Антон Первушин - Последний космический шанс
«Отцом» взрыволетов считается польский математик Станислав Улам. Его чаще всего вспоминают как одного из теоретиков водородной бомбы, однако сам Улам считал своим величайшим изобретением именно «взрывной» космический движитель. Ученый описал это устройство в 1947 году, вдохновившись романом Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут». Принцип движения взрыволета прост: за корму корабля сбрасывается небольшое ядерное устройство, происходит взрыв, оболочка устройства испаряется, часть испарившегося вещества ударяет по корме корабля, тот летит вперед.
В 1958 году группа инженеров и физиков из корпорации «Дженерал Атомикс» (с англ. “General Atomics”) приступили к работе над секретным проектом взрыволета с кодовым названием «Орион» (“Orion”). Эта корпорация, расположенная в Сан-Диего, была основана американским атомщиком Фредериком Хоффманом для создания и эксплуатации коммерческих атомных реакторов. Ее соучредителем и соавтором проекта «Орион» был Теодор Тейлор – легендарная личность, один из создателей американской атомной бомбы.
Согласно расчетам Тейлора схема летательного аппарата с взрывным движителем могла обеспечить колоссальный импульс, недоступный ракетам. Однако имелось существенное ограничение – энергия взрыва, направленная в плиту-толкатель, вызовет огромное ускорение, которое не выдержит никакой живой организм. Для предотвращения гибели экипажа между кораблем и плитой предполагалось установить амортизатор, смягчающий удар и способный аккумулировать энергию импульса с постепенной «передачей» его кораблю. Рассматривались варианты со сверхмощными пневматическими поршнями (очень сложная, но, по словам разработчиков, вполне реальная конструкция) и мягкими баллонами, наполненными газом под небольшим давлением.
Было построено несколько рабочих моделей толкателя корабля «Орион». Их испытывали на устойчивость к воздействию ударной волны и высоких температур с использованием обычной взрывчатки. Большая часть моделей разрушилась, но уже в ноябре 1959 года удалось запустить одну из них на стометровую высоту, что доказало принципиальную возможность устойчивого полета при использовании импульсного движителя.
Еще одной проблемой была долговечность щита-толкателя. Вряд ли какой-нибудь материал способен выдержать воздействие температур в несколько тысяч градусов. Проблему решили, придумав устройство, разбрызгивающее на поверхности щита графитовую смазку. Путем эксперимента удалось установить, что при такой защите алюминий или сталь способны выдержать кратковременные тепловые нагрузки.
Авторы проекта быстро поняли, что без помощи государства им не обойтись. Тогда в апреле 1958 года они обратились в Управление перспективных исследований Министерства обороны США. В июле оно дало свое согласие на финансирование проекта с бюджетом в миллион долларов в год. Проект проходил под обозначением «Заказ № 6» с темой «Изучение ядерноимпульсных двигателей для космических аппаратов».
Тейлор и его коллеги были убеждены, что подход Вернера фон Брауна к решению проблемы космического полета ошибочен: ракеты на химическом топливе очень дороги, величина полезных грузов ограничена, потому они не могут обеспечить межпланетный или межзвездный перелет. Авторы проекта «Орион» хотели получить дешевый и максимально простой по устройству космический корабль, который мог бы развивать релятивистские скорости.
Площадку для первого опытного образца космического корабля «Орион» планировалось построить на полигоне Джекесс-Флэтс (Невада). Стартовый комплекс собирались оборудовать с помощью восьми башен высотой 76 м. Согласно проекту, масса корабля на взлете должна была составить около 10 тыс. т. Атомные заряды мощностью в 0,1 килотонну в тротиловом эквиваленте на этапе взлета должны были взрываться со скоростью один заряд в секунду. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно уменьшить. При взлете корабль должен был лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения.
В то время, когда специалисты НАСА лихорадочными темпами разрабатывали маленький одноместный корабль «Меркурий», создатели взрыволета строили планы дальних экспедиций к планетам Солнечной системы. «Наш девиз был таков, – вспоминал физик Фримен Дайсон, участвовавший в проекте. – Марс – к 1965 году, Сатурн – к 1970!»
«Орион» был космическим кораблем, словно бы взятым из фантастического романа о далеком будущем. Его полезная масса измерялась тысячами тонн. Полторы сотни человек могли с удобствами расположиться в его комфортабельных каютах. «Орион» был бы построен подобно линейному кораблю, без мучительных поисков способов снижения веса. Оставалось неясным, как такой корабль сумеет приземлиться на планету, но Тейлор полагал, что со временем удастся разработать надежный ракетоплан многоразового использования. Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчетная стоимость – 24 млрд долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Сатурн-Аполлон».
Однако приоритеты изменились. Агентство НАСА с первых дней своего существования отказалось рассматривать проекты ракет с ядерными двигателями, отложив эту тему на будущее. Окончательно программа «Орион» была закрыта в конце 1959 года, когда Управление перспективных исследований прекратило финансирование проекта.
Считается, что последний гвоздь в крышку гроба проекта «Орион» забил международный Договор о запрещении испытаний ядерного оружия, подписанный СССР, США и Великобританией 5 августа 1963 года в Москве. Согласно нему, все ядерные взрывы в атмосфере, космосе и под водой объявлялись незаконными. Никаких оговорок о мощности взрывов не делалось, поэтому даже мини-заряды попадали под этот запрет. Далеко не все ученые считали это разумным решением. Например, известный астрофизик Карл Саган полагал, что строительство взрыволетов – наилучший путь ликвидации запасов ядерного оружия.
В Советском Союзе идея использования ядерных зарядов в космической технике выдвигалась полвека назад. Инициатором обсуждения был академик Андрей Сахаров. Конструктивно взрыволет Сахарова должен был состоять из отсека управления, отсека экипажа, отсека для размещения ядерных зарядов, основной двигательной установки, жидкостных ракетных двигателей и баков химического топлива. Корабль также должен был иметь систему подачи ядерных зарядов и систему демпфирования для выравнивания ракеты после ядерных взрывов. В нижней части корабля должен был крепиться экран диаметром 25 м, в фокусе которого предстояло «греметь» ядерным взрывам. Старт с Земли осуществлялся с использованием жидкостных ракетных двигателей, размещенных на нижних опорах. Топливо и окислитель подавались из внешних навесных баков, которые после опорожнения можно сбросить. На жидкостных двигателях аппарат поднимался на высоту десятков километров, после чего включалась основная двигательная установка корабля.
В процессе работы над взрыволетом были рассмотрены и просчитаны несколько вариантов конструкции различных габаритов. Соответственно менялись и стартовая масса, и масса полезной нагрузки, которую удавалось вывести на орбиту.
Но надо отметить, что, несмотря на значительные массы конструкции, она не отличалась большими размерами. Например, «ПК-3000» («Пилотируемый комплекс» со стартовой массой 3000 т) имел высоту около 60 м, а «ПК-5000» («Пилотируемый комплекс» со стартовой массой 5000 т) – менее 75 м. Полезная нагрузка, выводимая на орбиту, в этих вариантах составляла 800 и 1300 т соответственно. Элементарный расчет показывает, что соотношение массы полезной нагрузки к стартовой массе превышало 25 %! А ведь современная ракета на химическом топливе выводит в космос не больше 8 % от стартовой массы.
В качестве космодрома для взрыволетов серии «ПК» выбрали один из районов на севере Советского Союза. Выбор был продиктован двумя соображениями. Во-первых, северные широты позволяли проложить трассу полета ракеты над труднодоступными малонаселенными районами, что в случае аварии позволяло избежать лишних жертв. Во-вторых, запуск ядерного движителя вдали от плоскости экватора, вне зоны так называемой геомагнитной ловушки, предупреждал возникновение искусственных радиационных поясов.
Понятно, что взрыволет Сахарова попал под действие вышеупомянутого договора 1963 года и никогда не был реализован. Однако проработка отдельных элементов его конструкции ведется до сих пор. В частности, российские физики-энтузиасты придумали уникальную комбинированную (электромагнитную и гидравлическую) систему амортизации губительного импульса.
На взрыволетном принципе построен единственный технически обоснованный проект звездолета – «Дедал» (“Daedalus”). 10 января 1973 года на общем собрании Британского межпланетного общества (British Interplanetary Society, BIS) было принято решение о начале исследования практической возможности межзвездных полетов. Члены общества поставили перед собой задачу спроектировать беспилотный космический аппарат, способный в реально короткие сроки добраться до одной из ближайших звезд, провести научные исследования и передать на Землю полученную информацию.
