Det lyder som en helt vanvittig idé at bygge en raket drevet frem af en serie af små atomeksplosioner.
Men det er ikke desto mindre, hvad projekt Orion fra 1958-1965 gik ud på.
Raketten blev aldrig bygget, men teoretisk havde Orion mulighed for at sende mange hundrede ton tunge rumskibe ud i rummet med så stor fart, at bemandede rejser helt ud til Jupiter og Saturns måner ville blive en mulighed.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient’er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen ‘Det levende Univers‘ og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet ‘Stubberne’.
Den Kolde Krig
Det dengang meget hemmelige Orion-projekt blev skabt i en tid, der var meget forskellig fra vore dage.
Politisk var det midt i Den Kolde Krig mellem USA og Sovjetunionen – men det var også en tid, hvor man skulle lære at leve med den dengang helt nye atomalder.
Hiroshima og Nagasaki havde vist konsekvenserne af at bruge atomvåben, men alligevel kunne man ofte i avisen læse en notits om, at enten USA eller Sovjet igen havde afprøvet et nyt atomvåben i atmosfæren.
Trods dette våbenkapløb blev den civile anvendelse af atomenergi set som noget, der åbnede nye muligheder.
Man så kernekraft som en ren og effektiv måde at producere elektricitet på, som en naturlig og logisk afløser for kul og olie.
Det var først senere, at problemerne ved atomkraft blev en del af debatten.
Selv en bilfabrik som Ford overvejede en atomdrevet bil kaldet Ford Nucleon, der kunne køre 8.000 kilometer på en enkelt radioaktiv brændstofstav. Ideen blev naturligvis aldrig til noget, men den siger en del om tiden.
Rumalderens to veje
Endelig var rumalderen lige begyndt med opsendelsen af den første Sputnik i oktober 1957, og her startede en udvikling, som dengang var umulig at overskue.
Man kunne se to veje for rumfarten: Som en del af den kolde krig eller begyndelsen på en fredelig udforskning af Solsystemet.
Det blev den civile rumfart, som takket være NASA kom til at dominere, men militæret havde også en stor interesse for rummet.
Der var et stort og akut behov for satellitter, som kunne finde ud af, hvor mange raketter Sovjet rådede over, og hvor de var anbragt.
Der blev endda lagt planer om militære baser på Månen, der skulle være i stand til at bekæmpe russerne, hvis de også fløj til Månen.
Forårsagede strålingsbelter i rummet
Man holdt sig heller ikke tilbage fra at afprøve atomvåben i rummet. I juli 1962 blev en brintbombe bragt til eksplosion 400 kilometer over Stillehavet for at afprøve atomvåbens virkning ude i rummet.
Det viste sig at være er rigtig dårlig idé, for der blev skabt nogle midlertidige strålingsbælter, der beskadigede nogle af de satellitter, som man med så stort besvær havde opsendt.
Man vidste dengang ikke meget om rumfartens muligheder og begrænsninger, og i virkeligheden var investeringen Projekt Orion set som et forsøg på rettidig omhu.
Det kunne jo være, at der opstod et militært behov for at kunne sende meget tunge ting ud i rummet, måske for at bygge en militær base på Månen, eller lade Orion blive en slags ’slagskib i rummet’, hvorfra man fra stor og sikker højde kunne bombe Sovjet.
Men det var meget løse tanker, og i sidste ende ophørte projektet, fordi man ikke kunne finde en seriøs militær anvendelse for det.
Atomdrevne raketter mod Solsystemet
Vi har stadig ikke atomdrevne raketter, selv om man lige fra rumalderens begyndelse tog ideen ganske alvorligt.
NASA havde allerede fra 1958 et projekt kaldet NERVA, hvor man i 15 år forsøgte at bygge en ægte atomraket.
Flydende brint blev opvarmet til en meget høj temperatur i en atomreaktor, inden den varme brintgas med stor fart blev slynget ud gennem en raketdyse.
I 1973 var udviklingen kommet så langt, at man kunne erstatte Saturn 5-rakettens tredje trin med en atomdrevet NERVA-raket.
Havde man gjort det, kunne de første flyvninger ud i Solsystemet med mennesker være foretaget allerede i 1970’erne.
Projektet blev opgivet, simpelthen fordi NASA på det tidspunkt ikke kunne samle støtte til nye lange rumrejser lige efter Apollo.
Desuden er det tvivlsomt, om man dengang vidste nok om vægtløshed og stråling til, at astronauterne kunne have overlevet en mange måneder lang rejse for blot i nogle timer at flyve tæt forbi Mars eller Venus.
Man talte allerede dengang meget om NERVA og dens muligheder for at ændre rumfarten.
Men det militære Project Orion blev ikke nævnt med et ord.
En stor forskel på raketterne
Der er en meget stor teknisk forskel på den civile NERVA-raket og Orion-raketten.
Rent teknisk er Orion en raket udstyret med ’Nuclear Pulse Drive’. Navnet fortæller, at der ikke er tale om en jævn udsendelse af gas fra motoren som i en normal raket.
Gassen udsendes i pulser, hver gang en lille bombe detoneres.
Det er nok ikke noget tilfælde, at den første ide til Projekt Orion kom fra forskere, der havde arbejdet på Manhattan-projektet for at udvikle den første atombombe.
En atomar rumrejse
Begejstringen over atomenergi førte i 1955 til dannelse af firmaet General Atomics, der virkelig søgte at udvikle mulighederne for at anvende den nye teknik.
En af dem, der blev ansat, var manden, der for alvor kom til at sætte gang i Orion-projektet. Det var, som man kunne forvente, en tidligere ansat ved Manhattan-projektet ved navn Ted Taylor.
Hans første opgave var at deltage i et projekt, der som en af opgaverne havde at producere radioaktive isotoper til medicinske formål. Senere blev han grebet af Stanislav Ulams ideer om en raket drevet af atombomber.
Her lykkedes det ham at få den berømte fysiker Freeman Dyson til at tage et års orlov fra Institute for Advanced Study i Princeton og flytte til San Diego i Californien, hvor General Atomics havde til huse.
Dermed startede seks års arbejde, betalt at det amerikanske militær, med at finde en helt ny vej til at rejse ud i rummet. Som bekendt blev Nuclear Pulse Drive aldrig til noget, selv om den har nogle rent teoretiske fordele frem for almindelige raketter.
Se boksen nederst i artiklen for mere info.
Fra bomber til rumraket
Det blev hurtigt klart, at vejen frem ved Nuclear Puls Drive er at sende bomberne ud af raketten, før de eksploderer. Man planlagde, at bomberne skulle eksplodere bag raketten i en afstand på 10 meter eller mere.
Atomeksplosionen skaber på mikrosekunder en ildkugle med en temperatur på titusinder af grader. Ildkuglen skulle ramme en stor plade på raketten, som var belagt med stoffer, der kunne absorbere noget af varmen ved at fordampe.
Teorien var, at pladen ville overleve, fordi ildkuglen lynhurtigt ville skubbe pladen og dermed raketten væk. Pladen ville simpelthen ikke kunne nå at fordampe.
Det hele villle gå så hurtigt, at pladen kunne overleve endda flere eksplosioner. Det var skam også nødvendigt, for det vil kræve mange, måske flere hundrede eksplosioner, at sende en raket til Mars.
Teorien efterprøves
De teoretiske beregninger blev understøttet af en prøvesprængning på øen Eniwetok i Stillehavet.
Man havde anbragt to store kugler, hver med en diameter på 1 meter, kun 10 meter fra bomben, der var på størrelse med Hiroshimabomben. Kuglerne var indpakket i et lag af grafit.
Ved sprængningen blev kuglerne naturligvis kastet flere kilometer væk, men da man samlede dem op, viste det sig, at kun et meget tyndt lag af grafitten på under 1/100 mm var fordampet. Det indre af kuglerne var uskadt.
Resultatet var opmuntrende nok til, at man kunne gå videre, både med beregninger, og endda en lille demonstration – dog uden atombomber.
Det skete i 1959 fra Point Loma, ikke langt fra San Diego, hvor en lille model drevet af eksplosioner af almindeligt sprængstof faktisk lettede og kom et pænt stykke til vejrs.
Men derefter var det tilbage til tegnebord og regnestok (det var før computeralderen). Der blev regnet og konstrueret, og pludselig syntes hele Solsystemet indenfor rækkevidde.
Hvordan vil pladen reagere?
Der blev gået til sagen med stor alvor. Således fik den italienskfødte ingeniør Carlo Ripabelli til opgave at regne på, hvordan en 1.000 ton tung plade ville reagere, hvis den to gange i sekundet blev udsat for en eksplosion af en 5 kiloton bombe.
Langsomt begyndte man at nærme sig mulige konstruktioner. Den mest kendte er en 4.000 ton tung raket med en diameter på 40 meter og en højde på 60 meter.
’Brændstoffet’ var 800 bomber på hver 0,15 kiloton (svarende til 150 ton almindeligt sprængstof), som skulle affyres hvert sekund i en afstand på omkring 25 meter fra raketten.
Mellem raketten og bomben ville der så være en tyk og tung plade, der skulle absorbere de varme gasser fra eksplosionerne. Planen var i øvrigt at skyde bomberne ud gennem et hul i denne plade.
Et ret ubehageligt fartøj trods alt
De mange eksplosioner ville give en meget ’bumlet’ tur, som ville være ret ubehagelig, og sandsynligvis direkte farlig, for eventuelle passagerer.
Derfor blev pladen, som skulle absorbere stødene fra de mange eksplosioner, forbundet med selve rumskibet med nogle store støddæmpere, så det stort set kun var pladen, der kom til at bevæge sig frem og tilbage.
Men behageligt ville det nok aldrig blive, og man skulle vist være gjort af et ganske særligt stof for at tage på rejse med en Orion-raket.
I størrelse minder denne raket noget om Saturn 5-måneraketten, men der er en enorm forskel på, hvad de to typer kunne yde:
Hvor Saturn 5 kunne sende 130 ton i bane om Jorden, så kunne Orion sende 1.600 ton i bane, eller landsætte ikke mindre end 1.200 ton på Månen.
Med Orion så det jo ud til, at selv det at kolonisere Mars, var en let opgave – men det var nu før, man blev klar over, hvor uegnet den kolde og støvede Mars er til kolonisation.
Men dengang kunne man på grund af manglende viden om Solsystemet tillade sig at drømme stort.
Kunne nå den nærmeste stjerne med brintbomber?
I 1961 søgte man endda om tilladelse og penge til en afprøvning af ideen med ’rigtige’ atombomber, men det blev standset af daværende forsvarsminister Robert McNamara, som ikke rigtig kunne se formålet med disse forsøg.
Men på en måde var det, som om Orion-projektets medarbejdere levede lidt i deres egen verden, hvor de var mere optagede af rumfartens fremtid end af at løse en konkret militær opgave.
Således skrev Freeman Dyson en artikel om en raket, der kunne nå den nærmeste stjerne, Alfa Centauri. Nu var det ikke nok med almindelige atomvåben (fissionsbomber). Dyson ville hellere bruge de kraftigere brintbomber (fusionsbomber).
Den 100.000 ton tunge raket skulle drives af ikke mindre end 300.000 brintbomber på hver 1 megaton, og opnå en slutfart på næsten 10 procent af lysets hastighed.
Alligevel ville det tage næsten 45 år at flyve til Alfa Centauri.
Det er jo i øvrigt også nødvendigt at gemme en masse bomber til nedbremsningen, for vi kan ikke lære meget om Alfa Centauri-systemet ved at fare igennem det med 30.000 km i sekundet.
Traktat stopper bombe-raketten
Men naturligvis kunne drømmene ikke overleve den økonomiske og politiske virkelighed, og den politiske afslutning på projektet kom i 1963, hvor en traktat, der forbød afprøvning af atomvåben i atmosfæren, i rummet og under vand, blev vedtaget.
Den traktat kunne Orion naturligvis ikke have undgået at overtræde.
En Orion-raket, der starter fra Jorden, kan på sin vej op gennem atmosfæren ikke undgå at skabe en ganske betydelig radioaktiv forurening, som kun delvis kan afhjælpes ved at anbringe basen meget, meget langt fra alle beboede områder.
Det ville føre til ikke bare en overtrædelse af traktaten, men også en betydelig sundhedsfare.
Dyson beregnede, at hver opsendelse kunne koste op til 10 mennesker livet grundet radioaktivt nedfald – noget, det naturligvis ville have været umuligt at acceptere i dag.
Projektet fik ynkelig slutning
En alternativ ide var at starte med kemiske raketter og så først begynde at fyre atombomber af, når man var nået så højt op, at eksplosionerne ikke kunne skade nogen på Jorden.
Måske mere sikkert, men så mistede man også meget af fordelen ved at bruge atomeksplosioner.
Den endelige slutning var ganske ynkelig.
I februar 1965 var der kun 9 mand tilbage på projektet i General Atomic, og major John O. Berga afsluttede det hele med følgende korte memorandum:
»Formålet var at undersøge muligheden for anvendeligheden af Nuclear Pulse Drive. Resultater: Ingen. Projektet er hermed lukket.«
\ Læs mere
Vejen til stjernerne brolagt med bomber
Siden da har alle raketter været drevet af kemiske brændstoffer, men på et tidspunkt vil atomkraften vende tilbage.
Atomkraft er således nødvendig, hvis vi vil flyve til andre stjerner.
Om det vil ske med Nuclear Pulse Drive er ikke til at sige, men der er måske et helt andet område, hvor vi kan få brug for at genoplive denne teknik, der jo gør det muligt at sende meget store masser ud i rummet:
Hvis vi opdager en asteroide på vej mod Jorden, vil vi naturligvis gøre, hvad der er muligt for at undgå et sammenstød.
Det er ret sikkert, at det vil kræve, at man har mulighed for at sende udstyr op til asteroiden, og hvis udstyret er tungt, har vi ikke andre muligheder i dag end at genoplive et projekt som Orion.
Men om det i vore dage er politisk muligt er en anden sag.
\ Læs mere
\ Rumfartens store begrænsning
Lige fra rumalderens begyndelse var det klart, at rumfart med raketter altid måtte arbejde med en stor begrænsning.
Vi kan enten bygge rumskibe, som er langsomme, men til gengæld kan accelerere så hurtigt, at de når deres slutfart på få minutter, eller bygge rumskibe, som er hurtige, men til gengæld accelererer så langsomt, at det kan tage uger at komme op på den endelige fart.
Det problem har hidtil været anset for uløseligt, indtil man begyndte at overveje raketter drevet af atomeksplosioner. De kan komme op på enorm fart, men de accelerer så hurtigt, at denne fart kan opnås på et par timer.
Afhænger af gashastighed
Forklaringen ligger i den måde, en raketmotor virker, hvor raketten drives frem, fordi motoren sender en strøm af gas bagud.
Hvor hurtigt raketten kommer til at flyve, afhænger af gashastigheden. Realistisk kan en raket opnå en hastighed på 1,5-1,7 gange gashastigheden.
Men det kræver meget energi at opnå store gashastigheder. Forklaringen er den simple, at energien E af en partikel med massen m kg og farten v er givet ved:
E = ½∙ m∙ v2
Skal vi fordoble partiklens fart, skal der ikke tilføres dobbelt så meget energi, men fire gange så meget energi, da energien vokser med kvadratet på farten.
Gode kemiske brændstoffer har energi nok til at slynge gasserne ud med 3-4,5 km i sekundet, mens NERVA kunne komme op på gashastigheder nær 9 km/s.
Rumfarten kræver, at man skal op på hastigheder mellem 9-15 km/s for at gå i bane om Jorden eller flyve ud i Solsystemet.
Kemiske raketter er dyre
Den eneste måde, kemiske raketter kan klare det problem på, er ved at bruge flere trin, da en raket med kun ét trin end ikke kan opnå nok fart nok til at gå i bane om Jorden.
Det er en dyr og vanskelig løsning, som viser, at kemiske brændstoffer kun lige er energirige nok til at sende raketter ud i rummet. Havde Jordens tyngdekraft været bare en smule stærkere, ville rumfart være en næsten umulig udfordring.
Kemiske raketter udslynger en masse brændstof med lav fart. Det kræver ikke så megen energi, men giver et enormt brændstofforbrug.
En kemisk raketmotor er meget kraftig, men kan kun fungere i få minutter før tanken er tom.
Alternativet er at slynge en lille mængde brændstof ud med meget stor energi, Det er netop hvad ionraketter gør, hvor brændstoffet accelereres op til 30 km/s eller mere med elektriske felter.
Læs også: Raketten, som kan revolutionere rumfarten
Solceller en dårlig mulighed
Anvendes solceller, kan ionraketten kun udsende en meget lille mængde brændstof hvert sekund, fordi der er grænser for, hvor meget energi solceller kan levere. Det giver en svag motor og en lav acceleration.
Bruger man atomkraft, kan der hvert sekund udslynges mere brændstof. Det giver en øget motorkraft og dermed en højere acceleration.
Men også her er der grænser, fordi atomreaktoren hurtigt bliver varm, og det er meget svært at slippe af med varmen ude i rummet. Vi kan aldrig nå op på den acceleration, en kemisk motor kan give.
Ionmotorer er derfor meget svagere end kemiske motorer, og det kan derfor tage uger eller måneder at accelerere et rumskib op til fuld fart – men man kan opnå langt større hastigheder end med kemiske raketter.
Prisen er bare, at man skal være tålmodig – en ionraket er ikke en Formel 1 racer.
Beregninger viser, at man ved at detonere små atombomber bag raketten kan opnå meget store gashastigheder på 20-30 km/s, og måske helt op til 100 km/s.
Det er bedre end en ionraket, og samtidig udslynges så meget gas, at motoren ville blive ganske kraftig og derved give en høj acceleration – noget, en ionraket ikke kan give.
Det er den eneste kendte udvej af ’Rumfartens store begrænsning’. Men om den ville virke også i praksis, kan vi stadig ikke svare på.
