miniatura|Concepció artística del disseny de referència de la NASA per la nau espacial del Projecte Orió impulsat per propulsió nuclear.
El Projecte Orió va ser un estudi d'una nau espacial destinada a ser propulsada directament per una sèrie d'explosions de bombes atòmiques darrere de la nau (propulsió nuclear de pulsació). Les primeres versions d'aquest vehicle es van proposar per enlairar des de la Terra amb importants seqüeles nuclears associades, mentre que les versions posteriors es van presentar només per al seu ús en l'espai exterior.
El 1955, documents estatals del Laboratori Nacional Los Alamos (sense oferir referències), la proposta va ser feta per primera vegada pel físic Stanislaw Ulam el 1946, i els càlculs preliminars realitzats per Frederick Reines i Ulam en un memoràndum de Los Alamos de 1947.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 El projecte es va iniciar realment el 1958, dirigit per Ted Taylor de la companyia General Atomics i el físic Freeman Dyson, que a petició de Taylor, va estar treballant durant un any en el projecte a l'Institut d'Estudis Avançats de Princeton.
Mitjançant l'ús d'energia nuclear, el concepte d'Orió ofereix una gran empenta i un alt impuls específic, o eficiència de propel·lent, tot alhora. Com una comparació qualitativa, els coets químics tradicionals, com ara el Saturn V que va tenir el programa Apol·lo a la Lluna, produeixen un impuls específic baix, mentre que els motors iònics elèctrics produeixen una petita quantitat d'empenta de manera molt eficient. Orió hauria ofert un rendiment més gran que els motors coet més avançats convencionals o nuclears llavors sota consideració. Els partidaris del Projecte Orió van sentir que tenia potencial per a viatges interplanetaris barats, però va perdre l'aprovació política a causa de les preocupacions de les seqüeles de la seva propulsió. El tractat de prohibició parcial d'assaigs nuclears de 1963 va posar fi al projecte.Cosmos by Carl Sagan
El Tractat de prohibició parcial de proves nuclears de 1963 es reconeix generalment per haver acabat el projecte. Tanmateix, des del Projecte Longshot al Projecte Daedalus, Mini-Mag Orion, i altres propostes que arriben a anàlisi d'enginyeria en l'àmbit de considerar la dissipació de l'energia tèrmica, el principi de la propulsió nuclear de pulsació externa per maximitzar el poder de supervivència s'ha mantingut comú entre els greus conceptes per als vols interestel·lars sense radiant alimentació externa i per als vols interplanetaris de molt alt rendiment. Aquestes propostes posteriors han tendit a modificar el principi bàsic per l'equip de detonació de fissió o de fusió molt més petites boletes de conducció, encara que a diferència de les unitats pulsació pulsació nuclear més grans del Projecte Orió (bombes nuclears) es basen en una tecnologia menys especulatiu imaginar.
Principis bàsics miniatura|upright=2.2| La nau espacial Orió - components clau.Nuclear Pulse Space Vehicle Study Vol IV – Conceptual Vehicle Designs and Operational Systems, Fig 2.1, pp 4., NASA miniatura|upright=1.1|Un disseny per a una unitat d'impuls.
La unitat de pulsació nuclear Orió combina una velocitat molt alta d'escapament, des de 19 a 31 km/s en els dissenys típics interplanetaris, amb meganewtons d'empenta.Ross, F.W. – Propulsive System Specific Impulse. General Atomics GAMD-1293 8 Feb. 1960 Moltes unitats de propulsió de les naus espacials poden arribar un d'aquests o l'altre, però els coets de pulsació nuclear són l'única tecnologia proposta que podria complir amb els requisits d'energia extremes per lliurar dos alhora (vegeu propulsió espacial per als sistemes més especulatives).
L'impuls específic (ISP) mesura la quantitat d'empenta que es pot derivar d'una determinada massa de combustible, i és una figura estàndard de mèrit per als coets. Per a qualsevol propulsió de coets, ja que l'energia cinètica d'escapament augmenta amb la velocitat al quadrat (energia cinètica = ½ mv²), l'obtenció d'un determinat nivell de pressió (com en una sèrie de d'acceleració) requereix molt més poder cada vegada que la velocitat d'escapament i impuls específic (ISP) és molt més gran en un objectiu de disseny. (Per exemple, la raó més fonamental de retropropulsió espacial elèctrica actual i proposat sistemes d'alta ISP tendeixen a ser de baix empenta es deu als seus límits la potència disponible. seva empenta és realment inversament proporcional a ISP si el poder d'entrar en escapament és constant o en el seu límit de les necessitats de dissipació de calor o altres restriccions d'enginyeria)).Dr. Anthony Zuppero, Idaho National Engineering and Environmental Laboratory. "Physics of Rocket Systems" retrieved 2012-04-24 El concepte Orió detona explosions nuclears externament a una velocitat d'alliberament de la font que està més enllà del que els reactors nuclears podrien sobreviure internament amb materials i disseny coneguts.
Atès que el pes no és cap limitació, una nau Orió pot ser extremadament robusta. Una nau no tripulada podria tolerar moltes més grans acceleracions, potser 100 força g. Amb una tripulació humana en una Orió, hauria d'utilitzar algun tipus de sistema d'amortiment darrere de la placa d'empenta per suavitzar l'acceleració instantània a un nivell que els éssers humans poguessin suportar còmodament - típicament al voltant de 2 a 4g.
L'alt rendiment depèn de la velocitat alta d'escapament, a fi de maximitzar la força del coet per a una massa donada de propel·lent. La velocitat dels residus del plasma és proporcional a l'arrel quadrada del canvi en la temperatura (T c) de la bola de foc nuclear. Atès que les boles de foc aconsegueixen rutinàriament deu milions de graus centígrads o més en menys d'una mil·lèsima de segon, creen velocitats molt altes. No obstant això, un disseny pràctic també de limitar el radi de destrucció de la bola de foc. El diàmetre de la bola de foc nuclear és proporcional a l'arrel quadrada de la potència explosiva de la bomba.
La forma de la massa de reacció de la bomba és crítica per a l'eficiència. El projecte original de bombes dissenyades amb una reacció en massa feta de tungstè. La geometria i els materials de la bomba es van centrar els raigs X i el plasma des del nucli d'explosiu nuclear per colpejar la massa de reacció. En efecte cada bomba seria una càrrega buida nuclear.
Una bomba amb un cilindre de massa de reacció s'expandeix en una ona plana, en forma de disc de plasma quan explota. Una bomba amb una massa de reacció en forma de disc s'expandeix en una ona molt més eficient en forma de cigar dels residus de plasma. La forma de cigar es concentra gran part del plasma perquè incideixi sobre la placa d'empenta.
L'impuls màxim efectiu específic, I sp, d'una unitat d'impuls nuclear Orió generalment és igual a:
on C0 és el factor de col·limació (quina fracció dels residus de plasma explosió realment arribarà a la placa d'absorció d'impulsos quan una unitat d'impulsos exploti?), V e és la velocitat de residus de plasma unitat d'impuls nuclear, i gn és l'acceleració normal de la gravetat (9,81 m/s ², aquest factor no cal fer-ho Isp es mesura en N·s/kg o m/s). Un factor de col·limació de gairebé 0,5 es pot aconseguir fent coincidir el diàmetre de la placa d'empenyedor al diàmetre de la bola de foc nuclear creat per l'explosió d'una unitat d'impuls nuclear.
Com més petita sigui la bomba, més petit serà cada impuls, de manera que com més gran sigui la velocitat dels impulsos i més seran necessàries per assolir òrbita. Impulsos més petits també signifiquen menys força g de xoc a la placa d'empenta i menor necessitat d'amortiment per suavitzar l'acceleració.
Mides dels vehicles Orió A continuació es pot trobar en el llibre de George DysonDyson, George. Project Orion – The Atomic Spaceship 1957-1965. Penguin. pg. 55 published in 2002. Les xifres corresponents a la comparació amb Saturn V s'han pres des de d'aquesta secció i convertides des de mètriques (kg) dels EUA tones (abreujat "t" aquí).
miniatura|Imatge del vehicle Orió petit estudiat àmpliament, el que podria haver tingut una càrrega útil de prop de 100 tones en un viatge al voltant de 8 tripulants a Mart. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20000096503_2000138021.pdf AlAA 2000-3856 Nuclear Pulse Propulsion - Orion and Beyond G.R. Schmidt, J.A. Bunornetti and P.J. Morton NASA Marshall Space Flight Center Huntsville, Alabama Two or possibly three Saturn V's would have been required to put this vehicle into orbit, and some on-orbit assembly would be required. Several mission profiles were considered -the one developed in greatest detail was for a Mars mission. Eight astronauts. With around 100 tonnes of equipment and supplies. could have made a round trip to Mars in 175 days (most current plans call for one-way times of at least nine months). Another impressive figure is that as much as 45% of the gross vehicle in Earth orbit could have been payload. On the left, the 10 meter diameter Saturn V "Boost-to-orbit" variant, requiring in-orbit assembly before the Orion vehicle would be capable of moving under its own propulsion system. On the far right, the fully assembled "lofting" configuration, in which the spacecraft would be lifted high into the atmosphere before pulse propulsion began. As depicted in the 1964 NASA document "Nuclear Pulse Space Vehicle Study Vol III - Conceptual Vehicle Designs and Operational Systems." http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19770085619_1977085619.pdf Document ID: 19770085619 Updated/Added to NTRS: 2005-07-04 Nuclear Pulse Space Vehicle Study Vol III - Conceptual Vehicle Designs and Operational Systems. Shipps, P. R. NASA Center for AeroSpace Information (CASI) NASA-CR-60653; GA-5009-VOL-3, 19640919; Sep 19, 1964 Accession ID: 77X70250 http://www.lepp.cornell.edu/~seb/celestia/orion/index.html
OrbitaltestInterplanetariAvançatinterplanetariSaturn VMassa de la nau 880 t 4,000 t 10,000 t 3,350 tDiàmetre de la nau 25 m 40 m 56 m 10 mAlçada de la nau 36 m 60 m 85 m 110 mRendiment de la bomba (nivell del mar) 0.03 kt 0.14 kt 0.35 kt n/aBombes(a 300 mi Òrbita terrestre baixa) 800 800 800 n/aCàrrega útil(a 300 mi LEO) 300 t 1,600 t 6,100 t 130 tCàrrega útil(aterratge suau a la Lluna) 170 t 1,200 t 5,700 t 2 tCàrrega útil(retorn de l'òrbita de Mart) 80 t 800 t 5,300 t –Càrrega útil(3 anys de retorn de Saturn) – – 1,300 t –
A finals de 1958 i principis de 1959, es va adonar que el vehicle pràctic més petit seria determinat pel menor rendiment assolible de la bomba. L'ús de 0,03 kt (rendiment del nivell del mar) bombes donaria el vehicle una massa de 880 tones. No obstant això, va ser considerat massa petita perquè no fos un vehicle de prova orbital i l'equip aviat es va centrar en un "disseny de base" de 4.000 tones.
En aquest moment, els detalls dels petits dissenys de bombes van ser envoltats de secret. Molts informes de disseny Orió tenien tots els detalls de les bombes retirades abans de l'alliberament. Contrastar les dades esmentades, amb l'informe de 1959 per General Atomics, que va explorar els paràmetres de tres mides diferents de la hipotètica nau espacial Orió:
"Satel·lit"Orió"Abast mitjà "Orió"Súper"OrióDiàmetre de la nau 17–20 m 40 m 400 mMassa de la nau 300 t 1000–2000 t 8,000,000 tNombre de bombes 540 1080 1080Massa de la bomba individual 0.22 t 0.37–0.75 t 3000 t
El principal disseny de dalt és el "super" disseny Orió, als 8 milions de tones, podria ser aquesta ciutat. En les entrevistes, els dissenyadors consideren la nau gran com la possible arca interestel·lar. Aquest disseny extrem podria ser construït amb materials i tècniques que es podrien obtenir en l'any 1958, o s'havien previst que estigui disponible poc després. El límit superior pràctic és probable que sigui més alt amb materials moderns.