Верхом на бомбе

Атомные взрыволеты

Космический корабль, приводимый в движение ядерными взрывами за кормой? На первый взгляд, это звучит совершенно безумно — с таким же успехом можно полететь на Луну, стреляя из гранатомета себе под ноги. Однако если на секунду отказаться от скепсиса и изучить историю космонавтики, то мы обнаружим неожиданный факт. В середине 20 века подобный принцип передвижения всерьез рассматривался как наилучшая альтернатива ракетной тяге.

Человек садится на атомную бомбу и бодро кричит: «Поехали!». Насколько это вообще возможно? Что известно об этом фантастическом проекте и почему он до сих пор остался на бумаге? Попробуем разобраться.

Бабах — и на небе!

Человечество уже давно знакомо с невероятной энергией ядерного взрыва. Но мы до сих пор не умеем ее использовать в мирных целых (контролируемый распад не в счет, так как речь идет именно об укрощении атомного гриба). Насколько бы фантастичным ни казался лозунг «через бомбы — к звездам», факты говорят сами за себя.

Эврика! «Отцом» взрыволетов считается польский математик Станислав Улам (1909—1984). Его чаще всего вспоминают как одного из теоретиков водородной бомбы, однако Улам считал своим величайшим изобретением именно «взрывной» космический двигатель. Ученый описал это устройство в 1947 году, вдохновившись, по его собственным словам, романом Жюля Верна «С Земли на Луну». Станислав Улам.

Эмблема General Atomics. Четыре лепестка — к счастью.

В 1958 году группа инженеров и физиков из корпорации General Atomics приступили к работе над проектом Министерства обороны США с кодовым названием «Орион». Среди его участников были такие знаменитости, как Теодор Тейлор — один из создателей американской атомной бомбы, и Фримен Дайсон — ученый, некоторые идеи которого хорошо известны писателям-фантастам. Например, он считал, что развитая инопланетная цивилизация обязательно заключит свою звезду в искусственную сферу («Сферу Дайсона»), чтобы более эффективно использовать ее энергию. Другой популярной идеей ученого является генетически модифицированное растение, «дерево Дайсона», способное расти на комете.

На первом этапе атомщики всесторонне изучили предложение Дайсона о том, чтобы сделать некое подобие «ядерного двигателя внутреннего сгорания» — то есть взрывать бомбы внутри огромной сферы (эту разработку иногда называют проект «Гелиос») и использовать специально сконструированное сопло для создания реактивной тяги, однако даже самые приблизительные расчеты показали полную несостоятельность этого проекта.

Было принято решение производить маломощные атомные взрывы на расстоянии в 200 футов (60 метров) от корабля и «улавливать» их энергию при помощи бронированной плиты — отражателя. Каждую последующую бомбу предполагалось выбрасывать в момент детонации предыдущей.

Серия ударных импульсов вызвала бы ускорение, губительное для экипажа. Этот нюанс никак не влиял на беспилотный вариант «Ориона» (проект изначально разрабатывался для военного применения — как новое средство доставки сверхмощного ядерного оружия), однако ставил крест на пилотируемых полетах.

Проект 200-тонного экспериментального взрыволета «Орион».	Другая модель «Ориона» — для полета к Марсу.

Именно поэтому в техническом задании «Ориона» предусматривалась необходимость создания подходящих амортизаторов. Рассматривались варианты со сверхмощными пневматическими поршнями (очень сложная, но, по словам инженеров «Ориона», вполне реальная конструкция) и с мягкими баллонами, наполненными газом под небольшим давлением.

Предварительные инженерные расчеты показывали, что при текущем уровне развития технологий (1958 год) вполне можно было построить небольшие модели взрыволетов, испытать их в действии, накопить нужный опыт и через 7—10 лет лететь на другие планеты. По воспоминаниям Фримена Дайсона, у научной команды «Ориона» был девиз: «Марс — к 1965 году, Сатурн — к 1970!».

Американские атомщики испытывают первую модель «Ориона» (1959).

В теории все выглядело просто головокружительно. Однако судьба «Ориона» оказалась печальной. Через год проект лишили министерского финансирования, а молодое агентство NASA решило не брать его на баланс, сконцентрировав усилия на менее дорогих ракетных двигателях. Дело в том, что как раз в эти годы начиналась «космическая гонка», а США нужно было в кратчайшие сроки ликвидировать отставание от СССР.

Плюсы взрыволетов

Ядерно-импульсный движитель «Ориона» по своим рабочим показателям намного превосходит хорошо известные нам ракетные приводы. Проблема в том, что почти всю массу химических ракет занимают горючее с окислителем, оставляя лишь минимальное место для полезной нагрузки. О ракетах говорят: «Топливо везет само себя». Ядерные реакции несравнимо мощнее химических, поэтому «Орион» должен был лететь всего на нескольких тоннах плутония и при этом брать на борт солидный груз.

Чистый металлический плутоний.

Очевидное преимущество атомных реакций снимало извечную головную боль конструкторов — борьбу за снижение массы и увеличение вместимости корабля. С «Орионом» можно было не скромничать, создавая комфортабельные каюты для пассажиров, просторные командные рубки и лабиринты технических отсеков в лучших традициях научно-фантастических романов.

Военный вариант взрыволета «Орион» (1960).

10-метровый обитаемый модуль взрыволета для марсианской экспедиции.

Первые, тестовые модели «Ориона», которые разрабатывались атомщиками из группы Тейлора, должны были иметь в длину до 20 метров и весить 300 тонн при «бомбовой» загрузке в 100 тонн. Но уже тогда находились мечтатели, рисовавшие в своем воображении циклопические взрыволеты весом в 8 миллионов тонн — эдакие космические ковчеги, собираемые на орбите.

Скорость — еще один козырь «Ориона». В теории он способен развивать около 10% от скорости света, что, фактически, дает нам долгожданный пропуск к звездам и «льготный абонемент» на планеты Солнечной системы. Об увеселительных полетах к Сириусу речи, конечно же, не велось. Например, путешествие к ближайшей звезде — Проксиме — на скорости в 10% от световой заняло бы 42 года. А делать там, заметим, абсолютно нечего. Считается, что этот красный карлик излишне активен и наверняка изуродовал протуберанцами все свои планеты, если таковые у него вообще имеются.

Стартовая площадка «Ориона».

Так или иначе, но взрыволетная техника — единственный реальный на сегодняшний день способ осуществления межзвездных путешествий в разумные сроки. Американские шаттлы развивают скорость 7,8 километров в секунду и способны долететь до той же Проксимы примерно за 160 тысяч лет. «Гелиос 2» (1970) — самый быстрый космический аппарат, построенный человечеством, — смог разогнаться до 70,2 километров в секунду. К Проксиме он летел бы 17 тысяч лет...

Прототип аппарата «Гелиос» в сборочном цеху.

Отражающая плита, принимающая на себя страшные волны энергии, — именно та часть «Ориона», которая вызывает больше всего вопросов. Все дело в том, что когда заходит речь о ядерных взрывах, мы подсознательно переносим этот «щит» в условия обычного ядерного взрыва (мощность которого измеряется килотоннами). Однако в случае с «Орионом» речь идет о миниатюрных бомбах мощностью около тонны тротила (для сравнения, самая разрушительная неядерная бомба MOAB, разработанная США для войны в Ираке, может «похвастаться» боезарядом, эквивалентным 12 тоннами тротила).

MOAB, она же «мать всех бомб».

Кроме того, даже полномасштабный ядерный взрыв не способен разрушить специально подготовленные металлические конструкции. Так, в 1954 году при проведении операции «Замок» (ядерные испытания на атолле Бикини) неподалеку от заряда с кодовым обозначением «Браво» были установлены две необычные мишени — крупные стальные сферы, покрытые графитом. Этот взрыв вошел в историю из-за того, что ученые неправильно рассчитали его мощность — вместо запланированных 6 мегатонн бомба «выдала» 15.

Существует мнение, что ядерный взрыв в безвоздушном пространстве не вызывает ударной волны, а следовательно, взрыволеты — не более чем миф. На самом деле межпланетное и межзвездное пространство заполнено плазмой (ионизированным газом низкой плотности). В обычных условиях его давления достаточно, чтобы разогнать, к примеру, солнечный парус («солнечный ветер» — та же самая плазма). А при подрыве ядерного заряда на отражатель, помимо плазмы, воздействует еще и распыленное «рабочее вещество» бомб. Для проекта «Орион» их начинку предлагалось делать в виде «бутерброда» из урана, оксида бериллия и вольфрама.

Люк Скайуокер В рамках ядерных испытаний серии «Свинцовый груз», проводившихся в 1957 году на полигоне штата Невада, случился казус. Один из зарядов был установлен в шахте, накрытой тяжелым стальным люком (900 килограммов). Считается, что в ходе взрыва он не был уничтожен. Напротив, его сорвало с креплений, после чего, согласно некоторым расчетам, он набрал скорость порядка 70 километров в секунду (в шесть раз больше необходимой для выхода в открытый космос) и исчез в неизвестном направлении. Ученым так и не удалось установить, покинул ли люк атмосферу планеты, поэтому данный случай не является однозначным доводом в пользу взрыволетов. Один из взрывов «Свинцового груза».

...И минусы

Недостатки «Ориона» — тема, которой довольно редко уделяется внимание при обсуждении «взрыволетного принципа». Между тем, при всех завораживающих перспективах, эти корабли имели серьезные «минусы», и отчасти именно из-за них этот проект так и остался на бумаге.

Старт «Ориона» с Земли.

Старт с Земли на «маршевом двигателе» представлял бы собой, по сути, серию ядерных взрывов на разных высотах. Конечно, можно сконструировать сравнительно «чистые» заряды, оставляющие лишь незначительное количество радиоактивных отходов. Однако при длительном и массовом применении взрыволетов проблем с экологией все равно было не избежать.

«Орион» на орбите.

Старт из космоса также вызывал нарекания. Да, взрыволет можно построить на орбите, либо (если он не слишком массивен) вывести его туда целиком, используя химические ракетоносители. Однако ядерные взрывы поблизости от нашей планеты все равно возвращают на Землю часть радиоактивных изотопов. Это, кстати, стало одной из причин, по которым испытания ядерного оружия в космосе были запрещены.

Нельзя также сбрасывать со счетов влияние ядерных взрывов на магнитосферу планеты. Порча или даже уничтожение спутников, длительные перебои со связью и проблемы с навигацией — это лишь немногое из того, что могут натворить периодические электромагнитные импульсы на высокой орбите. Масштабы подобного воздействия огромны. Теоретически, «Орион», взлетевший над Канзасом и «выдавший» серию ядерных взрывов на высоте в 400—500 километров, способен оставить без электричества почти всю континентальную часть США.

Размер мини-бомб обычно замалчивается. Построить сверхкомпактное, а главное — сверхнадежное ядерное устройство с соответствующей мощностью невозможно даже при современных технологиях. Сегодня в арсеналах сверхдержав имеются небольшие ядерные мины и ядерные снаряды, но они либо слишком массивны, чтобы создать достаточный запас «топлива» для взрыволета, либо требуют очень бережного обращения.

Выход, впрочем, есть. В середине 1990-х годов было предложено осуществлять ядерный распад при помощи антиматерии. Незначительное количество антипротонов станет отличным катализатором цепной реакции даже в малом объеме радиоактивного вещества.

Неясно, как поведет себя взрыволет при старте, — будет ли стабилен его полет? А может, он начнет вилять, кувыркаться? Хватит ли отражателю прочности, чтобы выдержать длительную серию ядерных взрывов? Насколько интенсивен будет износ амортизаторов при таких чудовищных нагрузках? Как защитить экипаж взрыволета от постоянного радиоактивного излучения? И как американцы смогли бы совершить дальнее космическое путешествие в 1957 году, если методики длительного проживания в невесомости разрабатывались десятилетиями и только на советской станции «Мир»?

«Орион» мог стать единственным кораблем, оседлавшим атомное солнце.

Альтернативы

«Орион» — самый известный проект взрыволета. Но кроме него существовали и другие перспективные разработки. К примеру, в 1970-е годы энтузиасты из Британского межпланетного общества предлагали сконструировать реактивно-ядерный двигатель в рамках программы «Дедал». Принцип его действия был иной. В «камеру сгорания» с высокой частотой выбрасывались миниатюрные капсулы с дейтерием или гелием-3. Там они облучались из электронной пушки и детонировали без «взрыва», а образовавшееся облако плазмы направлялось к реактивным соплам.

Корабль проекта «Дедал».

Убедившись в чрезмерной дороговизне «Дедала», британцы взялись за новый проект — «Медуза». По сути, это обычный солнечный парус — только очень большой и развернутый на значительном расстоянии от корабля. Давление на него создается миниатюрными ядерными взрывами. Функциональность «Медузы» остается под вопросом, так как до сих пор не испытано ни одной полноценной модели космического аппарата с солнечным парусом.

Разрабатывался свой вариант взрыволета и в Советском Союзе. Его автором стал «отец» термоядерной бомбы — академик Андрей Сахаров. О своем проекте космического корабля на взрыволетном принципе он впервые сообщил в июле 1961 года на совещании ведущих советских атомщиков в Кремле.

Взрыволет, нарисованный Сахаровым.

Конструктивно взрыволет Сахарова должен был состоять из отсека управления, отсека экипажа, отсека для размещения ядерных зарядов, основной двигательной установки и жидкостных ракетных двигателей. В нижней части корабля крепился экран диаметром 15—25 метров, в фокусе которого «гремели» бы ядерные взрывы.

Старт с Земли предполагалось осуществлять при помощи жидкостных ракетных двигателей, размещенных на нижних опорах. На высоте нескольких километров включался бы основной двигатель. В качестве стартовой площадки для взрыволета конструкторы выбрали один из районов на севере Советского Союза — было решено, что для старта нового космического корабля придется построить специальный космодром.

Проработка конструкции взрыволета Сахарова ведется до сих пор. В частности, российские физики-энтузиасты придумали уникальную комбинированную (электромагнитную и гидравлическую) систему амортизации губительного импульса.

Взрыволеты в фантастике

Книги: Альфред Элтон Ван Вогт, «Империя Атома» (1956); Джерри Пурнелл, «Космический корабль короля Давида» (1973); Пол Андерсон, «Орион взойдет» (1983); Ларри Нивен, Джерри Пурнелл, «Поступь» (1985); Стивен Стирлинг, «Каменные псы» (1990); Дэвид Вебер, Стив Уайт, «Выбор Шивы» (1997); Дэн Симмонс, роман «Олимп» (2005). Фильм «Столкновение с бездной» (1998), сериал «Звездный путь» (эпизод «Ибо мир пуст, а я коснулся неба»), игра «Альфа Центавра Сида Мейера» (1999). Взрыволет «Михаил» из романа «Поступь».

* * *

В середине прошлого века взрыволеты были не более фантастичны, чем корабли с атомным реактором на борту. Разница лишь в том, что атомоходы все же появились, причем как раз в 1959 году (ледокол «Ленин»). Проекты типа «Ориона» требовали десятилетий упорного труда и грандиозных финансовых вложений. Увы, изматывающая «лунная гонка» СССР и США быстро закончилась. Необходимость в дешевых межзвездных путешествиях отпала.

С течением времени ядерный взрыволет превратился в эдакий «Священный Грааль», которым все хотят обладать, но никто не намерен тратить целую жизнь на его поиски. К тому же, с позиций массовой космической экспансии гигантский бомбовоз — всего лишь пигмей, стучащийся в необозримые ворота мироздания.

С другой стороны, еще слишком рано списывать взрыволеты на свалку истории. Подобная технология очень пригодилась бы при первых полетах человека к Марсу или Юпитеру. Кто знает? Быть может, после того, как наука разработает более совершенный инструментарий «ядерного ремесла», однажды ночью нас с вами разбудит раскатистый грохот. Мы выйдем на балкон, увидим пунктирную трассу атомного огня, гаснущую в темном небе и неожиданно вспомним: «Черт возьми, у меня ведь в субботу взрыволет до Сатурна!».