Яким би ефективним не був розігрів плазми за допомогою котушок, антен і електронних гармат, все одно це не найкращий спосіб прискорити газ. Значно ефективніше буде забезпечити питомий імпульс двигуна за допомогою ядерної реакції. Поміркуймо, чи достатньо для міжзоряної подорожі підірвати атомну бомбу.
Один відсоток швидкості світла
Застосовуючи плазмові й іонні двигуни, ми могли б досягти чудових результатів. Сорок діб польоту до Марсу, які обіцяють нам розробники VASIMR — це надзвичайно швидко. Ми так вважатимемо доти, поки не усвідомимо, що за космічними мірками Червона планета — буквально поруч із нами. Той самий плазмовий двигун буде «тягнути» корабель із екіпажем до Юпітеру багато тижнів, а до Нептуну — кілька місяців. Що вже казати про польоти до інших зірок, які навіть при застосуванні таких двигунів займатимуть сотні й тисячі років.
Аби подорожувати на такі відстані, нам необхідно навчитися розганятися хоча б до одного відсотка швидкості світла. Здавалося б, цей один відсоток — надзвичайно багато, але навіть у межах Сонячної системи він не призводить до миттєвого переміщення. Розігнавшись до такої швидкості, корабель летітиме тільки від Землі до Юпітеру від 2,5 до 4 діб. Подорож до Нептуну триватиме 2-3 тижні, а на околицях Сонячної системи є тіла, до яких доведеться летіти пару місяців. Якщо ж казати про інші зорі, то до Проксими Центавра з такою швидкістю «добиратися» приблизно 425 років, а Сіріус розташований майже за тисячу років польоту такого корабля!
І все ж для того, щоб люди змогли у майбутньому освоїти дальні околиці Сонячної системи, нам потрібні приблизно такі швидкості. Але навіть якщо ми візьмемо найефективніший плазмовий двигун і побудуємо на орбіті величезний корабель, більшу частину маси якого складатиме робоче тіло, все одно розігнатися навіть до половини відсотка швидкості світла (тобто до 1500 км/с) йому буде важко.
Як приборкати атомну енергію?
Звичайне прискорення розігрітої до сотень тисяч градусів плазми дає занадто малий питомий імпульс. Використання ядерної енергії допомогло би подолати цю проблему, адже густина енергії при реакціях синтезу чи ділення атомних ядер значно більша за всі інші відомі нам способи її отримання. Проблема лише в тому, що зараз не існує технологій постійного підтримування ядерних або термоядерних реакцій потрібної потужності, й побудувати реактивний двигун на їхній основі навіть складніше, ніж плазмовий.
Але один спосіб отримання високої густини ядерної енергії людство освоїло достатньо добре. Це — ядерний вибух. Здавалось би, він змітає все на своєму шляху, але інженери ще багато років тому дійшли висновку, що його таки можна застосовувати, щоб штовхати корабель у космічному просторі.
Так народилась ідея імпульсного ядерного двигуна, що не полишає уяви космічних мрійників уже багато десятиліть. І хоча жоден вибухольот, тобто корабель, який рухають ядерні вибухи, так і не полетів у космос, це не означає, що у майбутньому щось подібне все ж не збудують.
Від Кибальчича до «Оріона»
Ідея вибухольоту виникла задовго до випробування першої атомної бомби, на самому світанку ракетобудування. І, як не дивно, одним із піонерів тут був українець — вибухотехнік-самоучка, уродженець містечка Короп на Чернігівщині Микола Кибальчич. Найбільше він відомий як конструктор бомб для терористичного акту, внаслідок якого загинув російський цар Олександр ІІ. Сьогодні проєкт Кибальчича міг би зацікавити хіба що терориста-смертника, бо політ на відкритій платформі, встановленій над камерою, де підриваються порохові заряди, майже напевно був би першим і останнім.
Щось подібне одночасно з Кибальчичем вигадав німецький інженер Герман Гансвіндт, якого всі вважали диваком. Він пропонував створювати реактивну тягу за допомогою послідовного підриву динамітних шашок. Жоден літальний апарат за такою схемою, звичайно, так і не був побудований, але саме на працях Гансвіндта базувалися роботи піонерів німецької ракетної техніки першої половини XX століття.
Переосмислення ідеї вибухольоту з застосуванням тепер уже атомної енергії належить Станіславу Уляму, уродженцю Львова й випускнику Львівської політехніки, математику та фізику, який емігрував до США і став одним із творців американської ядерної бомби. Саме він 1946 року запропонував збудувати космічний апарат, який би приводили в рух атомні вибухи, здійснювані поруч із ним. Наступного року Улям разом із Фредеріком Рейнсом виконав розрахунки, що підтверджували можливість створення такого апарата. А в 1958-му на основі цих розрахунків було розпочато проєкт «Оріон».
Гігантський «Оріон»
У проєкті корабля «Оріон» вражає все. У першу чергу — гігантська цифра швидкості витікання газів, яку забезпечував ядерний вибух (від 19 до 31 км/с, що більше, ніж у багатьох найсучасніших електричних реактивних двигунів). Причому, на відміну від іонних і плазмових, тяга яких вимірюється ліченими ньютонами чи їх десятими долями, потужність імпульсного ядерного двигуна «Оріона» сягала мільйонів ньютонів.
При цьому сам корабель навіть у найменшому варіанті мав діаметр 25 м, висоту 36 м і масу 880 тонн. Тобто це була велетенська «атомна бочка», здатна досягати такого прискорення, що розглядалася насамперед як безпілотна, бо екіпаж таких прискорень просто не пережив би. Проте цей корабель мав за один старт виводити на навколоземну орбіту аж 300 тонн корисного навантаження.
Цей дизайн був найменшим із трьох розроблених 1958 року та призначався лише для орбітальних польотів. Існував ще «Міжпланетний Оріон», маса якого сягала вже 4 тис. тонн за діаметру 40 м і висоти 60 м. Для порівняння: Falcon Heavy має стартову масу всього 1500 тонн за висоти 70 м. А був же ще й «Удосконалений міжпланетний Оріон» зі стартовою масою 10 тис. тонн і висотою 85 м. Відповідно до задуму авторів, він міг забезпечити доставку з Землі на Місяць із подальшою м’якою посадкою на нього 5,7 тис. тонн вантажу. Тобто йшлося про апарат, який може «одним шматком» доправити на наш природний супутник невелике містечко.
Неможливе можливо?
У чому був секрет «Оріона»? В мініатюрній атомній бомбі потужністю 0,03 кілотонни, яка мала вибухати всього у 60 м позаду від космічного корабля. Причому стартувати він мав прямо з Землі, точніше — з восьми 60-метрових веж, між якими він скидав свій перший ядерний заряд. Світлове випромінювання й ударна хвиля від вибуху повинні були відбиватися масивною броньовою плитою в основі корабля затовшки кілька метрів, захищеної графітовим абляційним покриттям.
А вже отриманий від вибуху імпульс мав гаситися вісьмома велетенськими гідравлічними амортизаторами, розміщеними між броньовою плитою та рештою конструкції корабля. Був ще й другий рівень амортизаторів, який знижував «атомні ривки» до більш-менш прийнятних значень.
І це ж був вибух тільки першої бомби. Усього ж навіть базова, «орбітальна» версія «Оріона» мала би підірвати в атмосфері Землі 800 таких маленьких атомних бомб лише для того, щоб вивести на орбіту свої 300 тонн корисного вантажу.
Натурні випробування та проблеми
Якщо прочитане вище викликало у вас сумніви, то ви солідарні з самими творцями проєкту. Але здійснювався він американськими військовими разом із General Atomic, тому сумніви вирішили розвіяти експериментальним шляхом. Спочатку випробували маленьку модель корабля, яку розігнали за допомогою серії неядерних вибухів. Встановили, що принаймні шість послідовних вибухів дійсно здатні забезпечити керований політ чогось схожого на «Оріон».
Далі взялися за найцікавіше питання: чи не розплавиться плита? На щастя, американські військові саме в цей час активно випробовували атомну зброю. Тож в одному з випробувань усього у кількох десятках метрів від епіцентру вибуху встановили великі металеві кулі, вкриті шаром графіту. Після вибуху графіт випарувався, але самі кулі лишилися неушкодженими, що свідчило на користь концепції броньованої плити.
Значно гірше було з самою міні-бомбою. Військові не дуже афішували, якого ж мінімального розміру вона може бути, й урешті виявилося, що ця бомба значно більша, ніж думали вчені. Внаслідок цього народилися нові проєкти, найменший із яких мав тепер стартову масу 300 тонн і був призначений для того, щоб вивести на орбіту хоча б самого себе. «Середній Оріон» мав масу до 2000 тонн, а «Оріон-Супер» — уже 8 млн тонн.
Політ мрії та її кінець
Взагалі вчені, які працювали над проєктом «Оріон», не обмежували своїх фантазій і були гідними послідовниками Миколи Кибальчича. Вони розробили перший у світі проєкт космічного лінкора, який, крім сотень бомб, що використовувалися як паливо, мав нести ще й 500 боєголовок потужністю 200 мегатонн тротилового еквівалента. Зустрічаються також публікації про Doomsday Orion — варіант, що ніс на собі всього одну боєголовку, але потужністю аж 3 гігатонни. Це приблизно у 50 разів перевищувало потужність «Цар-Бомби» — найбільшого в історії термоядерного пристрою, підірваного СРСР на Новій Землі 1961 року.
«Мирні» проєкти теж не стояли на місці. Були розроблені кораблі, здатні розганятися до 0,33 і навіть 3,3% швидкості світла. Причому перший із них повинен був мати діаметр 20 км і стартову масу 40 млн тонн, три чверті з яких припадали на атомні бомби. За скромними оцінками науковців, реалізація цього проєкту обійшлася би в один річний валовий продукт США, але такий корабель міг долетіти до Проксими Центавра за 1300 років.
Тим часом громадськість по всьому світу дедалі більше непокоїлася через атомні вибухи, та й самі ядерні держави вирішили себе обмежити. 1963 року США та СРСР уклали угоду, відповідно до якої були заборонені всі ядерні вибухи в атмосфері, гідросфері чи навколоземному космічному просторі. Це поклало край проєкту «Оріон», але не вибухольотам взагалі.
Термоядерний «Дедал»
Пізніше у Великій Британії місцеве космічне наукове товариство почало створювати власний проєкт гігантського вибухольоту — щоправда, менш гігантоманського та більш технологічного. Його назвали «Дедал». Розроблявся він у 1973-1978 роках і був «заточений» під конкретне завдання — доставити автоматичний апарат до зорі Барнарда, розташованої приблизно в шести світлових роках від Сонця.
Часи були вже зовсім інші, тож про старт із Землі не йшлося, як і про підрив атомних бомб на низькій орбіті, де електромагнітний імпульс від них міг знищити не лише супутники зв’язку, а й електричні мережі на планеті. Тому «Дедал» не мав бронеплити — у нього була тільки камера з магнітною котушкою всередині, в яку вкидалися гелій-дейтерієві пелети та відбувався їх підрив за допомогою надпотужних електронних гармат. Плазма, що утворювалася внаслідок вибуху, мала викидатися через сопло, оснащене власною магнітною котушкою. При цьому швидкість її витікання мала складати фантастичні 10 000 км/с.
Сам корабель планували будувати на орбіті, й був він зовсім не маленький — 54 тис. тонн, із яких 50 тис. припадало на термоядерне паливо. При цьому його політ до Зорі Барнарда мав бути двоступеневим, по аналогії з сучасними ракетами. На першій стадії за два роки корабель мав розігнатися до 7% від швидкості світла, після чого розгінний блок від’єднувався, а другий ступінь розганявся далі та підтримував до кінця польоту швидкість 12% від світлової. Гальмувати корабель не збиралися. Отже, всього за 48 років такий космічний апарат мав дістатись іншої зорі. Звісно, проєкт був нереалістичний, і зрештою його припинили.
«Лонгшот» і «Медуза»
У 1987-88 роках у США повернулися до ідеї вибухольота. Проєкт Longshot багато в чому нагадував британський «Дедал». Маса корабля мала скласти 396 тонн, із яких 264 припадало на гелій-дейтерієве паливо. Будувати його збиралися на навколоземній орбіті, на так і нереалізованій космічній станції Freedom. Принциповою різницею з «Дедалом» у його конструкції було те, що у британському проєкті камера згоряння одночасно виконувала роль реактора, який живив увесь корабель електричною енергією, а Longshot для цього збирались оснастити окремим термоядерним реактором.
Планувалося, що корабель досягне швидкості 4,5% світлової та завдяки цьому зможе долетіти до Проксими Центавра за 100 років. Це більше, ніж у проєкті «Дедал», однак він мав не просто пролетіти повз сусідню зорю, а вийти на орбіту навколо неї та провести її детальне вивчення. Втім, і цей проєкт знову лишився нереалізованим.
1990 року до вибухольотів повернулося Британське міжпланетне товариство. Воно розробило проєкт «Медуза» — оригінальний апарат, у якому ядерні заряди вибухали не позаду корабля, а попереду нього, відповідно вибухова хвиля штовхала не сам корабель, а прикріплене до нього на тросах вітрило. Таким шляхом планувалося досягти питомого імпульсу в 50 і навіть 100 тис. секунд.
Перспективи вибухольотів
Неважко помітити, що всі проєкти вибухольотів відрізнялися неймовірним розмахом, але жоден із них так і не перейшов у хоч трохи практичну стадію. Якою б заманливою не була перспектива майже миттєво отримати швидкості, що дозволять за кілька десятиліть долетіти до інших зірок, підривати десятки й сотні атомних бомб для цього ніхто не збирається.
І справа тут навіть не в тім, що старт такого корабля здатний спричинити численні проблеми на Землі. Просто за всі ці десятиліття ми так і не встановили остаточно, що ж буде з конструкцією, на яку послідовно діятимуть сотні атомних вибухів. Цілком можливо, що вибухольот просто технічно нереальний.
Проте нові проекти продовжують з’являтись, і вони відображають чітку тенденцію: поступово конструктори вибухольотів відходять від початкової ідеї зовнішнього вибуху майже звичайних атомних бомб і замість цього переходять до мікровибухів усередині захищеної магнітним полем внутрішньої камери з подальшим прискоренням плазми магнітним соплом. Схоже на те, що основним шляхом еволюції ядерних двигунів у майбутньому стане саме цей.
Тільки найцікавіші новини та факти в нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
