной бомбы развил этот проект далее. Зимой 1957 года Теллер работал в компании Дженерал Атомикс. Фримен Дайсон, работавший в Принстоне, согласился продолжить вместе с ним разработку этого проекта.
Согласно расчетам Теллера, схема летательного аппарата с взрывным движителем могла обеспечить колоссальный импульс, недоступный ракетам. Однако имелось существенное ограничение - энергия взрыва, направленная в плиту-толкатель, вызовет огромное ускорение, которое не выдержит никакой живой организм. Для этого между кораблем и плитой предполагалось установить амортизатор, смягчающий удар и способный аккумулировать энергию импульса с постепенной «передачей» его кораблю.
Авторы проекта быстро поняли, что без помощи государства им не обойтись. Тогда в апреле 1958 года они обратились к Управлению перспективных исследований Министерства обороны США. В июле Управление дало свое согласие на финансирование проекта с бюджетом в миллион долларов в год. Проект проходил под обозначением «Заказ № 6» с темой «Изучение ядерно-импульсных двигателей для космических аппаратов».
Тейлор и его коллеги были убеждены, что подход Вернера фон Брауна к решению проблемы космического полета ошибочен: ракеты на химическом топливе очень дороги, величина полезных грузов ограничена, потому они не могут обеспечить межпланетных или межзвездных перелетов. Авторы проекта «Orion» хотели получить дешевый и максимально простой по устройству космический корабль, который мог бы развивать скорости, близкие к световым.
По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Было построено несколько рабочих моделей толкателя корабля «Orion». Это были летные испытания моделей, движимых химическими взрывчатыми веществами. Модели называли «put-puts», или «hot rods». Их испытывали на устойчивость к воздействию ударной волны и высоких температур с использованием обычной взрывчатки. Большая часть моделей разрушилась, но уже в ноябре 1959 года удалось запустить одну из них на стометровую высоту, что доказало возможность устойчивого полета при использовании импульсного двигателя. Аппарат имел форму пули и имел массу 133 килограмма. Позади аппарата, за плитой, производились взрывы зарядов тринитротолуола (C4), по 1,04 кг каждый. Всего было взорвано 6 зарядов. Для придания начальной скорости аппарат запускался из миномёта, для чего потребовалось 452 кг пороха.
Главной проблемой была долговечность щита-толкателя. Вряд ли какой-нибудь материал способен выдержать воздействие температур в несколько десятков тысяч градусов. Проблему решили, придумав устройство, разбрызгивающее на поверхность щита графитовую смазку. Путем эксперимента удалось установить, что при такой защите алюминий или сталь способны выдержать кратковременные тепловые нагрузки.
Также для исследования прочности тяговой плиты были проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 метрах от эпицентра взрыва. Сферы были после взрыва найдены неповрежденными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.
Первоначально «Орион» предполагалось запускать с Земли, с атомного полигона Джекесс-Флетс, расположенного в Неваде. Аппарат должен был иметь форму пули для преодоления атмосферы Земли. Корабль устанавливался 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 (для сравнения: мощность бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки, была равной 20 кт, то есть в 200 раз мощнее). После выхода из атмосферы каждые десять секунд должна была взрываться одна 20 килотонная бомба. Цена запуска 1 килограма полезной нагрузки должна была быть $150.
Основной целью проекта было создание корабля для исследования Солнечной системы. Согласно расчетам, масса корабля на взлете должна была составить около 10 000 т; при этом большая часть этой массы - полезный груз. Атомные заряды мощностью в 1 килотонну на этапе взлета должны были взрываться со скоростью один заряд в секунду. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно было уменьшить. При взлете корабль должен был лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения.
В то время, когда в США лихорадочными темпами разрабатывался проект «Mercury», создатели боевого взрыволета строили планы дальних экспедиций к планетам Солнечной системы.
«Наш девиз был таков, - вспоминал физик Фримен Дайсон, участвовавший в проекте. - Марс - к 1965 году, Сатурн - к 1970!»
«Orion» был космическим кораблем, словно бы взятым из фантастического романа о далеком будущем. Его полезная масса могла измеряться тысячами тонн. Полторы сотни человек могли с удобствами расположиться в его комфортабельных каютах. «Орион» был бы построен подобно линейному кораблю, без мучительных поисков способов снижения веса.
Оставалось неясным, как такой корабль сумеет приземлиться на планету, но Тейлор полагал, что со временем удастся разработать надежный ракетоплан многоразового использования.
Программа развития проекта «Orion» была рассчитана на 12 лет, расчетная стоимость - 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»).
Но это еще не все. Разработчики Ориона разработали и две модификации звездолетов. Первая модификация должна достигнуть Альфы Центавра за 1800 лет и имеет следующие характеристики: стартовая масса - 40.000.000 тонн, масса после разгона - 10.000.000 тонн, количество используемых зарядов - 30.000.000, диаметр тяговой плиты - 20 км, материал тяговой плиты - медь, экипаж - 20.000 людей.
Вторая модификиция менее радикальна: масса на старте - 500.000 тонн, масса после разгона - 100.000 тонн, количество используемых зарядов - 30.0000, диаметр тяговой плиты - 400 метров, максимальная скорость - 10000 км/с. Данная модификация должна достигнуть альфы Центавра за 130 лет.
Дальнейшим развитием идей, заложеных в основу «Ориона» можно считать межзвёздный зонд «Дедал», который в проекте должен достигнуть звезды Барнарда (5,91 световых лет) за 49 лет.
Однако приоритеты вскоре изменились. Молодое космическое агентство НАСА с первых дней своего существования отказалось рассматривать проекты ракет с ядерными двигателями, отложив эту тему на потом.
Окончательно программа «Orion» была закрыта в конце 1959 года, когда Управление перспективных исследований отказалось от дальнейшего финансирования проекта...
Итак, проект ядерно-импульсного космического корабля «Orion», способного в короткие сроки достигнуть внешних планет Солнечной системы или нанести сокрушительный удар по территории Советского Союза, был закрыт. Однако сама идея казалась столь продуктивной, что к ней неоднократно возвращались как ученые, так и писатели-фантасты.
После того, как НАСА отказалось взять «Orion» на финансовый баланс, рабочая группа продолжала эксперименты на остатках денег и энтузиазма, однако в 1963 году в Москве был подписан Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в трех средах: в атмосфере, в космическом пространстве и под водой, а работы над «Orion» формально подпадали под запреты, накладываемые этим договором. Впрочем, даже после этого члены группы продолжали деятельность, которая свелась к переписке и обсуждению деталей постройки звездолета на основе ядерно-импульсной ракеты.
Плюсы взрыволетов
Ядерно-импульсный движитель «Ориона» по своим рабочим показателям намного превосходит хорошо известные нам ракетные приводы. Проблема в том, что почти всю массу химических ракет занимают горючее с окислителем, оставляя лишь минимальное место для полезной нагрузки. О ракетах говорят: «Топливо везет само себя». Ядерные реакции несравнимо мощнее химических, поэтому «Орион» должен был лететь всего на нескольких тоннах плутония и при этом брать на борт солидный груз.
Очевидное преимущество атомных реакций снимало извечную головную боль конструкторов - борьбу за снижение массы и увеличение вместимости корабля. С «Орионом» можно было не скромничать, создавая комфортабельные каюты для пассажиров, просторные командные рубки и лабиринты технических отсеков в лучших традициях научно-фантастических романов.
Скорость - еще один козырь «Ориона». В теории он способен развивать около 10% от скорости света, что, фактически, дает нам долгожданный пропуск к звездам и «льготный абонемент» на планеты Солнечной системы. Об увеселительных полетах к Сириусу речи, конечно же, не велось. Например, путешествие к ближайшей звезде - Проксиме - на скорости в 10% от световой заняло бы 42 года. А делать там, заметим, абсолютно нечего. Считается, что этот красный карлик излишне активен и наверняка изуродовал протуберанцами все свои планеты, если таковые у него вообще имеются.Так или иначе, но взрыволетная техника - единственный реальный на сегодняшний день способ осуществления межзвездных путешествий в разумные сроки. Американские шаттлы развивают скорость 7,8 километров в секунду и способны долететь до той же Проксимы примерно за 160 тысяч лет. «Гелиос 2» (1970) - самый быстрый космический аппарат, построенный человечеством, - смог разогнаться до 70,2 километров в секунду. К Проксиме он летел бы 17 тысяч лет...
Отражающая плита, принимающая на себя страшные волны энергии, - именно та часть «Ориона», которая вызывает больше всего вопросов. Все дело в том, что когда заходит речь о ядерных взрывах, мы подсознательно переносим этот «щит» в условия обычного ядерного взрыва (мощность которого измеряется килотоннами). Однако в случае с «Орионом» речь идет о миниатюрных бомбах мощностью около тонны тротила (для сравнения, самая разрушительная неядерная бомба MOAB, разработанная США для войны в Ираке, может «похвастаться» боезарядом, эквивалентным 12 тоннами тротила).Кроме того, даже полномасштабный ядерный взрыв не способен разрушить специально подготовленные металлические конструкции. Так, в 1954 году при проведении операции «Замок» (ядерные испытания на атолле Бикини) неподалеку от заряда с кодовым обозначением «Браво» были установлены две необычные мишени - крупные стальные сферы, покрытые графитом. Этот взрыв вошел в историю из-за того, что ученые неправильно рассчитали его мощность - вместо запланированных 6 мегатонн бомба «выдала» 15.
Итоги взрыва «Браво» таковы: серьезное заражение местности, перебои с освещением на Гавайях и... две стальные сферы, найденные на некотором расстоянии от воронки двухкилометрового диаметра - целые и невредимые.
Существует мнение, что ядерный взрыв в безвоздушном пространстве не вызывает ударной волны, а следовательно, взрыволеты - не более чем миф. На самом деле межпланетное и межзвездное пространство заполнено плазмой (ионизированным газом низкой плотности). В обычных условиях его давления достаточно, чтобы разогнать, к примеру, солнечный парус («солнечный ветер» - та же самая плазма). А при подрыве ядерного заряда на отражатель, помимо плазмы, воздействует еще и распыленное «рабочее вещество» бомб. Для проекта «Орион» их начинку предлагалось делать в виде «бутерброда» из урана, оксида бериллия и вольфрама.
Кстати, в рамках ядерных испытаний серии «Свинцовый груз», проводившихся в 1957 году на полигоне штата Невада, случился казус. Один из зарядов был установлен в шахте, накрытой тяжелым стальным люком (900 килограммов). Считается, что в ходе взрыва он не был уничтожен. Напротив, его сорвало с креплений, после чего, согласно некоторым расчетам, он набрал скорость порядка 70 километров в секунду (в шесть раз больше необходимой для выхода в открытый космос) и исчез в неизвестном направлении. Ученым так и не удалось установить, покинул ли люк атмосферу планеты, поэтому данный случай не является однозначным доводом в пользу взрыволетов.
Недостатки Ориона
Недостатки «Ориона» - тема, которой довольно редко уделяется внимание при обсуждении «взрыволетного принципа». Между тем, при всех завораживающих перспективах, эти корабли имели серьезные «минусы», и отчасти именно из-за них этот проект так и остался на бумаге.Старт с Земли на «маршевом двигателе» представлял бы собой, по сути, серию ядерных взрывов на разных высотах. Конечно, можно сконструировать сравнительно «чистые» заряды, оставляющие лишь незначительное количество радиоактивных отходов. Однако при длительном и массовом применении взрыволетов проблем с экологией все равно было не избежать.
Старт из космоса также вызывал нарекания. Да, взрыволет можно построить на орбите, либо (если он не слишком массивен) вывести его туда целиком, используя химические ракетоносители. Однако ядерные взрывы поблизости от нашей планеты все равно возвращают на Землю часть радиоактивных изотопов. Это, кстати, стало одной из причин, по которым испытания ядерного оружия в космосе были запрещены.
Нельзя также сбрасывать со счетов влияние ядерных взрывов на магнитосферу планеты. Порча или даже уничтожение спутников, длительные перебои со связью и проблемы с навигацией - это лишь немногое из того, что могут натворить периодические электромагнитные импульсы на высокой орбите. Масштабы подобного воздействия огромны. Теоретически, «Орион», взлетевший над Канзасом и «выдавший» серию ядерных взрывов на высоте в 400-500 километров, способен оставить без электричества почти всю континентальную часть США.
Размер мини-бомб обычно замалчивается. Построить сверхкомпактное, а главное - сверхнадежное ядерное устройство с соответствующей мощностью невозможно даже при современных технологиях. Сегодня в арсеналах сверхдержав имеются небольшие ядерные мины и ядерные снаряды, но они либо слишком массивны, чтобы создать достаточный запас «топлива» для взрыволета, либо требуют очень бережного обращения.
Выход, впрочем, есть. В середине 1990-х годов было предложено осуществлять ядерный распад при помощи антиматерии. Незначительное количество антипротонов станет отличным катализатором цепной реакции даже в малом объеме радиоактивного вещества.
К примеру, критическая масса чистого плутония-239 равна 10 килограммам (при наличии отражателя нейтронов). При полном распаде металла 1 килограмм его веса даст 20 килотонн взрывной мощности. А с помощью антиматерии можно будет взорвать кусочек этого металла весом менее 1 грамма. Производство антипротонов сейчас очень ограничено и требует значительных энергетических затрат. Однако новые методы получения антиматерии - это лишь вопрос времени.
Неясно, как поведет себя взрыволет при старте, - будет ли стабилен его полет? А может, он начнет вилять, кувыркаться? Хватит ли отражателю прочности, чтобы выдержать длительную серию ядерных взрывов? Насколько интенсивен будет износ амортизаторов при таких чудовищных нагрузках? Как защитить экипаж взрыволета от постоянного радиоактивного излучения? И как американцы смогли бы совершить дальнее космическое путешествие в 1957 году, если методики длительного проживания в невесомости разрабатывались десятилетиями и только на советской станции «Мир»?
В настоящий момент проект «Орион» закрыт и не только не разрабатывается, но и не рассматривается в качестве космического транспортного средства. «Orion» и по сей день остается мечтой романтиков космических странствий, запечатленной в рабочих эскизах и красочных рисунках...
Взрыволет Сахарова
Ну а что вСоветском Союзе?
В СССР идея использования ядерных зарядов в космической технике выдвигалась более 30 лет назад. Инициатором обсуждения был академик Андрей Сахаров.
В июле 1961 года все ведущие советские специалисты-атомщики получили срочное приглашение в Кремль. Там их принял Никита Хрущев и проинформировал о решении правительства провести «осенне-зимнюю сессию» ядерных испытаний, во время которых будут опробованы все типы боезарядов, которые находились в арсеналах Советской Армии. В то же время советского лидера интересовали последние работы специалистов в области создания ядерных вооружений. Присутствовавший на встрече Сахаров рассказал Хрущеву о возможности создания 100-мегатонного термоядерного заряда. Хрущеву идея понравилась, и он санкционировал работы по подготовке заряда к испытанию. Взрыв «Царь-бомбы» (иногда ее еще называют Кузькиной матерью, вспоминая намерение Хрущева показать ее Америке) был произведен осенью того же года. Правда, взорвать заряд полной мощности не решились, но и 58 мегатонн, которые получились в реальности, тоже производили впечатление.
На той же самой встрече Сахаров изложил главе государства и идею ядерного взрыволета, схожую по смыслу с проектом «Orion».
Конструктивно взрыволет Сахарова должен был состоять из отсека управления, отсека экипажа, отсека для размещения ядерных зарядов, основной двигательной установки и жидкостных ракетных двигателей. Корабль также должен был иметь систему подачи ядерных зарядов и систему демпфирования для выравнивания ракеты после ядерных взрывов. Ну и, конечно, баки достаточной емкости для запасов топлива и окислителя. В нижней части корабля должен был крепиться экран диаметром 15-25 м, в фокусе которого должны были «греметь» ядерные взрывы.
Старт с Земли осуществлялся с использованием жидкостных ракетных двигателях, размещенных на нижних опорах. Топливо и окислитель предполагалось подавать из внешних навесных топливных баков, которые после опорожнения можно было сбросить. На жидкостных двигателях аппарат поднимался на высоту нескольких километров (или десятков километров), после чего включалась основная двигательная установка корабля, в которой использовалась энергия последовательных взрывов ядерных зарядов небольшой мощности.
В процессе работы над взрыволетом были рассмотрены и просчитаны несколько вариантов конструкции различных габаритов. Соответственно менялись и стартовая масса, и масса полезной нагрузки, которую удавалось вывести на орбиту. Но надо отметить, что, несмотря на значительные массы конструкции, она не отличалась большими размерами. Например, «ПК-3000» («Пилотируемый комплекс» со стартовой массой 3000 т) имел высоту около 60 м, а «ПК-5000» («Пилотируемый комплекс» со стартовой массой 5000 т) - менее 75 м. Полезная нагрузка, выводимая на орбиту, в этих вариантах составляла 800 и 1300 т соответственно.
Элементарный расчет показывает, что соотношение массы полезной нагрузки к стартовой массе превышало 25%! А ведь современная ракета на химическом топливе выводит в космос не больше 7-8% от стартовой массы.
В качестве стартовой площадки для «взрыволета» выбрали один из районов на севере Советского Союза - конструкторы полагали, что для старта нового космического корабля придется строить специальный космодром. Место для него выбиралось на основе двух соображений. Во-первых, северные широты позволяли проложить трассу полета ракеты над труднодоступными малонаселенными районами, и в случае аварии это позволяло избежать лишних жертв. Во-вторых, «запуск» ядерного двигателя вдали от плоскости экватора вне зоны так называемой геомагнитной ловушки позволял избежать появления искусственных радиационных поясов.
Дальнейшему развитию идеи взрыволета Сахарова помешала идеология. По этому поводу в советских научных изданиях высказывались так:
«...Нередко привлекательность взрывных термоядерных двигателей объясняют возможностью полезно израсходовать с их помощью накопленные в ряде стран запасы термоядерных (водородных) бомб, когда народы мира придут к соглашению о всемирном разоружении. Нам представляется, что ни с политической, ни с технической точки зрения этот довод не выдерживает критики. Накопленное термоядерное оружие можно утилизировать, если это будет необходимо для достижения более полной разрядки, куда более эффективно и в более короткий срок, не тратя долгие годы на ожидание того, когда будет создано уникальнейшее и сложнейшее новое инженерное космическое сооружение.
"По-видимому, появление первых образцов термоядерной энергетики на промышленной арене следует ожидать к концу нашего столетия. Это откроет перед человечеством необычайные горизонты, позволит восстанавливать ресурсы нашей планеты..." - эта мысль, высказанная выдающимся советским физиком президентом Академии наук СССР академиком А. П. Александровым, как нельзя лучше подтверждает приведенные выше соображения. Во-первых, до появления космических термоядерных двигателей еще далеко, тогда как разрядка и мирная утилизация боевых термоядерных зарядов являются требованием нашего времени. Во-вторых, уже сейчас очевидна важность научных исследований по практическому применению термоядерной энергетики, в том числе и в космонавтике...»
То есть подразумевалось, что разоружение с ликвидацией ядерных арсеналов наступит куда раньше, чем будет построен корабль. Время показало нелепость подобных ожиданий. Оказалось, что разоружение и ликвидация ядерных арсеналов никак не связаны друг с другом, а взрыволета Сахарова как не было, так и нет.
К идеям нашего выдающегося соотечественника обратились современные инженеры. Они указывают, что предложенный Сахаровым аппарат не выдерживает критики с точки зрения сегодняшних представлений об экологии и безопасности. Причина возвращения к рассмотрению этого проекта заключается в том, что возник спрос на технологии, способные защитить Землю от столкновения с кометой или астероидом. Пока единственным способом устранения этой опасности является огромный ядерный заряд, который необходимо как-то доставить к цели. Для этого и предлагается в качестве носителя заряда использовать взрыволет Сахарова.
В отличие от прежнего проекта, в котором предполагался запуск с поверхности Земли, что бесперспективно с точки зрения экологии и безопасности, старт нового «Взрыволета» предполагается с орбитальной траектории. За счет этого конструкция станет более легкой и более простой.
Принцип действия «Взрыволета» заключается в создании механического импульса на экране («парусе») за счет энергии взрыва заряда. Осуществить построение двигательной системы можно в двух различных вариантах. В одном случае в основу заложен простой обмен кинетической энергией между экраном и разлетающимся рабочим веществом, расположенном непосредственно на заряде, а в другом - импульс давления на экран трансформируется за счет разогрева специального вещества, подаваемого на поверхности экрана непосредственно к моменту очередного взрыва, - вариант с «потеющим экраном». Конструкция такого «Взрыволета» предполагает полезную нагрузку в 1000 т.
Использованные материалы:
http://forums.airbase.ru/2007/03/t25346--Proekt-~Orion~.2389.html
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%80%D0%B8%D0%BE%D0%BD_(%D0%9C%D0%9A%D0%90)
http://lind.by.ru/vzrivo.htm
По приказу Андропова, было создано аналогичное Аненербе ведомство, получившее кодовое название "Ромб", а папки маркировались кодом "Орион" в рамках более глобальной секретной программы "Ромб". На снимке видны 4 тома, возможно, их гораздо больше. Кроме этих документов есть еще и текст Анатолия Копьёва, якобы доклада КГБ, содержание которого, изобилует данными содержащимися в "Орионе". Это и есть итоговый доклад или отчет проекта "Орион". В нем изложена другая история Земли, некоторые непонятные ныне аспекты физики. Я не буду его тут приводить полностью, лишь вырву пару цитат:
Эволюция Солнечной системы происходит от взрыва к взрыву сверхновой звезды Солнца, за период, равный 8 миллиардам 100 миллионам лет. Как следует из материалов научного отдела СС-«Аненербе», Солнце взорвется вновь в 30814 году нашего времени, поглотив в пламени ядерного синтеза планеты внутреннего кольца Солнечной системы.
350 миллионов лет назад был создан т.н. «первый эфирный человек». Как следует из текстов Альманахов Аненербе, он создан «в несокрушимой, священной стране Агарте», внутри Земли, «колыбели человечества», «Лунными предками» - имеется в виду Богами, жившими на планете Икар, которая погибла 1,5 млн. лет назад. Луна в то время являлась спутником Икара, который обращался вокруг орбиты Солнца на расстоянии 2.3 а.е., а Земля вращалась по орбите, удаленной от Солнца на расстоянии 1.8 а.е. Вокруг Земли обращались два спутника - Лель и Фаэтон. (Приложение № 14, схема № 1). Т.о. получается, что Боги, создавшие человека, были с Икара (т.е. «Лунные предки»).
Внутри Земли в указанный период образовался изолированный мир с устойчивым климатом, не подверженным внешней агрессивной среде и природным катаклизмам, с пресными источниками воды, приемлемой температурой для создания живых форм жизни. Первые люди, если их вообще можно было назвать людьми, имели 52-х метровую эфирную «электрическую» оболочку, поэтому их называли «Расой Ангелов». Они были бесполые и размножались путем деления. Отсюда очевидно, что людьми эти существа не были. Это была некоторая форма жизни не имеющая ничего общего с гоминидом - человеком.
Большая часть Богов 5.000 лет до н.э. улетела на свою планету, оставив наместников, которых они забрали 1500 лет назад. Опять же тут говорится об уходе богов. причем вряд ли речь идет о военном поражении. Просто боги, по моему мнению, решили перейти к другим системам. И поэтому сообщили, что потопа не будет больше. Ибо Нибиру уже не будет прилетать.
Только после этого воды Потопа смоют сушу с лица Земли. Из числа оставшихся людей спасутся лишь те, кто вовремя сумеет укрыться в высокогорных пещерах, а также часть «избранных», которых Боги, прилетевшие с «Железной планеты» в очередной раз изберут для последующего возрождения человечества...
По данным немецких ученых следующий Армагеддон наступит в 2014 году XXI века (т.е. через 34 года).
Сотрудниками НИИ Главного разведывательного управления Генерального штаба Вооруженных Сил СССР проведен анализ и исследования, вытекающие из тезисов правительственного доклада США 1980 года президенту США «О положении в мире к 2000 году». Один из четырех томов доклада посвящен глобальному изменению климата и прогнозу природной обстановки в начале XXI века (2000-2012 г.г.). В докладе говорится, что в указанный период времени, на Земле ожидаются глобальные катаклизмы, которые повлияют на жизнь человечества и существующей цивилизации.
