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:
[alert-announce]“Наш девиз был таков – Марс – к 1965 году, Сатурн – к 1970!”.[/alert-announce]
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