Projekt Orion

så skulle USA erövra rymden med atombombsdrivna rymdskepp

USA funderade redan i rymdålderns barndom, långt innan den första månlandningen, på att utnyttja kärnkraft för att driva rymdfarkoster. Då handlade det emellertid inte om någonting så sofistikerat som de planer på en fusionsdriven raket som Nasa överväger idag. Nej, denna satsning, som gick under namnet Project Orion, hade för avsikt att använda gamla hederliga atombomber för att skicka astronauter till både månen, Mars och solsystemets yttre planeter. Det låter kanske vansinnigt, men faktum är att planen om den inte konkurrerats ut av det mer populära Apollo-programmet mycket väl hade kunnat bli verklighet.

Innan Apollo-programmet ens var påtänkt planerade flera framstående amerikanska forskare i hemlighet ett annat rymdprogram, kallat Project Orion, som om det blivit verklighet på många sätt hade varit överlägset både Apollo-programmets månraketer och dagens mest avancerade rymdfarkoster med traditionella kemiska raketer.

Till skillnad från Apollo-programmets jämförelsevis blygsamma ambition att ta tre personer till månen var målsättningen med Project Orions rymdfarkoster, som skulle drivas av återanvända atombomber likt dem som släpptes över Hiroshima och Nagasaki, betydligt högre. Planen var att transportera så många som 150 människor till månen och etablera en permanent månbas i en enda uppskjutning, att skicka människor till Mars innan 1965, och att nå Saturnus innan 1970. Det har dessutom uppskattats att kostnaden för att åstadkomma dessa bedrifter inte hade behövt bli mycket högre än prislappen för Apollo-programmet.

Det kan låta som science fiction-drömmar från 1950-talet, men bedömdes faktiskt som fullt genomförbart. Men Project Orion övergavs till fördel för Apollo-programmet, huvudsakligen av politiska skäl.

Fredlig kärnvapenforskning

Idag handlar rymdutforskning oftast om att tänka litet, genom att till exempel ta fram obemannade rymdsonder och instrument som väger så lite som möjligt och därför kan skjutas upp så billigt som möjligt. Forskarna som i rymdålderns början drömde fram Project Orion tänkte däremot stort. Deras vilda vision inkluderade raketer stora som skyskrapor, drivna av en serie kärnvapenexplosioner.

Att använda kärnvapen för att utforska solsystemet var en idé som kläcktes av den polske matematikern och fysikern Stanislaw Ulam, som deltog i Manhattanprojektet och senare hjälpte till att utveckla vätebomben. Hur det skulle gå till beskrevs av Ulam i en rapport från 1947, som än idag är hemligstämplad.

Orionprojektet är fortfarande till stora delar hemligstämplat. Även om det lades på is för många år sedan, så är konceptet med atombomber fortfarande intressant för Nasa. Bland annat kan det vara läge att ta upp det igen om jorden hotas av en större asteroid. Bild: Nasa

Orionprojektet är fortfarande till stora delar hemligstämplat. Även om det lades på is för många år sedan, så är konceptet med atombomber fortfarande intressant för Nasa. Bland annat kan det vara läge att ta upp det igen om jorden hotas av en större asteroid. Bild: Nasa

Drygt tio år senare föddes Project­ Orion, som mitt i USA:s panik efter­ Sovjetunionens triumfartade uppskjutning av Sputnik 1957 fick i uppdrag att sätta Ulams djärva plan i verket­.
Det hemliga projektet hade då det inleddes 1958 av företaget General Atomics i La Jolla i Kalifornien en relativt blygsam budget och runt 50 anställda från 14 länder under ledning av kärnvapendesignern och senare kärnvapenmotståndaren Theodore Taylor.

En av de första som anslöt sig till projektet var den teoretiske fysikern Freeman Dyson. Dyson såg precis som många av de andra inblandade forskarna Project Orion som en chans att utnyttja de destruktiva atombomber som många av dem varit med och utvecklat till någonting konstruktivt.

– Idén tilltalade oss starkt som en metod för unilateral nedrustning eller till och med multilateral nedrustning. Det var ett sätt att använda bomberna för ett gott ändamål och händelsevis också göra sig av med dem, säger Dyson­.

Upptäcktsresa i solsystemet

Under projektets gång antog det flera olika skepnader, men det ursprungliga konceptet involverade en gigantisk, 20 våningar hög rymdfarkost, som såg ut som en pistolkula och drevs med hjälp av en slags kulspruta som avfyrade atombomber.

En efter en skulle atombomberna skjutas ut bakom rymdskeppet, ­ungefär en i sekunden, och detoneras på ett avstånd av omkring 60 meter från skeppet. För att man skulle kunna ta till vara på så mycket av de detonerande bombernas energi som möjligt skulle explosionerna dessutom vara riktade framåt istället för åt alla håll. Merparten av materialet från explosionerna skulle på så vis träffa skeppets undersida och knuffa det framåt.

En av testflygningsmodellerna, kallade Hot Rods, som sköts upp med hjälp av vanliga sprängladdningar för att visa att idén att driva en rymdfarkost med en serie explosioner verkligen fungerade i praktiken. Bild: Smithsonian National Air and Space Museum

En av testflygningsmodellerna, kallade Hot Rods, som sköts upp med hjälp av vanliga sprängladdningar för att visa att idén att driva en rymdfarkost med en serie explosioner verkligen fungerade i praktiken. Bild: Smithsonian National Air and Space Museum

Ombord på skeppet skulle mellan 50 och 150 personer, bestående av både personal från flygvapnet som bemannade bryggan och civila vetenskapsmän, kunna leva och arbeta i flera år under skeppets resa genom solsystemet.

Taylor har i efterhand beskrivit det som en Star Trek-liknande vision, med en besättning som utforskade solsystemet på ungefär samma sätt som besättningen på rymdskeppet Enterprise i tv-serien från 1960-talet utforskade galaxen.

En av de största av projektets alltmer detaljerade rymdskeppsförslag var runt 85 meter hög, hade en diameter på omkring 56 meter, vägde cirka 10 000 ton och hade plats för upp till 2 000 atombomber, varav 800 behövdes för att nå omloppsbana. Med hjälp av bomberna, som blev successivt kraftigare ju längre ut i atmosfären skeppet kom, beräknades det kunna ta med sig en last på 6 100 ton ut i omloppsbana, 5 700 ton till månen och 1 300 ton på en tre år lång resa till en av Saturnus månar och tillbaka.

– Farkostens första fullständiga uppdrag kommer vara det mest spektakulära som mänskligheten någonsin sett, förutspådde Taylor.

Strunta i att packa lätt

Den stora fördelen med att använda kärnkraft istället för kemisk energi, som i vanliga raketmotorer, är att kärnbränsle innehåller mer än en miljon gånger så mycket energi som raketbränsle. Taylor, Dyson och deras kollegor slapp på så vis helt undan de stränga krav på att skära ner på vikten som i deras ögon begränsade Nasas rymdprogram. Tvärtom var ett massivt raketskepp, i stil med de bilder som målades upp i dåtidens science fiction, en nödvändighet för att konstruktionen skulle kunna stå emot kraften av de detonerande atom­bomberna.

Många av de inblandade forskarna såg Project Orions hemliga, atombombsdrivna farkoster som ett sätt att använda bomberna till någonting positivt. Och även om radioaktivt nedfall var oundvikligt vid en uppskjutning från marken var detta mer eller mindre försumbart i jämförelse med nedfallet från de kärnvapenprovsprängningar som redan pågick för fullt i atmosfären. Bild: SPL

Många av de inblandade forskarna såg Project Orions hemliga, atombombsdrivna farkoster som ett sätt att använda bomberna till någonting positivt. Och även om radioaktivt nedfall var oundvikligt vid en uppskjutning från marken var detta mer eller mindre försumbart i jämförelse med nedfallet från de kärnvapenprovsprängningar som redan pågick för fullt i atmosfären. Bild: SPL

Även med en så stor besättning som 150 man skulle det därför vara möjligt för dem att leva relativt komfortabelt och det som planerades skilde sig drastiskt från den spartanska­ upplevelse­ som erbjöds av Nasas trånga rymdkapslar. Många av forskarna som arbetade med Project Orion hade till och med planer på att själva följa med ombord, tillsammans med sina familjer.

– Än idag är det enda sättet att frakta runt stora nyttolaster i solsystemet med hjälp av någonting som Orion­, kommenterade Arthur­ C Clarke så sent som 2003.

Ofrånkomligt nedfall

Ett så ambitiöst åtagande som Project Orion var givetvis inte utan svårigheter. Ett uppenbart problem var radioaktivt nedfall, som då Orion-skeppen skulle lyfta från marken och flera hundra atombomber på omkring ett kiloton styck behövde detoneras i atmosfären för att få upp dem i omloppsbana var svårt att komma ifrån.

Under projektets gång arbetade man på flera sätt med att minimera nedfallet, men med dagens mått mätt skulle mängden nedfall trots dessa ansträngningar ha varit helt oacceptabelt. I slutet av 1950-talet såg det emellertid annorlunda ut. Både USA och Sovjetunionen testade varje år kärnvapen på totalt cirka 100 megaton i atmosfären. En uppskjutning av ett fullskaligt Orion-skepp skulle ha ökat nedfallet från dessa regelbundna­ provsprängningar med runt en procent­.

Att överleva en atombomb

Projektets största tekniska utmaning var samma som dess främsta styrka, nämligen atombombernas enorma kraft. För att skydda den del av farkosten där besättningen skulle vistas från kärnvapenexplosionerna valde man att använda sig av en 1 000 ton tung påskjutningsplatta som skulle ta emot smällarna.

Då det utkastade materialet från explosionerna uppskattades träffa plattan med ungefär 100 gånger så hög hastighet som utblåset från en raketmotor beräknade forskarna att det skulle resultera i att temperaturen blev nära 67 000 grader, vilket är varmare än solens yta. De oroade sig därför för om plattan skulle kunna klara av påfrestningarna, men eftersom experiment visade att plattan endast utsattes för denna extrema temperatur i omkring en millisekund för varje explosion bedömde de att det var möjligt för plattan att klara sig mer eller mindre oskadd, på ­ungefär samma sätt som en människa kan gå barfota över glödande kol utan att bränna sig. Forskarna drog därför slutsatsen att en platta av aluminium eller stål skulle vara hållbar nog. För att plattan inte skulle nötas ut med tiden föreslogs också att den skulle sprejas med ett grafitbaserat smörjmedel mellan explosionerna. Även om själva rymdskeppet med påskjutningsplattans hjälp kunde överleva färden räckte den emellertid inte till för att hålla passagerarna säkra. Den acceleration som atombomberna gav upphov till beräknades nämligen bli alltför våldsam för de människor som befann sig ombord på skeppet.

Forskarnas lösning på det här problemet var att placera gigantiska stötdämpare mellan påskjutningsplattan och resten av farkosten. På så vis slätades de kraftfulla, stötvisa accelerationspulserna från bomberna ut till en mer jämn och behaglig (nåja) acceleration.

Under Project Orions sista tid finansierades projektet av Nasa och en nedskalad farkost, som lyftes upp i omloppsbana av traditionella raketer och därmed inte behövde detonera några atombomber i atmosfären, utvecklades för att bland annat ta med sig en besättning på åtta astronauter till Mars. Bild: Nasa

Under Project Orions sista tid finansierades projektet av Nasa och en nedskalad farkost, som lyftes upp i omloppsbana av traditionella raketer och därmed inte behövde detonera några atombomber i atmosfären, utvecklades för att bland annat ta med sig en besättning på åtta astronauter till Mars. Bild: Nasa

Explosiva provflygningar

För att bevisa att deras pulskoncept fungerade i praktiken byggde forskarna i Project Orion en rad småskaliga prototyper, kallade Hot Rods, som drevs av vanligt sprängämne. I november 1959 lyfte en av dessa prototyper med hjälp av sex sprängladdningar över 100 meter upp i luften.

Den imponerande uppvisningen övertygade till och med  Wernher von Braun, som var en av de ledande namnen inom utvecklingen av kemiska raketer och som ursprungligen ställt sig tveksam till en så bisarr idé som att använda kärnvapen.

Trots de lyckade testflygningarna och att forskarna konstaterade att de inte kunde hitta några tekniska orsaker som gjorde att projektet inte var genomförbart lämnade ingen av Project Orions rymdfarkoster någonsin ritbordet. I slutet av 1959 övergavs projektet av det statliga organet ARPA (Advanced Research Projects Agency), som fram tills dess stått för finansieringen.

Militär rymdflotta

Efter att ha förlorat sin finansiering gjorde Project Orions personal, som var övertygad om att det enda realistiska sättet att utforska rymden var med hjälp av kärnkraft, flera mer eller mindre desperata försök att hålla liv i projektet. På grund av deras ansträngningar fortsatte projektet ända fram till 1965.

Freeman Dyson Den framstående fysikern Freeman Dyson, som precis som projektets andra forskare var övertygad om att det var praktiskt genomförbart, var besviken över att Project Orions vision om att erövra solsystemet inte förverkligades. Men idag medger han att det istället kan ha varit en välsignelse. Bild: SPL

Freeman Dyson Den framstående fysikern Freeman Dyson, som precis som projektets andra forskare var övertygad om att det var praktiskt genomförbart, var besviken över att Project Orions vision om att erövra solsystemet inte förverkligades. Men idag medger han att det istället kan ha varit en välsignelse. Bild: SPL

1960 fick Taylor det amerikanska flygvapnet att överta Project Orion. Han var emellertid tvungen att lova dem en militär tillämpning i form av en flotta av 4 000 ton tunga, kärnvapenbestyckade rymdskepp i omloppsbana kring jorden.

– Vi gjorde något för projektet som vi inte ville göra men som vi trodde att vi behövde göra för att hålla det levande­, säger Theodore Taylor.

Nasa tar över

Efter att flygvapnets generositet sinat var Taylor och Dyson 1963 tvungna att vända sig till Nasa, som tidigare inte visat något intresse för projektet. Genom att presentera en nedbantad version, som inte lyfte från marken, lyckades de fånga Nasas uppmärksamhet och projektet räddades ännu en gång.

Att skicka iväg en bemannad jättelik rymdfarkost med atombomber är knappast en riskfri operation. De som var inblandade i projektet har till viss del bytt besvikelsen över att det aldrig blev av, till en lättnad av samma anledning.

Att skicka iväg en bemannad jättelik rymdfarkost med atombomber är knappast en riskfri operation. De som var inblandade i projektet har till viss del bytt besvikelsen över att det aldrig blev av, till en lättnad av samma anledning.

Kärnan i det nya konceptet var en rymdfarkost på endast drygt 100 ton, med en diameter på tio meter, som skulle skjutas upp av två eller tre Saturn V-raketer och monteras ihop i omloppsbana.

Flera tänkbara uppdrag planerades för den Nasa-anpassade versionen av Orion. Det uppdrag som kom längst i planeringen var ett uppdrag till Mars som skulle ta med åtta astronauter och en nyttolast på cirka 100 ton, nästan lika mycket som vikten av själva farkosten, på en 125-dagars tur- och returresa till den röda planeten.

Akterseglade av Apollo

I december 1964 drog sig Nasa ur Project Orion och strax därefter lades projektet ner för gott.

Nasas beslut berodde delvis på det internationella förbud mot kärnvapenprovsprängningar i atmosfären, rymden och havet som införts 1963 och på att de såg ett kärnvapendrivet rymdprogram som en för stor politisk risk.

Men den kanske största anledningen till att Nasa valde att inte fortsätta utveckla Project Orion var deras fokus på att bli först med att landsätta en människa på månen. Att satsa alla tillgängliga resurser på Apollo-programmet bedömdes som det snabbaste sättet att nå detta mål. Apollo-programmet var dessutom till skillnad från det hemligstämplade Project Orion populärt hos allmänheten.

– Detta är första gången i modern historia som viktiga tekniska framsteg stoppats av politiska skäl, hävdade en besviken Dyson som inte hade några tvivel om att konceptet tekniskt sett fungerade.

Ett exempel på en mer modern form av kärndriven rymdfart än Project Orion är den fusionsdrivna raketmotor som med hjälp av finansiering från Nasa håller på att utvecklas av amerikanska forskare för att möjliggöra en bemannad Marsexpedition. En fusionsraket har många fördelar jämfört med Project Orions mer primitiva strategi att använda atombomber, till exempel att man undviker radioaktivt nedfall, men den är också betydligt mer tekniskt avancerad och därför svårare att förverkliga. Bild: University of Washington, MSNW

Ett exempel på en mer modern form av kärndriven rymdfart än Project Orion är den fusionsdrivna raketmotor som med hjälp av finansiering från Nasa håller på att utvecklas av amerikanska forskare för att möjliggöra en bemannad Marsexpedition. En fusionsraket har många fördelar jämfört med Project Orions mer primitiva strategi att använda atombomber, till exempel att man undviker radioaktivt nedfall, men den är också betydligt mer tekniskt avancerad och därför svårare att förverkliga. Bild: University of Washington, MSNW

Förlorad möjlighet eller avvärjd katastrof?

Om nedläggningen av Project Orion satte stopp för en gyllene ålder inom rymdfarten eller förhindrade en katastrof kan vi bara spekulera om, vilket Dyson idag håller med om.
– Vad skulle ha hänt om regeringen givit oss sitt fulla stöd 1959, som de gjorde med en liknande grupp amatörer i Los Alamos 1943? Skulle vi vid det här laget ha lyckats skapa ett billigt och snabbt transportsystem som sträckte sig över hela solsystemet eller har vi tur som har våra drömmar kvar? funderar Freeman Dyson.

På senare tid har det framkommit att Project Orion kanske inte är helt dött trots allt. Enligt George Dyson, vetenskapshistoriker och son till Dyson­, hålls projektet fortfarande på sparlåga hos Nasa, bland annat för att det ska kunna återupplivas om en dödlig asteroid hotar jorden. 

Fakta: 
Orions arv
Eftersom Project Orions  forskare tack vare atom- bombernas enorma energi inte behövde tänka på vikten kunde de designa gigantiska rymdskepp, som med en besättning på 150 man skulle kunna resa runt  och utforska sol-systemet.

Eftersom Project Orions forskare tack vare atom- bombernas enorma energi inte behövde tänka på vikten kunde de designa gigantiska rymdskepp, som med en besättning på 150 man skulle kunna resa runt och utforska sol-systemet.

Project Orions nedläggning var långt ifrån slutet för drömmen om att utnyttja kärnkraft för att utforska rymden. Redan innan Project Orion avslutades hade det 1961 fått konkurrens i form av NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application), en kärndriven raketmotor som utvecklades av Nasa och US Atomic Energy Commission. Flera prototyper av motorn, som drevs med hjälp av en fissionsreaktor, konstruerades och testades, men den lämnade av budgetskäl aldrig marken och projektet skrotades 1972.

Freeman Dyson föreslog 1968 ett Orion-liknande rymdskepp, som genom att använda mer kraftfulla, fusionsbaserade vätebomber istället för traditionella, fissionsbaserade atombomber skulle kunna transportera tusentals kolonisatörer till vårt närmaste stjärnsystem Alfa Centauri på endast ett århundrade.

De flesta försök som sedan dess gjorts att blåsa liv i kärndriven rymdfart har varit baserade på fusionskraft. Ett exempel är Project Deadalus, där medlemmar i British Interplanetary Society mellan 1973 och 1978 arbetade på ett sätt att med hjälp av små fusionsexplosioner, så kallade mikroexplosioner, skicka en obemannad rymdsond till Barnards stjärna i tolv procent av ljusets hastighet – en svindlande hastighet.

Ett annat exempel är Project Longshot, ett samarbete mellan Nasa och den amerikanska flottan, som i slutet av 1980-talet försökte använda mikroexplosioner, också det med målet att skicka en rymdsond till Alfa Centauri. Och idag utvecklas en fusionsdriven raketmotor med hjälp av finansiering från Nasa med målet att förverkliga en bemannad expedition­ till Mars. (Se Allt om Vetenskap nummer­ 6-2013).

Material från
Allt om Vetenskap nr 9 - 2013

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter