Орион (МКА)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Рисунок корабля проекта «Орион»

«Орио́н» — проект пилотируемого ядерно-импульсного космического корабля («взрыволёт») для исследования межпланетного и межзвёздного пространства, разрабатывавшийся в США в 1950—1960 годах.

Принцип работы силовой установки[править | править вики-текст]

Двигатель корабля «Орион» — ядерно-импульсный, в основу его работы положено использование энергии ядерного взрыва. Из космического аппарата, в направлении, противоположном полёту, выбрасывается ядерный заряд небольшого эквивалента и подрывается на сравнительно малой дистанции от корабля (до 100 м). Заряд сконструирован таким образом, чтобы бо́льшая 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.[1]

История разработки[править | править вики-текст]

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. Тед Тейлор, один из ведущих американских разработчиков ядерных и термоядерных зарядов развил этот проект далее. Зимой 1957 года Тейлор работал в компании Дженерал Атомикс. Англо-американский физик Фримен Дайсон, работавший в Принстоне, согласился продолжить вместе с ним разработку этого проекта.

По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Это были летные испытания моделей, движимых химическими взрывчатыми веществами. Модели называли «put-puts», или «hot rods». Несколько моделей было разрушено, но один 100-метровый полет в ноябре 1959, был успешен и показал, что импульсный полет мог быть устойчивым.

Схема ядерного заряда направленного действия, предполагаемого в качестве топливных элементов для «Ориона»

Аппарат имел форму пули и имел массу 133 килограмма. Позади аппарата, за плитой, произведено 6 взрывов зарядов тринитротолуола по 1,04 кг каждый. Для придания начальной скорости аппарат запускался из миномёта, для чего потребовалось 4,52 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.

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 килограмма полезной нагрузки должна была быть $150.

Межзвездные «Орионы»[править | править вики-текст]

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. Фрименом Дайсоном было рассчитано, 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.

Были разработаны две принципиальные модификации звездолета: «Energy Limited» (англ.  энергетически лимитированный) и «Momentum Limited»(англ.  импульсно-лимитированный)

Проект «Energy Limited Orion Starship» представлял собой исполинскую конструкцию с диаметром отражающей плиты около 20 километров. Такие исполинские размеры были необходимы для того, чтобы плита успевала остыть в промежутке между взрывами без расходования абляционных материалов или иных средств охлаждения. По расчетам, плита должна была представлять собой медную полусферу[2] массой более 5 миллионов тонн, в толще которой тепло успевало бы эффективно распределяться и излучаться без разрушения конструкции.

Общая масса корабля, согласно расчетам, составляла 40 миллионов тонн, из них более 30 миллионов приходилось на «топливо» — тридцать миллионов мегатонных зарядов. Из оставшихся 10 миллионов тонн, пять миллионов приходилось на вес плиты, а остальное — на массу, собственно, конструкции и полезной нагрузки.

Подрывая за кормой по мегатонному заряду каждые 100 секунд (такой большой промежуток времени был рассчитан на то, чтобы плита успевала остыть за счет излучения), корабль мог бы разогнаться до 0,33 % скорости света (1000 км/с) приблизительно за 100 лет. На полет к Альфе Центавра, которая предполагалась в качестве цели проекта, потребовалось бы порядка 1300 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» был более скромным по масштабам. Основным его отличием было 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 компактее и быстрее.

Расчетный диаметр плиты для корабля составлял всего 100 метров. Максимальная масса определялась как 400000 тонн, из которых 300000 тонн приходились на триста тысяч мегатонных зарядов. Взрывая за кормой по мегатонному заряду каждые 3 секунды. корабль мог разгоняться сравнительно быстро. По расчетам Дайсона, при среднем ускорении в 1 g (9,8 метров в секунду за секунду), корабль мог бы разогнаться до скорости 10000 км/с (3,3 % скорости света) за десять дней, и преодолеть расстояние до Альфы Центавра всего за 130 лет. Тем не менее, из-за меньшей на два порядка полезной нагрузки, этот концепт не годился для пилотируемых перелетов.

По расчетам Фримена, проект «Energy Limited Orion Starship» должен был стоить порядка 1 годового валового национального продукта США, что в ценах на 1968 год составляло порядка 3,67 триллионов долларов. Проект же «Momentum Limited Orion Starship» стоил вдесятеро дешевле.

Более поздние исследования показывают, что корабль, использующий термоядерный импульсный привод мог бы потенциально разогнаться до 8 % скорости света (24000 км/с). Гипотетический фотонно-импульсный корабль, использующий энергию аннигиляции материи-антиматерии для питания импульсного привода, мог бы разогнаться до 80 % скорости света.

Дальнейшее развитие[править | править вики-текст]

Ряд современных проектов развивает идеи «Ориона» для перелетов в пределах Солнечной Системы. В частности, рассматривается возможность взрыволета с магнитным отражением продуктов реакции (плазмы) вместо отражающей плиты (Miniature Magnetic Orion).

В определенном смысле, дальнейшим развитием идей, заложеных в основу «Ориона» можно считать межзвёздный зонд «Дедал» с термоядерным импульсным двигателем, который в проекте должен достигнуть звезды Барнарда (5,91 световых лет) за 49 лет.

Военные космические корабли на базе «Ориона»[править | править вики-текст]

  • «Orion» battleship — инициативный концепт ядерно-импульсного боевого космического корабля, предложенный Фриманом Дайсоном в начале 1960-х. Предназначался для завоевания господства на околоземных орбитах и в межпланетном пространстве и нанесения ударов по объектам на поверхности Земли и других небесных тел. Не рассматривался всерьез военными и не вышел за стадию эскизов.
  • Doomsday Orion — концепт сверхтяжелой ядерно-импульсной баллистической ракеты, предложенной ВВС США, способной доставить к цели 1600-тонный термоядерный заряд мощностью свыше 3-х гигантонн. Не получил развития.

Современное состояние проекта[править | править вики-текст]

Проект «Орион» был закрыт в 1965 г. и в настоящий момент не только не разрабатывается, но и не рассматривается в качестве потенциального направления создания двигателей для космических аппаратов.

Тем не менее, ядерные «взрыволёты», разрабатывавшиеся по программе «Орион» являются пока единственным типом межзвёздного корабля, который мог бы быть создан на основе имеющихся технологий и принести научные результаты в относительно недалеком будущем. Никакие другие технологически возможные на данном этапе типы двигателей для космических аппаратов не обеспечивают приемлемого времени для получения результатов (время полёта до ближайших звёзд будет исчисляться десятками тысяч лет). Наиболее перспективный с точки зрения научной теории космический корабль для межзвездных перелетов — т. н. «фотонный звездолет», в котором в качестве источника энергии используется аннигиляция материи и антиматерии, имеет ряд научных и технических проблем (получение и хранение существенного количества антиматерии и доставка его к двигателю, охлаждение зеркала и др.), к решению которых человечество на нынешнем этапе развития науки и технологии даже не в состоянии подступиться.

В искусстве[править | править вики-текст]

Полная техническая реалистичность и высокий потенциал проекта «Орион» часто привлекали к нему внимание фантастов.

  • В романе Страна багровых туч братьев Стругацких, фотонный звездолет «Хиус» использовал для старта с поверхности земли пять импульсно-атомных ракет.
  • В исходном сценарии фантастического фильма Космическая одиссея 2001 года, экспедиция к Юпитеру должна была быть отправлена на ядерно-импульсном корабле, но во избежание нежелательных параллелей между атомно-импульсным приводом и гонкой ядерных вооружений, сценарий был изменен.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Графит обладает высокой емкостью, но низкой теплопроводностью, и, испаряясь, поглощает энергию излучения — не позволяя ей повредить плиту.
  2. Медь обладает высокой теплопроводностью.

Источники[править | править вики-текст]

Проект «Орион» на сайте IMPERUS
Перевод статьи Ф.Дайсона «МЕЖЗВЕЗДНЫЙ ТРАНСПОРТ» из журнала PHYSICS TODAY (ФИЗИКА СЕГОДНЯ), Октябрь, 1968 с. 41-45
Оригинал статьи Ф.Дайсона «МЕЖЗВЕЗДНЫЙ ТРАНСПОРТ» (PDF формат) из журнала PHYSICS TODAY, Октябрь, 1968 с. 41-45
Everett, C.J.; Ulam S.M. On a Method of Propulsion of Projectiles by Means of External Nuclear Explosions. Part I. University of California, Los Alamos Scientific Laboratory, August 1955. See p. 5 Archived (англ.)(PDF)
UNSCEAR "Sources and Effects of Ionizing Radiation" retrieved 2012-1-11 (англ.)(PDF)