Orioni projekt

Allikas: Vikipeedia

Orioni projekt oli aastatel 1958–1963 valdavalt USA-s läbi viidud uuringute seeria eesmärgiga kasutada tuumarelvi kosmoselaevade jõuallikana (nn tuuma-impulssajam). Idee sündis vahetult pärast esimeste tuumarelvade väljatöötamist Teise maailmasõja lõpuaastail Los Alamoses füüsikute Stanislaw Ulami ja Frederick Reinesi käe all.[1] Põhiline arendustegevus kulges alates 1958. aastast ettevõtte General Atomics ja füüsiku Freeman Dysoni juhtimisel. Projekti tegevus lõppes ametlikult pärast tuumarelvakatsetuste osalise keelustamise lepingu (Partial Test Ban Treaty) allkirjastamist 1963. aastal. Leping keelas muu hulgas tuumaplahvatuste korraldamise Maa orbiidil ja avakosmoses.[2]

Teoreetiliselt oleks Orioni projekt realiseerumise korral võimaldanud kiiret ja odavat moodust Päikesesüsteemi planeetide vahel reisimiseks, kasutades vaid 20. sajandi keskpaigas olemasolevat tehnoloogiat. Tuumalõhkepead on energiatiheduse poolest kaugelt üle keemilistest raketikütustest, võimaldades palju suurema kasuliku lasti vedamist kosmosemissioonidel. Tänapäeval moodustab valdava osa Maalt startivate rakettide massist nende kütus. Orioni projekti taaselustamise toetajaid leidub ka tänapäeval,[3] samuti on välja pakutud mitmeid teisi sarnasel põhimõttel töötavaid jõuallikaid, näiteks projektid Longshot ja Daedalus.

Tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tuuma-impulssajamiga kosmoselaeva põhimõtteskeem
Tuuma-impulssajami löögisummuti joonis

Tuuma-impulssajami tööpõhimõte seisneb tuumalõhkepeade väljaheitmises kosmoselaeva taha ning nende lõhkamises, kui need on jõudnud parajale kaugusele. Plahvatusel tekkiv plasmapilv lükkab laeva edasi ahtris paikneva inertsiaalplaadi ja löögisummuti vahendusel, mille eesmärk on ühtlasi plahvatuse löökide pehmendamine, et muuta kiirendus meeskonna jaoks sujuvamaks. Võrreldes tänapäeval kasutuses või arenduses olevate meetoditega annab tuuma-impulssajam korraga väga suure tõukejõu (meganjuutonite suurusjärgus) ning ka reaktsioonimassi väljapaiskekiiruse 20–30 km/s. Tänapäeva keemilised raketid on küll suure tõukejõu, kuid võrdlemisi madala väljapaiskekiirusega (2–5 km/s), arendatavad elektrilised ajamid (ioonajam, VASIMR) on seevastu vähese tõukejõuga. Mõlemale eelnevale variandile seab piirangu kütusest saadava energia sisaldus massiühiku kohta; tuumarelvade puhul on see sedavõrd suur, et ükski laevasisene kamber ei kannataks plahvatuste rõhku välja ning seetõttu on tarvis lõhata pommid laeva ahtri taga.

Ehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Erinevalt harilikest tänapäevastest kosmosealustest pole tuuma-impulssajamiga varustatud laeva puhul olulisim piirang massi ülempiir, vaid hoopis alampiir, mille määrab vähim praktiliselt saavutatav tuumarelva lõhkejõud. Orioni projekti loomise ajal oli selleks 30 tonni TNT ekvivalenti, mis vastab laevale massiga 800 tonni (võrdluseks: Rahvusvahelise kosmosejaama mass on 450 tonni). Sellisel versioonil ei nähtud aga kuigi suurt rakendust peale tehnoloogia testimise ning suurem osa Orioni projekti arendamisest keskendus 3600-tonnisele versioonile.[4] Selline laev kasutaks 150 tonnise lõhkejõuga tuumapäid ning Maa pinnalt orbiidile tõusmiseks oleks neid vaja umbes 800.

Arvestades, et laeva mass pole tuuma-impulssajami korral eriti piiratud, siis on võimalik luua väga robustse konstruktsiooniga laevu. Mehitamata sondid võiksid taluda kuni 100 g suuruseid kiirendusi, mehitatud laevadel peaks see olema maksimaalselt 2–4 g.
Ühtegi reaalselt töötavat tuuma-impulssajamit pole praeguseks konstrueeritud, kuid 1959. aastal katsetati impulssajamit harilike lõhkeainetega. Katsetuste käigus saavutas ühemeetrine mudel 23 sekundi pikkuse kontrollitud lennu käigus kõrguseks 56 meetrit.[5] Mudel maandus langevarju abil ning ilmnes, et lõhkeainetega kiirendamise käigus kahjustusi ei tekkinud.

Impulssajami kõige olulisem komponent on löögisummuti, mille eesmärk on plahvatuse tekitatud järsk kiirendus laeva lasti ja meeskonna jaoks sujuvamaks muuta. Orioni projekti kosmoselaevade puhul koosneb see suurest inertsiaalplaadist ning seda laeva külge ühendavast mitmeastmelisest mehaanilisest löögisummutist. Inertsiaalplaadi mass oleks 450–900 tonni, ehk arvestatav osa laeva kogumassist ning pommide heitmine plaadi taha toimuks läbi plaadi keskel oleva avause kiirusega umbes üks pomm sekundis. Plahvatused toimuksid plaadist 20–30 meetri kaugusel.

Probleemid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tuumarelvade kasutamisel energiaallikana on mitmeid probleeme, millest enamus on seotud nende hävitava mõju piiramisega, võimaldades samas kasutada vallanduvat suurt energiahulka. Kõige rohkem puutub plahvatuse mõjudega kokku löögisummuti plaat. Pärast pommi lõhkemist oleks plaadini jõudev plasmakera jahtunud umbes 67 000 °C-ni, kiirates seega valdava osa oma energiast ultravioleti piirkonnas ning kuna enamus materjale on sellele kiirgusele läbipaistmatud, toimub lühiajaline kuumenemine vaid pinnakihis. Hinnanguliselt võiks iga plahvatusega aurustuda vähem kui millimeeter plaadi pinnast. Arvestades, et plaadid on ette nähtud mitme meetri paksustena, siis oleks võimalik lõhata tuhandeid pomme enne kui tekib tarvidus plaat välja vahetada.

Teine suur probleem seisneb hulga tuumapeade lõhkamises Maa atmosfääris ja madalal orbiidil. Atmosfääris toimuvate plahvatuste korral ei oleks kuidagi võimalik vältida ümbritseva biosfääri saastumist kiirguse ja radioaktiivsete jääkidega. Madalal orbiidil tekib oht, et radioaktiivne saaste lõksustub maa magnetvälja, tekitades planeedi ümber tehislikke kiirgusvööndeid (mitu sellist on juba olemas jäänukina Orioni projektiga samal ajavahemikul läbi viidud atmosfääriväliste tuumakatsetuste tulemusel[6]). Arvestades ohtu elukeskkonnale, võiks tuuma-impulssajam leida põhilist kasutust planeetidevahelistel lendudel, kui vastav laev on kas juba ehitatud Maa orbiidil või viidud sinna Maalt mõne teise meetodi abil. Arvestamata ei saa jätta ka tuumaplahvatuste elektromagnetilise impulsi mõju, mis kujutab ohtu teistele orbiidil olevatele satelliitidele, juhul kui plahvatus toimub Maa magnetvälja mõjusfääris.

Rakendused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Täies mahus tööle rakendatuna võimaldanuks Orioni projekt tänapäevaste vahenditega võrdluses kiiret ja odavat meetodit planeetidevahelisteks lendudeks. Kõige suurem tulu oleks sellest olnud mehitatud lendudele, kuna praegu on neile suurimaks takistuseks just massi- ja suurusepiirangud. Inimesed vajavad pikkadeks kosmoselendudeks nii eluruumi, toiduvarusid kui kaitset kosmilise kiirguse vastu. 3600-tonnise tuuma-impulssajamiga laeva korral toimiks laeva enda kere juba arvestatava kiirgusvarjendina, olles lisaks võimeline mahutama piisavalt varusid ja teaduslikke eksperimente, et võimaldada edasi-tagasi lende kogu Päikesesüsteemi siseosa (siseplaneedid koos asteroidide vööga) ulatuses. Suurem, umbes 9000-tonnise massiga laev võimaldaks 350-tonnise lõhkejõuga pommide abil teostada 3-aastase mehitatud missiooni Saturnini.[7] Tänapäeval võiks sellisest laevast enim kasu olla asteroidide kaevandamisel eelkõige oma võime tõttu suuri koormaid liigutada ning vajadusel ühe lennu jooksul mitut asteroidi külastada.

Tähtedevahelised lennud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Põhimõtteliselt pole ühtegi takistust, mis segaks ehitamast kuitahes suuri tuuma-impulssajamiga laevu, peale materjalide hinna ja töömahu. Teoreetiliselt oleks võimalik saata piisavalt suur alus ka tähtedevahelisele missioonile. Freeman Dysoni hinnangul võiks lennu Päikesele lähimasse tähesüsteemi ette võtta 300 000 ühemegatonnise tuumarelva ning 400 000-tonnise kogumassiga laev. Reis võtaks 130 aastat ning lennuetapi tippkiirus oleks 10 000 km/s (0,3% valguse kiirusest).

Hilisemad arengud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Orioni projekti lõpeatamise järel töötas British Interplanetary Society aastatel 1973–1974 välja sellele võrdlemisi sarnase kontseptsiooni projekt Daedaluse näol. Projekt nägi ette mehitamata robotsondi ehitamist ja Barnardi tähe juurde saatmist umbes 12% valguse kiirusega. Aastal 1989 lõi USA merevägi sarnase projekti Longshot, mis nägi ette Alpha Centauri juurde mehitamata laeva saatmist. Erinevalt Orionist eeldasid mõlemad need projektid tänapäeval veel kättesaamatu termotuumasünteesi tehnoloogia olemasolu.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kosmoselaev
Tuumaenergia
Kosmoseuurimine
Kosmoselend

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Everett, C.J.; Ulam S.M. On a Method of Propulsion of Projectiles by Means of External Nuclear Explosions. Part I. Kasutatud 26.11.2013. (inglise keeles)
  2. Tuumarelvakatsetuste osalise keelamise lepingu tekst. US Department of State. (inglise keeles)
  3. Project Orion: Its Life, Death, and Possible Rebirth. (inglise keeles)
  4. Dyson, George. Project Orion – The Atomic Spaceship
  5. To Mars by A-Bomb. BBC. (inglise keeles)
  6. Hoerlin, Herman. United States High-Altitude Test Experiences: A Review Emphasizing the Impact on the Environment. Los Alamos Scientific Laboratory. Kasutatud 26.11.2013. (inglise keeles)
  7. Nuclear Pulse Space Vehicle Study. NASA Center for AeroSpace Information. Kasutatud 26.11.2013. (inglise keeles)