El Proyecto Orión fue un estudio realizado en las décadas de 1950 y 1960 por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , DARPA , [1] y la NASA sobre la viabilidad de una nave espacial de pulso nuclear que sería propulsada directamente por una serie de explosiones atómicas detrás de la nave. [2] [3] Se propuso que las primeras versiones del vehículo despegaran del suelo; Las versiones posteriores se presentaron para su uso únicamente en el espacio. El esfuerzo de diseño tuvo lugar en General Atomics en San Diego, [4] y entre sus partidarios se encontraba Wernher von Braun , [5] quien publicó un libro blanco defendiendo la idea. [2] [6] Se realizaron pruebas no nucleares con modelos, [7] pero el proyecto finalmente se abandonó por varias razones, incluido el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos de 1963 , [8] que prohibió las explosiones nucleares en el espacio, y las preocupaciones sobre la energía nuclear. caer. [2]
El físico Stanislaw Ulam propuso la idea general de la propulsión por impulsos nucleares en 1946, [9] y Frederick Reines y Ulam realizaron cálculos preliminares en un memorando de Los Alamos fechado en 1947. [9] [3] [10] En agosto de 1955, Ulam co -Escribió un artículo clasificado que proponía el uso de bombas de fisión nuclear, "expulsadas y detonadas a una distancia considerable", para propulsar un vehículo en el espacio exterior. [4] [9] El proyecto fue dirigido por Ted Taylor de General Atomics y el físico Freeman Dyson quien, a petición de Taylor, se tomó un año de ausencia del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton para trabajar en el proyecto. [11] En julio de 1958, DARPA acordó patrocinar a Orion a un nivel inicial de 1 millón de dólares al año, momento en el que el proyecto recibió su nombre y comenzó formalmente. [11] [7] La agencia concedió un estudio del concepto a General Dynamics Corporation , [8] pero decidió retirar el apoyo a finales de 1959. [11] La Fuerza Aérea de EE. UU. acordó apoyar a Orion si se encontraba un uso militar para El proyecto, y la Oficina de Vuelos Espaciales Tripulados de la NASA también contribuyeron con fondos. [4] El concepto investigado por el gobierno utilizaba un escudo contra explosiones y un amortiguador para proteger a la tripulación y convertir las detonaciones en una fuerza de propulsión continua. [12] [13] La prueba del modelo más exitosa, en noviembre de 1959, alcanzó aproximadamente 100 metros de altitud con seis explosiones químicas secuenciadas. [7] La NASA también produjo un perfil de la misión a Marte para un viaje de ida y vuelta de 125 días con ocho astronautas, con un costo de desarrollo previsto de 1.500 millones de dólares. [5] Orion fue cancelado en 1964, después de que Estados Unidos firmara el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares el año anterior; el tratado redujo en gran medida el apoyo político al proyecto. [8] [5] La NASA también había decidido, en 1959, que el programa espacial civil sería no nuclear en el corto plazo. [11]
El concepto Orion ofrecía tanto un alto empuje como un alto impulso específico , o eficiencia del propulsor: 2.000 unidades de impulso ( Isp ) según el diseño original y un Isp de quizás 4.000 a 6.000 segundos según el plan de la Fuerza Aérea, con una propuesta posterior de bomba de fusión de 1968 por Dyson potencialmente aumentará esto a más de 75.000 Isp, permitiendo velocidades de 10.000 km/s. [5] En aquel momento se estimaba que un dispositivo nuclear de tamaño moderado producía entre 5 y 10 mil millones de caballos de fuerza. [11] [14] La potencia extrema de las explosiones nucleares, en relación con la masa del vehículo, se gestionaría mediante el uso de detonaciones externas, aunque una versión anterior del concepto de pulso proponía contener las explosiones en una estructura de presión interna, con una de esas diseño elaborado por The Martin Company . [5] [11] Como comparación cualitativa de potencia, los cohetes químicos tradicionales , como el Saturn V que llevó el programa Apolo a la Luna, producen un alto empuje con un impulso específico bajo, mientras que los motores de iones eléctricos producen una pequeña cantidad de empuje de manera muy eficiente. . Orion, por el contrario, habría ofrecido un rendimiento mayor que los motores de cohetes convencionales o nucleares más avanzados que se estaban considerando en ese momento. Los partidarios del Proyecto Orión sintieron que tenía potencial para realizar viajes interplanetarios baratos . [15]
Desde el Proyecto Longshot hasta el Proyecto Daedalus , Mini-Mag Orion y otras propuestas que alcanzan el análisis de ingeniería al nivel de considerar la disipación de energía térmica, el principio de propulsión por pulsos nucleares externos para maximizar la energía de supervivencia sigue siendo común entre los conceptos serios para el vuelo interestelar sin energía externa. transmisión de potencia y para vuelos interplanetarios de muy alto rendimiento. [5] Estas propuestas posteriores han tendido a modificar el principio básico al prever equipos que impulsen la detonación de bolitas de fisión o fusión mucho más pequeñas, en contraste con las unidades de pulso nuclear más grandes del Proyecto Orión (bombas nucleares completas). En 1979, General Dynamics donó un modelo de madera de 26 pulgadas (56 cm) de alto de la nave al Smithsonian , que lo exhibe en el Centro Steven F. Udvar-Hazy cerca del Aeropuerto Internacional Dulles en el norte de Virginia . [8]
El impulsor de impulsos nuclear Orion combina una velocidad de escape muy alta, de 19 a 31 km/s (12 a 19 mi/s) en diseños interplanetarios típicos, con meganewtons de empuje. [17] Muchas unidades de propulsión de naves espaciales pueden lograr uno de estos u otros, pero los cohetes de pulso nuclear son la única tecnología propuesta que potencialmente podría cumplir con los requisitos de energía extremos para entregar ambos a la vez (ver propulsión de naves espaciales para sistemas más especulativos).
El impulso específico ( I sp ) mide cuánto empuje se puede derivar de una masa determinada de combustible y es una cifra de mérito estándar para los cohetes. Para cualquier propulsión de cohete, dado que la energía cinética del escape aumenta con la velocidad al cuadrado ( energía cinética = ½ mv 2 ), mientras que el impulso y el empuje aumentan linealmente con la velocidad ( impulso = mv), obteniendo un nivel particular de empuje (como en (un número de aceleración g ) requiere mucha más potencia cada vez que la velocidad de escape y I sp aumentan mucho en un objetivo de diseño. (Por ejemplo, la razón más fundamental por la que los sistemas de propulsión eléctrica de I sp alto tienden a tener un empuje bajo se debe a sus límites en la potencia disponible. En realidad, su empuje es inversamente proporcional a I sp si la potencia que pasa al escape es constante o está en su límite. (de las necesidades de disipación de calor u otras limitaciones de ingeniería.) [18] El concepto de Orión detona explosiones nucleares externamente a un ritmo de liberación de energía que está más allá de lo que los reactores nucleares podrían sobrevivir internamente con materiales y diseños conocidos.
Dado que el peso no es una limitación, una nave Orion puede ser extremadamente robusta. Una nave sin tripulación podría tolerar aceleraciones muy grandes, tal vez de 100 g . Sin embargo, un Orion tripulado por humanos debe utilizar algún tipo de sistema de amortiguación detrás de la placa de empuje para suavizar la aceleración casi instantánea a un nivel que los humanos puedan soportar cómodamente (normalmente entre 2 y 4 g) .
El alto rendimiento depende de la alta velocidad de escape, con el fin de maximizar la fuerza del cohete para una determinada masa de propulsor. La velocidad de los restos de plasma es proporcional a la raíz cuadrada del cambio en la temperatura ( Tc ) de la bola de fuego nuclear. Dado que estas bolas de fuego suelen alcanzar diez millones de grados Celsius o más en menos de un milisegundo, crean velocidades muy altas. Sin embargo, un diseño práctico también debe limitar el radio destructivo de la bola de fuego. El diámetro de la bola de fuego nuclear es proporcional a la raíz cuadrada del rendimiento explosivo de la bomba.
La forma de la masa de reacción de la bomba es fundamental para la eficiencia. El proyecto original diseñaba bombas con una masa de reacción hecha de tungsteno . La geometría y los materiales de la bomba enfocaron los rayos X y el plasma del núcleo del explosivo nuclear para impactar en la masa de reacción. En efecto, cada bomba sería una carga con forma nuclear .
Una bomba con un cilindro de masa de reacción se expande hasta formar una onda de plasma plana en forma de disco cuando explota. Una bomba con una masa de reacción en forma de disco se expande hasta convertirse en una onda de desechos de plasma en forma de cigarro mucho más eficiente. La forma del cigarro enfoca gran parte del plasma para que incida en la placa empujadora. [19] Para una mayor eficiencia de la misión, la ecuación del cohete exige que la mayor fracción de la fuerza explosiva de la bomba se dirija a la nave espacial, en lugar de gastarse isotrópicamente .
El impulso específico efectivo máximo, I sp , de un impulsor de impulso nuclear Orion generalmente es igual a:
donde C 0 es el factor de colimación (qué fracción de los desechos de plasma de la explosión golpeará realmente la placa absorbente de impulsos cuando una unidad de pulso explota), V e es la velocidad de los desechos de plasma de la unidad de pulso nuclear y g n es la aceleración estándar de la gravedad ( 9,81 m/s 2 ; este factor no es necesario si I sp se mide en N·s/kg o m/s). Se puede lograr un factor de colimación de casi 0,5 haciendo coincidir el diámetro de la placa empujadora con el diámetro de la bola de fuego nuclear creada por la explosión de una unidad de pulso nuclear.
Cuanto más pequeña sea la bomba, más pequeño será cada impulso, por lo que mayor será la velocidad de los impulsos y más de lo que se necesitará para alcanzar la órbita. Los impulsos más pequeños también significan menos choque g en la placa de empuje y menos necesidad de amortiguación para suavizar la aceleración.
Se calculó que el rendimiento óptimo de la bombeta del propulsor Orion (para el diseño de referencia de 4.000 toneladas con tripulación humana) estaba en la región de 0,15 kt, con aproximadamente 800 bombas necesarias para orbitar y una velocidad de bomba de aproximadamente 1 por segundo. [20]
Lo siguiente se puede encontrar en el libro de George Dyson . [19] Las cifras para la comparación con Saturno V se toman de esta sección y se convierten de toneladas métricas (kg) a toneladas cortas estadounidenses (abreviadas "t" aquí).
A finales de 1958 y principios de 1959, se comprendió que el vehículo práctico más pequeño estaría determinado por la potencia de bomba más pequeña posible. El uso de bombas de 0,03 kt (rendimiento al nivel del mar) daría al vehículo una masa de 880 toneladas. Sin embargo, se consideró demasiado pequeño para algo más que un vehículo de prueba orbital y el equipo pronto se centró en un "diseño base" de 4.000 toneladas.
En ese momento, los detalles de los diseños de bombas pequeñas estaban envueltos en secreto. En muchos informes de diseño de Orion se eliminaron todos los detalles de las bombas antes de su lanzamiento. Compare los detalles anteriores con el informe de 1959 de General Atomics, [24] que exploró los parámetros de tres tamaños diferentes de hipotéticas naves espaciales Orion:
El diseño más grande de arriba es el "súper" diseño de Orión; con 8 millones de toneladas, fácilmente podría ser una ciudad. [25] En entrevistas, los diseñadores contemplaron la gran nave como una posible arca interestelar . Este diseño extremo podría construirse con materiales y técnicas que se pudieron obtener en 1958 o que se anticipó que estarían disponibles poco después.
La mayor parte de las tres mil toneladas de cada una de las unidades de propulsión del "súper" Orión serían materiales inertes como polietileno o sales de boro , utilizados para transmitir la fuerza de detonación de las unidades de propulsión a la placa empujadora del Orión y absorber neutrones para minimizar la lluvia radiactiva. . Un diseño propuesto por Freeman Dyson para el "Super Orion" requería que la placa empujadora estuviera compuesta principalmente de uranio o un elemento transuránico para que, al llegar a un sistema estelar cercano, la placa pudiera convertirse en combustible nuclear.
El diseño del cohete de pulso nuclear Orion tiene un rendimiento extremadamente alto. Los cohetes de pulso nuclear Orion que utilizan unidades de pulso de fisión nuclear estaban originalmente destinados a vuelos espaciales interplanetarios.
Las misiones que fueron diseñadas para un vehículo Orion en el proyecto original incluían una etapa única (es decir, directamente desde la superficie de la Tierra) a Marte y viceversa, y un viaje a una de las lunas de Saturno. [25]
Freeman Dyson realizó el primer análisis de qué tipo de misiones Orión eran posibles para llegar a Alfa Centauri , el sistema estelar más cercano al Sol . [26] Su artículo de 1968 "Interstellar Transport" ( Pysics Today ) [27] retuvo el concepto de grandes explosiones nucleares, pero Dyson se alejó del uso de bombas de fisión y consideró el uso de explosiones de fusión de deuterio de un megatón en su lugar. Sus conclusiones fueron simples: la velocidad de los desechos de las explosiones de fusión probablemente estaba en el rango de 3.000 a 30.000 km/s y la geometría reflectante de la placa empujadora hemisférica de Orión reduciría ese rango a 750 a 15.000 km/s. [28]
Para estimar los límites superior e inferior de lo que se podría hacer con la tecnología de 1968, Dyson consideró dos diseños de naves espaciales. El diseño más conservador de la placa de empuje con energía limitada simplemente tenía que absorber toda la energía térmica de cada explosión incidente (4×10 15 julios, la mitad de la cual sería absorbida por la placa de empuje) sin derretirse. Dyson estimó que si la superficie expuesta estuviera compuesta de cobre con un espesor de 1 mm, entonces el diámetro y la masa de la placa empujadora hemisférica tendrían que ser de 20 kilómetros y 5 millones de toneladas, respectivamente. Se necesitarían 100 segundos para permitir que el cobre se enfríe por radiación antes de la siguiente explosión. Luego, se necesitarían del orden de 1000 años para que el disipador de calor de energía limitada del diseño de Orión llegara a Alfa Centauri.
Para mejorar este rendimiento y al mismo tiempo reducir el tamaño y el costo, Dyson consideró un diseño alternativo de placa de empuje con impulso limitado en el que se sustituye un recubrimiento de ablación de la superficie expuesta para eliminar el exceso de calor. La limitación la establece entonces la capacidad de los amortiguadores para transferir impulso desde la placa de empuje acelerada impulsivamente al vehículo acelerado suavemente. Dyson calculó que las propiedades de los materiales disponibles limitaban la velocidad transferida por cada explosión a ~30 metros por segundo, independientemente del tamaño y la naturaleza de la explosión. Si el vehículo debe acelerarse a 1 gravedad terrestre (9,81 m/s 2 ) con esta transferencia de velocidad, entonces la frecuencia del pulso es de una explosión cada tres segundos. [29] Las dimensiones y el rendimiento de los vehículos de Dyson se dan como:
Estudios posteriores indican que la velocidad de crucero máxima que teóricamente se puede alcanzar es un pequeño porcentaje de la velocidad de la luz (0,08-0,1c). [30] [ se necesita verificación ] Un Orión atómico (fisión) puede alcanzar quizás entre el 9% y el 11% de la velocidad de la luz. Una nave estelar impulsada por pulsos nucleares propulsada por unidades de propulsión de pulsos nucleares catalizadas por fusión-antimateria estaría igualmente en el rango del 10% y los cohetes de aniquilación de Materia-antimateria pura serían teóricamente capaces de obtener una velocidad entre el 50% y el 80% de la velocidad de la luz . En cada caso, el ahorro de combustible para reducir la velocidad reduce a la mitad la velocidad máxima. Se ha debatido el concepto de utilizar una vela magnética para desacelerar la nave espacial a medida que se acerca a su destino como alternativa al uso de propulsor; esto permitiría que la nave viajara cerca de la velocidad teórica máxima. [31]
A 0,1 c , las naves termonucleares Orion necesitarían un tiempo de vuelo de al menos 44 años para llegar a Alfa Centauri, sin contar el tiempo necesario para alcanzar esa velocidad (alrededor de 36 días con una aceleración constante de 1 go 9,8 m/s 2 ). A 0,1 c , una nave espacial Orión necesitaría 100 años para viajar 10 años luz. El astrónomo Carl Sagan sugirió que este sería un uso excelente para los arsenales de armas nucleares. [32]
Como parte del desarrollo del Proyecto Orión, para obtener financiación del ejército, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos propuso en la década de 1960 una plataforma de armas de misiles nucleares basada en el espacio, un "acorazado espacial", resistente a explosiones nucleares. Estaría compuesto por la "Fuerza de Bombardeo del Espacio Profundo" de la USAF. [33] [34] [35]
La Sociedad Interplanetaria Británica (BIS) diseñó un concepto similar a Orión en los años 1973-1974. El Proyecto Daedalus iba a ser una sonda interestelar robótica hacia la estrella de Barnard que viajaría al 12% de la velocidad de la luz. En 1989, la Marina de los EE. UU. y la NASA estudiaron un concepto similar en el Proyecto Longshot . Ambos conceptos requieren avances significativos en la tecnología de fusión y, por lo tanto, no pueden construirse en la actualidad, a diferencia de Orion.
Desde 1998 hasta la actualidad, el departamento de ingeniería nuclear de la Universidad Estatal de Pensilvania ha estado desarrollando dos versiones mejoradas del Proyecto Orión conocidas como Proyecto ICAN y Proyecto AIMStar utilizando unidades compactas de propulsión por impulsos nucleares catalizadas por antimateria , [36] en lugar de las grandes unidades de ignición por fusión por confinamiento inercial. sistemas propuestos en el Proyecto Daedalus y Longshot. [37]
Se pensaba que el coste de los materiales fisionables necesarios era elevado, hasta que el físico Ted Taylor demostró que con los diseños adecuados de explosivos, la cantidad de materiales fisionables utilizados en el lanzamiento era casi constante para todos los tamaños de Orión, desde 2.000 toneladas hasta 8.000.000 de toneladas. Las bombas más grandes utilizaron más explosivos para supercomprimir los fisionables, aumentando la eficiencia. Los restos extra de los explosivos también sirven como masa de propulsión adicional.
La mayor parte de los costos de los programas históricos de defensa nuclear han sido para los sistemas de lanzamiento y apoyo, más que para el costo de producción de las bombas directamente (las ojivas representaron el 7% del gasto total de Estados Unidos entre 1946 y 1996, según un estudio). [38] Después del desarrollo y la inversión iniciales en infraestructura, el costo marginal de bombas nucleares adicionales en la producción en masa puede ser relativamente bajo. En la década de 1980, algunas ojivas termonucleares estadounidenses tenían un costo estimado de 1,1 millones de dólares cada una (630 millones de dólares por 560). [39] Para las unidades de pulso de fisión quizás más simples que se utilizarán en un diseño de Orión, una fuente de 1964 estimó un costo de 40.000 dólares o menos cada una en producción en masa, lo que equivaldría a aproximadamente 0,3 millones de dólares cada una en dólares actuales ajustados a la inflación. . [39] [40]
Posteriormente, el Proyecto Daedalus propuso explosivos de fusión ( bolitas de deuterio o tritio ) detonados por confinamiento inercial de un haz de electrones. Este es el mismo principio detrás de la fusión por confinamiento inercial . En teoría, podría reducirse a explosiones mucho más pequeñas y requerir pequeños amortiguadores.
De 1957 a 1964, esta información se utilizó para diseñar un sistema de propulsión de nave espacial llamado Orion, en el que se arrojarían explosivos nucleares detrás de una placa empujadora montada en la parte inferior de una nave espacial y explotarían. La onda de choque y la radiación de la detonación impactarían contra la parte inferior de la placa empujadora, dándole un poderoso empujón. La placa de empuje estaría montada sobre grandes amortiguadores de dos etapas que transmitirían suavemente la aceleración al resto de la nave espacial.
Durante el despegue, hubo preocupación por el peligro de que la metralla fluídica [ se necesita aclaración ] se reflejara desde el suelo. Una solución propuesta fue utilizar una placa plana de explosivos convencionales esparcida sobre la placa de empuje y detonarla para levantar el barco del suelo antes de volverse nuclear. Esto elevaría el barco lo suficiente en el aire como para que la primera explosión nuclear enfocada no creara escombros capaces de dañar el barco.
Se elaboró un diseño preliminar para una unidad de pulso nuclear. Propuso el uso de un explosivo de fisión potenciado por fusión con carga conformada. El explosivo estaba envuelto en un relleno de canal de óxido de berilio , que estaba rodeado por un espejo de radiación de uranio . El espejo y el canal de relleno tenían los extremos abiertos y en este extremo abierto se colocó una placa plana de propulsor de tungsteno . Toda la unidad estaba integrada en una lata con un diámetro no mayor de 6 pulgadas (150 mm) y pesaba poco más de 300 libras (140 kg), por lo que podía ser manejada por maquinaria a escala de una máquina expendedora de refrescos; Se consultó a Coca-Cola sobre el diseño. [41]
1 microsegundo después de la ignición, el plasma y los neutrones de la bomba gamma calentarían el relleno del canal y quedarían contenidos en cierta medida por la capa de uranio. En 2 a 3 microsegundos, el relleno del canal transmitiría parte de la energía al propulsor, que se vaporizaría. La placa plana de propulsor formó una explosión en forma de cigarro dirigida a la placa empujadora.
El plasma se enfriaría a 25,200 °F (14,000 °C) mientras recorría la distancia de 82 pies (25 m) hasta la placa de empuje y luego se recalentaría a 120,600 °F (67,000 °C) cuando, aproximadamente en 300 microsegundos, llegue al placa de empuje y se recomprime. Esta temperatura emite luz ultravioleta, que se transmite mal a través de la mayoría de los plasmas. Esto ayuda a mantener fría la placa de empuje. El perfil de distribución en forma de cigarro y la baja densidad del plasma reducen el impacto instantáneo en la placa empujadora.
Debido a que el impulso transferido por el plasma es mayor en el centro, el espesor de la placa de empuje disminuiría aproximadamente en un factor de 6 desde el centro hasta el borde. Esto asegura que el cambio de velocidad sea el mismo para las partes interior y exterior de la placa.
En altitudes bajas donde el aire circundante es denso, la dispersión gamma podría dañar a la tripulación sin un escudo contra la radiación; También sería necesario un refugio contra la radiación en misiones largas para sobrevivir a las erupciones solares . La eficacia del blindaje contra la radiación aumenta exponencialmente con el espesor del escudo; consulte rayos gamma para obtener una explicación sobre el blindaje. En barcos con una masa superior a 2.200.000 libras (1.000.000 kg), la masa estructural del barco, sus provisiones junto con la masa de las bombas y el propulsor, proporcionarían un blindaje más que adecuado para la tripulación. Inicialmente se pensó que la estabilidad era un problema debido a imprecisiones en la colocación de las bombas, pero luego se demostró que los efectos se anularían. [42] [43]
En 1959 se llevaron a cabo numerosas pruebas de vuelo de modelos, utilizando explosivos convencionales, en Point Loma, San Diego. El 14 de noviembre de 1959, el modelo de un metro, también conocido como "Hot Rod" y "putt-putt", voló por primera vez utilizando RDX ( explosivos químicos) en un vuelo controlado durante 23 segundos a una altura de 184 pies (56 m). La película de las pruebas ha sido transcrita a vídeo [44] y apareció en el programa de televisión de la BBC "To Mars by A-Bomb" en 2003 con comentarios de Freeman Dyson y Arthur C. Clarke . El modelo aterrizó en paracaídas sin daños y está en la colección del Museo Nacional del Aire y el Espacio Smithsonian.
El primer amortiguador propuesto fue un airbag en forma de anillo. Pronto se dio cuenta de que, si fallaba una explosión, la placa empujadora de 1.100.000 a 2.200.000 libras (500.000 a 1.000.000 kg) arrancaría la bolsa de aire al rebotar. Por eso se desarrolló un diseño de amortiguador de pistón y resorte desafinado de dos etapas. En el diseño de referencia, el amortiguador mecánico de la primera etapa se ajustó a 4,5 veces la frecuencia del pulso, mientras que el pistón de gas de la segunda etapa se ajustó a 0,5 veces la frecuencia del pulso. Esto permitió tolerancias de tiempo de 10 ms en cada explosión.
El diseño final hizo frente al fallo de la bomba sobrepasándose y rebotando hasta una posición central. Por lo tanto, tras un fallo y en el lanzamiento inicial desde tierra, sería necesario iniciar o reiniciar la secuencia con un dispositivo de menor rendimiento. En la década de 1950, los métodos para ajustar el rendimiento de las bombas estaban en su infancia y se pensó mucho en proporcionar un medio para cambiar una bomba de rendimiento estándar por una de menor rendimiento en un período de tiempo de 2 o 3 segundos o en proporcionar un medio alternativo para disparar a baja altura. producir bombas. Los dispositivos modernos de rendimiento variable permitirían ajustar automáticamente un único explosivo estandarizado (configurarlo a un rendimiento más bajo).
Las bombas debían lanzarse detrás de la placa de empuje con velocidad suficiente para explotar entre 20 y 30 m (66 y 98 pies) más allá cada 1,1 segundos. Se investigaron numerosas propuestas, desde múltiples armas que asomaban por el borde de la placa de empuje hasta bombas propulsadas por cohetes lanzadas desde pistas de montañas rusas; sin embargo, el diseño de referencia final utilizó una simple pistola de gas para disparar los dispositivos a través de un agujero en el centro de la placa empujadora.
La exposición a repetidas explosiones nucleares plantea el problema de la ablación (erosión) de la placa empujadora. Los cálculos y experimentos indicaron que una placa empujadora de acero provocaría una ablación de menos de 1 mm, si no estaba protegida. Si se rociaba con un aceite, no se abría en absoluto (esto se descubrió por accidente: una placa de prueba tenía huellas dactilares aceitosas y las huellas dactilares no sufrieron ablación). Los espectros de absorción del carbono y del hidrógeno minimizan el calentamiento. La temperatura de diseño de la onda de choque, 120.600 °F (67.000 °C), emite luz ultravioleta . La mayoría de los materiales y elementos son opacos a los rayos ultravioleta, especialmente a las presiones de 49.000 psi (340 MPa) que experimenta la placa. Esto evita que la placa se derrita o se rompa.
Una cuestión que permaneció sin resolver al finalizar el proyecto fue si la turbulencia creada por la combinación del propulsor y la placa de empuje extirpada aumentaría drásticamente la ablación total de la placa de empuje. Según Freeman Dyson, en los años 60 habrían tenido que realizar una prueba con un explosivo nuclear real para determinar esto; con la tecnología de simulación moderna esto podría determinarse con bastante precisión sin dicha investigación empírica.
Otro problema potencial con la placa de empuje es el descascaramiento (fragmentos de metal) que potencialmente salen volando de la parte superior de la placa. La onda de choque del plasma que impacta en la parte inferior de la placa pasa a través de la placa y alcanza la superficie superior. En ese punto, puede producirse desconchado, dañando la placa de empuje. Por esta razón, se investigaron sustancias alternativas (madera contrachapada y fibra de vidrio) para la capa superficial de la placa de empuje y se consideró aceptable.
Si los explosivos convencionales de la bomba nuclear detonan pero no se produce una explosión nuclear, la metralla podría impactar y dañar potencialmente de forma crítica la placa de empuje.
Se pensaba que las verdaderas pruebas de ingeniería de los sistemas del vehículo eran imposibles porque no se podían realizar varios miles de explosiones nucleares en un solo lugar. Se diseñaron experimentos para probar placas de empuje en bolas de fuego nucleares y podrían realizarse pruebas a largo plazo de placas de empuje en el espacio. Los diseños de los amortiguadores podrían probarse a gran escala en la Tierra utilizando explosivos químicos.
Sin embargo, se pensaba que el principal problema sin resolver para un lanzamiento desde la superficie de la Tierra era la lluvia radiactiva . Freeman Dyson, líder del grupo del proyecto, estimó en la década de 1960 que con armas nucleares convencionales , cada lanzamiento causaría estadísticamente en promedio entre 0,1 y 1 cáncer fatal debido a la lluvia radiactiva. [45] Esa estimación se basa en supuestos del modelo sin umbral , un método utilizado a menudo en estimaciones de muertes estadísticas causadas por otras actividades industriales. Cada pocos millones de dólares de eficiencia indirectamente ganados o perdidos en la economía mundial pueden estadísticamente promediar vidas salvadas o perdidas, en términos de ganancias de oportunidades versus costos. [46] Los efectos indirectos podrían importar si la influencia general de un programa espacial basado en Orión sobre la futura mortalidad humana global sería un aumento neto o una disminución neta, incluso si el cambio en los costos y capacidades de lanzamiento afectara la exploración espacial , la colonización espacial , la probabilidades de supervivencia de la especie humana a largo plazo , energía solar basada en el espacio u otras hipótesis.
El peligro para la vida humana no fue un motivo aducido para suspender el proyecto. Las razones incluyeron la falta de un requisito de misión, el hecho de que a nadie en el gobierno de los EE. UU. se le ocurrió ninguna razón para poner miles de toneladas de carga útil en órbita, la decisión de centrarse en cohetes para la misión a la Luna y, en última instancia, la firma del acuerdo. Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas Nucleares en 1963. El peligro para los sistemas electrónicos en tierra debido a un pulso electromagnético no se consideró significativo debido a las explosiones de menos de un kilotón propuestas, ya que los circuitos integrados de estado sólido no eran de uso generalizado en ese momento.
A partir de muchas detonaciones más pequeñas combinadas, las consecuencias de todo el lanzamiento de un Orión de 12.000.000 libras (5.400.000 kg) son iguales a la detonación de un arma nuclear típica de 10 megatones (40 petajulios ) como una explosión de aire , por lo tanto, la mayor parte de sus consecuencias serían las consecuencias retardadas , comparativamente diluidas . Suponiendo el uso de explosivos nucleares con una alta proporción del rendimiento total procedente de la fisión, produciría una lluvia radiactiva total similar al rendimiento de la explosión en superficie del disparo de Mike de la Operación Ivy , un dispositivo de 10,4 megatones detonado en 1952. La comparación no es del todo clara. perfecto ya que, debido a la ubicación de su explosión en la superficie, Ivy Mike creó una gran cantidad de contaminación radiactiva temprana . Las pruebas históricas de armas nucleares sobre la superficie incluyeron 189 megatones de potencia de fisión y provocaron una exposición global promedio a la radiación por persona que alcanzó un máximo de 1,0 × 10 −5 rem/pie cuadrado (0,11 mSv/a) en 1963, con una tasa de radiación de 6,5 × 10 −7 rem/ pies cuadrados (0,007 mSv/a) residual en los tiempos modernos , superpuesto a otras fuentes de exposición, principalmente radiación natural de fondo , que promedia 0,00022 rem/pie cuadrado (2,4 mSv/a) a nivel mundial, pero varía mucho, como 0,00056 rem/pie cuadrado (6 mSv/a) en algunas ciudades de gran altitud. [47] [48] Cualquier comparación estaría influenciada por cómo la dosis de la población se ve afectada por los lugares de detonación, prefiriéndose los sitios muy remotos.
Con diseños especiales del explosivo nuclear, Ted Taylor estimó que la precipitación de productos de fisión podría reducirse diez veces, o incluso a cero, si en su lugar se pudiera construir un explosivo de fusión pura . Según documentos desclasificados del gobierno estadounidense aún no se ha desarrollado con éxito un explosivo de fusión 100% puro, aunque en la década de 1970 la Unión Soviética probó PNE ( explosiones nucleares pacíficas ) relativamente limpias para la excavación de canales por parte de la Unión Soviética con un rendimiento de fusión del 98% en las pruebas de la Taiga . Dispositivos de 15 kilotones , fisión de 0,3 kilotones , [45] [49] que excavaron parte del propuesto canal Pechora-Kama .
El sistema de propulsión del vehículo y su programa de pruebas violarían el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos de 1963, tal como está redactado actualmente, que prohíbe todas las detonaciones nucleares excepto las realizadas bajo tierra como un intento de frenar la carrera armamentista y limitar la cantidad de radiación en la atmósfera causada. por detonaciones nucleares. El gobierno de Estados Unidos intentó incluir una excepción en el tratado de 1963 para permitir el uso de propulsión nuclear en vuelos espaciales, pero los temores soviéticos sobre las aplicaciones militares mantuvieron la excepción fuera del tratado. Esta limitación afectaría sólo a Estados Unidos, Rusia y el Reino Unido. También violaría el Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares firmado por Estados Unidos y China, así como la moratoria de facto sobre los ensayos nucleares que las potencias nucleares declaradas han impuesto desde los años 1990.
El lanzamiento de un cohete con bomba nuclear Orión desde la Tierra o desde una órbita terrestre baja generaría un pulso electromagnético que podría causar daños significativos a computadoras y satélites , además de inundar los cinturones de Van Allen con radiación de alta energía. Dado que la huella del EMP tendría unos cientos de kilómetros de ancho, este problema podría resolverse lanzando desde zonas muy remotas. Se podrían desplegar unas pocas ataduras electrodinámicas espaciales relativamente pequeñas para expulsar rápidamente las partículas energéticas de los ángulos de captura de los cinturones de Van Allen.
Una nave espacial Orion podría ser impulsada por medios no nucleares a una distancia más segura, activando sólo su propulsión muy lejos de la Tierra y sus satélites. El circuito de lanzamiento de Lofstrom o un ascensor espacial proporcionan hipotéticamente soluciones excelentes; En el caso del ascensor espacial, los compuestos de nanotubos de carbono existentes , con la posible excepción de los tubos de carbono Colossal , aún no tienen suficiente resistencia a la tracción . Todos los diseños de cohetes químicos son extremadamente ineficientes y costosos cuando se lanzan grandes masas a la órbita, pero podrían emplearse si el resultado fuera rentable.
Una prueba similar a la prueba de una placa de empuje ocurrió como efecto secundario accidental de una prueba de contención nuclear llamada " Pascal-B " realizada el 27 de agosto de 1957. [50] El diseñador experimental de la prueba, el Dr. Robert Brownlee, realizó una prueba muy aproximada. cálculo que sugería que el explosivo nuclear de bajo rendimiento aceleraría la enorme placa de cubierta de acero (900 kg) hasta seis veces la velocidad de escape . [51] La placa nunca fue encontrada, pero el Dr. Brownlee cree que la placa nunca abandonó la atmósfera; por ejemplo, podría haber sido vaporizado por calentamiento por compresión de la atmósfera debido a su alta velocidad. La velocidad calculada fue lo suficientemente interesante como para que el equipo enfocara una cámara de alta velocidad en la placa que, desafortunadamente, solo apareció en un cuadro, lo que indica un límite inferior muy alto para la velocidad de la placa.
La primera aparición impresa de la idea parece ser el cuento de Robert A. Heinlein de 1940, " Blowups Happen ".
Como comenta Arthur C. Clarke en sus recuerdos de la realización de 2001: Una odisea en el espacio en Los mundos perdidos de 2001 , se consideró una versión de pulso nuclear de la nave espacial interplanetaria estadounidense Discovery One . Sin embargo, el Discovery en la película no utilizó esta idea, ya que Stanley Kubrick pensó que podría considerarse una parodia después de hacer Dr. Strangelove o: Cómo aprendí a dejar de preocuparme y amar la bomba . [52]
Una nave espacial Orión ocupa un lugar destacado en la novela de ciencia ficción Footfall de Larry Niven y Jerry Pournelle . Ante un asedio/invasión alienígena de la Tierra, los humanos deben recurrir a medidas drásticas para poner en órbita una nave de combate para enfrentarse a la flota alienígena.
La premisa inicial del programa Ascension es que en 1963 el presidente John F. Kennedy y el gobierno de los Estados Unidos, temiendo que la Guerra Fría se intensificara y condujera a la destrucción de la Tierra, lanzaron la Ascension , una nave espacial clase Orión, para colonizar un planeta en órbita. Proxima Centauri, asegurando la supervivencia de la raza humana.
La novela de ciencia ficción Ark del autor Stephen Baxter emplea una nave de generación clase Orión para escapar del desastre ecológico en la Tierra.
Hacia la conclusión de su trilogía Empire Games , Charles Stross incluye una nave espacial inspirada en el Proyecto Orion. Los diseñadores de las naves, limitados por el nivel de capacidad industrial de la década de 1960, pretenden que se utilicen para explorar mundos paralelos y actuar como elemento de disuasión nuclear, superando las capacidades más contemporáneas de sus enemigos.
En la novela de terror Torment de Jeremy Robinson (escrita bajo el seudónimo de Jeremy Bishop), los personajes principales escapan de una guerra nuclear global en una nave de propulsión por impulsos nucleares . La embarcación se encuentra entre otras 3; parte del "Protocolo de Orión", un mecanismo de escape para miembros del gobierno federal. Las naves están alojadas en una cámara subterránea debajo de La Elipse .
En la novela de ciencia ficción " 3 Body Problem " y sus programas de televisión asociados, se lanza una sonda hacia una flota alienígena que se acerca utilizando una variación del método Orión. [53]
{{cite book}}: CS1 maint: date and year (link)Se habrían necesitado dos o posiblemente tres Saturn V para poner este vehículo en órbita, y se necesitaría algún ensamblaje en órbita. Se consideraron varios perfiles de misión, el desarrollado con mayor detalle fue el de una misión a Marte. Ocho astronautas. Con alrededor de 100 toneladas de equipos y suministros. podría haber hecho un viaje de ida y vuelta a Marte en 125 días (la mayoría de los planes exigen tiempos de ida de al menos nueve meses). Otra cifra impresionante es que hasta el 45% del total del vehículo en órbita terrestre podría haber sido carga útil.
