Понедельник, 27 июня, 2022

Мы считаем, что мир 2051 — это мир без войны.

Взрывная идея: можно ли приспособить термоядерную бомбу под космический двигатель?

Время на чтение 6 мин.

Бах! Бах! Бах! Бах! Поднимаются клубы пыли, яркие вспышки ослепляют всех вокруг. Над пустыней одна за другой плывут взрывные волны. Космическая ракета рывками поднимается в небеса и исчезает в вышине. В командном пункте, расположенном за сотни километров от места старта, инженеры и конструкторы поздравляют друг друга. Космический корабль уверенно набирает скорость и направляется в сторону звезды Барнарда, куда прибудет лет через 180. Радиоактивная пыль медленно оседает на горячую землю пустыни.

Так мог бы выглядеть запуск «Ориона» — проекта межзвездного корабля, который приводился в движение серией направленных ядерных или термоядерных взрывов. Звучит фантастически, но это тот проект, который вполне можно реализовать, используя существующие технологии.

Как я перестал бояться и полюбил атомную бомбу

В 1949 году СССР испытал свою ядерную бомбу, и США перестали безраздельно лидировать в рейтинге «Я уничтожу весь мир с одной кнопки». Требовалось новое супероружие — и в Лос-Аламосской лаборатории физики и математики принялись за создание термоядерной бомбы, которая могла бы превратить все людей на планете в радиоактивный пепел еще быстрее и еще эффективнее. Среди тех, кто разрабатывал схему для нового оружия, был Станислав Улам — выпускник Львовского политехнического института и ученик легендарного Стефана Банаха. Именно Улам вместе с физиком Эдвардом Теллером разработал схему термоядерной бомбы, которая, к сожалению, используется по сей день.

В 1955 году Станислав Улам вместе с коллегой-математиком Корнелиусом Эвереттом разработали теорию ядерного ударного двигателя, который разгонял бы космический корабль серией направленных ядерных взрывов. В теории это обеспечивало огромную подъемную силу (достаточную для выведения на орбиту сотен тонн груза) и прекрасное ускорение (обеспечивавшее достижение нескольких процентов от скорости света).

Разработку концепта продолжил другой лос-аламосский физик Тед Тейлор. В 1957 году он перешел на работу в компанию General Atomics, где совместно с Фриманом Дайсоном спроектировал исследовательский ядерный реактор Triga. Дайсона увлекла идея о ядерном двигателе, и он даже сумел получить годовой отпуск в Принстонском университете для того, чтобы вместе с Тейлором заниматься этим проектом.

Проект получил название «Орион» (pdf), и в конце 1950-х всерьез рассматривался как конкурент химическим ракетам Вернера фон Брауна. Как же это должно было работать?

Корабль в форме пули устанавливался на восьми 75-метровых столбах. Такая стартовая площадка препятствовала повреждению от первого взрыва. После старта каждую секунду подрывалась выбрасывалась и на небольшом расстоянии от корабля подрывалась ядерная бомба мощностью 0,1 килотонны. Большая часть продуктов взрыва «бьет» в специальную отражающую плиту в хвосте корабля, которая передает импульс собственно кораблю. Чтобы космонавтов не сильно укачивало, между плитой и аппаратом установлены амортизаторы, смягчающие толчки. Чтобы защитить полезную нагрузку и саму плиту, она покрывается графитовой смазкой.

Бахнем, обязательно бахнем! Или все же нет?

Фриман Дайсон был настроен очень оптимистично: по его подсчетам, уже в 1964 году можно было бы запустить экспедицию на Марс, а к 1970 году отправить на «Орионе» миссию к лунам Сатурна. Брайан Данн, отвечавший за конструирование корабля, был не столь восторженным: по его расчетам, создать подобный двигатель не получилось бы ранее 2010 года.

Впрочем, уже в 1959 году химические ракеты Вернера фон Брауна были выбраны как основа космонавтики на ближайшие годы. Нужно заметить, что сам фон Браун не считал проект «Орион» безнадежным. Он предполагал, что мощная ракета вроде «Сатурна-5» могла бы вывести такой корабль на орбиту, а там уже начали бы действовать ядерные взрывы. В таком случае можно было бы слетать на Марс и обратно. Поэтому General Atomics продолжала разрабатывать проект еще в течение шести лет, подгоняя его под идею фон Брауна. Однако NASA не заинтересовалось такой схемой. Прежде всего потому, что пришлось бы искать пути обхода Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой. Согласно ему, ядерные взрывы в космосе порицаются мировой общественностью.

По проекту «Орион» даже были проведены испытания, которые показали, что предложенная схема полета работоспособна. Аппарат весом 133 килограмма совершил 100-метровый полет благодаря шести взрывам зарядов тринитротолуола весом чуть больше килограмма каждый. После этого модель успешно приземлилась с помощью парашюта.

Сквозь взрывы к звёздам

Уже на закате проекта Фриман Дайсон пофантазировал, как мог бы выглядеть «Орион» для межзвездных путешествий. Физик предложил два варианта — энергетически-ограниченный и импульсно-органиченный.

Для энергетически-ограниченного требовалась бы отражающая плита диаметром 20 километров — для этого предлагалось использовать монструозную медную полусферу массой более пяти миллионов тонн. Общая масса корабля в таком случае составила бы 40 миллионов тонн, из которых 30 миллионов весили бы мегатонные заряды. Путем подрыва одного заряда каждый 100 секунд такой корабль разогнался бы до скорости около тысячи км/с за 100 лет. Конечно, не быстро (да и скорость невелика), но на базе такой конструкции можно было бы создать «корабль поколений» — аппарат, где в замкнутой среде на протяжении многих лет существует человеческая популяция.

Импульсно-ограниченный корабль получился гораздо компактнее. Если в предыдущем варианте плита должна была быть столь огромной, чтобы успевать остывать в промежутке между взрывами, то в этом она покрывается графитовой смазкой. Смазка испаряется от взрыва и в промежутке распыляется снова. Да, это уменьшает полезную нагрузку, но зато и диаметр плиты становится всего сто метров. Такой корабль мог бы разогнаться уже до 10 тысяч км/с.

Почему же «Орион» так и не взлетел? Причин, по всей видимости, несколько. Во-первых, характеристики подобного аппарата просто не востребованы даже в наше время. Нам попросту нечего и незачем возить на Луну или Марс в количестве сотен тонн. Поэтому нет смысла строить дорогой и сложный аппарат. Во-вторых, проект требовал огромного финансирования, которое в 1960-е предпочли потратить на лунную гонку и затем на «Спейс Шаттл». В-третьих, остается юридическая проблема с запретом ядерных взрывов в космосе и экологическая в заражении местности при использовании атомных бомб для старта с поверхности планеты.