Правильні ядерні двигуни працюють на атомних бомбах!

Славі не бредово звучить цей заголовок, проте так і є. У 50-ті-60-ті роки минулого століття США і СРСР активно розробляли ракетні двигуни, які були б здатні радикально вирішити ідею доставки вантажів в космос. Однією з перших в світлі голови вчених прийшла ідея використовувати в якості рушійної сили ... енергію ядерного вибуху!

Так, все вірно - не управляти реакції поділу атомних ядер, а саме послідовні вибухи сотень атомних бомб повинні були доставляти на земну орбіту і далі в космос сотні і навіть тисячі тонн корисного вантажу. Звучить страшно, думаю, що виглядало б ще страшніше ... проте, при детальному розгляді, все виявляється не так вже й погано. До 1965 року система була готова і проект закрили, але зовсім не з побоювань радіоактивного забруднення або загрози життю. А від ідеї використовувати енергію ядерного вибуху для переміщення об'єктів в космосі досі ні хто не відмовлявся. Загалом, знайомтеся - імпульсні ядерні ракетні двигуни.

Першим, найбільш закінченим і технологічно проробленим був американський проект Orion . Ідея перетворити силу ударної хвилі ядерного вибуху в поступальний рух об'єкта виникла випадково, коли під час одного з випробувальних ядерних вибухів в кінці 40-х років команда спостерігачів зафіксувала переміщення сталевої деталі мішені на кілька кілометрів від епіцентру вибуху. Огляд залізного листа показав, що він пережив температуру і силу ударної хвилі практично без пошкоджень. Повторний експеримент був проведений вже цілеспрямовано в 1954 під час «Операції« Замок »( Operation Castle ) - серії експериментів по підриву потужних ядерних зарядів на атолі Бікіні, в тому числі - і перше термоядерних.

Дві покритих графітом сталевих сфери були закріплені недалеко від першого американського термоядерного «твердопаливного» заряду (якому не був потрібний скраплений Дейтріх). В результаті найпотужнішого ядерного вибуху, коли або що проводився США (потужність заряду випробувань Castle Bravo склала 15 мегатонн - в 3 рази вище запланованої), утворився кратер діаметром два кілометри і 75 метрів в глибину. Більш потужні термоядерні випробування проводив тільки СРСР зі своїми 20, 25 і 50 мегатонн зарядами, останній з яких отримав назву Цар-Бомби . Проте, обидві сфери вціліли і були знайдені недалеко від кратера. Цей експеримент ще раз підтвердив, що спеціально сконструйовані пристрої можуть успішно витримувати надвисокі температури термоядерного вибуху і величезна механічна дія ударної хвилі.

Доступні на той час матеріали не дозволяли створити пристрій, який здатний було б утримати в собі енергію ядерного вибуху, за типом енергії горіння ракетного палива, так що вирішено було зупинитися на зовнішньому послідовному підриві зарядів. Звідси і назва «імпульсний». Принцип роботи простий, як цегла. «Корабель» на стартовому майданчику підриває під собою невеликий ядерний заряд і підкидається вгору вибуховою хвилею (отримуючи перший «імпульс»), потім скидаючи атомну бомбу, яка підривається в 15-20 метрах від нього, корабель знову піднімається і так далі, до прибуття на місце призначення. Для виходу на орбіту, наприклад, треба було б підірвати близько 800 зарядів потужністю в 0.15 кілотонн кожен, або всього 120 кілотонн. Це можна порівняти з тактичною ядерною зарядом, яких підривали в той час багатьма сотнями.

Так, захисники природи, це означає, що в порівнянні з мегатонн випробуваннями ці запуски практично нешкідливі. Хоча, в кінці 80-х статистично було підраховано, що в перерахунку на душу населення планети кожен десятий такий запуск приводив би до ймовірності можливої ​​смерті від ракових ускладнень одну людину. Шкода здоров'ю навіть не розглядався як потенційна проблема проекту. Куди більшу небезпеку для здоров'я, як з'ясувалося, представляє використання боєприпасів зі збідненим ураном ... і навіть тут немає ніякої радіації. Основну шкоду полягає в токсичності збідненого урану, по шкідливості порівнянного зі свинцем. В іншому, від надлишку свинцю в організмі помер не один мільйон чоловік, а кулі з нього не заборонили ... не заборонять і збіднений уран.

Повернемося до нашого двигуну. Як уже всім зрозуміло, основна проблема цієї ідеї - перевести енергію вибуху в корисне рух в потрібному напрямку. І тут все було продумано. Багато хто уявляє собі заряди вибухівки спрямованої дії. Це коли омон двері вибиває формою вибухової речовини можна направити вибухову хвилю в потрібне місце. Ті ж принципи працюють і c атомною бомбою. Якщо реакційна маса має форму циліндра, ударна хвиля утворилася при вибуху плазми матиме форму диска. Якщо ж зробити навпаки, спресувати реакційну масу в плоский диск, то ударна хвиля плазми матиме витягнуту форму сигари.

У випадку з нашим кораблем потрібна саме форма сигари. Під час випробувань таких зарядів вибух потужністю 10 кілотонн утворював плазмову ударну хвилю діаметром «всього» в 100 метрів. Зрозуміло, що повітряна ударна хвиля йшла далі, але у випадку з космічним двигуном потрібна тільки плазмова хвиля. Так чи інакше, але цю хвилю, навіть спрямованої дії, ще потрібно перетворити в рух корабля. Вловлювати цю плазму і повинен був величезний диск, з'єднаний з кораблем за допомогою пружинних і газових амортизаторів. Диск, що називався «штовхачем» передавав енергію хвилі на корабель, піднімаючи його вгору, як поршень в двигуні внутрішнього згоряння. Тільки самої камери згоряння не було.

Власне, основні труднощі виникли саме з передачею імпульсу кораблю. Не дивлячись на те, що сам корабель міг бути як завгодно міцним і важким, люди всередині повинні були витримати величезні перевантаження. Тут існувало два варіанти корабля - з більш жорсткими амортизаторами для безпілотних місій і зі складною системою гасіння сили удару. В результаті перший тип корабля повинен був розвивати прискорення до 90g, а другий в межах 2g-3g.

Примітна маса кораблів. Для тестових польотів на низьку навколоземну орбіту був розроблений корабель масою 880 тонн з корисним навантаженням 300 тонн, для ближніх міжпланетних перельотів (Марс, Венера, Меркурій) передбачався апарат масою 4000, а для далеких міжпланетних рейсів (Юпітер, Сатурн, Нептун, Уран, Плутон ) - 10 000 тонн. Маса корисного вантажу відрізнялася в залежності від дальності польоту. Корабель масою 4000 тонн мав виводити на низьку навколоземну орбіту вантажі масою до 1600 тонн, на Місяць з посадкою - до 1200 тонн, на Марс (з поверненням на Землю) - до 800 тонн.

Порівняйте це з важкої ракетою Saturn-V, яка при масі в 3 350 тонн виводить на орбіту вантаж з масою до 130 тон і на Місяць - до 52 тонн. Співвідношення власної маси до корисного вантажу складає 25,7: 1 для орбіти і 64,4: 1 для Місяця. У той же час, у ракети з імпульсним ядерним двигуном ці показники 2,5: 1 і 3,3: 1 відповідно. Як писав один з авторів проекту, «ми могли б побудувати постійну базу на Місяці вже при першому тестовому пуску».

Висновок з цієї статистики простий - конкурентів за вантажопідйомністю серед космічних літальних апаратів у ракет з подібним двигуном немає. Хімічні ракети забезпечують величезну тягу на дуже невеликий проміжок часу, а іонні двигуни дають мізерну тягу, але роками. Імпульсні ядерні двигуни поєднують велику тягу з великим часом роботи.

До речі, на кресленнях існував також і варіант, при якому корабель піднімався в повітря звичайними хімічними ракетами, а ядерний двигун включався на останній стадії, щоб мінімізувати кількість ядерних вибухів в атмосфері планети. Зовсім нешкідливий варіант припускав задіяти основні двигуни за межами магнітосфери нашої планети. В цьому випадку радіаційне забруднення відсутнє б в принципі, однак пропадала вигода на економії при виведенні в космос настільки великої маси.

Так чи інакше, прототип на 880 тонн був побудований, випробуваний на звичайній вибухівку і готувався до першого польоту в космос до 1965 року. Чому ж він не полетів? Відповідь проста - злі і заздрісні комуністи вважають цю програму має відношення до розробки ядерної зброї і включили її до Договору про заборону випробувань ядерної зброї в атмосфері, космосі і під водою, прийнятому в 5 серпня 1963 року. Договір був підписаний між СРСР, США і Великобританією. До речі, підземні ядерні випробування цим договором дозволялися, тому що в той час відрізнити землетрус від підземного ядерного вибуху було дуже складно.

США пропонували зробити винятком програми розробки імпульсних ядерних двигунів, посилаючись на виключення для підземних випробувань, проте СРСР наполіг на повну заборону цієї програми. Зрозуміти радянських політиків можна, в 60-і роки, в розпал космічної гонки, тільки США мали готовий до випробувань прототип, в той час як СРСР поліпшував традиційні ракети. Та й літаючий скорострільний ядерний міномет, ніж по суті був корабель проекту "Оріон", дійсно дуже схожий на зброю. Так чи інакше, з ратифікацією цього договору всі роботи по проекту були припинені, прототип розібраний, а креслення з'їдені. Про зелені, радіації або ще щось таке тоді навіть не згадували.

Однак, саму ідею не забувають досі. Британські вчені, наприклад, розробляють свій власний варіант імпульсного ядерного двигуна, який називається проект «Дедал» . Це древній грек, автор низки винаходів, батько Ікаруса , Який необережно наблизився до сонця на склеєних воском крилах.

Британський проект виконаний в традиційному стилі британських вчених. Наприклад, в якості джерела ядерних «імпульсів» пропонується використовувати мікроскопічні гранули дейтріягелія-3 (обох елементів на Землі як би не дуже багато). Ці гранули будуть створювати мікроскопічні термоядерні вибухи з частотою 250 штук в хвилину. Утворюється в процесі цієї справи плазма уловлюватиметься і направлятися соплом з сильних магнітних полів. Коротше, керований термоядерний синтез за участю рідкісноземельних елементів. Ось прямо зараз беремо і будуємо. Хоча, принципово неможливого тут теж нічого немає.

Параметри британського проекту закладені з розмахом: повна маса 54 тис. Тон, з них 500 тонн маса наукового обладнання і 50 тис. Тон маса ядерного палива. Такий величезний запас палива обумовлений специфікою завдання майбутнього зорельота. Його мета - наша сусідня зірка, BD + 04 ° 3561a або зірка Бранарда , Що знаходиться в 5,96 світлових років від нас. Це червоний карлик, вік якого становить приблизно 10 мільярдів років, а маса 0,17 від сонячної. Британський зонд буде шукати там планети, вивчати саму зірку, а по дорозі вивчить міжзоряний простір.

Так, це безпілотний зонд, тривалість польоту якого повинна скласти приблизно 50 років. Розрахункова швидкість протягом перших двох років повинна скласти 7,1% швидкості світла , І в наступні 1.8 роки збільшитися до 12% швидкості світла. За тим двигуни вимикаються на 48 років і апарат буде рухатися за рахунок придбаного прискорення, поступово сповільняться по наближенню до мети. Крім того, він буде нести 12 зондів, які випустить при наближенні до яких-небудь цікавих об'єктів. До речі, сигнали з цього корабля повинні йти на Землю з затримкою майже в 6 років.

Подібний проект розробляють і США. Той же термоядерний двигун на дейтріігеліі-3, однак, системи корабля живить звичайний ядерний реактор на 300 кВт. Маса теж більш «реалістична» - 396 тон загальної ваги, з них 264 тонни припадає на запаси палива. Зв'язок із Землею цей безпілотний зонд буде підтримувати за допомогою 250 кіловатного лазера. Ось для чого потрібен окремий бортовий ядерний реактор! Проект має на меті "Longshot" - Альфа Центавра Б, до якої він повинен дістатися приблизно за 100 років при середній швидкості 4,5% швидкості світла або 13 411 кілометрів на секунду. Сигнал від зонда буде йти до нас приблизно 4,4 року ... самі догадливі вже зрозуміли, що це і є відстань від Землі до Альф Центавра Б в світлових роках.

Варто зауважити, що технологічно здійсненним з перерахованих проектів є тільки «Оріон», останні два в доступному для огляду майбутньому нам не світять. Один з авторів проектів імпульсних двигунів якось зауважив, що кораблі, подібні «Оріону» були б хорошим способом утилізації накопичених світових ядерних арсеналів. Однак, уявити, що в наш час хтось піде на те, щоб запустити корабель, що працює на серії ядерних вибухів в якості джерела рушійної сили, мені особисто складно.

Багато захисники навколишнього середовища зараз напевно думають, що, заборонивши подібні програми свого часу, СРСР врятував планету від радіоактивного забруднення? Ну що ж, розвію ці ілюзії. Радянський Союз після прийняття зазначеного договору успішно створював ядерними вибухами котловани для водосховищ, резервуари для газосховищ, рив канали, видобував вугілля і гасив пожежі на свердловинах.

Якби не заборона на подібні екзерсиси, впевнений, був би знайдений спосіб "підвищувати надої" за допомогою малопотужних ядерних фугасів. Атомна бомба дуже корисна народному господарству, ще й як! А скільки при цьому і чого викидалося в атмосферу, шукайте самі.