ما هو مستقبل النقل الفضائي. الأولمبياد في تاريخ الطيران والطيران

كشفت شركة طيران بريطانية عن نموذج طائرة بدون نوافذ. بدلاً من ذلك ، يقترحون تثبيت شاشات تعرض الأحداث التي تجري في الخارج وتعرض الأفلام. يمكن للطائرات بدون نوافذ تغيير وجه الطيران المدني بشكل جذري ، مع تقليل استهلاك الوقود بشكل كبير.

تم تطوير تصميم طائرة خاصة من قبل متخصصين من شركة فرنسية ، وقدموا المشروع مرة أخرى في أغسطس. بدلاً من الكوة ، اقترحوا استخدام العروض التي تعرض أفلامًا للترفيه والعروض التقديمية للعمل. تقول الإدارة الفنية إن عدم وجود نوافذ سيساعد في تقليل وزن السفينة ، وبالتالي ، سيقلل من استهلاك الوقود وتكاليف الصيانة ، وتوسع المساحة الخالية من إمكانيات التحسينات الداخلية. قال جاريث ديفيز ، كبير المصممين في شركة Technicon Design ، الشركة التي اقترحت المشروع ، إن بعض العناصر ، مثل شاشات العرض المرنة ، يمكن بالفعل تحويلها إلى حقيقة واقعة.

تخطط شركة Spike Aerospace الأمريكية لتقديم طائرة مماثلة في وقت مبكر من عام 2018. ستكون طائرة Spike S-512 Supersonic Jet الفاخرة قادرة على الطيران من نيويورك إلى لندن في 4 ساعات مع 12-18 راكبًا. ترى شركة بوسطن أيضًا طائرة المستقبل بدون نوافذ. ونتيجة لذلك ، لا يتعين على الركاب الاختباء من أشعة الشمس ، سواء رفع الستائر أو خفضها. كما ستختفي الرتابة في الرحلة. يعتقد المصممون ، إلى حد كبير ، أن الركاب لا يرون سوى القليل أثناء الرحلة - زوجان من النجوم والقمر والمحيط اللامتناهي والغيوم. سينخفض ​​وزن الطائرة أيضًا ، مما يسمح بتوفير الوقود. ستتحول جدران الطائرة إلى شاشات عرض رفيعة ضخمة تُظهر الصور البانورامية المحيطة بالسفينة. بدلاً من ذلك ، يمكنك مشاهدة فيلم أو شرائح أو مستندات.

صحيح أن المطورين يتعرفون على المشاكل المحتملة. أولاً ، بالنسبة للكثيرين ، يمكن أن يزداد الشعور بالقلق في مكان ضيق ، عندما لا تستطيع رؤية ما يحدث في الخارج. ثانيًا ، لا يحتاج الركاب فقط إلى الرؤية ، ولكن أيضًا رجال الإنقاذ ، إذا لزم الأمر ، بحاجة إلى رؤية ما يحدث في الداخل ، وإلا فسوف يتصرفون بشكل أعمى. وثالثًا ، قد تكون هناك مشاكل مع الأشخاص الذين يعانون من دوار الحركة. عادةً ما ينظر هؤلاء الركاب بشكل دوري من النافذة ، ويجدون معلمًا لأنفسهم. هنا سيُحرمون من هذه الفرصة ، ولن تتمكن الشاشات من مساعدتهم.

يقدم مركز ابتكار العمليات أيضًا طائراته بشاشات OLED ضخمة ، والتي سيتم نقلها من الكاميرات المثبتة في الخارج. سيكون من الممكن الاتصال بالإنترنت. يعد تقليل وزن الطائرة أهم مشكلة يحاول المهندسون حلها. لذلك قرروا اللجوء إلى فكرة البناء عن طريق القياس بطائرات الشحن. في غضون ذلك ، المشروع في طور الانتهاء.

ما هو مستقبل النقل الفضائي؟

الغايات والأهداف
الغرض من العمل هو تحديد مجالات الاستخدام الممكنة والواعدة ، والتصاميم المحتملة للمركبات الفضائية وعناصرها لحل مشاكل استكشاف الفضاء.
تتمثل مهام العمل في دراسة اتجاهات التطور ، وخصائص مراحل الرحلة ومراعاتها في تصميم وهياكل المركبات الفضائية وأنظمة دفع المركبات الفضائية.
مقدمة
على مدى آلاف السنين ، استغرقت البشرية حركة أكثر أو أقل ثقة على كوكبها. تم تطوير التقنيات ، يمكن لأي شخص أن يتحرك أبعد وأبعد عن أماكنه الأصلية. في بداية القرن الثامن عشر ، أدى تطور الإنتاج المصنعي ، إنجازات العلم إلى ولادة صناعة الطيران. في بداية القرن العشرين ، أتاح إنشاء محرك احتراق داخلي خفيف وقوي ركوب طائرة في الهواء ، كما أتاح إنشاء محرك صاروخي سائل (LRE) الهروب إلى الفضاء الخارجي. استغرق الأمر 150 عامًا فقط للانتقال من اصطياد الرياح إلى الرحلات الفضائية (1802 - لا توجد سفن بخارية ، 1957 - توجد بالفعل صواريخ فضائية).
كان التقدم واضحًا ومذهلًا لدرجة أنه في أوائل الستينيات من القرن الماضي ، تم عمل تنبؤات بأنه في غضون 35-40 عامًا سنقضي عطلات نهاية الأسبوع في المدار ، ونطير في إجازة إلى القمر ، وستبدأ سفن الفضاء لدينا في تصفح الفضاء بين النجوم ... ارتبطت توقعات كبيرة جدًا بالقرن الحادي والعشرين (1) ، والذي كان لا يزال على بعد 35 عامًا:

أرز. واحد
يسعدنا التفاؤل بشأن آفاق الرحلات المنتظمة للمركبات الفضائية في الفضاء القريب من الأرض وإلى أقرب كواكب النظام الشمسي للسائحين:

الوجهة	سعر التذكرة ذهابا وايابا"، لعبة.	الكمية الركاب على متن الرحلة	وقت الرحلة
مدار الأرض	1250	200	24 ساعة
القمر	10000	35	6 أيام
كوكب الزهرة	32000	20	18 شهرا
المريخ	35000	20	24 شهرا
مارس اكسبريس	70000	20	11 شهر

يجب توفير الراحة للركاب ، كما هو الحال في شركات الطيران والنقل بالسكك الحديدية وعبوات المحيط. لكل راكب خلال رحلة إلى مدار قريب من الأرض ، يسقط 2.85 متر مكعب من حجم السفينة ، إلى القمر - 11.4 متر مكعب ، إلى أقرب الكواكب - 28.5 متر مكعب. للتوضيح ، أظهرت تجربة الرحلات الفضائية طويلة المدى وعمل رواد الفضاء في المحطات المدارية أن حجم المقصورات المضغوطة لكل شخص يجب أن يكون 60 مترًا مكعبًا على الأقل.

تطوير تكنولوجيا الفضاء
كان النصف الثاني من القرن العشرين مكرسًا بشكل أساسي لاستكشاف الفضاء القريب من الأرض بالوسائل الباليستية ، أي الصواريخ متعددة المراحل.
تم تحديد طريقتين لتطوير تكنولوجيا الفضاء على الفور - الباليستية والديناميكية الهوائية. تستخدم الطائرات الباليستية (LA) محرك الدفع النفاث فقط للطيران. الطائرات الديناميكية الهوائية للطيران ، بالإضافة إلى الدفع التفاعلي للمحرك (LPRE أو محرك نفاث هوائي (WFD)) ، استخدم قوة الرفع الناتجة عن جناح أو جسم الطائرة. كان هناك أيضًا مخطط مشترك. تعد الطائرات الديناميكية الهوائية واعدة أكثر للهبوط السهل الذي يتم التحكم فيه ذاتيًا ،،

ما هي "طائرة الفضاء"
النقل الفضائي هو مفهوم واسع للغاية يشمل الطائرات الفضائية وأنظمة الإطلاق والهبوط وأنظمة التحكم عن بعد وما إلى ذلك. في هذه الورقة ، سننظر في الطائرات الفضائية نفسها وأجزائها وأجهزة الإطلاق.
لا يوجد اسم صارم لهذا النوع من الأجهزة. يطلق عليه اسم طائرة فضائية ، مركبة فضائية ، طائرة فلكية ، طائرة فضائية (VKS) ، إلخ. "VKS هي نوع من الطائرات النفاثة المأهولة ذات سطح حاملة (على وجه الخصوص ، مجنحة) ، مصممة للرحلات في الغلاف الجوي والفضاء الخارجي ، وتجمع بين خصائص الطائرة والطائرة الفضائية. مصممة للاستخدامات المتعددة ، يجب أن تكون قادرة على الإقلاع من المطارات ، والتعجيل بالسرعة المدارية ، والطيران في الفضاء الخارجي والعودة إلى الأرض مع الهبوط في المطار.
صُممت VKS للطيران في الغلاف الجوي وما وراءه - في الفضاء الخارجي ، وهي مصممة أيضًا للمناورة في الغلاف الجوي باستخدام القوى الديناميكية الهوائية.
المركبة الفضائية هي إما نظام فضائي متكامل قابل لإعادة الاستخدام (CS) ، أو جزء من CS القابل لإعادة الاستخدام مع عناصر قابلة للإرجاع ، و "القابلية للعودة" هي الشرط الرئيسي "لإعادة استخدام" المركبة الفضائية. يجب أن تفي أي مركبة فضائية قابلة لإعادة الاستخدام بمتطلبات الموثوقية العالية والسلامة والحد الأدنى من المخاطر على الطاقم والحمولة الصافية عند أداء مهام الطيران ، كما يجب أن تتمتع بمزايا الطائرات النفاثة التقليدية في التشغيل والصيانة ، وتنفيذ عمليات الإطلاق والهبوط في جميع الأحوال الجوية.
يتعلق حكم آخر بتعريف درجة "إعادة الاستخدام" - لإعادة النظام القابل لإعادة الاستخدام بالكامل (بالخطوات) أو جزء منه فقط. تتطلب الأنظمة التي يمكن التخلص منها تخصيص مناطق لسقوط المراحل الأولى من الصواريخ ، فضلاً عن عمليات الإنذار. المراحل الثانية ، في أحسن الأحوال ، تحترق في الغلاف الجوي ، وفي أسوأ الأحوال ، تسقط على الأرض أو في المحيط ، أو تبقى في المدار لفترة طويلة ، لتصبح حطامًا فضائيًا. "(بالمعنى الحرفي!) تؤدي إلى الحاجة إلى إنشاء CS قابلة لإعادة الاستخدام.
قابلية إعادة الاستخدام - أيضًا فقد الطاقة بسبب العناصر الهيكلية لمؤتمر الأطراف ، مما يوفر إمكانية إعادة الاستخدام نفسها (الأجنحة ، ومعدات الهبوط ، وأنظمة المظلة ، والوقود الإضافي لنظام الدفع ، وما إلى ذلك). مطلوب مواد بناء جديدة وتقنيات جديدة ومحركات أكثر كفاءة مما هو مطلوب اليوم.

مراحل الرحلة
مهما كان السيناريو العام لرحلة مركبة فضائية ، فإنه يشمل بالضرورة:
- الإقلاع والخروج من الجو ،
- دخول الغلاف الجوي والهبوط ،
- رحلة في الفضاء الخارجي.

مرحلة "الإقلاع والخروج من الجو"
جميع المشاريع تقريبًا لها هدف واحد - تقليل الكسر الكتلي للوقود في مركبة الإطلاق (LV) أو المركبة الفضائية (في LV ، أكثر من 90٪ من الكتلة هي وقود).

1 الداعم
أشهر أنظمة الإطلاق وأكثرها تطورًا هي أنظمة الإطلاق العمودية ذات المنصات الخاصة التي توضع عليها صواري تثبت الطائرة في وضع عمودي (كوزمودروم). تم استخدام هذه الأنظمة بشكل أساسي لإطلاق المركبات الفضائية (VSC) ، ومركبات الإطلاق (LKS ، Dyna-Soar) و VSC بإطلاق عمودي (Energiya-Buran ، مكوك الفضاء) ،. كما تم تطوير نسخة من مركبة الإطلاق ، حيث دخلت الكتل الجانبية للمرحلة الأولى ، بعد أن فصلت ، وأطلقت الجناح وهبطت في المطار ، والكتلة المركزية للمرحلة الثانية ، بعد أن دخلت المدار وأفرغت مركبة الإطلاق ، دخلت الغلاف الجوي وهبطت بمساعدة جناح دلتا ("الطاقة -2").
أو - يتم إطلاق الطائرة إلى المدار بواسطة مركبة إطلاق منفصلة ، ولا يتم استخدام محركات الطائرة نفسها حتى الوصول إلى مدار مستقر. ومن الأمثلة على نظام الإطلاق هذا طائرات صاروخ Dyna-Soar (الولايات المتحدة الأمريكية) ، و Bor (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) ، و ASSET و PRIME (الولايات المتحدة الأمريكية) ، ومركبة النقل الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام Energia-Buran (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) ومكوك الفضاء (الولايات المتحدة الأمريكية) ،،.
تم تطوير وإنتاج PH في العديد من دول العالم. المنتجون الرئيسيون هم روسيا (40٪) ، الولايات المتحدة الأمريكية (26٪) ، دول الاتحاد الأوروبي (21٪) ، الصين (20٪) ، أوكرانيا (6٪) ، اليابان (4٪) ، الهند (4٪) ، إسرائيل (1) ٪). المعايير الرئيسية للقدرة التنافسية هي وزن قاذفة الإطلاق ، والتصميم ، والود البيئي ، وما إلى ذلك ، وإحدى الخصائص الرئيسية لمركبة الإطلاق هي موثوقيتها. يحتوي نظام Proton الروسي على أعلى مؤشر لهذه المعلمة - 97 ٪ من عمليات الإطلاق الناجحة ، والتي تتجاوز متوسط ​​النتائج بنسبة 10-20 ٪.

2 طائرات حاملة
يعد "الإطلاق الجوي" أحد أكثر الطرق الواعدة لإطلاق طائرة ؛ حيث يتم تطوير الإطلاق باستخدام طائرة حاملة (SN) بشكل نشط من قبل العديد من المطورين.
يتم إطلاق الطائرة على ارتفاع بمساعدة SN ، مفصولة عنها ، وباستخدام محركاتها الخاصة ، يتم نقلها إلى المدار. من الممكن تركيب معزز صاروخي إضافي.
طريقة السحب هذه لها عدد من المزايا. التأثير المتوقع عند استخدام SN هو 30-40٪ أكثر من التأثير عند البدء من الأرض.
تتمثل إحدى عمليات ما قبل الإطلاق في إعادة تزويد المركبة الفضائية ومركبة الإطلاق بالوقود بمكونات دافعة. ولكن يمكن أيضًا إعادة التزود بالوقود أثناء الطيران [من 2000257]. تتكون رحلة التزود بالوقود من عدة مراحل (2).
الصورة 2
يمكن تنفيذ وظائف SN بواسطة ekranoplan ، الذي يتمتع بأعلى قدرة تحمل لكل وحدة من وزنه لجميع الطائرات الأثقل من الهواء. يمكن لـ ekranoplan التحرك فوق الأرض [IZ 2404090] أو فوق سطح الماء [IZ 2397922].
اقترح المطورون من الولايات المتحدة نظامًا من ثلاث مراحل [IZ 2191145] مع إنقاذ جميع المراحل الثلاث (3). تحت جناح CH (المرحلة الأولى) ، على سبيل المثال ، طائرة S-5 أو An-124. طائرة أخرى معلقة مع حجرة شحن تقع على "ظهرها" ، حيث يتم وضع المرحلة الثالثة مع هدية ، حيث يوجد قاذفة. تقلع طائرات تعمل بالوقود بالكامل من مطار بالقرب من خط الاستواء. يرتفع CH إلى ارتفاع ويطور سرعة كافية لإطلاق المرحلة الثانية من نفاث نفاث. المرحلة الثانية تفصل وتدخل في مسار شبه مداري. عند مغادرة طبقات الغلاف الجوي الكثيفة ، يتم فصل المرحلة الثالثة ، والتي في أوجها تنقل PN إلى المدار. تعود المرحلة الثانية من تلقاء نفسها ، ويتم "التقاط" المرحلة الثالثة وإعادتها مع CH.
تين. 3
نظام الفضاء الصاروخي القابل لإعادة الاستخدام [IZ 2232700] بعدد كبير جدًا (حتى 10) من نفس المراحل القابلة للإرجاع بالكامل (4). تقع جميع المراحل واحدة فوق الأخرى مع إزاحة طفيفة ولا تختلف عن بعضها البعض ، فقط المرحلة الأولى بها أجنحة هبوط ، وهي مزودة بمظلات إنقاذ. يتم إقلاع COP أفقياً من عربة قابلة لإعادة الاستخدام باستخدام أجنحة هبوط. يقع PN في حجرة الشحن في المرحلة الأخيرة أو في كبسولة شحن خاصة مرتبطة بالمرحلة الأخيرة. فقط المرحلة الأخيرة تذهب إلى المدار ، وفي البداية ، تعمل محركات جميع المراحل ، بينما يتم تشغيلها من خزان المرحلة الأولى. بعد نفاد الوقود في خزان المرحلة الأولى ، يتم فصل هذه المرحلة ويتم استهلاك الوقود من خزان المرحلة الثانية. يتم فصل الأجنحة المسقطة بعد انتقال COP إلى رحلة عمودية وهبوط ، كل منها - على مظلة فردية.
الشكل 4
إن إطلاق الطائرة (5) من طائرة خاصة ، تشبه المروحية ، مع مراوح معلقة تحتها الطائرة ، يسمح للطائرة بالارتفاع إلى ارتفاع يصل إلى حدود طبقة التروبوسفير [من 2268209]. يستخدم التصميم مراوح ذات محركات مختلفة وأعداد مختلفة من الشفرات. يتم تشغيل المراوح متعددة الشفرات بواسطة محركات كهربائية عالية الجهد مزودة بصناديق تروس ، في حين يتم تشغيل المراوح ذات الشفرات الصغيرة بواسطة نفاثات.
الشكل 5

3 حاوية
في عام 1954 ، اقترح V.N. Chelomei إطلاق طائرة من حاوية أنبوبية ، مزودة بأدلة لإطلاق الطائرة. يمكن وضع الحاوية على غواصة (محكمة الإغلاق) ، أو سفينة سطحية ، أو جهاز أرضي متنقل أو ثابت [AC 1841043] ، [AC 1841044] واستخدامها لإطلاق طائرة بأجنحة منتشرة أو غير منتشرة أثناء الطيران. من الممكن استخدام حاوية أنبوبي لإطلاق الطائرات مثل الطائرات. يمكن نشر جناح وريش الطائرة تلقائيًا عند الخروج من الحاوية. بشكل عام ، يسمح النظام بوضع أكبر عدد ممكن من الطائرات في حاويات في مساحة معينة ، لتنفيذ أسرع إطلاق للطائرة دون سحب أولي من الحاوية ، دون فتح أولي للأجنحة واستخدام أجهزة إطلاق خاصة إضافية .
يتم إطلاق مركبات الإطلاق Rokot و Dnepr من حاوية النقل والإطلاق.

4 بدء "مدفع"
يجري بالفعل استخدام صاروخ مدفع مشترك ("هاون") من حاوية نقل وإطلاق لإطلاق مركبة الإطلاق RS-20 Dnepr. توجد حاوية نقل وإطلاق في عمود الإطلاق ، ويوجد الصاروخ نفسه ومولد الغاز في الحاوية ، والتي يتم تشغيلها قبل الإطلاق وتسهل إطلاق الصاروخ.
في أواخر التسعينيات - أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، كواحدة من الطرق الواعدة لإطلاق مركبة فضائية ، أطلق عليها اسم. إطلاق المدفع - إطلاق PNs (بما في ذلك المركبات الفضائية المأهولة) إلى مدار قريب من الأرض من مدفع كهرومغناطيسي أو غاز ديناميكي. مبدأ تشغيل المدفع الكهرومغناطيسي: على متن طائرة معدنية - نوع من النواة الموجودة داخل ملف الملف اللولبي ، في وجود تيار مباشر في لف الملف ، تعمل قوة لورينتز ، وتخرج الطائرة من فوهة البندقية الكهرومغناطيسية مما يعطي الطائرة سرعة عالية. بعد الطلقة ، يتم تشغيل محركات الطائرة نفسها. عند الإقلاع من فوهة المدفع (مدفع على شكل طارة) ، ستصل سرعة الطائرة إلى حوالي 10 كم / ثانية ، بسبب الكثافة العالية للغلاف الجوي بالقرب من سطح الأرض ، بعد الإقلاع من مدفع تنخفض سرعة الجهاز.
لتقليل فقد السرعة وتقليل مقاومة الهواء عند الطيران في طبقات كثيفة من الغلاف الجوي ، يتم إنشاء قناة حرارية في نفس الوقت باستخدام شعاع ليزر [من 2343091] ، [من 2422336] - يتم إنشاء انهيار كهربائي في الهواء (قناة بلازما) ، ثم بسبب امتصاص أشعة الليزر ، تشكل الغازات الجوية قناة حرارية ذات ضغط منخفض ، والتي تتحرك من خلالها السفينة.

5. بداية الجسر
تبدأ الطائرة في عربة بها محركات نفاثة على جسر خاص. تفرامل العربة في نهاية الجسر ، وتنفصل الطائرة عن العربة وتطلق محركها الصاروخي.
من سمات تنفيذ الإطلاق من عربة الإطلاق الحاملة [من 2102292] سطح الجليد الذي تتحرك على طوله الطائرة في العربة (6).
الشكل 6
يقترح المطورون أنظمة ذات ممر علوي على شكل أنبوب تتحرك فيه عربة بطائرة [من 2381154].
يمكن أيضًا تنفيذ أنظمة تجمع بين مدفع كهرومغناطيسي وجسر علوي. تتسارع الطائرة داخل الأنبوب بملف ويتم إطلاقها لأعلى [من 2239586].

6 ايروستات
من المثير للاهتمام التطورات التي تكون فيها الطائرة منطادًا مملوءًا بالهيدروجين ، والذي تستهلكه المحركات [IZ 2111147] ، [AS 1740251]. يساعد هذا التصميم [من 2111147] في حل مشكلة خلع مركبة تزود بالوقود. يتم إطلاق نظام النقل الفضائي الجوي من سطح الأرض. يتم رفع مركبة الاسترداد بسبب قوة الرفع الهوائية الناتجة عن الهيدروجين في الأسطوانات (7). نتيجة لتشغيل المحركات ، يتم تسريع الطائرة العائدة إلى سرعة M = 2.5 - 3.0. يمكن استخدام الهيدروجين من الاسطوانات كوقود للمحركات خلال مرحلة التسارع.
الشكل 7

7 إطلاق البحر
للإطلاق مباشرة من خط الاستواء مع الاستفادة القصوى من تأثير دوران الأرض ، مركبة فضائية لأغراض مختلفة في مدارات قريبة من الأرض ، بما في ذلك دائرية عالية ، وإهليلجية ، دون قيود على ميل المدار ، والمدار الثابت بالنسبة للأرض ومسارات المغادرة ، صاروخ Sea Launch ومجمع الفضاء.
بالطبع ، تم النظر فقط في جزء صغير من الخيارات الممكنة لإطلاق الطائرة وسحبها من الغلاف الجوي.

مقارنة بين الإطلاق الأفقي والعمودي
هناك مناقشات حول أي نوع من الإطلاق أفضل - أفقي أم عمودي؟
مع الإطلاق العمودي ، من الضروري استخدام محركات ذات قوة دفع أكبر من وزن الصاروخ. هذه المحركات لها كتلة أكبر من محركات الإطلاق الأفقي. مع الإطلاق العمودي ، يكاد يكون من المستحيل استخدام WFD. ولكن في حالة الإطلاق العمودي ، ليست هناك حاجة إلى مدارج ، فقط منصة إطلاق صغيرة نسبيًا. العيوب - خسائر الجاذبية وخطر تدمير مجمع الإطلاق بالحطام في حالة وقوع حادث مركبة الإطلاق بعد ثوانٍ قليلة من الإطلاق.
مع الإطلاق الأفقي ، يمكن استخدام محركات أقل قوة ، وفي المرحلة الأولى من الرحلة ، استخدم WFD بدلاً من محركات الصواريخ. صحيح أن الإطلاق الأفقي يستلزم خسائر في الطاقة بسبب وسائل ضمان الإطلاق الأفقي - الأجنحة ومعدات الهبوط ، ولكن يمكن تقليل هذه الخسائر إلى الحد الأدنى. مع الإطلاق الأفقي ، يكون من السهل تنظيم نظام الإنقاذ في المرحلة الأولى. العيب هو تخصيص مساحات واسعة للمدارج. سيساعد استخدام المطارات القياسية لإقلاع وهبوط المدارج على حل هذه المشكلة. من المتوقع حدوث زيادة في مخاطر تدمير طبقة الأوزون في الغلاف الجوي ، الواقعة على ارتفاعات تتراوح بين 15 و 35 كم ، من تشغيل المحركات النفاثة. مع الإطلاق العمودي ، يطير الصاروخ عبر هذه الطبقة في 30-40 ثانية. يمكن حل مشكلة الخطر البيئي ، على سبيل المثال ، عن طريق اختيار مسار طيران خاص: التسارع إلى سرعات عالية على ارتفاع 12-14 كم ، وتنفيذ "تل" مع زيادة مؤقتة في الزاوية إلى الأفق حتى ~ 50 درجة مع رحلة سريعة عبر طبقة الأوزون (التحليق في طبقة الأوزون مميت لأكثر من 10 دقائق) ، ثم انخفاض الزاوية في الأفق إلى 10-20 درجة على ارتفاع يزيد عن 36 كم. ومع ذلك ، قد يؤدي مثل هذا السيناريو إلى زيادة الخسائر الديناميكية الهوائية.
يتم تحديد اختيار نوع البداية بواسطة المنشئ. بعض المنشئات - للبداية الرأسية ، والبعض الآخر - للبداية الأفقية. أعطى V.M. Myasishchev تفضيلًا واضحًا للإطلاق الأفقي. هكذا وُلد مشروع المركبة الفضائية M-19 بمحرك نووي ، وكان من المقرر إطلاقها ، وفقًا لماياشيشيف ، في عام 1990 (بعد عامين من الإطلاق الوحيد لبوران).

مرحلة "دخول الغلاف الجوي والهبوط"
المشكلة الرئيسية للعودة من المدار القريب من الأرض هي تسخين الطائرة من الاحتكاك مع الهواء في الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي. تعد مواد الهيكل والطلاءات الواقية مجالًا كاملاً للتطوير. في الوقت نفسه ، يمكن ويجب حل المهام التالية: الحماية من التسخين أثناء التفاعل مع الغلاف الجوي أثناء الإقلاع والهبوط في ظل ظروف عالية السرعة وتدفئة الغلاف الجوي ؛ التعرض للإشعاع الشمسي في الفضاء الخارجي ، وتدرج درجات الحرارة المرتفعة على الجانب المشمس والمظلل ، والآثار الحرارية طويلة وقصيرة المدى لمحطات الطاقة ، فضلاً عن الحماية من الأسلحة ، بما في ذلك الليزر.
لحماية المركبة الفضائية من التدمير الحراري ، هناك ثلاث طرق تبريد رئيسية ، لكل منها مزاياها وعيوبها:
- التصميم "الساخن" - التبريد بالإشعاع ؛
- الاجتثاث - يتم التبريد عن طريق تبخير الطلاء ، ويتم استبدال الطلاء بعد كل رحلة ؛
- العزل الحراري مع بلاط السيراميك في الأسفل.
تتمتع المركبة الفضائية المجنحة بميزة عند النزول في الغلاف الجوي: يتم تقليل الحمل الزائد والحمل الحراري ، وزيادة القدرة على المناورة ودقة الهبوط ، ولكن الجناح الرفيع يكون عرضة لدرجات الحرارة المرتفعة.
بدأت أعمال تصميم مركبة فضائية عائدة مأهولة من نوع Kosmoplan في عام 1960 في OKB-52 (الآن NPO Mashinostroeniya). نتيجة لذلك ، ظهرت الطائرة الصاروخية R-2 المأهولة ومركبة الإطلاق UR-500 ، والتي أصبحت فيما بعد بروتون. كانت R-2 ، مثل جميع المركبات الفضائية المجنحة التي طورها V.N. Chelomey ، ذات أجنحة قابلة للطي ، على عكس معظم المشاريع المماثلة لمكاتب التصميم الأخرى. في الستينيات ، تخلفت تقنيات الحماية الحرارية كثيرًا عن متطلبات العناصر المحملة حراريًا. لذلك ، كان للمركبات المأهولة الأولى في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة شكل كرة ومخروط عكسي دون إزاحة مركز الكتلة.
لتقليل تأثيرات التسخين لأجنحة الطائرات الفضائية ، يتم تطوير تصميمات مختلفة للجناح نفسه.
الحماية الحرارية المجمعة [IZ 1840531] - على الجانب الخارجي (8) توجد بطانة من بلاط الكوارتز مع طبقة خارجية من الإشعاع ، متصلة بمجموعة الطاقة ، وفي منطقة الأجزاء المكونة من القشرة الخارجية و مجموعة الطاقة ، يتم تركيب مادة شعرية مسامية بسمك 2-3 مم ، والتي يتم ترطيبها بمبرد سائل لضمان إزالة المبرد المتبخر.
الشكل 8
في عام 1976 ، اقترحت NPO Energia استخدام مجال مغناطيسي للحماية. تصل درجة حرارة الهواء الملامس للمركبة الفضائية أثناء الكبح عند السرعة الكونية الأولى إلى ~ 8000 درجة مئوية ، ويتأين الهواء. بدون وجود مجال مغناطيسي خارجي ، تنتشر الأيونات في منطقة جسم الطائرة ، حيث يكون الجو أكثر برودة ، ويحدث تفاعل إعادة التركيب ، بسبب إطلاق الحرارة. داخل المركبة الفضائية (9) ، من الممكن تركيب مغناطيسات قوية دائمة تخلق مجالًا مغناطيسيًا [AC 1840521] ، مما يجعل من الصعب على الأيونات والإلكترونات أن تنتشر إلى سطح جسم الطائرة ، لذلك ستحدث تفاعلات إعادة التركيب على مسافة أكبر من جسم الطائرة ، سوف ينخفض ​​تسخين جسم الطائرة من حرارة هذه التفاعلات.
الشكل 9
من الممكن تنفيذ التبريد عن طريق إزالة الصقيع ، عندما يتحول عنصر هيكلي صلب إلى حالة سائلة ويتم تفريغ هذا السائل في الخارج أو إلى طريق سريع داخلي [من 2033947]. ميزة هذا التصميم هي أن المبرد الصلب يمكن أن يكون عنصرًا هيكليًا قبل الذوبان.

ممر المدخل
لتقليل احتمالية تسخين الطائرات وتدميرها أثناء دخول الغلاف الجوي ، من الضروري معرفة واستخدام الاحتمالات "الطبيعية". بالنسبة للكواكب الأخرى غير عطارد والأقمار الصناعية (تيتان وإنسيلادوس وربما جانيميد) ذات الغلاف الجوي ، يجب على المرء أن يتذكر ما يسمى. ممر المدخل - الفرق في ارتفاعات الحضيض بين القيم الحدية المسموح بها للارتفاعات التي تقل عن الارتفاع المخطط له أو أعلى منه. سيؤدي ارتفاع أقل من المستوى المخطط إلى انهيار أو احتراق المركبة الفضائية ، وفوق ذلك سيؤدي إلى مغادرة المركبة الفضائية الغلاف الجوي. يعتمد عرض الممر على القيود المسموح بها على الحمل الحراري والأحمال الزائدة لجهاز معين ؛ بسرعة مكافئة - تساوي تقريبًا: الزهرة - 113 كم ، الأرض - 105 كم ، المريخ - 1159 كم ، المشتري - 113 كم ،. ولكن حتى في الممر ، ستكون الطاقة المشتتة ضخمة. ومن الأمثلة المتطرفة على ذلك دخول جهاز جاليليو إلى الغلاف الجوي لكوكب المشتري بسرعة 47.5 كم / ثانية ، وتبدد 3.8 × 105 ميغا جول قبل 4 دقائق من فتح مظلة الكبح. كانت درجة حرارة السطح 15000 كلفن ، وتبخر 90 كجم من مادة الاجتثاث (مع وزن الجهاز 340 كجم).
ميزة مثيرة للاهتمام هي مخطط قرص الجهاز مع قاع مبرد بالتبريد والحماية الحرارية الفراغية للمقصورة. عند دخول الغلاف الجوي بزاوية 45 درجة ، ستكون مقصورة هذا الجهاز في منطقة فراغ شبه مطلق ، مما سيحميها بشكل موثوق من التسخين أثناء الدخول.
مرحلة "الطيران في الفضاء الخارجي"
في هذه الورقة ، لن نفكر في هذا القسم بالتفصيل ، بل نسرد فقط بعض العوامل التي يجب أن تؤخذ في الاعتبار عند تطوير وتصميم المركبات الفضائية ،: الإشعاع المؤين ، المجال المغناطيسي المتغير ، الإشعاع الشمسي (UV) ، الفراغ (يؤدي إلى التبخر البطيء لجلد المركبة الفضائية) ، وخطر النيزك ، وتدرج درجة الحرارة ، والإشعاع الكوني ، والحطام الفضائي ، ومكونات الوقود.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن ظروف الإقامة على متن مركبة فضائية لها تأثير كبير على الشخص: التسارع ، والجو الاصطناعي ، والعزلة ، ونقص الحركة ، وانعدام الوزن.

تصميم وتصميم المركبة الفضائية
يتم تنفيذ مشاريع المركبات الفضائية بشكل أساسي وفقًا لمخططين:
. الجسم الحامل
. الطائرات.
تصميم الهيكل الداعم - لا توجد أسطح ديناميكية هوائية أفقية ، باستثناء أدوات التحكم - اللوحات ، واللوحات ، والمصاعد ، إلخ. كان من المفترض أن يتم إطلاق المركبات ذات الجسم الحامل (ANK) إلى الفضاء باستخدام مركبة الإطلاق. لديهم مناورة جانبية أكبر من المركبات الباليستية ، ولكنها أيضًا محدودة للغاية ، وليس لديهم أيضًا حواف حادة (باستثناء العارضة) يتم تنفيذها في التيار. ومع ذلك ، أثناء الاختبار (بشكل رئيسي في الولايات المتحدة ، المركبات M2-F1 ، M2-F2 ، إلخ. في إطار برنامج PILOT و ASV و ASE في إطار برنامج ASSET ومركبات برنامج PRIME) ، اتضح أن ANK لديها نسبة الرفع إلى السحب المنخفضة (<1 на гиперзвуке), неудовлетворительную устойчивость по крену и высокую скорость снижения, а величина бокового маневра увеличивалась не очень значительно.
تخطيط الطائرات. غالبًا ما تصنع المركبة الفضائية وفقًا لمخطط "الذيل" مع جناح استطالة صغير على شكل دلتا. يتميز هذا المخطط بكمية كبيرة من المناورة الجانبية ، أكبر من تلك الخاصة بالمركبات الباليستية والمركبات ذات الجسم الناقل. ومع ذلك ، فإن الحسابات الهوائية والديناميكية الحرارية للمخطط المجنح أكثر تعقيدًا ، كما أن الحماية الحرارية الإضافية للحواف الحادة للجناح مطلوبة أيضًا. لكن هذه العيوب تقابلها مزايا أكثر من: القدرة على إيصال شيء من المدار والعودة الكاملة للكتلة المدارية.
تحمل كل مركبة فضائية قابلة لإعادة الاستخدام ، على عكس مركبة الإطلاق التي يمكن التخلص منها ، وسائل إعادة الدوران أو مسار الإطلاق. إحدى وسائل إعادة الدخول هذه هي الأسطح الديناميكية الهوائية - الهيكل أو الجناح.

1 المرقص
يمكن اعتبارها فئة مستقلة بتصميم يتضمن كلاً من "الجسم الحامل" و "الطائرة".
يهدف نظام الفضاء الجوي القابل لإعادة الاستخدام [AS 580696] إلى إطلاق PN في مدار مرجعي بالقرب من الأرض ، وكذلك إعادة الأجسام الفضائية من مدار إلى الأرض باستخدام مركبة نقل فضائية (10). يمثل الهيكل (جسم الطائرة) وجناح المراحل و TKK جناحًا واحدًا للجسم ، يكون ملفه الجانبي عبارة عن نصف قرص للخطوات وقرص لـ TKK ؛ كلا الخطوتين والمعارف التقليدية التقليدية من حيث الدائرة أو القطع الناقص. كلا المرحلتين و TKK مأهولة ومتصلة بواسطة ممرات مع إمكانية الانتقال من كابينة إلى أخرى.
أرز. 10
يتكون نظام الإقلاع الفضائي القابل لإعادة الاستخدام مع طائرة على شكل قرص بمظهر جانبي مستعرض على شكل قطرة [AC 1740251] من طائرة بمحطة طاقة فراغية (VPU) متصلة بدليل الإطلاق وقذائف هوائية متصلة بـ دليل الإطلاق - إصدار آخر من "إطلاق البالون" (أحد عشر).
تقوم توربينات الرياح بإخلاء الأصداف الهوائية لرفع الطائرة إلى الارتفاع المطلوب وضبط دليل الإطلاق بالزاوية المطلوبة. تهبط الطائرة في مطار أو على سطح مائي مع الحفاظ على وضع مستقر. يتم إرجاع القذائف الهوائية إلى الأرض وإعادة استخدامها.
الشكل 11
لا يتخلى المهندسون عن فكرة وجود طائرة على شكل قرص في القرن الحادي والعشرين. سيكون Diskoplan [PM 57238] مع العديد من محركات الصواريخ النووية الحرارية على المحيط قادرًا على الوصول إلى سرعات من 0 إلى 15 كم / ثانية ونقل البضائع إلى سطح القمر ، للقيام بالعمل في المدار الثابت بالنسبة للأرض.
أصبحت ekip ekranolet مصدر إلهام للطائرة على شكل لوحة [IZ 2396185] بجسم قرصي الشكل.

2 الجسم الحاملة
لحل عدد من مشاكل الفضاء ، يمكن استخدام طائرة فضائية [IZ 2137681] بجسم على شكل شعاع (12) ، حيث يتم وضع ثلاثة هياكل مترابطة ، وخزانات وقود وعدة مجموعات من المحركات النفاثة - المسيرة ، الإقلاع والهبوط ، الفرامل والتوربينات الغازية. تحتوي وسائل الإمداد بالطاقة أيضًا على ألواح شمسية.
الشكل 12

3. تخطيط الطائرات
المخططات المقترحة متنوعة للغاية.
ك "مكوك" مجنح مع تجاويف ، لمركبة الإطلاق ، تم تصنيع مركبة فضائية قابلة لإعادة الاستخدام [IZ 2111902]. هذا يجعل من الممكن تحسين إمكانية التحكم في "المكوك" في منطقة الإطلاق بسبب القضاء على اختلال الدفع بسبب وضع المكوك على جانب مركبة الإطلاق. تقلع المركبة الفضائية عموديًا ، وبعد وقت تشغيل مركبة الإطلاق ، يتم فصلها عن "المكوك". تم (أو سيتم) تنفيذ فكرة مماثلة للتخلص من مركبة الإطلاق المدمجة في طائرة صاروخ Lynx.
هناك اقتراح مثير للاهتمام وغير متوقع وهو استخدام مركبات ذات قواعد مختلفة لإيصال PN إلى المدار [من 2120397]. طائرات تعمل بشكل مستقل - VKS ، استنادًا إلى محطة فضائية مدارية ، وطائرة نقل أرضية (TC) ، تقلع كل واحدة من قاعدتها الخاصة. يتم الالتحام وتبادل الشحنات في الغلاف الجوي للأرض أثناء الرحلة المشتركة ، حيث يتم فك وإعادة كل طائرة إلى نقطة القاعدة.
تتكون المركبة الفضائية ذات المرحلتين التي طورها N.E. Staroverov [IZ 2503592] من مرحلتين أولى وثانية مجنحة وداعم صاروخ صلب بدون أجنحة (للاستخدام الفردي) يقع بينهما. المرحلة الأولى والداعم الصاروخي بدون طيار ، أما المرحلة الثانية فهي مأهولة. في البداية ، تعمل المحركات النفاثة ثنائية الدائرة. يتم التسريع والرفع من خلال التضمين المتسلسل لأنماط المحرك ، بزوايا مختلفة من الأفقي.
بطبيعة الحال ، تحظى الأنظمة أحادية المرحلة القادرة على الإطلاق من سطح الأرض بأهمية خاصة.
يتم تطوير مركبة فضائية أحادية المرحلة بواسطة مستشار الشركة الهندية ، منظمة أبحاث الدفاع والتطوير - طائرة فضائية أحادية المرحلة [PO 51288]. وهي مجهزة باثنين من VRDs واثنين من LREs ، ومدخل الهواء مستطيل الشكل.
في الولايات المتحدة ، تقوم SUNSTAR IM بتطوير مركبة فضائية شخصية أحادية المرحلة "تعتمد على المرآب". من المفترض أن تدخل المركبة الفضائية المسار المداري ، وربما تلتحم بالمحطة المدارية. وتتمثل ميزة التصميم في إمكانية طي الأجنحة (13) بمفصلة على جسم الطائرة للتخزين والتسليم إلى موقع الإطلاق والخلف.
الشكل 13
أحد الاتجاهات هو المركبة الفضائية السياحية.
يقوم اتحاد الطيران الروسي بتطوير [PO 78697] طائرة سياحية شبه مدارية.
MAI هي أحد مطوري مشروع نظام الفضاء للأغراض العلمية والرياضية. يشتمل النظام على طائرة صاروخية شبه مدارية مع طائرة حاملة من طراز MiG-31S ونظام دعم أرضي ومجمع رياضي وتقني لتدريب الأطقم المحتملة.
السياحة الفضائية هي الاتجاه الوحيد الذي يتم فيه تنفيذ المركبات الفضائية حاليًا. في عام 2016 ، تم التخطيط لأول رحلة لطائرة الفضاء الجوي شبه المدارية من طراز Lynx ، وكانت الكبسولة السياحية شبه المدارية SpaceShipTwo والطائرة الحاملة WhiteKnightTwo (نظام من مرحلتين) قيد التشغيل التجريبي لعدة سنوات. ومع ذلك ، فإن السياحة الفضائية مكلفة. اشتكى ر.برانسون ، أحد المتحمسين للطيران والسياحة الفضائية ، من أن السفر إلى الفضاء كان إما مكلفًا بشكل فلكي: في الاتحاد السوفيتي (تقول ذلك هناك!) لقد طلبوا منه 30 مليون دولار مقابل رحلة إلى محطة الفضاء الدولية ، أو كان غير مريح وغير آمن.
يتم تشغيل SpaceShipTwo بواسطة محرك صاروخي هجين مع وقود صلب ومؤكسد سائل. تم تصميم SpaceShipTwo ل 8 أشخاص - 2 من أفراد الطاقم و 8 ركاب. الغرض من الشركة - يجب أن تكون الرحلات الجوية آمنة وبأسعار معقولة. الطائرة الحاملة WhiteKnightTwo هي طائرة ذات جسم مزدوج ، وكبسولة SpaceShipTwo متصلة بين جسم الطائرة.
طائرة فضائية قادرة على سرعات أكبر من 0.9 ماخ وقادرة على الطيران العابر و / أو الأسرع من الصوت يتم تطويرها بواسطة أستريوم ساس (إيرباص) ، فرنسا. تم تجهيز الطائرة بمحركين نفاثين في الغلاف الجوي ومحرك صاروخي. عندما يغادر الغلاف الجوي ، يتم إغلاق مآخذ الهواء بواسطة صمامات خاصة على شكل قبة متحركة تكرر شكل جسم الطائرة.
يمكن استخدام CS Lynx أحادية المرحلة شبه المدارية ، التي تصنعها شركة XCOR Aerospace Incompany (الولايات المتحدة الأمريكية) ، لتوصيل السائحين إلى الفضاء وإجراء البحوث العلمية وإطلاق حمولة يصل وزنها إلى 650 كجم إلى مدار منخفض باستخدام مرحلة عليا خارجية. بدون مقصورة خارجية ذات مرحلة عليا ، يمكن استخدام Lynx لإيصال العديد من السياح إلى الفضاء أو السائح ومجموعة من الأدوات العلمية لاستكشاف الفضاء.
يستخدم Lynx محركات صاروخية قابلة لإعادة الاستخدام تعمل بالشرارة تعمل بالأكسجين السائل - مكونات الهيدروكربونات السائلة (الكيروسين والميثان والإيثان والأيزوبروبانول).
تقوم شركة Bristol Spaceplanes البريطانية بتطوير مركبة فضائية لنقل السياح. Ascender هي طائرة صاروخية شبه مدارية يمكنها توصيل طيار وراكب واحد أو طيار ومجموعة من المعدات العلمية على ارتفاع يصل إلى 100 كيلومتر.
من المقرر أن تبدأ Ascender في تطوير نظام Spacebus ذي المرحلتين ، وهي طائرة مدارية قادرة على حمل ما يصل إلى 50 راكبًا والطيران من أوروبا إلى أستراليا في حوالي 75 دقيقة. نظرًا لأن أساس المشروع هو ، إن أمكن ، العناصر القياسية لأنظمة الطيران والفضاء ، فإن تكلفة رحلة Spacebus ستكون 100 مرة أقل من تكلفة رحلة المكوك.
تم تقديم أخبار عام 2004 من قبل EMZ لهم. V.M. Myasishchev ونظام الفضاء الجوي لشركة Suborbital Cosmopolis-XXI (C-XXI) - مزيج من الطائرة الحاملة M-55 الجيوفيزيائية وطائرة صاروخية شبه مدارية. لم يتم تنفيذ المشروع.

أنظمة دفع المركبات الفضائية
بغض النظر عن مدى جودة التصميم ، بغض النظر عن مدى دقة خطة الطيران ، لن تطير المركبة الفضائية في أي مكان بدون محرك.
كان من المفترض أنه بالنسبة للقوى الفضائية الرائدة بحلول نهاية الثمانينيات ، ستكون المهمة المعتادة هي إطلاق حمولة إجمالية تزن 900-1000 طن. باعتبارها أكثر المحركات الواعدة ، تم النظر في المحركات النووية ذات الطور الغازي والمحركات النووية الحرارية والنووية الحرارية النبضية.
يجب أن يشتمل أي نظام دفع (DS) على مصدر للطاقة ، ومصدر للسائل العامل (الكتلة المهملة) والمحرك نفسه ، وفي بعض أنواع المحركات ، يتم الجمع بين مصدر الطاقة والسائل العامل (المحركات الكيميائية).
تقليديا ، يمكن تقسيم محطات الطاقة إلى ثلاث مجموعات:
1. مستقل - مصدر الطاقة والسائل العامل موجودان على ظهر المركب (LRE ومواد كيميائية أخرى ، NRE) ؛
2. شبه مستقل - DS مع مصادر طاقة خارجية: المحركات التي تستخدم طاقة الليزر الخارجية ، ومولدات الميكروويف ، والشمس ("في المعدن" لا يوجد سوى الأيونات والبلازما) ؛
3. المحركات غير المستقلة التي تستخدم الغلاف الجوي ، والوسط بين الكواكب ، ومواد الكواكب والكويكبات ، وكذلك الرياح الشمسية (الشراع الشمسي) كجسم عامل.
يتم تقسيم المحركات وفقًا لنوع مصادر الطاقة والحالة الأولية لسائل العمل وميزات أخرى.
لا يمكن استخدام أي من WFDs الموجودة على مركبة فضائية في جميع أوضاع الطيران. لذلك ، فإن مفهوم التسارع في WJ يتطلب نظام دفع مدمجًا بمحركات من أنواع مختلفة. النضال من أجل سرعة الطيران هو ، أولاً وقبل كل شيء ، النضال من أجل زيادة قوة المحرك وكفاءته.
لنفكر في بعض أنواع المحركات الواعدة للاستخدام في المركبات الفضائية.

محرك نفاث سائل
LRE هو المحرك الأكثر شيوعًا للمركبات الفضائية ومركبات الإطلاق. تتمثل إحدى ميزات محرك الصاروخ في القدرة على العمل في نطاق الارتفاعات بأكمله. ومع ذلك ، تستهلك محركات الصواريخ كمية كبيرة من الوقود والمؤكسد ، كما أن لها كفاءة منخفضة نسبيًا.
مجالات التطوير الواعدة:
- LRE مع منطقة قسم حرج قابلة للتعديل ؛ الدافع المحدد مع قيمة دفع منخفضة يزيد بنسبة 3-4٪.
- LRE مع تغيير في نسبة مكونات الوقود Km (مؤكسد - أكسجين سائل ، وقود - هيدروجين سائل) عدة مرات (حتى Km = 15) أثناء تشغيل غرفة الاحتراق ؛ يتم وضع المحرك في الوضع الاسمي (كم = 6) بعد التسلق ، مما يضمن دفع دفع عالي محدد ؛ يوفر استهلاكًا أقل للهيدروجين ويقلل من حجم ووزن الخزانات.

محركات الصواريخ الهجينة (GRD)
في الواقع ، GREs هي محركات صاروخية عادية تكون فيها مكونات الوقود في مراحل مختلفة ، على سبيل المثال ، وقود سائل - مؤكسد صلب ، أو وقود صلب - مؤكسد سائل. وفقًا لخصائص GRE ، فإنها تحتل موقعًا وسيطًا بين LRE ومحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب. مزايا GRE - تتطلب التحكم في توريد مكون واحد فقط ، والثاني لا يتطلب خزانات ، وصمامات ، ومضخات ، وما إلى ذلك ، ولديهم القدرة على التحكم في الجر والإغلاق ، ولا يتطلبون أنظمة تبريد منفصلة لجدران غرفة الاحتراق: يتبخر المكون الصلب الذي يبرد الجدران. يتم تثبيت هذا النوع من المحركات على طائرة الفضاء SpaceShipTwo.

محرك رامجيت (رامجيت)
نظرًا للبساطة النسبية للتصميم ، فضلاً عن القدرة على العمل في نطاق واسع من السرعات ، يتم استخدام محرك نفاث في العديد من مشاريع المركبات الفضائية. في هذه المشاريع ، تلعب محركات نفاث النفاثة دور المحرك الرئيسي للتسارع في الغلاف الجوي ، نظرًا لعدم وجود قيود عمليًا على السرعة القصوى للطيران الجوي. تزداد كفاءة وطاقة المحرك النفاث مع زيادة السرعة والارتفاع. من عيوب المحركات النفاثة النفاثة أنه لإطلاقها من الضروري تسريع الجهاز إلى سرعات حوالي 300 كم / ساعة ، وفي حالة المحركات النفاثة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت إلى سرعات تفوق سرعة الصوت باستخدام محركات من أنواع أخرى.
يمكن أن تستخدم النفاثة وقود مسحوق صلب ، مثل الفحم. تم اقتراح استخدام مسحوق الفحم كوقود أساسي في مشروع طائرة Li P.13 بواسطة A. Lippisch.
يعتبر التصميم الواعد للنفث النفاث محركًا هجينًا نفاثًا للصواريخ النفاثة. مثل هذا المحرك لديه دفعة محددة أعلى من محرك الصاروخ ، وقوة دفع أعلى لكل 1 م 2 من مساحة المقطع العرضي ، وفي بعض الحالات ، دفعة محددة أعلى. يمكن استخدام RPVRD بشكل فعال في نطاق واسع من السرعات. وتتكون من دائرة صاروخية - مولد غاز ، وهو محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب ، ومحرك صاروخي أو محرك غاز ، ودائرة تدفق مباشر.
يرجع استخدام المعادن كوقود إلى نشاطها العالي ، وانبعاثها للحرارة بشكل كبير ، كما أنه يجعل من الممكن إنشاء محركات نفاثة نفاثة جديدة عالية الكفاءة بشكل أساسي للصواريخ الموجهة. تتمثل مزايا المحركات النفاثة على الوقود المعدني المسحوق ، باستخدام الهواء الجوي كمؤكسد ، في أنها توفر خصائص أداء عالية ، ويمكن استخدامها في نطاق واسع من السرعات ، ويمكن الاعتماد عليها في المناولة والتخزين.
تتمثل إحدى مهام تصميم محرك نفاث في ضمان الاحتراق الكامل للوقود. تم اقتراح حل مثير للاهتمام من قبل موظفي شركة الصواريخ التكتيكية [من 2439358]. يُقترح مسحوق معدني ، مثل الألومنيوم أو المغنيسيوم ، كوقود. يتكون تعليق مسحوق الهواء مع الهواء الزائد في غرفة التمهيد ، ويبدأ هذا الخليط في الاحتراق. يتم حرق جزيئات المسحوق بالكامل في الحارق اللاحق. يتم تشكيل تيار نفاث.
يقوم مكتب تصميم الأتمتة الكيميائية ، بالاشتراك مع CIAM ، بتطوير محرك نفاث فرط صوتي بحثي - محرك نفاث فرط صوتي متماثل المحور. تم تصميم سكرامجت 58 لتر بغرفة مستطيلة للدراسات التجريبية لعمليات العمل أثناء احتراق الهيدروجين بتدفق أسرع من الصوت. في عام 1998 ، تم إجراء اختبار طيران للمحرك بنجاح ، حيث تم تحقيق سرعة Mach 6.35 لأول مرة في العالم.
كما تم إجراء اختبارات طيران لمحرك سكرامجت ثنائي الوضع متماثل المحور على الهيدروجين السائل في نطاق رقم ماخ للرحلة من 3.5 إلى 6.5 على ارتفاع يصل إلى 28 كم.
في الوقت نفسه ، يقوم علماء CIAM بإنشاء مخطط جديد لمحرك نفاث نفاث تفجير نابض أسرع من الصوت (SPPD) بتدفق أسرع من الصوت في غرفة احتراق تفجير واحتراق في موجة تفجير نابضة. أظهرت حسابات PDAP للهيدروجين والهواء أنه عند الطيران على ارتفاع H = 25 كم ، يمكن أن تعمل على أرقام سرعة ماخ م / ث من 4.5 إلى 7.5.

محرك الصواريخ النووية (NRE)
يبدو أن استخدام الطاقة الحرارية لتفاعلات الانشطار النووي للعناصر غير المستقرة هو الاتجاه الواعد في تطوير محركات الصواريخ الحرارية.
الفناء - محركات الصواريخ ، ومصدر الطاقة لها هو وقود الصواريخ النووية ؛ لديها دفعة محددة أعلى من المحركات الصاروخية الأكثر كفاءة. لكن في الوقت نفسه ، تمتلك محركات الصواريخ النووية كتلة أكبر من محركات الصواريخ ، لأنها مزودة بدرع واقي من الإشعاع.
تستهلك YARD القليل من الوقود لفترة طويلة ويمكن أن تعمل لفترة طويلة دون التزود بالوقود.
الفئات الرئيسية للساحة:
- التسخين المباشر: يتم تسخين مائع العمل عند المرور عبر المنطقة التي تحتوي على المادة الانشطارية (RD-0410) ؛
- مع نظام تحويل طاقة وسيط ، حيث يتم تحويل الطاقة النووية أولاً إلى طاقة كهربائية ، وتستخدم الطاقة الكهربائية لتسخين أو تسريع مائع العمل ، أي هم مفاعل نووي وما يرتبط به من ERE ("TOPAZ 100/40") ،.
يمكن استخدام YARD RD-0410 لتسريع المركبات الفضائية وإبطائها وتصحيح مدارها أثناء استكشاف الفضاء السحيق. هذا المحرك مصنوع في دائرة مغلقة ، سائل العمل هو الهيدروجين السائل. نظرًا للكمال الديناميكي الحراري لسائل العمل ودرجة حرارة تسخينه العالية في مفاعل نووي (حتى 3000 كلفن) ، فإن المحرك يتمتع بكفاءة عالية ، ودفع الدفع المحدد في الفراغ هو 910 كجم ث / كغ ، وهو ضعف أفضل كما هو الحال في LRE على أساس مكونات الهيدروجين والأكسجين وأعلى 1.85 مرة من محركات الصواريخ الهيدروجينية والفلورية. لكنه أيضًا تاريخ. صدرت تعليمات لـ KBHA لتطوير YARD RD0410 و RD0411 في عام 1965.
خضعت NRE لسنوات عديدة من البحث التفصيلي: خلال السبعينيات والتسعينيات ، تم تشغيل أكثر من ثلاثين منشأة كهربائية نووية (NPPs) من ثلاثة تعديلات في الفضاء ، مصممة لتزويد معدات المركبات الفضائية بالكهرباء وفقًا لمبدأ تحويل الطاقة الحرارية لـ مفاعل نووي إلى كهرباء في مولد كهروحراري أشباه الموصلات.
يتواصل العمل على إنشاء محطة للطاقة النووية للمركبات الفضائية JSC Krasnaya Zvezda ، [IZ 2421836] ، [IZ 2507617].
ومع ذلك ، فإن محركات الصواريخ النووية ومحطات الطاقة النووية لم تجد بعد تطبيقات عملية حتى في الرحلات التجريبية ، على الرغم من أنها لا تزال تعتبر واعدة لرحلات الفضاء السحيقة. كما تم الإعراب عن شكوك فيما إذا كانت هناك حاجة إلى مثل هذا المحرك وما إذا كان سيتم تطويره.
أثناء التشغيل ، تنبعث NRE إشعاعًا مشعًا ، لذا فإن الحماية من الإشعاع للسفينة مطلوبة. الحماية الكاملة مطلوبة في الغلاف الجوي ، وتكون مظللة بدرجة كافية في الفضاء عندما يكون المحرك محميًا من السفينة الرئيسية بدرع واقٍ.
يتم التخلص من محطة الطاقة النووية بعد نهاية التشغيل عن طريق النقل إلى مدار حيث يكون عمر المفاعل كافياً لتحلل نواتج الانشطار إلى مستوى آمن (300 سنة على الأقل). في حالة وقوع أي حوادث بمركبة فضائية ، تشتمل محطة الطاقة النووية على نظام أمان إشعاعي إضافي فعال للغاية (DSRS) ، والذي يستخدم التشتت الديناميكي الهوائي للمفاعل إلى مستوى آمن.
دعنا نعود إلى التوقعات. في عام 1966 ، كتب ج. كونيتشي أنه وفقًا لأكثر التقييمات تشاؤمًا ، فإن بدء تشغيل محرك صاروخي نووي بنواة غازية سيكون عام 1990 ... لقد مر ربع قرن.

محرك الصواريخ بالليزر (LRE)
تعتبر خصائص LJE تكمن بين خصائص NRE و EJE.
تم تصميم LJE لتوفير قوة دفع لطائرة يقودها وميض بلازما يبدأ بواسطة الليزر. منذ عام 2002 ، سميت KBHA بالتعاون مع مركز البحوث باسم. يقوم كل من M.V. Keldysh ومعهد أبحاث الأجهزة الإلكترونية الضوئية بالتحقيق في مشكلة إنشاء LJE ، وهو أكثر اقتصادا بكثير من المحركات التقليدية التي تعمل بالوقود الكيميائي.
في مشروع JPL آخر [من 2559030] ، مبدأ التشغيل مختلف. يتم إنشاء تفريغ بصري مستمر في غرفة الاحتراق باستخدام الليزر. الجسم العامل ، الذي يتفاعل مع بلازما التفريغ ، يكتسب سرعة تفوق سرعة الصوت.
محرك صاروخ الفوتون - محرك صاروخي افتراضي يولد قوة دفع نتيجة لتدفق موجه للفوتونات منه ، له قيمة محدودة للاندفاع المحدد ، لأنه يمتلك تدفق الفوتونات أقصى سرعة يمكن تحقيقها - سرعة الضوء. . تطور نظرية الصواريخ الفوتونية تاريخ طويل. وفقًا لـ E.Zenger ، فإن الصواريخ الفوتونية ، مدفوعة برد فعل تيار من الفوتونات المقذوفة من صاروخ ، ستجعل من الممكن الطيران إلى أبعد المناطق في المجرة.
ربما هذه مسألة مصطلحات. تسمى محركات الفوتون في بعض الأحيان بالمحركات التي تستخدم الليزر ؛ وفي عام 1958 ، لم يكن الليزر قد تم تصنيعه بعد. يحتوي محرك الفوتون [PM RU 64298] ذي التصميم "التقليدي" على ليزر قوي كمصدر للفوتونات ؛ السمة المميزة هي استخدام مرنان بصري ، مما يجعل من الممكن زيادة قوة دفع المحرك.
محرك فوتون آخر [IZ 2201527] يختلف من حيث أنه يستخدم الكريستال الماسي والمرايا الشعاعية كرنان. يستخدم الرنان أيضًا لزيادة الدفع.

محرك نفاث كهربائي (EP)
تقوم محركات الدفع الكهربائية بإلقاء سائل العمل باستخدام مجال كهرومغناطيسي أو تسخين مائع العمل بالكهرباء. في معظم الحالات ، يتم الحصول على الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيل EJE من مصادر الطاقة الداخلية (المولد الكهروحراري بالنظائر المشعة (RTG) ، والبطاريات) أو من الشمس.
الفئات الرئيسية لـ ERE ، عمليات العمل مختلفة اختلافًا جوهريًا:
- أيوني
- الدافعات مع انجراف الإلكترون السمتي
- محركات التيار العالي
- الدفع الكهربائي بالتبادل الحراري.
في محركات الدفع الكهربائية الأيونية ، تعمل أيونات الغازات النبيلة (في معظم المشاريع ، الزينون) بمثابة مائع عامل ، وفي حالة محركات الدفع الكهربائية ذات التبادل الحراري ، فإن الأبخرة المعدنية منخفضة الانصهار. كان أول محرك أيون زينون المستخدم في الفضاء هو الدافع RITA في مهمة Eureca (ESA) في عام 1992 ،.
تتمتع محركات الدفع الكهربائية بكفاءة عالية إلى حد ما تصل إلى 0.7. تم اقتراح ERE بالاشتراك مع مفاعل نووي كمحركات رئيسية للوصول / المغادرة لرحلة إلى المريخ.
حاليًا ، تُستخدم EREs في بعض المركبات الفضائية كدوافع للموقف ، والمعززات الرئيسية للمركبات الفضائية بين الكواكب (Deep Space 1 ، SMART-1) ، ومحركات الدفع المنخفضة للحفاظ على تصحيحات المدار الصغيرة جدًا.
يمتد تاريخ تطوير المحركات الأيونية إلى أكثر من عقد من الزمان. لذلك ، كان أحد مصادر المعلومات لتطوير المحرك الأيوني لشركة Messerschmitt - Bölkow-Blom GmbH (ألمانيا) [براءة اختراع 682150] كتابًا من تأليف S.L Eilenberg و A.L Huebner نُشر في عام 1961.

تطبيقات المركبة الفضائية
1 التطبيق العسكري (الحصول على معلومات استخباراتية حول تصرفات عدو محتمل ، واستطلاع وتدمير أهداف فضائية للعدو ، وما إلى ذلك) ، لذلك تم إنشاء أول مركبة فضائية
2 تسليم حمولة إلى الفضاء ؛
3 تسليم البضائع وأفراد الطاقم إلى المحطات المدارية. في الوقت الحالي ، لا يمكن تسليم البضائع إلى محطة الفضاء الدولية إلا عن طريق المركبة الفضائية Progress (روسيا) و Dragon (الولايات المتحدة الأمريكية) و Cygnus (الولايات المتحدة الأمريكية) و HTV (اليابان) ؛ تسليم الأشخاص - فقط سفن سويوز (روسيا)
4 تزويد السفن الكوكبية بالوقود
5 ـ اختبارات أنظمة الدفع المتقدمة مع إمكانية عودتها إلى الأرض
6 التقاط الحطام الفضائي وتسليمه إلى الأرض
7 استكشاف الغلاف الجوي العلوي
8 تسليم حمولة إلى مدار القمر الصناعي للقمر (ASL)
9 فحص وصيانة الأقمار الصناعية
وفقًا للتقديرات الحديثة ، فإن التوزيع المحتمل للمهام التي تؤديها المركبة الفضائية: 57٪ - السياحة الفضائية ؛ 18٪ - إجراء بحث علمي ؛ 12٪ - الاستشعار عن بعد التشغيلي والمراقبة البيئية ، 8٪ 5٪ - تدريب رواد الفضاء و 5٪ - تنفيذ المشاريع الإعلانية.
لم تتضمن هذه القائمة مجالًا واعدًا آخر للمركبات الفضائية - استخراج معادن الكواكب.
كما يُظهر التحليل ، قد تصبح السياحة الفضائية الأكثر طلبًا في المستقبل القريب.
يمكن اعتبار الشروط المسبقة لذلك مزيجًا من عدد من الظروف:
- تم تطوير الطيران والملاحة الجوية على نطاق واسع ،
اعتاد الناس على الطيران
- خبرة كبيرة متراكمة في الرحلات الجوية على متن المركبات الفضائية المأهولة ،
- تضمن تقنيات إنتاج الطائرات الحديثة التميز التقني ودرجة عالية من موثوقية الطائرات ،
- هناك العديد من الأشخاص الذين يمكنهم الدفع مقابل رحلات الفضاء ،
- في التدفق الحديث للمعلومات ، لا توجد موارد "افتراضية" كافية.
السيناريوهات المحتملة للرحلات السياحية (دعنا نعود إلى عام 1966 - الخيال أو الخيال العلمي (؟)):
- تحليق شبه مداري يصل ارتفاعه إلى 100 كم ،
- مداري: من عدة ساعات إلى عدة أيام.
- مداري - أسبوع إلى أسبوعين مع توقف في فندق فضاء.
- الرحلات الجوية إلى القمر مع إمكانية الوصول إلى مداره ، والهبوط على السطح والإقامة في فندق على السطح ، وتستمر من عدة أسابيع إلى عدة أشهر ؛
- الرحلات الجوية إلى المريخ والأقمار الصناعية مع إمكانية الوصول إلى المدار والهبوط على السطح والإقامة في فندق على سطح المريخ من عدة أيام إلى عدة أسابيع.
- تحليق من كوكب المشتري وزحل وأقمارهم الصناعية مع الهبوط على سطح الأقمار الصناعية.
يتطلب التنفيذ طائرات موثوقة وآمنة قابلة لإعادة الاستخدام مع إصلاحات وصيانة منخفضة التكلفة ؛ الوحدات الهيكلية التي تصبح أكثر تعقيدًا مع إتقان الطرق الجديدة ؛ درجة متزايدة من الراحة للطاقم والركاب ؛ البنية التحتية المتخصصة لمراكز التدريب لإعداد الرحلات وإعادة التأهيل بعد الرحلة ؛ البنية التحتية المستقلة لمرافق الإطلاق ومواقع الهبوط والتحكم في الطيران. تنطبق نفس المبادئ على المهام العلمية والبحثية.

استنتاج
هناك فئة من المشاكل التي تحتاج إلى حل. يمكن حل معظمها بمساعدة المركبات الفضائية ، على وجه الخصوص ، مثل توصيل الحمولات والطاقم إلى المحطات المدارية ، وإطلاق مركبة فضائية أوتوماتيكية إلى المدار ، وعودة الأقمار الصناعية المتقادمة من المدار بهدف إعادة استخدام مكوناتها القيمة ، ومراقبة سطح الأرض وظروف المدار ، وكذلك عودة الأجسام الكبيرة من الحطام الفضائي من المدار ، و "نقل" السياح الفضائيين. يبدأ تطوير المركبة الفضائية مرة أخرى. وصل بعضهم بالفعل إلى مرحلة التشغيل التجريبي.

استنتاج
أظهرت الحسابات والدراسات النظرية ، بالإضافة إلى عدد قليل حتى الآن ، ولكن عمليات الإطلاق الحقيقية ، قدرات الأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام. توفر الحالة الحالية للتكنولوجيا والاقتصاد والسياسة فرصة حقيقية لاستئناف وتطوير بناء أنظمة نقل جوي عالية الكفاءة وإمكانية تنفيذ رحلات جوية قريبة على المدى المتوسط ​​، وعلى المدى الطويل - على المدى الطويل ، بما في ذلك بين الكواكب والرحلات لأغراض مختلفة.
التوقعات هي شيء غير ممتن. وفقًا للتوقعات ، لمدة عقد ونصف ، علينا الاستقرار في قاعدة على تيتان. لكن ربما في عام 2030 ...

قائمة المصادر
1 كاربوفا ل. تاريخ الطيران والملاحة الفضائية. دورة محاضرات في MSTU. م ، 2005
2 عصر الفضاء. تنبؤات عام 2001. يو كونيشي وآخرون / بير. من الانجليزية. ضد إيميليانوف. م: مير ، 1970
3 رحلة استكشافية مأهولة إلى Mars./ P / r ASKoroteev. م: روس. رواد الفضاء أك-يا لهم. K.E. تسيولكوفسكي ، 2006
4 لوبوتا ف. مهمة الفضاء لأجيال القرن الحادي والعشرين ، بوليه ، رقم 7 ، 2010
5 أجنحة الفضاء. Lukashevich V. ، Afanasiev I. ، M: Lenta Wanderings LLC ، 2009
6 Feoktistov K.P.، Bubnov I.N. حول المركبة الفضائية ، م: يونج جارد ، 1982
7 العصر الذهبي لرواد الفضاء: الأحلام والواقع. / أفاناسييف آي ، فورونتسوف دي إم: مؤسسة الفرسان الروسية ، 2015
8 موسوعة رواد الفضاء الصغيرة. م: "البوم. Ents ، 1970
9 Bono F.، Gatland K. افاق استكشاف الفضاء. لندن ، 1969. أببر. لكل. من الانجليزية. م: "Mashinostr." ، 1975
10 www.buran.ru
11 باشيلوف أ.س ، أوسين م. تطبيق التقنيات العالية في هندسة الطيران: Uch. مستوطنة م: ماتي ، 2004
12 شيبانوف أ. كيرز لمهندس الفضاء. م: "DET. LIT-RA ، 1982
13 سلافين س. أسرار الملاحة الفضائية العسكرية. موسكو: فيشي ، 2013
14 www.bayterek.kz
15 www.airlaunch.ru
16 www.makeyev.ru
17 www1.fips.ru
18 www.federalspace.ru
19 www.sea-launch.com
20 www.emz-m.ru
21 Aviapanorama، No. 5، 2013
22 Parfenov V.A. العودة من الفضاء مكتبة العلوم الشعبية التابعة لدار النشر العسكري. م: دار النشر التابعة لدار النشر العسكري عام 1961
23 www.npomash.ru
24 مجموعة من التقارير من العلماء والمتخصصين في OAO VPK NPO Mashinostroeniya في القراءات الأكاديمية XXXVI حول الملاحة الفضائية ، 2012
25 تطوير أنظمة المركبات الفضائية / P / r. ب. Fortescue ، وآخرون ؛ لكل. من الانجليزية. موسكو: Alpina Publisher ، 2015
26 أكيشين إيه ، نوفيكوف إل إس. التأثير البيئي على مواد المركبات الفضائية ، م: المعرفة ، 1983
27 Salakhutdinov G.M الحماية الحرارية في تكنولوجيا الفضاء. موسكو: المعرفة ، 1982
28 Molodtsov V.A. رحلات الفضاء المأهولة. 2002
29 en.espacenet.com
30 www.mai.ru
31 برانسون ر. الوصول إلى السماء. لكل. من الانجليزية. موسكو: ألبينا غير خيالي ، 2013
32 www.virgingalactic.com
33 www.thespaceshipcompany.com
34 www.xcor.com
35 bristolspaceplanes.com
36 Sobolev I. Flying on a parabola، Technique-Youth، No.، 2004
37 Dmitriev A.S.، Koshelev V.A. محركات الفضاء في المستقبل. موسكو: المعرفة ، 1982
38 إروخين ب. نظرية وتصميم محركات الصواريخ: Uch-to. سانت بطرسبرغ: دار النشر "Lan" ، 2015
39 www.kbkha.ru
40 Baev L.K.، Merkulov I.A. صاروخ الطائرات. م: دولة. دار نشر الأدب التقني والنظري 1956
41 www.ciam.ru
42 Bassard R.، Delauer R. المحركات النووية للطائرات والصواريخ. أببر. لكل. من الانجليزية. أفالوف وآخرون ، إم: دار نشر عسكرية ، 1967
43 مرة وإلى الأبد ... وثائق وأشخاص حول Valentin Petrovich Glushko، M: Mashinostr.، 1998
44 www.redstaratom.ru
45 مكتب تصميم كيماويات (كتيب). فورونيج ، 2010
46 Zenger E. في ميكانيكا صواريخ الفوتون. لكل. معه. في إم باتسكيفيتش ؛ ع / ص خلاتنيكوفا. م: Izd-vo inostr. الأدب ، 1958
47 محركات الصواريخ الكهربائية للمركبة الفضائية / S.D. غريشين ، إل في ليسكوف. م: ماشينستر ، 1989
48 مراجعة الفضاء الجوي رقم 3 ، 4 ، 5 ، 2005
49 تسعة أشهر على محطة الفضاء الدولية: تقرير من المدار. العلم والحياة ، العدد 1 ، 2016 ، ص 39
50 دانيلوف إس. الفضاء في الاصطدامات والأوهام والانسداد ، تقنية الشباب ، رقم 1 ، 2016

تأخذ التقنيات والاكتشافات الحديثة استكشاف الفضاء إلى مستوى مختلف تمامًا ، لكن السفر بين النجوم لا يزال حلماً. لكن هل هذا غير واقعي وغير قابل للتحقيق؟ ماذا يمكننا أن نفعل الآن وماذا يمكن أن نتوقع في المستقبل القريب؟

10/11/2011 ، الثلاثاء ، 17:27 ، مسك

اكتشف علماء فلك التلسكوب "كبلر" 54 كوكبًا خارجيًا يحتمل أن يكون صالحًا للسكنى. هذه العوالم البعيدة في المنطقة الصالحة للسكن ، أي. على مسافة معينة من النجم المركزي ، مما يسمح بالحفاظ على الماء السائل على سطح الكوكب.

ومع ذلك ، فإن الإجابة على السؤال الرئيسي ، هل نحن وحدنا في الكون ، يصعب الحصول عليها - بسبب المسافة الهائلة التي تفصل بين النظام الشمسي وأقرب جيراننا. على سبيل المثال ، الكوكب "الواعد" Gliese 581g يبعد 20 سنة ضوئية - قريب بما فيه الكفاية بالمعايير الكونية ، لكنه لا يزال بعيدًا جدًا بالنسبة للأجهزة الأرضية.

إن وفرة الكواكب الخارجية داخل دائرة نصف قطرها 100 سنة ضوئية أو أقل من الأرض والاهتمام العلمي وحتى الحضاري الهائل الذي تمثله للبشرية يجعلنا نلقي نظرة جديدة على الفكرة الرائعة حتى الآن عن الرحلات بين النجوم.

أقرب النجوم إلى نظامنا الشمسي

الطيران إلى النجوم الأخرى هو بالطبع مسألة تقنية. علاوة على ذلك ، هناك العديد من الاحتمالات لتحقيق مثل هذا الهدف البعيد ، والاختيار لصالح طريقة أو أخرى لم يتم بعد.

إفساح المجال للطائرات بدون طيار

لقد أرسلت البشرية بالفعل مركبات بين النجوم إلى الفضاء: مسبار بايونير وفوييجر. في الوقت الحاضر ، تركوا النظام الشمسي ، لكن سرعتهم لا تسمح لنا بالحديث عن أي تحقيق سريع للهدف. لذا ، فوييجر 1 ، التي تتحرك بسرعة حوالي 17 كم / ثانية ، حتى للنجم الأقرب إلينا ، بروكسيما سنتوري (4.2 سنة ضوئية) ، سوف تطير لفترة طويلة بشكل لا يصدق - 17 ألف سنة.

من الواضح ، مع المحركات الصاروخية الحديثة ، لن نذهب إلى أي مكان أبعد من النظام الشمسي: لنقل 1 كجم من البضائع ، حتى إلى Proxima Centauri القريب ، نحتاج إلى عشرات الآلاف من الأطنان من الوقود. في الوقت نفسه ، مع زيادة كتلة السفينة ، تزداد كمية الوقود المطلوبة ، وهناك حاجة إلى وقود إضافي لنقلها. الحلقة المفرغة التي تضع حداً لخزانات الوقود الكيميائية - يبدو أن بناء مركبة فضائية تزن بلايين الأطنان مهمة لا تصدق على الإطلاق. تظهر الحسابات البسيطة باستخدام صيغة Tsiolkovsky أنه لتسريع المركبات الفضائية التي تعمل بالوقود الكيميائي إلى حوالي 10٪ من سرعة الضوء ، ستكون هناك حاجة إلى وقود أكثر مما هو متاح في الكون المعروف.

ينتج تفاعل الاندماج طاقة لكل وحدة كتلة ، في المتوسط ​​، مليون مرة أكثر من عمليات الاحتراق الكيميائي. لهذا السبب ، في السبعينيات ، لفتت ناسا الانتباه إلى إمكانية استخدام محركات الصواريخ النووية الحرارية. تضمن مشروع المركبة الفضائية غير المأهولة ديدالوس إنشاء محرك يتم فيه إدخال كريات صغيرة من الوقود النووي الحراري في غرفة الاحتراق وإشعالها بواسطة حزم إلكترونية. تطير نواتج التفاعل النووي الحراري من فوهة المحرك وتعطي تسارعًا للسفينة.

مركبة الفضاء ديدالوس مقارنة بمبنى إمباير ستيت

كان من المفترض أن يحمل ديدالوس 50 ألف طن من كريات الوقود بقطر 40 و 20 ملم. تتكون الحبيبات من قلب مع الديوتيريوم والتريتيوم وقذيفة من الهيليوم -3. تشكل الأخيرة 10-15٪ فقط من كتلة بيليه الوقود ، لكنها في الحقيقة هي الوقود. يوجد الهليوم -3 بكثرة على القمر ، ويستخدم الديوتيريوم على نطاق واسع في الصناعة النووية. يعمل قلب الديوتيريوم كمفجر لإشعال تفاعل الاندماج وإثارة تفاعل قوي مع إطلاق نفاث بلازما تفاعلي ، والذي يتحكم فيه مجال مغناطيسي قوي. كان من المفترض أن تزن غرفة احتراق الموليبدينوم الرئيسية لمحرك Daedalus أكثر من 218 طنًا ، وغرفة المرحلة الثانية - 25 طنًا. الملفات المغناطيسية فائقة التوصيل هي أيضًا مطابقة لمفاعل ضخم: الأول يزن 124.7 طنًا ، والثاني - 43.6 طنًا ، وللمقارنة: الوزن الجاف للمكوك أقل من 100 طن.

تم التخطيط لرحلة ديدالوس على مرحلتين: كان من المفترض أن يعمل محرك المرحلة الأولى لأكثر من عامين ويحرق 16 مليار كريّة وقود. بعد فصل المرحلة الأولى ، عمل محرك المرحلة الثانية لمدة عامين تقريبًا. وهكذا ، في 3.81 سنة من التسارع المستمر ، سيكون ديدالوس قد وصل إلى سرعة قصوى تبلغ 12.2٪ من سرعة الضوء. المسافة إلى نجمة بارنارد (5.96 سنة ضوئية) ستغطي هذه السفينة خلال 50 عامًا وستكون قادرة ، عبر نظام نجمي بعيد ، على نقل نتائج ملاحظاتها عبر الراديو إلى الأرض. وبالتالي ، ستستغرق المهمة بأكملها حوالي 56 عامًا.

تور ستانفورد - هيكل ضخم مع مدن بأكملها داخل الحافة

على الرغم من الصعوبات الكبيرة في ضمان موثوقية العديد من أنظمة Daedalus وتكلفتها الضخمة ، إلا أن هذا المشروع يتم تنفيذه على المستوى التكنولوجي الحديث. علاوة على ذلك ، في عام 2009 أعاد فريق من المتحمسين إحياء العمل في مشروع سفينة نووية حرارية. حاليًا ، يتضمن مشروع إيكاروس 20 موضوعًا علميًا حول التطوير النظري لأنظمة ومواد مركبة فضائية بين النجوم.

وبالتالي ، فإن الرحلات بين النجوم غير المأهولة التي تصل إلى 10 سنوات ضوئية ممكنة بالفعل اليوم ، والتي ستستغرق حوالي 100 عام من الرحلة بالإضافة إلى الوقت الذي تستغرقه إشارة الراديو للعودة إلى الأرض. تتلاءم أنظمة النجوم Alpha Centauri و Barnard's Star و Sirius و Epsilon Eridani و UV Ceti و Ross 154 و 248 و CN Leo و WISE 1541-2250 مع هذا الشعاع. كما ترى ، هناك كائنات كافية بالقرب من الأرض للدراسة بمساعدة المهمات غير المأهولة. ولكن ماذا لو وجدت الروبوتات شيئًا غير عادي وفريد ​​حقًا ، مثل المحيط الحيوي المعقد؟ هل ستكون الرحلة الاستكشافية التي يشارك فيها أشخاص قادرة على الذهاب إلى كواكب بعيدة؟

رحلة العمر

إذا تمكنا من البدء في بناء سفينة بدون طيار اليوم ، فإن الوضع أكثر تعقيدًا بسفينة مأهولة. بادئ ذي بدء ، مسألة وقت الرحلة حادة. لنأخذ نفس نجم بارنارد. سيتعين تدريب رواد الفضاء على رحلة مأهولة من المدرسة ، لأنه حتى إذا تم الإطلاق من الأرض في عيد ميلادهم العشرين ، فإن السفينة ستصل إلى هدف الرحلة بحلول الذكرى السبعين أو حتى المائة (نظرًا للحاجة إلى الكبح ، وهو ليس هناك حاجة في رحلة بدون طيار). اختيار طاقم في سن مبكرة محفوف بالتعارض النفسي والصراعات الشخصية ، وعمر 100 لا يعطي الأمل في العمل المثمر على سطح الكوكب والعودة إلى الوطن.

ومع ذلك ، هل يعقل أن تعود؟ أدت العديد من دراسات ناسا إلى نتيجة مخيبة للآمال: البقاء لفترة طويلة في انعدام الجاذبية سيدمر صحة رواد الفضاء بشكل لا رجعة فيه. وهكذا ، يُظهر عمل أستاذ علم الأحياء روبرت فيتس مع رواد فضاء محطة الفضاء الدولية أنه على الرغم من التمارين البدنية القوية على متن المركبة الفضائية ، بعد مهمة استمرت ثلاث سنوات إلى المريخ ، ستصبح العضلات الكبيرة ، مثل العجول ، أضعف بنسبة 50٪. وبالمثل ، تنخفض أيضًا كثافة المعادن في العظام. نتيجة لذلك ، تقل القدرة على العمل والبقاء في المواقف المتطرفة بشكل كبير ، وستكون فترة التكيف مع الجاذبية الطبيعية عامًا على الأقل. إن الطيران في حالة انعدام الجاذبية لعقود من الزمان سوف يثير التساؤلات حول حياة رواد الفضاء. ربما يكون جسم الإنسان قادرًا على التعافي ، على سبيل المثال ، في عملية الكبح مع زيادة الجاذبية تدريجياً. ومع ذلك ، فإن خطر الموت لا يزال مرتفعا للغاية ويتطلب حلا جذريا.

لا تزال مشكلة الإشعاع معقدة. حتى بالقرب من الأرض (على متن محطة الفضاء الدولية) ، لا يقضي رواد الفضاء أكثر من ستة أشهر بسبب خطر التعرض للإشعاع. يجب أن تكون السفينة بين الكواكب مجهزة بحماية مكثفة ، لكن مسألة تأثير الإشعاع على جسم الإنسان لا تزال قائمة. على وجه الخصوص ، فيما يتعلق بخطر الإصابة بأمراض الأورام ، والتي لم تتم دراسة تطورها في حالة انعدام الوزن عمليًا. في وقت سابق من هذا العام ، نشر العالم كراسيمير إيفانوف من مركز الفضاء الألماني في كولونيا نتائج دراسة مثيرة للاهتمام لسلوك خلايا الورم الميلانيني (أخطر أشكال سرطان الجلد) في انعدام الجاذبية. بالمقارنة مع الخلايا السرطانية التي تنمو تحت الجاذبية الطبيعية ، فإن الخلايا التي أمضت 6 و 24 ساعة في حالة انعدام الوزن أقل عرضة للانتشار. يبدو أن هذه أخبار جيدة ، ولكن فقط للوهلة الأولى. الحقيقة هي أن مثل هذا السرطان "الفضائي" يمكن أن يظل كامنًا لعقود ، وينتشر بشكل غير متوقع على نطاق واسع إذا تعطل جهاز المناعة. بالإضافة إلى ذلك ، توضح الدراسة أننا ما زلنا نعرف القليل عن رد فعل جسم الإنسان تجاه الإقامة الطويلة في الفضاء. اليوم ، يقضي رواد الفضاء ، الأشخاص الأقوياء الأصحاء ، القليل من الوقت هناك لنقل تجربتهم إلى رحلة طويلة بين النجوم.

بدأ مشروع Biosphere-2 بنظام بيئي جميل ومختار بعناية وصحي ...

لسوء الحظ ، ليس من السهل حل مشكلة انعدام الوزن على مركبة فضائية بين النجوم. الإمكانية المتاحة لنا لخلق جاذبية اصطناعية عن طريق تدوير الوحدة الصالحة للسكن لديها عدد من الصعوبات. لإنشاء جاذبية الأرض ، حتى العجلة التي يبلغ قطرها 200 متر يجب أن تدور بسرعة 3 دورات في الدقيقة. مع مثل هذا الدوران السريع ، ستخلق قوة Cariolis أحمالًا لا تطاق تمامًا للجهاز الدهليزي البشري ، مما يسبب الغثيان ونوبات دوار البحر الحادة. الحل الوحيد لهذه المشكلة هو ستانفورد تور ، الذي طوره علماء في جامعة ستانفورد عام 1975. هذه حلقة ضخمة يبلغ قطرها 1.8 كم ، يمكن أن يعيش فيها 10 آلاف رائد فضاء. نظرًا لحجمها ، فإنها توفر جاذبية تتراوح بين 0.9-1.0 جم ومعيشة مريحة جدًا للناس. ومع ذلك ، حتى عند سرعات الدوران التي تقل عن دورة واحدة في الدقيقة ، سيظل الناس يعانون من إزعاج خفيف ولكن ملحوظ. علاوة على ذلك ، إذا تم بناء مثل هذه المقصورة العملاقة للمعيشة ، فإن التحولات الصغيرة في توزيع وزن الطارة ستؤثر على سرعة الدوران وتسبب اهتزازات في الهيكل بأكمله.

... لكنها انتهت بكارثة بيئية

على أي حال ، فإن سفينة تتسع لعشرة آلاف شخص هي مهمة مشكوك فيها. لإنشاء نظام بيئي موثوق به لمثل هذا العدد الكبير من الناس ، فأنت بحاجة إلى عدد كبير من النباتات ، و 60 ألف دجاجة ، و 30 ألف أرنب وقطيع من الماشية. فقط هذا يمكن أن يوفر نظامًا غذائيًا بمستوى 2400 سعرة حرارية في اليوم. ومع ذلك ، فإن جميع التجارب لإنشاء مثل هذه النظم البيئية المغلقة تنتهي دائمًا بالفشل. وهكذا ، خلال أكبر تجربة "Biosphere-2" من قبل Space Biosphere Ventures ، تم بناء شبكة من المباني المغلقة بمساحة إجمالية قدرها 1.5 هكتار مع 3 آلاف نوع من النباتات والحيوانات. كان من المفترض أن يصبح النظام البيئي بأكمله "كوكبًا" صغيرًا مكتفيًا ذاتيًا يعيش فيه 8 أشخاص. استغرقت التجربة عامين ، ولكن بعد بضعة أسابيع بدأت المشاكل الخطيرة: بدأت الكائنات الحية الدقيقة والحشرات في التكاثر بشكل لا يمكن السيطرة عليه ، واستهلك الأكسجين والنباتات بكميات كبيرة جدًا ، واتضح أيضًا أنه بدون الرياح ، أصبحت النباتات هشة للغاية. نتيجة لكارثة بيئية محلية ، بدأ الناس يفقدون الوزن ، وانخفضت كمية الأكسجين من 21٪ إلى 15٪ ، واضطر العلماء إلى انتهاك شروط التجربة وتزويد "رواد الفضاء" الثمانية بالأكسجين والغذاء.

وبالتالي ، يبدو أن إنشاء أنظمة بيئية معقدة طريقة خاطئة وخطيرة لتزويد طاقم مركبة فضائية بين النجوم بالأكسجين والتغذية. سيتطلب حل هذه المشكلة كائنات حية مصممة خصيصًا بجينات متغيرة يمكنها أن تتغذى على الضوء والفضلات والمواد البسيطة. على سبيل المثال ، يمكن للمصانع الحديثة الكبيرة لإنتاج طحالب الكلوريلا الغذائية أن تنتج ما يصل إلى 40 طنًا من المعلق يوميًا. يمكن لمفاعل حيوي واحد مستقل تمامًا يزن عدة أطنان أن ينتج ما يصل إلى 300 لتر من تعليق كلوريلا يوميًا ، وهو ما يكفي لإطعام طاقم مكون من عشرات الأشخاص. لا تستطيع شلوريلا المعدلة وراثيًا تلبية احتياجات الطاقم الغذائية فحسب ، بل يمكنها أيضًا إعادة تدوير النفايات ، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون. اليوم ، أصبحت عملية هندسة الطحالب الدقيقة وراثيًا أمرًا شائعًا ، وهناك العديد من التصميمات المطورة لمعالجة مياه الصرف الصحي ، وتوليد الوقود الحيوي ، والمزيد.

حلم متجمد

يمكن حل جميع المشكلات المذكورة أعلاه المتعلقة برحلات الطيران المأهولة بين النجوم من خلال تقنية واعدة جدًا - الرسوم المتحركة المعلقة ، أو كما يطلق عليها أيضًا cryostasis. Anabiosis هو تباطؤ في عمليات الحياة البشرية على الأقل عدة مرات. إذا كان من الممكن غمر شخص ما في مثل هذا الخمول الاصطناعي ، مما يؤدي إلى إبطاء عملية التمثيل الغذائي بمقدار 10 مرات ، فحينئذٍ في رحلة مدتها 100 عام ، سوف يكبر في نومه لمدة 10 سنوات فقط. هذا يسهل حل مشاكل التغذية ، وإمداد الأكسجين ، والاضطرابات العقلية ، وتدمير الجسم نتيجة لانعدام الوزن. بالإضافة إلى ذلك ، من الأسهل حماية المقصورة بغرف الرسوم المتحركة المعلقة من النيازك الدقيقة والإشعاع مقارنة بالمنطقة الكبيرة الصالحة للسكن.

لسوء الحظ ، فإن إبطاء عمليات الحياة البشرية مهمة صعبة للغاية. لكن في الطبيعة ، هناك كائنات حية يمكنها السبات وزيادة متوسط ​​العمر المتوقع مئات المرات. على سبيل المثال ، هناك سحلية صغيرة تسمى السمندل السيبيري قادرة على السبات في الأوقات الصعبة والبقاء على قيد الحياة لعقود ، حتى عندما يتم تجميدها في كتلة من الجليد بدرجة حرارة تقل عن 35-40 درجة مئوية تحت الصفر. هناك حالات سبات فيها السلمندر لمدة 100 عام تقريبًا ، وكأن شيئًا لم يحدث ، تم إذابته وهرب بعيدًا عن الباحثين المتفاجئين. في الوقت نفسه ، لا يتجاوز متوسط ​​العمر المتوقع المعتاد "المستمر" للسحلية 13 عامًا. تفسر القدرة المذهلة للسمندل من حقيقة أن كبده يصنع كمية كبيرة من الجلسرين ، ما يقرب من 40٪ من وزن الجسم ، مما يحمي الخلايا من درجات الحرارة المنخفضة.

مفاعل حيوي لزراعة الطحالب الدقيقة المعدلة وراثيًا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى يمكن أن يحل مشكلة التغذية وإعادة تدوير النفايات

العقبة الرئيسية أمام غمر الشخص في البرودة هي الماء ، الذي يشكل 70٪ من أجسامنا. عندما يتجمد ، يتحول إلى بلورات ثلجية ، ويزداد حجمها بنسبة 10 ٪ ، بسبب كسر غشاء الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، أثناء تجمدها ، تهاجر المواد المذابة داخل الخلية إلى الماء المتبقي ، مما يؤدي إلى تعطيل عمليات التبادل الأيوني داخل الخلايا ، فضلاً عن تنظيم البروتينات والتركيبات الأخرى بين الخلايا. بشكل عام ، يؤدي تدمير الخلايا أثناء التجميد إلى استحالة عودة الشخص إلى الحياة.

ومع ذلك ، هناك طريقة واعدة لحل هذه المشكلة - هيدرات clathrate. تم اكتشافها في عام 1810 ، عندما قام العالم البريطاني السير همفري ديفي بحقن الكلور تحت ضغط عالٍ في الماء وشهد تكون الهياكل الصلبة. كانت هذه هيدرات clathrate - أحد أشكال جليد الماء ، حيث يتم تضمين الغاز الأجنبي. على عكس بلورات الجليد ، فإن المشابك clathrate تكون أقل صلابة ، وليس لها حواف حادة ، ولكن بها تجاويف يمكن أن "تختبئ" المواد داخل الخلايا فيها. قد تكون تقنية الرسوم المتحركة المعلقة clathrate بسيطة: غاز خامل ، مثل الزينون أو الأرجون ، درجة حرارة أقل بقليل من الصفر ، ويبدأ التمثيل الغذائي الخلوي في التباطؤ تدريجيًا حتى يقع الشخص في تجمد تجمد. لسوء الحظ ، يتطلب تكوين هيدرات clathrate ضغطًا عاليًا (حوالي 8 أجواء) وتركيز عالٍ جدًا من الغاز المذاب في الماء. لا تزال كيفية إنشاء مثل هذه الظروف في كائن حي غير معروفة ، على الرغم من وجود بعض النجاحات في هذا المجال. وبالتالي ، فإن مادة clathrates قادرة على حماية أنسجة عضلة القلب من تدمير الميتوكوندريا حتى في درجات الحرارة شديدة البرودة (أقل من 100 درجة مئوية) ، وكذلك منع تلف أغشية الخلايا. لم تتم مناقشة التجارب التي أجريت على تحفيز الكبريتات في البشر بعد ، نظرًا لأن الطلب التجاري على تقنية تجميد التجمد صغير ويتم إجراء الأبحاث حول هذا الموضوع بشكل أساسي من قبل الشركات الصغيرة التي تقدم خدمات لتجميد جثث الموتى.

رحلة على الهيدروجين

في عام 1960 ، اقترح الفيزيائي روبرت باسارد المفهوم الأصلي لمحرك الاندماج النفاث الذي يحل العديد من مشاكل السفر بين النجوم. خلاصة القول هي استخدام الهيدروجين والغبار البينجمي الموجود في الفضاء الخارجي. تتسارع مركبة فضائية بمثل هذا المحرك أولاً بوقودها الخاص ، ثم تفتح قمعًا ضخمًا من مجال مغناطيسي ، يبلغ قطره آلاف الكيلومترات ، يلتقط الهيدروجين من الفضاء الخارجي. يستخدم هذا الهيدروجين كمصدر لا ينضب للوقود لمحرك الصواريخ الاندماجية.

يعد استخدام محرك Bussard بمزايا هائلة. بادئ ذي بدء ، نظرًا للوقود "غير المبرر" ، من الممكن التحرك بتسارع ثابت يبلغ 1 جم ، مما يعني اختفاء جميع المشكلات المرتبطة بانعدام الوزن. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح لك المحرك بالتسارع إلى سرعة هائلة - 50٪ من سرعة الضوء وحتى أكثر. من الناحية النظرية ، يمكن للسفينة ذات المحرك Bussard ، التي تتحرك بسرعة 1 جرام ، أن تغطي مسافة 10 سنوات ضوئية في حوالي 12 سنة أرضية ، وبالنسبة للطاقم ، بسبب التأثيرات النسبية ، فقد مرت 5 سنوات فقط من وقت السفينة.

لسوء الحظ ، هناك عدد من المشكلات الخطيرة في طريق إنشاء سفينة بمحرك Bussard لا يمكن حلها بالمستوى الحالي للتكنولوجيا. بادئ ذي بدء ، من الضروري إنشاء مصيدة هيدروجين عملاقة وموثوقة تولد مجالات مغناطيسية عملاقة. في الوقت نفسه ، يجب أن تضمن الحد الأدنى من الخسائر والنقل الفعال للهيدروجين إلى مفاعل نووي حراري. تثير عملية التفاعل النووي الحراري لتحويل أربع ذرات هيدروجين إلى ذرة هيليوم ، والتي اقترحها بوسارد ، العديد من الأسئلة. الحقيقة هي أن هذا التفاعل الأبسط يصعب تنفيذه في مفاعل مرة واحدة ، لأنه يسير ببطء شديد ، ومن حيث المبدأ ، يكون ممكنًا فقط داخل النجوم.

ومع ذلك ، فإن التقدم في دراسة الاندماج النووي الحراري يسمح لنا بالأمل في إمكانية حل المشكلة ، على سبيل المثال ، باستخدام النظائر "الغريبة" والمادة المضادة كمحفز للتفاعل.

يمكن أن يقع السمندل السيبيري في الرسوم المتحركة المعلقة لعقود

حتى الآن ، تكمن الأبحاث حول محرك Bussard حصريًا في المستوى النظري. هناك حاجة إلى حسابات تستند إلى تقنيات حقيقية. بادئ ذي بدء ، من الضروري تطوير محرك قادر على توليد طاقة كافية لتشغيل مصيدة مغناطيسية والحفاظ على تفاعل حراري نووي ، وإنتاج مادة مضادة والتغلب على مقاومة الوسط البينجمي ، مما يؤدي إلى إبطاء "الشراع" الكهرومغناطيسي الضخم.

المادة المضادة للإنقاذ

ربما يبدو الأمر غريباً ، لكن البشرية اليوم أقرب إلى إنشاء محرك المادة المضادة منه إلى محرك نفاث نفاث بوسارد البديهي والبسيط للوهلة الأولى.

يمكن لمفاعل اندماج الديوتيريوم والتريتيوم أن يولد 6 × 1011 جول لكل جرام من الهيدروجين - وهو أمر مثير للإعجاب ، خاصة عندما تفكر في أنه أكثر كفاءة من الصواريخ الكيميائية بمقدار 10 ملايين مرة. ينتج عن تفاعل المادة والمادة المضادة طاقة أكبر بحوالي أمرين من حيث الحجم. عندما يتعلق الأمر بالإبادة ، فإن حسابات العالم مارك ميليس وثمار عمله البالغة 27 عامًا لا تبدو محبطة للغاية: حسب ميليس تكاليف الطاقة لإطلاق مركبة فضائية إلى ألفا سنتوري ووجد أنها ستكون 10 18 J ، بمعنى آخر تقريبا الاستهلاك السنوي للكهرباء للبشرية جمعاء. لكن هذا فقط كيلوغرام واحد من المادة المضادة.

سيحتوي المسبار الذي طورته شركة Hbar Technologies على شراع رفيع من ألياف الكربون مغطى باليورانيوم 238. وعند الاصطدام بالشراع ، سوف يقضي الهيدروجين المضاد ويخلق الدفع النفاث

نتيجة لإبادة الهيدروجين والهيدروجين المضاد ، يتم تكوين تدفق قوي للفوتون ، تصل سرعة العادم إلى الحد الأقصى لمحرك الصاروخ ، أي سرعة الضوء. هذا مؤشر مثالي يسمح لك بتحقيق سرعات عالية جدًا قريبة من الضوء لمركبة فضائية بمحرك فوتون. لسوء الحظ ، من الصعب جدًا استخدام المادة المضادة كوقود للصواريخ ، حيث تحدث ومضات من أقوى إشعاعات غاما أثناء الإبادة ، والتي ستقتل رواد الفضاء. أيضًا ، لا توجد تقنيات لتخزين كمية كبيرة من المادة المضادة حتى الآن ، وحقيقة تراكم أطنان من المادة المضادة ، حتى في الفضاء بعيدًا عن الأرض ، تشكل تهديدًا خطيرًا ، حيث إن إبادة كيلوغرام واحد من المادة المضادة هي أمر خطير. يعادل انفجارًا نوويًا بسعة 43 ميغا طن (يمكن أن يؤدي انفجار بهذه القوة إلى تحويل ثلث أراضي الولايات المتحدة). تكلفة المادة المضادة هي عامل آخر يعقد الرحلة بين النجوم التي تعمل بالطاقة الفوتونية. تتيح التقنيات الحديثة لإنتاج المادة المضادة إنتاج جرام واحد من الهيدروجين المضاد بتكلفة تصل إلى عشرات التريليونات من الدولارات.

ومع ذلك ، فإن المشاريع البحثية الضخمة عن المادة المضادة تؤتي ثمارها. في الوقت الحاضر ، تم إنشاء مرافق تخزين خاصة للبوزيترونات ، "زجاجات مغناطيسية" ، وهي عبارة عن حاويات يتم تبريدها بواسطة الهيليوم السائل بجدران مصنوعة من المجالات المغناطيسية. في يونيو من هذا العام ، تمكن علماء المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) من الحفاظ على ذرات الهيدروجين المضاد لمدة 2000 ثانية. يتم بناء أكبر مستودع للمواد المضادة في العالم في جامعة كاليفورنيا (الولايات المتحدة الأمريكية) ، والذي سيكون قادرًا على تجميع أكثر من تريليون بوزيترون. يتمثل أحد أهداف العلماء في جامعة كاليفورنيا في إنشاء حاويات محمولة للمادة المضادة التي يمكن استخدامها للأغراض العلمية بعيدًا عن المسرعات الكبيرة. هذا المشروع مدعوم من البنتاغون ، المهتم بالتطبيقات العسكرية للمادة المضادة ، لذلك من غير المرجح أن تعاني أكبر مجموعة من الزجاجات المغناطيسية في العالم من نقص التمويل.

ستكون المسرعات الحديثة قادرة على إنتاج جرام واحد من الهيدروجين المضاد في بضع مئات من السنين. هذه فترة طويلة جدًا ، لذا فإن المخرج الوحيد هو تطوير تقنية جديدة لإنتاج المادة المضادة أو توحيد جهود جميع بلدان كوكبنا. ولكن حتى في هذه الحالة ، مع التكنولوجيا الحديثة ، لا يمكن للمرء أن يحلم حتى بإنتاج عشرات الأطنان من المادة المضادة للطيران بين النجوم.

ومع ذلك ، كل شيء ليس حزينًا جدًا. طور متخصصو ناسا العديد من التصميمات للمركبات الفضائية التي يمكن أن تذهب إلى الفضاء السحيق بميكروجرام واحد فقط من المادة المضادة. تعتقد ناسا أن المعدات المحسنة ستجعل من الممكن إنتاج البروتونات المضادة بتكلفة تبلغ حوالي 5 مليارات دولار للجرام.

تعمل شركة Hbar Technologies الأمريكية ، بدعم من وكالة ناسا ، على تطوير مفهوم المجسات غير المأهولة التي يقودها محرك هيدروجين مضاد. الهدف الأول لهذا المشروع هو إنشاء مركبة فضائية غير مأهولة يمكنها الطيران إلى حزام كويبر على حافة النظام الشمسي في أقل من 10 سنوات. اليوم ، من المستحيل الطيران إلى مثل هذه النقاط البعيدة في 5-7 سنوات ، على وجه الخصوص ، سوف يطير مسبار ناسا نيو هورايزونز عبر حزام كويبر بعد 15 عامًا من الإطلاق.

مسبار يقطع مسافة 250 AU في غضون 10 سنوات ، سيكون صغيرا جدا ، مع حمولة 10 ملغ فقط ، لكنه سيحتاج أيضًا إلى القليل من الهيدروجين المضاد - 30 ملغ. سينتج Tevatron هذه الكمية في غضون بضعة عقود ، ويمكن للعلماء اختبار مفهوم المحرك الجديد خلال مهمة فضائية حقيقية.

تظهر الحسابات الأولية أيضًا أنه يمكن إرسال مسبار صغير إلى Alpha Centauri بطريقة مماثلة. على جرام واحد من الهيدروجين المضاد ، سوف يطير إلى نجم بعيد في غضون 40 عامًا.

قد يبدو أن كل ما سبق هو خيال ولا علاقة له بالمستقبل القريب. لحسن الحظ، ليست هذه هي القضية. بينما ينصب اهتمام الجمهور على الأزمات العالمية ، وإخفاقات نجوم البوب ​​والأحداث الجارية الأخرى ، تظل مبادرات صنع الحقبة في الظل. أطلقت وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) مشروع المركبة الفضائية الضخم لمدة 100 عام ، والذي يتضمن الإنشاء التدريجي والمتعدد السنوات لأساس علمي وتكنولوجي للرحلات بين الكواكب وبين النجوم. هذا البرنامج لا مثيل له في تاريخ البشرية ويجب أن يجذب العلماء والمهندسين والمتحمسين للمهن الأخرى من جميع أنحاء العالم. من 30 سبتمبر إلى 2 أكتوبر 2011 ، ستعقد ندوة في أورلاندو ، فلوريدا ، حيث سيتم مناقشة تقنيات رحلات الفضاء المختلفة. بناءً على نتائج مثل هذه الأحداث ، سيطور متخصصو وكالة ناسا خطة عمل لمساعدة بعض الصناعات والشركات التي تطور تقنيات غير متوفرة بعد ، ولكنها ضرورية للرحلات الجوية بين النجوم في المستقبل. إذا نجح برنامج ناسا الطموح ، في غضون 100 عام ستكون البشرية قادرة على بناء مركبة فضائية بين النجوم ، وسوف نتحرك حول النظام الشمسي بنفس السهولة التي نطير بها من البر الرئيسي إلى البر الرئيسي اليوم.

ميخائيل ليفكيفيتش

مطبعة

قال دينيس موهلينبيرج ، الرئيس التنفيذي ورئيس ورئيس مجلس إدارة شركة بوينج ، في غضون 10 سنوات ، ستتحول صناعتنا. إنه يتوقع إنتاج الصواريخ والمركبات الفضائية ذات المدار المنخفض وزيادة عدد طائرات الركاب التقليدية ، ولكن مهما كانت ، فإن شركة بوينج ستنتجها.

في حديثه في قمة GeekWire ، قال Muhlenberg أنه في المستقبل ، لن يكون هناك تمييز واضح بين النقل الجوي والفضائي ، بل سيكون هناك تكامل بين وسائط النقل هذه ، والتي ستشمل سيارات الأجرة الجوية الشخصية والطائرات التقليدية والنقل الأسرع من الصوت والمركبات الفضائية التجارية.

"في غضون عقد من الزمان ، سترى كيف سيصبح السفر في الفضاء في المدار المنخفض أكثر شيوعًا مما هو عليه اليوم. السياحة الفضائية ، المصانع في الفضاء ... هذه هي مكونات النظام البيئي الذي يظهر اليوم ، وسنشارك بنشاط في إنشاء أنظمة النقل لتوفير الوصول إلى هذه الأشياء ".

تتركز مشاركة Boeing في هذا المستقبل المتكامل حول المركبة الفضائية CST-100 Starliner ، التي تعتزم الشركة وضعها في الخدمة لنقل رواد الفضاء في وقت مبكر من العام المقبل. وأضاف موهلينبيرج: "يمكننا اعتبار أن هذه ستكون أولى مركباتنا في سلسلة من تلك التي ستشكل مجموعة من أجهزة الفضاء التجارية في المستقبل ، يتم إنتاجها جنبًا إلى جنب مع طائراتنا التجارية".

إذا كانت هذه هي الخطة ، فإن البدء لم يكن سهلاً. لم تنجح الاختبارات الأخيرة لأحد أنظمة Starliner ، وبعد ذلك أجلت شركة Boeing الاختبارات التالية من أغسطس إلى نهاية هذا العام أو بداية العام المقبل. مع حادث إطلاق مركبة Soyuz الأخير ، سيكون لدى مطوري النقل الفضائي مثل Boeing و SpaceX المزيد من الأمل من حيث إنتاج مركبات فعالة وآمنة من الناحية الوظيفية لخدمة محطة الفضاء الدولية (ISS).

من المحتمل أن يزداد تشبع المجال الجوي بالطائرات ، ومن ثم ستكون هناك حاجة إلى وسائل أكثر تقدمًا لمراقبة الحركة الجوية. تعمل بوينج بالفعل مع وكالة ناسا وآخرين في مشروع بقيمة 35 مليار دولار لبناء مثل هذا الجيل القادم من نظام المجال الجوي للولايات المتحدة ؛ يجب أن يكون هذا النظام جاهزًا بحلول عام 2030.

إذا كانت بوينج ستصبح لاعباً رئيسياً في صناعة الطيران ، فإن الشركة بحاجة إلى معالجة المشكلات المتعلقة بمنتجاتها الحالية. على سبيل المثال ، كانت هناك مشكلة هذا الصيف في تسليم عدد كبير من طائرات بوينج 737 التي تعذر تسليمها للعملاء بسبب نقص المحركات. ومع ذلك ، لم يؤثر ذلك على الأداء المالي لشركة Boeing ، والذي بدا جيدًا في الربع الثاني.

كشركة رائدة في صناعة الطيران ، تواجه Boeing منافسة كبيرة من Airbus (في الهواء) و SpaceX (في الفضاء). هذا لا يمنع موهلينبيرج من الحلم بالنقل الفضائي: لقد كرر مرارًا وتكرارًا أن أول من هبط على المريخ سيفعل ذلك بصاروخ من صنع بوينج.

الموقع الإلكتروني: في نهاية هذه المذكرة ، يوجد رابط لمقال حول نجاح قطاع الطيران في الربع الثاني من عام 2018. بشكل عام ، زاد القطاع إيراداته بنسبة 7.6٪ هذا الربع مقارنة بالعام الماضي: بما في ذلك: Lockheed Martin - 13.4 مليار دولار ، بزيادة 23.5٪ ، إيرباص - 17.16 دولارًا ، بزيادة 8٪ (بفضل نجاح A320 neo) ، 24.26 دولارًا ، بزيادة 6 ٪. وتجدر الإشارة إلى أنه إلى جانب تقارير النجاح ، تعرب الشركات في الصناعة عن قلقها بشأن الحروب التجارية التي تتكشف ، والتي يعتبر قطاع الطيران حساسًا لها بشكل خاص بسبب الطبيعة العالمية لسلاسل التوريد التي تتميز بها الصناعة.

مكتب بوينج في شيكاغو (الصورة من موقع الشركة على الإنترنت)

لطالما اعتدنا على وجود محطات مواصلات عامة قريبة من المنزل ، ومغادرة يومية لعشرات القطارات من أقرب محطة ، ومغادرة الطائرات 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. 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 والشرق الأقصى وخاباروفسك. 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!

كما يتوقع 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 بعيدًا عن المسار مباشرة ، وتتحرك عبر الأمواج ، بل وتغطس 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.