Project Orion: ทำไมการระเบิดนิวเคลียร์ครั้งแรกจึงไม่ถูกปล่อยสู่อวกาศ

จะระเบิด - มันคืออะไร?

แนวคิดเบื้องหลัง Project Orion นั้นค่อนข้างเรียบง่าย อย่างน้อยก็ในเชิงแนวคิด:

ใช้ระเบิดปรมาณูเพื่อสร้างแรงผลักดันซึ่งสามารถยกเรือขึ้นสู่อวกาศได้ ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการ General Atomics ตัดสินใจพัฒนาแนวคิดที่เสนอในรายงานปี 1955 โดย Stanislaw Ulam และ Cornelius Everett

พวกเขาเป็นคนแรกที่เสนอแนวคิดของ Orionแนวคิดของพวกเขามีดังนี้: การระเบิดของระเบิดไฮโดรเจนที่พุ่งออกมาจากเรือทำให้เกิดการระเหยของดิสก์ที่ถูกดีดออกมาหลังจากการระเบิด พลาสมาขยายตัวและ  ขับเคลื่อนเรือ Ted Taylor หนึ่งในผู้พัฒนาชั้นนำของอเมริกาด้านประจุนิวเคลียร์และเทอร์โมนิวเคลียร์ ได้พัฒนาโครงการนี้เพิ่มเติม ในฤดูหนาวปี พ.ศ. 2500 เขาทำงานที่ General Atomics Freeman Dyson นักฟิสิกส์แองโกล - อเมริกันซึ่งทำงานที่ Princeton ตกลงที่จะดำเนินการพัฒนา Orion ร่วมกับเขาต่อไป

ที่มา: กองทัพอากาศสหรัฐ TED / YouTube

แน่นอน ระเบิดลูกเดียวไม่พอปล่อยเรือสู่อวกาศอย่างเต็มที่ ต้องใช้การระเบิดปรมาณูต่อเนื่องกันอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันไม่ให้เรือตกลงสู่พื้น นั่นคือเหตุผลที่ยานอวกาศปรมาณูถูกเรียกว่าการระเบิด

เครื่องยนต์ยานอวกาศ Orion - นิวเคลียร์พัลส์, inพื้นฐานของงานของเขาคือการใช้พลังงานจากการระเบิดของนิวเคลียร์ จากยานอวกาศในทิศทางตรงกันข้ามกับเที่ยวบิน ประจุนิวเคลียร์ที่เทียบเท่าขนาดเล็กจะถูกขับออกและจุดชนวนที่ระยะห่างค่อนข้างน้อยจากยานอวกาศ (สูงสุด 100 ม.) ประจุได้รับการออกแบบในลักษณะที่ผลิตภัณฑ์การระเบิดส่วนใหญ่ในรูปแบบของพลาสมาด้านหน้าขยายตัวซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสัมพัทธภาพถูกส่งไปยังส่วนท้ายของยานอวกาศ: โดยที่แผ่นสะท้อนแสงขนาดใหญ่รับแรงกระตุ้นและส่งไปยังเรือ ผ่านระบบโช้คอัพ (หรือไม่มี - สำหรับรุ่นไร้คนขับ) แผ่นสะท้อนแสงได้รับการปกป้องจากความเสียหายจากแสงวาบ ฟลักซ์ของรังสีแกมมา และพลาสมาที่อุณหภูมิสูงด้วยสารเคลือบน้ำมันหล่อลื่นกราไฟท์ ซึ่งสามารถทดแทนได้หลังจากการระเบิดแต่ละครั้ง

ที่มา: กองทัพอากาศสหรัฐ TED / YouTube

จำนวนเรือ Orion และ Super class ทั้งหมดกลุ่มดาวนายพรานต้องใช้ระเบิดประมาณ 800 ลูกซึ่งมีขนาดเท่ากับรถคอมแพคขนาดเล็ก ซึ่งระเบิดใต้เรือด้วยความเร็วประมาณหนึ่งลูกต่อวินาทีเพื่อให้มันเข้าสู่วงโคจร

ความเร็วที่อะตอมทั้งหมดเหล่านี้ระเบิดจะเร็วกว่าขีปนาวุธธรรมดาสองถึงสามเท่า โดยการออกแบบ เมื่อยานอวกาศไปถึงสุญญากาศของอวกาศ ความเร็วจะถูกเก็บไว้เป็นโมเมนตัม

เที่ยวบินระหว่างดวงดาว

แรงฉุดสูงมากและแรงกระตุ้นจำเพาะของแรงกระตุ้นนิวเคลียร์ทำให้วิศวกรคาดเดาความเป็นไปได้ในการใช้งานไม่เพียงแต่ในอวกาศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเที่ยวบินระหว่างดวงดาวด้วย ดังนั้น Freeman Dyson จึงคำนวณว่าเรือที่ขับเคลื่อนด้วยประจุความร้อนนิวเคลียร์เมกะตันที่มีอัตราการไหลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่ 3000–30,000 km / s จะสามารถเข้าถึงความเร็วสูงสุดของคำสั่ง 750–15,000 km / s นั่นคือ สูงถึง 5% ของความเร็วแสง

ในขอบเขตของโครงการกลุ่มดาวนายพรานนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาการดัดแปลงพื้นฐานสองประการของยานอวกาศ:บริษัท พลังงาน จำกัด และโมเมนตัม จำกัด

โครงการพลังงาน จำกัด Orion Starship เป็นโครงสร้างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นสะท้อนแสงประมาณ 20 กม. สิ่งเหล่านี้จำเป็นเพื่อให้จานมีเวลาเย็นลงระหว่างการระเบิดโดยไม่ต้องใช้วัสดุระเหยหรือวิธีการทำความเย็นอื่น ๆ

มวลรวมของเรือตามการคำนวณมีจำนวน 40 ล้านตันซึ่งมากกว่า 30 ล้านตันคิดเป็น "เชื้อเพลิง" - ค่าใช้จ่ายเมกะตัน ส่วนที่เหลืออีก 10 ล้านตัน ห้าน้ำหนักคิดเป็นน้ำหนักของแผ่นคอนกรีต และอีกห้าสำหรับน้ำหนักของโครงสร้างและน้ำหนักบรรทุก

ระเบิดท้ายเรือด้วยเมกะตันพุ่งเข้าใส่ทุก100 วินาที (ระยะเวลานานเช่นนี้คำนวณเพื่อให้จานมีเวลาเย็นลงเนื่องจากการแผ่รังสี) เรือสามารถเร่งความเร็วแสงเป็น 0.33% (1,000 กม. / วินาที) ในเวลาประมาณ 100 ปี เที่ยวบินไปยัง Alpha Centauri ซึ่งควรจะเป็นเป้าหมายของโครงการ จะใช้เวลาประมาณ 1,300 ปี ความจุมหาศาลของเรือทำให้สามารถสร้าง "เรือรุ่นต่อรุ่น" ที่แท้จริงได้ โดยสามารถรองรับการแพร่พันธุ์ของประชากรมนุษย์ในสภาพแวดล้อมเทียมได้ตลอดเที่ยวบิน

โครงการ Momentum Limited Orion Starship มีความโดดเด่นด้วยเจียมเนื้อเจียมตัวมากขึ้น เพื่อขยายขนาดความแตกต่างที่สำคัญคือการทำให้แผ่นสะท้อนแสงเย็นลงโดยการฉีดสารหล่อลื่นกราไฟท์ลงบนแผ่นสะท้อนแสงในช่วงเวลาระหว่างการระเบิด แม้ว่าสิ่งนี้จะลดน้ำหนักบรรทุกลงอย่างมาก (เนื่องจากความต้องการใช้กราไฟท์หลายพันตัน) แต่เรือกลับกลายเป็นเรือที่มีขนาดกะทัดรัดและรวดเร็วยิ่งขึ้น

ปัญหาที่ชัดเจนกับโครงการ Orion

ดังที่คุณทราบ ในช่วงทศวรรษ 1960 เจ้าหน้าที่ไม่เสียค่าใช้จ่ายใด ๆ ในการแข่งขันทางเทคโนโลยีระหว่างสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต อย่างไรก็ตาม เงินไม่สามารถแก้ไขปัญหาสำคัญประการหนึ่งได้ นั่นคือ รังสี

การบำบัดกากกัมมันตภาพรังสีจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งหนึ่งระเบิดเป็นงานวิศวกรรมที่ยากมาก เมื่อต้องกำจัดผลที่ตามมาจากการระเบิดของระเบิดดังกล่าวหลายร้อยลูกที่ระดับความสูงหลายสิบกิโลเมตร งานนี้ถือว่าเป็นไปไม่ได้ 

ปัญหาร้ายแรงอีกประการหนึ่งคือการที่ลูกเรือไม่สามารถทำงานบนยานอวกาศได้ ในระหว่างปฏิบัติการ เขาจะได้รับรังสีมากถึง 700 rad ในแต่ละครั้งที่ระเบิดใต้กลุ่มดาวนายพราน

สำหรับการเปรียบเทียบ - การเจ็บป่วยจากรังสีเฉียบพลันเกิดขึ้นจากการฉายรังสีที่สม่ำเสมอในปริมาณที่มากกว่า 1 Gy (100 rad) ในช่วงเวลาสั้นๆ ปริมาณที่สูงถึง 1 Gy (100 rad) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ค่อนข้างน้อยซึ่งถือได้ว่าเป็นสภาวะก่อนเกิดโรค ปริมาณที่มากกว่า 1 Gy ทำให้เกิดไขกระดูกหรือลำไส้ของการเจ็บป่วยจากรังสีเฉียบพลันซึ่งมีความรุนแรงต่างกันไป ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความเสียหายต่ออวัยวะสร้างเม็ดเลือด ปริมาณการรับสัมผัสครั้งเดียวมากกว่า 10 Gy ถือเป็นอันตรายร้ายแรง

ในสภาพเช่นนี้ นักบินอวกาศไม่สามารถแม้แต่จะมีชีวิตอยู่ได้ก่อนเข้าสู่วงโคจร แน่นอน ทีมงานโครงการ Orion หวังว่าในอนาคตจะมีการสร้างระเบิดปรมาณูที่ "สะอาด" ซึ่งจะไม่ฉายรังสีทุกอย่างที่ขวางหน้า อย่างที่คุณทราบ ความหวังไม่สมเหตุสมผล

เราไม่ควรลืมว่าในปี 1963 สหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาลงนามในสนธิสัญญาห้ามทดสอบนิวเคลียร์ระหว่างทั้งสองประเทศ ในความเป็นจริง สิ่งนี้นำไปสู่การยุติการวิจัยในสาขาเครื่องยนต์พัลส์นิวเคลียร์แบบภาคพื้นดิน

การทดสอบโครงการ

ควรสังเกตว่าโครงการ Orion ไม่ได้ยังคงอยู่บนกระดาษเท่านั้น แม้จะไม่ได้ดำเนินโครงการ แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่เพียงทำการคำนวณเท่านั้น แต่ยังทำการทดสอบเต็มรูปแบบด้วย เหล่านี้เป็นการทดสอบการบินของแบบจำลองที่ขับเคลื่อนด้วยวัตถุระเบิดเคมี แบบจำลองนี้เรียกว่าพุทพุตหรือแท่งร้อน หลายรุ่นถูกทำลาย แต่การบินหนึ่งร้อยเมตรในเดือนพฤศจิกายน 2502 ยังไม่ถือว่าประสบความสำเร็จ การทดสอบแสดงให้เห็นว่าการบินด้วยแรงกระตุ้นเป็นโอกาสที่แท้จริง โมเดลทดสอบลงจอดโดยร่มชูชีพและขณะนี้อยู่ในคอลเล็กชันของพิพิธภัณฑ์อากาศและอวกาศแห่งชาติสมิธโซเนียน

Project Orion สามารถกลับมาได้หรือไม่?

ปัจจุบัน โอกาสที่จะได้เห็นวงแหวนของดาวเสาร์ด้วยตนเอง หรือแม้แต่เหยียบดาวพลูโตทำให้โครงการ Orion อยู่ในจินตนาการของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรหลายคน

ตอนนี้ ภายใต้กรอบของโครงการนาซา อาร์เทมิสวางแผนส่งลูกเรือไปดวงจันทร์ และอีลอน มัสก์จะไปตั้งรกรากบนดาวอังคารมานานแล้ว นอกจากนี้ยังมีความสนใจเพิ่มขึ้นในการขุดดาวเคราะห์น้อยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในที่สุด ในที่สุด การได้รับรังสีจะต้องได้รับการแก้ไขหากมนุษย์หวังว่าจะมีอยู่นอกโลก

นักวิเคราะห์มั่นใจว่าหากนักวิทยาศาสตร์สามารถแก้ปัญหากัมมันตภาพรังสีได้ โครงการ Orion ก็สามารถฟื้นขึ้นมาได้

อ่านเพิ่มเติม

ดูว่าหลุมดำเริ่มทำลายดาวอย่างไร

พบอนุภาคใหม่ที่ Large Hadron Collider

คลื่นความร้อนทำให้แผ่นน้ำแข็งกรีนแลนด์ละลายอย่างมหาศาล