Взрыволет "Мартин" Коула 1960 г.

Прежде чем говорить о концепции Коула, надо наверное сделать очерк времени появление этого странного проекта.

Рубеж 1950х-1960х можно рассматривать как пик космических ожиданий.
СССР явно вырвались вперед. Запад, который с 1930-х мечтал о космосе и был абсолютно уверен в своем первенстве, неожиданно оказывается позади. Мир на пике космической эйфории и ожиданий. Именно в это время в СССР в моде публикации по теме "межзвездный полет" где на полном серьезе обсуждается фотонная ракета. Западной прессе "не до жиру". Там панически требует догнать и перегнать. И это надо сделать еще на межпланетных трассах! В ход идут самые разные идеи. Все годятся! "Атомный век" (1945-1963) на пике. Многомегатонные термоядерные взрывы в атмосфере и космосе - обычная практика. Некоторый радиоактивный выхлоп в атмосферу - вполне допустим в общественном сознании. Поэтому и на Западе и в СССР ракеты на ЖРД рассматриваются как первый шаг в космос. Никто не сомневается в том что к середине 1970-х атомная ракета "станет на крыло" и при этом некоторый радиоактивный выхлоп вполне допустим.
Вопрос лишь в том, какое атомное решение выйдет на первый план?
В США с 1955-го уже во всю идет проект ROVER - наиболее "очевидное" решение - твердофазный ядерный реактор-ракета. То есть проект термической атомной ракеты и на испытания уже выходит двигатель-реакатор "Киви". В СССР тоже вынашиваются подобные планы. У Келдыша уже проведен предварительный теоретический анализ. Мы тоже будем делать твердофазный ЯРД (с некоторым опозданием от США но с более глубокой теоретической проработкой), но уже к концу 1950-х у нас общепризнанно в закрытых академических кругах, что тврдофазный ЯРД дает лишь двукратный прирост удельного импульса, поэтому это - только первый шаг. Основной советский теоретик ЯРД В.М. Иевлев берется (и это продолжится вплоть до начала 1980-х) за разработку ГАЗОФАЗНОГО ЯРД. Для советского космоса теперь именно газофазный ЯРД станет идеей фикс.



Но это будет потом. А пока Келдыш отправляет Иевлева как главного теоретика ЯРД в Арзамас-16 к Сахорову. В период моратория на ядерные взрывы 1958-1961-го года здесь "от безделья" занялись разработкой альтернативного ядерно-ракетного привода. Взрыволета.



О концепции взрыволета Сахарова известно очень мало. Известно что эта идея была представлена Хрущеву на том самом знаменитом заседании, где была предложена и "Кузькина мать". Известно что, по-всей видимости, взрыволет Сахарова в значительной степени повторял концепцию Улама-Тэейлора (Не путать с Тэллером!) "Орион". То есть концепцию "внешнего" сгорания ядерных зарядов. Взрывы производились достаточно далеко позади корабля, который напоминал пулю-поршень, соединенную "амортизатором" с "толкающей плитой". Об американском проекте "Орион" который был развернут именно в этом золотое время (конец 50х начало 60х) в калифорнийской фирме "Дженерал Атомик" есть прекрасная книга сына Фримена Дайсона и мы теперь много знаем деталей о нем (хотя многого и не знаем). Но в те годы проект был по-началу полностью засекречен. То есть даже сама факт существования такого проекта. Стартовал он именно как ответ на запуск Спутника в 1958-м но уже к концу года, полная секретность была с него снята. Этого потребовали сами разработчики. Абсолютная секретность мешала нанимать для проекта работников, поэтому общая идея (бомбы позади корабля) была в общем то раскрыта широкой общественности к началу 1960-х годов и была на слуху. Вот как это видилось в открытой печати в середине 1960-х.



И есть сильное подозрение что и взрыволет Сахарова - это наша попытка не отстать от Запада (и как только Запад отказался от "Ориона" мы тоже забыли об этой концепции). Именно в это же время в СССР принята попытка не отстать от Запада и в развитии новой "мезонной" бомбы (более мощной чем водородная), которая (бомба) оказалась полным фейком. Но партия и разведка сразу в это не поверили.
Но.
В самих США помимо калифорнийского проекта "Орион" (о котором было известно что на нее выделили миллион), разумеется появился ряд альтернативных идей взрыволета. И наиболее широко известная идея была именно идея фирмы "Мартин" которую персонализировал профессор Дандридж Коул.Dandridge M. Cole



Коул известен как визионер. Он был предшественником ОНейла и сторонник колонизации космоса. Он рано умер от сердечного приступа но на рубеже 1950х-1960х именно его концепция взрыволета была на слуху. Западная пресса охотно опиралась на публикацию об этом проекте в "Авиэйшен Вик" от 25 января 1960-го года



Главная изюминка прокета Коула по-сути опиралась на одну существенную ошибку по поводу "Ориона", которая воспроизведена в расчетах выше и которую часто повторяют люди, плохо знакомые с деталями проекта "Ориона". Считалось что энергия ядерного взрыва и импульс рабочего тела при внешнем сгорании будет разлетаться во все стороны ИЗОТРОПНО. Сферически. Поэтому, как легко было догадаться, энергия ядерного взрыва будет раходоваться неэффективно.
Как мы теперь знаем - это не так. Именно самая засекреченная изюминка "Ориона" и состояла в том, что энергию взрыва и импульс можно было организовать очень эффективно.



Это я все рассказываю что бы мне тут не приходили и не рассказывали что у меня банан в ухе.
Да, тут на форуме есть ряд товарищей, которые уже надоели всем своими материалами по "Ориону".
Но мы живем в век, когда мало кто интересуется "соседними областями" и даже такие хорошие спецы как Борис Штерн ДО СИХ ПОР не понимает идею направленного взрыва, считая что "Орион" в основном будет греть окружающую среду своими взрывами.
В те же времена сам бог велел искать решения в духе Коула. Коул и предложил взрывать ядерные заряды в сферической полости. В итоге и родилась серия его достаточно странных проектов (см. приложенный файл внизу).

В связи с этим, чисто ретроспективно (как некое исследование альтернативной реальности) интересно было рассмотреть насколько ТЕХНИЧЕСКИ проект Коула был интересен, осуществим, в чем были его основные проблемы-заторы?
В частности. В камере предполагалось использовать маломощные ядерные заряды всего в 0.01 кт, то есть в 10 тонн тринитротолуола. Коул прекрасно знал что такие заряды уже созданы, но в них дорогое ядерное топливо расходуется очень неэффективно. Ведь минимальная критическая масса (как мы теперь знаем) для плутония составляет порядка 0.7 кг, а для урана 2,5 кг. Но 10 т тнт это всего 1 грамм разделившегося материала. То есть в подобном заряде выгорало порядка 0.1% драгоценного ядерного топлива.
Кстати, в то время в качестве альтернативы рассматривался газофазный ЯРД "открытой" схемы, где достигались примерно такой же как в концепции Коула удельный импульс и сопоставимый СВЕРХРАСХОД бесценного ядерного топлива (оно вылетало вместе с рабочим телом).
Тут надо добавить что в развитие концепции именно Коула в последствии умники из Ливермора рассматривали проект ядерно-взрывного камерного корабля для Марса "Гелиос". Но с подписанием Московского Договора 1963-го года о запрещении ядерных взрывов в трех средах, все импульсно-ядерные проекты ЯРД были свернуты. "Реакторные" проекты еще существовали долго. Но и их тоже со временем свернули. Сейчас ЯРД для космоса существует только в виде связки реактор+ионный двигатель. То есть с закрытым термическим циклом (и значит очень низкой удельной мощностью). Проет Иевлева по-сути умер к началу 1980-х после того как стало ясно насколько сложно удерживать тяжелую плазму под чудовищным давлением (под 1000 атмосфер!) в газофазном ЯРД. Сейчас все эти проекты выглядят "сном разума" и ЖРД остается единственным решением "факельной" тяги (взлета со дна гравитационного колодца). И тем не менее. Интересует вот какой вопрос (зная что тут сидят матерые атомные гуру).

А нельзя ли было для микробомб Коула использовать не быстрые нейтроны, а ... медленные? То есть нельзя было бомбочки на 0.01 кт делать из таких маленьких ядерных "импульсных" ядерных реакторов?
Мы знаем что бомбу на медленных нейтронах сделать нельзя.
Но это хорошую бомбу на килотонну, не менее.
А если нам нужен всего лишь маломощный "просир" в 10 тонн, может быть можно было бы как-то исхитриться и вместо скажем 2 кг урана использовать всего лишь грамм 200 но в смеси с замедлителем?
В конце концов, именно такую идею выдвинул спустя много лет Зубрин для своей ракеты на водных солях урана.



Можно ли было бы идею Коула модернизировать идеей Зубрина?
Кто что скажет?

Чем интересно обсуждать проект Коула именно здесь, на авиабазе?
Некоторое время назад, обсуждадя здесь тему ядерных взрывов в космосе, я столкнулся буквально с обструкцией со стороны глубоко уважаемых местных атомных гуру Виверная и Факира, которые как бы в один голос убеждали меня, что классический "Орион" в космосе (вакууме) не полетит.
Мол, вся (буквально 99%) энергия взрыва уйдет во вспышку рентгена и поэтому никакой особо-заметной перекачки энергии взрыва к РАБОЧЕМУ ТЕЛУ (не важно направленно или изотропно оно разлетается) не будет.

ЕСЛИ ПРИНЯТЬ ЭТУ ПОЗИЦИЮ уважаемых местных экспертов, то проект Коула - единственный реальный способ использовать энергию бомб для полета в космосе.


Обратите внимание вот на какую тонкость. Данный привод как и Орион работает импульсами. НО. В случае сферы Коула импульс получается куда более растянутым. Когда за микросекуну (-6 пордяков) бомба выделяет свою энергию, сама сфера остается неподвижной. Но когда энергия ядерной вспышки многократно отразившись от стенок нагреет испарит и ионизирует покрывающую стенки воду (порцию рабочей массы) в камере возникнет очень высокое давление и вот в процессе истечения этой плазмы из камеры (миллисекунды? -3 порядка) возникнет импульс тяги, приложенный к сфере. И этот импульс будет растянут в тысячи (примерно) раз дольше чем импульс по плите Ориона. То есть тут система амортизаторов должна быть, но она куда проще чем в случае Ориона. Еще одна тонкость в том, что собственно сама сферическая камера и есть львиная доля массы пустого корабля (в случае Ориона плита составляет примерно треть пустого корабля). Это обстоятельство также уменьшает нагрузку на амортизаторы. То есть механика амортизации - явный плюс концепции.
Минус - низкий расчетный удельный импульс (порядка 11 км/с), хотя учитывая рабочее тело (обычная ВОДА!) и задачу межпланетного полета, это не так уж и плохо (хотя лучше было бы иметь 30-50 км/с). Но надо признать, что оценка в 11 км/с - это осторожная оценка Коула. Вполне возможно, что при истечении рабочего тела из такой полости можно было бы получить и 15-20 км/с что делало бы подобный привод по-сути властелином солнечной системы (в некой альтернативной нашей реальности).

Прикрепляю таблицу с данными по проекту 1960 года

Перевод статьи в "Авиэйшен Вик" от 25 января 1960-го года:

AVIATION WEEK, January 25, 1960
Space Technology
Martin Proposes Nuclear Rocket Plan
By Michael Yaffee

АВИАЦИОННАЯ НЕДЕЛЯ, 25 января 1960 г.
Космическая техника

"Мартин" предлагает ядерный ракетный план

Майкл Яффе



New York—Nuclear pulse rockets powered by repeated explosions of small nuclear bombs inside a spherical thrust chamber may be the key to economic and efficient space exploration. Early this year, the Martin Co. will submit a proposal to the Advanced Research Projects Agency for a feasibility study of using nuclear explosions to propel space vehicles. Although the basic idea already is under study by General Atomics Division of General Dynamics in Project Orion (AW Oct. 5. p. 123), Martin scientists believe their approach is sufficiently different from Project Orion and significant enough to warrant another government program in this area.

Нью-Йорк. Ядерная импульсная ракета на периодически производимых взрывах небольших ядерных бомб внутри сферической камеры для получения тяги может оказаться экономически выгодной ключевой идеей для эффективного освоения космоса. В начале этого года корпорация "Мартин" представила в Агентство перспективных исследований предложение с технико-экономическим обоснованием использования ядерных взрывов для движения космических аппаратов. Хотя основная концепция такого привода уже изучается в "Дженерал Атомик", подразделении "Дженерал Динамикс" в рамках проекта "Орион" (AVIATION WEEK, за 5 окрября, стр 123), специалисты "Мартин" полагают, что их подход достаточно сильно отличается от проекта "Орион" и настолько отличается, что это гарантирует необходимость теперь развернуть еще одну правительственную программу в этой области.

The basis for the proposal will be three types of nuclear pulse rockets which physicist Dandridge M. Cole of Martin-Denver described at the annual meeting here last week of the American Astronautical Society. All three rockets depend, as does Project Orion, on nuclear explosions for their primary propulsion.

Базой для этого предложения выступает три варианта ядерной импульсной ракеты, которые физик Дандридж М. Коул из подразделения "Мартин-Денвер" представил в Американском астрономическом обществе на прошлой неделе. Все три проекта, как и проект "Орион", опираются на идею использования ядерных взрывов в качестве основы главного привода.

Throughout his study, Cole stressed the fact that his work to date was theoretical and that accurate performance data could come only from actual tests. But given even moderate assumptions. Cole said, the most primitive of his three nuclear pulse rockets—Model 1 —could carry twice the payload of a chemical rocket of the same gross weight. It also could equal the performance of a solid core fission type rocket, such as Project Rover, of the same propellant fraction (0.65), and same specific impulse (930 sec.) and at the same time provide a much greater performance potential, possibly up to a specific impulse of 3,000 sec.

Коул постоянно подчеркивает тот факт, что вся его работа на сегодняшний день пока что остается теоретическим исследованием, он говорит, что точные данные о реальной эффективности концепции могут быть получены только в ходе натурных испытаний. Но учитывая даже самые скромные предположения, по мнению Коула, самая простая из его трех схем ядерных импульстых ракет - Модель-1 - все равно может нести в два раза большую полезную нагрузку чем химическая ракета той же стартовой массы. Подобную же эффективность можно было бы получить и для твердофазной ядерной термической ракеты на делении, исследуемой в рамках проекта "Ровер" (Project Rover) с той же массовой долей ракетной массы (0.65) и с таким же удельным импульсом (930с). Однако предложенная Коулом концепция обещает гораздо больший потенциал эффективности, возможно достигающий удельного импульса в 3000 с.

Rocket Economics
Ракетная экономика

То be economically attractive, Cole said, nuclear pulse rockets must be very large, in the millions of pounds, or about the same size as gaseous core fission systems and other proposed advanced nuclear propulsion systems. The advantages of the pulse rocket, in comparison with some other nuclear systems, are that it can have far higher average thrust chamber temperatures because the heat is not carried through the thrust chamber wall and that it requires no magnetic containment.

Что вызывает экономический интерес, сказал Коул, так это то, что ядерные импульсные ракеты должны быть очень большими, массой в миллион фунтов или примерно того же порядка, подобно же оценкам системы привода термических газофазные ракеты и другие более продвинутые ядерные двигательные установки. Преимущество импульсной ракеты по сравнению с некоторыми другими ядерными системами, в том, что они могут иметь значительно более высокую среднюю (рабочую) температуру в камере сгорания, так как тепло не передается через термически нагруженные поверхности внутри камеры и здесь нет необходимости ни в каком магнитном удержании.

First of the three pulse rockets described by Cole is based on a conservative design with emphasis on feasibility and simplicity. Free-space operation is assumed in order to avoid earth takeoff problems, such as atmospheric contamination, although Cole is confident that this problem will be solved with the development of clean nuclear bombs.

Первая, описанная Коулом, конструкция из трех предложенных схем импульсных ракет, базируется на консервативном подходе с акцентом на технологическую реализуемость и простоту. Ее предполагается включать уже в открытом космосе, чтобы избежать проблем при взлете с поверхности Земли, таких как загрязнение атмосферы, хотя Коул уверен, что эта проблема будет решена с разработкой чистых ядерных бомб.




MODEL I. nuclear pulse rocket, one of three under study by the Martin Co., would be propelled by the contained explosions of small nuclear bombs and the ejection of water or some other inert expellant. Its initial gross weight would be 3.52 million lb., including 350,000 lb. of payload and 2.06 million lb. of water.

МОДЕЛЬ I. Одна из трех схем, изучаемых корпорацией "Мартин", должна разгоняться периодически происходящими внутри взрывами малых ядерных зарядов, энергия которых передается истекающей из сопла воде или другой инертной ракетной массе. Ее общий стартовый вес составит 3.52 миллиона фунтов, включая 350 000 фунтов полезной нагрузки и 2,06 миллионов фунтов воды.

The Model I nuclear pulse rocket, as described by Cole, is 300 ft. long and has a spherical thrust chamber 130 ft. in diameter and weighing 1 million lb. Steel walls of the thrust chamber arc 0.5 in. thick. Gross weight of the rocket is 3.52 million lb. and includes 2.06 million lb. of water and 350,000 lb. of payload.

Модель I ядерной импульсной ракеты, согласно описанию Коула, имеет длину в 300 футов и имеет сферическую тяговую камеру в 130 футов в диметре с массой в 1 миллион фунтов. Стальные стенки камеры сгорания имеют толщину в 0.5 дюйма. Общая масса ракеты составляет 3.52 миллиона фунтов, которые включают в себя 2.06 миллионов фунтов воды и 350 000 фунтов полезной нагрузки.

Mission velocity of the Model I pulse rocket is 26,000 fps./sеc. Leaving a minimum earth orbit with this velocity change capability, the vehicle could make a soft moon landing and then return to an earth orbit or it could travel on fast orbits to the nearer planets.

Скорость полета импульсной ядерной ракеты модели I составляет 26 000 футов/секунду (7924,8 м/с). Покинув низкую околоземную орбиту с таким приращением скорости, космический корабль может совершить мягкую посадку на Луну, а затем вернуться на орбиту Земли или он может перемещаться по быстрым орбитам к ближайшим планетам.

With some modification. Model I could travel from the surface of the earth to a minimum earth orbit, according to Cole. Or. he added, it could be boosted into a velocity of 8,000 fps./sec. and an altitude of 150 mi. by a cluster of nine F-l (Rockctdync's H-million-lb. thrust liquid engine) chemical rocket engines. From this point, it could go into orbit under its own power.

При некоторой модификации, по утверждению Коула, Модель-I могла бы взлетать с поверхности Земли и выходить на минимальную околоземную орбиту или, добавляет он, ее можно разогнать до скорости 8000 футов/сек (2438,4 м/с) и в итоге поднять на высоту 150 миль связкой из химических двигателей F-1 (жидкостными ракетными двигателями в 11-миллионов фунтов тяги ). С достижением данной высоты, корабль может разогнаться до орбитальной скорости на собственной тяге.

Propellant for the Model I nuclear pulse rocket consists of small energy capsules (0.01 kiloton nuclear bombs) and an inert expellant contained in a storage area above the thrust chamber. Between the chamber and storage area is a low velocity compressed air gun which shoots the energy capsules into the thrust chamber. Possibly, Cole says, some existing, off-the-shelf solid propellant rocket such as the Genie could be used to carry the capsule into the thrust chamber.

Источником энергии для ядерной импульсной ракеты Модель-I служат небольшие энергетические капсулы (ядерные заряды в 0.01 килотонны каждый), а в качестве ракетной массы - инертное рабочее тело, хранящееся в баках над тяговой камерой сгорания. Между камерой и баками хранения находится пневматическая пушка с небольшой конечной скоростью снаряда, которая выстреливает энергетические модули в камеру сгорания. Возможно, говорит Коул, какая-то из уже имеющейся в наличии ракета на твердом топливе, типа "Genie", так же может использоваться для доставки капсул в центр камеры сгорания.


A time or setback fuze could be used to make sure the capsule explodes when and where desired within the thrust chamber. The frequency of the detonations will be determined by the mission. At a frequency of one pulse per second. Cole said, the average thrust would be 500.0 lb. and the thrust-to-weight ratio would be 0.25. Higher values could be obtained for short periods by increasing the pulse frequency.

Интервал времени между взрывами можно использовать, чтобы убедится что следующая капсула взрывается в положенном месте, желательно в пределах тяговой камеры сгорания. Частота детонации будет определяться особенностью миссией. При частоте одного импульса в секунду, сказал Коул, усредненная тяга составит 800 000 фунтов, а отношение тяги к массе составит 0.25. Большее значение тяги можно получить с более короткими периодами за счет увеличения частоты импульсов.

In his design, Cole assumes that water is used as the inert expellant and that the expellant also is used in the transpiration cooling of the thrust chamber walls. For each pulse of the rocket. 858 lb. of water would be used. Using a total of 2,400 0.01 kiloton bombs and 2.06 million lb. of water and assuming that 40% of the bomb energy is converted to kinetic energy of exhaust. Cole calculates that the liquid propellant version of Model I is capable of accelerating a 350,000-lb. payload through a velocity change of 26.000 fps. sec.

В данном конкретном дизайне Коул предполагает, что вода используется в качестве рабочего тела и что это рабочее тело также используется для охлаждения стенок тяговой камеры за счет испарения. При каждом импульсе ракет будет использовано 858 фунтов воды. Используется в общей сложности 2400 штук 0.01 килотонных бомб и 2,06 миллионов фунтов воды, в предположении что 40% энергии бомбы преобразуется в полезную кинетическую энергию выхлопа. Коул оценивает, что версия Модель-1, питаемая жидким топливом, способна ускорить 350 000 фунтов полезной нагрузки с приращением скорости в 26 000 футов/секунду.

The principal problem concerning the feasibility of propulsion by contained nuclear explosions revolves on the question of whether a thrust chamber can be made strong enough to contain the explosion and at the same time light enough for acceptable vehicle performance. Cole calculates that his 1-million lb. steel thrust chamber would be more than adequate.

Основная проблема, связанная с осуществлением привода на ядерных взрывах, связана с вопросом о том, может ли тяговая камера сгорания быть достаточно прочной, чтобы выдерживать взрыв и в то же время достаточно легкой, чтобы вписаться в характеристики транспортного средства. Коул подсчитал, что его стальная тяговая камера, массой в 1 миллион фунтов будет по прочности более чем достаточной.

Shock transmission from thrust chamber to payload should be significantly less than in the external explosion system where the entire impulse is directed against a shield at the rear of the vehicle, according to Cole. The problem of shock transmission in the Model I nuclear pulse rocket, he says, can be solved by making the thrust chamber wall in two concentric shells and filling the intervening space with a compressible shock absorbing gas and building a shock absorbing system between the thrust chamber and the rest of the vehicle.

Ударная нагрузка от тяговой камеры сгорания к полезной нагрузке должна быть значительно меньше, чем в случае системы с внешним подрывом, в которой весь импульс направляется на плиту в задней части корабля, согласно мнению Коула. Проблема передачи импульса от рабочего тела к импульсной ядерной ракете Модели-1, как он говорит, может быть решена путем создания напряжения между двумя концентрическими оболочками промежуток между которыми заполнен сжатым амортизационным газом и за счет построения амортизирующей системы между тяговой камерой и остальной частью транспортного корабля.

Heating problems. Cole says, can be controlled by a combination of bomb wrapping and transpiration cooling.

Проблема теплопередачи. По словам Коула ее можно отрегулировать за счет предварительного деления рабочей массы, часть из которой будет составлять оболочку бомбы, а часть поступать на стенки камеры сгорания для испарительного охлаждения.

Assuming that bomb costs will drop to $100,000 per bomb in the future— or possibly even to $10.000—Cole estimates that propellant costs would range from $70 to $700 per pound of payload for his Model I nuclear pulse rocket.

Предполагая, что в будущем цена за один заряд упадёт до 100 000 долларов за бомбу или даже до 10 000 долларов, Коул рассчитывает, что стоимость топлива будет составлять от 70 до 700 долларов за фунт полезной нагрузки для его ядерной импульсной ракеты Моель-1.

In his proposed Model II nuclear pulse rocket, based on design assumptions which seem reasonable for 10 or 20 years in the future. Cole reduces the factor of conservatism in the weight of the thrust chamber from 20 in Model I to a factor of 4. The spherical steel thrust chamber is still 130 ft. in diameter but now weighs 200.000 lb. instead of 1-million lb.

Другая предлагаемая им концепция ядерной ракеты, Модели-II, базируется на допущениях о развитии конструкции, которая кажется разумной в течении 10 или 20 следующих лет. Коул снижает коэффициент консерватизма в массе тяговой камеры с 20 у Модель-I до фактора 4. Сферическая стальная камера все еще остается 130 футов в диаметре, но теперь она весит 200 000 фунтов вместо 1 миллиона фунтов.

Including expellant costs ($5 per lb.) as well as energy capsule costs ($I0.000 per unit). Cole obtains a total propellant cost for his Model II nuclear pulse rocket of $25.80 per pound of payload. This figure is based on the following parameters, assumed and calculated: exhaust velocity, 37 200 fps./sec. (specific impulse equals 1150 sec.); propellant fraction 0.90: kinetic energy per pulse 2 x 1010 ft./lb.; payload. 2.92 million lb.; gross weight, 6.72 million lb.: number of pulses, 5,800; expellant mass per pulse, 5 58 lb.

Оценивая расходы на запуск (5 долларов США за фунт), а так же расходы на энергетические капсулы (1 000 долл. за штуку) Коул получает полную стоимость ракетного топлива для своей ядерной ракеты Модель-II в размере 25,8 доллара за фунт полезной нагрузки. Эта цифра базируется на следующих предполагаемых расчетных параметрах: скорость истечения 37 200 футов/сек (11338,56 м/с) (удельный импульс равна 1150с); масса топлива в массе ракеты 0.9; кинетическая энергия на импульс 2 x 1010 фут/фунт (умножить на 1.355 818 Дж); полезная нагрузка 2,92 млн. фунтов; Общая масса 6,72 миллионов фунтов; количество импульсов 5800; масса рабочего тела на импульс 5 580 фунтов.

Even more economically attractive is Cole’s Model II-A, a larger version of Model II which uses 0.1 kiloton energy capsules. The Model II-A thrust chamber is 282 ft. in diameter and weighs 2 million lb. Capsule and expellant costs remain respectively $10 000 per unit and $5 per pound. Gross vehicle weight is 67.2 million lb. and payload 29.2 million lb. T he resultant total propellant cost for Model II-A is $7.90 per pound of payload. If Model II-A were to be redesigned instead of simply scaled up from Model II, Cole believes it would be possible to obtain a propellant cost of $6.50 per pound of payload.

Еще более экономически привлекательной является у Коула Модель-IIA, более крупная версия модели II, которая использует 0.1 килотонне энергетические капсулы. Тяговая камера сгорания у Модель-IIA имеет 282 фута в диаметре и весит 2 миллиона фунтов. Стоимость капсулы и рабочего тела остается соответственно 10 000 долларов за штуку и 5 долларов за фунт. Общий вес транспортного средства составляет 67,2 миллиона фунтов, а полезная нагрузка - 29.2 миллиона фунтов. Общая стоимость топлива для Модель-IIA составляет 7,9 доллара за фунт полезной нагрузки. Если Модель-IIA должна быть переработана, а не просто масштабирована вверх по сравнению с Моделью-II, полагает Коул, тогда можно получить стоимость горючего в пределах 6,5 доллара за фунт полезной нагрузки.

Considerably different, Cole’s Model III vehicle is a nuclear pulse jet. not rocket. Energy source would still be contained nuclear explosions but the expellant would be air taken from the surrounding atmosphere. Principal mission of this nuclear airbreather would be transportation of payloads from earth to near satellite orbits.

Сильно отличается в ряду дезайнов Коула концепция Модель-III, которая является ядерной импульсоным воздушной-рактивным кораблем. Источником энергии в нем по-прежнему бут ядерные взрывы, но рабочим телом будет воздух, взятый из окружающей атмосферы. Основной задачей этого воздушно-ядерного аппарата была бы транспортировка полезных грузов с поверхности Земли на ближайшие к спутникам орбиты.

Вчера вечером, играясь с выше приведенной "формулой" (на самом деле это очень простая модель-приближение) я уже глубокой ночью изобрел чудо-устройство... для террористов!

Компактную. Экономичную ( всего 300 грамм оралоя!). Легкую и простую как самопал!
Помните фильм "Сталкер" Тарковского?
Там Физик нес в комнату бомбу-цилиндр. Очень компактную не более десяти килограмм массой и мощностью в несколько килотонн чтобы взорвать Комнату?



Я изобретал бомбу всего на 10 тонн ТНТ в тех же "наладонных" габаритах и массе. Но согласитесь, это куда круче чем "чумадан-ранец" американских морских пехотинцев о котором так много было шума!
В принципе мы знаем еще про 152 мм ядерный снаряд от снеженцев. Но во-первых он весит под 50 кг (как обычный снаряд). Во-вторых мы догадываемся как это устройство работает. Там наверняка плутоний на фазовом переходе, то есть там порядка 10 кг оружейного плутония. Жутко дорогая конструкция особого применения! Простая по сути, но именно масса плутония все портит. Да и плутоний - материал неприятный во многих отношениях.
У меня же получилось просто чудо-устройство! На уране, с минимальным количеством делящегося материала! Фантастически маленьким!
В общем изобретенное мною устройство на много порядков круче всего что до сих пор было предложено и просочилось к народу в виде слухов! Поэтому спешу им поделиться.



Для масштаба я показал отпечаток ладони. Круг рядом - это 16,7 см - диаметр критического шара из чистого урана-235. Применяемая методика оценки дает ему массу в 47 кг. Рядом слева - разрез устройства в масштабе. Как видим оно много компактнее.
В чем фишка?
Прежде всего, я отказался от плутония в пользу урана. Критическая непрозрачность нейтронов у урана много больше 160 вместо 100 г/см2, отсюда и большая критическая масса. Но как мы знаем плутоний не получится взорвать по схеме "пушка" из-за того что в нем присутствует плутоний-240 с чудовищный уровнем спонтанного распада деления. А наша схема должна быть проста как "последний довод королей"!
Итак. Выше играясь с графиком сечений деления (как дурень со стеклянным хреном) мы (в смысле я) установили что в принципе критическую непрозрачность с помощью замедлителя для бомбы можно таки снизить в 10 раз (смотри график слева)! Температура в бомбе все-таки позволит использовать эффект замедлителя до достаточно высоких температур (1 кэВ это миллион градусов!) Поэтому опираясь на это чудо и чисто механически поиграв параметром плотности я рассчитал подходящий мне параметр критической сферы для урана (плотность которого 19.05 г/см3).
Если плотность урановой сборки снижать не сильно (я выбрал в 3.5 раза) то мы получим по нашей формуле просто чудесный критический шар где U235 достаточно иметь всего ~600 грамм! Но мы знаем, что если критсборку окружить хорошим отражателем, то мы можем эту массу разделить на ~2. Шар не сильно отличается от цилиндра (тем более окруженный отражателем) поэтому я опираясь на эту прикидку "нарисовал" устройство показанное выше. Это пушка-реактор. Замедлитель-мишень (я для начала выбрал гидрид лития, но тут возможен широкий спектр)- это стакан с дырочками. Снаряд-заряд - это те самые 300 грамм урана-235 в форме множества тонких (примерно миллиметр) иголок, которые и занимают в общей сложности объем в 3.5 раза больший чем если бы это была монолитная отливка металла. Пока иголки не вставлены в замедлитель никакой критичности нет. Но если вставлены... Пока сборка не раскалилась мы имеем десятки критических масс! По мере разогрева эта критмасса будет быстро снижаться к ~1 и только пройдя барьер температуры термализации нейтронов в 1 кэВ она потеряет критичность.
Круто?
Я тоже обалдел.
Это слишком круто что бы быть правдой!
Если такое возможно, почему до сих пор такие бомбы не делают? Не додумались? Вряд ли. Засекретили? Гм... более вероятно. Но... Крайне сомнительно. Возможно все же проблемы вылазят где-то в другом месте? И так. Допустим критичность мы достигаем. Но "реактор" настолько медленно разгоняется, что просто успевает испариться задолго до того как достигнет нужной мощности? Ведь замедленные нейтроны очень сильно удлиняют промежутки времени для рождения между поколениями. По крайней мере в 10 раз - точно... Но неуже ли нельзя придумать что-то что удерживало бы бомбу в 10 раз дольше? Я даже начал мудрить с берилиево-урановым (свинцовым) отражателем. Идея в том, что если этот отражатель-темпер начнет ионизироваться, то знаменитая "сахаризация" должна ядро автоматически сжать.
Была идея, что разлет сборки произойдет раньше. Еще на стадии выделения не тонн тнт, а килограммов.
Но и это не смертельно для идеи. В принципе эти килограммы можно было бы "подпереть" килограммами наружней имплозии обычного ВВ.
То есть. Надежного объяснения почему это чудо-устройство, мечта всех атомных террористов невозможно не получается. Но ведь наверняка невозможно!!! Поэтом я в своих художествах и наставил столько вопросительных знаков!
С этим я и лег спать.
Утро вечера мудренее.

Так уж сложилось, что тема ядерного взрыволета ака "Проект Орион" на А_Базе - чисто молдавская
Причем и + и -

1. Обращает на себе внимание очевидная глупость, написанная в самом вступлении к теме:

Предположим, что вся энергия, выделяемая при взрыве боНбы, превращается в кинетическую энергию вещества, образующего боНбу

 

Мы все тут взрослые мальчики, потенция уже была, поэтому мы ЗНАЕМ, что это не просто ТАК, а вообще НЕ так Энергия при ядерном взрыве - в основном - излучение. Попытки поглотить его, нагревая какое либо вещество (в самом устройстве, на плите) просто тупо резко снижает УИ

2. Да - направленный ядерный взрыв возможен. Вернее возможно ПЕРЕнаправление части разлетающегося в-ва в одну сторону. На что расходуется ВСЕГДА ничтожно малая часть энергии взрыва. Либо в-ва надо оч.много, эта песня хороша, у попа была попаболь...

3. Перестаньте пытаться прикинуть оттянутый уй к расслабленной опе и использовать мощнейший источник энергии - ядерные реакции - в самом малоудобном и малопригодном виде...