Prawdziwy latający spodek? Niezrealizowana koncepcja statku kosmicznego o kształcie dwuwypukłym.(Lata 60te)

Układ latającego talerza jest znany wszystkim. Przez niewielu był traktowany poważnie. Na grafice porównanie X-20 Dyna Soar z proponowaną konstrukcją o kształcie dwuwypukłym.

Układ latającego talerza jest znany wszystkim. Przez niewielu był traktowany poważnie. Na grafice porównanie X-20 Dyna Soar z proponowaną konstrukcją o kształcie dwuwypukłym.

Statki kosmiczne w formie aerodynamicznej przypominającej latające talerze są popularne w świadomości ludzi. Słyszał o nich każdy oraz powstało na ich temat wiele filmów. Pomimo popularności  problem z nimi jest jednak zasadniczo krytyczny. Nie wiadomo czy są prawdziwe a jeżeli tak nie pilotują ich najprawdopodobniej ludzie. To powoduje automatycznie utratę zainteresowania osób pasjonujących się astronautyką z tego prostego powodu, że znajdują się w innej kategorii tematycznej. Czy jednak na pewno?

 Talerz to jeszcze nie UFO

Gdy z opowieści o latających talerzach usuniemy ich pozaziemskie pochodzenie a zatem i ich nieziemskich pilotów, następnie zignorujemy wydarzenia z powodu których rozpoczęła się ich sława to zostaje nam nic innego tylko konstrukcja aerodynamiczna o kształcie dwuwypukłym. Nad takim pomysłem można się już zastanawiać w czysto naukowy sposób. W końcu kształt jak każdy inny. Jeżeli będzie miał przyzwoite właściwości aerodynamiczne mógłby się do czegoś okazać użyteczny.

Idea ta nie wymaga aż tak dużej dozy dobrej woli i pójścia na kompromisy z własnym poczuciem zdrowego rozsądku jakby mogło się wydawać. Niech porównaniem będzie kierunek (jeżeli można w obecnie nie łatwych dla astronautyki czasach w ogóle o takowym mówić) w którym poszły współczesne konstrukcje- lub raczej od jakiego się odwróciły.  Mianowicie nie myśli się dzisiaj o jeszcze tak niedawno wydawałoby się normalnym konstruowaniu skrzydlatych statków kosmicznych (poza wyjątkiem Dream Chasera- mini wahadłowca znajdującego się w fazie testów…jakkolwiek żeby być ścisłym nie jest on klasycznym wahadłowcem znanym z STS a konstrukcją opartą o kadłub nośny.)  Praktycznie wszystkie podmioty zajmujące się konstruowaniem pojazdów kosmicznych zdecydowały się na niezgrabne i toporne pod względem wizualnym kapsuły kosmiczne. ..i to w XXI wieku! Wiek, którego początek stawiał w wizjach pisarzy powieści fantastyczno naukowych człowieka w większości zakątków Układu Słonecznego. Niech przykładem będzie film Odyseja Kosmiczna 2001 lub 2010…zgadnijcie kiedy mieliśmy znaleźć się w okolicach Jowisza.

Wszystkie kształty dozwolone

Wybór wspomnianych kapsuł został podyktowany doświadczeniami półwiecza załogowych lotów kosmicznych. Jednak początek był areną śmiałych wizji w których wszystkie kształty były dozwolone i miały swoją szansę. Co więcej. W roku 1962 zaproponowano kształt dwuwypukły dla projektowanego statku Apollo! Następnie jeszcze jeden, żeby po kilku próbach wylądować jako propozycja orbitalnego bombowca na biurkach wojskowych, którzy ze względu na otwarte umysły w sprawach nowych środków przenoszenia broni  poświęcili projektowi całkiem sporo uwagi.

Kolejne wersje rozwojowe pojazdów o kształcie dwuwypukłym. Od propozycji statku Apollo przez orbitalną taksówkę do orbitalnego bombowca. (grafika: astronautix.com)

Kolejne wersje rozwojowe pojazdów o kształcie dwuwypukłym. Od propozycji statku Apollo przez orbitalną taksówkę do orbitalnego bombowca. (grafika: astronautix.com)

Początek całej historii związany jest postacią Alana Kehleta. Inżyniera, który miał znaczny wpływ na kształt amerykańskiego załogowego programu kosmicznego w dobie jego powstania w latach 60tych. Pierwszy raz wysunął pomysł statku o kształcie spodka już w 1959 roku. Nie udało mu się przeforsować tego pomysłu do tworzącego się programu Apollo i misji księżycowej jakkolwiek jako oferent (propozycji było kilka) został poproszony o przeprowadzenie analizy statku o kształcie soczewki (staram się unikać skojarzeń językowych z trwającą w tym samym okresie UFO manią). Kehlet przedstawił w 1962 roku zmodernizowaną wersję swojego pojazdu dla zastosowań wojskowych. Nie było w tym nic dziwnego, gdyż większość propozycji tego typu przechodziło przez biurka wojskowych, którzy w latach 60tych dysponowali sporym budżetem mającym na celu równoległe prace w zakresie astronautyki załogowej co NASA. Przykładem może być program wojskowej stacji orbitalnej MOL mającej być obsługiwanej przez statki Gemini pod kuratelą wojska odpowiednio zmodyfikowane do tej roli jak i niezrealizowany program X-20 Dyna Soar. W tamtym okresie często szczegóły decydowały o wyborze jednej z propozycji do zrealizowania ale przez pewien czas na początku lat 60tych każda z nich była równoprawna a wybór statków Apollo wcale nie był oczywistością.

Kapsuła Gemini w malowaniu i oznaczeniach wojskowych USAF. W opracowaniach występuje pod nazwą Gemini B oraz Gemini Blue.

Kapsuła Gemini w malowaniu i oznaczeniach wojskowych USAF. W opracowaniach występuje pod nazwą Gemini B oraz Gemini Blue.

Wizualizacja wojskowego Gemini zadokowanego do niezbudowanej stacji MOL (która była jedną z wielu ofiar kosztownego programu Apollo)

Wizualizacja wojskowego Gemini zadokowanego do niezbudowanej stacji MOL (która była jedną z wielu ofiar kosztownego programu Apollo)

Kehlet argumentował że kształt soczewki posiada szereg zalet niespotykanych w innych konstrukcjach- kapsuł, kadłubów nośnych (jak Dream Chaser) czy skrzydlatych orbiterów (Buran, Wahadłowce STS). Przy wchodzeniu w atmosferę z przestrzeni kosmicznej konstrukcja dwuwypukła nagrzewała się dużo mniej niż konkurenci. Umożliwiło to mniej prac nad osłonami termicznymi (zmora wahadłowców i bardzo czasochłonne prace- wystarczy spojrzeć na czas poświęcony osłonom termicznym w kapsule Orion budowanej aktualnie).  Co więcej przy prędkościach poddźwiękowych był bardziej sterowny niż orbitery ze skrzydłami czy kapsuły pozbawione w ogóle jakiejkolwiek sterowności (jakkolwiek niestabilny aerodynamicznie, żeby nie mylić pojęć).Co więcej. Mógł lądować bez podwozia zarówno na lądzie jak i wodować. Symetryczna konstrukcja oznaczała również nieskomplikowaną integrację z rakietą nośną.

Sam kształt soczewki jest jednak bardzo niestabilny aerodynamicznie co jednak nie jest cechą dyskwalifikującą konstrukcję. „Zwykłe” myśliwce jak Eurofighter bez korekt komputera nie byłyby w ogóle sterowalne gdyby ograniczyć je tylko do obsługi przez człowieka a wyglądają dosyć klasycznie w porównaniu do propozycji Kehleta. Tak czy inaczej do projektu musiały zostać dodane wysuwane powierzchnie sterowe które byłyby używane w końcowej fazie przed przyziemieniem (poniżej prędkości 2 machów).

Jak potoczyła się historia wszyscy wiemy. Program Apollo miał zostać zrealizowany przez konstrukcję opartą o kształt kapsuły. To zamknęło dalsze prace nad statkami opartymi o inną architekturę. Następna szansa pojawiła się dekadę później jednak wtedy poparto pomysł oparty o kadłub nośny i docelowo zwyciężyła wizja skrzydlatego orbitera. Tak zaczęła się epoka wahadłowców. Warto zatrzymać się jednak na początku lat 60tych i przyjrzeć się najbardziej rozwiniętej wersji statku o kształcie soczewki mającej być na usługach USAF- Amerykańskiego Lotnictwa Wojskowego i będącego orbitalnym bombowcem.

Mity o micie

Studium z 1963 roku prezentowało statek w kształcie dysku o średnicy 12 metrów a zatem dużo większy od proponowanego przez Kehleta statku do programu Apollo. Załoga miała składać się z 4 osób, które wykonywałby misje patrolowe trwające 6 tygodni. W ładowni statku miała znaleźć się broń jądrowa. Inna wersja zakładała misje zwiadowcze. Pojazd miał zostać zostać skonstruowany w okresie od 1965 do 1975 roku. Co ciekawe w 200 roku w magazynie „Popular Mechanics” pojawił się artykuł w tym temacie, który jednak „poszedł” trochę za daleko. Mianowicie zasugerowano, że pomysł latającego talerza jako orbitalnego bombowca był rozwojową wersją konstrukcji nad którą pracowano w latach 50tych w ramach „czarnego projektu” (tajnego- realizowanego bez oficjalnego poparcia władz) o nazwie „Project Silver Bug”. Miał on na celu zbudowanie samolotu bombowego w kształcie dysku. Warto w tym miejscu jednak odnieść się negatywnie do tezy wspomnianego artykułu. Nie było praktycznie możliwości połączenia tych dwóch tematów a nawet więcej – takiej konieczności. Samolot, który był przedmiotem „Silver Bug” był „zwykłą” konstrukcją atmosferyczną bez możliwości zaadaptowania jej do roli kosmolotu…a już na pewno nie do powrotu na ziemię w całości.

Pierwsza strona wspomnianego artykułu. Żeby przeczytać całość Kliknijcie!

Pierwsza strona wspomnianego artykułu. Żeby przeczytać całość Kliknijcie!

Strona tytułowa odtajnionego projektu Silver Bug. Kliknijcie żeby pobrać cały dokument!

Strona tytułowa odtajnionego projektu Silver Bug. Kliknijcie żeby pobrać cały dokument!

AFD-090218-169

Tak miał wyglądać bombowiec Silver Bug

Tak miał wyglądać bombowiec Silver Bug

Nie musiano korzystać z rezultatów tego programu gdyż studium techniczne Alana Kehleta zawierało wszystko co potrzebne do zrobienia orbitalnej wersji statku-soczewki znanej jako LRV- Lenticular Return Vehicle i to jego koncepcje należy przyjąć jako źródło pomysłu na dyskoidalny kosmiczny bombowiec..

LRV Alana Kehleta. Kliknijcie żeby pobrać cały dokument!

LRV Alana Kehleta. Kliknijcie żeby pobrać cały dokument!

LRV1

Artykuły popularnonaukowe zahaczając o ten temat wytworzyły jeszcze jeden mit. Mianowicie nazwały bombowiec nuklearnym sugerując, że miał on mieć taki właśnie napęd. Tymczasem inżenierowie wprawdzie rozważali taką opcję ale nie do napędu ale jako źródło zasilania elektrycznego przez zamontowanie na pokładzie ogniwa RTG (takiego jak ma łazik Curiosity i spora część sond kosmicznych) już we wczesnej fazie wyszło, że taniej i bezpieczniej będzie zdecydować się na klasyczne ogniwa fotoelektryczne. Sam napęd pojazdu miał być jak najbardziej klasyczny bo chemiczny.

 Konkrety

Cała historia projektu jest na tyle ciekawa, że nie trzeba jej poprawiać „Czarnymi projektami” ani super-napędem. Przejdźmy więc do konkretów. System miał się składać z trzech elementów: Załogowy statek dowodzenia opcjonalnie sam uzbrojony w środki rażenia, bezzałogowy nosiciel ładunków jądrowych (również oparty o kształt dysku) oraz same środki rażenia. Te ostatnie miały być skrzydlatymi rakietami z oczywistą zdolnością wejścia w atmosferę, żeby eksplodować jak najbliżej celu. Średnica broni to 50 cm (140cm  ze skrzydłami) oraz 7 metrów długości. 90 kg paliwa miało umożliwić deorbitację a skrzydła zasięg rażenia po 2 tysiące kilometrów w lewo lub prawo od inklinacji orbity z której schodziły.

Bezzałogowy nosiciel pocisków był platformą która zawierałaby kilka takich rakiet. Miał mieć na pokładzie 320 kg paliwa które napełniałoby pociski przed ich wystrzeleniem. Do nosiciela wysyłane były by załogowe misje serwisowe które odwiedzałyby go co 6 tygodni. Najciekawszy jest jednak projekt statku załogowego!

NuclearFlyingSaucer01

lc

Kształt dysku umożliwił wygospodarowanie imponująco dużej przestrzeni ciśnieniowej w spodku o wspomnianej średnicy 12 metrów. 4 kosmonautów miało dla siebie bardzo dużo miejsca nawet pomimo ładowni zapchanej 4 sporymi rakietami jądrowymi. Co więcej przedział dowodzenia był w istocie samodzielnym statkiem! W razie potrzeby mógł odłączyć się od dysku i podjąć samodzielny lot włącznie z powrotem na ziemię.

NuclearFlyingSaucer03

Nominalna orbita operacyjna jaka była dla statku zaplanowała znalazłaby się na wysokości 560 km. Konstrukcja z przyczyn opisanych wyżej zawierała elementy sterowe. Dwa stery pionowe oraz uchylną klapę w tylnej części pojazdu. Ładunek użyteczny wynosić miał 12 ton w tym 3,6 tony zabierały 4 skrzydlate rakiety jądrowe. Pomieszczenia zostały podzielone na 4 sekcje. Pomieszczenia mieszkalne, pomieszczenia pracy, magazyn broni (nieciśnieniowy) i kapsułę/centrum dowodzenia. Każda sekcja była autonomiczna i była możliwość jej odcięcia w razie konieczności od pozostałych.

Centrum dowodzenia wydaje się najbardziej niesamowitym elementem statku gdyż jak wspomniałem było jednocześnie samodzielnym statkiem.  Znajdowała się na przodzie pojazdu w jego centralnej części. Miała 5 metrów długości i blisko 2 szerokości. Gdy znajdowała się w strukturze statku oddzielała część mieszkalną od częsci roboczej. Do każdej z sekcji dostać można się było przez oddzielne drzwi. Same drzwi były otoczone materiałem uszczelniającym „na sztywno” uniemożliwiającym pojawienia się nieszczelności. Zostałby on zerwany tylko w momencie wystrzelenia kapsuły jednak w takim wypadku byłby to dla kosmonautów najmniejszy problem w stosunków do domniemanych przyczyn które by ich do tego zmusiły.

Zwiedzanie z przewodnikiem

Kapsuła/Centrum dowodzenia wyposażona była poza miejscem dla załogi i systemem zarządzania całym statkiem w swoje paliwo i awaryjne źródło zasilania. Wspomniane drzwi po bokach kapsuły po jej wystrzeleniu umożliwiały opuszczenie statku.

Oddzielenie od całości statku było dokonane za pomocą rakiety na paliwo stałe które dawało (miało dawać) ciąg 220kN przez 10 sekund (jak wiemy raz odpalonego silnika tego typu nie da się zatrzymać dopóki się nie wypali). Początkowe przyspieszenie to aż 8 g!- nieprzypadkowo. Kapsuła miała być też elementem ratunkowym na wypadek eksplozji pierwszego stopnia rakiety Saturn V, która miała statek wynosić.

Lądowanie miało odbywać się na spadochronach przy prędkości 7 m/s. Stabilizację powracającej kapsuły miały zapewniać 4 wysuwane stabilizatory znajdujące się w tylnej części pojazdu. Wnętrze kapsuły nie było duże zważywszy na to, że w normalnych warunkach zasadniczo nie byłoby w trakcie misji wykorzystywane jednak umożliwiało wykonanie wszystkich operacji całej załodze ubranej w skafandry kosmiczne (ciekawostką jest, że podczas lotów rosyjskich Sojuzów dopiero po katastrofie Sojuza 11 wprowadzono takie wymagania. Wcześniej rosyjscy kosmonauci odbywali wszystkie misje bez skafandrów- po prostu zabierały za dużo miejsca. Po wspomnianej katastrofie przez długi czas Sojuzy latały z dwu a nie trzyosobową załogą za to w skafandrach kosmicznych.)

Podczas typowej misji po osiągnięciu orbity i rozpoczęciu patrolu korzystając z „drzwi” po prawej stronie można było dostać się do sekcji mieszkalno-wypoczynkowej. Zawierała ona nawet na dzisiejsze standardy wygodne warunki życia. Znajdowały się tam miejsca do spania, rozkładany stół, zapasy jedzenia, WC oraz maszyny do ćwiczeń. Pomyślano też o krzesłach! Każdy miał indywidualne miejsce do spania z osobistą szafką na książki i inne prywatne drobiazgi. Sekcja zawierała również śluzę którą było można dostać się do nieciśnieniowej sekcji z uzbrojeniem.

dcc

Żeby z sekcji ciśnieniowej dostać się do pomieszczeń roboczych należało przejść przez drzwi do kapsuły/sekcji dowodzenia i otworzyć następne na drugiej burcie. Tutaj znajdowały się wszystkie konsole sterowania uzbrojeniem i jego monitorowaniem. Tutaj również obsługiwano bezzałogowe nosiciele pocisków wspomniane wyżej. Duża przestrzeń jaką zapewniał dyskoidalny kształt statku umożliwiała łatwy dostęp do sprzętu gdyby wymagał on naprawy. Po środku pomieszczenia zostawiono pustą przestrzeń nie zagracając jej sprzętem, żeby w razie konieczności przemieszczanie się członków załogi mogło być błyskawiczne. Wszystkie konsole znajdować miały się na ścianach. Schemat statku pokazuje że znajdowałaby się tam również spora śluza powietrzna umożliwiająca jak ta z części mieszkalnej przejście do przedziału uzbrojenia ale też umożliwiająca opuszczenie statku w celu przeprowadzenia EVA.

Podsumowanie

Sam pojazd został zdefiniowany jako wielorazowego użytku jakkolwiek bez podania maksymalnej liczby wystrzeleń. Studium zakładało tylko inspekcję poszycia w celu sprawdzenia czy osłona termiczna jest nie uszkodzenia oraz czy nie ma śladów po mikrometeorytach. W teorii po tej czynności statek mógł być przygotowany do następnego lotu. Jak takie założenia wyglądałyby w praktyce mogliśmy się przekonać w minionej epoce wahadłowców STS. Takie założenia były z pewnością zbyt optymistyczne.

Pomimo fascynującej oryginalności pomysłu statek w takiej formie był maszyną zagłady.

Pomimo fascynującej oryginalności pomysłu statek w takiej formie był maszyną zagłady.

Pomimo „bombowego” wyglądu i oryginalności koncepcji można zadać sobie pytanie czy szkoda, że taki statek nigdy nie powstał. Jak rzadko kiedy w śmiałych założeniach przedsięwzięć astronautycznych w tym wypadku uważam, że dobrze iż projekt pozostał tylko na papierze. Przede wszystkim miała to być broń masowego rażenia umieszczona na orbicie i nie miała służyć innym celom niż umożliwienie ataku nuklearnego na cele naziemne. Umieszczona powyżej granicy która umożliwiłaby skuteczną obronę większości państw na Ziemi. Miała być stworzona i użytkowana przez Siły Powietrzne USA. Misji naukowych nie zakładano. Co do samego kształtu statku to w tym wypadku niestety po wstępnym przedstawieniu agencjom cywilnym koncepcja nie zyskała poparcia i nie doprowadzono jej do takiego zaawansowania jak w przypadku wersji orbitalnego bombowca.

Na koniec przypominam, że w artykule zamieściłem DWA historyczne dokumenty na temat do pobrania w formacie PDF. Tam znajdziecie szczegóły których ze względu na chęć zachowania popularnonaukowej formy nie zdecydowałem się zamieścić jak parametry lotu, prędkości wejścia w atmosferę i danych na temat napędu i użytych paliw.

LRV-TopView LRV-Front

Układ Słoneczny w zasięgu ręki- historia Projektu Orion (1958-1964)

fot: Adrian Mann za bezpośrednią zgodą autora.

fot: Adrian Mann za bezpośrednią zgodą autora.

Poniższy artykuł po zmianach redakcyjnych został opublikowany w czasopiśmie AstroNautilus Nr 6/2012 (23). Z racji zamknięcia wydawania magazynu a chęci zapoznania Was z tą niesamowitą historią postanowiłem zamieścić go na swojej stronie w oryginalnej wersji w jakiej przesłałem tekst do redakcji.

    W sierpniu 1963 roku po długich negocjacjach podpisano układ o zakazie prób z bronią nuklearną w atmosferze, w przestrzeni kosmicznej i pod wodą. Głównymi sygnatariuszami tego postanowienia były Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, oraz Związek Radziecki. Powodem dla którego zdecydowano się porozumieć pomimo trwającej Zimnej Wojny były obawy przed skażeniem atmosfery w wyniku rosnącej ilości prób jądrowych coraz to większych ładunków. W ich wyniku stężenie radioaktywnego izotopu węgla 14C w atmosferze na początku lat sześćdziesiątych było dwukrotnie wyższe niż przed okresem prób Nikt praktycznie wtedy nie wiedział (a i mało osób wie dzisiaj), że układ ten zastopował ściśle tajne prace nad statkiem kosmicznym o jądrowym napędzie impulsowym znanym jako Projekt Orion. Gdyby pomysł ten doszedł do skutku pojazdy kosmiczne od 40 lat bardziej przypominałyby te znane z filmów fantastycznych latając do Marsa, Jowisza i Saturna, niż latające dzisiaj małe kapsuły wykonujące misje na niskiej orbicie ziemskiej.

***Bombowy pomysł***

    Podstawy koncepcji pulsacyjnego silnika jądrowego zostały zaproponowane w 1946 (inne źródła podają 1944) roku przez polskiego matematyka urodzonego we Lwowie Stanisława Ulama (w tamtym czasie pracującego przy projekcie Manhattan w USA). Po skonstruowaniu bomby jądrowej postanowiono poszukać innych jej zastosowań niż zrzucanie na miasta. Jedna z propozycji zakładała, żeby użyć wybuchów nuklearnych do napędu rakiet nośnych. Na jej bazie powstała wizja załogowego statku kosmicznego, który wykorzystywałby taki napęd. W 1958 roku projekt zyskał oficjalne finansowanie rządowej agencji ARPA (Advanced Research Projects Agency) co było znakiem, że zabrano się do koncepcji na poważnie. Nadano mu oficjalny kryptonim “Orion” z rozwinięciem “Study of Nuclear-Pulse-Propelled Space Vehicles”.

elements

Idea napędu statku jest dosyć prosta. Gdy znajduje się on na orbicie (rozważano też bezpośredni start z Ziemi) wystrzeliwuje za siebie mały ładunek atomowy. Urządzenie w swojej konstrukcji zawierałoby substancję, która podczas wybuchu zamieniłaby się w wysokoenergetyczną plazmę. Rozpędzona eksplozją wpadłaby na rufę statku popychając go do przodu. Konstrukcja pojazdu byłaby przygotowana na to uderzenie, gdyż za tarczą przyjmującą na siebie powstałe siły (dalej będę posługiwał się terminem płyta napędowa) znajdować się miały potężne amortyzatory, które rozłożyłyby siłę przyspieszenia w czasie tak, żeby znajdująca się na przodzie statku część z ładunkiem, osprzętem i załogą mogła bezpiecznie i relatywnie komfortowo znieść proces przyspieszania. Moc ładunku musiałaby być tak dobrana, żeby każdorazowe przyspieszenie w przypadku wersji załogowej nie przekraczało 2-4g. Operacja wystrzeliwania i wybuchów ładunków zostałaby powtórzona w krótkich interwałach czasowych do osiągnięcia zaplanowanych parametrów lotu. Opracowano koncepcję atomowych ładunków napędowych NPU (Nuclear Pulse Unit), tak zaprojektowanych, że zaabsorbowałyby większość szkodliwego promieniowania. Oznaczało to, że płyta napędowa mogłaby być wykonana ze zwykłej stali. Przy teoretycznych wyliczeniach okazało się, że można by tę konstrukcję rozpędzić do 10% prędkości światła przy bezzałogowej misji poza Układ Słoneczny.

Przekrój statku Orion. Jak widać konstrukcja jest tak prosta jak...amortyzator samochodowy.

Przekrój statku Orion. Jak widać konstrukcja jest tak prosta jak…amortyzator samochodowy.

***Nie dla rakiet konwencjonalnych!***

    W tym samym roku w którym projekt Orion stał się oficjalnym przedsięwzięciem utworzono również NASA. Główni naukowcy zajmujący się Orionem w tym czasie: Freeman Dyson i Theodore Taylor, stali w opozycji względem drogi rozwoju obranej przez Wernera von Brauna. Już wtedy twierdzili, że możliwości rakiet chemicznych są niewspółmiernie małe do ich ceny i nie pozwolą wysłać człowieka poza układ Ziemia – Księżyc.Problem ten wydaje się być dzisiaj bardziej aktualny niż kiedykolwiek w kontekście zakończenia programu STS i szukania nowych celów załogowej eksploracji przestrzeni kosmicznej poza LEO w ramach propozycji Flexible Path.

***Wojsko lubi atom***

W roku 1959 ARPA nie mogło udźwignąć finansowania programu w dotychczasowej formie, więc kierownictwo projektu musiało zwrócić się do wojska żeby uratować przedsięwzięcie. Statek stracił swój cywilny charakter i miał stać się platformą bojową umieszczoną na orbicie polarnej. W ten sposób w zasięgu środków rażenia znalazłby się każdy obszar ziemi na naszej planecie. Najprawdopodobniej szczęśliwie dla nas a nie do końca dla projektu takie rozwiązanie w latach sześćdziesiątych wiązałoby się z szeregiem problemów, które polegały na zbyt małym technicznym zaawansowaniu samej broni, którą Orion miał przewozić. Przede wszystkim nie istniał system naprowadzania głowic z przestrzeni kosmicznej na obiekty na Ziemi. Orbita polarna miała swoje plusy, ale wojsko chciało mieć możliwość wystrzelenia swoich pocisków w ZSRR w ciągu 15 minut czego nie można było zapewnić. W ten sposób projekt przestał cieszyć się zainteresowaniem Sił Powietrznych USA.

***Kompromisy***

Z realnych opcji kontynuowania prac została NASA i współpraca z von Braunem. Ten ostatni dał się przekonać do koncepcji i poparł projekt. Kształt statku jednak uległ zmianie. Jego elementy miały zostać wyniesione przez rakiety Saturn V ,więc cały pojazd zmalał do wymiarów akceptowalnych przez rakietę nośną. Płyta napędowa miała mieć średnicę 10 metrów a reszta pojazdu musiała być do tego rozmiaru przeskalowana. Statek w takiej konfiguracji stanowił najbardziej dojrzałą konstrukcję, która została przedstawiona w odtajnionych dokumentach NASA w 1964 roku dzięki staraniom zarządzającego umierającym projektem Jamesa Nancea. Ten ostatni zdawał sobie sprawę, że układ o zakazie prób jądrowych czynił Oriona „nielegalnym” niejako przez przypadek (ze względu na tajność projektu o jego istnieniu wiedziało bardzo niewielu ludzi) i chciał, żeby koncepcja tego statku stała się znana mając nadzieję na zrobienie wyjątku w obowiązującym prawie. Pomimo, iż często przyjmuje się, że to układ moskiewski był gwoździem do trumny Projektu Orion to prawda ukryta w szczegółach pozwala dostrzec jeszcze jeden powód decyzji o jego zakończeniu. Podpisanie układu odbyło się w sierpniu 1963 roku, ale program pomimo niezgodności z prawem międzynarodowym nie został zamknięty natychmiast. Stało się to w grudniu 1964 roku, gdy za sprawą wymagającego coraz większej ilości środków finansowych Programu Apollo, NASA nie przydzieliła Orionowi funduszy na dalsze badania.

Pomimo ambitnych początków (papier wszystko przyjmie) nabliższa realizacji była wersja z płytą napędową 10 metrowej średnicy dopasowanej do rakiet Saturn V.

Pomimo ambitnych początków (papier wszystko przyjmie) nabliższa realizacji była wersja z płytą napędową 10 metrowej średnicy dopasowanej do rakiet Saturn V.

Pomimo być może niekorzystnego pierwszego wrażenia jakie robi pomysł napędu polegający na wielokrotnych eksplozjach jądrowych kilkadziesiąt metrów od pomieszczeń z załogą to koncepcja ta ma szereg zalet, których trudno wymagać od innych rozwiązań. Pomimo formalnie jądrowego typu napędu, przedział napędowy nie grozi promieniowaniem i skażeniem, gdyż nie ma w nim pracującego ciągle stosu atomowego. Ładunki napędowe są proste w konstrukcji i ich składowanie nie przysporzyłyby żadnych kłopotów nawet w planowanej liczbie dziewięciuset sztuk dla podstawowej konfiguracji umożliwiającej przelotu wokół Marsa (do 1991 roku atomowe pociski artyleryjskie były w użyciu przez USA) Dostęp człowieka do tego segmentu byłby nieograniczony, gdyby zaszła taka potrzeba i praktycznie natychmiastowy. Jedynie operacje przy samej płycie napędowej wymagałyby odczekania kilku godzin od wybuchu ostatniego ładunku. W stosunku do znanych nam typów pojazdów rozwiązania zastosowane w module napędowym wydają się być niestosownie toporne. Nie znajdziemy tu żadnych nieznanych jeszcze materiałów i wyszukanej inżynierii. Najbardziej wymagającym elementem byłby system wystrzeliwania NPU przez otwór w płycie napędowej. Eksplozje musiałyby być zsynchronizowane co jest krytyczne dla przebiegu misji. System ten wydaje się być jedyną piętą achillesową konstrukcji pod względem niezawodności. Gdyby okazało się, że nawet pewien procent ładunków napędowych jest niesprawny łatwo można zamienić je na inne. Jednak gdyby pojawiła się krytyczna usterka w urządzeniu wystrzeliwującym ładunki to oznaczałoby wyrok dla załogi. W wypadku awarii rozpędzonego statku załoga nie miałaby możliwości jego wyhamowania, gdyż paliwo chemiczne znajdujące się w statku ewakuacyjnym/kapsule powrotnej nie byłoby w stanie zmniejszyć prędkości nadanej przez kilkaset ładunków jądrowych. Jedynym rozwiązaniem tego typu sytuacji byłby lot dwóch pojazdów w szyku. W przypadku awarii jednego z nich załoga przesiadłaby się do sprawnego. Jak deklarują projektanci wszystkie inne mechaniczne usterki byłyby w pełni naprawialne w locie za pomocą znajdujących się w kontenerze części zapasowych. Nad przedziałem napędowym znaleźć miałaby się część z ładunkiem, oraz moduły załogi i nawigacji. Jak podają dokumenty kształt tej części pojazdu byłby zdefiniowany przez dwa podstawowe wymagania. Nadanie takiej powierzchni przeznaczonej do pracy i życia, żeby umożliwiło załodze komfortową podróż trwającą około jednego roku, oraz zapewnienie jej ochrony przed promieniowaniem. Tutaj napęd impulsowy daje pewną przewagę nad innymi typami rakiet nuklearnych. Czas w którym załoga narażona byłaby na promieniowanie to czas działania napędu czyli 3 – 15 minut. Ustalono, że technicznie możliwe byłoby ograniczenie napromieniowania kabiny załogowej do 50 remów przyjętych przez załogę w trakcie całej misji.

OrionAtIo1280

Grafika Ben Margolis. Publikacja za bezpośrednią zgodą autora.

Kwestia użytego napędu i promieniowania zwraca na siebie uwagę nie tylko podczas rutynowego lotu pod kątem bezpieczeństwa samej załogi. Nie mniej ważną sprawą był start i umieszczenie Oriona na orbicie. Uwagę naukowców zwróciły trzy główne scenariusze. Pierwszy przypadek zakładałby awarię rakiety nośnej podczas startu, gdy wynosiłaby moduł z ładunkami napędowymi. Stwierdzono, że siła wybuchu rakiety nie zapewniłaby odpowiednich warunków do wybuchu głowic jednak temperatura mogłaby spowodować wyparowanie plutonu i skażenie okolicy kosmodromu. Drugi scenariusz przewiduje awarię rakiety tuż przed dotarciem na orbitę, gdyby zawiódł górny stopień. Wtedy rozpocząłby się proces upadku całego zespołu na ziemię. Wywołałoby podobny efekt jak ten opisany powyżej z tą różnicą, że obszar na którym statek by się rozbił byłby przypadkowy. Ostatni z przewidywanych niekorzystnych scenariuszy zakładał awarię wystrzelonego ładunku napędowego na orbicie ziemskiej i brak jego reakcji na polecenie autodestrukcji. Dokumenty zapewniają, że nawet jego ogniste przejście przez atmosferę nie wywołałoby wybuchu jądrowego jednak ponownie należałoby się liczyć ze skażeniem.

Z Projektem Orion nie wiążą się tylko nad wyraz oryginalne plany teoretyczne. Przeprowadzono również kilka eksperymentów praktycznych w tym najbardziej widowiskowe próby działającego modelu. Konstrukcja ważyła 105 kg i zawierała sześć ładunków konwencjonalnych z materiału C4 o wadze 1 kg. Po inicjującym odpaleniu ładunku prochowego, który oderwał pojazd od ziemi udało się przeprowadzić stabilny lot osiągając wysokość 105 metrów. Materiały filmowe na których zarejestrowano eksperyment dostępne są w internecie i dają pewne wyobrażenie o modelu lotu takiej konstrukcji.

Innym praktycznym testem był epizod w czasie trwania Operacji Blumbbob z roku 1957. Nie był on połączony z Projektem Orion jednak jego wyniki były wykorzystane w ramach programu. W trakcie jednej z prób (oznaczoną pod nazwą Pascal-B) nad bombą umieszczona została 900 kilogramowa stalowa płyta, która miała przetestować zdolność zmniejszenia skutków przypadkowego wybuchu bomby. W celu rejestracji testu użyto szybkobieżnej kamery i odpalono ładunek. Płyta została uchwycona tylko na jednej klatce. Obliczenia po wydarzeniu wykazały, że mogła osiągnąć ona nawet sześciokrotną prędkość ucieczki. Byłaby pierwszym obiektem wyniesionym w kosmos za pomocą napędu jądrowego, gdyby nie fakt, że najprawdopodobniej wyparowała w wyniku tarcia atmosferycznego (w każdym razie nie spadła z powrotem na ziemię).

102197_v1

Fotografia wykonana w czasie jednego z testów.

W chwili obecnej kwestia opracowania i wdrożenia do użytku nowego napędu wydaje się być paląca jeżeli ludzie będą chcieli w sensowny sposób podróżować do innych planet. Po zakończeniu programu STS przez NASA i czterdziestu latach spędzonych przez człowieka na niskiej orbicie naszej planety udanie się w głęboki kosmos wydaje się być koniecznością dziejową. Odrodzenia Projektu Orion nie możemy się wprawdzie spodziewać, jednak spełnił on w pewnym sensie ważne zadanie. Pokazał, że istniała realna alternatywa wobec dokonanego wtedy wyboru w jaki sposób człowiek będzie podróżował przez przestrzeń kosmiczną na bazie dostępnych technologii. Wprawdzie nie ma możliwości odgadnięcia jakby to było, gdyby historia potoczyła się innym torem jednak można odnieść wrażenie, że ta ostatnia zatoczyła koło i pyta się nas ponownie „Jak daleko chcecie się udać i co w tym kierunku macie zamiar zrobić?”

Przeczytajcie całe studium projektu w oryginale! Pisząc powyższy tekst opierałem się głównie na dokumencie NASA, które swego czasu można było ściągnąć z ich archiwum. Na wskutek dziwnej polityki agencji nie ma możliwości ściągnięcia tego dokumentu obecnie.  Poniżej cały dokument w PDF.

nn

GA-5009vIII