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猎户座计划

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美国国家航空航天局(NASA)参考一位艺术家的概念下,其为猎户座计划所设计出来的以核动力驱动的航天器。
美国国家航空航天局(NASA)参考一位艺术家的概念下,其为猎户座计划所设计出来的以核动力驱动的航天器。

猎户座计划(Project Orion)是一项旨在直接地以探测器后方一连串的原子弹爆炸来驱动(核脉冲推进)的航天器研究计划。这种飞行器的早期版本被提及到从地面上起飞会带有显著相关的放射性落下灰;后来的版本显示了只限用于太空的情景。

通过爆炸物质燃烧的火箭推进概念首先由俄罗斯爆炸物专家尼古拉·科巴基奇英语Nikolai Kibalchich(Nikolai Kibalchich)在1881年所提出的,并且在1891年德国工程师赫尔曼·甘斯文特英语Hermann Ganswindt(Hermann Ganswindt,发明家和火箭研究先驱)独自研发出类似的概念。核动力的综合提案首先由斯塔尼斯拉夫·乌拉姆(Stanislaw Ulam)在1946年提出的,并且由F. 莱因斯(F. Reines)与乌拉姆在写于1947年的洛斯阿拉莫斯(Los Alamos )备忘录中进行了初步的计算。[1]在这实际的计划上,始于1958年,由任职于通用原子能公司英语General Atomics(General Atomics, GA)的泰德·泰勒英语Ted Taylor (physicist)(Ted Taylor)与物理学者弗里曼·戴森(Freeman Dyson)领导,戴森在泰勒的要求下从位在普林斯顿(Princeton)的高等研究院离开,并且花了一年的时间从事于这项计划。

猎户座(计划)的概念是同时提供高推力和高比冲(Specific impulse),或者是火药发射推进效率,将之一起发展出来。对于要产生出如此前所未有的极度动力之必需条件将会借由通过着核爆炸来实现,在这样的动力之下相对于火箭整体能够完全幸存下来也只有通过使用外部引爆才能达成,而不试图将它们(爆炸装置)包含在(火箭的)内部结构中。作为一项在性质上的对照,传统化学发射火箭——比如像是土星5号运载火箭(Saturn V)将阿波罗计划(Apollo program)给带到月球去——产生出高推力连同著低比冲,尽管电离子发动机(ion engines)能够非常有效地产生出少量的推力。在当时的计算之下猎户座(计划)将会提供与最先进常规的或者是核火箭发动机相比较之下更加优越性能(的航天器)。猎户座计划的支持者认为它具有廉价行星际航行(interplanetary travel)的潜力,但是由于它的动力会连带着辐射性微尘所涉及的担忧而完全失去政治上的批准。[2]

一般认为1963年8月5日的部分禁止核试验条约已经结束了该计划。然而,从荣霞计划英语Project Longshot(Project Longshot)到代达罗斯计划(Project Daedalus)、微型磁力猎户座航天器英语Mini-Mag Orion(Mini-Mag Orion),以及在考虑到热功耗阶段其达到了工程分析的其他方案中,外部核脉冲推进达最大限度地发挥生存能力的原则在对于严肃星际航行学说中,其没有外部电力发射和有关非常高性能的行星际航行下这样的概念仍然很常见。这种后来的提案已倾向于通过设想的装置驱动更小的裂变或聚变芯块之爆炸来修改基本的原理,尽管比较起来猎户座(航天器)的最大核脉冲机组(核弹)是基于较少纯理论性的技术。

《借由原子弹抵达火星:猎户座计划秘史》(To Mars by A-Bomb: The Secret History of Project Orion)是一部2003年英国广播公司(BBC)关于该计划的纪录片[3]

基本原理

猎户座航天器-关键性组件。[4]
猎户座航天器-关键性组件。[4]

猎户座核脉冲(航天器)驱动器结合了非常高的排气速度,在典型的行星际(航行)设计中是从19到31 km/s(12到19 mi/s),连同百万牛顿(meganewtons)的推力。[5]许多航天器推进驱动器可以实现这些或其中之一,但是核脉冲火箭是唯一强而有力地满足极端电力需求同时可以提供的技术(请参阅更多有关纯理论性系统的航天器推进学说)。

比冲Isp)测量多少推力能够从一定的燃料质量中可获得,并且是有关于火箭的标准性能系数。对于任何火箭推进,由于排气的动能(kinetic energy)是以速度的平方上升(动能 = ½ mv2),然而动量(momentum)和推力是以速度线性地上升(动量 = mv),获得一定的推力水平(如在若干的g〔G力〕加速度情况之下)每次排气速度与Isp其在设计的目标中大大增加时所需要的动力是远远要大得许多。(譬如说,其目前以及提议的高Isp电力推进英语Electrically powered spacecraft propulsion系统倾向于低推力最根本的原因是由于他们对可用动力的限制。〔然而核动子推进却是极具危险性与毁灭性〕其推力是对Isp成反比的,如果进入排气的动力是恒量的或者是它的限制是来自于热力耗散的需求抑或其他工程上的约束。)[6]猎户座(航天器)的概念是以外部动力释放的速率引发核爆炸,这是超越了核反应堆能够在内部储存连同已知材料与设计的知识的范畴。

由于重量没有限制,猎户座航天器可以非常雄壮。这一艘无人驾驶的航天器能够容许非常大的加速度,可容许在100 g。然而,若是一艘装载人类的猎户座(航天器),必须使用某种在推进器金属板后边的减震系统,以将瞬间加速度平稳畅达至人类能舒适承受的程度——通常约为2至4 g

高性能取决于高排气速度,为了用以对于一定推进燃料质量火箭动力的最大化。

猎户座飞行器的规模

理论的应用

后来的发展

参与人员

小说中的形象

注释

  1. ^ Everett, C.J.; Ulam S.M. On a Method of Propulsion of Projectiles by Means of External Nuclear Explosions. Part I. University of California, Los Alamos Scientific Laboratory, August 1955. See p. 5 [1] Archived
  2. ^ Sagan, Carl; Druyan, Ann; Tyson, Neil deGrasse (2013). Cosmos. New York: Ballantine Books. ISBN 978-0-345-53943-4.
  3. ^ Pick of the day. The Guardian.  Retrieved 22 August 2016.
  4. ^ Nuclear Pulse Space Vehicle Study Vol IV – Conceptual Vehicle Designs and Operational Systems, Fig 2.1, pp 4., NASA
  5. ^ Ross, F.W. – Propulsive System Specific Impulse. General Atomics GAMD-1293 8 Feb. 1960
  6. ^ Dr. Anthony Zuppero, Idaho National Engineering and Environmental Laboratory. "Physics of Rocket Systems" retrieved 2012-04-24

相关条目

延伸阅读

  • Project Orion: The True Story of the Atomic Spaceship By George Dyson (2003) (Google Books Link)
  • 外部链接

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