Проект «Орион» (ядерно-импульсный двигатель) — это исследование, проводившееся в 1950-х и 1960-х годах ВВС США, DARPA и НАСА. Целью было выяснить жизнеспособность космического корабля на ядерно-импульсной тяге, который приводился бы в движение серией атомных взрывов, происходящих позади аппарата. После предварительных идей, возникших в 1940-х годах, и публикации секретного доклада, написанного в соавторстве с физиком Станиславом Уламом в 1955 году, агентство DARPA (тогда известное как ARPA) в июле 1958 года согласилось спонсировать и финансировать программу. Ранние версии аппарата проектировались для старта с поверхности Земли, но более поздние предназначались исключительно для использования в космосе. Разработка велась в компании General Atomics в Сан-Диего, а среди сторонников проекта был Вернер фон Браун, выпустивший «белую книгу» в поддержку этой идеи. НАСА также создало профиль миссии на Марс, основанный на этой концепции: предполагалось, что восьми астронавтам потребуется 125 дней на полет туда и обратно, а стоимость разработки составит 1,5 миллиарда долларов. С моделями проводились неядерные испытания, наиболее успешное из которых состоялось в конце 1959 года, однако в конечном итоге проект был закрыт. Среди причин — подписание в 1963 году Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой, который запретил ядерные взрывы в космосе из-за опасений по поводу радиоактивных осадков. Руководили проектом физики Тед Тейлор и Фримен Дайсон, причем Тейлора называли «движущей силой Ориона». В 1979 году компания General Dynamics передала Смитсоновскому институту деревянную модель корабля высотой 66 см, которая сейчас выставлена в Центре Стивена Ф. Удвар-Хейзи в округе Фэрфакс, штат Виргиния.
Предыстория и планирование
Физик Станислав Улам предложил общую идею ядерно-импульсного двигателя в 1946 году, а предварительные расчеты были выполнены Фредериком Рейнесом и Уламом в меморандуме Лос-Аламоса в 1947 году. В августе 1955 года Улам стал соавтором секретного доклада, в котором предлагалось использовать ядерные делящиеся бомбы, «выбрасываемые и подрываемые на значительном расстоянии», для движения аппарата в космическом пространстве. Проект возглавили Тед Тейлор из General Atomics и физик Фримен Дайсон, который по просьбе Тейлора взял годичный отпуск в Институте перспективных исследований в Принстоне для работы над проектом. В июле 1958 года ARPA согласилось спонсировать «Орион» с начальным бюджетом в 1 миллион долларов в год; тогда же проект получил свое название и официально стартовал. Агентство поручило исследование концепции корпорации General Dynamics, но в конце 1959 года решило прекратить поддержку. ВВС США согласились поддержать «Орион», если для него найдется военное применение, а Управление пилотируемых космических полетов НАСА также внесло свой вклад в финансирование. Исследуемая правительством концепция предполагала использование защитного экрана и амортизаторов для защиты экипажа и преобразования энергии взрывов в непрерывную тягу. Самое успешное испытание модели в ноябре 1959 года позволило достичь высоты около 100 метров с помощью шести последовательных химических взрывов. НАСА также подготовило профиль миссии на Марс для восьми астронавтов с длительностью полета 125 дней и прогнозируемой стоимостью разработки в 1,5 миллиарда долларов. Проект «Орион» был закрыт в 1964 году после того, как годом ранее США подписали Договор о запрещении испытаний ядерного оружия, что значительно ослабило политическую поддержку проекта. Кроме того, в 1959 году НАСА решило, что гражданская космическая программа в ближайшей перспективе будет неядерной.
Концепция «Ориона» обеспечивала как высокую тягу, так и высокий удельный импульс (эффективность использования топлива): 2000 единиц импульса (Isp) в исходном проекте и, возможно, от 4000 до 6000 секунд согласно плану ВВС. Позднее, в 1968 году, Дайсон предложил использовать термоядерные бомбы, что потенциально могло увеличить этот показатель до более чем 75 000 Isp, позволяя развивать скорость до 10 000 км/с. Мощность ядерного устройства среднего размера в то время оценивалась примерно в 5–10 миллиардов лошадиных сил. Огромную энергию ядерных взрывов по отношению к массе аппарата планировалось контролировать за счет внешних детонаций, хотя более ранняя версия концепции предлагала удерживать взрывы внутри прочной конструкции — один из таких проектов был подготовлен компанией The Martin Company. Для сравнения: традиционные химические ракеты, такие как «Сатурн-5», доставивший программу «Аполлон» на Луну, создают высокую тягу при низком удельном импульсе, тогда как электрические ионные двигатели создают небольшую тягу очень эффективно. «Орион» же предлагал характеристики, превосходящие самые совершенные обычные или ядерные ракетные двигатели, рассматривавшиеся в то время. Сторонники проекта «Орион» считали, что он обладает потенциалом для дешевых межпланетных перелетов. От проекта «Лонгшот» до проекта «Дедал», «Мини-Маг Орион» и других предложений, анализирующих рассеивание тепловой энергии, принцип внешнего ядерно-импульсного движения для максимизации выживаемости остается общим среди серьезных концепций межзвездных полетов без внешнего подвода энергии и для высокоэффективных межпланетных перелетов. Подобные поздние предложения, как правило, модифицируют базовый принцип, предполагая использование оборудования для детонации гораздо меньших порций делящегося или термоядерного топлива, в отличие от крупных ядерно-импульсных зарядов (полноценных ядерных бомб) проекта «Орион».
Основные принципы
Ядерно-импульсный двигатель «Ориона» сочетает в себе очень высокую скорость истечения (от 19 до 31 км/с в типичных межпланетных проектах) с тягой в меганьютоны. Многие двигатели космических аппаратов могут достичь либо одного, либо другого, но ядерно-импульсные ракеты — единственная предложенная технология, которая потенциально может удовлетворить экстремальные требования к мощности для обеспечения обоих параметров одновременно. Удельный импульс (Isp) измеряет, сколько тяги можно получить из данной массы топлива, и является стандартным показателем эффективности в ракетостроении. Поскольку кинетическая энергия выхлопа растет пропорционально квадрату скорости, а импульс и тяга — линейно, получение определенного уровня тяги (например, ускорения в несколько g) требует гораздо больше энергии при каждом увеличении целевой скорости истечения и Isp. Концепция «Ориона» предполагает внешние ядерные взрывы с такой скоростью высвобождения энергии, которую не смогли бы выдержать внутренние конструкции ядерных реакторов при использовании известных материалов. Поскольку вес не является ограничением, корабль «Орион» может быть чрезвычайно прочным. Беспилотный аппарат мог бы выдерживать очень большие ускорения, возможно, до 100 g. Однако пилотируемый «Орион» должен использовать систему демпфирования позади толкающей плиты, чтобы сгладить почти мгновенное ускорение до уровня, который люди могут комфортно переносить — обычно около 2–4 g. Высокая эффективность зависит от скорости истечения плазмы, чтобы максимизировать силу ракеты при заданной массе топлива. Скорость плазменных обломков пропорциональна квадратному корню из изменения температуры ядерного огненного шара. Поскольку такие шары обычно достигают десяти миллионов градусов Цельсия или более менее чем за миллисекунду, они создают очень высокие скорости. Однако практическая конструкция должна ограничивать радиус разрушительного воздействия огненного шара. Диаметр ядерного огненного шара пропорционален квадратному корню из мощности взрыва. Форма реактивной массы бомбы критически важна для эффективности. В исходном проекте бомбы имели реактивную массу из вольфрама. Геометрия и материалы бомбы фокусировали рентгеновские лучи и плазму из ядра ядерного заряда на реактивную массу. По сути, каждая бомба представляла собой ядерный кумулятивный заряд. Бомба с цилиндрической реактивной массой при взрыве расширяется в плоскую дискообразную волну плазмы. Бомба с дискообразной реактивной массой расширяется в гораздо более эффективную сигарообразную волну плазменных обломков. Сигарообразная форма фокусирует большую часть плазмы на толкающую плиту. Для максимальной эффективности миссии уравнение ракеты требует, чтобы наибольшая часть взрывной силы была направлена на космический аппарат, а не расходовалась изотропно. Максимальный эффективный удельный импульс Isp ядерно-импульсного двигателя «Ориона» в целом равен: где C0 — коэффициент коллимации (какая часть плазменных обломков взрыва действительно попадет в плиту-поглотитель импульса), Ve — скорость плазменных обломков, а gn — стандартное ускорение свободного падения (9,81 м/с²). Коэффициента коллимации, близкого к 0,5, можно достичь, сопоставив диаметр толкающей плиты с диаметром ядерного огненного шара. Чем меньше бомба, тем меньше каждый импульс, а значит, выше частота импульсов и их количество, необходимое для выхода на орбиту. Меньшие импульсы также означают меньший удар по толкающей плите и меньшую потребность в демпфировании для сглаживания ускорения. Оптимальная мощность заряда для пилотируемого эталонного проекта массой 4000 тонн была рассчитана на уровне 0,15 кт, при этом для выхода на орбиту требовалось около 800 бомб с частотой примерно 1 взрыв в секунду.
Размеры аппаратов
Данные для сравнения с «Сатурном-5» взяты из книги Джорджа Дайсона и переведены из метрической системы в американские короткие тонны (обозначены как «т»).
В конце 1958 — начале 1959 года стало ясно, что минимальный практический размер аппарата будет определяться минимально достижимой мощностью бомбы. Использование бомб мощностью 0,03 кт дало бы массу аппарата 880 тонн. Однако это сочли слишком малым для чего-либо, кроме испытательного орбитального аппарата, и команда вскоре сосредоточилась на «базовом проекте» массой 4000 тонн. В то время детали конструкций малых бомб были засекречены. Из многих отчетов по «Ориону» перед публикацией удалялись все подробности о бомбах.
Самый крупный проект — «супер-Орион»; при массе 8 миллионов тонн он мог бы легко стать целым городом. В интервью конструкторы рассматривали этот огромный корабль как возможный межзвездный ковчег. Этот экстремальный проект мог быть построен с использованием материалов и методов, доступных в 1958 году или ожидаемых в ближайшем будущем. Большая часть из трех тысяч тонн каждого из двигателей «супер-Ориона» состояла бы из инертного материала, такого как полиэтилен или соли бора, используемых для передачи силы детонации на толкающую плиту и поглощения нейтронов для минимизации радиоактивных осадков. Один из проектов Фримена Дайсона для «супер-Ориона» предполагал, что толкающая плита будет состоять преимущественно из урана или трансуранового элемента, чтобы по прибытии в соседнюю звездную систему плиту можно было переработать в ядерное топливо.
Теоретические применения
Ракетный проект «Орион» обладает чрезвычайно высокими характеристиками. Ракеты на ядерно-импульсных зарядах деления изначально предназначались для межпланетных полетов. Миссии, разработанные для «Ориона» в рамках исходного проекта, включали полет в один этап (прямо с поверхности Земли) до Марса и обратно, а также путешествие к одному из спутников Сатурна. Фримен Дайсон провел первый анализ того, какие миссии «Ориона» возможны для достижения Альфы Центавра, ближайшей к Солнцу звездной системы. В его статье 1968 года «Межзвездный транспорт» (опубликованной в Physics Today) сохранялась концепция крупных ядерных взрывов, но Дайсон отошел от использования бомб деления и рассмотрел применение термоядерных взрывов мощностью в одну мегатонну. Его выводы были просты: скорость обломков термоядерных взрывов, вероятно, находилась в диапазоне 3000–30 000 км/с, а отражающая геометрия полусферической толкающей плиты «Ориона» снизила бы этот диапазон до 750–15 000 км/с. Чтобы оценить верхние и нижние пределы возможностей технологий 1968 года, Дайсон рассмотрел два проекта звездолетов. Более консервативный проект с ограничением по энергии предполагал, что толкающая плита должна просто поглотить всю тепловую энергию каждого взрыва (4×10¹⁵ джоулей, половина из которых поглощалась бы плитой), не расплавившись. Дайсон подсчитал, что если бы поверхность состояла из меди толщиной 1 мм, то диаметр и масса полусферической плиты составили бы 20 километров и 5 миллионов тонн соответственно. Потребовалось бы 100 секунд, чтобы медь остыла за счет излучения перед следующим взрывом. В таком случае «Ориону» с ограниченным теплоотводом потребовалось бы около 1000 лет, чтобы достичь Альфы Центавра. Чтобы улучшить эти показатели при уменьшении размера и стоимости, Дайсон рассмотрел альтернативный проект с ограничением по импульсу, где для отвода излишков тепла используется абляционное покрытие поверхности. Ограничение тогда задается способностью амортизаторов передавать импульс от ускоряемой плиты к плавно ускоряющемуся кораблю. Дайсон рассчитал, что свойства доступных материалов ограничивают скорость, передаваемую каждым взрывом, примерно 30 метрами в секунду, независимо от размера и природы взрыва. Если корабль должен ускоряться с перегрузкой в 1 g (9,81 м/с²) при такой передаче скорости, то частота импульсов составляет один взрыв каждые три секунды.
Более поздние исследования показывают, что теоретически достижимая крейсерская скорость составляет несколько процентов от скорости света (0,08–0,1 c). Атомный («Орион» на делении) может достичь, возможно, 9–11% скорости света. Звездолет на ядерно-импульсном двигателе, работающем на термоядерных зарядах, катализируемых антиматерией, был бы в том же диапазоне 10%, а ракеты на чистой аннигиляции материи и антиматерии теоретически способны развивать скорость от 50% до 80% скорости света. В каждом случае сохранение топлива для торможения вдвое снижает максимальную скорость. Концепция использования магнитного паруса для торможения космического корабля при приближении к цели обсуждалась как альтернатива использованию топлива; это позволило бы кораблю двигаться почти с максимальной теоретической скоростью. При 0,1 c термоядерным звездолетам «Орион» потребовалось бы не менее 44 лет, чтобы достичь Альфы Центавра, не считая времени на разгон (около 36 дней при постоянном ускорении 1 g). При 0,1 c звездолету «Орион» потребовалось бы 100 лет, чтобы преодолеть 10 световых лет. Астроном Карл Саган предположил, что это было бы отличным применением для запасов ядерного оружия. В рамках развития проекта «Орион», чтобы получить финансирование от военных, ВВС США в 1960-х годах рассматривали концепцию «космического линкора» — платформы для ядерных ракет, защищенной от ядерных взрывов. Она должна была составить основу «Сил бомбардировки дальнего космоса» ВВС США.
Дальнейшие разработки
Концепция, похожая на «Орион», была разработана Британским межпланетным обществом (B.I.S.) в 1973–1974 годах. Проект «Дедал» представлял собой роботизированный межзвездный зонд к звезде Барнарда, который должен был двигаться со скоростью 12% от скорости света. В 1989 году аналогичная концепция изучалась ВМС США и НАСА в рамках проекта «Лонгшот». Обе эти концепции требуют значительных достижений в области термоядерных технологий и поэтому, в отличие от «Ориона», не могут быть построены в настоящее время. С 1998 года по настоящее время кафедра ядерной инженерии Университета штата Пенсильвания разрабатывает две улучшенные версии проекта «Орион», известные как проекты ICAN и AIMStar, использующие компактные ядерно-импульсные двигатели, катализируемые антиматерией, вместо крупных систем инерциального термоядерного синтеза, предложенных в проектах «Дедал» и «Лонгшот».
Затраты
Расходы на делящиеся материалы считались высокими, пока физик Тед Тейлор не показал, что при правильной конструкции взрывных устройств количество делящихся материалов, используемых при запуске, остается почти постоянным для любого размера «Ориона» — от 2000 до 8 000 000 тонн. Более крупные бомбы использовали больше взрывчатки для сверхсжатия делящихся материалов, повышая эффективность. Дополнительные обломки от взрывчатки также служат дополнительной реактивной массой. Основная часть затрат на исторические программы ядерной обороны приходилась на системы доставки и поддержки, а не на стоимость производства самих бомб (согласно одному исследованию, боеголовки составляли 7% от общих расходов США в 1946–1996 годах). После первоначальной разработки инфраструктуры и инвестиций предельные издержки на дополнительные ядерные бомбы при массовом производстве могут быть относительно низкими. В 1980-х годах стоимость некоторых термоядерных боеголовок США оценивалась в 1,1 миллиона долларов каждая (630 миллионов долларов за 560 штук). Для более простых импульсных зарядов деления, которые могли бы использоваться в одном из проектов «Ориона», источник 1964 года оценивал стоимость в 40 000 долларов или меньше за штуку при массовом производстве (эквивалентно 308 000 долларов в 2024 году). Проект «Дедал» позже предложил термоядерные взрывчатые вещества (гранулы дейтерия или трития), подрываемые инерциальным удержанием с помощью электронного пучка. Это тот же принцип, что лежит в основе инерциального термоядерного синтеза. Теоретически его можно было бы масштабировать до гораздо меньших взрывов и использовать небольшие амортизаторы.
Архитектура аппарата
С 1957 по 1964 год эта информация использовалась для проектирования системы двигателей космического корабля под названием «Орион», в которой ядерные взрывные устройства выбрасывались бы позади толкающей плиты, установленной в нижней части корабля, и подрывались. Ударная волна и радиация от детонации воздействовали бы на нижнюю сторону плиты, придавая ей мощный толчок. Плита крепилась бы на больших двухступенчатых амортизаторах, которые плавно передавали бы ускорение остальной части корабля. Был создан предварительный проект ядерно-импульсного устройства. Он предлагал использование термоядерного заряда деления с кумулятивным эффектом. Взрывчатое вещество было обернуто в наполнитель канала из оксида бериллия, окруженный урановым радиационным зеркалом. Зеркало и наполнитель канала были открыты с одного конца, и в этот открытый конец помещалась плоская плита из вольфрамового топлива. Весь блок был встроен в контейнер диаметром не более 6 дюймов (150 мм) и весил чуть более 300 фунтов (140 кг), чтобы его можно было обрабатывать механизмами, масштабированными с торгового автомата по продаже прохладительных напитков; при проектировании консультировались с компанией Coca-Cola. Через 1 микросекунду после зажигания гамма-плазма бомбы и нейтроны нагревали бы наполнитель канала и частично удерживались урановой оболочкой. Через 2–3 микросекунды наполнитель канала передавал бы часть энергии топливу, которое испарялось. Плоская плита топлива формировала сигарообразный взрыв, направленный на толкающую плиту. Плазма остывала бы до 14 000 °C, проходя расстояние в 25 метров до плиты, а затем снова нагревалась бы до 67 000 °C, когда примерно через 300 микросекунд она ударялась бы о плиту и повторно сжималась. Эта температура излучает ультрафиолетовый свет, который плохо проходит через большинство плазм. Это помогает сохранять толкающую плиту холодной. Сигарообразный профиль распределения и низкая плотность плазмы уменьшают мгновенный удар по плите. Поскольку импульс, передаваемый плазмой, наибольший в центре, толщина толкающей плиты уменьшалась бы примерно в 6 раз от центра к краю. Это гарантирует, что изменение скорости одинаково для внутренней и внешней частей плиты. На малых высотах, где окружающий воздух плотный, рассеяние гамма-лучей могло бы потенциально навредить экипажу без радиационного щита; радиационное убежище также было бы необходимо в длительных миссиях для защиты от солнечных вспышек. Эффективность радиационной защиты растет экспоненциально с толщиной щита. На кораблях массой более 1000 тонн структурная масса корабля, его запасы, а также масса бомб и топлива обеспечивали бы более чем адекватную защиту для экипажа. Стабильность изначально считалась проблемой из-за неточностей в размещении бомб, но позже было показано, что эффекты будут взаимно компенсироваться.
Многочисленные летные испытания моделей с использованием обычных взрывчатых веществ проводились в Пойнт-Лома, Сан-Диего, в 1959 году. 14 ноября 1959 года метровая модель, также известная как «Hot Rod» и «putt-putt», впервые совершила полет с использованием RDX (химической взрывчатки) в контролируемом режиме в течение 23 секунд, достигнув высоты 56 метров. Фильм об испытаниях был переведен в видеоформат и показан в программе BBC TV «To Mars by A-Bomb» в 2003 году с комментариями Фримена Дайсона и Артура К. Кларка. Модель приземлилась на парашюте без повреждений и находится в коллекции Национального музея авиации и космонавтики Смитсоновского института. Первым предложенным амортизатором была кольцевая подушка безопасности. Вскоре стало ясно, что в случае отказа взрыва плита массой 500–1000 тонн при отскоке разорвет подушку. Поэтому была разработана двухступенчатая конструкция амортизатора с расстроенной пружиной и поршнем. В эталонном проекте механический амортизатор первой ступени был настроен на частоту, в 4,5 раза превышающую частоту импульсов, а газовый поршень второй ступени — на 0,5 частоты импульсов. Это допускало допуски по времени в 10 мс для каждого взрыва. Окончательная конструкция справлялась с отказом бомбы за счет перелета и отскока в центральное положение. Таким образом, после отказа и при первоначальном старте с земли было бы необходимо запускать или перезапускать последовательность с устройством меньшей мощности. В 1950-х годах методы регулировки мощности бомб находились в зачаточном состоянии, и много внимания уделялось способам замены стандартной бомбы на менее мощную в течение 2–3 секунд или обеспечению альтернативного способа подрыва. Современные устройства с регулируемой мощностью позволили бы автоматически настраивать стандартный заряд на меньшую мощность. Бомбы должны были выбрасываться позади толкающей плиты с достаточной скоростью, чтобы взрываться в 20–30 метрах за ней каждые 1,1 секунды. Исследовались многочисленные предложения: от нескольких пушек, торчащих над краем плиты, до ракетных бомб, запускаемых с направляющих, похожих на американские горки; однако в окончательном эталонном проекте использовалась простая газовая пушка для стрельбы устройствами через отверстие в центре толкающей плиты.
Потенциальные проблемы
Абляция (эрозия)
Воздействие повторяющихся ядерных взрывов поднимает проблему абляции толкающей плиты. Расчеты и эксперименты показали, что стальная плита без защиты подверглась бы абляции менее чем на 1 мм. Если ее опрыскать маслом, абляции не было бы вовсе. Спектры поглощения углерода и водорода минимизируют нагрев. Расчетная температура ударной волны (67 000 °C) излучает ультрафиолетовый свет. Большинство материалов и элементов непрозрачны для ультрафиолета, особенно при давлении 340 МПа, которое испытывает плита. Это предотвращает плавление или абляцию плиты. Когда проект был закрыт, оставалось неясным, будет ли турбулентность от топлива и абляция самой плиты значительно усиливать общую абляцию. В 1960-х годах Фримен Дайсон отмечал, что для решения этого вопроса потребовалось бы реальное ядерное испытание. Без физических экспериментов окончательный вывод сделать было невозможно. Однако современные симуляции теперь могут дать точный ответ.
Отслоение (spalling)
Еще одна потенциальная проблема толкающей плиты — отслоение. Осколки металла могли бы отлетать от верхней части плиты. Ударная волна от воздействия плазмы на нижнюю сторону плиты проходила бы сквозь нее и достигала верхней поверхности. В этот момент могло произойти отслоение, которое повредило бы плиту. Одним из решений было поглощение ударов с помощью пружин с водяным охлаждением позади плиты. Решение, к которому в итоге пришли, заключалось в использовании магнитной защиты. Линии магнитного поля генерировались бы параллельно поверхности проводящей толкающей плиты; когда плазма от взрыва расширяется, она прижимает линии поля к проводнику, увеличивая плотность потока. Возросшее магнитное давление замедлило бы плазму, тем самым изменив ее направление и ускорив ее в сторону от толкающей плиты. Если обычная взрывчатка в ядерной бомбе детонирует, но ядерный взрыв не происходит, осколки могли бы ударить и потенциально критически повредить толкающую плиту. Физические испытания систем аппарата считались невозможными, поскольку несколько тысяч ядерных взрывов нельзя было провести в одном месте. Поэтому были разработаны эксперименты для проверки толкающих плит в ядерных огненных шарах, а долгосрочные испытания плит могли бы проводиться в космосе. Конструкции амортизаторов можно было испытать в полном масштабе на Земле с использованием химических взрывчатых веществ.
Старт с поверхности Земли
Многочисленные риски, связанные с механическими и взрывными опасностями, также представляли угрозу. Исследования наземных опасностей отмечали, что случайная детонация взрывчатки внутри импульсных зарядов (без ядерного выхода) все равно могла бы привести к образованию большого количества осколков на расстоянии тысяч метров. Еще одной наземной проблемой были ударные волны, возникающие при взаимодействии ядерных взрывов с землей во время взлета. Предлагаемые меры по смягчению последствий включали подъем космического корабля с земли с помощью обычных взрывчатых веществ перед началом ядерных импульсов. Это подняло бы корабль достаточно высоко в воздух, чтобы первый сфокусированный ядерный взрыв не создал обломков, способных повредить корабль. Другим предложенным решением было использование верхней ступени «Сатурна-5» для вывода на орбиту.
Радиоактивные осадки
Однако главной нерешенной проблемой для запуска с поверхности Земли считались радиоактивные осадки. Фримен Дайсон еще в 1960-х годах оценивал, что при использовании обычного ядерного оружия каждый запуск статистически вызывал бы в среднем от 0,1 до 1 смертельного случая от рака из-за осадков. Эта оценка основана на предположениях беспороговой модели — метода, часто используемого при оценке статистических смертей от другой промышленной деятельности. Косвенные эффекты могли бы иметь значение для того, будет ли общее влияние космической программы на основе «Ориона» на будущую глобальную смертность людей чистым увеличением или уменьшением, включая то, повлияют ли изменения в стоимости и возможностях запуска на освоение космоса, колонизацию, шансы на долгосрочное выживание человеческого вида, космическую солнечную энергетику или другие гипотезы. От множества мелких детонаций в совокупности осадки при запуске «Ориона» массой 6000 коротких тонн равны детонации типичного 10-мегатонного ядерного оружия в виде воздушного взрыва, поэтому большая часть осадков была бы сравнительно разбавленными отложенными осадками. При условии использования ядерных взрывчатых веществ с высокой долей выхода энергии от деления, это привело бы к суммарным осадкам, аналогичным наземному взрыву «Майк» в рамках операции «Айви» — 10,4-мегатонному устройству, взорванному в 1952 году. Сравнение не совсем идеально, так как из-за расположения на поверхности «Айви Майк» создал большое количество раннего радиоактивного загрязнения. Исторические наземные ядерные испытания включали 189 мегатонн выхода от деления и вызвали среднее глобальное радиационное облучение на человека, достигшее пика в 0,11 мЗв/год в 1963 году, с остаточным уровнем 0,007 мЗв/год в современное время, наложенным на другие источники облучения, в основном естественный фоновый радиационный фон, который в среднем составляет 2,4 мЗв/год глобально, но сильно варьируется. Любое сравнение зависело бы от того, как доза населения зависит от мест детонации, при этом предпочтение отдавалось бы очень отдаленным площадкам. С помощью специальных конструкций ядерных взрывных устройств Тед Тейлор подсчитал, что осадки продуктов деления можно было бы сократить в десять раз или, возможно, даже до нуля, если бы удалось создать чисто термоядерное взрывное устройство. 100% чистое термоядерное устройство, согласно рассекреченным документам правительства США, еще не было успешно разработано, хотя относительно чистые мирные ядерные взрывы (МЯВ) испытывались для рытья каналов Советским Союзом в 1970-х годах с 98% термоядерным выходом в 15-килотонных устройствах теста «Тайга».
Политические вопросы
Двигательная установка аппарата и программа его испытаний нарушили бы Договор о запрещении испытаний 1963 года в его текущей редакции, который запрещает все ядерные детонации, кроме подземных, в попытке замедлить гонку вооружений и ограничить количество радиации в атмосфере. Правительство США пыталось внести в договор 1963 года исключение, позволяющее использовать ядерные двигатели для космических полетов, но опасения СССР по поводу военных применений не позволили включить это исключение. Это ограничение затронуло бы только США, Россию и Великобританию. Оно также нарушило бы Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, который был подписан США и Китаем, но не ратифицирован.
Электромагнитные импульсы
Запуск такой ядерной ракеты «Орион» с земли или низкой околоземной орбиты создал бы электромагнитный импульс, который мог бы нанести значительный ущерб компьютерам и спутникам, а также заполнить радиационные пояса Ван Аллена высокоэнергетической радиацией. Поскольку зона воздействия ЭМИ составляла бы несколько сотен миль в ширину, эту проблему можно было бы решить путем запуска из очень отдаленных районов. Несколько относительно небольших космических электродинамических тросов могли бы быть развернуты для быстрого выброса энергичных частиц из поясов Ван Аллена.
Прекращение
Окончательная отмена проекта произошла из-за отсутствия требований к миссии, решения сосредоточиться на отправке ракет на Луну и, в конечном итоге, подписания Договора о запрещении испытаний 1963 года, который предотвратил испытания ядерного оружия в атмосфере и космосе.
Известный персонал
Лью Аллен, менеджер контракта; Джерри Астл, инженер-взрывник; Джереми Бернштейн, физик; Эдвард Кройц, физик; Брайан Данн, главный научный сотрудник «Ориона»; Фримен Дайсон, физик; Гарольд Фингер, физик; Берт Фримен, физик; Эдвард Б. Гиллер, представитель ВВС США; Чарльз Кларк Лумис, физик; Харрис Майер, физик; Джеймс Нэнс, директор проекта; Х. Пьер Нойс, физик; Рональд Ф. Пратер, представитель ВВС США; Дон Прикетт, представитель ВВС США; Кедар «Бад» Пьятт, математик; Моррис Шарфф, физик; Тед Тейлор, директор проекта; Майкл Трешоу, физик; Станислав Улам, математик.
Операция «Пламббоб»
Испытание, похожее на проверку толкающей плиты, произошло как случайный побочный эффект теста на ядерное удержание под названием «Паскаль-Б», проведенного 27 августа 1957 года. Экспериментатор проекта доктор Роберт Браунли выполнил очень приблизительный расчет, который показал, что ядерный взрыв малой мощности ускорит массивную (900 кг) стальную крышку до шестикратной скорости убегания. Плиту так и не нашли, но доктор Браунли полагает, что она не покинула атмосферу; например, она могла испариться из-за нагрева при сжатии атмосферы из-за своей высокой скорости. Рассчитанная скорость была достаточно интересной, чтобы команда направила на плиту высокоскоростную камеру, которая, к сожалению, зафиксировала ее только на одном кадре, что указывает на очень высокий нижний предел скорости плиты.
Известные появления в художественной литературе
Первое упоминание идеи в печати, по-видимому, относится к рассказу Роберта А. Хайнлайна 1940 года «Взрывы случаются». Как обсуждал Артур К. Кларк в своих воспоминаниях о создании фильма «2001 год: Космическая одиссея» в книге «Потерянные миры 2001 года», рассматривалась ядерно-импульсная версия межпланетного космического корабля США «Дискавери-1». Однако «Дискавери» в фильме не использовал эту идею, так как Стэнли Кубрик подумал, что это может быть воспринято как пародия после создания фильма «Доктор Стрейнджлав, или Как я перестал бояться и полюбил бомбу». Космический корабль «Орион» занимает видное место в научно-фантастическом романе Ларри Нивена и Джерри Пурнелла 1985 года «Мошка в зенице Господней». Перед лицом инопланетной осады/вторжения на Землю люди вынуждены прибегнуть к решительным мерам, чтобы вывести боевой корабль на орбиту для противостояния инопланетному флоту. В фильме 1998 года «Столкновение с бездной» был показан космический корабль «Мессия», который использовал «двигатель Ориона» и, по-видимому, является вариантом ядерно-детонационного двигателя. В фильме двигатель приписывается русским. Отправная точка мини-сериала 2014 года «Вознесение» заключается в том, что в 1963 году президент Джон Ф. Кеннеди и правительство США, опасаясь, что холодная война обострится и приведет к уничтожению Земли, запустили «Вознесение», космический корабль класса «Орион», для колонизации планеты, вращающейся вокруг Проксимы Центавра, обеспечивая выживание человеческой расы. Научно-фантастический роман Стивена Бакстера 2008 года «Ковчег» использует корабль поколений класса «Орион» для спасения от экологической катастрофы на Земле. Ближе к концу своей трилогии «Имперские игры» Чарльз Стросс включает космический корабль, смоделированный по образцу проекта «Орион». Конструкторы кораблей, ограниченные уровнем промышленного потенциала 1960-х годов, намерены использовать его для исследования параллельных миров и в качестве ядерного сдерживающего фактора, опережая современные возможности своих врагов. В романе ужасов Джереми Робинсона «Мучение» (написанном под псевдонимом Джереми Бишоп) главные герои спасаются от глобальной ядерной войны на корабле с ядерно-импульсным двигателем. Корабль является одним из трех; часть «Протокола Орион», механизма спасения для членов федерального правительства. Корабли размещены в подземной камере под Эллипсом в Вашингтоне, округ Колумбия. В научно-фантастическом романе 2008 года «Задача трех тел» и связанном с ним телешоу зонд запускается к приближающемуся инопланетному флоту с использованием вариации метода «Ориона».