Ядерный космический проект NASA — «Orion». 50-60-е годы прошлого столетия

Нет — это не тот «Orion», с которым связаны надежды возвращения американцев на Луну в 2020-х годах. Но справочник по греческой мифологии оказался слишком мал для потребностей мировой космонавтики. Некоторые названия и имена используются уже по второму или даже третьему кругу.

Как только в космос полетели первые ракеты, стало ясно, что эффективность химических ракетных двигателей для межпланетных перелетов крайне мала, а для межзвёздных путешествий принципиально недостаточна. Нельзя просто сжигать водород или керосин, и благодаря этому оказаться на Альфе Центавра. И даже к нашим планетам путь займет годы, а то и десятки лет. А какая могла бы быть альтернатива химическим двигателям?

После окончания II Мировой Войны в руках человечества оказалась "волшебная палочка" ужасной силы — ядерная и термоядерная энергии. Толком пользоваться этой силой люди еще не умели. Величины возможных последствий не знали. Но уже пытались связать ядерные и термоядерные технологии с космическими запросами.

Запросы были достаточно ясными: придать космическому аппарату максимально возможное ускорение, и делать это на протяжении максимально возможного времени. Но сам аппарат при этом желательно не разрушить.

Последнее уточнение крайне важно, потому что в то время ядерные и (особенно) термоядерные источники энергии использовались исключительно для разрушения. Не составляло труда разрушить целый город. Но чтобы с помощью ядерного заряда разогнать корабль (с космонавтами!), да так, чтобы никто не пострадал, — это было куда сложнее.

Разработки (к счастью, преимущественно на бумаге, и изредка на совершенно безвредных макетах) ядерных космических двигателей велись параллельно в нескольких странах, имеющих доступ к соответствующим технологиям. И достаточно скоро все они были прекращены. Большая часть лабораторий вынуждены были признать, что этого их странам просто не потянуть — возможно, ядерные технологии в космосе имеют свою потенциальную выгоду, но уровень вхождения в них непреодолимо высок. Две страны — США и СССР — продолжали разработки чуть дольше. США действительно имели интерес к исследованию дальнего космоса, а после успеха лунной программы была сформулирована и марсианская, главной опорой в которой были как раз ядерные движки. СССР рассматривали вопрос прежде всего в военной плоскости, и формулировался он примерно так: "А можем ли мы нанести ядерный удар по территории предполагаемого противника не со своей территории (что всегда опасно, ведь именно туда последует обратка), а например с Луны? А поскольку с Луны лететь существенно дольше, то хорошо бы процесс ускорить". Однако и эти разработки были прекращены (как минимум официально) после вступления в силу «Договора и запрещении ядерных испытаний в атмосфере и космическом пространстве» в 1963-м году.

Разумеется, в США — параллельно с научным воплощением данной ядерной концепции — существовала и военная. Её постигла та же участь — отказались (как минимум — официально).

Проект «Orion» сам по себе был нейтральным и универсальным. Рассматривался и для военной сферы, и для научных проектов — беспилотных и пилотируемых... во всяком случае, так предполагалось.

Принцип действия этого двигателя сводился к следующему:

В нескольких метрах позади массивной металлической плиты (выполняющей защитную функцию и роль приемника энергии) происходили один за другим ядерные взрывы, энергия которых рассеивалась во все направления, но некоторая часть (относительно небольшая) доставалась плите. Через систему амортизаторов ускорение передавалось всему кораблю, и он набирал скорость гораздо эффективнее, чем химические ракеты. В качестве источников взрывов предполагались существовавшие в то время военные ядерные заряды. Их количество исчислялось тысячами (по одной из версий — 2600), но чтобы выйти на орбиту требовалось несколько сотен (порядка 800) взрывов непосредственно на протяжении атмосферного этапа полёта.

Сейчас это кажется безумием. Но тогда люди не знали всех последствий ядерного взрыва — даже одного. А когда один взрыв пугает лишь одновременным уничтожением десятков тысяч человек, но не титаническим масштабом экологической катастрофы, то в умах ученых кинетическая энергия одной ядерной бомбы легко экстраполируется до энергии тысячи бомб. Бумага, как говорится, всё стерпит.

Но со временем пришло понимание, что ни Человечество, ни экология планеты не переживут даже один запуск такого чудовищного корабля.

Маятник качнулся в обратную сторону — настолько, что теперь эко-активисты видят угрозу планетарного масштаба даже в весьма экологичном Старшипе. Но тогда с ядерной энергией связывались большие надежды, и расставаться с этими надеждами очень не хотелось.

А что мог реально дать людям этот ядерный «Orion»?

Первый прототип, разработанный в чертежах в лаборатории Лос-Аламоса имел форму артиллерийского снаряда (в чем-то походил на Starship). Его высота предполагалась 60 метров, а диаметр защитной плиты — 40. Полная масса всей конструкции — 4000 тонн. Это сравнимо с массой заправленного Старшипа, хотя размеры Ориона были вдвое меньше. И такую массу он мог бы иметь потому, что заправлялся не метаном и кислородом, а ураном или плутонием... и конечно защитная плита, система амортизации ударов от взрывов тоже весили немало. Но и выводимая на орбиту масса была впечатляющей — 1600 тонн. Чтобы столько вывести Старшипами, потребуется полтора десятка запусков.

Но выходом на НОО работа Ориона не заканчивалась, а только начиналась. Далее он продолжал взрывать бомбы позади себя и ускоряясь выходил на межпланетную траекторию. Используя эту технологию вдохновители проекта — физики Тед Тейлор и Фримен Дайсон — надеялись достичь Марса к 1965 году, а Сатурна к 1970 году. Проект значительно подогревался успешным запуском первого искусственного спутника советскими учеными, и правительство США щедро финансировало все разработки, которые так или иначе могли вывести Штаты на первое место в космической гонке.

Но, к счастью, в реальности космическая гонка продолжалась без применения ядерных технологий.

Запуск тестовых прототипов предполагался на ядерном полигоне "Джекесс-Флетс" в штате Невада — прямо на свежем воздухе (ну, а как иначе), и могли потребоваться десятки тестовых ядерных испытания — примерно, как Илон Маск сейчас испытывает Starship, который, к счастью, обычный — не ядерный совсем.

Было создано специальное агенство — ARPA (Advanced Research Projects Agency) — Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (оно несколько раз переименовывалось, сейчас называется DARPA — Defense Advanced Research Projects Agency). «Orion» стал первым проектом агенства. В рамках его разработки было создано несколько уменьшенных прототипов, которые приводились в движение тротиловыми зарядами (не ядерными). Один из прототипов имел защитную плиту диаметром 1 метр, а общий весь конструкции составлял 120 кг. Этот прототип совершил несколько полётов на высоту до 100 метров, что было признано успехом и повлекло увеличение финансирования (он даже успешно приземлился и сейчас находится в Смитсоновском национальном музея авиации и космоса).

Главный вопрос был в том, существует ли материал, способный не разрушаться в непосредственной близости от эпицентра ядерного взрыва. В рамках решения этого вопроса тестовые защитные плиты (покрытая графитом сталь) размещались в 9 метрах от самого настоящего ядерного заряда. Такие исследования стали частью наземных ядерных испытаний на тихоокеанском полигоне Эниветок. Сталь выдержала ядерный взрыв, но графитовое покрытие частично разрушилось, что в принципе не казалось тогда критичным.

По расчетам тех лет, стоимость вывода 1 кг полезной нагрузки с применением корабля «Orion» могла быть всего $150 (это и для 1960 года было крайне дешево).

Первоначально за этот проект с энтузиазмом взялись именно военные. Их, конечно, не интересовали межпланетные перелеты, но вывести на околоземную орбиту ядерный крейсер с сотнями или даже тысячами боеголовками, нацеленными на города и военные объекты предполагаемого противника было очень заманчиво. Правда, вскоре выяснилось, что один только запуск такого крейсера нанесет непоправимый ущерб его собственной стране, сравнимый с поражением в еще не начатой войне. И довольно скоро военное развитие корабля «Orion» было отвергнуто. Сперва оно было передано из ARPA в ВВС США, а потом и вовсе прекращено.

Тед Тейлор и Фримен Дайсон вновь обратились в NASA и непосредственно к самому Вернеру фон Брауну, который благосклонно отнесся к перспективам использования ядерных космических двигателей, но исключительно за пределами атмосферы. Поэтому в течении некоторого времени разрабатывался так называемый «Малый Орион» (не путать с Малым псом и Малой медведицей!), который по задумке в сильно уменьшенном виде выводился на орбиту ракетой-носителем Сатурн-5, а дальше включал ядерные двигатели и отправлялся к дальним планетам... или даже к ближайшим звёздам.

Параллельно начали разрабатываться две концепции следующего поколения: «Energy Limited Orion Starship» и «Momentum Limited Orion Starship» — первая масштабнее, вторая скромнее, но не слишком. То и другое предполагалось построить на орбите, используя тысячи Сатурнов-5. Чтобы проще вообразить аппетиты колонистов ближайших звёздных систем эпохи 60-х, стоит упомянуть размер защитной плиты: 20 км и весом 5 млн.тонн (правда, разработчики решили, что сталь — это слишком, сойдет и медь). Общая масса корабля оценивалась в 40 млн.тонн, из которых на ядерные заряды приходилось 3/4 общей массы — 30 млн.тонн. Но даже такой монстр должен был бы лететь до Альфы Центавра долгие 1300 лет, достигнув скорости всего 1000 км/с.

Это покажется удивительным, но менее умопомрачительный проект — «Momentum Limited Orion Starship» — предполагал защитную плиту всего 100 метров в поперечнике, 40 тысяч тонн общей массы (30 тысяч тонн на ядерные заряды) и способность разгоняться уже до 10 000 км/с (испытывая среднее ускорение всего 1g, что автоматически создало бы аналог земной силы тяжести на корабле). Путь до альфы Центавра все равно оставался бы слишком долгим для живого человека — 130 лет, но это все-таки в 10 раз быстрее.

Конечно, эти проекты остались лишь на бумаге, и шанса воплотиться даже в формате прототипов у них тогда не было. Даже не смотря на положительное обоснование от Вернера фон Брауна, правительство их не поддержало.

Но теоретические разработки космического транспорта, использующего ядерную энергию, продолжаются по сей день. А в последние годы можно отметить, что взгляд на них стал более реалистичным, и как-будто эти идеи сейчас переживают некое условное второе дыхание. Хотя опять многое упирается и в финансы, и в вопросы безопасности.

Фактически, параллельно с ядерным "Орионом" в NASA рассматривался еще один проект — NERVA, который тоже использовал ядерную энергию, но не как непосредственно движущую силу, а как источник тепловой энергии для разогрева с последующим расширением рабочего реактивного агента, в качестве которого может использоваться практически любой газ. И это можно назвать симбиозом принципов ядерных и традиционных реактивных двигателей. Как минимум взрывающихся ядерных зарядов проект NERVA не предусматривал, но тоже довольно скоро был закрыт.

В 70-х по стопам «Ориона» некоторое время двигался Британский космический проект «Дедал», базирующийся на схожих принципах. Он допускал достижение звезды "Летящая Барнарда" всего за 49 лет. И многие еще помнят относительно недавний российский проект ядерного буксира «Зевс», который разрабатывался для межпланетных путешествий (он использовал принципы проекта NERVA), но в настоящий момент остановлен из-за отсутствия финансирования.

ПОДДЕРЖАТЬ ПРОЕКТ «ВСЕЛЕННАЯ И ЧЕЛОВЕК»

По материалам из сети

Автор: Андрей Климковский