Orion (MCA)
"Orion" ( eng. Orion ) - et projekt af et bemandet nuklear-impuls rumfartøj ("eksplosiv") til undersøgelse af interplanetarisk og interstellar rum, udviklet i USA i 1950'erne og 1960'erne.
Princippet om drift af kraftværket
Motoren i Orion-rumfartøjet er nuklear-puls; dens drift er baseret på brugen af energien fra en atomeksplosion . Fra rumfartøjet, i den modsatte retning af flyvningen, skydes en atomladning på en lille ækvivalent ud og detoneres i en relativt lille afstand fra rumfartøjet (op til 100 m). Ladningen er designet på en sådan måde, at de fleste af eksplosionsprodukterne i form af en ekspanderende plasmafront , der bevæger sig med relativistiske hastigheder, er rettet mod rumfartøjets hale: hvor en massiv reflekterende plade overtager momentum og sender det til skibet gennem et system af støddæmpere (eller uden dem - for ubemandede versioner). Den reflekterende plade er beskyttet mod beskadigelse af lysglimt, gammastråler og højtemperaturplasma af en ablativ belægning af grafitsmøremiddel, der kan fornyes efter hver detonation [Note 1] .
Udviklingshistorie
Ideen om Orion blev først foreslået af Stanislav Ulam og Cornelius Everett i Los Alamos i 1955 [1] . Deres koncept var som følger: eksplosioner af brintbomber, der blev kastet ud fra skibet, fik de skiver, der blev skudt ud efter bomberne, til at fordampe [1] . Det ekspanderende plasma skubbede skibet [1] . Ted Taylor , en af de førende amerikanske udviklere af nukleare og termonukleare ladninger , udviklede dette projekt yderligere [1] . I løbet af vinteren 1957 arbejdede Taylor for General Atomics . Den anglo-amerikanske fysiker Freeman Dyson , som arbejdede på Princeton , indvilligede i at fortsætte med at udvikle dette projekt sammen med ham [2] .
Ifølge Orion-projektet blev der ikke kun udført beregninger, men også fuldskalaforsøg. Disse var flyvetest af modeller drevet af kemiske sprængstoffer. Modeller blev kaldt "put-puts" eller "hot rods" [1] . Flere modeller blev ødelagt, men en 100 m flyvning i november 1959 var vellykket og viste, at impulsflyvning kunne opretholdes [1] . Modellen hoppede ud i faldskærm intakt og er i samlingen af Smithsonian National Air and Space Museum.
Enheden havde form som en kugle og en masse på 133 kg. Bag apparatet, bag ovnen, blev der lavet 6 eksplosioner af trinitrotoluenladninger på hver 1,04 kg. For at give starthastigheden blev apparatet affyret fra en morter , som krævede 4,52 kg krudt [1] .
For at studere styrken af trækpladen blev der også udført test på Eniwetok Atoll . Under atomprøvesprængninger på denne atol placeres grafitbelagte stålkugler 9 m fra eksplosionens epicenter. Kuglerne efter eksplosionen blev fundet intakte, et tyndt lag grafit fordampede (ablerede) fra deres overflader [1] .
Oprindeligt var det meningen, at Orion skulle opsendes fra Jorden, fra Jackess Flats nukleare teststed i Nevada. Apparatet skulle være i form af en kugle for at overvinde Jordens atmosfære. Skibet blev installeret på 8 affyringstårne 75 m høje for ikke at blive beskadiget af en atomeksplosion nær overfladen. Ved opsendelsen skulle der produceres en eksplosion med en kraft på 0,1 kt hvert sekund (styrken af de bomber, der blev kastet over Hiroshima og Nagasaki var 20 kt). Efter at have forladt atmosfæren skulle en 20 kiloton bombe eksplodere hvert 10. sekund. Lanceringsprisen for 1 kg nyttelast skulle være $150.
Interstellar Orions
De ekstremt høje egenskaber af trækkraft og specifikke impulser af nuklear-impulsdrev tillod ingeniører at antage muligheden for deres brug ikke kun i interplanetariske, men også i interstellare flyvninger . Freeman Dyson beregnede, at et skib drevet af megaton termonukleare ladninger med en udstrømningshastighed af reaktionsprodukter i størrelsesordenen 3.000-30.000 km/s ville være i stand til at nå en maksimal hastighed i størrelsesordenen 750-15.000 km/s, dvs. op til 5 % af lysets hastighed.
To grundlæggende modifikationer af rumskibet blev udviklet: "Energy Limited" (fra engelsk - "energy-limited") og "Momentum Limited" (fra engelsk - "pulse-limited").
Energy Limited Orion Starship-projektet var et design med en reflekterende pladediameter på omkring 20 km. Sådanne gigantiske dimensioner er nødvendige, for at pladen kan køle ned mellem eksplosioner uden at bruge ablative materialer eller andre midler til afkøling. Ifølge beregninger skulle pladen have været en kobberhalvkugle [Note 2] med en masse på mere end 5 millioner tons, i hvis tykkelse varme ville have tid til effektivt at fordele sig og udstråle uden at ødelægge strukturen [2] .
Skibets samlede masse var ifølge beregninger 40 millioner tons, hvoraf mere end 30 millioner tons var "brændstof" - megatonafgifter. Af de resterende 10 millioner tons stod fem for vægten af pladen, fem for selve strukturens masse og nyttelasten [2] .
Ved at sprænge en megaton ladning agterud hvert 100. sekund (så lang tid er beregnet til, at pladen afkøles på grund af stråling), kunne skibet accelerere til 0,33 % af lysets hastighed (1000 km/s) på omkring 100 flere år. Flyvningen til Alpha Centauri, som skulle være målet for projektet, ville tage omkring 1300 år. Skibets enorme kapacitet gjorde det muligt at bygge et ægte " generationsskib " på grundlag af det, der var i stand til at understøtte en reproducerende menneskelig befolkning i et kunstigt miljø under hele flyvningen.
Momentum Limited Orion Starship-projektet er mere beskedent i skala. Dens største forskel er den ablative afkøling af den reflekterende plade ved at sprøjte grafitfedt på den i intervallerne mellem eksplosioner. Selvom dette reducerede nyttelasten betydeligt (på grund af behovet for at bruge tusindvis af tons grafit), viste skibet sig at være meget mere kompakt og hurtigere [2] .
Den anslåede diameter på pladen til skibet var kun 100 meter. Den maksimale masse blev bestemt til 400 tusind tons, hvoraf 300 tusinde tons var megaton ladninger. Ved at eksplodere bag agterstavnen med en megatonladning hvert 3. sekund [2] kunne skibet accelerere relativt hurtigt. Ifølge Dysons beregninger kunne skibet med en gennemsnitsacceleration på 1 g (9,8 m/s²) accelerere til en hastighed på 10.000 km/s (3,3 % af lysets hastighed) på ti dage og tilbagelægge afstanden til Alpha Centauri på kun 130 år [2] .
Ifølge Freemans beregninger skulle Energy Limited Orion Starship-projektet koste omkring 1 årligt bruttonationalprodukt i USA, som i 1968-priserne var omkring 3,67 billioner dollars. Projektet "Momentum Limited Orion Starship" kostede ti gange billigere [2] .
Det viser nyere forskning at et skib, der bruger et fusionspulsdrev, potentielt kunne accelerere til 8% af lysets hastighed (24.000 km/s). Et hypotetisk foton-pulsskib, der bruger energien fra udslettelse af stof-antistof til at drive et pulsdrev, kunne accelerere til 80% af lysets hastighed.
Videreudvikling
En række moderne projekter udvikler Orions idéer til flyvninger inden for solsystemet. Især overvejes muligheden for en eksplosion med magnetisk refleksion af reaktionsprodukter (plasma) i stedet for en reflekterende plade, og anvendelse af magnetisk kompression af små masser af nukleart brændsel i stedet for fuldgyldige bomber ( Miniature Magnetic Orion ).
I en vis forstand kan Daedalus interstellare sonde med en termonuklear impulsmotor, som i projektet skulle nå Barnards stjerne (5,91 lysår ) om 49 år , betragtes som en videreudvikling af ideerne bag Orion .
Orion-baseret militær rumfartøj
- "Orion"-slagskibet er et initiativkoncept for et nuklear-impuls-kamprumfartøj foreslået af Freeman Dyson i begyndelsen af 1960'erne. Det var beregnet til at opnå dominans i kredsløb nær Jorden og i det interplanetariske rum og ramme objekter på Jordens overflade og andre himmellegemer. Den var udstyret med en eskadron af transportrumfartøjer og et stort arsenal af strategiske atomvåben, foruden 127 mm kanontårne og kampversioner af rettede atomsprænghoveder. Det blev ikke seriøst overvejet af militæret og gik ikke ud over scenen med skitser og layout.
- Doomsday Orion er et supertungt atomimpuls ballistisk missil foreslået af US Air Force , der er i stand til at levere en 1.600 tons termonuklear ladning med et udbytte på op til 8.500 Mt til et mål. Udviklede sig ikke på grund af læsionens ekstreme ikke-selektivitet. Med en jordeksplosion af bæreren ville der ifølge beregninger forblive et krater med en diameter på omkring 20 km og en dybde på 2-3. Radius af et kontinuerligt nederlag beregnes, i dette tilfælde, i hundredvis af kilometer, delvist - i tusinder. Med en eksplosion i tropopausen steg skadesradius endnu mere, og den elektromagnetiske impuls fra eksplosionen var under alle omstændigheder potentielt i stand til at deaktivere elektronikken på hele halvkuglen og alle satellitter i kredsløb nær Jorden.
Aktuel status for projektet
Orion-projektet blev lukket i 1965 og er i øjeblikket ikke kun under udvikling, men betragtes ikke som en potentiel retning for at skabe motorer til rumfartøjer [1] .
Imidlertid var de nukleare "sprængstoffer" udviklet under Orion-programmet i nogen tid den eneste type interstellare fartøj, der kunne skabes på basis af eksisterende teknologier og bringe videnskabelige resultater i en relativt nær fremtid. Ingen andre typer motorer, der er teknologisk mulige på dette stadium for rumfartøjer, giver en acceptabel tid til at opnå resultater (flyvetiden til de nærmeste stjerner vil blive beregnet i titusinder af år). Det mest lovende, set fra et videnskabeligt synspunkt, rumfartøjer til interstellare flyvninger - det såkaldte " foton-stjerneskib ", som bruger udslettelse af stof og antistof som energikilde , har en række videnskabelige og tekniske problemer (f. og lagring af en betydelig mængde antistof og levering af det til motoren, afkøling af spejlet osv.), til den løsning, som menneskeheden på det nuværende udviklingsstadium af videnskab og teknologi ikke engang er i stand til at nærme sig.
Senere, i Breakthrough Starshot- projektet , blev der foreslået en metode til at accelerere miniature nanosonder ved hjælp af et let sejl, hvortil energien tilføres fra en stationær kilde nær udgangspunktet.
I kunst
Orion-projektets fuldstændige tekniske realisme og høje potentiale tiltrak ofte science fiction-forfatteres opmærksomhed.
- I det originale manuskript til sci-fi-filmen 2001: A Space Odyssey skulle ekspeditionen til Jupiter sendes på et nuklear pulsskib, men for at undgå uønskede paralleller mellem atomic pulse drive og et atomvåbenkapløb blev manuskriptet ændret til fordel for den originale version fra romanen (non-pulse NREs).
- " Footfall " - I slutningen af romanen opsender jordboerne et tungt interplanetarisk krigsskib, der brugte nukleare ladninger både til fremdrift og til at pumpe røntgenlasere.
- Forfatteren Poul Andersons roman Orion Ascends (1983) indeholder forudsigeligt denne type skib.
- Ascension -miniserien , som blev sendt på Syfy i slutningen af 2014, var inspireret af Project Orion og generationsskibets funktioner .
- Fotoniske raketter i A. og B. Strugatskys arbejde blev brugt til interplanetarisk kommunikation i første halvdel af det 21. århundrede.
- I filmen Deep Impact vises et rumfartøj, der bruger Orion-systemet som sit primære fremdriftssystem, men det minder meget vagt om denne motor.
Noter
Kommentarer- ↑ Grafit har en høj kapacitet, men lav varmeledningsevne og absorberer strålingsenergi ved fordampning og forhindrer den i at beskadige pladen
- ↑ Kobber har en høj varmeledningsevne.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Horoshikh, A. The Orion Project . IMPERUS. Hentet 30. december 2014. Arkiveret fra originalen 18. april 2013.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Dyson, Freeman. oversættelse af artiklen INTERSTAR TRANSPORT = original artikel . - FYSIK I DAG (FYSIK I DAG). - Udstedelse. oktober, 1968 . - S. 41-45 .
Litteratur
- Dyson G. Project Orion: The True Story of the Atomic Spaceship. — New York: Henry Holt, 2002.
- Everett CJ, Ulam SM om en metode til fremdrift af projektiler ved hjælp af eksterne nukleare eksplosioner. Del I. - Los Alamos Scientific Laboratory, 1955. - doi : 10.21236/ada306631 .
- Dyson F. Interstellar transport // Physics Today . - 1968. - Bd. 21, nr. 10 . - S. 41-47. - doi : 10.1063/1.3034534 . Russisk amatøroversættelse: Interstellar transport .
- Bernstein J. Reflections on Project Orion // Inference: International Review of Science. - 2020. - Bd. 5, nr. 2 .
Links
 I bibliografiske kataloger |
|---|