Orión (MCA)
"Orion" ( ing. Orion ) - un proyecto de una nave espacial tripulada de pulso nuclear ("explosivo") para el estudio del espacio interplanetario e interestelar, desarrollado en los Estados Unidos en los años 1950 y 1960.
El principio de funcionamiento de la central eléctrica
El motor de la nave espacial Orión es de pulso nuclear, su funcionamiento se basa en el aprovechamiento de la energía de una explosión nuclear . Desde la nave espacial, en la dirección opuesta al vuelo, se expulsa una carga nuclear de un pequeño equivalente y se detona a una distancia relativamente pequeña de la nave espacial (hasta 100 m). La carga está diseñada de tal manera que la mayoría de los productos de explosión en forma de un frente de plasma en expansión que se mueve a velocidades relativistas se dirigen a la cola de la nave espacial: donde una placa reflectante masiva toma el impulso y lo transmite a la nave. a través de un sistema de amortiguadores (o sin ellos, para versiones no tripuladas). La placa reflectante está protegida contra daños por destellos de luz, rayos gamma y plasma de alta temperatura mediante una capa ablativa de lubricante de grafito, renovable después de cada detonación [Nota 1] .
Historial de desarrollo
La idea de Orión fue propuesta por primera vez por Stanislav Ulam y Cornelius Everett en Los Álamos en 1955 [1] . Su concepto era el siguiente: las explosiones de bombas de hidrógeno expulsadas de la nave provocaban que los discos expulsados después de las bombas se evaporaran [1] . El plasma en expansión empujó la nave [1] . Ted Taylor , uno de los principales desarrolladores estadounidenses de cargas nucleares y termonucleares , desarrolló aún más este proyecto [1] . Durante el invierno de 1957, Taylor trabajó para General Atomics . El físico angloamericano Freeman Dyson , que trabajaba en Princeton , accedió a seguir desarrollando este proyecto con él [2] .
Según el proyecto Orion, no solo se realizaron cálculos, sino también pruebas a gran escala. Se trataba de pruebas de vuelo de modelos propulsados por explosivos químicos. Los modelos se denominaron "put-puts" o "hot rods" [1] . Varios modelos fueron destruidos, pero un vuelo de 100 m en noviembre de 1959 tuvo éxito y demostró que el vuelo por impulso podía mantenerse [1] . El modelo salió en paracaídas intacto y está en la colección del Museo Nacional del Aire y el Espacio Smithsonian.
El dispositivo tenía la forma de una bala y una masa de 133 kg. Detrás del aparato, detrás de la estufa, se hicieron 6 explosiones de cargas de trinitrotolueno de 1,04 kg cada una. Para dar la velocidad inicial, el dispositivo se lanzó desde un mortero , lo que requirió 4,52 kg de pólvora [1] .
Además, para estudiar la resistencia de la placa de tracción, se realizaron pruebas en el atolón Eniwetok . Durante las pruebas nucleares en este atolón, se colocan esferas de acero recubiertas de grafito a 9 m del epicentro de la explosión. Las esferas después de la explosión se encontraron intactas, con una fina capa de grafito evaporada (extirpada) de sus superficies [1] .
Inicialmente, se suponía que Orión sería lanzado desde la Tierra, desde el sitio de pruebas nucleares de Jackess Flats , ubicado en Nevada. Se suponía que el aparato tendría la forma de una bala para superar la atmósfera terrestre. El barco se instaló en 8 torres de lanzamiento de 75 m de altura para no sufrir daños por una explosión nuclear cerca de la superficie. En el lanzamiento, se iba a producir una explosión con una potencia de 0,1 kt cada segundo (la potencia de las bombas lanzadas sobre Hiroshima y Nagasaki era de 20 kt). Después de dejar la atmósfera, se suponía que una bomba de 20 kilotones explotaría cada 10 segundos. El precio de lanzamiento de 1 kilogramo de carga útil sería de $ 150.
Oriones interestelares
Las características extremadamente altas de empuje e impulso específico de los impulsores de pulso nuclear permitieron a los ingenieros asumir la posibilidad de su uso no solo en vuelos interplanetarios, sino también interestelares . Freeman Dyson calculó que una nave propulsada por cargas termonucleares de megatones con una velocidad de salida de los productos de reacción del orden de 3.000 a 30.000 km/s sería capaz de alcanzar una velocidad máxima del orden de 750 a 15.000 km/s, es decir, hasta un 5% de la velocidad de la luz.
Se desarrollaron dos modificaciones fundamentales de la nave estelar: "Energy Limited" (del inglés - "energy-limited") y "Momentum Limited" (del inglés - "pulse-limited").
El proyecto Energy Limited Orion Starship fue un diseño con un diámetro de placa reflectante de unos 20 km. Tales dimensiones gigantescas son necesarias para que la losa se enfríe entre explosiones sin gastar materiales ablativos u otros medios de enfriamiento. Según los cálculos, la losa debería haber sido un hemisferio de cobre [Nota 2] con una masa de más de 5 millones de toneladas, en cuyo espesor el calor tendría tiempo de distribuirse e irradiarse de manera eficiente sin destruir la estructura [2] .
La masa total del barco, según los cálculos, era de 40 millones de toneladas, de las cuales más de 30 millones de toneladas eran "combustible": cargas de megatones. De los 10 millones de toneladas restantes, cinco correspondían al peso de la losa, cinco a la masa de la propia estructura y la carga útil [2] .
Al hacer estallar una carga de un megatón a popa cada 100 segundos (se calcula un período de tiempo tan largo para que la placa se enfríe debido a la radiación), la nave podría acelerar al 0,33% de la velocidad de la luz (1000 km/s) en unos 100 años. El vuelo a Alpha Centauri, que se suponía que era el objetivo del proyecto, tardaría unos 1300 años. La enorme capacidad de la nave hizo posible construir sobre su base una verdadera " nave de generaciones ", capaz de soportar una población humana en reproducción en un entorno artificial durante todo el vuelo.
El proyecto Momentum Limited Orion Starship es de escala más modesta. Su principal diferencia es el enfriamiento ablativo de la placa reflectante al rociarla con grasa de grafito en los intervalos entre explosiones. Aunque esto redujo significativamente la carga útil (debido a la necesidad de gastar miles de toneladas de grafito), la nave resultó ser mucho más compacta y rápida [2] .
El diámetro estimado de la placa para el barco era de solo 100 metros. La masa máxima se determinó en 400 mil toneladas, de las cuales 300 mil toneladas eran cargas de megatones. Explotando detrás de la popa con una carga de un megatón cada 3 segundos [2] , la nave podría acelerar relativamente rápido. Según los cálculos de Dyson, con una aceleración media de 1 g (9,8 m/s²), la nave podría acelerar a una velocidad de 10.000 km/s (3,3 % de la velocidad de la luz) en diez días, y cubrir la distancia a Alpha Centauri en tan solo 130 años [2] .
Según los cálculos de Freeman, se suponía que el proyecto Energy Limited Orion Starship costaría alrededor de 1 producto nacional bruto anual de los Estados Unidos, que en 1968 los precios eran de alrededor de 3,67 billones de dólares. El proyecto "Momentum Limited Orion Starship" costó diez veces más barato [2] .
Investigaciones más recientes muestran que un barco que usa un impulsor de pulso de fusión podría acelerar potencialmente al 8% de la velocidad de la luz (24,000 km / s). Una nave hipotética de impulsos de fotones que utilice la energía de la aniquilación de materia y antimateria para impulsar un impulsor de impulsos podría acelerar al 80% de la velocidad de la luz.
Mayor desarrollo
Varios proyectos modernos desarrollan las ideas de Orion para vuelos dentro del Sistema Solar. En particular, se está considerando la posibilidad de una explosión con reflejo magnético de los productos de reacción (plasma) en lugar de una placa reflectante, y el uso de compresión magnética de pequeñas masas de combustible nuclear en lugar de bombas de pleno derecho ( Miniatura magnética Orión ).
En cierto sentido, la sonda interestelar Daedalus con un motor de impulso termonuclear, que en el proyecto debería alcanzar la estrella de Barnard (5,91 años luz ) en 49 años , puede considerarse un desarrollo ulterior de las ideas que subyacen a Orión .
Nave espacial militar con base en Orión
- El acorazado "Orion" es un concepto de iniciativa para una nave espacial de combate de pulso nuclear propuesta por Freeman Dyson a principios de la década de 1960. Estaba destinado a ganar dominio en las órbitas cercanas a la Tierra y en el espacio interplanetario y atacar objetos en la superficie de la Tierra y otros cuerpos celestes. Estaba equipado con un escuadrón de naves espaciales de transporte y un gran arsenal de armas nucleares estratégicas, además de torretas de 127 mm y versiones de combate de ojivas nucleares dirigidas. Los militares no lo consideraron seriamente y no pasó de la etapa de bocetos y diseño.
- El Doomsday Orion es un misil balístico de impulso nuclear súper pesado propuesto por la Fuerza Aérea de EE. UU. , capaz de lanzar una carga termonuclear de 1.600 toneladas con un rendimiento de hasta 8.500 Mt a un objetivo. No se desarrolló debido a la extrema no selectividad de la lesión. Con una explosión terrestre del portaaviones, según los cálculos, quedaría un cráter con un diámetro de unos 20 km y una profundidad de 2-3. El radio de una derrota continua se calcula, en este caso, en cientos de kilómetros, parcial, en miles. Con una explosión en la tropopausa , el radio de daño aumentó aún más, y el impulso electromagnético de la explosión, en cualquier caso, era potencialmente capaz de desactivar la electrónica de todo el hemisferio y todos los satélites en órbita cercana a la Tierra.
Estado actual del proyecto
El proyecto Orion se cerró en 1965 y en este momento no solo no se está desarrollando, sino que no se considera como una dirección potencial para crear motores para naves espaciales [1] .
Sin embargo, los "explosivos" nucleares desarrollados bajo el programa Orion fueron durante algún tiempo el único tipo de vehículo interestelar que podría crearse sobre la base de las tecnologías existentes y traer resultados científicos en un futuro relativamente cercano. Ningún otro tipo de motor tecnológicamente posible en esta etapa para vehículos espaciales proporciona un tiempo aceptable para obtener resultados (el tiempo de vuelo a las estrellas más cercanas se calculará en decenas de miles de años). La nave espacial más prometedora, desde el punto de vista de la teoría científica, para vuelos interestelares, la llamada " nave estelar de fotones ", que utiliza la aniquilación de materia y antimateria como fuente de energía , tiene una serie de problemas científicos y técnicos (obtención de y almacenar una cantidad significativa de antimateria y entregarla al motor, enfriar el espejo, etc.), a cuya solución la humanidad en la etapa actual de desarrollo de la ciencia y la tecnología ni siquiera es capaz de acercarse.
Más tarde, en el proyecto Breakthrough Starshot , se propuso un método para acelerar nanosondas en miniatura utilizando una vela ligera, cuya energía se suministra desde una fuente estacionaria cerca del punto de partida.
En el arte
El completo realismo técnico y el alto potencial del proyecto Orion a menudo atrajeron la atención de los escritores de ciencia ficción.
- En el guión original de la película de ciencia ficción 2001: Una odisea del espacio , se suponía que la expedición a Júpiter se enviaría en una nave de pulso nuclear, pero para evitar paralelismos indeseables entre el impulso de pulso atómico y una carrera armamentista nuclear, se cambió el guión. a favor de la versión original de la novela (NRE sin pulso).
- " Footfall " - Al final de la novela, los terrícolas lanzan una nave de guerra interplanetaria pesada que utiliza cargas nucleares tanto para la propulsión como para bombear láseres de rayos X.
- La novela Orion Ascends (1983) del escritor Poul Anderson previsiblemente presenta este tipo de nave.
- La miniserie Ascension , que se emitió en Syfy a fines de 2014, se inspiró en el Proyecto Orión y las características de la nave de generación .
- Los cohetes fotónicos en el trabajo de A. y B. Strugatsky se utilizaron para comunicaciones interplanetarias en la primera mitad del siglo XXI.
- En la película Deep Impact , se muestra una nave espacial que usa el sistema Orion como su principal sistema de propulsión, pero se parece muy vagamente a este motor.
Notas
Comentarios- ↑ El grafito tiene una alta capacidad, pero baja conductividad térmica y, al evaporarse, absorbe la energía de la radiación, evitando que dañe la placa.
- ↑ El cobre tiene una alta conductividad térmica.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Horoshikh, A. El Proyecto Orión . IMPERUS. Consultado el 30 de diciembre de 2014. Archivado desde el original el 18 de abril de 2013.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Dyson, Freeman. traducción del artículo INTERSTAR TRANSPORT = artículo original . - LA FÍSICA HOY (FÍSICA HOY). - Asunto. octubre de 1968 . - S. 41-45 .
Literatura
- Dyson G. Project Orion: La verdadera historia de la nave espacial atómica. — Nueva York: Henry Holt, 2002.
- Everett CJ, Ulam SM Sobre un Método de Propulsión de Proyectiles por Medio de Explosiones Nucleares Externas. Parte I. - Laboratorio Científico de Los Álamos, 1955. - doi : 10.21236/ada306631 .
- Dyson F. Transporte interestelar // Physics Today . - 1968. - vol. 21, nº 10 . - Pág. 41-47. -doi : 10.1063/ 1.3034534 . Traducción amateur rusa: transporte interestelar .
- Bernstein J. Reflexiones sobre el Proyecto Orión // Inferencia: Revista Internacional de Ciencias. - 2020. - Vol. 5, nº 2 .
Enlaces
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