Orion (MCA)

"Orion" ( angl.  Orion ) - projekt pilotované jaderně-pulzní kosmické lodi ("výbušniny") pro studium meziplanetárního a mezihvězdného prostoru, vyvinutý v USA v 50. a 60. letech 20. století.

Princip fungování elektrárny

Motor kosmické lodi Orion je jaderně pulzní, jeho provoz je založen na využití energie jaderného výbuchu . Z kosmické lodi je ve směru opačném k letu vyvržena jaderná nálož malého ekvivalentu a odpálena v relativně malé vzdálenosti od kosmické lodi (do 100 m). Náboj je navržen tak, že většina produktů výbuchu v podobě rozpínajícího se plazmového čela pohybujícího se relativistickou rychlostí je nasměrována na ocas kosmické lodi: kde mohutná odrazná deska přebírá hybnost a přenáší ji na loď. prostřednictvím systému tlumičů (nebo bez nich - u bezpilotních verzí). Reflexní deska je chráněna před poškozením světelným zábleskem, gama paprsky a vysokoteplotním plazmatem ablativním povlakem grafitového maziva, obnovitelného po každé detonaci [Poznámka 1] .

Historie vývoje

Myšlenku Orionu poprvé navrhli Stanislav Ulam a Cornelius Everett v Los Alamos v roce 1955 [1] . Jejich koncepce byla následující: exploze vodíkových bomb vymrštěných z lodi způsobily vypařování disků vymrštěných po bombách [1] . Expandující plazma tlačila loď [1] . Ted Taylor , jeden z předních amerických vývojářů jaderných a termonukleárních nábojů , tento projekt dále rozvinul [1] . Během zimy 1957, Taylor pracoval pro General Atomics . Anglo-americký fyzik Freeman Dyson , který pracoval v Princetonu , souhlasil, že bude pokračovat ve vývoji tohoto projektu s ním [2] .

Podle projektu Orion byly provedeny nejen výpočty, ale také testy v plném rozsahu. Jednalo se o letové zkoušky modelů poháněných chemickými výbušninami. Modelům se říkalo „put-puts“ nebo „hot rods“ [1] . Několik modelů bylo zničeno, ale jeden 100m let v listopadu 1959 byl úspěšný a ukázal, že impulsní let lze udržet [1] . Model seskočil neporušený a je ve sbírce Smithsonian National Air and Space Museum.

Zařízení mělo tvar střely a hmotnost 133 kg. Za aparaturou, za kamny, bylo provedeno 6 explozí trinitrotoluenových náplní po 1,04 kg. Pro dosažení počáteční rychlosti bylo zařízení vypuštěno z minometu , což vyžadovalo 4,52 kg střelného prachu [1] .

Také pro studium pevnosti trakční desky byly provedeny testy na atolu Eniwetok . Během jaderných testů na tomto atolu jsou ocelové koule potažené grafitem umístěny 9 m od epicentra výbuchu. Koule po explozi byly nalezeny neporušené, z jejich povrchů se odpařila (odstranila) tenká vrstva grafitu [1] .

Původně měl být Orion vypuštěn ze Země z jaderného testovacího místa Jackess Flats v Nevadě. Aparát měl mít podobu střely k překonání zemské atmosféry. Loď byla instalována na 8 odpalovacích věžích vysokých 75 m, aby nebyla poškozena jaderným výbuchem v blízkosti povrchu. Při startu měl každou vteřinu vzniknout jeden výbuch o síle 0,1 kt (síla bomb svržených na Hirošimu a Nagasaki byla 20 kt). Po opuštění atmosféry měla každých 10 sekund vybuchnout jedna dvacetikilotunová bomba. Startovací cena 1 kilogramu užitečného zatížení měla být 150 dolarů.

Interstellar Orions

Extrémně vysoké charakteristiky tahu a specifického impulsu jaderných pulzních pohonů umožnily inženýrům předpokládat možnost jejich použití nejen při meziplanetárních, ale i při mezihvězdných letech . Freeman Dyson spočítal, že loď poháněná megatunovými termonukleárními náložemi s výstupní rychlostí reakčních produktů řádově 3 000–30 000 km/s by byla schopna dosáhnout maximální rychlosti řádově 750–15 000 km/s, tzn. až 5% rychlosti světla.

Byly vyvinuty dvě základní modifikace hvězdné lodi: "Energy Limited" (z  angličtiny  -  "energy-limited") a "Momentum Limited" (z  angličtiny  -  "pulse-limited").

Projekt Energy Limited Orion Starship byl design s průměrem odrazné desky asi 20 km. Takové gigantické rozměry jsou nezbytné k tomu, aby se deska ochladila mezi explozemi bez vynaložení ablativních materiálů nebo jiných prostředků chlazení. Deska měla být podle výpočtů měděná polokoule [Poznámka 2] o hmotnosti více než 5 milionů tun, v jejíž tloušťce by se teplo stihlo efektivně rozložit a vyzařovat bez zničení konstrukce [2] .

Celková hmotnost lodi byla podle propočtů 40 milionů tun, z čehož více než 30 milionů tun tvořilo „palivo“ – megatunové nálože. Ze zbývajících 10 milionů tun pět připadalo na hmotnost desky, pět na hmotnost samotné konstrukce a užitečné zatížení [2] .

Odpálením megatunové nálože za zádí každých 100 sekund (tak dlouhý časový úsek se počítá pro ochlazení desky v důsledku radiace) by loď mohla zrychlit na 0,33 % rychlosti světla (1000 km/s) za přibližně 100 let. Let do Alpha Centauri, který měl být cílem projektu, by trval asi 1300 let. Obrovská kapacita lodi umožnila postavit na jejím základě skutečnou „ loď generací “, schopnou po celou dobu letu podporovat rozmnožující se lidskou populaci v umělém prostředí.

Projekt Momentum Limited Orion Starship je co do rozsahu skromnější. Jeho hlavním rozdílem je ablativní chlazení odrazné desky nástřikem grafitového tuku na ni v intervalech mezi výbuchy. To sice výrazně snížilo užitečné zatížení (kvůli nutnosti utratit tisíce tun grafitu), ale loď se ukázala být mnohem kompaktnější a rychlejší [2] .

Odhadovaný průměr desky pro loď byl pouhých 100 metrů. Maximální hmotnost byla stanovena na 400 tisíc tun, z toho 300 tisíc tun tvořily megatunové nálože. Loď explodovala za zádí megatunovým nábojem každé 3 sekundy [2] a mohla poměrně rychle zrychlit. Podle Dysonových výpočtů by s průměrným zrychlením 1 g (9,8 m/s²) mohla loď zrychlit na rychlost 10 000 km/s (3,3 % rychlosti světla) za deset dní a překonat vzdálenost k Alfě. Centauri za pouhých 130 let [2] .

Podle Freemanových výpočtů měl projekt Energy Limited Orion Starship stát asi 1 roční hrubý národní produkt Spojených států, což v cenách roku 1968 činilo asi 3,67 bilionu dolarů. Projekt „Momentum Limited Orion Starship“ stál desetkrát levněji [2] .

Novější výzkum ukazuje , že loď využívající fúzní pulzní pohon by mohla potenciálně zrychlit na 8 % rychlosti světla (24 000 km/s). Hypotetická loď s fotonovými pulsy využívající energii anihilace hmoty a antihmoty k napájení pulzního pohonu by mohla zrychlit na 80 % rychlosti světla.

Další vývoj

Řada moderních projektů rozvíjí myšlenky Orionu na lety v rámci Sluneční soustavy. Uvažuje se zejména o možnosti výbuchu s magnetickým odrazem reakčních produktů (plazma) místo odrazné desky a použití magnetické komprese malých mas jaderného paliva místo plnohodnotných bomb ( Miniature Magnetic Orion ).

V jistém smyslu lze mezihvězdnou sondu Daedalus s termonukleárním impulsním motorem, která by v projektu měla dorazit k Barnardově hvězdě (5,91 světelných let ) za 49 let , považovat za další vývoj myšlenek, na nichž je Orion založen .

Vojenská kosmická loď založená na Orionu

Aktuální stav projektu

Projekt Orion byl uzavřen v roce 1965 a v současné době se nejen nevyvíjí, ale není považován za potenciální směr pro vytváření motorů pro kosmické lodě [1] .

Jaderné „výbušniny“ vyvinuté v rámci programu Orion však byly po určitou dobu jediným typem mezihvězdného prostředku, který mohl být vytvořen na základě existujících technologií a přinést vědecké výsledky v relativně blízké budoucnosti. Žádné jiné typy motorů, které jsou v této fázi technologicky možné pro kosmická plavidla, neposkytují přijatelnou dobu pro získání výsledků (doba letu k nejbližším hvězdám se bude počítat na desítky tisíc let). Z hlediska vědecké teorie nejperspektivnější kosmická loď pro mezihvězdné lety - tzv. " fotonová hvězdná loď ", která jako zdroj energie využívá anihilaci hmoty a antihmoty , má řadu vědeckých a technických problémů (získání a ukládání značného množství antihmoty a její dodávání do motoru, chlazení zrcátka atd.), k jejichž řešení se lidstvo na současném stupni rozvoje vědy a techniky není schopno ani přiblížit.

Později byla v projektu Breakthrough Starshot navržena metoda urychlování miniaturních nanosond pomocí světelné plachty, do které je energie dodávána ze stacionárního zdroje poblíž výchozího bodu.

V umění

Naprostý technický realismus a vysoký potenciál projektu Orion často přitahoval pozornost spisovatelů sci-fi.

Poznámky

Komentáře
  1. ↑ Grafit má vysokou kapacitu, ale nízkou tepelnou vodivost a při vypařování absorbuje energii záření, čímž zabraňuje poškození desky
  2. ↑ Měď má vysokou tepelnou vodivost.
Prameny
  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Horoshikh, A. The Orion Project . IMPERUS. Získáno 30. prosince 2014. Archivováno z originálu 18. dubna 2013.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Dyson, Freeman. překlad článku INTERSTAR TRANSPORT  = původní článek . - FYZIKA DNES (PHYSICS TODAY). - Problém. října 1968 . - S. 41-45 .

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  V bibliografických katalozích