ما هو مستقبل النقل الفضائي. السفر بين النجوم ليس خيالًا علميًا

لطالما اعتدنا على وجود التوقفات النقل العامليس بعيدًا عن المنزل ، إلى المغادرة اليومية من أقرب محطة لعشرات القطارات ، والمغادرة من المطارات. اختفي وسائل النقل العام - والعالم المألوف لنا سينهار ببساطة! لكن ، بعد أن اعتدنا على الراحة ، بدأنا في المطالبة بالمزيد! ما هو التطور الذي ينتظرنا؟

طريق سريع - مواسير

حركة المرور الرهيبة هي واحدة من المشاكل الرئيسية لجميع المناطق الحضرية. غالبًا ما يكون السبب وراء ذلك ليس فقط سوء تنظيم تقاطعات النقل والطرق السريعة ، ولكن أيضًا الظروف الجوية. لماذا تذهب بعيدًا: غالبًا ما تؤدي تساقط الثلوج في روسيا إلى انهيار الطرق.

أحد الحلول الأكثر فعالية هو إخفاء الجزء الأكبر من التدفقات المرورية تحت الأرض. زاد عدد وحجم أنفاق الطرق على مر السنين. لكنها غالية الثمن ومحدودة في تطوير المناظر الطبيعية. يمكن حل هذه المشاكل عن طريق استبدال الأنفاق بالأنابيب!

هنري لو ، مهندس وباني من أمريكا ، اقترح بالفعل تطويره لخط أنابيب للنقل. سيكون من الممكن إرسال حاويات شحن كبيرة مدفوعة بالكهرباء. نظر في مشروعه للتطبيق في نيويورك ، المعروف باختناقات مرورية ضخمة. في هذه المدينة وحدها ، سيؤدي نقل حركة الشحن إلى الأنابيب إلى تقليل حركة السيارات بعشرات المليارات من الأميال في عام واحد فقط. نتيجة لذلك ، سيتحسن الوضع البيئي ، وسيقل الحمل على الطرق السريعة في المدينة. يجب ألا ننسى أيضًا سلامة تسليم البضائع وحسن توقيتها.

من الممكن أيضًا نقل الأشخاص في خطوط الأنابيب هذه. تم اقتراح نظام مماثل لنقل الركاب من قبل المليونير الأمريكي إيلون موسك. سيتضمن "Hyperloop" لماسك نظامًا من خطوط الأنابيب الموضوعة على جسور سيتجاوز قطرها مترين. انهم يخططون للحفاظ على ضغط منخفض. من المخطط نقل الكبسولات في الأنابيب ، لتحوم فوق القاع مباشرة بسبب الهواء الذي يتم ضخه هناك. يمكن أن تصل سرعة الكبسولات ، بفضل النبض الكهرومغناطيسي ، إلى ستمائة كيلومتر في نصف ساعة.

رحلات القطار

ستتطور القطارات لتصبح أكثر اتساعًا وسرعة. إنهم يناقشون بالفعل مشروعًا مذهلاً لطريق من لندن إلى بكين ، أعده الصينيون. يريدون بناء طريق فائق السرعة بطول ثمانية إلى تسعة آلاف كيلومتر بحلول عام 2020.

ستمر القطارات تحت القناة الإنجليزية ، ثم - عبر أوروبا وروسيا وأستانا ، الشرق الأقصىوخاباروفسك. من هناك - الانتقال النهائي إلى بكين. تستغرق الرحلة بأكملها يومين ، والحد الأقصى للسرعة 320 كم / ساعة. نلاحظ هنا أن "Sapsan" الروسي يتسارع فقط حتى 250 كم / ساعة.

لكن هذه السرعة ليست هي الحد! قطار Maglev ، الذي سمي على اسم العبارة Magnetic Levitation ، يصل بسهولة إلى سرعة 581 كم / ساعة. مدعومًا بمجال مغناطيسي في الهواء ، فإنه يطير فوق القضبان بدلاً من الركوب عليها. هذه القطارات هي الآن غريبة نادرة. لكن في المستقبل ، يمكن تطوير هذه التكنولوجيا.

السيارة تحت الماء: غير واقعية لكنها موجودة!

من المتوقع حدوث ثورة في النقل المائي. يستكشف الخبراء مشاريع للمركبات عالية السرعة تحت الماء ، وكذلك الدراجات النارية تحت الماء. ماذا نقول عن الغواصات الفردية!

تم إنشاء مشروع سويسري يسمى sQuba لتطوير سيارة أصلية يمكن أن تذهب إلى الماء مباشرة خارج المسار ، وتتحرك عبر الأمواج ، بل وتغوص فيها! ثم يمكن للسيارة أن تعود بسهولة إلى الأرض ، وتستمر في التحرك على طول الطريق.

استلهم مصممو الحداثة من أحد أفلام جيمس بوند. سيارة حقيقية تحت الماء ، معروضة في معرض جنيف للسيارات على شكل سيارة رياضية مفتوحة. هذا الموديل خفيف للغاية ويسمح للطاقم بمغادرة السيارة في حالة الخطر.

يتم توفير الحركة تحت الماء بواسطة زوج من المراوح الموجودة أسفل المصد الخلفي ، بالإضافة إلى زوج من خراطيم المياه الدوارة بالقرب من أقواس العجلات الأمامية. كل هذا يتم تشغيله بواسطة محركات كهربائية. بالطبع ، سيتعين عليك إضافة غطاء مقاوم للماء إلى النموذج حتى لا يبتل السائق والركاب.

جاهز للذهاب إلى الفضاء؟

الطيران ، مواكبة وسائط النقل الأخرى ، يتطور بنشاط. بعد أن تخلت عن السفن الأسرع من الصوت مثل الكونكورد ، قررت الذهاب إلى الفضاء الخارجي. يعمل المصممون البريطانيون على مركبة فضائية ، أو بطريقة أخرى - طائرة مدارية تسمى "Skylon".

سيكون قادرًا على الصعود على محرك هجين من المطار والوصول إلى سرعة تفوق سرعة الصوت ، والتي تتجاوز سرعة الصوت بأكثر من خمس مرات. بعد أن وصل إلى ارتفاع 26 كيلومترًا ، سيتحول إلى الأكسجين من خزاناته الخاصة ، ثم يذهب إلى الفضاء. الهبوط مثل هبوط طائرة. أي ، لا توجد معززات خارجية أو مراحل عليا أو خزانات وقود. ستكون هناك حاجة إلى محركين فقط للرحلة بأكملها.

إنهم يعملون حاليًا على نسخة غير مأهولة من Skylon. سوف تكون حاملة الفضاء هذه قادرة على وضع 12 طنًا من البضائع في المدار. لاحظ هنا أن الصاروخ الروسي "سويوز" يستطيع حمل سبعة أطنان فقط. يمكن استخدام مركبة فضائية ، على عكس الصاروخ ، بشكل متكرر. نتيجة لذلك ، ستنخفض تكلفة عمليات التسليم بمقدار 15 مرة.

في الوقت نفسه ، يفكر المصممون في إصدار مأهول. من خلال تغيير تصميم مقصورة الشحن ، وإنشاء أنظمة أمان وكوى ، يمكن نقل ثلاثمائة راكب. في غضون أربع ساعات سوف يدورون حول الكوكب بأكمله! سيتم إطلاق نموذج تجريبي في عام 2019.

والمثير للدهشة أن جميع وسائل النقل التي ذكرناها قد وصفها علماء المستقبل في فجر القرن العشرين. كانوا يأملون ألا يكون تنفيذها بعيد المنال. لقد أخطأوا في التوقيت ، بينما كل شيء في مرحلة التطوير. لكن لدينا فرصة عظيمة - لنصبح مسافرين لإحدى معجزات التكنولوجيا المذكورة أعلاه في المستقبل.

آفاق العلوم

الفضاء

النقل إلى V L VI11R GP

بدفعة قوية ، يرتفع الصاروخ عموديًا من منصة الإطلاق ويصعد ... هذا مألوف منذ الستينيات. الصورة قد تغرق قريبا في النسيان. يجب استبدال أنظمة الفضاء والمكوكات التي يمكن التخلص منها بجيل جديد من المركبات - طائرات الفضاء الجوي التي سيكون لها القدرة على الإقلاع والهبوط أفقيًا ، مثل الطائرات العادية

الفصل -. ، "L *" -، (/

3. كراوز. إيه إم خاريتونوف

KRAUSE Egon - أستاذ فخري ، SP 973 حتى 1998 - مدير معهد الديناميكا الهوائية في مدرسة راين - ويستفاب التقنية العليا (GOASH ^ "(Akh ^ n ، ألمانيا). الحائز على جائزة Max Dlank Society ، دكتور فخري لفرع سيبيريا للأكاديمية الروسية للعلوم ~

XAPMTOHCJP أناتولي. ميخائيلوفيتش - دكتور في العلوم التقنية ، أستاذ S. A. Khristianovich SB RAS (نوفوسيبيرسك). تكريم عالم من الاتحاد الروسي ، الحائز على جائزة مجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (1985). مؤلف وشريك في تأليف حوالي 150 ورقة علمية وبراءتي اختراع

يتم تحديد التطوير الإضافي للملاحة الفضائية من خلال الحاجة إلى التشغيل المكثف للمحطات الفضائية ، وتطوير أنظمة الاتصالات والملاحة العالمية ، والمراقبة البيئية على نطاق كوكبي. لهذه الأغراض ، في الدول الرائدة في العالم ، يتم تطوير طائرات الفضاء الجوي القابلة لإعادة الاستخدام (VKS) ، مما سيقلل بشكل كبير من تكلفة نقل البضائع والأشخاص إلى المدار. ستكون هذه أنظمة تتميز بالقدرات ، [وأكثرها صلة بالموضوع:

الاستخدام القابل لإعادة الاستخدام لإطلاق الشحنات الإنتاجية والعلمية والتقنية إلى المدار بفاصل زمني قصير نسبيًا بين الرحلات المتكررة ؛

إعادة الهياكل الطارئة والمستهلكة التي تسد المساحة ؛

إنقاذ أطقم المحطات المدارية وسفن الفضاء في حالات الطوارئ ؛

استطلاع عاجل لمناطق الكوارث الطبيعية والكوارث في أي مكان في العالم.

في البلدان ذات الفضاء الجوي المتقدم

قطعت التكنولوجيا خطوات كبيرة في مجال سرعات الطيران العالية ، والتي تحدد إمكانية وجود مجموعة واسعة من الطائرات النفاثة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت. هناك كل الأسباب للاعتقاد بأن الطيران المأهول في المستقبل سوف يتقن السرعات من محركات ماخ M = 4-6 إلى M = 12-15 محرك).

إذا تحدث عنها الطيران المدني، فإن تطوير السرعات العالية مهم للغاية للتكثيف زحمة مسافرينوالاتصالات التجارية. تفوق سرعة الصوت طائرات ركاببرقم ماخ 6 سيكون قادرًا على توفير مدة طيران منخفضة التعب (لا تزيد عن 4 ساعات) الطرق الدوليةبمدى يصل الى حوالى 10 الاف كم مثل اوروبا (باريس) - أمريكا الجنوبية(ساو باولو) ، أوروبا (لندن) - الهند ، الولايات المتحدة الأمريكية (نيويورك) - اليابان. تذكر أن وقت رحلة الكونكورد الأسرع من الصوت من نيويورك إلى باريس كان حوالي 3 ساعات ، وأن طائرة بوينج 747 تقضي حوالي 6.5 ساعة على هذا الطريق. طائرات المستقبل مع ماخ 10

مسرد المصطلحات الهوائية

رقم Mach - معلمة تحدد عدد المرات التي تكون فيها سرعة الطائرة (أو تدفق الغاز) أكبر من سرعة الصوت السرعة الفائقة الصوت هي مصطلح فضفاض للسرعة مع عدد Mach أكبر من 4 5 تدفق

زاوية الهجوم - ميل الطائرة الجناح إلى خط الرحلة A موجة الصدمة (موجة الصدمة) - منطقة تدفق ضيقة يحدث فيها انخفاض حاد في سرعة تدفق الغاز الأسرع من الصوت ، مما يؤدي إلى زيادة مفاجئة في الكثافة. موجة - منطقة تدفق يحدث فيها انخفاض حاد في كثافة الوسط الغازي

مخطط لنموذج نظام فضائي على مرحلتين E1_AS-EOE. ستقلع هذه الأجهزة وتهبط أفقيًا ، مثل الطائرات التقليدية. من المفترض أن يكون طول المقياس الكامل 75 مترًا ، وجناحيها - 38 مترًا. من: (رابل ، جاكوب ، 2005)

في غضون 4 ساعات ، سيتمكنون من التغلب على 16-17 ألف كيلومتر ، بعد القيام برحلة بدون توقف ، على سبيل المثال ، من الولايات المتحدة الأمريكية أو أوروبا إلى أستراليا.

GTaya MaoTai

تتطلب الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت تقنيات جديدة تختلف تمامًا عن تلك الموجودة في الطائرات الحديثة والتي تقلع بشكل عمودي من المركبات الفضائية. بالطبع صاروخ

ينتج المحرك الكثير من الدفع ، لكنه يستهلك الوقود بكميات ضخمة ، وإلى جانب ذلك ، يجب أن يحمل الصاروخ مؤكسدًا على متنه. لذلك ، فإن استخدام الصواريخ في الغلاف الجوي يقتصر على الرحلات الجوية قصيرة المدى.

أدت الرغبة في حل هذه المشاكل التقنية المعقدة إلى تطوير مفاهيم مختلفة لأنظمة النقل الفضائي. الاتجاه الرئيسي ، الذي تم استكشافه بنشاط من قبل شركات الطيران الرائدة في العالم ، هو مرحلة واحدة من VCS. يمكن لمثل هذه الطائرات الفضائية ، التي تقلع من مطار تقليدي ، أن تنقل حمولة تبلغ حوالي 3 ٪ من وزن الإقلاع إلى مدار أرضي منخفض. مفهوم آخر للأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام هو الجهاز ذو المرحلتين. في هذه الحالة ، تكون المرحلة الأولى مجهزة بمحرك نفاث هوائي ، والمرحلة الثانية مدارية ، ويتم فصل المراحل في مدى أرقام ماخ من 6 إلى 12 على ارتفاعات حوالي 30 كم.

في 1980-1990. تم تطوير مشاريع VKS في الولايات المتحدة الأمريكية (NASP) ، إنجلترا (HOTOL) ، ألمانيا (Sänger) ، فرنسا (STS-2000 ، STAR-H) ، روسيا (VKS NII-1 ، Spiral ، Tu-2000). في عام 1989 ، بمبادرة من جمعية الأبحاث الألمانية (DFG) ، بدأ البحث المشترك بين ثلاثة مراكز ألمانية:

جامعة راين فيستفاليان التقنية في آخن ، جامعة ميونخ التقنية وجامعة شتوتغارت. اتبعت هذه المراكز التي ترعاها DFG برنامجًا بحثيًا طويل المدى يتضمن دراسة الأسئلة الأساسية اللازمة لتصميم أنظمة النقل الفضائي ، مثل الهندسة العامة ، والديناميكا الهوائية ، والديناميكا الحرارية ، وميكانيكا الطيران ، والدفع ، والمواد ، وما إلى ذلك. تم تنفيذ العمل على الديناميكا الهوائية التجريبية بالتعاون مع معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية. S. A. Khristianovich SB RAS. تنظيم وتنسيق الجميع عمل بحثينفذتها لجنة برئاسة أحد مؤلفي هذا المقال (إي. كراوس) لمدة عشر سنوات. نلفت انتباه القارئ إلى عدد من المواد المرئية الأكثر توضيحًا والتي توضح بعض النتائج التي تم الحصول عليها في إطار هذا المشروع في مجال الديناميكا الهوائية.

رحلة على مرحلتين أنظمة ELAC-EOSيجب أن تغطي أوسع نطاق من السرعات: من التغلب على حاجز الصوت (M = 1) إلى فصل المرحلة المدارية (M = 7) ودخولها في مدار قريب من الأرض (M = 25). من: (رابل ، جاكوب ، 2005)

رقم ماخ حاجز الصوت

آفاق العلوم

نموذج كبير ELAC 1 (أكثر من 6 أمتار) في قسم الاختبار بنفق الرياح الألماني الهولندي DNW بسرعات منخفضة. من: (رابل ، جاكوب ، 2005)

Aaóñóó "i áí áy ñéñóálá ELAC-EOS

للبحث ، تم اقتراح مفهوم مركبة فضائية على مرحلتين (تم استدعاء مرحلة الناقل باللغة الألمانية ELAC ، وكانت المرحلة المدارية هي EOS). الوقود - الهيدروجين السائل. كان من المفترض أن التكوين الكامل لـ ELAC سيكون بطول 75 مترًا ، وجناحيها 38 مترًا ورأس اكتساح كبير. في الوقت نفسه ، يبلغ طول مرحلة EOS 34 مترًا ، ويبلغ طول جناحيها 18 مترًا ، وتحتوي المرحلة المدارية على قوس بيضاوي الشكل ، وجسم مركزي به جانب علوي شبه أسطواني وعارضة واحدة في مستوى التماثل. يوجد على السطح العلوي للمرحلة الأولى فترة راحة يتم فيها وضع المرحلة المدارية أثناء الصعود. على الرغم من أنها ضحلة ، إلا أن السرعات فوق الصوتية أثناء الفصل (M = 7) لها تأثير كبير على خصائص التدفق.

لإجراء الدراسات النظرية والتجريبية ، تم تصميم وتصنيع عدة نماذج للمراحل الحاملة والمدارية بمقياس 1: 150. لإجراء الاختبارات بسرعات منخفضة في نفق الرياح الألماني الهولندي DNW ، تم عمل نموذج كبير للتكوين قيد الدراسة بمقياس 1:12 (طول أكثر من 6 أمتار ، ووزنه حوالي 1600 كجم).

Aegóáeegáóey ñaáSógaóeá

يمثل الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت صعوبة كبيرة للباحث ، حيث يصاحبها تكوين موجات صدمة ، أو موجات صدمية ، والطائرة في مثل هذه الرحلة تمر بعدة أنظمة تدفق (مع هياكل محلية مختلفة) ، مصحوبة بزيادة في تدفقات الحرارة.

تمت دراسة هذه المشكلة تجريبياً وعددياً في مشروع ELAC-EOS. أجريت معظم التجارب في الديناميكا الهوائية

إنسياب نمط السخام الزيتي على سطح نموذج ELAC 1 الذي تم الحصول عليه في نفق الرياح T-313 التابع لمعهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية ، فرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية. من: (كراوس وآخرون ، 1999)

مقارنة بين نتائج المحاكاة العددية لهياكل الدوامة على جانب لي من نموذج E1.AC 1 (يمين) والتصور التجريبي بطريقة سكين الليزر (يسار). تم الحصول على نتائج الحساب العددي من خلال حل معادلات Navier-Stokes للتدفق الصفحي عند رقم Mach M = 2 ورقم رينولدز Ye = 4 10e وزاوية الهجوم a = 24 °. تتشابه أنماط الدوامة المحسوبة مع تلك التي لوحظت تجريبياً ؛ هناك اختلافات في الأشكال العرضية للدوامات الفردية. لاحظ أن التدفق القادم عمودي على مستوى الصورة. مقتبس من: (EKotberegr e؟ a /.، 1996).

مدخنة T-313 ITAM SB RAS في نوفوسيبيرسك. اختلف عدد ماخ للتدفق القادم في هذه التجارب في النطاق 2< М < 4, число Рейнольдса - 25 106 < Ие < 56 106, а г/гол атаки - в диапазоне - 3° < а < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация линий тока на поверхности модели.

النتائج التي تم الحصول عليها ، من بين أمور أخرى ، تبين بوضوح تشكيل دوامات على الجانب المواجه للريح. تم تصور الأنماط البانورامية للتدفقات على سطح النموذج من خلال الطلاء بسوائل خاصة أو خليط زيت السخام. في مثال نموذجي للتصوير الأسود الزيتي ، يبسط السطح المنحنى إلى الداخل من الحافة الأمامية للجناح ويتقارب في خط موجه تقريبًا في اتجاه التيار. يتم أيضًا ملاحظة نطاقات أخرى موجهة نحو الخط المركزي للنموذج.

تميز هذه الآثار المميزة على الجانب المواجه للريح تيارًا متقاطعًا يمكن ملاحظة هيكله ثلاثي الأبعاد باستخدام تقنية سكين الليزر. مع زيادة زاوية الهجوم ، يتدفق تدفق الهواء من السطح المواجه للريح للجناح إلى السطح المواجه للريح ، مشكلاً نظام دوامة معقد. لاحظ أن الدوامات الأولية ذات الضغط المنخفض في القلب تساهم بشكل إيجابي في قوة الرفع للمركبة. تعتمد طريقة سكين الليزر نفسها على تصوير إشعاع متماسك مبعثر

فقاعة دوامة في حالة انتقالية

دوامة متطورة بالكامل

تم تصور عمليات الانحلال للدوامات على الجانب المواجه للريح من تكوين ELAC 1 عن طريق حقن الطلاء الفلوري. من: (Stromberg، Limberg، 1993)

¡أفق العلم

على الجسيمات الدقيقة الصلبة أو السائلة التي يتم إدخالها في التدفق ، ويتم تحديد توزيع التركيز من خلال بنية التدفقات المدروسة. يتشكل مصدر ضوء متماسك على شكل مستوى خفيف رفيع ، والذي في الواقع أعطى اسمًا لهذه الطريقة. ومن المثير للاهتمام ، من وجهة نظر توفير التباين الضروري للصورة ، أن جزيئات الماء العادية (الضباب) فعالة للغاية.

في ظل ظروف معينة ، يمكن أن تنهار أنوية الدوامات ، مما يقلل من رفع الجناح. تتطور هذه العملية ، التي تسمى تساقط الدوامة

من النوع "الفقاعة" أو "الحلزوني" ، تظهر الفروق المرئية بينها من خلال صورة تم التقاطها باستخدام حقن الطلاء الفلوري. عادة ، يسبق نظام الفقاعات لانفصال الدوامة الاضمحلال اللولبي.

معلومات مفيدةتعطي طريقة ظل Toepler معلومات حول أطياف التدفق الأسرع من الصوت حول الطائرة. بفضل مساعدتها ، يتم تصور عدم التجانس في تدفقات الغاز ، وتكون موجات الصدمة وموجات الخلخلة مرئية بشكل خاص.

العدسة الرئيسية عدسة الإسقاط شاشة (الكاميرا)

مصدر الضوء V g H عدم التجانس Foucault Knife "I

طريقة كومة الظل

في عام 1867 ، اقترح العالم الألماني A. Tepler طريقة لاكتشاف عدم التجانس البصري في الوسائط الشفافة ، والتي لم تفقد أهميتها في العلوم والتكنولوجيا حتى يومنا هذا. على وجه الخصوص ، يتم استخدامه على نطاق واسع لدراسة توزيع كثافة تدفق الهواء عند التدفق حول نماذج الطائرات في أنفاق الرياح.

يظهر المخطط البصري لإحدى تطبيقات الطريقة في الشكل. يتم توجيه حزمة من الأشعة من مصدر ضوء شق بواسطة نظام من العدسات عبر الكائن قيد الدراسة ويركز على حافة شاشة غير شفافة (ما يسمى بسكين فوكو). إذا لم يكن هناك عدم تجانس بصري في الكائن قيد الدراسة ، فإن السكين تتأخر كل الأشعة. في حالة عدم التجانس ، سوف تتناثر الأشعة ، وسيمر جزء منها ، بعد انحرافه ، فوق حافة السكين. من خلال وضع عدسة إسقاط خلف مستوى سكين فوكو ، يمكن عرض هذه الأشعة على الشاشة (موجهة إلى الكاميرا) ويمكن الحصول على صورة لعدم التجانس.

يسمح أبسط مخطط تم اعتباره بتصور تدرجات الكثافة للوسط العمودي على حافة السكين ، بينما تؤدي تدرجات الكثافة على طول إحداثيات مختلفة إلى تحول في الصورة على طول الحافة ولا تغير إضاءة الشاشة. هناك تعديلات مختلفة لطريقة Toepler. على سبيل المثال ، بدلاً من السكين ، يتم تثبيت مرشح بصري ، يتكون من خطوط متوازية بألوان مختلفة. أو يتم استخدام فتحة مستديرة ذات قطاعات ملونة. في هذه الحالة ، في حالة عدم وجود عدم التجانس ، تمر الأشعة القادمة من نقاط مختلفة من نفس المكان في الحجاب الحاجز ، وبالتالي فإن الحقل بأكمله ملون بنفس اللون. يتسبب ظهور عدم التجانس في انحراف الأشعة التي تمر عبر قطاعات مختلفة ، ويتم رسم صور النقاط ذات الانحرافات الضوئية المختلفة بالألوان المقابلة.

صدمة في الرأس

محبي موجات الخلخلة

هزة أرضية

تم الحصول على نمط الظل هذا للتدفق حول نموذج ELAC 1 بواسطة طريقة Toepler الضوئية في نفق رياح تفوق سرعة الصوت في آخن. وفقًا لـ: (Nepe! e؟ a /.، 1993)

صورة ظلية للتدفق حول نموذج E1.AC 1 مع مدخل هواء في أنبوب صدمة تفوق سرعة الصوت (M = 7.3) في آخن. الومضات المتقزحة الجميلة في أسفل يمين الصورة هي تيارات فوضوية داخل مدخل الهواء. من: (Olivier et al. ، 1996)

التوزيع النظري لأرقام ماخ (السرعات) بتكوين من مرحلتين Е1_АС-ЕОЭ (رقم ماخ للتدفق القادم M = 4.04). من: (Breitsamter et al. ، 2005)

لوحظ توافق جيد بين البيانات المحسوبة والتجريبية مما يؤكد موثوقية الحل العددي في التنبؤ بالتدفقات فوق الصوتية. مثال على الصورة المحسوبة لتوزيع أرقام الماخ (السرعات) في التدفق أثناء عملية الفصل معروض في هذه الصفحة. يمكن رؤية صدمات الانضغاط والخلخلة المحلية في الوعود. في الجزء الخلفي من تكوين EAAC 1C ، في الواقع ، لن يكون هناك فراغ ، حيث سيتم وضع محرك نفاث فرط صوتي هناك.

يعد الفصل بين المرحلة الحاملة والمراحل المدارية من أصعب المهام التي يتم أخذها في الاعتبار أثناء العمل في مشروع ELAC-EOS. لأغراض المناورة الآمنة ، تتطلب هذه المرحلة من الرحلة دراسة متأنية بشكل خاص. تم إجراء الدراسات العددية لمراحلها المختلفة * في مركز SFB 255 في الجامعة التقنية في ميونيخ ، وتم إجراء جميع الأعمال التجريبية في معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية التابع لفرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية. تضمنت الاختبارات في نفق الرياح الأسرع من الصوت T-313 تصورًا للتدفق حول التكوين الكامل وقياسات الخصائص الديناميكية الهوائية وضغوط السطح أثناء فصل المرحلة.

اختلف نموذج المرحلة السفلية ELAC 1C عن الإصدار الأصلي من ELAC 1 من خلال حجرة عمق صغيرة يجب أن تكون فيها المرحلة المدارية أثناء الإقلاع والصعود. تم إجراء محاكاة الكمبيوتر عند رقم ماخ للتدفق القادم М = 4.04 ، رقم رينولدز - إعادة = 9.6 106 وزاوية هجوم صفرية لنموذج EOS.

بشكل عام ، يمكن القول أن دراسات المفهوم الأيروديناميكي لأنظمة ÜiELAC-EOS ذات المرحلتين ، التي بدأتها جمعية الأبحاث الألمانية DFG ، كانت ناجحة. نتيجة لمجموعة واسعة من الأعمال النظرية والتجريبية ، والتي شاركت فيها المراكز العلمية لأوروبا وآسيا وأمريكا وأستراليا ، تم إجراء حساب كامل للتكوين القادر على الإقلاع والهبوط الأفقي في مطار قياسي ، ديناميكي هوائي

مهام الطيران بسرعات منخفضة ، تفوق سرعة الصوت وخاصة فوق سرعة الصوت.

في الوقت الحاضر ، من الواضح أن إنشاء النقل الفضائي المتقدم يتطلب بحثًا أكثر تفصيلاً حول تطوير محركات نفاثة تفوق سرعة الصوت تعمل بشكل موثوق في نطاق واسع من سرعات الطيران ، وأنظمة تحكم عالية الدقة لعمليات الفصل المرحلي وهبوط الطائرة. وحدة مدارية ، مواد جديدة ذات درجة حرارة عالية ، إلخ. إن حل كل هذه المشاكل العلمية والتقنية المعقدة أمر مستحيل دون تضافر جهود العلماء دول مختلفة. وتؤكد تجربة هذا المشروع فقط أن التعاون الدولي طويل الأمد أصبح عنصرًا لا يتجزأ من أبحاث الفضاء الجوي.

المؤلفات

خاريتونوف إيه إم ، كراوس إي ، ليمبرج دبليو وآخرون .//J. تجارب في السوائل. - 1999. - V.26. - ص 423.

Brodetsky M.D. ، خاريتونوف إيه إم ، كراوس إي وآخرون. // ج. تجارب في السوائل. - 2000. - V. 29. - ص 592.

Brodetsky M.D. ، خاريتونوف إيه إم ، كراوس إي وآخرون. // بروك. في X Int. مؤتمر طرق البحث في الفيزياء. نوفوسيبيرسك. - 2000. -V.1.- ص 53.

كروس إي ، بروديتسكي دكتوراه في الطب ، خاريتونوف أ.م. // بروك. في WFAM Congress. شيكاغو 2000.

Brodetsky M.D. ، Krause E. ، Nikiforov S.B. وآخرون // PMTF. - 2001. - ت 42. - س 68.

النقل الفضائي للمستقبل

بدفعة قوية ، يرتفع الصاروخ عموديًا من منصة الإطلاق ويصعد ... هذه الصورة المألوفة قد تغرق قريبًا في طي النسيان. يجب استبدال أنظمة الفضاء و "المكوكات" بجيل جديد من المركبات - طائرات الفضاء ، التي سيكون لها القدرة على الإقلاع والهبوط أفقيًا ، مثل الطائرات العادية. المشاركون في مشروع بحث دولي يقدمون للقراء بعض المواد المرئية التي توضح مفهوم النقل الفضائي على مرحلتين في المستقبل

يتم تحديد التطوير الإضافي للملاحة الفضائية من خلال الحاجة إلى التشغيل المكثف للمحطات الفضائية ، وتطوير أنظمة الاتصالات والملاحة العالمية ، والمراقبة البيئية على نطاق كوكبي. لهذه الأغراض ، فإن الدول الرائدة في العالم تتطور طائرات الفضاء(VKS) قابلة لإعادة الاستخدام ، مما سيقلل بشكل كبير من تكلفة توصيل البضائع والأشخاص إلى المدار. وستتميز هذه الأنظمة بقدرات ، وأكثرها صلة بما يلي: الاستخدام القابل لإعادة الاستخدام لإطلاق الشحنات العلمية والتقنية في المدار مع فترة زمنية قصيرة نسبيًا بين الرحلات المتكررة ؛ إعادة الهياكل في حالات الطوارئ والتي تم إيقاف تشغيلها والتي تتناثر فيها المساحات ؛ إنقاذ أطقم المحطات المدارية وسفن الفضاء في حالات الطوارئ ؛ استطلاع عاجل لمناطق الكوارث الطبيعية والكوارث في أي مكان في العالم.

في البلدان ذات التقنيات المتقدمة في مجال الطيران ، تم إحراز خطوات كبيرة في مجال سرعات الطيران العالية ، والتي تحدد إمكانية وجود مجموعة واسعة من الطائرات النفاثة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت. هناك كل الأسباب للاعتقاد بأن الطيران المأهول في المستقبل سوف يتقن السرعات من محركات ماخ M = 4-6 إلى M = 12-15 محرك).

إذا تحدثنا عن الطيران المدني ، فإن تطوير السرعات العالية مهم للغاية لتكثيف حركة الركاب والعلاقات التجارية. ستكون طائرات الركاب التي تفوق سرعتها سرعة الصوت برقم ماخ 6 قادرة على توفير مدة طيران منخفضة التعب (لا تزيد عن 4 ساعات) على الطرق الدولية التي يبلغ مداها حوالي 10 آلاف كيلومتر ، مثل أوروبا (باريس) - أمريكا الجنوبية (ساو باولو) ، أوروبا (لندن) - الهند ، الولايات المتحدة الأمريكية (نيويورك) - اليابان. تذكر أن وقت رحلة الكونكورد الأسرع من الصوت من نيويورك إلى باريس كان حوالي 3 ساعات ، وأن طائرة بوينج 747 تقضي حوالي 6.5 ساعة على هذا الطريق. ستكون طائرات المستقبل مع 10 ماخ قادرة على قطع 16-17 ألف كيلومتر في 4 ساعات ، للقيام برحلة بدون توقف ، على سبيل المثال ، من الولايات المتحدة الأمريكية أو أوروبا إلى أستراليا.

اتجاهات جديدة

تتطلب الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت تقنيات جديدة تختلف تمامًا عن تلك الموجودة في الطائرات الحديثة والتي تقلع بشكل عمودي من المركبات الفضائية. بالطبع ، ينتج محرك الصاروخ الكثير من الدفع ، لكنه يستهلك كميات هائلة من الوقود ، وإلى جانب ذلك ، يجب أن يحمل الصاروخ مؤكسدًا على متنه. لذلك ، فإن استخدام الصواريخ في الغلاف الجوي يقتصر على الرحلات الجوية قصيرة المدى.

مسرد المصطلحات الهوائية

عدد ماخ- معلمة تحدد عدد المرات التي تكون فيها سرعة الطائرة (أو تدفق الغاز) أكبر من سرعة الصوت
سرعة تفوق سرعة الصوتهو مصطلح فضفاض للسرعة التي يزيد عدد ماخ عن 4 5
رقم رينولدزهي معلمة تميز النسبة بين قوى القصور الذاتي وقوى اللزوجة في التدفق
زاوية الهجوم- ميل الطائرة الجناح إلى خط الطيران
موجة الصدمة (موجة الصدمة)هي منطقة تدفق ضيقة حيث يوجد انخفاض حاد في سرعة تدفق الغاز الأسرع من الصوت ، مما يؤدي إلى زيادة مفاجئة في الكثافة
موجة الخلخلةهي منطقة التدفق التي يوجد فيها انخفاض حاد في كثافة الوسط الغازي

أدت الرغبة في حل هذه المشاكل التقنية المعقدة إلى تطوير مفاهيم مختلفة لأنظمة النقل الفضائي. الاتجاه الرئيسي ، الذي تم استكشافه بنشاط من قبل شركات الطيران الرائدة في العالم ، هو مؤتمرات الفيديو على مرحلة واحدة. يمكن لمثل هذه الطائرات الفضائية ، التي تقلع من مطار تقليدي ، أن تنقل حمولة تبلغ حوالي 3 ٪ من وزن الإقلاع إلى مدار أرضي منخفض. مفهوم آخر للأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام هو الجهاز ذو المرحلتين. في هذه الحالة ، تكون المرحلة الأولى مجهزة بمحرك نفاث هوائي ، والمرحلة الثانية مدارية ، ويتم فصل المراحل في مدى أرقام ماخ من 6 إلى 12 على ارتفاعات حوالي 30 كم.

في 1980-1990. تم تطوير مشاريع VKS في الولايات المتحدة الأمريكية (NASP) ، إنجلترا (HOTOL) ، ألمانيا (Snger) ، فرنسا (STS-2000 ، STAR-H) ، روسيا (VKS NII-1 ، Spiral ، Tu-2000). في عام 1989 ، بمبادرة من جمعية الأبحاث الألمانية (DFG) ، بدأ البحث المشترك بين ثلاثة مراكز ألمانية: جامعة راين-ويستفاليان التقنية في آخن ، وجامعة ميونيخ التقنية وجامعة شتوتغارت. اتبعت هذه المراكز التي ترعاها DFG برنامجًا بحثيًا طويل المدى يتضمن دراسة الأسئلة الأساسية اللازمة لتصميم أنظمة النقل الفضائي ، مثل الهندسة العامة ، والديناميكا الهوائية ، والديناميكا الحرارية ، وميكانيكا الطيران ، والدفع ، والمواد ، وما إلى ذلك. تم تنفيذ العمل على الديناميكا الهوائية التجريبية بالتعاون مع معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية. S. A. Khristianovich SB RAS. تم تنظيم وتنسيق جميع الأعمال البحثية من قبل لجنة برئاسة أحد مؤلفي هذا المقال (إي.كراوزه) لمدة عشر سنوات. نلفت انتباه القارئ إلى عدد من المواد المرئية الأكثر توضيحًا والتي توضح بعض النتائج التي تم الحصول عليها في إطار هذا المشروع في مجال الديناميكا الهوائية.

نظام ELAC-EOS ثنائي المراحل

للبحث ، تم اقتراح مفهوم مركبة فضائية على مرحلتين (تم استدعاء مرحلة الناقل باللغة الألمانية ELAC ، وكانت المرحلة المدارية هي EOS). الوقود هو الهيدروجين السائل. كان من المفترض أن يكون تكوين ELAC واسع النطاق بطول 75 مترًا ، مع جناحيها 38 مترًا وكبيرًا. زاوية الاجتياح. في الوقت نفسه ، يبلغ طول مرحلة EOS 34 مترًا ، ويبلغ طول جناحيها 18 مترًا ، وتحتوي المرحلة المدارية على قوس بيضاوي الشكل ، وجسم مركزي به جانب علوي شبه أسطواني وعارضة واحدة في مستوى التماثل. يوجد على السطح العلوي للمرحلة الأولى فترة راحة يتم فيها وضع المرحلة المدارية أثناء الصعود. على الرغم من أنها ضحلة ، إلا أن السرعات فوق الصوتية أثناء الفصل (M = 7) لها تأثير كبير على خصائص التدفق.

لإجراء الدراسات النظرية والتجريبية ، تم تصميم وتصنيع عدة نماذج للمراحل الحاملة والمدارية بمقياس 1: 150. لإجراء الاختبارات بسرعات منخفضة في نفق الرياح الألماني الهولندي DNW ، تم عمل نموذج كبير للتكوين قيد الدراسة بمقياس 1:12 (طول أكثر من 6 أمتار ، ووزنه حوالي 1600 كجم).

تصور الأسرع من الصوت

يمثل الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت صعوبة كبيرة للباحث ، لأنه يترافق مع تكوين موجات صدمة ، أو موجات الصدمة، والطائرة في مثل هذه الرحلة تمر عبر عدة أنظمة تدفق (مع هياكل محلية مختلفة) ، مصحوبة بزيادة في تدفقات الحرارة.

تمت دراسة هذه المشكلة تجريبياً وعددياً في مشروع ELAC-EOS. أجريت معظم التجارب في نفق الرياح T-313 التابع لـ ITAM SB RAS في نوفوسيبيرسك. اختلف عدد ماخ للتدفق القادم في هذه التجارب في النطاق 2< М < 4, رقم رينولدز – 25 10 6 < Re < 56 10 6 , а زاوية الهجوم- في النطاق - 3 درجات< α < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация الخطوط الحاليةعلى سطح النموذج.

النتائج التي تم الحصول عليها ، من بين أمور أخرى ، تبين بوضوح تشكيل دوامات على الجانب المواجه للريح. تم تصور الأنماط البانورامية للتدفقات على سطح النموذج من خلال الطلاء بسوائل خاصة أو خليط زيت السخام. في مثال نموذجي تصوير جزيئات الزيتيمكنك أن ترى كيف يتحول انسياب السطح إلى الداخل من الحافة الأمامية للجناح ويتدفق إلى خط موجه تقريبًا في اتجاه التيار. يتم أيضًا ملاحظة نطاقات أخرى موجهة نحو الخط المركزي للنموذج.

تميز هذه الآثار المميزة على الجانب المواجه للريح التيار المتقاطع ، والذي يمكن ملاحظة هيكله ثلاثي الأبعاد باستخدام طريقة سكين الليزر.مع زيادة زاوية الهجوم ، يتدفق تدفق الهواء من السطح المواجه للريح للجناح إلى السطح المواجه للريح ، مشكلاً نظام دوامة معقد. لاحظ أن الدوامات الأولية ذات الضغط المنخفض في القلب تساهم بشكل إيجابي في قوة الرفع للمركبة. تعتمد طريقة سكين الليزر نفسها على تصوير الإشعاع المتماسك المتناثر بواسطة الجسيمات الدقيقة الصلبة أو السائلة التي يتم إدخالها في التدفق ، ويتم تحديد توزيع التركيز من خلال بنية التدفقات قيد الدراسة. يتشكل مصدر ضوء متماسك على شكل مستوى خفيف رفيع ، والذي في الواقع أعطى اسمًا لهذه الطريقة. ومن المثير للاهتمام ، من وجهة نظر توفير التباين الضروري للصورة ، أن جزيئات الماء العادية (الضباب) فعالة للغاية.

طريقة كومة الظل

في عام 1867 ، اقترح العالم الألماني A. Tepler طريقة لاكتشاف عدم التجانس البصري في الوسائط الشفافة ، والتي لم تفقد أهميتها في العلوم والتكنولوجيا حتى يومنا هذا. على وجه الخصوص ، يتم استخدامه على نطاق واسع لدراسة توزيع كثافة تدفق الهواء عند التدفق حول نماذج الطائرات في أنفاق الرياح.
يظهر المخطط البصري لإحدى تطبيقات الطريقة في الشكل. يتم توجيه شعاع من الأشعة من مصدر ضوء شق بواسطة نظام من العدسات عبر الكائن قيد الدراسة ويركز على حافة شاشة غير شفافة (ما يسمى سكين فوكو). إذا لم يكن هناك عدم تجانس بصري في الكائن قيد الدراسة ، فإن السكين تتأخر كل الأشعة. في حالة عدم التجانس ، سوف تتناثر الأشعة ، وسيمر جزء منها ، بعد انحرافه ، فوق حافة السكين. من خلال وضع عدسة إسقاط خلف مستوى سكين فوكو ، يمكن عرض هذه الأشعة على الشاشة (موجهة إلى الكاميرا) ويمكن الحصول على صورة لعدم التجانس.
أبسط مخطط يسمح لنا بالتخيل تدرجات متوسطة الكثافة، عموديًا على حافة السكين ، بينما تؤدي تدرجات الكثافة على طول إحداثيات مختلفة إلى تحول في الصورة على طول الحافة ولا تغير إضاءة الشاشة. هناك تعديلات مختلفة لطريقة Toepler. على سبيل المثال ، بدلاً من السكين ، يتم تثبيت مرشح بصري ، يتكون من خطوط متوازية بألوان مختلفة. أو يتم استخدام فتحة مستديرة ذات قطاعات ملونة. في هذه الحالة ، في حالة عدم وجود عدم التجانس ، تمر الأشعة القادمة من نقاط مختلفة من نفس المكان في الحجاب الحاجز ، وبالتالي فإن الحقل بأكمله ملون بنفس اللون. يتسبب ظهور عدم التجانس في انحراف الأشعة التي تمر عبر قطاعات مختلفة ، ويتم رسم صور النقاط ذات انحراف الضوء المختلف بالألوان المقابلة.

في ظل ظروف معينة ، يمكن أن تنهار أنوية الدوامات ، مما يقلل من رفع الجناح. تتطور هذه العملية ، التي تسمى ذرف الدوامة ، في نمط "الفقاعة" أو "الحلزوني" ، وتظهر الاختلافات المرئية بينها في صورة تم التقاطها باستخدام حقن الطلاء الفلوري. عادة ، يسبق نظام الفقاعات لانفصال الدوامة الاضمحلال اللولبي.

يتم تقديم معلومات مفيدة حول أطياف التدفق الأسرع من الصوت حول الطائرات طريقة الطفل الظل. بفضل مساعدتها ، يتم تصور عدم التجانس في تدفقات الغاز ، وتكون موجات الصدمة وموجات الخلخلة مرئية بشكل خاص.

فصل الخطوة

يعد الفصل بين المرحلة الحاملة والمراحل المدارية من أصعب المهام التي يتم أخذها في الاعتبار أثناء العمل في مشروع ELAC-EOS. من أجل مناورة آمنة ، تتطلب هذه المرحلة من الرحلة دراسة متأنية بشكل خاص. تم إجراء الدراسات العددية لمراحلها المختلفة في مركز SFB 255 في الجامعة التقنية في ميونيخ ، وتم إجراء جميع الأعمال التجريبية في معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية التابع لفرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية. تضمنت الاختبارات في نفق الرياح الأسرع من الصوت T-313 تصورًا للتدفق حول التكوين الكامل وقياسات الخصائص الديناميكية الهوائية وضغوط السطح أثناء فصل المرحلة.

اختلف نموذج المرحلة الدنيا ELAC 1C عن إصدار ELAC 1 الأصلي من خلال حجرة ذات عمق ضحل يجب أن تكون فيها المرحلة المدارية أثناء الإقلاع والصعود. تم إجراء محاكاة الكمبيوتر عند رقم Mach للتدفق القادم М = 4.04 ، رقم رينولدز Re = 9.6 10 6 وزاوية هجوم صفرية لنموذج EOS.

لوحظ توافق جيد بين البيانات المحسوبة والتجريبية مما يؤكد موثوقية الحل العددي في التنبؤ بالتدفقات فوق الصوتية. مثال على الصورة المحسوبة لتوزيع أرقام الماخ (السرعات) في التدفق أثناء عملية الفصل معروض في هذه الصفحة. تظهر كلتا المرحلتين موجات صدمية وخلخلة محلية. في الجزء الخلفي من تكوين ELAC 1C ، في الواقع ، لن يكون هناك فراغ ، حيث سيتم وضع محرك نفاث فرط صوتي هناك.

بشكل عام ، يمكن القول أن دراسات المفهوم الأيروديناميكي لنظام ELAC-EOS ذي المرحلتين ، التي بدأتها جمعية الأبحاث الألمانية DFG ، كانت ناجحة. نتيجة لمجموعة واسعة من الأعمال النظرية والتجريبية ، والتي شاركت فيها المراكز العلمية لأوروبا وآسيا وأمريكا وأستراليا ، تم إجراء حساب كامل للتكوين القادر على الإقلاع والهبوط الأفقي في مطار قياسي ، ومشاكل الديناميكية الهوائية للطيران في السرعات المنخفضة ، الأسرع من الصوت وخاصة التي تفوق سرعة الصوت.

في الوقت الحاضر ، من الواضح أن إنشاء النقل الفضائي الواعد يتطلب بحثًا أكثر تفصيلاً حول تطوير محركات نفاثة تفوق سرعة الصوت تعمل بشكل موثوق في نطاق واسع من سرعات الطيران وأنظمة التحكم عالية الدقة لعمليات الفصل المرحلي وهبوط الطائرة. وحدة مدارية ، مواد جديدة ذات درجة حرارة عالية ، إلخ. إن حل كل هذه المشكلات العلمية والتقنية المعقدة أمر مستحيل دون تضافر جهود العلماء من مختلف البلدان. وتؤكد تجربة هذا المشروع فقط أن التعاون الدولي طويل الأمد أصبح عنصرًا لا يتجزأ من أبحاث الفضاء الجوي.

المؤلفات

خاريتونوف إيه إم ، كراوس إي ، ليمبيرج دبليو إت آل. // J. التجارب في السوائل. 1999. V. 26. P. 423.

Brodetsky M.D. ، خاريتونوف إيه إم ، كراوس إي وآخرون. // J. التجارب في السوائل. 2000. V. 29. P. 592.

Brodetsky M.D. ، خاريتونوف إيه إم ، كراوس إي وآخرون. // بروك. في X Int. مؤتمر طرق البحث في الفيزياء الجوية. نوفوسيبيرسك. 2000. V. 1. P. 53.

كروس إي ، بروديتسكي دكتوراه في الطب ، خاريتونوف أ.م. // بروك. في WFAM Congress. شيكاغو 2000.

Brodetsky M.D. ، Krause E. ، Nikiforov S.B. وآخرون // PMTF. 2001. T. 42. S. 68.

كوزمينوفا أناستاسيا أوليجوفنا
سن:العمر 14 سنة
مكان الدراسة:فولوغدا ، MOU "المدرسة الثانوية رقم 1 مع دراسة متعمقة للغة الإنجليزية"
مدينة:فولوغدا
القادة: تشوغلوفا آنا برونيسلافوفنا، مدرس الفيزياء في الفصول العليا من مذكرة التفاهم "المدرسة الثانوية رقم 1 مع دراسة متعمقة للغة الإنجليزية" ؛
كوزمينوف أوليج الكسندروفيتش.

عمل بحثي تاريخي في الموضوع:

ما هو مستقبل النقل الجوي؟

يخطط:

• 1 المقدمة
• 2. الجسم الرئيسي
• 2.1 تاريخ تطور المركبات الفضائية الجوية ؛
• 2.2 سفن النقل الواعدة في المستقبل ؛
• 2.3 الاتجاهات الرئيسية لاستخدام وتطوير أنظمة النقل المتقدمة (PTS) ؛
• 3 - الخلاصة
• 4. مصادر المعلومات.

1 المقدمة

لأول مرة ، صاغ K.E. Tsiolkovsky برنامج استكشاف الفضاء ، حيث ينتمي الدور الرئيسي لأنظمة النقل الفضائي. حاليًا ، يُستخدم النقل الفضائي من أجل:الاستكشاف العلمي للكواكب والفضاء الخارجي ، وحل المشكلات العسكرية ، وإطلاق الأقمار الصناعية الأرضية الاصطناعية ، وبناء وصيانة المحطات والصناعات المدارية ، ونقل البضائع في الفضاء ، وكذلك تطوير السياحة الفضائية.

سفينة فضائية - هي طائرة مصممة لتحليق الأشخاص ونقل البضائع في الفضاء الخارجي. تسمى المركبات الفضائية المخصصة للطيران في المدارات القريبة من الأرض سفن الأقمار الصناعية ، وللطيران إلى الآخرين الأجرام السماوية- السفن بين الكواكب. في المرحلة الأولية ، أظهرت سفن النقل الفضائية قدرات تكنولوجيا الفضاء وحل المشكلات التطبيقية الفردية. في الوقت الحالي ، يواجهون مهام عملية عالمية تهدف إلى استخدام الفضاء بكفاءة وفعالية من حيث التكلفة.

لتحقيق هذه الأهداف لا بد من حل المهام التالية:

إنشاء مركبة فضائية عالمية قابلة لإعادة الاستخدام ؛

استخدام محطات توليد الطاقة بأنواع وقود أكثر كفاءة وأرخص تكلفة ؛

زيادة القدرة الاستيعابية للمواد السمية الثابتة ؛

السلامة البيئية والبيولوجية للسفن.

ملاءمة:

سيسمح إنشاء النقل الفضائي الجوي في المستقبل بما يلي:

- تطير ، لمسافات طويلة جدًا وغير محدودة عمليًا ؛

- استكشاف الفضاء القريب من الأرض والكواكب الأخرى بنشاط ؛

- لتعزيز القدرة الدفاعية لدولتنا ؛

- إنشاء مصانع الطاقة الفضائية والصناعات ؛

- إنشاء مجمعات مدارية كبيرة ؛

- استخراج ومعالجة معادن القمر والكواكب الأخرى ؛

- حل المشاكل البيئية للأرض.

- إطلاق أقمار اصطناعية للأرض ؛

- تطوير السياحة الفضائية.

أهداف و غايات:

- دراسة تاريخ تطور المركبات الفضائية في روسيا والولايات المتحدة ؛

- إجراء تحليل مقارن لاستخدام النقل الفضائي في المستقبل ؛

- النظر في الاتجاهات الرئيسية لاستخدام المواد السمية الثابتة (أنظمة النقل الواعدة) ؛

- تحديد آفاق تطوير أنظمة النقل.

2. الجزء الرئيسي.

2.1 تاريخ تطوير المركبات الفضائية.

في عام 1903 ، صمم العالم الروسي K.E. Tsiolkovsky صاروخًا للاتصالات بين الكواكب.

تحت قيادة سيرجي بافلوفيتش كوروليف ، الأول في العالم صاروخ R-7 ("فوستوك")، التي أطلقت في 4 أكتوبر 1957 أول قمر صناعي أرضي إلى الفضاء ، وفي 12 أبريل 1961 ، قامت المركبة الفضائية بأول رحلة مأهولة إلى الفضاء.

تم استبدال صواريخ فوستوك بجيل جديد من المركبات الفضائية التي تستخدم لمرة واحدة: سويوز ، بروغرس وبروتون ، وقد تبين أن تصميمها بسيط وموثوق ورخيص ، ويتم استخدامه حتى يومنا هذا ، وسيتم استخدامه في المستقبل القريب.

"اتحاد"كان مختلفًا تمامًا عن صاروخ فوستوك من حيث الحجم الكبير والحجم الداخلي والأنظمة الجديدة على متنه ، مما جعل من الممكن حل المشكلات المتعلقة بإنشاء المحطات المدارية. تم إطلاق أول صاروخ في 23 أبريل 1967. تم إنشاء سلسلة من المركبات الفضائية للنقل غير المأهولة على أساس مركبة الفضاء سويوز « تقدم"،التي كفلت تسليم البضائع إلى المحطة الفضائية. تم الإطلاق الأول في 20 يناير 1978. "بروتون"- مركبة الإطلاق (LV) من الدرجة الثقيلة ، مصممة لإطلاق المحطات المدارية والمركبات الفضائية المأهولة والأقمار الصناعية الأرضية الثقيلة والمحطات بين الكواكب إلى الفضاء. تم الإطلاق الأول في 16 يوليو 1965.

من بين المركبات الفضائية الأمريكية ، أود أن أشير "أبولو"- الوحيد في هذه اللحظةالمركبات الفضائية في التاريخ ، التي ترك الناس عليها حدود المدار الأرضي المنخفض ، تغلبت على جاذبية الأرض ، ونجحت في إنزال رواد فضاء على القمر وإعادتهم إلى الأرض. تتكون السفينة من الوحدة الرئيسية والوحدة القمرية (مراحل الهبوط والإقلاع) ، حيث يهبط رواد الفضاء ويقلعون من القمر. من عام 1968 إلى عام 1975 ، تم إطلاق 15 مركبة فضائية في السماء.

في السبعينيات البعيدة ، كان المهندسون يحلمون بإنشاء سفن فضائية للمستقبل تكون قادرة على نقل البضائع والأشخاص إلى المدار ، ثم العودة بأمان إلى الأرض ، والعودة إلى الخدمة مرة أخرى. كان التطور الأمريكي عبارة عن سفينة نقل قابلة لإعادة الاستخدام "مركبة فضائية"الذي كان من المقرر استخدامه كمكوك بين الأرض والمدار القريب من الأرض ، لنقل الحمولات والأشخاص ذهابًا وإيابًا. تم تنفيذ الرحلات إلى الفضاء 135 مرة من 12 أبريل 1981 إلى 21 يوليو 2011.

أصبحت مركبة فضائية مجنحة للنقل قابلة لإعادة الاستخدام تطورًا سوفييتيًا روسيًا "بوران".تمثلت خطوة مهمة نحو استكشاف الفضاء الخارجي في تطوير نظام الصواريخ الفضائية العالمي القابل لإعادة الاستخدام Energia-Buran. والتي تتكون من مركبة الإطلاق الثقيلة Energia ومركبة الفضاء المدارية القابلة لإعادة الاستخدام Buran.

هذه السفينة قادرة على نقل ما يصل إلى 30 طنًا من البضائع إلى المدار. تم تصميم السفينة المدارية "بوران" لأداء مهام النقل والمهام العسكرية ، وكذلك العمليات المدارية في الفضاء. بعد الانتهاء من المهام ، تكون السفينة قادرة على النزول بشكل مستقل في الغلاف الجوي والهبوط أفقيًا في المطار. تمت الرحلة الأولى في 15 نوفمبر 1988. تعد مشاريع المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام باهظة الثمن ، وفي الوقت الحالي ، يعمل العلماء على تحسين وتقليل تكاليف التشغيل ، مما سيسمح بشكل فعال باستخدام هذا النوع من المركبات الفضائية في المستقبل في إنشاء الإنتاج الفضائي ، وستكون المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام فعالة من حيث التكلفة ، منذ التشغيل المكثف سوف تكون هناك حاجة لأنظمة النقل.

2.2 سفن النقل الواعدة في المستقبل.

في الوقت الحالي ، لا تقف صناعة الفضاء مكتوفة الأيدي ، ويتم إنشاء العديد من سفن النقل الجديدة والواعدة في المستقبل:

مجمع الصواريخ الفضائية "أنجارا"- عائلة من مركبات الإطلاق المعيارية الواعدة بمحركات أكسجين كيروسين قابلة لإعادة الاستخدام قيد التطوير. من المفترض أن تكون الصواريخ من 4 فئات (خفيفة ، متوسطة ، ثقيلة ، ثقيلة للغاية). يتم تنفيذ قوة هذا الصاروخ باستخدام عدد مختلف من وحدات الصواريخ العالمية (من 1 إلى 7) ، اعتمادًا على فئة الصاروخ. تم الإطلاق الأول لصاروخ خفيف من الدرجة الأولى في 9 يوليو 2014. تم إطلاق صاروخ Angara-5 الثقيل في 23 ديسمبر 2014.

مزايا مركبة الإطلاق Angara:

- التجميع السريع للصاروخ من الوحدات الجاهزة ، اعتمادًا على القدرة الاستيعابية المطلوبة ؛

- إطلاق صاروخ مقتبس من موانئ فضائية روسية ؛

- الصاروخ مصنوع بالكامل من مكونات روسية ؛

- يستخدم الوقود الصديق للبيئة.

- في المستقبل ، من المخطط إنتاج محرك المرحلة الأولى القابل لإعادة الاستخدام.

أنظمة النقل التي يعاد استخدامها ("روس"). واعدة المأهولة نظام النقل(PPTS) "روس" هي مركبة فضائية متعددة الأغراض وقابلة لإعادة الاستخدام مأهولة. سيتم تصنيع PPTS في التصميم المعياري للسفينة الأساسية في شكل عناصر كاملة وظيفيًا - مركبة الإرجاع ومقصورة المحرك. تم التخطيط للسفينة لتكون بلا أجنحة ، مع جزء قابل لإعادة الاستخدام من شكل مخروطي مبتور. تم التخطيط للإطلاق الأول في عام 2020.

مصمم لأداء المهام التالية:

- ضمان الأمن القومي ؛

- الوصول دون عوائق إلى الفضاء ؛

- توسيع مهام الإنتاج الفضائي ؛

- الرحلة والهبوط على القمر.

مركبة فضائية مأهولة وقابلة لإعادة الاستخدام "أوريون"(الولايات المتحدة الأمريكية).

تم التخطيط للسفينة لتكون بلا أجنحة ، مع جزء قابل لإعادة الاستخدام من شكل مخروطي مبتور. مصمم لنقل الأشخاص والبضائع إلى الفضاء ، وكذلك للرحلات الجوية إلى القمر والمريخ. تم الإطلاق الأول في 5 ديسمبر 2014. تقاعدت السفينة لمسافة 5.8 ألف كيلومتر ، ثم عادت إلى الأرض. وعند العودة مرت السفينة عبر طبقات الغلاف الجوي الكثيفة بسرعة 32 ألف كم / ساعة ، وبلغت درجة حرارة سطح السفينة 2.2 ألف درجة. اجتازت المركبة الفضائية جميع الاختبارات ، مما يعني أنها مناسبة للرحلات الجوية مع الأشخاص لمسافات طويلة. ومن المقرر بدء الرحلات إلى الكواكب الأخرى في الفترة 2019-2020.

مركبة فضائية للنقل قابلة لإعادة الاستخدامتنين الفراغ X"(الولايات المتحدة الأمريكية).

مصممة لنقل الحمولات والأشخاص. تمت الرحلة الأولى في 1 ديسمبر 2010. يمكن أن يكون طاقم مكون من 7 أشخاص و 2 طن من الحمولات على متن الطائرة. مدة الرحلة: من أسبوع إلى عامين. يتم تشغيل وتخطيط إنتاج سفينة نقل في مختلف التعديلات بنجاح. العيب الرئيسي هو تكلفة تشغيل هذا النوع من المركبات الفضائية. في المستقبل القريب ، تخطط Dragon Space X لإعادة استخدام المرحلتين الأولى والثانية ، مما سيقلل بشكل كبير من تكلفة عمليات الإطلاق الفضائية.

ضع في اعتبارك مركبات فضائية واعدة ستطير لمسافات طويلة .

المركبة الفضائية بين الكواكب "الحاج".في الولايات المتحدة ، تم إنشاء برنامج ناسا (الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء) لتصميم مركبة فضائية بين الكواكب تعتمد على مفاعل نووي مصغر. من المخطط دمج نظام الدفع وسيبدأ المفاعل النووي في العمل عندما تغادر السفينة مدار الأرض. بالإضافة إلى ذلك ، بعد انتهاء المهمة ، سيتم وضع السفينة في مسار تبتعد فيه عن أرضنا. هذا النوع من محطات الطاقة موثوق للغاية ولن يؤثر سلبًا بيئةالارض.

بلدنا رائد عالميًا في مجال الطاقة الفضائية. يجري تطويرها حاليا وحدة النقل والطاقةعلى أساس محطة طاقة نووية من فئة ميغاواط. تعمل الإمكانات العلمية الكاملة لروسيا تقريبًا على هذا البرنامج. ومن المقرر إطلاق المركبة الفضائية بمحطة للطاقة النووية في عام 2020. سيكون هذا النوع من محطات الطاقة قادرًا على العمل لفترة طويلة دون إعادة التزود بالوقود. ستكون سفن النقل المزودة بمحطات طاقة نووية (محطة طاقة نووية) قادرة على الطيران لمسافات طويلة جدًا وغير محدودة عمليًا ، وستسمح باستكشاف الفضاء السحيق.

جدول مقارن للمركبات الفضائية الواعدة.

سفينة فضائية		البلد	مدى الرحلة	محرك	سعة التحميل	تاريخ الإطلاق الأول
مجمع الصواريخ الفضائية "أنجارا"	مركبة الإطلاق (قابلة لإعادة الاستخدام)			أكسجين - كيروسين	من 1.5 إلى 35 طنًا
أنظمة النقل التي يعاد استخدامها "روس"	مأهولة وقابلة لإعادة الاستخدام		كوكبي. القمر ، المريخ	الوقود
"أوريون"	مأهولة وقابلة لإعادة الاستخدام		القمر ، المريخ
« التنين الفضاء X»	مأهولة وقابلة لإعادة الاستخدام
"الحاج"	قابلة لإعادة الاستخدام		كوكبي	النووية مجتمعة
وحدة النقل والطاقة	قابلة لإعادة الاستخدام		مسافة طويلة	النووية مجتمعة

سفينة النقل الواعدة في المستقبل هي سفينة بها محطة للطاقة النووية ، لأن. لديها محرك كثيف الطاقة ، ويمكنها الطيران لمسافات طويلة جدًا. النظام النووي متفوق بثلاث مرات على المنشآت التقليدية. بعد حل المشكلات المتعلقة بالتشغيل الآمن ، سيتمكن هذا النوع من المركبات الفضائية من تحقيق اختراق في دراسة الفضاء الخارجي.

2.3 الاتجاهات الرئيسية لاستخدام وتطوير المواد السمية الثابتة (أنظمة النقل الواعدة)

المجالات الرئيسية لاستخدام المواد السمية الثابتة
علمي		صناعي				سائح	جيش
استكشاف الفضاء والكواكب الأخرى	البحث والعمل العلمي في الفضاء	إطلاق أقمار صناعية للبضائع والأرض في مدار أرضي منخفض	بناء وصيانة المجمعات المدارية	إنشاء وصيانة محطات وصناعات القوى الفضائية	نقل الحمولات من الكواكب الأخرى

لإنشاء النقل الفضائي في المستقبل ، من الضروري حل المهام التالية:

- يجب أن تكون محطات توليد الطاقة في السيارة مجهزة بمصادر طاقة أكثر اتساعًا مقارنة بالوقود المستخدم حاليًا (محطات الطاقة النووية ، ومحركات البلازما والأيونات) ؛

- يجب أن تكون محطات الطاقة الواعدة وحدات ، اعتمادًا على نطاق الرحلات الجوية. يجب أن تكون محطات توليد الكهرباء ذات طاقة منخفضة ومتوسطة وعالية. صغير - لخدمة المدارات القريبة من الأرض ، متوسط ​​- نقل البضائع إلى القمر والكواكب الأخرى القريبة ، كبير - لرحلات المجمعات بين الكواكب إلى المريخ والكواكب البعيدة الأخرى. يجب تجميع المجمعات المأهولة بين الكواكب لمسافات طويلة ، بسبب الوزن الكبير ، من وحدات في مدار قريب من الأرض. يجب أن يتم إرساء هذه الوحدات تلقائيًا ، دون تدخل بشري.

- يجب أن تتمتع الأنظمة الواعدة بدرجة عالية من الموثوقية لضمان السلامة البيئية ؛

يجب تشغيل المركبة الفضائية في أوضاع مأهولة وغير مأهولة ، مع إمكانية التحكم عن بعد من الأرض. لأداء الرحلات المأهولة ، يجب أن تتمتع السفن الفضائية بين الكواكب بجميع أنواع الحماية للوجود الطبيعي لجميع أفراد الطاقم.

3 - الخلاصة

تقدم الورقة أمثلة على آخر التطورات الواعدة لأنظمة النقل في روسيا والولايات المتحدة ، والتي سيتم بناؤها وفقًا للمبادئ التالية:

تصميم معياري عالمي

استخدام محطات الطاقة الموفرة للطاقة ؛

القدرة على تجميع الوحدات في الفضاء ؛

درجة عالية من أتمتة المركبات ؛

إمكانية التحكم عن بعد.

سلامة البيئة؛

التشغيل الآمن للسفينة وأفراد الطاقم.

بعد حل هذه المشاكل ، ستسمح المواد السمية الثابتة بالاستكشاف النشط للفضاء الخارجي ، وإنشاء مرافق الإنتاج في الفضاء ، وتطوير السياحة الفضائية ، وحل المهام العلمية والعسكرية.

على الرغم من حقيقة أننا نجحنا في جمع الكثير من المعلومات ، إلا أنني أرغب في مواصلة العمل في المجالات التالية:

استخدام أنواع جديدة من الوقود في المواد السمية الثابتة ؛

تحسين أنظمة التشغيل الآمن للمركبات الفضائية في المستقبل.

4 - مصادر المعلومات:

1. Angara - مركبة الإطلاق ، - ويكيبيديا - موسوعة إنترنت مجانية ، https://ru.wikipedia.org/wiki/angara_(booster) ، تمت الزيارة في 11/29/2014 ؛

2. Gryaznov G.M. الطاقة النووية الفضائية والتكنولوجيات الجديدة (ملاحظات المدير) ، - M: FSUE "TsNIIatominform" ، 2007 ؛

3. Emelyanenkov A. Tug in zero gravity، - Rossiyskaya Gazeta، http://www.rg.ru/2012/10/03/raketa.html، accessed 01.12.2014؛

4. سيرجي بافلوفيتش كوروليف ، - ويكيبيديا - الموسوعة المجانية ، https://ru.wikipedua.org/wiki/Korolev،_Sergey Pavlovich ، تمت الزيارة في 11/28/2014 ؛

5. المركبة الفضائية Orion ، - الهدف X ، ما وراء المرئي ، http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskiy_korabl_orion.html ، تم الوصول إليه في 02.12.2014 ؛

6. سفينة الفضاء روس - Lens X ، ما وراء المرئي ، http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskij-korabl-rus.html ، تاريخ الدخول 02.12.2014 ؛

7. في بي ليجوستاييف ، في أيه لوبوتا ، وف. في سينيافسكي ، أكوست. آفاق وفعالية استخدام محطات الطاقة النووية الفضائية وأنظمة الدفع الكهربائية النووية ، - هندسة وتكنولوجيا الفضاء رقم 1 ، 2013 ، شركة Rocket and Space Energia التي سميت باسم. S.P. Koroleva ، http://www.energia.ru/ktt/archive/2013/01-01.pdf ، تم الوصول إليه في 11/23/2014 ؛

8. نظام النقل المأهول المنظور ، ويكيبيديا - موسوعة الإنترنت المجانية ، https://ru.wikipedia.org/wiki/promising_manned_trinasport_system ، تم الدخول إليه في 11/24/2014 ؛