Projeto Orion (propulsão nuclear) - Project Orion (nuclear propulsion)

Concepção artística do design de referência da NASA para a nave do Projeto Orion movida a propulsão nuclear

O Projeto Orion foi um estudo realizado entre as décadas de 1950 e 1960 pela Força Aérea dos Estados Unidos , DARPA e NASA com o objetivo de identificar a eficácia de uma nave estelar diretamente impulsionada por uma série de explosões de bombas atômicas atrás da nave por meio de propulsão de pulso nuclear . As primeiras versões deste veículo foram propostas para decolar; versões posteriores foram apresentadas para uso apenas no espaço. Seis testes não nucleares foram conduzidos usando modelos. O projeto acabou sendo abandonado por vários motivos, como o Tratado de Proibição Parcial de Testes , que proibia explosões nucleares no espaço, bem como preocupações com precipitação nuclear.

A ideia de propulsão de foguete por combustão de substância explosiva foi proposta pela primeira vez pelo especialista em explosivos russo Nikolai Kibalchich em 1881, e em 1891 ideias semelhantes foram desenvolvidas de forma independente pelo engenheiro alemão Hermann Ganswindt . Robert A. Heinlein menciona impulsionar naves espaciais com bombas nucleares em seu conto de 1940 " Blowups Happen ". As propostas reais de propulsão nuclear foram feitas pela primeira vez por Stanislaw Ulam em 1946, e cálculos preliminares foram feitos por F. Reines e Ulam em um memorando de Los Alamos datado de 1947. O projeto real, iniciado em 1958, foi liderado por Ted Taylor na General Atomics e o físico Freeman Dyson , que, a pedido de Taylor, tirou um ano do Instituto de Estudos Avançados de Princeton para trabalhar no projeto.

O conceito Orion ofereceu alto empuxo e alto impulso específico , ou eficiência do propelente, ao mesmo tempo. Os requisitos de potência extrema sem precedentes para fazer isso seriam atendidos por explosões nucleares, de tal potência em relação à massa do veículo que só sobreviveria usando detonações externas, sem tentar contê-las em estruturas internas. Como uma comparação qualitativa, os foguetes químicos tradicionais - como o Saturno V que levou o programa Apollo à Lua - produzem alto empuxo com baixo impulso específico, enquanto os motores de íons elétricos produzem uma pequena quantidade de empuxo com muita eficiência. O Orion teria oferecido desempenho maior do que os motores de foguetes convencionais ou nucleares mais avançados então sob consideração. Os apoiadores do Projeto Orion sentiram que ele tinha potencial para viagens interplanetárias baratas , mas perdeu a aprovação política por causa de preocupações com as consequências de sua propulsão.

O Tratado de Proibição Parcial de Testes de 1963 é geralmente reconhecido por ter encerrado o projeto. No entanto, do Projeto Longshot ao Projeto Daedalus , Mini-Mag Orion e outras propostas que chegam à análise de engenharia no nível de considerar a dissipação de energia térmica, o princípio da propulsão de pulso nuclear externo para maximizar a energia de sobrevivência permaneceu comum entre os conceitos sérios para o vôo interestelar sem transmissão de energia externa e para vôo interplanetário de alto desempenho. Essas propostas posteriores tenderam a modificar o princípio básico ao imaginar equipamentos que conduzem a detonação de pelotas de fissão ou fusão muito menores, em contraste com as unidades de pulso nuclear maiores do Projeto Orion (bombas nucleares completas) baseadas em tecnologia menos especulativa.

Princípios básicos

A nave espacial Orion - componentes principais

O impulso nuclear Orion combina uma velocidade de exaustão muito alta, de 19 a 31 km / s (12 a 19 mi / s) em projetos interplanetários típicos, com meganewtons de impulso. Muitas unidades de propulsão de espaçonaves podem atingir um ou outro, mas os foguetes de pulso nuclear são a única tecnologia proposta que poderia potencialmente atender aos requisitos extremos de energia para fornecer ambos ao mesmo tempo (consulte a propulsão da espaçonave para sistemas mais especulativos).

O impulso específico ( I _sp ) mede quanto empuxo pode ser derivado de uma determinada massa de combustível e é uma figura de mérito padrão para foguetes. Para qualquer propulsão de foguete, uma vez que a energia cinética do escapamento sobe com a velocidade ao quadrado ( energia cinética = ½ mv ² ), enquanto o momento e o empuxo aumentam com a velocidade linearmente ( momento = mv), obtendo um determinado nível de empuxo (como em uma série de g ( aceleração) requer muito mais potência cada vez que a velocidade de exaustão e I _sp são muito aumentadas em um objetivo de projeto. (Por exemplo, a razão mais fundamental pela qual os sistemas de propulsão elétrica atuais e propostos de alta I _sp tendem a ter baixo empuxo é devido aos seus limites na potência disponível. Seu empuxo é na verdade inversamente proporcional a I _sp se a potência de escape for constante ou no limite das necessidades de dissipação de calor ou outras restrições de engenharia.) O conceito Orion detona explosões nucleares externamente a uma taxa de liberação de energia que está além do que os reatores nucleares poderiam sobreviver internamente com materiais e design conhecidos.

Como o peso não é uma limitação, uma nave Orion pode ser extremamente robusta. Uma nave desenroscada poderia tolerar acelerações muito grandes, talvez 100 g . Um Orion com tripulação humana, no entanto, deve usar algum tipo de sistema de amortecimento atrás da placa impulsora para suavizar a aceleração quase instantânea a um nível que os humanos possam suportar confortavelmente - normalmente cerca de 2 a 4 g .

O alto desempenho depende da alta velocidade de exaustão, a fim de maximizar a força do foguete para uma dada massa de propelente. A velocidade dos fragmentos de plasma é proporcional à raiz quadrada da mudança na temperatura ( T _c ) da bola de fogo nuclear. Como essas bolas de fogo atingem tipicamente dez milhões de graus Celsius ou mais em menos de um milissegundo, elas criam velocidades muito altas. No entanto, um projeto prático também deve limitar o raio destrutivo da bola de fogo. O diâmetro da bola de fogo nuclear é proporcional à raiz quadrada do rendimento explosivo da bomba.

A forma da massa de reação da bomba é crítica para a eficiência. O projeto original projetava bombas com uma massa de reação feita de tungstênio . A geometria e os materiais da bomba direcionaram os raios X e o plasma do núcleo do explosivo nuclear para atingir a massa de reação. Com efeito, cada bomba seria uma carga em forma nuclear .

Uma bomba com um cilindro de massa de reação se expande em uma onda plana de plasma em forma de disco quando explode. Uma bomba com uma massa de reação em forma de disco se expande em uma onda de fragmentos de plasma em forma de charuto muito mais eficiente. A forma do charuto concentra grande parte do plasma para colidir com a placa impulsora. Para obter a maior eficiência da missão, a equação do foguete exige que a maior fração da força explosiva da bomba seja direcionada à espaçonave, em vez de ser gasta isotropicamente .

O impulso específico efetivo máximo, I _sp , de uma pulsação nuclear Orion geralmente é igual a:

${\ displaystyle I_ {sp} = {\ frac {C_ {0} \ cdot V_ {e}} {g_ {n}}}}$

onde C ₀ é o fator de colimação (qual fração dos detritos de plasma da explosão realmente atingirá a placa absorvente de impulso quando uma unidade de pulso explodir), V _e é a velocidade de fragmentos de plasma da unidade de pulso nuclear e g _n é a aceleração padrão da gravidade ( 9,81 m / s ² ; este fator não é necessário se I _sp for medido em N · s / kg ou m / s). Um fator de colimação de quase 0,5 pode ser obtido combinando o diâmetro da placa impulsora com o diâmetro da bola de fogo nuclear criada pela explosão de uma unidade de pulso nuclear.

Quanto menor a bomba, menor será cada impulso; portanto, maior será a taxa de impulsos e mais do que será necessário para atingir a órbita. Impulsos menores também significam menos g choque na placa do impulsor e menos necessidade de amortecimento para suavizar a aceleração.

O rendimento ideal da bomba Orion (para o projeto de referência de 4.000 toneladas com tripulação humana) foi calculado em cerca de 0,15 kt, com aproximadamente 800 bombas necessárias para orbitar e uma taxa de bomba de aproximadamente 1 por segundo.

Tamanhos de veículos

O seguinte pode ser encontrado no livro de George Dyson . Os números para a comparação com Saturno V são retirados desta seção e convertidos do sistema métrico (kg) para toneladas curtas dos EUA (abreviado "t" aqui).

Imagem do menor veículo Orion amplamente estudado, que poderia ter uma carga útil de cerca de 100 toneladas em uma viagem de ida e volta de 8 tripulantes a Marte. À esquerda, a variante Saturn V "Boost-to-orbit" de 10 metros de diâmetro , exigindo montagem em órbita antes que o veículo Orion fosse capaz de se mover sob seu próprio sistema de propulsão. Na extrema direita, a configuração "lofting" totalmente montada, na qual a espaçonave seria elevada para a atmosfera antes que a propulsão pulsante começasse. Conforme descrito no documento da NASA de 1964 , "Estudo de Veículo Espacial de Pulso Nuclear, Vol III - Projetos Conceituais de Veículos e Sistemas Operacionais".

Do final de 1958 ao início de 1959, percebeu-se que o menor veículo prático seria determinado pelo menor rendimento de bomba alcançável. O uso de bombas de 0,03 kt (rendimento ao nível do mar) daria uma massa de veículo de 880 toneladas. No entanto, isso foi considerado muito pequeno para qualquer coisa que não seja um veículo de teste orbital e a equipe logo se concentrou em um "projeto básico" de 4.000 toneladas.

Naquela época, os detalhes dos projetos de pequenas bombas eram envoltos em sigilo. Muitos relatórios de projeto do Orion tiveram todos os detalhes das bombas removidos antes do lançamento. Compare os detalhes acima com o relatório de 1959 da General Atomics, que explorou os parâmetros de três tamanhos diferentes de espaçonave Orion hipotética :

O maior design acima é o "super" design Orion; com 8 milhões de toneladas, poderia facilmente ser uma cidade. Em entrevistas, os projetistas contemplaram o grande navio como uma possível arca interestelar . Esse design extremo poderia ser construído com materiais e técnicas que poderiam ser obtidos em 1958 ou que estavam disponíveis logo depois.

A maioria das três mil toneladas de cada uma das unidades de propulsão do "super" Orion seria material inerte, como polietileno ou sais de boro , usados ​​para transmitir a força de detonação das unidades de propulsão para a placa impulsora do Orion e absorver nêutrons para minimizar a precipitação. . Um projeto proposto por Freeman Dyson para o "Super Orion" previa que a placa impulsora fosse composta principalmente de urânio ou um elemento transurânico, de modo que, ao chegar a um sistema estelar próximo, a placa pudesse ser convertida em combustível nuclear.

Aplicações teóricas

O projeto do foguete de pulso nuclear Orion tem desempenho extremamente alto. Os foguetes de pulso nuclear Orion usando unidades de pulso do tipo fissão nuclear foram originalmente planejados para uso em voos espaciais interplanetários.

As missões que foram projetadas para um veículo Orion no projeto original incluíram um único estágio (ou seja, diretamente da superfície da Terra) a Marte e de volta, e uma viagem a uma das luas de Saturno.

Freeman Dyson realizou a primeira análise de quais tipos de missões Orion eram possíveis para chegar a Alpha Centauri , o sistema estelar mais próximo do Sol . Seu artigo de 1968 "Transporte interestelar" ( Physics Today , outubro de 1968, pp. 41-45) manteve o conceito de grandes explosões nucleares, mas Dyson se afastou do uso de bombas de fissão e considerou o uso de explosões de fusão de deutério de um megaton . Suas conclusões foram simples: a velocidade dos destroços das explosões de fusão estava provavelmente na faixa de 3.000–30.000 km / s e a geometria refletora da placa empurradora hemisférica de Orion reduziria esse intervalo para 750–15.000 km / s.

Para estimar os limites superior e inferior do que poderia ser feito usando a tecnologia contemporânea (em 1968), Dyson considerou dois projetos de naves estelares. O projeto da placa impulsora com energia mais conservadora e limitada simplesmente tinha que absorver toda a energia térmica de cada explosão (4 × 10 ¹⁵ joules, metade da qual seria absorvida pela placa impulsora) sem derreter. Dyson estimou que, se a superfície exposta consistisse em cobre com espessura de 1 mm, o diâmetro e a massa da placa impulsora hemisférica teriam de ser de 20 quilômetros e 5 milhões de toneladas, respectivamente. Seriam necessários 100 segundos para permitir que o cobre esfriasse por radiação antes da próxima explosão. Em seguida, levaria cerca de 1000 anos para que o projeto Orion do dissipador de calor com energia limitada chegasse a Alfa Centauri.

A fim de melhorar esse desempenho e ao mesmo tempo reduzir o tamanho e o custo, Dyson também considerou um projeto alternativo de placa impulsora de impulso limitado, em que um revestimento de ablação da superfície exposta é substituído para eliminar o excesso de calor. A limitação é então definida pela capacidade dos amortecedores de transferir o momento da placa impulsora acelerada impulsivamente para o veículo suavemente acelerado. Dyson calculou que as propriedades dos materiais disponíveis limitaram a velocidade transferida por cada explosão a ~ 30 metros por segundo, independente do tamanho e da natureza da explosão. Se o veículo for acelerado a 1 gravidade da Terra (9,81 m / s ² ) com essa transferência de velocidade, a taxa de pulso será uma explosão a cada três segundos. As dimensões e desempenho dos veículos Dyson são dados na seguinte tabela:

Estudos posteriores indicam que a velocidade máxima de cruzeiro que pode ser teoricamente alcançada é uma pequena porcentagem da velocidade da luz (0,08–0,1c). Um Órion atômico (fissão) pode atingir talvez 9% a 11% da velocidade da luz. Uma nave estelar de impulso nuclear alimentado por unidades de propulsão de pulso nuclear catalisadas por antimatéria de fusão estaria similarmente na faixa de 10% e foguetes de aniquilação de matéria-antimatéria pura seriam teoricamente capazes de obter uma velocidade entre 50% a 80% da velocidade da luz . Em cada caso, a economia de combustível para desacelerar reduz pela metade a velocidade máxima. O conceito de usar uma vela magnética para desacelerar a espaçonave conforme ela se aproxima de seu destino foi discutido como uma alternativa ao uso de propelente; isso permitiria que o navio viajasse perto da velocidade máxima teórica.

A 0,1 c , as naves termonucleares Orion exigiriam um tempo de vôo de pelo menos 44 anos para chegar a Alpha Centauri, sem contar o tempo necessário para atingir essa velocidade (cerca de 36 dias em aceleração constante de 1 g ou 9,8 m / s ² ). A 0,1 c , uma nave estelar Orion exigiria 100 anos para viajar 10 anos-luz. O astrônomo Carl Sagan sugeriu que este seria um excelente uso para os atuais estoques de armas nucleares.

Desenvolvimentos posteriores

Conceito moderno de propulsão por fissão pulsada

Um conceito semelhante ao Orion foi desenvolvido pela British Interplanetary Society (BIS) nos anos 1973-1974. O Projeto Daedalus era para ser uma sonda interestelar robótica para a Estrela de Barnard que viajaria a 12% da velocidade da luz. Em 1989, um conceito semelhante foi estudado pela Marinha dos EUA e pela NASA no Projeto Longshot . Ambos os conceitos requerem avanços significativos na tecnologia de fusão e, portanto, não podem ser construídos no momento, ao contrário do Orion.

De 1998 até o presente, o departamento de engenharia nuclear da Universidade Estadual da Pensilvânia tem desenvolvido duas versões aprimoradas do projeto Orion, conhecidas como Projeto ICAN e Projeto AIMStar, usando unidades de propulsão de pulso nuclear catalisadas por antimatéria compactas , em vez dos grandes sistemas de ignição por fusão de confinamento inercial propostos em Projeto Daedalus e Longshot.

Custos

O gasto com os materiais fissionáveis ​​necessários era considerado alto, até que o físico Ted Taylor mostrou que, com os designs certos para explosivos, a quantidade de fissionáveis ​​usados ​​no lançamento era quase constante para cada tamanho de Orion de 2.000 a 8.000.000 toneladas. As bombas maiores usavam mais explosivos para supercomprimir os fissionáveis, aumentando a eficiência. Os detritos extras dos explosivos também servem como massa de propulsão adicional.

A maior parte dos custos dos programas históricos de defesa nuclear tem sido para sistemas de entrega e suporte, ao invés de custo de produção das bombas diretamente (com ogivas sendo 7% do total de despesas dos Estados Unidos de 1946-1996, de acordo com um estudo). Após o desenvolvimento inicial da infraestrutura e o investimento, o custo marginal de bombas nucleares adicionais na produção em massa pode ser relativamente baixo. Na década de 1980, algumas ogivas termonucleares dos EUA tinham custo estimado de $ 1,1 milhão cada ($ 630 milhões para 560). Para as unidades de pulso de fissão talvez mais simples a serem usadas por um projeto do Orion, uma fonte de 1964 estimou um custo de $ 40.000 ou menos cada na produção em massa, o que seria de aproximadamente $ 0,3 milhão cada em dólares modernos ajustados pela inflação.

O Projeto Daedalus posteriormente propôs explosivos de fusão ( pelotas de deutério ou trítio ) detonados por confinamento inercial por feixe de elétrons. Este é o mesmo princípio por trás da fusão por confinamento inercial . Teoricamente, ele poderia ser reduzido para explosões muito menores e exigir pequenos amortecedores.

Arquitetura veicular

Um projeto para o módulo de propulsão Orion

De 1957 a 1964, essa informação foi usada para projetar um sistema de propulsão de espaçonave chamado Orion, no qual explosivos nucleares seriam lançados atrás de uma placa impulsora montada no fundo de uma espaçonave e explodiam. A onda de choque e a radiação da detonação teriam um impacto contra a parte inferior da placa impulsora, dando-lhe um poderoso empurrão. A placa impulsora seria montada em grandes amortecedores de dois estágios que transmitiriam suavemente a aceleração ao resto da espaçonave.

Durante a decolagem, houve a preocupação de perigo de estilhaços de fluido sendo refletidos do solo. Uma solução proposta foi usar uma placa plana de explosivos convencionais espalhada sobre a placa impulsora e detoná-la para erguer a nave do solo antes de se tornar nuclear. Isso levantaria a nave o suficiente no ar para que a primeira explosão nuclear focalizada não criasse destroços capazes de danificar a nave.

Um projeto para uma unidade de pulso

Um projeto preliminar para uma unidade de pulso nuclear foi produzido. Propôs o uso de um explosivo de fissão impulsionado por fusão de carga moldada. O explosivo foi embrulhado em um enchimento de canal de óxido de berílio , que foi cercado por um espelho de radiação de urânio . O espelho e o enchimento do canal foram abertos e, nessa extremidade aberta, foi colocada uma placa plana de propelente de tungstênio . A unidade inteira foi construída em uma lata com um diâmetro não maior que 6 polegadas (150 mm) e pesava pouco mais de 300 libras (140 kg) para que pudesse ser manuseada por maquinário ampliado de uma máquina de venda automática de refrigerantes; A Coca-Cola foi consultada sobre o design.

A 1 microssegundo após a ignição, o plasma da bomba gama e os nêutrons aqueceriam o preenchimento do canal e seriam de alguma forma contidos pelo invólucro de urânio. Em 2-3 microssegundos, o preenchimento do canal transmitia parte da energia ao propelente, que vaporizava. A placa plana de propelente formou uma explosão em forma de charuto direcionada à placa impulsora.

O plasma resfriaria a 25.200 ° F (14.000 ° C) à medida que atravessasse a distância de 82 pés (25 m) até a placa impulsora e, em seguida, reaqueceria a 120.600 ° F (67.000 ° C) quando, em cerca de 300 microssegundos, atingir o placa impulsora e é recomprimido. Essa temperatura emite luz ultravioleta, que é mal transmitida pela maioria dos plasmas. Isso ajuda a manter a placa do impulsor fria. O perfil de distribuição em forma de charuto e a baixa densidade do plasma reduzem o choque instantâneo na placa impulsora.

Como o momento transferido pelo plasma é maior no centro, a espessura da placa impulsora diminuiria em aproximadamente um fator de 6 do centro para a borda. Isso garante que a mudança na velocidade seja a mesma para as partes interna e externa da placa.

Em baixas altitudes, onde o ar circundante é denso, o espalhamento gama poderia potencialmente prejudicar a tripulação sem um escudo de radiação, um refúgio de radiação também seria necessário em missões longas para sobreviver a explosões solares . A eficácia da proteção contra radiação aumenta exponencialmente com a espessura da proteção, consulte raios gama para uma discussão sobre proteção. Em navios com massa superior a 2.200.000 libras (1.000.000 kg), o volume estrutural do navio, seus estoques junto com a massa das bombas e do propelente, forneceriam proteção mais do que adequada para a tripulação. A estabilidade foi inicialmente considerada um problema devido às imprecisões na colocação das bombas, mas mais tarde foi mostrado que os efeitos seriam cancelados.

Numerosos testes de voo com modelo, usando explosivos convencionais, foram realizados em Point Loma, San Diego em 1959. Em 14 de novembro de 1959, o modelo de um metro, também conhecido como "Hot Rod" e "putt-putt", voou pela primeira vez usando RDX ( explosivos químicos) em um vôo controlado por 23 segundos a uma altura de 184 pés (56 m). O filme dos testes foi transcrito para vídeo e foi apresentado no programa de TV da BBC "To Mars by A-Bomb" em 2003 com comentários de Freeman Dyson e Arthur C. Clarke . A maquete caiu de paraquedas sem danos e está na coleção do Smithsonian National Air and Space Museum.

O primeiro amortecedor proposto foi um airbag em forma de anel. Logo se percebeu que, caso uma explosão falhasse, a placa impulsora de 1.100.000–2.200.000 libras (500.000–1.000.000 kg) arrancaria o airbag no rebote. Assim, foi desenvolvido um projeto de amortecedor de choque de pistão e mola desafinada de dois estágios. No projeto de referência, o absorvedor mecânico do primeiro estágio foi ajustado para 4,5 vezes a frequência de pulso, enquanto o pistão de gás do segundo estágio foi ajustado para 0,5 vezes a frequência do pulso. Isso permitiu tolerâncias de tempo de 10 ms em cada explosão.

O projeto final lidou com a falha da bomba ultrapassando e rebatendo em uma posição central. Assim, após uma falha e no lançamento inicial em solo, seria necessário iniciar ou reiniciar a sequência com um dispositivo de menor rendimento. Na década de 1950, os métodos de ajuste do rendimento da bomba estavam em sua infância e considerável reflexão foi dada a fornecer um meio de trocar uma bomba de rendimento padrão por uma de rendimento menor em um período de 2 ou 3 segundos ou para fornecer um meio alternativo de tiro baixo produzir bombas. Dispositivos modernos de rendimento variável permitiriam que um único explosivo padronizado fosse ajustado para baixo, configurado para um rendimento mais baixo, automaticamente.

As bombas tiveram que ser lançadas atrás da placa empurradora com velocidade suficiente para explodir 20-30 m (66-98 pés) além dela a cada 1,1 segundos. Inúmeras propostas foram investigadas, desde várias armas enfiadas na borda da placa impulsora até bombas impulsionadas por foguetes lançadas das trilhas da montanha-russa; no entanto, o design de referência final usou uma arma de gás simples para disparar os dispositivos através de um orifício no centro da placa impulsora .

Problemas potenciais

A exposição a repetidas explosões nucleares levanta o problema de ablação (erosão) da placa impulsora. Cálculos e experimentos indicaram que uma placa impulsora de aço ablação menos de 1 mm, se desprotegida. Se borrifado com óleo, não ablava de todo (isso foi descoberto por acidente; uma placa de teste tinha impressões digitais oleosas e as impressões digitais não sofreram ablação). Os espectros de absorção de carbono e hidrogênio minimizam o aquecimento. A temperatura do projeto da onda de choque, 120.600 ° F (67.000 ° C), emite luz ultravioleta . A maioria dos materiais e elementos são opacos aos ultravioletas, especialmente nas pressões de 49.000 psi (340 MPa) que a placa experimenta. Isso evita que a placa derreta ou derreta.

Uma questão que permaneceu sem solução na conclusão do projeto era se a turbulência criada pela combinação do propelente e da placa impulsora ablacionada aumentaria dramaticamente a ablação total da placa impulsora. De acordo com Freeman Dyson, na década de 1960, eles teriam que realmente realizar um teste com um explosivo nuclear real para determinar isso; com a tecnologia de simulação moderna, isso poderia ser determinado com bastante precisão, sem tal investigação empírica.

Outro problema potencial com a placa impulsora é o de estilhaçar - fragmentos de metal - potencialmente voando do topo da placa. A onda de choque do plasma impactante na parte inferior da placa passa através da placa e atinge a superfície superior. Nesse ponto, pode ocorrer fragmentação, danificando a placa do impulsor. Por esse motivo, substâncias alternativas, madeira compensada e fibra de vidro, foram investigadas para a camada superficial da placa impulsora e consideradas aceitáveis.

Se os explosivos convencionais da bomba nuclear detonarem, mas uma explosão nuclear não se acender, estilhaços podem atingir e danificar criticamente a placa impulsora.

Os verdadeiros testes de engenharia dos sistemas dos veículos eram considerados impossíveis porque vários milhares de explosões nucleares não podiam ser realizados em um único lugar. Os experimentos foram projetados para testar placas impulsoras em bolas de fogo nucleares e testes de longo prazo de placas impulsoras poderiam ocorrer no espaço. Os projetos de amortecedores poderiam ser testados em escala real na Terra usando explosivos químicos.

Mas pensava-se que o principal problema não resolvido para um lançamento da superfície da Terra fosse a precipitação nuclear . Freeman Dyson, líder do grupo no projeto, estimou na década de 1960 que, com as armas nucleares convencionais , cada lançamento causaria estatisticamente em média entre 0,1 e 1 câncer fatal. Essa estimativa é baseada em suposições do modelo sem limite , um método frequentemente usado em estimativas de mortes estatísticas de outras atividades industriais. Cada poucos milhões de dólares de eficiência indiretamente ganhos ou perdidos na economia mundial podem estatisticamente ter uma média de vidas salvas ou perdidas, em termos de ganhos de oportunidade versus custos. Os efeitos indirectos poderia importa para saber se a influência geral de um programa espacial baseada em Orion no futuro mortalidade mundial humano seria um aumento líquido ou uma redução líquida, incluindo se a mudança nos custos e capacidades de lançamento afetados exploração espacial , a colonização do espaço , as chances de longo - sobrevivência da espécie humana a prazo , energia solar baseada no espaço ou outras hipóteses.

O perigo para a vida humana não foi um motivo dado para o arquivamento do projeto. Os motivos incluíam a falta de um requisito de missão, o fato de que ninguém no governo dos EUA conseguia pensar em qualquer motivo para colocar milhares de toneladas de carga útil em órbita, a decisão de se concentrar em foguetes para a missão à Lua e, finalmente, a assinatura do Tratado de Proibição Parcial de Testes em 1963. O perigo dos pulsos eletromagnéticos para os sistemas eletrônicos no solo não foi considerado significativo a partir das explosões de sub-quilotons propostas, uma vez que os circuitos integrados de estado sólido não estavam em uso geral na época.

De muitas detonações menores combinadas, a precipitação de todo o lançamento de um Orion de 12.000.000 libras (5.400.000 kg) é igual à detonação de uma arma nuclear típica de 10  megaton (40  petajoule ) como uma explosão de ar , portanto, a maioria de sua precipitação seria o precipitação retardada comparativamente diluída . Presumindo o uso de explosivos nucleares com uma alta porção do rendimento total da fissão, isso produziria uma precipitação total combinada semelhante ao rendimento da explosão de superfície do tiro de Mike da Operação Ivy , um dispositivo de 10,4 Megaton detonado em 1952. A comparação não é bem perfeito porque, devido à sua localização de explosão de superfície, Ivy Mike criou uma grande quantidade de contaminação de precipitação inicial . Testes históricos de armas nucleares acima do solo incluíram 189  megatons de rendimento de fissão e causaram exposição à radiação global média por pessoa com pico de 1,0 × 10 ⁻⁵  rem / pés quadrados (0,11 mSv / a) em 1963, com 6,5 × 10 ⁻⁷  rem / pés quadrados (0,007 mSv / a) residual nos tempos modernos , sobrepostos a outras fontes de exposição, principalmente radiação de fundo natural , que tem uma média de 0,00022 rem / pés quadrados (2,4 mSv / a) globalmente, mas varia muito, como 0,00056 rem / pés quadrados (6 mSv / a) em algumas cidades de grande altitude. Qualquer comparação seria influenciada por como a dosagem da população é afetada pelos locais de detonação, com preferência por locais muito remotos.

Com projetos especiais do explosivo nuclear, Ted Taylor estimou que a precipitação do produto de fissão poderia ser reduzida em dez vezes, ou mesmo a zero, se um explosivo de fusão puro pudesse ser construído em seu lugar. Um explosivo de fusão 100% puro ainda não foi desenvolvido com sucesso, de acordo com documentos do governo dos EUA desclassificados, embora PNEs ( explosões nucleares pacíficas ) relativamente limpos tenham sido testados para escavação de canais pela União Soviética na década de 1970 com 98% de rendimento de fusão no teste de Taiga Dispositivos de 15 quilotons , fissão de 0,3 quilotons , que escavou parte do proposto Canal Pechora-Kama .

O sistema de propulsão do veículo e seu programa de teste violariam o Tratado de Proibição Parcial de Testes de 1963, conforme redigido atualmente, que proíbe todas as detonações nucleares, exceto aquelas conduzidas no subsolo como uma tentativa de desacelerar a corrida armamentista e limitar a quantidade de radiação na atmosfera causada por detonações nucleares. Houve um esforço do governo dos EUA para colocar uma exceção no tratado de 1963 para permitir o uso de propulsão nuclear para voos espaciais, mas os temores soviéticos sobre aplicações militares mantiveram a exceção fora do tratado. Essa limitação afetaria apenas os EUA, a Rússia e o Reino Unido. Também violaria o Tratado de Proibição Total de Testes Nucleares que foi assinado pelos Estados Unidos e China, bem como a moratória de fato sobre os testes nucleares que as potências nucleares declaradas impuseram desde os anos 1990.

O lançamento de um foguete de bomba nuclear Orion do solo ou da órbita baixa da Terra geraria um pulso eletromagnético que poderia causar danos significativos a computadores e satélites , bem como inundar os cinturões de Van Allen com radiação de alta energia. Uma vez que a pegada do PEM teria algumas centenas de milhas de largura, esse problema pode ser resolvido com o lançamento de áreas muito remotas. Algumas amarras eletrodinâmicas baseadas no espaço relativamente pequenas poderiam ser implantadas para ejetar rapidamente as partículas energéticas dos ângulos de captura dos cinturões de Van Allen.

Uma espaçonave Orion poderia ser impulsionada por meios não nucleares para uma distância mais segura apenas ativando seu drive bem longe da Terra e seus satélites. O loop de lançamento Lofstrom ou um elevador espacial, hipoteticamente, fornecem soluções excelentes; no caso do elevador espacial, os compostos de nanotubos de carbono existentes , com a possível exceção dos tubos de carbono colossais , ainda não têm resistência à tração suficiente . Todos os projetos de foguetes químicos são extremamente ineficientes e caros ao lançar grandes massas em órbita, mas poderiam ser empregados se o resultado fosse econômico.

Pessoal notável

• Lew Allen , gerente de contrato
• Jerry Astl , engenheiro de explosivos
• Jeremy Bernstein , físico
• Ed Creutz , físico
• Brian Dunne , cientista-chefe da Orion
• Freeman Dyson , físico
• Harry Finger , físico
• Burt Freeman , físico
• Harris Mayer , físico
• James Nance , Diretor de Projeto
• H. Pierre Noyes , físico
• Kedar "Bud" Pyatt , matemático
• Morris Scharff , físico
• Charles Clark Loomis , físico
• Ted Taylor , Diretor de Projeto
• Stanislaw Ulam , matemático
• Micheal Treshow , físico
• Ron F. Prater , contato da USAF
• Edward B. Giller , contato da USAF
• Don Prickett , contato da USAF

Crítica

O professor Glenn Reynolds escreveu que um país menos desenvolvido poderia ultrapassar todos os outros no espaço construindo um enorme lançador Orion usando a tecnologia dos anos 1960.

Operação Plumbbob

Um teste semelhante ao teste de uma placa impulsora ocorreu como um efeito colateral acidental de um teste de contenção nuclear chamado " Pascal-B " realizado em 27 de agosto de 1957. O designer experimental do teste, Dr. Robert Brownlee, realizou um cálculo altamente aproximado que sugeria que o explosivo nuclear de baixo rendimento aceleraria a enorme placa de cobertura de aço (900 kg) a seis vezes a velocidade de escape . A placa nunca foi encontrada, mas o Dr. Brownlee acredita que a placa nunca deixou a atmosfera; por exemplo, ele poderia ter sido vaporizado pelo aquecimento por compressão da atmosfera devido à sua alta velocidade. A velocidade calculada foi interessante o suficiente para que a tripulação apontasse uma câmera de alta velocidade na placa que, infelizmente, só apareceu em um quadro indicando um limite inferior muito alto para a velocidade da placa.

Aparições notáveis ​​na ficção

A primeira aparição da ideia impressa parece ser o conto de Robert A. Heinlein de 1940, " Blowups Happen ".

Conforme discutido por Arthur C. Clarke em suas lembranças da fabricação de 2001: Uma Odisséia no Espaço em Os Mundos Perdidos de 2001 , uma versão de pulso nuclear da espaçonave interplanetária americana Discovery One foi considerada. No entanto, a Descoberta do filme não usou essa ideia, pois Stanley Kubrick achou que poderia ser considerada uma paródia após fazer Dr. Strangelove ou: Como Aprendi a Parar de Preocupar-se e Amar a Bomba .

Uma nave espacial Orion aparece com destaque no romance de ficção científica Footfall, de Larry Niven e Jerry Pournelle . Diante de um cerco / invasão alienígena da Terra, os humanos devem recorrer a medidas drásticas para colocar uma nave de combate em órbita para enfrentar a frota alienígena.

A premissa de abertura do show Ascension é que em 1963 o presidente John F. Kennedy e o governo dos EUA, temendo que a Guerra Fria aumentasse e levasse à destruição da Terra, lançaram a Ascension , uma nave espacial da classe Orion, para colonizar um planeta em órbita Proxima Centauri, garantindo a sobrevivência da raça humana.

Ark, romance de ficção científica do autor Stephen Baxter, emprega uma nave da classe Orion para escapar do desastre ecológico na Terra.

Veja também

• AIMStar
• Propulsão de pulso nuclear catalisada por antimatéria
• Helios (sistema de propulsão)
• NERVA (Motor Nuclear para Aplicação em Veículos Foguetes)
• Propulsão nuclear
• Projeto Plutão
• Projeto Prometeu
• Projeto Valquíria
• Explosão nuclear pacífica

Referências

Leitura adicional

links externos

• O caso para Orion
• Freeman Dyson falando sobre o Projeto Orion
• Ondas de choque de pulso eletromagnético como resultado da propulsão de pulso nuclear
• George Dyson falando sobre o Projeto Orion no TED