オリオン計画（原子力推進）

NASA のアーティストによる 1999 年のオリオン計画のパルス核分裂宇宙船のレンダリング

オリオン計画は、1950年代から1960年代にかけてアメリカ空軍、DARPA、^[1]、NASAによって実施された、宇宙船の背後で行われる一連の原子爆発によって直接推進される核パルス宇宙船の実現可能性に関する研究であった。 ^[2]^[3]初期のバージョンは地上からの離陸が提案されたが、後のバージョンは宇宙での使用のみを想定して提示された。設計作業はサンディエゴのゼネラル・アトミックス社で行われ、 ^[4]支持者にはヴェルナー・フォン・ブラウン^[5]がおり、彼はこのアイデアを推奨する白書を発表した。^[2]^[6]模型による非核実験が実施されたが、^{[7]最終的には、核放射性降下物への懸念から宇宙での核爆発を禁止した1963年の}部分的核実験禁止条約^[8]など、いくつかの理由でプロジェクトは中止された。^[2]

物理学者スタニスワフ・ウラムは1946年に核パルス推進の基本的な考え方を提唱し^[9]、1947年付けのロスアラモス覚書の中でフレデリック・ラインズとウラムによって予備的な計算が行われた。 ^{[9] [}^{3] [}^10] 1955年8月、ウラムは「かなりの距離で射出され爆発する」核分裂爆弾を宇宙空間での乗り物推進に使用することを提案する機密文書を共同執筆した。^[4]^{[9]このプロジェクト}はジェネラル・アトミックス社のテッド・テイラーと物理学者フリーマン・ダイソンが主導し、ダイソンはテイラーの要請でプリンストン高等研究所を1年間留任してこのプロジェクトに取り組んだ。^[11] 1958年7月、DARPAはオリオンに年間100万ドルの初期レベルで資金提供することに合意し、この時点でプロジェクトは正式に名前が付けられ、開始された。^[11]^{[7] NASAは}ゼネラル・ダイナミクス社にこの構想の研究を許可したが^[8]、1959年後半に支援を撤回することを決定した。^[11]アメリカ空軍は、この計画が軍事利用されることが判明すればオリオンを支援することに同意し、NASA有人宇宙飛行局も資金を提供した。^[4]政府が調査した構想では、爆風シールドとショックアブソーバーを使用して乗組員を保護し、爆発を継続的な推進力に変換した。^[12]^[13]最も成功した模型テストは、1959年11月に行われ、6回の連続した化学爆発で高度約100メートルに到達した。^[7] NASAはまた、8人の宇宙飛行士を乗せた125日間の火星往復ミッションのプロファイルを作成し、開発費は15億ドルと予測した。^[5]オリオンは、前年に米国が部分的核実験禁止条約に署名した^[8]^[5] NASAは1959年に、民間宇宙計画は近い将来非核化されると決定した。^[11]

オリオンのコンセプトは、高い推力と高い比推力、つまり推進剤効率の両方を提供した。当初の設計では2,000パルス単位 ( Isp )、空軍の計画ではおそらくIspは4,000から6,000秒だったが、1968年にダイソンが提案した核融合爆弾では、これを75,000 Isp以上に増やすことができ、10,000 km/秒の速度が可能になった。^[5]当時、中型の核兵器は約50億から100億馬力を生み出すと推定された。^[11]^[14]車両の質量に比べて核爆発の極度の威力は、外部爆発を使用することで管理されるが、パルスコンセプトの初期のバージョンでは、内部の圧力構造で爆風を封じ込めることが提案されており、そのような設計の1つがマーティン社によって準備された。^[5]^[11]質的な出力の比較として、アポロ計画で月へ向かったサターンVなどの従来の化学ロケットは、低い比推力で高い推力を生み出すのに対し、電気イオンエンジンは少量の推力を非常に効率的に生み出します。対照的に、オリオンは、当時検討されていた最も先進的な従来型または原子力ロケットエンジンよりも優れた性能を発揮します。オリオン計画の支持者は、それが安価な惑星間旅行の可能性を秘めていると感じました。^[15]

ロングショット計画からダイダロス計画、ミニマグオリオン計画、そして熱出力散逸を考慮するレベルで工学分析に至るその他の提案に至るまで、生存可能な出力を最大化するための外部核パルス推進の原理は、外部電力ビームなしの恒星間飛行や非常に高性能な惑星間飛行の真剣な構想の間では一般的であり続けている。^[5]こうした後発の提案は、オリオン計画のより大きな核パルスユニット（完全な核爆弾）とは対照的に、はるかに小さな核分裂または核融合ペレットの爆発を駆動する装置を想定することで基本原理を修正する傾向がある。1979年、ジェネラルダイナミクス社は高さ26インチ（56cm）の木製宇宙船模型をスミソニアン博物館に寄贈し、バージニア州北部のダレス国際空港近くのスティーブン・F・ウドバー・ヘイジー・センターで展示されている。^[8]

基本原則

オリオンの核パルス推進は、典型的な惑星間設計で19〜31 km/s（12〜19 mi/s）の非常に高い排気速度とメガニュートンの推力を組み合わせています。^[17]多くの宇宙船の推進装置は、これらのいずれかを達成できますが、核パルスロケットは、一度に両方を実現するための極端な電力要件を満たす可能性のある唯一の提案された技術です（より推測的なシステムについては、宇宙船の推進を参照してください）。

比推力（I _sp）は、与えられた燃料の質量からどれだけの推力が得られるかを測定するもので、ロケット工学の標準的な性能指標です。ロケット推進では、排気の運動エネルギーは速度の2乗に比例して増加するため（運動エネルギー= ⁠1/2⁠ mv ²）、運動量と推力は速度とともに直線的に増加するが（運動量= mv）、特定のレベルの推力（加速度gの数など）を得るには、設計目標で排気速度とI _spが大幅に増加するたびに、はるかに多くの電力が必要になる。（たとえば、高I _spの電気推進システムが低推力になる傾向がある最も基本的な理由は、利用可能な電力の制限によるものです。排気に入る電力が一定であるか、放熱の必要性やその他のエンジニアリング制約により限界に達している場合、推力は実際にはI _{spに反比例します。）}^[18]オリオンコンセプトは、既知の材料と設計で原子炉が内部で耐えられる以上の電力放出速度で外部で核爆発を引き起こします。

重量に制限がないため、オリオン機は非常に頑丈です。無人機であれば、おそらく 100 gという非常に大きな加速度に耐えることができます。しかし、有人機のオリオンでは、プッシャープレートの後ろに何らかの減衰システムを使用して、ほぼ瞬間的な加速度を人間が快適に耐えられるレベル (通常は約 2 ～ 4 g)まで滑らかにする必要があります。

高性能は、一定の質量の推進剤に対してロケットの力を最大化するために、高い排気速度に依存します。プラズマデブリの速度は、核火球の温度 ( T _c ) の変化の平方根に比例します。このような火球は通常、1 ミリ秒未満で 1000 万度以上に達するため、非常に高い速度を生み出します。ただし、実用的な設計では、火球の破壊半径も制限する必要があります。核火球の直径は、爆弾の爆発力の平方根に比例します。

爆弾の反応塊の形状は、効率にとって極めて重要です。当初の計画では、タングステン製の反応塊を備えた爆弾が設計されました。爆弾の形状と材質により、核爆発物の中心から放射されるX 線とプラズマが反応塊に集中します。実際、各爆弾は核成形爆薬となります。

円筒形の反応物質を持つ爆弾は、爆発すると平らな円盤状のプラズマ波に膨張します。円盤状の反応物質を持つ爆弾は、はるかに効率的な葉巻形のプラズマ破片波に膨張します。葉巻型はプラズマの大部分を集中させてプッシャープレートに衝突させます。^[19]ミッション効率を最大化するために、ロケット方程式では、爆弾の爆発力の大部分が等方的に消費されるのではなく、宇宙船に向けられることが求められます。

オリオン核パルスドライブの最大有効比推力I _{spは、一般的に次の式に等しくなります。}

I_{sp}={\frac {C_{0}\cdot V_{e}}{g_{n}}}

ここで、C ₀はコリメーション係数（パルスユニットが爆発したときに爆発プラズマデブリの何パーセントが実際に衝撃吸収プレートに当たるか）、V _eは原子核パルスユニットのプラズマデブリ速度、g _nは標準重力加速度（9.81 m/s ²。I _spがN ·s/kg または m/s で測定されている場合、この係数は不要）です。プッシャープレートの直径を原子核パルスユニットの爆発によって生成される原子核火球の直径に一致させることにより、ほぼ 0.5 のコリメーション係数を実現できます。

爆弾が小さくなればなるほど、各衝撃も小さくなるため、衝撃率が高くなり、軌道に到達するのに必要な衝撃も大きくなります。また、衝撃が小さくなると、プッシャープレートにかかるGショックも小さくなり、加速をスムーズにするための減衰の必要性も少なくなります。

オリオン推進爆弾の最適な威力（有人4,000トン基準設計の場合）は0.15kt程度と計算され、軌道に乗るには約800個の爆弾が必要で、爆弾の投下速度は1秒あたり約1個でした。^[20]

車両のサイズ

ジョージ・ダイソンの著書には、次のような記述がある。 ^[19]サターンVとの比較のための数値はこのセクションから引用し、メートル法（kg）から米国ショートトン（ここでは「t」と略記）に変換した。

1958 年後半から 1959 年初頭にかけて、最小の実用的乗り物は、達成可能な最小の爆弾威力によって決まることが認識されました。0.03 kt (海面威力) 爆弾を使用すると、乗り物の質量は 880 トンになります。しかし、これは軌道試験乗り物以外では小さすぎるとみなされ、チームはすぐに 4,000 トンの「基本設計」に焦点を合わせました。

当時、小型爆弾の設計の詳細は秘密に包まれていた。オリオンの設計報告書の多くは、公開前に爆弾の詳細をすべて削除していた。上記の詳細を、1959年のジェネラル・アトミックス社の報告書^{[24]と比較すると、}仮想のオリオン宇宙船の3つの異なるサイズのパラメータが検討されている。

上記の最大の設計は「スーパー」オリオン設計であり、800万トンの重量で、簡単に都市になる可能性がある。^[25]インタビューでは、設計者はこの大型船を星間箱舟として考えていた。この極端な設計は、1958年に入手可能であったか、その後すぐに利用可能になると予想されていた材料と技術で建造できる。

「スーパー」オリオンの各推進ユニットの 3,000 トンの大部分は、ポリエチレンやホウ素塩などの不活性物質で、推進ユニットの爆発力をオリオンの推進プレートに伝達し、中性子を吸収して放射性降下物を最小限に抑えるために使用されます。フリーマンダイソンが「スーパー」オリオン用に提案した設計の 1 つでは、推進プレートを主にウランまたは超ウラン元素で構成し、近くの恒星系に到達したときにプレートを核燃料に変換できるようにすることを要求しました。

理論的応用

オリオン核パルスロケットの設計は極めて高性能です。核分裂型パルスユニットを使用するオリオン核パルスロケットは、もともと惑星間宇宙飛行で使用することを目的としていました。

当初の計画ではオリオン宇宙船用に計画されていたミッションには、単段式（地球表面から直接）火星への往復と、土星の衛星の1つへの旅行が含まれていた。^[25]

フリーマン・ダイソンは、太陽に最も近い恒星系であるアルファケンタウリに到達するためにどのようなオリオンミッションが可能かについての最初の分析を行った。^[26] 1968年の論文「恒星間輸送」（Physics Today）^[27]では、大規模な核爆発の概念は保持されていたが、ダイソンは核分裂爆弾の使用をやめ、代わりに1メガトンの重水素核融合爆発の使用を検討した。彼の結論は単純だった。核融合爆発の破片の速度はおそらく3000〜30,000 km/sの範囲であり、オリオンの半球形のプッシャープレートの反射形状により、その範囲は750〜15,000 km/sに短縮されるだろう。^[28]

1968 年の技術で何ができるかの上限と下限を見積もるために、ダイソンは 2 つの宇宙船の設計を検討した。より保守的なエネルギー制限付きの推進プレート設計では、衝突する爆発の熱エネルギー (4×10 ¹⁵ジュール、その半分は推進プレートに吸収される) をすべて、溶けることなく吸収するだけでよかった。ダイソンは、露出面が厚さ 1 mm の銅で構成されている場合、半球形の推進プレートの直径と質量はそれぞれ 20 km と 500 万トンになる必要があると見積もった。次の爆発の前に銅が放射冷却されるには 100 秒必要である。すると、エネルギー制限付きのヒートシンクを備えたオリオン設計がアルファケンタウリに到達するまでに約 1000 年かかることになる。

この性能を改善しつつサイズとコストを削減するため、ダイソンは、露出面のアブレーションコーティングを代替として余分な熱を取り除く、運動量制限型プッシャープレート設計を検討した。この制限は、衝撃的に加速されるプッシャープレートから滑らかに加速される車両に運動量を伝達するショックアブソーバーの能力によって設定される。ダイソンは、利用可能な材料の特性により、爆発のサイズや性質に関係なく、各爆発で伝達される速度が約 30 メートル/秒に制限されると計算した。この速度伝達で車両を 1 地球重力 (9.81 m/s ² ) で加速する場合、パルスレートは 3 秒に 1 回の爆発となる。^[29]ダイソンの車両の寸法と性能は以下のとおりである。

その後の研究によると、理論上達成できる最高巡航速度は光速の数パーセント（0.08～0.1c）である。^[30]^{[検証が必要]}原子（核分裂）オリオンはおそらく光速の9～11％を達成できる。核融合反物質触媒核パルス推進ユニットで駆動する核パルス駆動宇宙船も同様に10％の範囲であり、純粋な物質反物質消滅ロケットは理論的には光速の50％から80％の速度を得ることができる。いずれの場合も、減速のために燃料を節約すると、最大速度が半分になる。目的地に近づくにつれて宇宙船を減速させるために推進剤を使用する代わりに磁気帆を使用するという概念が議論されてきた。これにより、宇宙船は理論上の最大速度近くで移動することができる。^[31]

0.1 ℃では、オリオン熱核宇宙船がアルファケンタウリに到達するには少なくとも44年の飛行時間が必要ですが、その速度に達するのに必要な時間（1 gまたは9.8 m/s ²の一定加速度で約36日）は含まれていません。0.1 ℃では、オリオン宇宙船が10光年を移動するのに100年かかります。天文学者のカール・セーガンは、これが核兵器の備蓄に最適な用途になると示唆しました。^[32]

オリオン計画の開発の一環として、軍からの資金を集めるために、1960年代にアメリカ空軍によって、宇宙ベースの核爆発に耐える核ミサイル兵器プラットフォームである「宇宙戦艦」の派生型が提案された。これは、アメリカ空軍の「深宇宙爆撃部隊」を構成する予定だった。^[33]^[34]^[35]

その後の展開

オリオンに似たコンセプトは、1973年から1974年にかけて英国惑星協会（BIS）によって設計されました。ダイダロス計画は、バーナード星へのロボット恒星間探査機で、光速の12％で移動する予定でした。1989年には、同様のコンセプトがロングショット計画で米国海軍とNASAによって研究されました。これらのコンセプトはどちらも核融合技術の大幅な進歩を必要とするため、オリオンとは異なり、現時点では建造できません。

1998年から現在まで、ペンシルベニア州立大学の原子力工学部は、ダイダロス計画とロングショット計画で提案された大型慣性閉じ込め核融合点火システムではなく、コンパクトな反物質触媒核パルス推進ユニットを使用したICAN計画とAIMStar計画として知られるオリオン計画の2つの改良版を開発してきました。 [ ³⁶^]

費用

必要とされる核分裂性物質の費用は高額であると考えられていたが、物理学者のテッド・テイラーが、爆薬を適切に設計すれば、打ち上げ時に使用する核分裂性物質の量は、2,000トンから8,000,000トンまでのオリオンのサイズに関係なくほぼ一定であることを証明した。爆弾が大型化すると、核分裂性物質を超圧縮するためにより多くの爆薬が使用され、効率が高まった。爆薬から出る余分な破片も、追加の推進質量として役立つ。

歴史的に核防衛計画のコストの大半は、爆弾の直接的な製造コストではなく、運搬と支援システムに費やされてきた（ある調査によると、1946年から1996年までの米国の総費用の7％が弾頭である）。^[38]初期のインフラ開発と投資の後は、追加の核爆弾の大量生産の限界費用は比較的低くなる可能性がある。1980年代、米国の熱核弾頭の一部は、1個あたり110万ドル（560個で6億3000万ドル）と推定されていた。^[39]オリオンの設計の1つで使用されるおそらくより単純な核分裂パルスユニットの場合、1964年の情報源は、大量生産のコストが1個あたり4万ドル以下であると推定しており、これはインフレ調整後の現代のドルに換算すると1個あたり約30万ドルになる。^[39]^[40]

ダイダロス計画ではその後、電子ビーム慣性閉じ込めによって爆発する核融合爆薬（重水素または三重水素ペレット）を提案しました。これは慣性閉じ込め核融合と同じ原理です。理論的には、はるかに小さな爆発に縮小でき、小さなショックアブソーバーが必要です。

車両アーキテクチャ

1957 年から 1964 年にかけて、この情報はオリオンと呼ばれる宇宙船の推進システムの設計に使用されました。このシステムでは、核爆弾が宇宙船の底に取り付けられた推進プレートの後ろに投げ込まれ、爆発します。爆発による衝撃波と放射線が推進プレートの下側に衝突し、強力な推進力を与えます。推進プレートは、加速を宇宙船の残りの部分にスムーズに伝える、大型の 2 段式ショックアブソーバーに取り付けられます。

離陸中、地面から跳ね返る液体の破片^[要説明]の危険性が懸念された。提案された解決策の 1 つは、推進プレート上に平らな通常爆薬プレートを広げ、これを爆発させて核爆発を起こす前に船を地面から持ち上げるというものだった。これにより船は十分に空中に持ち上げられるため、最初の集中核爆発では船に損害を与える破片は発生しない。

核パルスユニットの予備設計が作成された。この設計では、成形炸薬核融合促進核分裂爆薬の使用が提案された。爆薬はベリリウム酸化物チャネルフィラーで包まれ、その周囲をウラン放射線ミラーが覆っていた。ミラーとチャネルフィラーは端が開いており、この端にタングステン推進剤の平板が置かれた。ユニット全体は直径6インチ（150 mm）以下の缶に収められ、重さは300ポンド（140 kg）強で、ソフトドリンクの自動販売機をスケールアップした機械で扱えるよう設計されていた。設計についてはコカコーラ社が相談を受けた。^[41]

点火後 1 マイクロ秒でガンマ爆弾のプラズマと中性子がチャネルフィラーを加熱し、ウランシェルによってある程度封じ込められます。2 ～ 3 マイクロ秒でチャネルフィラーはエネルギーの一部を推進剤に伝達し、推進剤は蒸発します。推進剤の平板は、プッシャープレートを狙って葉巻型の爆発を形成します。

プラズマは、プッシャープレートまでの 82 フィート (25 メートル) の距離を移動する間に 25,200 °F (14,000 °C) まで冷却され、その後、約 300 マイクロ秒でプッシャープレートに衝突して再圧縮され、120,600 °F (67,000 °C) まで再加熱されます。この温度は紫外線を放出しますが、これはほとんどのプラズマを透過しにくいものです。これにより、プッシャープレートが冷却された状態が維持されます。葉巻型の分布プロファイルとプラズマの低密度により、プッシャープレートへの瞬間的な衝撃が軽減されます。

プラズマによって伝達される運動量は中心部で最大となるため、プッシャープレートの厚さは中心部から端に向かって約 6 分の 1 に減少します。これにより、プレートの内側部分と外側部分で速度の変化が同じになります。

周囲の空気が濃い低高度では、放射線シールドがなければガンマ散乱によって乗組員が危害を受ける可能性がある。また、太陽フレアから生き延びるために長期ミッションでは放射線避難所も必要となる。放射線シールドの有効性はシールドの厚さとともに指数関数的に増加する。シールドについてはガンマ線を参照のこと。質量が2,200,000ポンド (1,000,000 kg) を超える船では、船の構造的嵩、その備品、爆弾と推進剤の質量によって乗組員は十分以上のシールドを得られる。当初は爆弾の配置の不正確さにより安定性が問題になると考えられていたが、後にその影響は相殺されることが示された。^[42]^[43]

1959年、サンディエゴのポイント・ロマで、通常の爆薬を使った模型の飛行試験が数多く行われた。 1959年11月14日、「ホット・ロッド」や「パットパット」としても知られる高さ1メートルの模型が、 RDX（化学爆薬）を使って初めて制御飛行し、23秒間、高度184フィート（56メートル）まで飛行した。試験の映像はビデオに書き起こされ^[44]、2003年にBBCのテレビ番組「原子爆弾で火星へ」でフリーマン・ダイソンとアーサー・C・クラークの解説付きで紹介された。模型はパラシュートで無傷で着陸し、スミソニアン国立航空宇宙博物館のコレクションに収められている。

最初に提案されたショックアブソーバーはリング状のエアバッグでした。爆発が失敗した場合、1,100,000～2,200,000 ポンド (500,000～1,000,000 kg) のプッシャープレートがリバウンド時にエアバッグを引き裂くことがすぐに判明しました。そこで、2 段階のデチューンスプリングとピストンショックアブソーバーの設計が開発されました。基準設計では、第 1 段階の機械式アブソーバーはパルス周波数の 4.5 倍に調整され、第 2 段階のガスピストンはパルス周波数の 0.5 倍に調整されました。これにより、各爆発のタイミング許容範囲は 10 ミリ秒になりました。

最終的な設計では、爆弾の失敗に対処してオーバーシュートし、中央位置に跳ね返った。したがって、失敗後の最初の地上発射では、より低い威力の装置でシーケンスを開始または再開する必要がある。1950 年代には、爆弾の威力を調整する方法がまだ初期段階にあり、2 秒または 3 秒の時間枠で標準威力の爆弾をより低い威力の爆弾に交換する手段、または低威力の爆弾を発射する代替手段を提供することがかなり検討された。現代の可変威力装置では、単一の標準化された爆薬を自動的に調整 (より低い威力に設定) できる。

爆弾は、プッシャープレートの後ろから、1.1秒ごとに66～98フィート（20～30メートル）先で爆発するだけの速度で発射されなければならなかった。プッシャープレートの端から突き出た複数の銃から、ジェットコースターの線路から発射されるロケット推進爆弾まで、数多くの提案が検討されたが、最終的な参考設計では、プッシャープレートの中央の穴から装置を発射する単純なガス銃が使用された。

潜在的な問題

核爆発に繰り返しさらされると、プッシャープレートのアブレーション（浸食）の問題が生じる。計算と実験により、鋼鉄のプッシャープレートは、保護されていない場合、1 mm 未満しかアブレーションしないことがわかった。油を吹き付けると、まったくアブレーションしない（これは偶然発見された。テストプレートに油の指紋が付いていたが、指紋はアブレーションを受けなかった）。炭素と水素の吸収スペクトルは、加熱を最小限に抑える。衝撃波の設計温度は 120,600 °F（67,000 °C）で、紫外線を放出する。ほとんどの材料と要素は紫外線を通さないが、プレートが受ける 49,000 psi（340 MPa）の圧力では特に不透明である。これにより、プレートが溶けたりアブレーションしたりすることが防止される。

プロジェクトの終了時に未解決のまま残っていた問題の 1 つは、推進剤とアブレーションされたプッシャープレートの組み合わせによって発生する乱流が、プッシャープレートのアブレーション全体を劇的に増加させるかどうかでした。フリーマンダイソンによると、1960 年代には、これを判定するために実際の核爆発物を使ったテストを実際に実行しなければならなかったでしょう。しかし、現代のシミュレーション技術では、そのような実験的調査を行わなくても、かなり正確に判定できます。

プッシャープレートのもう 1 つの潜在的な問題は、プレートの上部から金属片が飛び散る可能性があることです。プレートの下部に衝突するプラズマからの衝撃波はプレートを通過して上部表面に到達します。その時点で、金属片が飛び散り、プッシャープレートが損傷する可能性があります。このため、プッシャープレートの表面層に代替材料 (合板とグラスファイバー) が検討され、許容できると考えられました。

核爆弾内の通常の爆薬が爆発しても核爆発が点火されない場合、破片がプッシャープレートに当たり、重大な損傷を与える可能性があります。

数千回の核爆発を一か所で実施することは不可能であるため、車両システムの真の技術的テストは不可能であると考えられていました。実験は核の火球でプッシャープレートをテストするように設計されており、プッシャープレートの長期テストは宇宙で行うことができます。ショックアブソーバーの設計は、化学爆薬を使用して地球上で実物大でテストできます。

しかし、地表からの打ち上げに関する未解決の主な問題は、核の降下物であると考えられていた。プロジェクトのグループリーダーであるフリーマン・ダイソンは、1960年代に、従来の核兵器では、1回の打ち上げで、統計的には平均して0.1～1人の致命的な癌が降下物によって発生すると推定した。^[45]この推定は、他の産業活動による統計的な死亡数の推定でよく使用される方法である、しきい値なしモデルの仮定に基づいている。世界経済において間接的に獲得または失われた数百万ドルの効率性は、機会利益とコストの観点から、統計的に救われる命または失われる命の平均となる可能性がある。^[46]間接的な影響は、オリオンベースの宇宙計画が将来の人類全体の死亡率に及ぼす全体的な影響が純増か純減かに関して重要になる可能性があり、これには打ち上げコストと機能の変化が宇宙探査、宇宙植民地化、人類の長期生存の確率、宇宙ベースの太陽光発電、またはその他の仮説に影響を与えるかどうかが含まれる。

人命の危険は、この計画を棚上げする理由にはならなかった。理由としては、ミッション要件が欠如していたこと、米国政府内で何千トンものペイロードを軌道に乗せる理由が誰も思いつかなかったこと、月面ミッションにロケットを集中するという決定、そして最終的には1963年に部分的核実験禁止条約が調印されたことなどが挙げられる。当時は固体集積回路が一般的に使用されていなかったため、提案された1キロトン未満の爆発による電磁パルスによる地上の電子システムへの危険は、それほど重大ではないと考えられていた。

多数の小規模な爆発を合わせると、12,000,000ポンド (5,400,000 kg) のオリオンの打ち上げ全体による放射性降下物は、空中爆発による典型的な10メガトン(40 ペタジュール) の核兵器の爆発に等しいため、その放射性降下物のほとんどは比較的希薄な遅延放射性降下物であろう。核分裂による総出力の大部分を占める核爆発物の使用を想定すると、その総放射性降下物の総量は、 1952年に爆発した10.4メガトンの装置であるアイビー作戦のマイクのショットの表面爆発出力に匹敵するであろう。この比較は完全には一致しない。なぜなら、アイビー・マイクは表面爆発の位置のために、初期に大量の放射性降下物汚染を生成したからである。歴史上の地上核兵器実験では、189 メガトンの核分裂生成物が使用され、1人当たりの世界平均放射線被曝量は1963年に1.0 × 10 ^{−5レム/平方フィート（0.11 mSv/a）でピークに達し、}現代でも 6.5 × 10 ⁻⁷ レム/平方フィート（0.007 mSv/a）の残留放射線が発生している。これには主に自然放射線などの他の被曝源が重なり、世界平均は0.00022 レム/平方フィート（2.4 mSv/a）だが、標高の高い都市では0.00056 レム/平方フィート（6 mSv/a）など大きく変動する。^[47]^[48]比較は、爆発場所によって人口線量がどう影響を受けるかによって左右されるだろうが、非常に遠隔地の場所が好まれる。

テッド・テイラーは、特別な設計の核爆発物を使用することで、純粋な核融合爆発物を代わりに製造できれば、核分裂生成物の降下物を10分の1に減らすか、ゼロにすることもできると見積もった。機密解除された米国政府の文書によると、100％純粋な核融合爆発はまだ開発に成功していないが、1970年代にソ連によって運河掘削のために比較的クリーンなPNE（平和的核爆発）がテストされ、タイガテストの15キロトンの装置で98％の核融合収率、0.3キロトンの核分裂が達成され、^[45]^{[49]提案されていた}ペチョラ・カマ運河の一部を掘削した。

この機体の推進システムとその試験プログラムは、現在の文言では1963年の部分的核実験禁止条約に違反する。この条約は、軍拡競争を減速させ、核爆発による大気中の放射線量を制限する目的で地下で実施されるものを除き、すべての核爆発を禁止している。米国政府は1963年の条約に例外を設け、宇宙飛行に核推進を使用することを認めようとしたが、ソ連は軍事利用を恐れ、この例外は条約から除外された。この制限は米国、ロシア、英国にのみ影響する。また、米国と中国が署名した包括的核実験禁止条約、および1990年代以降核保有国が課してきた事実上の核実験モラトリアムにも違反する。

このようなオリオン核爆弾ロケットを地上または低軌道から打ち上げると、電磁パルスが発生し、コンピューターや衛星に重大な損害を与えるだけでなく、ヴァン・アレン帯に高エネルギー放射線が降り注ぐ可能性があります。EMP の影響範囲は数百マイルに及ぶため、この問題は遠隔地から打ち上げることで解決できる可能性があります。比較的小型の宇宙ベースの電気力学的テザーをいくつか展開すれば、ヴァン・アレン帯の捕捉角度から高エネルギー粒子を素早く排出できます。

オリオン宇宙船は、地球や衛星からかなり離れた場所でのみ駆動装置を起動し、非核手段でより安全な距離まで加速することができる。ロフストロム打ち上げループまたは宇宙エレベーターは、仮説上は優れた解決策を提供する。宇宙エレベーターの場合、既存のカーボンナノチューブ複合材は、おそらくコロッサルカーボンチューブを除いて、まだ十分な引張強度を備えていない。すべての化学ロケット設計は、大きな質量を軌道に打ち上げるには極めて非効率的で高価であるが、結果的に費用対効果が高い場合は採用できる可能性がある。

著名人

契約マネージャー、ルー・アレン
爆発物技術者ジェリー・アストル
ジェレミー・バーンスタイン、物理学者
エドワード・クロイツ、物理学者
オリオンの主任科学者、ブライアン・ダン
フリーマン・ダイソン、物理学者
ハロルド・フィンガー、物理学者
バート・フリーマン、物理学者
エドワード・B・ギラー、アメリカ空軍連絡員
チャールズ・クラーク・ルーミス、物理学者
ハリス・メイヤー、物理学者
ジェームズ・ナンス、プロジェクトディレクター
H. ピエールノイエス、物理学者
ロナルド・F・プラター、USAF連絡係
ドン・プリケット、USAF連絡係
ケダール・バッド・ピアット、数学者
モリス・シャーフ、物理学者
テッド・テイラー、プロジェクトディレクター
マイケル・トレショー、物理学者
スタニスワフ・ウラム、数学者

プラムボブ作戦

プッシャープレートのテストに似たテストは、1957年8月27日に実施された「パスカルB 」と呼ばれる核封じ込めテストの偶発的な副作用として発生しました。 ^[50]テストの実験設計者であるロバート・ブラウンリー博士は、低出力の核爆発物が巨大な（900 kg）鋼鉄製のキャッピングプレートを脱出速度の6倍まで加速することを示唆する非常に近似的な計算を行いました。^[51]プレートは発見されませんでしたが、ブラウンリー博士はプレートが大気圏を離れたことはなかったと考えています。たとえば、その高速性により大気の圧縮加熱によって蒸発した可能性があります。計算された速度は非常に興味深いもので、乗組員はプレートに高速度カメラを向けましたが、残念ながら、それは1フレームにしか映っておらず、プレートの速度の下限が非常に高いことを示していました。

フィクションにおける著名な登場

このアイデアが印刷物で初めて登場したのは、ロバート・A・ハインラインの 1940 年の短編小説「爆発は起こる」のようです。

アーサー・C・クラークが『2001年宇宙の旅』の製作回想で述べているように、アメリカの惑星間宇宙船ディスカバリー1号の核パルス版が検討された。しかし、映画の中のディスカバリー号はこのアイデアを採用しなかった。スタンリー・キューブリックは『博士の異常な愛情あるいは私は如何にして心配するのを止めて核爆弾を愛するようになったか』の製作後にパロディと見なされるのではないかと考えたためである。^[52]

オリオン宇宙船は、ラリー・ニーヴンとジェリー・パーネルのSF小説「フットフォール」で重要な位置を占めています。地球がエイリアンの包囲/侵略に直面し、人類はエイリアンの艦隊に対抗するために戦闘船を軌道に乗せるために思い切った手段に頼らざるを得ません。

ドラマ「アセンション」の冒頭の前提は、1963年にジョン・F・ケネディ大統領と米国政府が、冷戦が激化して地球が破滅することを恐れ、人類の生存を確実にするために、プロキシマ・ケンタウリを周回する惑星に植民地を築くためにオリオン級宇宙船アセンション号を 打ち上げたというものである。

作家スティーブン・バクスターのSF小説「アーク」では、地球の生態学的災害から逃れるためにオリオン級の世代宇宙船が使われています。

チャールズ・ストロスは、エンパイア・ゲームズ三部作の終わりに、オリオン計画をモデルにした宇宙船を登場させています。宇宙船の設計者は、1960 年代の産業能力レベルに制約されながら、この宇宙船をパラレルワールドの探査や、敵のより現代的な能力を飛び越える核抑止力として使うことを意図していました。

ジェレミー・ロビンソン(ジェレミー・ビショップというペンネームで執筆)のホラー小説「Torment」では、主人公たちが核パルス推進船に乗って世界的核戦争から脱出します。この船は、連邦政府のメンバーの脱出メカニズムである「オリオン・プロトコル」の一部である 3 機のうちの 1 機です。この船は、エリプスの地下室に収容されています。

SF小説『三体問題』とそれに関連するテレビ番組では、オリオン方式のバリエーションを使用して、接近するエイリアン艦隊に向けて探査機が打ち上げられる。^[53]

参照

参考文献

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さらに読む

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外部リンク

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