Приветствую вас мои космические друзья. Все мы привыкли слышать, что межпланетные путешествия — это дорого, сложно, и они займут очень много времени. Мы знаем, что пилотируемая миссия к Марсу и обратно займет около трех лет. Но что, если всё это неправда? Ведь даже сегодня мы вполне можем достичь Красной планеты всего за месяц. Мы также можем отправить космический корабль с экипажем из двадцати человек к Юпитеру. И всё это с использованием технологий сорокалетней давности. Конечно это кажется невозможным, но на самом деле все довольно просто: нам понадобится всего лишь около тысячи атомных зарядов малой мощности.
В 1957 году группа американских инженеров и ученых из разных стран собралась в Сан-Диего, штат Калифорния, для работы над секретным проектом. Их целью было создание космического аппарата, способного добраться до любой точки Солнечной системы за считанные месяцы. Проект получил название "Орион", в честь всем известного созвездия. В случае успеха проект "Орион" открыл бы для нас путь к другим планета Солнечной системы.
"Орион" отличался от других ракет и космических аппаратов тем, что не использовал обычное химическое топливо. Он приводился в движение атомными зарядами, которые срабатывали бы позади космического аппарата, разгоняя его до невероятных скоростей за очень короткое время.
Но как можно было использовать взрывы для своего движения? На первый взгляд может показаться что это невозможно, поскольку такой аппарат будет уничтожен взрывом.
Ну а теперь мы перенесемся на атолл Эниветок, который располагается на Маршалловых островах. В этом райском месте, в период с 1948 по 1958 год, Соединенные Штаты провели многочисленные наземные ядерные ядерные испытания. В июне 1956 года, во время испытания, получившего название "Инка", физик Лью Аллен предложил подвесить две полые металлические сферы на высоте десяти метров над ядерным устройством. Сферы, размером со средний арбуз, были покрыты тонким слоем графита.
Мощность взрыва составляла 15,2 килотонны, что было эквивалентно мощности атомного заряда, сброшенного на Хиросиму. Этой энергии было более чем достаточно, чтобы испарить тросы на которых были подвешены сферы. Можно было бы подумать, что металлические сферы постигла та же участь, но это было не так. Их нашли в нескольких километрах от эпицентра взрыва в идеальном состоянии. Из-за процесса абляции они потеряли всего 0,1 миллиметр внешнего графитового слоя. Сферы пролетели на ударной волне взрыва. Еще более удивительным было то, что их внутренняя часть осталась неповрежденной. Так родилась концепция "невозможного космического корабля".
На самом деле, использование взрывов для перемещения различных транспортных средств не было новой идеей. Еще в конце XIX века Герман Гансвиндт и Р.Б. Гостковский предлагали использовать различные заряды для перемещения самых разных транспортных средств.
Истинным отцом концепции движения с помощью атомных зарядов — или ядерных импульсов — был Станислав Улам. В 1944 году этот молодой математик польского происхождения работал в лаборатории Лос-Аламос над Манхэттенским проектом. Исследования Улама в Лос-Аламосе были сосредоточены на разработке первого атомного устройства. Фактически, он был одним из создателей знаменитой конструкции Теллера-Улама - многоступенчатого термоядерного заряда, или проще говоря водородной ядерного заряда.
Но помимо разработки оружия массового поражения, Станислав рассчитал, что огромную энергию взрыва можно использовать для приведения в движение некоторых космических аппаратов. В 1946 году, Улам вместе со своим коллегой по Манхэттенскому проекту — Фредериком де Хоффманом — разработал первую концепцию импульсной ядерной двигательной установки. Эта идея была доработана в следующем году Ф. Рейнсом и самим Уламом.
Во время испытаний ядерного заряда Улам смог убедиться, что некоторые металлические элементы пережили взрыв более или менее не поврежденными благодаря эффекту абляции. Если бы космический аппарат был бы оснащен плоской металлической пластиной, отражающей энергию взрыва, то он мог бы двигаться с огромной скоростью, используя энергию атомных зарядов.
Эта концепция имела очевидные проблемы, ведь более половины энергии уходило бы в космос. Лишь небольшая часть ударной волны достигла бы двигательной платформы. Казалось более эффективным, хотя и более сложным, вариантом было удержание взрыва в некой камере сгорания и, таким образом, на разгон уходила бы почти вся энергия. В середине 1950-х годов компания Martin разработала космический аппарат такого типа, но его преимущества перед ракетами на химическом топливе, были минимальными. Несмотря на эти недостатки инженер компании Martin, Дэндридж Коул, в период с 1959 по 1961 год усовершенствовал первоначальную конструкцию , внедрив использование воды в качестве охлаждающей жидкости. Позже, Национальная лаборатория имени Лоуренса в Ливерморе разработала очень похожий космический аппарат под названием "Гелиос".
Но Улам не сдавался. Он был убежден, в превосходстве своей концепции. В 1955 году он и Корнелиус Эверетт представили усовершенствованную версию своего первоначального проекта. Этот проект до сих пор является засекреченным. Известно что при его разработке использовались результаты испытаний на атолле Эниветок. Согласно расчетам ученых, концепция космического аппарата со специальной топливной пластиной была бы гораздо более эффективнее, чем концепция с камерой сгорания, и, она намного превосходила бы ракетные двигатели на обычном топливе.
В результате была предложена конструкция космического аппарата массой в 12 тонн который бы имел специальную плиту диаметром десять метров, который, по проекту, был способен совершать космические перелеты по всей Солнечной системе. Для движения этому космическому аппарату потребовалось бы от 30 до 100 ядерных устройств малой мощности.
Энергия взрыва передавалась бы на плиту, которая, в свою очередь, передавала бы тягу космическому аппарату через специальные амортизаторы. Данная плита состояла из нескольких одноразовых дисков. Самой сложной частью полета был запуск с поверхности Земли с помощью взрывов, но сам Улам считал это возможным. В 1959 году он запатентовал усовершенствованную версию космического аппарата.
Все ракетные двигатели имеют два основных параметра: тяга и удельный импульс. Тяга — это сила, развиваемая двигателем. Очевидно, что тяга, создаваемая энергией ядерных зарядов, была бы огромной. Удельный импульс можно рассматривать как меру эффективности ракетного двигателя. Чем выше удельный импульс ракетного двигателя (измеряемый в секундах) — тем большую скорость может развить ракета. Двигатель РД-180 имеет удельный импульс равный 338 секунд. Ядерно-тепловые ракетные двигатели, могли бы иметь удельный импульс равный 1000 секундам. Двигательная установка космического аппарата "Орион" обещал достичь удельного импульса в 10000 секунд, а возможно и миллиона секунд.
Но оставалось много нерешенных вопросов. К примеру - смогут ли амортизаторы выдержать сильные взрывы (нагрузка на них могла превышать 1000 g)? Не износится ли плита? И как быть с радиацией? К сожалению, Улам не смог ответить на эти вопросы. Хотя он был талантливым ученым, было ясно, что в одиночку он бы не смог спроектировать столь сложный космический аппарат.
Начиная с 1957 года, Теодор Тейлор привлек десятки инженеров и ученых к проекту «Орион». Тейлор был физиком, участвовавшим в разработке ядерных зарядов в лаборатории Лос-Аламоса. Официально команда инженеров и ученых работала в компании в General Atomic, которая являлась подразделением компании General Dynamics. Компания General Atomic была основана в 1955 году Фредериком де Хоффманом, бывшим коллегой Улама по "Манхэттенскому проекту", для исследования применений атомной энергии в гражданских целях. Команда Тейлора состояла из множества талантливых молодых ученых, среди которых выделялся Фримен Дайсон. Именно Фримен Дайсон, который работал над проектом "Гелиос", на долгие годы стал главным сторонником программы "Орион".
Но в октябре 1957 года Советский Союз запустил на орбиту Земли первый "Спутник", который положил начало космической эре. Космические полеты перестали быть фантазией и стали необходимостью. В результате проект "Орион" привлек внимание военных. К июлю 1959 года проект перешел под контроль Агентства перспективных исследовательских проектов (ARPA). Команда разработчиков выросла до сорока человек, а Хоффманн стал ее куратором. Однако после того, как первоначальный энтузиазм военных поутих, Пентагон пришел к выводу, что "Орион" — слишком нереалистичный проект, и отказался от контроля над разработкой проекта. В конце 1959 года программу взяли на себя ВВС США, но только при условии, что будет найдено военное применения данной космической системе, которое бы оправдывало затраты.
Однако, судя по всему, "Орион" не имел какого-либо военного применения, поэтому начиная с 1961 года министр обороны при администрации Кеннеди, Роберт Макнамара, отказался финансировать проект "Орион", кроме технико-экономического обоснования. Космическое агентство НАСА оставалось единственным вариантом для финансирования данного проекта. Космическое агентство проявило умеренный интерес к проекту. И хотя "Орион" мог бы произвести революцию в технологии космических полетов, он представлял угрозу для зарождающейся лунной программы "Аполлон". Практически все известные рассекреченные документы проекта "Орион" относятся к периоду с 1963 по 1965 год, когда данная программа находилась под контролем НАСА.
К 1965 году, проект "Орион" был официально закрыт. Тем не менее, исследовательская группа, достигла огромных успехов. Команда Тейлора и Дайсона продемонстрировала, что можно было решить проблемы, которые имелись в конструкции космического аппарата над которой работал Улам.
Концепция космического аппарата приводимого в движение импульсом ядерных зарядов оказалась жизнеспособной. Эффективность всей конструкции зависела от размера используемых ядерных устройств, которые, в свою очередь, определяли размер плиты. Были разработаны две экспериментальные версии: одна с пластиной диаметром десять метров, а другая — двадцать метров. Первая могла бы использоваться для полетов на Луну или Марс, а вторая позволила бы осуществить миссию к Сатурну в период до 1980 года.
Первой задачей команды Тейлора была демонстрация жизнеспособности концепции Улама. Были изучены и другие конфигурации космических аппаратов с полусферическими и другими формами плит. Также были проанализированы конструкции, использующие продукты абляции пластин, хотя они были признаны слишком неэффективными. Инженеры пошли дальше концепции Улама, и отказались от громоздкой многодисковой конструкции.
Предполагалось использовать сотни ядерных зарядов мощностью от 0,1 кТ до 10 кТ. Чем ниже была бы мощность зарядов, тем частота взрывов была бы больше. К примеру: один взрыв каждые десять секунд, для самых мощных устройств, или один взрыв в секунду для самых маломощных ядерных зарядов. Увеличение мощности заряда повысило бы эффективность космического аппарата, поэтому на более поздних этапах проектирования было предложено использовать заряды мощностью 20-40 кТ, хотя в этом случае росла радиационная нагрузка на экипаж.
Сами ядерные заряды были названы "двигательными установками". Он были оптимизированы для того чтобы направлять энергию взрыва к плите. Они должны были запускаться через специальное отверстие в плите и срабатывать на расстоянии более 60 метров. Сами заряды должны были быть заполнены полиэтиленом или полистиролом для максимального увеличения силы ударной волны. Пластик хорошо поглощает нейтроны, а также рентгеновские и гамма-лучи, образующиеся в результате деления, распадаясь на атомы водорода и углерода, которые приобретают высокие скорости, тем самым повышая эффективность движения. Заряды также могли бы включать в свою конструкцию топливный наполнитель, которым мог быть вольфрам или любой другой материал (для этой цели даже предлагалось использовать марсианский лед). Без пластика и топливного наполнителя, заряд имел бы очень небольшую эффективность. Сам блок ядерного устройства был окружен урановым кожухом, чтобы направлять излучение от взрыва внутрь, к наполнителю и вольфраму. Следует подчеркнуть, что точная конструкция таких "двигательных установок", и многие их параметры остаются засекреченной информацией.
Сама "топливная плита" должна выдерживать температуру от 15 000 до 30 000 К (температура поверхности Солнца составляет 6 000 К), в течение трех миллисекунд, что позволило бы изготавливать ее из обычной стали или алюминиевых сплавов. Рентгеновский импульс от взрыва также длился бы всего несколько наносекунд. Благодаря оригинальной системе из нескольких последовательно соединенных демпферов, перегрузка, испытываемая экипажем, могла бы достигать значений в 1–2 g. Плиту можно было бы покрывать слоем масла между взрывами для уменьшения абляции металла.
Команда разработчиков разработала несколько прототипов, которые были названы "Путт-Путт" или "Хот-Род", и которые использовали обычные взрывчатые вещества. В ходе таких испытаний была продемонстрирована жизнеспособность базовой концепции. Разработчики также, по-видимому, использовали данные, полученные в ходе реальных ядерных испытаний, хотя эта часть проекта до сих пор остается засекреченной. Удельный импульс работоспособного космического корабля "Орион" мог бы достигать 1800–3000 секунд. Это была огромная цифра, и она намного превосходила показатели любого ракетного двигателя. Инженеры были уверены, что смогут достичь удельного импульса в 10 000 секунд в течение нескольких лет.
Первоначально космический корабль "Орион" представлял собой космический аппарат массой в 10 тысяч тонн. Для своего старта с поверхности земли, и взлета на высоту нескольких сотен метров, он должен был использовать ядерное устройство мощностью 0,1 кТ, после чего должно было сработать еще одно ядерное устройство большей мощности. Этот процесс продолжался бы до достижения околоземной орбиты. Команда разработчиков подсчитала, что этот метод исключал риски радиоактивного загрязнения атмосферы, хотя важно помнить, что речь идет об экологических стандартах конца 1950-х годов. Очевидно, что этот вариант был неприемлем. Поэтому в исследованиях НАСА и последующих работах по проекту "Орион" фигурирует меньший по размеру космический аппарат, который должен был быть собран на низкой околоземной орбите с использованием обычных ракет, таких как "Сатурн-5". Также изучались гибридные системы, в которых первая ступень представляла собой обычную ракету, которая бы использовалась для подъема космического аппарата перед началом срабатывания ядерных устройств.
Рассмотрим уменьшенную версию космического корабля "Орион", с двигательной плитой диаметром десять метров, который был способен доставить восемь астронавтов и сто тонн полезной нагрузки на Марс и обратно, всего за 125 дней. Этот же космический корабль также был способен доставить двадцать человек на лунную поверхность.
Более мощная версия с диаметром плиты в 20 метров позволила бы совершить полет к Юпитеру за 900 дней, а к Сатурну за пять лет. Космический корабль должен был быть собран на низкой околоземной орбите с использованием как минимум трех запусков ракет "Сатурн-5". Отсек с экипажем мог быть заменяемым в зависимости от типа миссии. Также могли быть запущены беспилотные грузовые миссии.
"Марс к 1965 году, Сатурн к 1970 году", — говорил Фримен Дайсон, имея в виду возможности корабля "Орион". Но присущие данной конструкции проблемы были слишком очевидны. Даже если бы взрывы произошли в дальнем космосе, безопасность оставалась слишком серьезной проблемой для данной программы. Что бы произошло, если бы ракета "Сатурн-5", несущая на околоземную орбиту тысячу ядерных устройств, попала бы в аварию во время взлета? Конечно же ядерного взрыва не произошло бы, поскольку эти устройства были спроектированы как взрывобезопасные, но радиоактивное загрязнение было бы поистине огромным.
В 1963 году СССР и США подписали договор о запрете испытания ядерных устройств в космосе, что фактически положило конец проекту "Орион". Хотя НАСА могло бы возобновить данный проект, но оно не было заинтересовано в преодолении политического давления, которое возникло бы при попытке отменить этот договор. Ситуацию усугубляло и то, что военные не были в восторге от гражданского проекта, использующего ядерные устройства, конструкция которых была — и остается — совершенно секретной информацией и по сей день. Как резюмировал сам Дайсон: "Орион имел сомнительную честь настроить каждое правительственное агентство против друг друга".
В начале 1970-х годов Дайсон предложил использовать термоядерные заряды в качестве "двигательных установок", поскольку они были чище и эффективнее с точки зрения отношения делящегося материала к энергии. Хотя базовая конструкция корабля нуждалась в доработке, но термоядерный "Орион" мог бы достичь удельного импульса, превышающего 75 000 секунд, что позволило бы не только колонизировать Солнечную систему, но и добраться — хотя и медленно — до ближайших звезд.
В 1980-х годах Карл Саган заявил, что "Орион" станет наилучшим возможным применением для тысяч ядерных боеголовок, существующих на нашей планете.
Парадоксально, что проект "Орион" оказался фактически забыт. В большинстве работ, посвященных космическим путешествиям, этот проект едва ли заслуживает упоминания. Все внимание уделяется системам термоядерного синтеза и использования антиматерии, в то время как ядерный импульс считается всего лишь некой диковинкой. Но, несмотря на все свои недостатки, нельзя забывать, что именно ядерный импульс — это единственная передовая система, которая позволила бы нам без проблем путешествовать по Солнечной системе, используя существующие на сегодняшний день технологии. Как знать, быть может когда-то человечество пересмотрит свое отношение к данному проекту?
Ну а что думаете вы, мои космические друзья?
П.С: Извиняюсь за несколько птичий язык в повествовании данной статьи. Увы мы живем в такое время, когда за упоминание в статье некоторых слов может как говорят и прилететь, не хочется чтобы канал или данная статья были заблокированы, поэтому некоторые слова приходится заменять и переходить на эзопов язык. Спасибо за понимание.