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獵戶座計劃

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美國國家航空暨太空總署(NASA)參考一位藝術家的概念下,其為獵戶座計劃所設計出來的以核動力驅動的航天器。

獵戶座計劃(Project Orion)是一項旨在直接地以探測器後方一連串的原子弹爆炸來驅動(核脈衝推進)的航天器研究計劃。這種飞行器/火箭的早期版本被提及到從地面上起飛會帶有顯著相關的放射性落下灰具有破壞環境以及危害生物的嚴重性災難);後來的版本顯示了只限用於太空的情景。

通過爆炸物質燃燒的火箭推進概念首先由俄羅斯爆炸物專家尼古拉·科巴基奇英语Nikolai Kibalchich(Nikolai Kibalchich)在1881年所提出的,並且在1891年德國工程師赫爾曼·甘斯文特英语Hermann Ganswindt(Hermann Ganswindt,发明家和火箭研究先驱)獨自研發出類似的概念。核動力的綜合提案首先由斯塔尼斯拉夫·烏拉姆(Stanislaw Ulam)在1946年提出的,並且由F. 萊因斯(F. Reines)與烏拉姆在寫於1947年的洛斯阿拉莫斯(Los Alamos )備忘錄中進行了初步的計算。[1]在這實際的計劃上,始於1958年,由任職於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)與物理學者弗里曼·戴森(Freeman Dyson)領導,戴森在泰勒的要求下從位在普林斯頓(Princeton)的高等研究院離開,並且花了一年的時間从事于這項計劃。

獵戶座(計劃)的概念是同时提供高推力和高比衝(Specific impulse),或者是火藥發射推進效率,將之一起發展出來。對於要產生出如此前所未有的極度動力/功率之必需條件將會藉由通過著核爆炸來實現,在這樣的動力/功率之下相對於火箭整體能夠完全倖存下來也只有通過使用外部引爆才能達成,而不試圖將它們(爆炸裝置)包含在(火箭的)內部結構中。作為一項在性質上的對照,傳統化學發射火箭——比如像是土星5号运载火箭(Saturn V)將阿波羅計畫(Apollo program)給帶到月球去——產生出高推力連同著低比衝,尽管電離子引擎(ion engines)能夠非常有效地產生出少量的推力。在當時的考慮/計算之下獵戶座(計劃)將會提供與最先進常规/传统的或者是核火箭引擎相比較之下更加優越性能(的航天器)。獵戶座計劃的支持者認為它具有廉價行星際航行(interplanetary travel)的潛力,但是由於它的動力會連帶著輻射性微塵所涉及的擔憂而完全失去政治上的批准/讚同。[2]

一般認為1963年8月5日的部分禁止核試驗條約已經結束了該計劃。然而,從榮霞計劃英语Project Longshot(Project Longshot)到代達羅斯計劃(Project Daedalus)、微型磁力獵戶座航天器英语Mini-Mag Orion(Mini-Mag Orion),以及在考慮到熱功耗階段其達到了工程分析的其他方案中,外部核脈衝推進達最大限度地發揮生存能力的原則在對於嚴肅星際航行學說中,其沒有外部電力發射和有關非常高性能的行星際航行下這樣的概念仍然很常見。這種後來的提案已傾向於通過設想的裝置驅動更小的裂變或聚變芯塊之爆炸來修改基本的原理,儘管比較起來獵戶座(航天器)的最大核脈衝機組(核彈)是基於較少推理/纯理论性的技術。事實上这个是個很荒唐以及瘋狂的一項計劃,猎户座计划失败的原因在於放射性污染的危险性。

《藉由原子彈抵達火星:獵戶座計劃秘史》(To Mars by A-Bomb: The Secret History of Project Orion)是一部2003年英國廣播公司(BBC)關於該計劃的紀錄片[3]

基本原理[编辑]

獵戶座航天器-關鍵性組件。[4]

獵戶座核脈衝(航天器)驅動器結合了非常高的排氣速度/速率,在典型的行星際(航行)設計中是從19到31 km/s(12到19 mi/s),連同百萬牛頓(meganewtons)的推力。[5]許多航天器動力/推進驅動器可以實現這些或其中之一,但是核脈衝火箭是唯一強而有力地滿足極端電力需求同時可以提供的技術(請參閱更多有關純理論性系統的航天器推進學說)。

比衝Isp)測量多少推力能夠從一定的燃料質量中可獲得,並且是有關於火箭的標準性能系数。對於任何火箭推進,由於排氣的動能(kinetic energy)是以速度/速率的平方上升(動能 = ½ mv2),然而動量(momentum)和推力是以速度/速率線性地上升(動量 = mv),獲得一定的推力水平(如在若干的g〔G力〕加速度情況之下)每次排氣速度與Isp其在設計的目标中大大增加时所需要的功率/動力是遠遠要大得許多。(譬如說,其目前以及提議的高Isp電力推進英语Electrically powered spacecraft propulsion系統傾向於低推力最根本的原因是由於他們对可用功率/動力的限制。〔然而核動子推進卻是極具危險性與毀滅性〕其推力是對Isp成反比的,如果進入排氣的功率/動力是不變/恆量的或者是它的限制是來自於熱力耗散的需求抑或其他工程上的約束。)[6]獵戶座(航天器)的概念是以外部功率/動力釋放的速率引發核爆炸,這是超越了核反應堆能夠在內部儲存連同已知材料與設計的知識的範疇。

由于重量没有限制,猎户座航天器/飛船可以非常雄壮。這一艘无人駕駛的航天器/飛船能夠容許非常大的加速度,可容許在100 g。然而,若是一艘裝載人類的猎户座(航天器),必須使用某種在推進器金屬板後邊的阻尼/減震系統,以將瞬間加速度平穩暢達至人類能舒適承受的程度——通常約為2至4 g

高性能取決於高排氣速度/速率,為了用以對於一定推進燃料質量火箭動力的最大化。

獵戶座飛行器的規模[编辑]

理論的應用[编辑]

後來的發展[编辑]

參與人員[编辑]

小說中的形象[编辑]

註釋[编辑]

  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

相關條目[编辑]

延伸閱讀[编辑]

外部連結[编辑]