Orion (MCA)

„Orion” ( ing.  Orion ) - un proiect al unei nave spațiale cu puls nuclear („exploziv”) pentru studiul spațiului interplanetar și interstelar, dezvoltat în Statele Unite în anii 1950 și 1960.

Principiul de funcționare al centralei

Motorul navei spațiale Orion este cu impuls nuclear; funcționarea sa se bazează pe utilizarea energiei unei explozii nucleare . Din navă spațială, în direcția opusă zborului, o sarcină nucleară de un echivalent mic este ejectată și detonată la o distanță relativ mică de navă spațială (până la 100 m). Încărcarea este proiectată în așa fel încât majoritatea produselor de explozie sub forma unui front de plasmă în expansiune care se mișcă la viteze relativiste sunt direcționate către coada navei spațiale: unde o placă reflectorizantă masivă preia impulsul și îl transmite navei. printr-un sistem de amortizoare (sau fără ele - pentru versiunile fără pilot). Placa reflectorizantă este protejată de deteriorarea fulgerului, a razelor gamma și a plasmei la temperatură înaltă printr-o acoperire ablativă de lubrifiant cu grafit, reînnoită după fiecare detonare [Nota 1] .

Istoricul dezvoltării

Ideea lui Orion a fost propusă pentru prima dată de Stanislav Ulam și Cornelius Everett la Los Alamos în 1955 [1] . Conceptul lor era următorul: exploziile de bombe cu hidrogen aruncate din navă au făcut ca discurile scoase după bombe să se evapore [1] . Plasma în expansiune a împins nava [1] . Ted Taylor , unul dintre cei mai importanți dezvoltatori americani de încărcături nucleare și termonucleare , a dezvoltat acest proiect în continuare [1] . În timpul iernii anului 1957, Taylor a lucrat pentru General Atomics . Fizicianul anglo-american Freeman Dyson , care a lucrat la Princeton , a fost de acord să continue dezvoltarea acestui proiect împreună cu el [2] .

Potrivit proiectului Orion, nu au fost efectuate doar calcule, ci și teste la scară completă. Acestea au fost teste de zbor ale modelelor propulsate de explozivi chimici. Modelele erau numite „put-puts”, sau „hot rods” [1] . Mai multe modele au fost distruse, dar un zbor de 100 m în noiembrie 1959 a avut succes și a arătat că zborul cu impuls poate fi susținut [1] . Modelul a parașut intact și se află în colecția Muzeului Național al Aerului și Spațiului Smithsonian.

Aparatul avea forma unui glonț și o masă de 133 kg. În spatele aparatului, în spatele aragazului, s-au făcut 6 explozii de încărcături de trinitrotoluen de câte 1,04 kg fiecare. Pentru a da viteza inițială, dispozitivul a fost lansat dintr-un mortar , care necesita 4,52 kg de praf de pușcă [1] .

De asemenea, pentru a studia rezistența plăcii de tracțiune, au fost efectuate teste pe atolul Eniwetok . În timpul testelor nucleare de pe acest atol, sfere de oțel acoperite cu grafit sunt plasate la 9 m de epicentrul exploziei. Sferele după explozie au fost găsite intacte, un strat subțire de grafit s-a evaporat (ablat) de pe suprafețele lor [1] .

Inițial, Orion ar fi trebuit să fie lansat de pe Pământ, de la site-ul de testare nucleară Jackess Flats , situat în Nevada. Aparatul trebuia să fie sub forma unui glonț pentru a depăși atmosfera Pământului. Nava a fost instalată pe 8 turnuri de lansare de 75 m înălțime pentru a nu fi deteriorată de o explozie nucleară în apropierea suprafeței. La lansare, urma să fie produsă o explozie cu o putere de 0,1 kt în fiecare secundă (puterea bombelor aruncate pe Hiroshima și Nagasaki a fost de 20 kt). După ce a părăsit atmosferă, o bombă de 20 de kilotone ar fi trebuit să explodeze la fiecare 10 secunde. Prețul de lansare al unui kilogram de încărcătură utilă urma să fie de 150 USD.

Orionii Interstelari

Caracteristicile extrem de ridicate de tracțiune și impulsul specific ale acționărilor cu impulsuri nucleare au permis inginerilor să-și asume posibilitatea utilizării lor nu numai în zboruri interplanetare, ci și în zboruri interstelare . Freeman Dyson a calculat că o navă alimentată cu încărcături termonucleare de megatoni cu o viteză de ieșire a produselor de reacție de ordinul 3.000–30.000 km/s ar putea atinge o viteză maximă de ordinul a 750–15.000 km/s, adică până la 5% din viteza luminii.

Au fost dezvoltate două modificări fundamentale ale navei: „Energy Limited” (din  engleză  –  „energy-limited”) și „Momentum Limited” (din  engleză  –  „pulse-limited”).

Proiectul Energy Limited Orion Starship a fost un design cu un diametru al plăcii reflectorizante de aproximativ 20 km. Astfel de dimensiuni gigantice sunt necesare pentru ca placa să se răcească între explozii, fără a cheltui materiale ablative sau alte mijloace de răcire. Conform calculelor, placa ar fi trebuit să fie o emisferă de cupru [Nota 2] cu o masă de peste 5 milioane de tone, în grosimea căreia căldura ar fi avut timp să se distribuie și să radieze eficient, fără a distruge structura [2] .

Masa totală a navei, conform calculelor, a fost de 40 de milioane de tone, dintre care peste 30 de milioane de tone erau „combustibil” - taxe de megatone. Din cele 10 milioane de tone rămase, cinci au reprezentat greutatea plăcii, cinci pentru masa structurii în sine și sarcina utilă [2] .

Prin aruncarea în aer a unei încărcături de megatone la popa la fiecare 100 de secunde (se calculează o perioadă atât de lungă pentru ca placa să se răcească din cauza radiațiilor), nava ar putea accelera până la 0,33% din viteza luminii (1000 km/s) în aproximativ 100. ani. Zborul către Alpha Centauri, care ar fi trebuit să fie scopul proiectului, ar dura aproximativ 1300 de ani. Capacitatea uriașă a navei a făcut posibilă construirea pe baza ei a unei adevărate „ nave a generațiilor ”, capabilă să susțină o populație umană care se reproduce într-un mediu artificial pe tot parcursul zborului.

Proiectul Momentum Limited Orion Starship are o scară mai modestă. Diferența sa principală este răcirea ablativă a plăcii reflectorizante prin pulverizarea de grăsime de grafit pe aceasta în intervalele dintre explozii. Deși acest lucru a redus semnificativ sarcina utilă (datorită necesității de a cheltui mii de tone de grafit), nava s-a dovedit a fi mult mai compactă și mai rapidă [2] .

Diametrul estimat al plăcii pentru navă a fost de numai 100 de metri. Masa maximă a fost determinată la 400 de mii de tone, dintre care 300 de mii de tone au fost încărcături de megatone. Explozând în spatele pupei cu o încărcare de megatoni la fiecare 3 secunde [2] , nava ar putea accelera relativ rapid. Conform calculelor lui Dyson, cu o accelerație medie de 1 g (9,8 m/s²), nava ar putea accelera până la o viteză de 10.000 km/s (3,3% din viteza luminii) în zece zile și poate acoperi distanța până la Alpha. Centauri în doar 130 de ani [2] .

Conform calculelor lui Freeman, proiectul Energy Limited Orion Starship ar fi trebuit să coste aproximativ 1 produs național brut anual al Statelor Unite, care în 1968 prețul era de aproximativ 3,67 trilioane de dolari. Proiectul „Momentum Limited Orion Starship” a costat de zece ori mai ieftin [2] .

Cercetări mai recente arată că o navă care folosește un impuls de fuziune ar putea accelera până la 8% din viteza luminii (24.000 km/s). O navă ipotetică cu impulsuri fotonice care folosește energia anihilării materiei-antimaterie pentru a alimenta un impuls de impuls ar putea accelera până la 80% din viteza luminii.

Dezvoltare ulterioară

O serie de proiecte moderne dezvoltă ideile lui Orion pentru zboruri în cadrul Sistemului Solar. În special, se ia în considerare posibilitatea unei explozii cu reflexia magnetică a produselor de reacție (plasmă) în locul unei plăci reflectorizante și utilizarea compresiei magnetice a unor mase mici de combustibil nuclear în loc de bombe cu drepturi depline ( Orion magnetic miniatural ).

Într-un anumit sens, sonda interstelară Daedalus cu un motor de impuls termonuclear, care în proiect ar trebui să ajungă la steaua lui Barnard (5,91 ani lumină ) în 49 de ani , poate fi considerată o dezvoltare ulterioară a ideilor care stau la baza lui Orion .

Nave spațiale militare bazate pe Orion

Starea actuală a proiectului

Proiectul Orion a fost închis în 1965 și în acest moment nu numai că nu este în curs de dezvoltare, dar nu este considerat o potențială direcție pentru crearea de motoare pentru nave spațiale [1] .

Cu toate acestea, „explozivii” nucleari dezvoltați în cadrul programului Orion au fost de ceva timp singurul tip de vehicul interstelar care ar putea fi creat pe baza tehnologiilor existente și să aducă rezultate științifice într-un viitor relativ apropiat. Niciun alt tip de motoare posibile tehnologic în această etapă pentru vehiculele spațiale nu oferă un timp acceptabil pentru obținerea rezultatelor (timpul de zbor către cele mai apropiate stele va fi calculat în zeci de mii de ani). Cea mai promițătoare, din punct de vedere al teoriei științifice, nave spațială pentru zboruri interstelare - așa-numita " navă fotonică ", care folosește anihilarea materiei și antimateriei ca sursă de energie , are o serie de probleme științifice și tehnice (obținerea și depozitarea unei cantități semnificative de antimaterie și livrarea acesteia către motor, răcirea oglinzii etc.), la soluția căreia omenirea în stadiul actual de dezvoltare a științei și tehnologiei nici măcar nu este capabilă să se apropie.

Mai târziu, în proiectul Breakthrough Starshot , a fost propusă o metodă de accelerare a nanosondelor miniaturale folosind o velă ușoară, a cărei energie este furnizată de la o sursă staționară în apropierea punctului de plecare.

În artă

Realismul tehnic complet și potențialul ridicat al proiectului Orion au atras adesea atenția scriitorilor de science fiction.

Note

Comentarii
  1. ↑ Grafitul are o capacitate mare, dar conductivitate termică scăzută și, evaporându-se, absoarbe energia radiațiilor, împiedicând-o să deterioreze placa
  2. ↑ Cuprul are o conductivitate termică ridicată.
Surse
  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Horoshikh, A. Proiectul Orion . IMPERUS. Consultat la 30 decembrie 2014. Arhivat din original la 18 aprilie 2013.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Dyson, Freeman. traducerea articolului INTERSTAR TRANSPORT  = articol original . - FIZICA AZI (FIZICA AZI). - Problemă. octombrie 1968 . - S. 41-45 .

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  În cataloagele bibliografice