史上最宏伟的火箭

在这个新千年，太空旅行似乎都关注小巧。仍然在火星表面漫游的“精神号”和“机遇号”探测器，每台仅重 400 磅。勘测土星及其卫星的“卡西尼号”探测器，不含燃料的重量略高于 2.5 吨。但曾几何时，太空旅行点燃了科学家心中的宏伟设想，火箭高耸入云，无人任务似乎是怯懦的表现。“猎户座计划”可能是这些设想中最辉煌的，也是 NASA 最大的错失良机：一艘重达 800 万磅的飞船，依靠核爆炸推进，旨在将一支完整船员送往土星及更远的地方。

“猎户座计划”是斯坦尼斯瓦夫·乌拉姆（Stanislaw Ulam）的创意，他是一位波兰数学家出身的物理学家，曾参与曼哈顿计划，后来协助研制了氢弹。在洛斯阿拉莫斯工作是乌拉姆一生中最令人兴奋的经历，但在战后他开始思考，“接下来呢？”他的答案是“猎户座”。第一次原子爆炸（1945 年）后不久，当其他人还在考虑用导弹投送炸弹时，乌拉姆就开始考虑用炸弹投送导弹。那时 NASA 的太空计划尚未成立，核能似乎是星际运输最直接的途径。因此，乌拉姆在 1947 年写了一份关于此主题的备忘录，至今仍处于保密状态。十年后，“猎户座计划”在秘密的掩护下诞生了。

该项目由加州的通用原子公司（General Atomic）在苏联成功发射人造卫星“斯普特尼克号”后的狂热时期启动。鼎盛时期，它拥有 50 名员工，预算超过 200 万美元（相当于今天的 12.8 亿美元）。其科学家和工程师来自 14 个国家，由洛斯阿拉莫斯炸弹设计师西奥多·泰勒（Theodore Taylor）领导。泰勒在 1998 年与我交谈时回忆说：“我总是对像《星际迷航》那样的船员充满憧憬。”我的父亲弗里曼·戴森（Freeman Dyson）是首批加入的物理学家之一。“我们的座右铭是‘1970 年到达土星’，”我父亲告诉我。

“猎户座计划”的工程师设想了一种堪比达尔的“贝格尔号”的飞船：一艘巨大的飞船，50 到 150 名探险家可以在其中生活和工作数年。空军军官将负责驾驶，而民间科学家将在飞船进行太阳系大旅行时采样土星环。飞船将有 20 层楼高，其工作原理就像一个巨大的单缸发动机，一个活塞在空旷空间的燃烧室内往复运动。推进力来自每半秒一次的核爆炸，爆炸的当量会随着大气层密度的减小而增加。最初的 200 次爆炸，总当量相当于 10 万吨 TNT，将把飞船从海平面推升至 125,000 英尺。每一次额外的加速将使飞船的速度增加约 20 英里/小时。再经过 600 次爆炸，飞船就能进入一个绕地球 300 英里的轨道。

泰勒希望能够参与首次前往火星的飞行，但他也对仅仅能目睹“猎户座”起飞感到兴奋。他说：“我过去常常做很多关于观看垂直起飞的梦。那东西完成全部任务的首次飞行，将是人类有史以来最壮观的景象。”

当泰勒着手设计飞船时，他面临着一个根本性的问题。核爆炸产生大量能量，但动量很小。如何将能量转化为动量？在太空中没有空气形成冲击波。你必须在炸弹周围放置一些惰性物质来吸收能量，将能量转化为动量，然后推动飞行器。“我通宵未眠，”泰勒回忆道。“能量除以体积等于压力，所以压力高得离谱，除非它非常大。”他的同事查尔斯·卢米斯（Charles Loomis），也是洛斯阿拉莫斯的一位老兵，告诉他大胆去想。“查克认为，如果你想认真探索太阳系，为什么不用一艘像‘玛丽皇后号’那样大的东西呢？他明白炸弹理论上可以做到这一点。它们可以将芝加哥市中心送入轨道。”

但是，能否在不炸毁飞船的情况下利用核爆炸呢？答案似乎是肯定的——如果脉冲分散开，并且飞船有足够的缓冲。宇航员工作的“猎户座”主舱将通过减震支腿和一个 1000 吨的推板与爆炸隔离开。炸弹碎片将以大约常规火箭喷气速度一百倍的速度撞击推板，产生火箭喷嘴无法承受的温度。在大约三千分之一秒的时间里，爆炸产生的等离子体将在推板上以大约 120,000 华氏度的温度停滞——比太阳表面热，但比原子弹冷。接触时间太短，以至于热量无法穿透推板，因此飞船可以承受一系列短暂的脉冲，就像一个人可以赤脚穿过煤炭床一样。即使是在涉及数千次爆炸的星际任务中，等离子体-推板的总相互作用时间也将不到一秒。

“猎户座计划”团队花了七年时间进行了一系列越来越详细的设计。最大版本被称为先进星际飞船，直径 185 英尺，高 280 英尺，重 10,000 吨。它由 800 枚 15 千吨的炸弹提供动力，足以将 6100 吨的有效载荷送入轨道，5700 吨送往月球，1300 吨送往土星内卫星进行为期三年的往返旅行。“没有发现任何技术原因可以使该概念不切实际，”工程师们在最终报告中写道。“相反，今天的迹象表明，以这种推进方式实现操作目标非常直接，所需时间和资金与当今的国家政策和目标相比非常合理。”然而，这个设计或任何类似的设计都没有获得批准。

“猎户座计划”在很大程度上被其自身的保密性所扼杀。它从未公开讨论过，因此没有机会获得民众支持。为了向空军推销该项目，“猎户座计划”团队构想了“深空部队”等任务：一支由 4000 吨级的载具组成的舰队，装备着 25 兆吨的报复性弹头，将在地球和月球之间轨道运行，以牵制苏联。战略空军司令、总司令托马斯·鲍尔将军声称：“谁控制了‘猎户座’，谁就控制了世界！”——这保证了该计划将被搁置。

像泰勒这样的科学家，以及参与谈判大气试验禁令条约的政策制定者，都知道“猎户座计划”将打开潘多拉的盒子。它的发展与炸弹的发展密不可分。为了推进飞船，“猎户座”的工程师设计了一种小型化、直径仅 13 英寸的千吨级脉冲装置，可以将推进剂聚焦成一个窄至 15 度的喷流。但同样的装置也可以用于太空中的反卫星作战或地面的战术作战。

为了向 NASA 推销该项目，“猎户座计划”团队提出了一个缩小版，重仅 100 吨，可以通过土星 V 号火箭送入近地轨道。然而，该机构忙于登月，无法接受一个由炸弹驱动的项目的政治风险。在 20 世纪 50 年代末，美国和苏联每年都在大气中试验相当于 1 亿吨 TNT 的核武器。一个全面的“猎户座”任务将使这些试验的放射性沉降物增加 1%。该项目的物理学家们——他们欢迎一个非军事化的理由来改进他们的技术——认为他们可以设计出更清洁的炸弹。他们最终将放射性沉降物减少了 10 倍，但未能达到他们希望的 100 倍。因此，“猎户座”从未有过真正起飞的机会。

如今，该项目似乎属于一个逝去的时代。科学家们再也无法用一把指甲刀乘坐经济舱，更不用说想象乘坐头等舱太空舱，携带数千枚核弹飞往土星了。像“玛丽皇后号”那样巨大而奢华的航天器梦想已经让位于更实际的设想——例如，使用“猎户座”工程师的低当量定向能装置来摧毁地下目标的钻地炸弹。

一些“猎户座”的爱好者希望让该项目重获新生。但从 1957 年 10 月“斯普特尼克号”发射到 1958 年 7 月 NASA 成立之间打开的机会之窗已经永久关闭。是否会有一个新的机会之窗打开？也许。如果核爆炸物在地面上对我们不再那么具有威胁，并且当核爆炸物不再对我们构成威胁时，可能会有理由建立一个基于“猎户座”的深空部队——一支由无人飞行器组成的小型舰队，驻扎在高轨道上，在国际控制下，随时准备偏转威胁地球的小行星或其他物体。

无论如何，“猎户座”应该教会我们敢于梦想，即使我们的航天器很小。我父亲在我父亲项目结束时曾想过：“如果政府像 1943 年支持洛斯阿拉莫斯的一群业余爱好者那样，在 1959 年全力支持我们，我们将会怎样？我们现在是否已经建立了一个遍布太阳系的廉价快速交通系统？或者我们很幸运地保留了我们的梦想？”