Какво е бъдещето на космическия транспорт. Олимпиада по история на авиацията и аеронавтиката

Британската авиокосмическа фирма представи концептуален самолет без прозорци. Вместо това те предлагат да се инсталират дисплеи, които да показват събития, случващи се зад борда, и да показват филми. Самолетите без прозорци могат драстично да променят облика на гражданската авиация, като същевременно намаляват значително разхода на гориво.

Дизайнът на частния самолет е разработен от специалисти на френската компания, които представиха проекта още през август. Вместо илюминатори те предложиха да се използват дисплеи, показващи филми за отдих и презентации за работа. Техническият отдел казва, че липсата на прозорци ще помогне за намаляване на теглото на плавателния съд, като по този начин се намали разходът на гориво, разходите за поддръжка, а освободеното пространство увеличава възможностите за подобрения в интериора. Гарет Дейвис, главен дизайнер на Technicon Design, компанията, която предложи проекта, каза, че някои елементи, като гъвкави дисплеи, вече могат да бъдат превърнати в реалност.

Американската фирма Spike Aerospace планира да представи подобен самолет през 2018 г. Това ще бъде луксозният Spike S-512 Supersonic Jet, способен да лети от Ню Йорк до Лондон за 4 часа с 12-18 пътници. Компанията от Бостън също вижда самолет без прозорци на бъдещето. В резултат на това пътниците не трябва да се крият от слънцето, като повдигат или спускат щорите. Монотонността в полета също ще изчезне. Дизайнерите вярват, че като цяло пътниците виждат малко по време на полета - няколко звезди, луната, безкрайния океан, облаци. Теглото на самолета също ще бъде намалено, като по този начин ще се спести гориво. Стените на самолета ще се превърнат в огромни, тънки дисплеи, показващи панорамите около кораба. Като алтернатива можете да гледате филм, слайдове, документи.

Вярно е, че разработчиците разпознават и възможните проблеми. Първо, много хора може да се чувстват по-тревожни в затворено пространство, когато не могат да видят какво се случва навън. Второ, не само пътниците трябва да виждат, но и спасителите, ако е необходимо, трябва да видят какво се случва вътре, в противен случай те ще действат на сляпо. И трето, може да има проблеми с хора, страдащи от болест при движение. Обикновено такива пътници просто периодично поглеждат през прозореца, намират референтна точка за себе си. Тук те ще бъдат лишени от такава възможност, екраните няма да могат да им помогнат.

Центърът за процесни иновации също предлага своите самолети с огромни OLED дисплеи, които ще предават изображения от камери, инсталирани отвън. Ще бъде възможно да се свържете с интернет. Намаляването на теглото на самолета е най-важният проблем, който инженерите се опитват да решат. Затова те решиха да се обърнат към идеята за изграждане по аналогия с товарните самолети. Междувременно проектът е в процес на финализиране.

Какво е бъдещето на космическия транспорт?

Цели и цели
Целта на работата е да се идентифицират възможни и перспективни области на използване, възможни дизайни на космически кораби и техните елементи за решаване на проблемите на изследването на космоса.
Задачите на работата са изучаване на направленията на развитие, особеностите на етапите на полета и тяхното отчитане при проектирането, конструкциите на космическите кораби и задвижващите системи на космическия кораб.
Въведение
Човечеството се нуждаеше от хилядолетия за повече или по-малко уверено движение на собствената си планета. Технологиите се развиха, човек можеше да се движи все по-далеч от домовете си. В началото на 18 век развитието на производството, научните постижения доведоха до раждането на аеронавтиката. В началото на 20-ти век създаването на лек и мощен двигател с вътрешно горене направи възможно издигането на самолет във въздуха, а създаването на ракетен двигател с течно гориво (LRE) - да избяга в космоса. Отне само 150 години, за да се премине от улов на вятър към космически полети (1802 г. - няма параходи, 1957 г. - вече има космически ракети).
Напредъкът беше толкова очевиден и поразителен, че още в началото на 60-те години бяха направени прогнози как след 35-40 години ще прекараме уикендите в орбита, ще летим на ваканция до Луната и нашите космически кораби ще започнат да орат междузвездните пространства. Очакванията бяха свързани с 21-ви век (1), преди който имаше още 35 години:

Ориз. един
Перспективите за редовни полети на космически кораби в околоземното пространство и до най-близките планети на Слънчевата система за туристите са приятно оптимистични:

Дестинация	Цена на билет там обратно", кукла.	Кол-во пътници в полета	Време за полет
Околоземна орбита	1250	200	24 ч
луна	10000	35	6 дни
Венера	32000	20	18 месеца
Марс	35000	20	24 месеца
Марс експрес	70000	20	11 месеца

На пътниците трябва да бъде осигурен същият комфорт, както при авиокомпаниите, железниците и океанските лайнери. За всеки пътник по време на полет в околоземна орбита се падат 2,85 m3 от обема на космическия кораб, до Луната - 11,4 m3, до най-близките планети - 28,5 m3. За да уточним, опитът от дългосрочни космически полети и работата на космонавтите на орбитални станции показа, че обемът на отделенията под налягане за всеки човек трябва да бъде най-малко 60 m3.

Развитие на космическите технологии
Втората половина на 20-ти век е посветена главно на изследването на околоземното пространство с балистични средства, а именно с многостепенни ракети.
Веднага бяха идентифицирани два пътя за развитие на космическите технологии – балистичен и аеродинамичен. Балистичните самолети (LA) използват само реактивната тяга на двигателя за полет. Аеродинамичните самолети за полет, в допълнение към реактивната тяга на двигателя (двигател с течно гориво или въздушно-струен двигател (WFD)), използват подемната сила, генерирана от крилото или тялото на самолета. Имаше и комбинирана схема. Аеродинамичните самолети са по-обещаващи за самоконтролирано меко кацане,

Какво е "космически самолет"
Аерокосмическият транспорт е изключително широко понятие, което включва космически самолети, системи за изстрелване и кацане, системи за дистанционно управление и т.н. В тази статия ще разгледаме самия космически самолет, неговите части и стартови устройства.
Устройството от този тип няма строго име. Нарича се космически самолет, космически кораб, астролет, аерокосмически самолет (VKS) и др. „VKS е тип пилотиран реактивен самолет с носеща повърхност (по-специално крилат), предназначен за полети в атмосферата и космическото пространство, съчетаващ свойствата на самолет и космически самолет. Проектиран за многократна употреба, трябва да може да излита от летища, да ускорява до орбитална скорост, да лети в космоса и да се връща на Земята с кацане на летището."
VKS е предназначен за полет в атмосферата и извън нея - в космическото пространство, а също така е предназначен за маневриране в атмосферата с помощта на аеродинамични сили.
Космическият кораб е или космическа система за многократна употреба (CS), или част от CS за многократна употреба с елементи за многократна употреба, а „повторната употреба“ е основното условие за „повторна употреба“ на космически кораб. Всеки космически кораб за многократна употреба трябва да отговаря на изискванията за висока надеждност, безопасност, минимален риск за екипажа и полезен товар при изпълнение на полетни задачи, трябва също така да има предимствата на конвенционалните реактивни самолети при експлоатация и поддръжка и да извършва стартиране и кацане при всякакви метеорологични условия.
Друга разпоредба е свързана с дефинирането на степента на "повторна употреба" - да се върне цялата система за многократна употреба (на етапи) или само част от нея. Системите за еднократна употреба изискват разпределяне на зони за падане на първите степени на ракети, както и обтекатели. Вторите етапи в най-добрия случай изгарят в атмосферата, а в най-лошия падат на земята или в океана, или остават в орбита за дълго време, превръщайки се в космически отпадъци.Ново отношение към екологията на Земята и външния свят. пространството, както и нежеланието на държавите да „изхвърлят пари в канала“ (В буквалния смисъл!) водят до необходимостта от създаване на COP за многократна употреба.
Повторна употреба - също и загуби на енергия поради конструктивните елементи на космическия кораб, които осигуряват самата повторна употреба (крила, колесници, парашутни системи, допълнително гориво за задвижващата система и др.). Необходими са нови строителни материали, нови технологии, двигатели, които са по-ефективни от днешните.

Етапи на полета
Какъвто и да е общият сценарий на полета на космическия кораб, той задължително включва:
- излитане и излизане от атмосферата,
- влизане в атмосферата и кацане,
- полет в открития космос.

Етап "Излитане и излизане от атмосферата"
Почти всички проекти преследват една цел - намаляване на масовата част на горивото в ракета-носител (LV) или космически кораб (повече от 90% от масата в ракета-носител е гориво).

1 бустер
Най-известните и разработени системи за изстрелване са системите за вертикално изстрелване със специални платформи, на които са поставени мачти, които държат самолета във вертикално положение (космодрум). Такива системи са използвани главно за изстрелване на аерокосмически превозни средства (VKA), изстрелвани от LV (LKS, Dyna-Soar) и VKA с вертикално изстрелване (Energiya-Buran, Space Shuttle). Разработена е и версия на ракетата-носител, при която страничните блокове на първия етап, след като се отделят, освобождават крило и кацат на летището, а централният блок на втория етап, влизайки в орбита и разтоварвайки ракетата-носител, влезе в атмосферата и кацна с помощта на делта крило (Energia-2 ").
Или - самолетът се извежда в орбита от отделна ракета-носител, а двигателите на самия самолет не се използват, докато не достигне стабилна орбита. Примери за такава система за изстрелване са ракетните самолети Dyna-Soar (САЩ), Бор (СССР), ASSET и PRIME (САЩ), многократно използваем транспорт CS Energia-Buran (СССР) и Space Shuttle (САЩ).
RN се разработва и произвежда в много страни по света. Основните производители са Русия (40%), САЩ (26%), страните от ЕС (21%), Китай (20%), Украйна (6%), Япония (4%), Индия (4%), Израел (1 %)). Основните критерии за конкурентоспособност са масата на изстреляната ракета-носител, дизайн, екологичност и др., а една от основните характеристики на ракетата-носител е тяхната надеждност. Най-висок показател за този параметър притежава руската система Proton - 97% от успешните изстрелвания, което надвишава средните резултати с 10-20%.

2 Самолетоносач
„Въздушно изстрелване“ е един от най-обещаващите начини за изстрелване на самолет; различни разработчици активно разработват изстрелване с помощта на самолет-носител (CH).
Самолетът се изстрелва на височина с помощта на СН, отделя се от него и с помощта на собствените си двигатели се извежда в орбита. Възможно е инсталиране на допълнителен ракетен ускорител.
Този метод на елиминиране има редица предимства. Очакваният ефект при използване на CH е 30-40% повече PS, отколкото при стартиране от Земята.
Една от операциите преди старта е пълненето на космическия кораб и ракетата-носител с компоненти за гориво. Но зареждането с гориво може да се извърши и по време на полет [IZ 2000257]. Полетът за презареждане се състои от няколко етапа (2).
Фиг. 2
Функциите на CH могат да се изпълняват от екраноплан, който има най-висока товароносимост на единица собствено тегло от всички самолети, по-тежки от въздуха. Екранопланът може да се движи над сушата [IZ 2404090] или над повърхността на водата [IZ 2397922].
Разработчици от Съединените щати предложиха тристепенна система [IZ 2191145] със спасяването на трите етапа (3). Под крилото CH (етап I), например, самолет C-5 или An-124. друг самолет е окачен с товарно отделение, разположено на неговия "гърб", където е поставен етап III с обтекател, в който е разположена ракетата-носител. Напълно заредени самолети излитат от летище близо до екватора. SN се издига на височина и развива скорост, достатъчна за изстрелване на ПВРД етап II. Етап II се отделя и навлиза в суборбиталната траектория. При напускане на плътните слоеве на атмосферата се отделя етап III, който в апогея извежда PN в орбита. Етап II се връща сам, етап III „взема“ и се връща заедно с CH.
Фиг. 3
Ракетно-космическа система за многократна употреба [IZ 2232700] с много голям брой (до 10) едни и същи напълно обратими степени (4). Всички стъпала са разположени едно над друго с леко изместване и не се различават едно от друго, само първото стъпало има падащи крила, които са оборудвани със спасителни парашути. Излитането на космическия кораб се извършва хоризонтално от количка за многократна употреба с помощта на изхвърлени крила. PN се намира в товарното отделение на последния етап или в специална товарна капсула, прикрепена към последната степен. Само последният етап влиза в орбита и в началото двигателите на всички степени работят, докато се захранват от резервоара на първия етап. Когато горивото в резервоара на първия етап се изчерпи, този етап се отделя и горивото се изразходва от резервоара на втория етап. Падналите крила се разделят след преминаването на космическия кораб към вертикален полет и кацане, всяко на отделен парашут.
Фиг. 4
Стартът на LA (5) от специална хеликоптообразна ферма с витла, под която е окачен самолетът, позволява на самолета да се издигне на височина до границата на тропосферата [IZ 2268209]. Дизайнът използва витла с различно задвижване и различен брой лопатки. Многолопатковите витла се задвижват от високоволтови електродвигатели със скоростни кутии, докато многолопатковите витла се задвижват реактивно.
Фиг. 5

3 Контейнер
Още през 1954 г. В. Н. Челомей предлага да се изстреля самолет от тръбен контейнер, оборудван с водачи за изстрелване на самолет вътре. Контейнерът може да бъде разположен върху подводница (запечатан), надводен кораб, наземно мобилно или стационарно устройство [AC 1841043], [AC 1841044] и да се използва за изстрелване на самолет с крила, които се разгръщат или не се разгръщат по време на полет. Възможно е да се използва тръбен контейнер за изстрелване на самолети като самолети. Крилото и оперението на самолета могат да бъдат автоматично разгърнати при излизане от контейнера. Като цяло системата дава възможност за поставяне на максимален брой самолети в контейнери в дадено пространство, за извършване на възможно най-бързо изстрелване на самолета без предварително изтегляне от контейнера, без предварително отваряне на крилата и използване на допълнителни специални стартови устройства.
Ракетите носители "Рокот" и "Днепър" стартират от транспортно-пусковия контейнер.

4 Старт "Оръжие".
Комбинираното оръдие-ракета ("минохвъргачка") от транспортно-пусковия контейнер вече се използва за изстрелване на РН РС-20 "Днепър". В стартовия силоз се помещава транспортно-пусков контейнер, контейнерът съдържа самата ракета и газогенератора, който се включва преди изстрелване и улеснява изстрелването на ракетата.
В края на 90-те – началото на 2000-те, като един от обещаващите начини за изстрелване на космически кораб, т.нар. изстрелване на оръдие - изстрелване на ракета-носител (включително пилотирани летателни апарати) в околоземна орбита от електромагнитно или газодинамично оръдие. Принципът на действие на електромагнитния пистолет: върху металния самолет - вид ядро, разположено вътре в соленоидната намотка, при наличието на постоянен ток в намотката на бобината действа силата на Лоренц, изхвърляйки самолета от цевта на електромагнитния пистолет , придавайки висока скорост на самолета. След изстрела се включват двигателите на самия самолет. При излитане извън цевта на пистолета (торово оръдие), самолетът ще има скорост от около 10 km/s, но поради високата плътност на атмосферата близо до земната повърхност, след напускане на оръдието, превозното средство скоростта намалява.
За да се намалят загубите на скорост и да се намали съпротивлението на въздуха при летене в плътни слоеве на атмосферата, едновременно се създава термичен канал с помощта на лазерен лъч [IZ 2343091], [IZ 2422336] - създава се електрически пробив във въздуха (плазмен канал), след това поради поглъщане на лазерно излъчване газовете от атмосферата образуват топлинен канал с понижено налягане, през който се движи корабът.

5. Започнете от надлеза
Самолетът тръгва на талига с реактивни двигатели на специална естакада. Количката спира в края на надлеза, а самолетът се отделя от количката и стартира собствен ракетен двигател.
Особеността на изстрелването от пусковата талига на естакадата [IZ 2102292] е ледената повърхност, по която се движи самолетът върху талигата (6).
Фиг. 6
Разработчиците предлагат системи с надлез във формата на тръба, в който се движи количка със самолет [IZ 2381154].
Могат да бъдат внедрени и системи, които комбинират електромагнитен пистолет с естакада. Самолетът се ускорява вътре в тръба с намотка и се изстрелва нагоре [ОТ 2239586].

6 балон
Интересни разработки, при които самолетът е балон, пълен с водород, който се консумира от двигателите [IZ 2111147], [AC 1740251]. Този дизайн [IZ 2111147] помага да се реши проблемът с излитането на напълненото превозно средство. Аерокосмическата транспортна система се изстрелва от повърхността на Земята. Връщащото се превозно средство се повдига поради аеростатичната повдигаща сила, създадена от водорода в цилиндрите (7). В резултат на работата на двигателите самолетът на връщане се ускорява до скорост M = 2,5 - 3,0. На етапа на ускорение водородът от цилиндрите може да се използва като гориво за двигатели.
Фиг. 7

7 Морски старт
Ракетно-космическият комплекс Sea Launch е предназначен за изстрелване директно от екватора с максимално използване на ефекта от въртенето на Земята на космически кораби за различни цели в околоземни орбити, включително високи кръгови, елиптични, без ограничения на орбиталния наклон, геостационарна орбита и траектории на тръгване.
Разбира се, разгледана е само малка част от възможните варианти за изстрелване и изтегляне на самолета извън атмосферата.

Сравнение на хоризонтално и вертикално начало
Има дебат кой тип старт е по-добър - хоризонтален или вертикален?
При вертикално изстрелване е необходимо да се използват двигатели със сила на тяга, по-голяма от теглото на ракетата. Тези двигатели са по-тежки от двигателите с хоризонтален старт. При вертикално стартиране е почти невъзможно да се използва WFD. Но за вертикално изстрелване не са необходими писти, а само сравнително компактна стартова площадка. Недостатъци - гравитационни загуби и опасност от унищожаване на стартовия комплекс от отломки в случай на авария с НН няколко секунди след изстрелването.
При хоризонтален старт могат да се използват по-малко мощни двигатели, а за първия етап на полета, вместо ракетни двигатели, използвайте WFD. Вярно е, че хоризонталният старт води до загуби на енергия поради средствата за осигуряване на хоризонтален старт - крила и колесник, но тези загуби могат да бъдат сведени до минимум. С хоризонтален старт е по-лесно да се организира спасителната система на първия етап. Недостатъкът е разпределението на големи площи за пистите. Използването на стандартни летища за излитане и кацане на пистите ще помогне за решаването на този проблем. Предполага се, че рискът от разрушаване на озоновия слой на атмосферата, разположен на височини 15-35 км от работата на реактивните двигатели, ще се увеличи. При вертикално изстрелване ракетата минава през този слой за 30-40 секунди. Проблемът с опасността за околната среда може да бъде решен, например, чрез избор на специална траектория на полета: ускорение до високи скорости на височина от 12-14 km, извършване на "пързалка" с временно увеличаване на ъгъла към хоризонта до ~ 50 градуса с бърз полет през озоновия слой (разрушителен полет в слоя за 10 минути), а след това намаляване на ъгъла към хоризонта до 10-20 градуса на височина над 36 км. Този сценарий обаче може да доведе до увеличаване на аеродинамичните загуби.
Изборът на типа на стартиране се определя от конструктора. Някои конструктори са за вертикално начало, други са за хоризонтално. VM Myasishchev даде ясно предпочитание на хоризонталния старт. Така се ражда проектът на космическия кораб М-19 с ядрен двигател, чийто изстрел е трябвало да се осъществи, според Мясищев, през 1990 г. (две години след единственото изстрелване на Буран).

Етап "Влизане в атмосферата и кацане"
Основният проблем при връщането от околоземна орбита е нагряването на самолета от триене във въздуха в плътните слоеве на атмосферата. Материалите за корпуса и защитните покрития са цяла област на развитие. В същото време могат и трябва да бъдат решени следните задачи: защита срещу нагряване при взаимодействие с атмосферата по време на излитане и кацане при високи скорости и нагряване на атмосферата; излагане на слънчева радиация в космоса, висок температурен градиент от слънчевата и сенчестата страна, дългосрочни и краткосрочни топлинни ефекти на електроцентралите, както и защита срещу оръжия, включително лазерни.
Има три основни метода за охлаждане за защита на космическите кораби от термично разрушаване, всеки със своите предимства и недостатъци:
- "горещ" дизайн - охлаждането се извършва чрез излъчване;
- аблация - охлаждането се извършва чрез изпаряване на покритието, като покритието се подменя след всеки полет;
- топлоизолация с керамични плочки на дъното.
Крилатите космически кораби имат предимство при спускане в атмосферата: намаляват претоварванията и топлинното натоварване, увеличават се маневреността и точността на кацане на превозното средство, но тънкото крило е уязвимо на високи температури.
Проектирането на пилотиран космически кораб от типа "космоплан" започва през 1960 г. в ОКБ-52 (сега НПО Машиностроения). В резултат на това се появиха пилотираният ракетен самолет R-2 и RN UR-500, който по-късно стана "Протон". R-2, както всички крилати космически кораби, разработени от V.N. Chelomey, имаше сгъваеми крила, за разлика от повечето подобни проекти на други конструкторски бюра. През 60-те години на миналия век технологиите за термична защита изостават значително от изискванията за топлинно натоварени елементи. Следователно първият пилотиран космически кораб на СССР и САЩ имаше формата на сфера и обратен конус без изместване на центъра на масата.
За да се намалят нагревателните ефекти на крилата на космическите самолети, се разработват различни дизайни на самото крило.
Комбинирана термична защита [IZ 1840531] - от външната страна (8) има обшивка от кварцови плочки с външно радиационно покритие, прикрепена към захранващия блок, и в областта на отделенията, образувани от външната обвивка и захранващ пакет, капилярно-порест материал с дебелина 2-3 мм, който се овлажнява с течен хладилен агент, осигуряващ отстраняването на изпарения хладилен агент.
Фиг. 8
Още през 1976 г. НПО Енергия предлага използването на магнитно поле за защита. Температурата на въздуха в контакт с космическия кораб по време на забавяне при първата космическа скорост достига ~ 8000 ° C, настъпва йонизация на въздуха. Без наличието на външно магнитно поле йоните дифундират в областта на фюзелажа, където е по-студено, и настъпва реакция на рекомбинация, поради която се отделя топлина. Вътре в космическия кораб (9) е възможно да се инсталират мощни постоянни магнити, които създават магнитно поле [AC 1840521], което възпрепятства дифузията на йони и електрони към повърхността на фюзелажа, поради което реакциите на рекомбинация ще се случват на по-голямо разстояние от фюзелажа, нагряването на фюзелажа от топлината на тези реакции ще намалее.
Фиг. 9
Възможно е да се осъществи охлаждане чрез размразяване, когато твърд структурен елемент преминава в течно състояние и тази течност се изхвърля зад борда или в бордова магистрала [IZ 2033947]. Предимството на този дизайн е, че твърдият хладилен агент може да бъде структурен елемент, преди да се разтопи.

Входен коридор
За да се намали вероятността от загряване и унищожаване на самолета при навлизане в атмосферата, е необходимо да се познават и използват "естествени" възможности. За планети, различни от Меркурий и спътници (Титан, Енцелад, евентуално Ганимед) с атмосфера, трябва да се помни т.нар. във входния коридор - разликата във височините на перигея между допустимите гранични стойности за височини под и над планираната. По-ниска височина от планираната ще доведе до повреда или изгаряне на космическия кораб, а по-висока - до излизане на космическия кораб от границите на атмосферата. Ширината на коридора зависи от допустимите граници за топлинно натоварване и претоварвания за конкретно устройство; при параболична скорост - приблизително равна: Венера - 113 km, Земята - 105 km, Марс - 1159 km, Юпитер - 113 km,. Но дори и в коридора, разпръснатата енергия ще бъде огромна. Екстремен пример е навлизането на космическия кораб Галилео в атмосферата на Юпитер със скорост 47,5 km / s; 4 минути преди отварянето на спирачния парашут бяха разпръснати 3,8 ∙ 105 мегаджаула. Температурата на повърхността е 15000 К, 90 kg аблативен материал се изпарява (с тегло на устройството 340 kg).
Интересно предимство е схемата на апарат-диск с аблативно охладено дъно и вакуумна термозащита на кабината. При навлизане в атмосферата под ъгъл от 45 градуса, кабината на такъв апарат ще бъде в зона на почти абсолютен вакуум, което надеждно ще го предпази от нагряване при влизане.
Етап "Полет в открития космос"
В тази статия няма да разглеждаме този раздел подробно, ще изброим само част от факторите, които трябва да бъдат взети предвид при разработването и проектирането на космически кораб,,: йонизиращо лъчение, модифицирано магнитно поле, слънчева радиация (UV) , вакуум (води до бавно изпаряване на кожата на космическия кораб), опасност от метеорит, температурен градиент, космическо излъчване, космически отпадъци, пропеленти.
Освен това условията за пребиваване на борда на космическия кораб оказват значително влияние върху човек: ускорения, изкуствена атмосфера, изолация, хипокинезия, безтегловност.

Оформление и структура на космическия кораб
Проектите за космически кораби се изпълняват основно по два начина:
... Носещо тяло
... Самолет.
Разположението на носещото тяло - няма хоризонтални аеродинамични повърхности, с изключение на контролните повърхности - клапи, клапи, елеватори и др. Предполагаше се, че превозни средства с носеща каросерия (ANC) ще бъдат изстреляни в космоса с помощта на ракетата-носител. Те имат по-голяма странична маневра от балистичните превозни средства, но също така са много ограничени и също така нямат остри ръбове, изведени в потока (с изключение на килите). Въпреки това, в процеса на тестване (главно в САЩ, M2-F1, M2-F2 и други по програмите PILOT, ASV и ASE по програмите ASSET и PRIME) се оказа, че ANC имат ниско аеродинамично качество (<1 на гиперзвуке), неудовлетворительную устойчивость по крену и высокую скорость снижения, а величина бокового маневра увеличивалась не очень значительно.
Оформление на самолета. Най-често космическият кораб се изработва по безопашен дизайн с делта крило с ниско съотношение на страните. Тази схема се отличава със значително количество странична маневра, по-голяма от тази на балистичните превозни средства и превозните средства с монококов корпус. Въпреки това, аеродинамичните и термодинамичните изчисления на крилата схема са по-сложни и е необходима допълнителна термична защита на острите ръбове на крилото. Но тези недостатъци са повече от компенсирани от предимствата: възможността да се достави нещо от орбита и пълното връщане на орбиталната единица.
Всеки космически кораб за многократна употреба, за разлика от еднократната ракета-носител, носи средство за връщане от орбита или траектория на изстрелване. Едно от тези средства за връщане са аеродинамичните повърхности - корпус или крило.

1 дискета
Може да се счита за независим клас с оформление, което включва както "носещо тяло", така и "самолет".
Аерокосмическата система за многократна употреба [AC 580696] е предназначена за изстрелване на PN в еталонна околоземна орбита, както и за връщане на космически обекти от орбита към Земята с помощта на транспортен космически кораб (10). Корпусът (фюзелажът) и крилото на стъпалата и TKK представляват едно цяло тяло-крило, чийто профил е полудиск за стъпалата и диск за TKK; двете стъпки и TKK в кръга на плана или елипсата. И двата етапа и TKK са обслужвани и свързани с пасажи с възможност за преминаване от една кабина в друга.
Ориз. 10
Многократната система за излитане в космическото пространство с въздухоплавателно средство под формата на диск с капкообразен напречен профил [AC 1740251] се състои от летателен апарат с вакуумна електроцентрала (WPP), свързана към стартовия водач и аеростатични черупки, свързани към ръководство за стартиране - друга версия на "изстрелването на балон" ( единадесет).
Вятърната турбина евакуира аеростатичните черупки, за да издигне самолета до необходимата височина и да постави стартовия водач под необходимия ъгъл. Самолетът каца на летището или на водната повърхност, като запазва стабилна позиция. Аеростатичните черупки се връщат на Земята и се използват повторно.
Фиг. 11
Инженерите не се отказват от идеята за дискообразен самолет през 21-ви век. Discoplane [PM 57238] с много термоядрени ракетни двигатели по обиколка, ще може да развива скорости от 0 до 15 km/s и да транспортира товари до лунната повърхност, да извършва работа в геостационарна орбита.
Самолетът EKIP стана вдъхновение за дискообразния самолет [IZ 2396185] с дискообразен фюзелаж.

2 Поддържащо тяло
За решаване на редица космически проблеми може да се използва космически самолет [IZ 2137681] с еднокрило тяло (12), в което са разположени три свързани помежду си фюзелажи, монтирани са резервоари за гориво и няколко групи реактивни двигатели - маршеви , излитане и кацане, спирачна и газова турбина. Захранващите устройства също съдържат слънчеви панели.
Фиг. 12

3. Схема на самолета
Предложените схеми са изключително разнообразни.
Космически кораб за многократна употреба е направен като крилата „совалка“ с кухини за ракетата-носител [IZ 2111902]. Това дава възможност да се подобри управляемостта на "совалката" в стартовата секция поради елиминирането на несъответствието на тягата поради поставянето на совалката отстрани на ракетата-носител. Космическият кораб излита вертикално и след изтичане на времето за работа на НН те се отделят от "совалката". Подобна идея за сваляне на вградената ракета-носител е реализирана (или ще бъде реализирана) в ракетния самолет Lynx.
Интересно и неочаквано е предложението за използване на различни базирани космически кораби за доставяне на спътник в орбита [IZ 2120397]. Самостоятелни самолети, работещи независимо – видеоконферентна връзка, базирана на орбитална космическа станция и наземен транспортен самолет (ТС), всеки излита от своята база. В земната атмосфера скачването и размяната на товари се извършват по време на съвместен полет, откачване и връщане на всеки самолет в базата.
Двустепенният космически кораб, разработен от Н. Е. Староверов [IZ 2503592], се състои от крилати първи и втори степени и безкрилен ракетен ускорител на твърдо гориво (за еднократна употреба), разположен между тях. Първата степен и ракетният ускорител са безпилотни, втората степен е пилотирана. В началото работят двуконтурни турбореактивни двигатели. Ускорението и повдигането се извършват с последователно включване на режимите на двигателя, под различни ъгли спрямо хоризонталата.
Разбира се, особен интерес представляват едностепенните системи, способни да стартират от земната повърхност.
Разработването на едностепенни космически кораби се извършва от индийската компания Adviser, Defence Research End Dev.org – едностепенен аерокосмически самолет [PO 51288]. оборудван с два въздушно-реактивни двигателя и два течно-горивни двигателя, а всмукателят на въздуха е правоъгълен.
В САЩ SUNSTAR IM разработва персонален едностепенен "базиран в гараж" космически кораб. Предполага се, че космическият кораб ще влезе в орбитална траектория и вероятно ще се скачва с орбиталната станция. Конструктивната особеност е възможността за сгъване на крилата (13), шарнирно свързани с фюзелажа за съхранение и доставка до мястото на изстрелване и обратно.
Фиг. 13
Едно от направленията са туристическите космически кораби.
Руският авиационен консорциум разработва [PO 78697] суборбитален туристически самолет.
MAI е един от разработчиците на проекта за аерокосмическа система за научни и спортни цели. Системата включва суборбитален ракетен самолет със самолет-носител МиГ-31С, система за наземно обслужване и спортно-технически комплекс за подготовка на потенциални екипажи.
Космическият туризъм е единствената посока, в която в момента се реализират космически кораби. През 2016 г. е планиран първият полет на суборбиталния аерокосмически самолет Lynx, а от няколко години в опитна експлоатация са туристическата суборбитална капсула SpaceShipTwo и самолет-носител WhiteKnightTwo (двустепенна система). Космическият туризъм обаче е скъп. Един от ентусиастите на авиационния и космическия туризъм, Р. Брансън, се оплака, че пътуването в космоса е или астрономически скъпо: в Съветския съюз (така пише!) За полет до МКС са му поискали 30 милиона долара, или беше неудобно и опасно.
На SpaceShipTwo е инсталиран хибриден ракетен двигател с твърдо гориво и течен окислител. SpaceShipTwo е предназначен за 8 души - 2 членове на екипажа и 8 пътници. Целта на компанията е полетите да бъдат безопасни и достъпни. Самолетът носител WhiteKnightTwo е самолет с два фюзелажа, между фюзелажите е прикрепена капсула SpaceShipTwo.
Космически кораб, който може да развива скорости над 0,9 Маха и да осигурява транс- и/или свръхзвуков полет, се разработва от ASTRIUM SAS (Airbus), Франция. Самолетът е оборудван с два турбореактивни двигателя, работещи в атмосферен полет и ракетен двигател. Когато атмосферата им напусне, въздухозаборниците се затварят със специални подвижни куполообразни клапани, които повтарят формата на фюзелажа на самолета.
Суборбиталната едностепенна CS Lynx, произведена от XCOR Aerospace Incompany (САЩ), може да се използва за доставяне на туристи в космоса, провеждане на научни изследвания и изстрелване на ракета-носител с маса до 650 кг в ниска орбита с помощта на външна горна степен . Без външно отделение с горна степен, Lynx може да се използва за доставяне на няколко туриста или турист и набор от научни инструменти за изследване на космоса в космоса.
Lynx използва ракетни двигатели за многократна употреба, запалени от искри, които работят с течен кислород - течни въглеводороди (керосин, метан, етан, изопропанол).
Британската компания Bristol Spaceplanes разработва космически кораб за превоз на туристи. Ascender е суборбитален ракетен самолет, който може да достави един пилот и един пътник или един пилот и набор от научно оборудване на височина от 100 км.
Ascender е настроен да даде тласък на развитието на двустепенна система Spacebus, орбитален самолет, който може да превозва до 50 пътници и да осигури полет от Европа до Австралия за приблизително 75 минути. Тъй като в основата на проекта, когато е възможно, са стандартни елементи на авиационни и космически системи, цената на полет на Spacebus ще бъде 100 пъти по-ниска от цената на полет на совалка.
Новината през 2004 г. беше представена от ЕМЗ им. В. М. Мясищев и аерокосмическа система "Suborbital Corporation" Cosmopolis-XXI (C-XXI) - пакет от самолет-носител М-55 "Геофизика" и суборбитален ракетен самолет. Проектът не е реализиран.

Системи за задвижване на космически кораби
Колкото и добър да е дизайнът, колкото и обмислен да е планът на полета, космически кораб няма да лети никъде без двигател.
Предполагаше се, че за водещите космически сили до края на 80-те години обичайната задача ще бъде изстрелването на съвкупен полезен товар с тегло 900 - 1000 тона. NRE с газофазна сърцевина, термоядрени и импулсни термоядрени двигатели се считат за най-обещаващи двигатели.
Всяка задвижваща система (DS) трябва да включва източник на енергия, източник на работния флуид (изхвърлена маса) и самия двигател, а при някои видове двигатели източникът на енергия и работният флуид са комбинирани (химически двигатели).
Електроцентралите могат условно да бъдат разделени на три групи:
1. Автономен - източникът на енергия и работният флуид са на борда (ракетни двигатели с течно гориво и други химикали, NRE);
2. Полуавтономни - DS с външни източници на енергия: двигатели, които използват енергията на външни лазери, микровълнови генератори, Слънцето (само йонни и плазмени съществуват в метала);
3. Неавтономни двигатели, използващи атмосферата, междупланетната среда, материала на планетите и астероидите, както и слънчевия вятър (слънчево платно) като работна среда.
Двигателите се подразделят според вида на енергийните източници, първоначалното състояние на работния флуид и други характеристики.
Нито една от съществуващите WFD не може да се използва на космически кораб във всички режими на полет. Следователно самата концепция с ускорение на VRM изисква комбинирана задвижваща система с двигатели от различен тип. Борбата за скоростта на полета е преди всичко борба за увеличаване на мощността и ефективността на двигателя.
Нека разгледаме някои видове двигатели, които са обещаващи за използване в космически кораби.

Реактивен двигател с течно гориво
LRE е най-разпространеният двигател за космически кораби и ракети-носители. Характеристика на ракетния двигател е способността да работи в целия диапазон от височини. Въпреки това, ракетните двигатели консумират голямо количество гориво и окислител, а също така имат относително ниска ефективност.
Обещаващи области за развитие:
- ракетен двигател с течно гориво с регулируема площ на гърлото; специфичният импулс при намалена стойност на тяга се увеличава с 3-4%.
- LRE с променливо съотношение на горивните компоненти Km по време на работа (окислител - течен кислород, гориво - течен водород) няколко пъти (до Km = 15) по време на работа на горивната камера; двигателят се привежда в номинален режим (Km = 6) след изкачване, което осигурява висок специфичен импулс на тяга; се осигурява по-нисък разход на водород и намаляване на размера и теглото на резервоарите.

Хибридни ракетни двигатели (GRD)
Всъщност GRD са конвенционални ракетни двигатели, в които пропелентите са в различни фази, например течното гориво е твърд окислител или твърдото гориво е течен окислител. Според характеристиките на газовия двигател те заемат междинно положение между двигател с течно гориво и двигател с твърдо гориво. Предимствата на хидравличния двигател изискват контрол на подаването само на един компонент, за втория не са необходими резервоари, клапани, помпи и т.н., има възможност за управление на сцеплението и спиране, не изисква отделни охладителни системи за стените на горивната камера: изпаряващият се твърд компонент охлажда стените. Двигателят от този тип е инсталиран на SpaceShipTwo,.

Въздушно-реактивен двигател с директен поток (ramjet)
Поради относителната простота на дизайна, както и възможността за работа в широк диапазон от скорости, ramjet се разглежда в много проекти на космически кораби. В тези проекти воздушно-реактивните двигатели играят ролята на основен двигател за ускорение в атмосферата, тъй като практически нямат ограничения за максималната атмосферна скорост на полета. Ефективността и мощността на ПВРД се увеличават със скоростта и надморската височина. Един от недостатъците на воздушно-реактивните двигатели е, че за пускането им е необходимо апаратът да се ускори до скорост от около 300 km/h, а в случай на хиперзвукови воздушно-реактивни двигатели до свръхзвукови скорости, използващи двигатели от друг тип.
В ПВРД може да се използва твърдо прахово гориво, като въглища. В проекта на самолета Li P.13 на A. Lippisch беше предложено да се използва въглищен прах като основно гориво.
Най-обещаващият дизайн на ПВРД се счита за хибриден ПВРД ракетен двигател. Такъв двигател има по-висок специфичен импулс от двигател с течно гориво и по-висока тяга на 1 m2 площ на напречното сечение, а в някои случаи и по-висок специфичен импулс. RPVRD може ефективно да се използва в широк диапазон от скорости. Състои се от ракетна верига - газогенератор, който е ракетен двигател с твърдо гориво, двигател с течно гориво или газов двигател и верига с директен поток.
Използването на метали като гориво се дължи на тяхната висока активност, значително отделяне на топлина и дава възможност да се създадат принципно нови високоефективни воздушно-реактивни двигатели за управляеми ракети. Предимствата на ПВРД на прахообразно метално гориво, използвайки атмосферен въздух като окислител, са, че осигуряват високи експлоатационни характеристики, могат да се използват в широк диапазон от скорости, като същевременно са надеждни при работа и съхранение.
Една от задачите на конструирането на воздушно-реактивен двигател е да се осигури пълно изгаряне на горивото. Интересно решение предложиха служителите на Корпорация за тактическо ракетно въоръжение [IZ 2439358]. Като гориво се предлага метален прах, като алуминий или магнезий. В предкамерата се образува въздушно-прахова суспензия с излишен въздух и тази смес започва да гори. Праховите частици са напълно изгорени в форсажа. Образува се струйна струя.
КБ Химавтоматики съвместно с CIAM разработва изследователски хиперзвуков воздушно-реактивен двигател - осесиметричен хиперзвуков воздушно-реактивен двигател. GPVRD 58L с правоъгълна камера е предназначена за експериментално изследване на работните процеси при горене на водород в свръхзвуков поток. През 1998 г. успешно е проведен летен тест на двигателя, по време на който за първи път в света е постигната скорост от 6,35 Маха.
Също така бяха проведени полетни изпитания на модел осесиметричен двурежимен двигател с въртелив реактивен двигател на течен водород в диапазона на полетните числа на Мах от 3,5 до 6,5 на височина 28 km.
В същото време учените от CIAM създават нова схема на свръхзвуков пулсиращ детонационен рамджет двигател (SPDPD) със свръхзвуков поток в детонационна горивна камера и горене в пулсираща детонационна вълна. Изчисленията за SPDFD водород-въздух показаха, че при полет на височина H = 25 km, той може да работи при полетни числа на Мах m / s от 4,5 до 7,5.

Ядрено ракетен двигател (YARD)
Използването на топлинна енергия от реакции на ядрено делене на нестабилни елементи изглежда е най-обещаващата посока в развитието на топлинни ракетни двигатели.
ДВОР - ракетни двигатели, източник на енергия за които е ядрено гориво; имат по-висок специфичен импулс от най-ефективните ракетни двигатели. Но в същото време NRE имат по-голяма маса от ракетния двигател с течно гориво, тъй като са оборудвани с радиационен щит.
YARD консумира малко количество гориво за дълго време и може да работи дълго време без зареждане.
Основните класове на NRE:
- директно нагряване: работният флуид се загрява при преминаване през зоната, съдържаща делящ се материал (RD-0410);
- с междинна система за преобразуване на енергия, при която ядрената енергия първо се преобразува в електрическа енергия, а електрическата енергия се използва за нагряване или ускоряване на работния флуид, т.е. те представляват ядрен реактор и свързано с него ЕР ("ТОПАЗ 100/40").
YARD RD-0410 може да се използва за ускоряване, забавяне на космически кораби и корекция на орбитата им по време на дълбоко изследване на космоса. Този двигател е направен в затворена верига, работната течност е течен водород. Благодарение на термодинамичното съвършенство на работния флуид и високата температура на неговото нагряване в ядрен реактор (до 3000 K), двигателят има висока ефективност, специфичният импулс на тяга във вакуум е 910 kgf / kg, което е два пъти по-добро като тази на ракетните двигатели с течно гориво на базата на водородно-кислородни компоненти и 1,85 пъти по-висока от тази на водородно-флуорните ракетни двигатели. Но това също е история. KBKhA е инструктиран да разработи RD0410 и RD0411 NRD през 1965 г.
NRE са претърпели дълги години подробни изследвания: през 70-те - 90-те години в космоса са експлоатирани повече от три дузини ядрени електрически инсталации (ЯЕЦ) от три модификации, предназначени да захранват оборудването на космическия кораб на принципа на преобразуване на топлинната енергия на ядрената енергия реактор в електричество в полупроводников термоелектричен генератор.
Работата по създаването на атомна електроцентрала за космически кораби продължава от „Красная звезда“ АД, [IZ 2421836], [IZ 2507617].
Въпреки това, NRM и NPP все още не са намерили практическо приложение дори при демонстрационни полети, въпреки че продължават да се считат за обещаващи за космически полети на дълги разстояния. Имаше и съмнения дали такъв двигател е необходим и дали ще бъде разработен.
По време на работа NRM излъчва радиоактивно излъчване, поради което е необходима радиационна защита на кораба. В атмосферата е необходима пълна защита, а в космоса е доста сенчесто, когато двигателят е защитен от основния кораб със защитен щит.
Изхвърлянето на атомни електроцентрали след края на експлоатацията се извършва чрез прехвърляне в орбита, където животът на реактора е достатъчен за разпадането на продуктите на делене до безопасно ниво (най-малко 300 години). В случай на аварии с космически кораб, АЕЦ включва високоефективна допълнителна система за радиационна безопасност (ARS), която използва аеродинамично разпръскване на реактора до безопасно ниво.
Да се ​​върнем на прогнозите. През 1966 г. Y.Konechchi пише, че според най-песимистичната оценка пускането в експлоатация на ядрен реактор с газофазна активна зона ще стане 1990 г. ... Измина четвърт век.

Лазерен ракетен двигател (LRM)
Смята се, че характеристиките на LJE лежат между характеристиките на NRE и EJE.
LJE е проектиран да осигури тяга за самолет, задвижван от лазерно инициирана плазмена светкавица. От 2002 г. KBKhA в сътрудничество с I. MV Keldysh и NIINI на оптоелектронните устройства изследват проблема за създаване на LJE, който е много по-икономичен от традиционните двигатели с химическо гориво.
В проекта на друг LRD [IZ 2559030] принципът на действие е различен. С помощта на лазер в горивната камера се генерира непрекъснат оптичен разряд. Работният флуид, взаимодействайки с разрядната плазма, придобива свръхзвукова скорост.
Фотонен ракетен двигател е хипотетичен ракетен двигател, който създава тяга в резултат на насоченото изтичане на фотони от него. потокът от фотони има максимално постижима скорост - скоростта на светлината. ... Развитието на теорията за фотонните ракети има дълга история. Според Е. Зенгер фотонните ракети, пуснати в движение от реакцията на потока от фотони, изхвърлени от ракетата, ще направят възможно летенето до най-отдалечените райони на Галактиката
Може би това е въпрос на терминология. Фотонните двигатели сега понякога се наричат ​​двигатели, използващи лазер; през 1958 г. лазерите все още не са създадени. Фотонен двигател [PM RU 64298] с "конвенционален" дизайн съдържа мощен лазер като източник на фотони; отличителна черта е използването на оптичен резонатор, който прави възможно увеличаването на тягата на двигателя.
Друг фотонен двигател [IZ 2201527] се различава по това, че използва диамантен кристал и радиални огледала като резонатор. Резонаторът се използва и за увеличаване на тягата.

Електрореактивен двигател (ERE)
EJEs изхвърлят работния флуид с помощта на електромагнитно поле или нагряване на работния флуид с електричество. В повечето случаи електрическата енергия, необходима за работата на EJE, се взема от вътрешни източници на енергия (радиоизотопен термоелектричен генератор (RTG), батерии) или от Слънцето.
Основните класове електрически задвижващи двигатели, работните процеси са коренно различни:
- йонна
- двигатели с азимутален електронен дрейф
- силнотокови двигатели
- топлообменни EJEs.
В йонните EJE като работен флуид служат йони на благороден газ (в повечето проекти - ксенон), а в случай на топлообменни електрически реактивни двигатели - двойка нискотопими метали. Първото тласкащо устройство с ксенонови йони, използвано в космоса, беше тласкащото устройство RITA по време на мисията Eureca (ESA) от 1992 г.
EJE имат доста висока ефективност, достигаща 0,7. Именно EJE в комбинация с ядрен реактор бяха предложени като основни двигатели за пристигане / заминаване за полет до Марс.
Понастоящем EJE се използват в някои космически кораби като двигатели за ориентация, основни ускоряващи двигатели за междупланетни космически кораби (Deep Space 1, SMART-1), двигатели с ниска тяга за поддържане и корекции на свръхмалка орбита.
Историята на развитието на йонните двигатели датира повече от едно десетилетие. И така, един от източниците на информация за разработването на йонния двигател на фирмата "Messerschmitt - Byolkov-Blom GmbH" (Германия) [патент 682150] беше книгата на S. L. Eilenberg и A. L. Hübner, публикувана през 1961 г.

Приложения на космическия кораб
1 Военно приложение (получаване на разузнавателна информация за действията на потенциален противник, разузнаване и унищожаване на вражески космически цели и др.), за това са създадени първите космически кораби
2 Доставяне на полезен товар в космоса;
3 Доставка на товари и екипаж до орбитални станции. В момента доставката на товари до МКС може да се извършва само от превозни средства Progress (Русия), Dragon (САЩ), Cygnus (САЩ), HTV (Япония); доставка на хора - само кораби "Союз" (Русия)
4 Зареждане с гориво на междупланетни кораби
5 Изпитания на перспективни задвижващи системи с възможност за връщането им на Земята
6 Улавяне и доставяне на космически отпадъци на Земята
7 Изследване на горните слоеве на атмосферата
8 Доставка на полезен товар в орбита на изкуствен лунен спътник (ISL)
9 Проверка и поддръжка на спътници
Според съвременните оценки, възможното разпределение на задачите, изпълнявани от космическия кораб: 57% - космически туризъм; 18% - провеждане на научни изследвания; 12% - оперативно дистанционно наблюдение и мониторинг на околната среда, 8% 5% - обучение на космонавти и 5% - изпълнение на рекламни проекти.
Този списък не включваше друга обещаваща посока за космически кораби - добивът на планетарни минерали.
Както показва анализът, космическият туризъм може да стане най-търсеният в близко бъдеще.
Предпоставките за това могат да се считат за комбинация от редица обстоятелства:
- широко развита авиация и аеронавтика,
- хората са свикнали да летят,
- е натрупан значителен опит в полетите на пилотирани космически кораби,
- модерните технологии за производство на самолети гарантират техническо съвършенство и висока степен на надеждност на самолета,
- има много хора, които могат да платят за космически полет,
- в съвременния информационен поток няма достатъчно "виртуални" ресурси.
Възможни сценарии за туристически полети (през 1966 г. - фантазия или фантазия (?)):
- суборбитални полети до височина 100 км,
- орбитален, от няколко часа до няколко дни.
- орбитална - 1-2 седмици със спиране в космически хотел.
- полети до Луната с достъп до нейната орбита, кацане на повърхността и престой в хотел на повърхността с продължителност от няколко седмици до няколко месеца;
- полети до Марс и неговите спътници с влизане в орбита, кацане на повърхността и настаняване в хотел на повърхността на Марс от няколко дни до няколко седмици.
- прелитане на Юпитер, Сатурн и техните спътници с кацания на повърхността на спътниците.
За изпълнение са необходими надеждни и безопасни самолети за многократна употреба с евтин ремонт и поддръжка; структурни модули, които стават по-сложни с усвояването на нови маршрути; повишен комфорт за екипажа и пътниците; специализирана инфраструктура на учебни центрове за подготовка на полети и следполетна рехабилитация; независима инфраструктура от стартови съоръжения, площадки за кацане, управление на полета. Същите принципи важат за научни и изследователски задачи.

Заключение
Има клас проблеми, които трябва да бъдат решени. Повечето от тях могат да бъдат решени с помощта на космически кораби, по-специално, като доставка на полезен товар и екипаж до орбитални станции, изстрелване на автоматични космически кораби в орбита, връщане на остарели спътници от орбита с цел повторно използване на техните ценни компоненти, наблюдение на земната повърхност и орбитата ситуация , както и връщането от орбита на големи обекти на космически отпадъци, "доставка" на космически туристи. Развитието на космически кораб започва отново. Някои от тях вече са достигнали етапа на пробна експлоатация.

Заключение
Теоретични изчисления, изследвания, както и досега малко, но реални изстрелвания показаха възможностите на системите за многократна употреба. Настоящото състояние на технологиите, икономиката и политиката дават реален шанс за обновяване и развитие на изграждането на високоефективни аерокосмически транспортни системи и възможност в средносрочен план за реализиране на близки полети, а в дългосрочен план - дългосрочен, в т.ч. междупланетни, полети за различни цели.
Прогнозите са нещо неблагодарно. Според прогнозите вече десетилетие и половина трябва да се установим на база на Титан. Но може би през 2030 г.

Списък с източници
1 Карпова Л.И. История на авиацията и космонавтиката. Курс на лекции в MSTU. М., 2005г
2 Космическа ера. Прогнози за 2001г. Ю.Конеччи и др. / Пер. от английски В. С. Емелянова. Москва: Мир, 1970
3 пилотирана експедиция до Марс / P / r A.S. Коротеев. М .: Рос. ak-i космонавтика им. К. Е. Циолковски, 2006 г
4 Лопота В.А. Космическа мисия на поколенията на XXI век, Полет, No7, 2010г
5 космически крила. Лукашевич В., Афанасиев И., М.: LLC "LenTa Wanderings", 2009 г.
6 Феоктистов К.П., Бубнов И.Н. За космическите кораби, М .: Молодая гвардия, 1982
7 Златният век на космонавтиката: мечти и реалност. / Афанасиев И., Воронцов Д. М.: Фондация на руските рицари, 2015 г.
8 Космонавтика Малка енциклопедия. М .: „Сов. Ентс.“, 1970г
9 Боно Ф., Гатланд К. Перспективи за изследване на космоса. Лондон, 1969 г. Съкр. per. от английски М .: "Машиностр.", 1975
10 www.buran.ru
11 Башилов А.С., Осин М.И. Приложение на високите технологии в аерокосмическата техника: Уч. поз. Москва: МАТИ, 2004
12 Шибанов А. Загриженост на един космически архитект. М.: „DET. ЛИТ-РА”, 1982г
13 Славин С.Н. Тайните на военната космонавтика. М .: Вече, 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.comt
20 www.emz-m.ru
21 Авиапанорама, No5, 2013г
22 Парфенов В.А. Завръщане от космоса Научно-популярна библиотека на военно издателство. Москва: Издателство Воениздат 1961
23 www.npomash.ru
24 Сборник с доклади на учени и специалисти от АД „МИЦ“ НПО Машиностроения“ на XXXVI Академични четения по космонавтика, 2012 г.
25 Развитие на системи за космически кораби / P / r. П. Фортеск и др.; Пер. от английски Москва: Издателство Alpina, 2015
26 Акишин А.И., Новиков Л.С. Въздействието на околната среда върху материалите на космическите кораби, Москва: Знание, 1983
27 Салахутдинов Г. М. Топлинна защита в космическата техника. М .: Знание, 1982
28 Молодцов В.А. Пилотирани космически полети. 2002 г
29 ru.espacenet.com
30 www.mai.ru
31 Брансън Р. Достигнете небето. Пер. от английски М .: Alpina non fiction, 2013
32 www.virgingalactic.com
33 www.thespaceshipcompany.com
34 www.xcor.com
35 bristolspaceplanes.com
36 Соболев И. Летене по парабола, Техника-Младеж, бр., 2004
37 Дмитриев А.С., Кошелев В.А. Космически двигатели на бъдещето. М .: Знание, 1982
38 Ерохин Б.Т. Теория и проектиране на ракетни двигатели: Уч-к. SPB .: Издателство "Лан", 2015
39 www.kbkha.ru
40 Баев Л.К., Меркулов И.А. Самолет-Ракета. М .: Държава. Издателство за техническа и теоретична литература, 1956 г
41 www.ciam.ru
42 Bassard R., Delauer R. Ядрени двигатели за самолети и ракети. Съкр. per. от английски Р. Авалова и др., М .: Военно издателство, 1967
43 Веднъж завинаги ... Документи и хора за Валентин Петрович Глушко, М .: Машиностр., 1998
44 www.redstaratom.ru
45 КОНСТРУКЦИОННО БЮРО ПО ХЕМАВТОМАТИКА (брошура). Воронеж, 2010 г
46 Zenger E. За механиката на фотонните ракети. Пер. с него. В. М. Пацкевич; п / р И. М. Халатников. М .: Издателство на чуждестранни. литература, 1958г
47 Електрически ракетни двигатели на космически кораби / С. Д. Гришин, Л. В. Лесков. М .: Машиностр., 1989
48 Aerospace Review Nos. 3,4,5, 2005
49 Девет месеца на МКС: доклад от орбита. Наука и живот, No1, 2016, с. 39
50 Данилов С. Пространство в сблъсъци, илюзии и запушвания, Техника на младостта, No1, 2016г.

Съвременните технологии и открития извеждат изследването на космоса на съвсем различно ниво, но междузвездното пътуване все още е мечта. Но толкова ли е нереално и недостижимо? Какво можем да направим сега и какво да очакваме в близко бъдеще?

11.10.2011 г., вт, 17:27 ч., московско време

С телескопа Кеплер астрономите откриха 54 потенциално обитаеми екзопланети. Тези далечни светове са в обитаемата зона, т.е. на определено разстояние от централната звезда, което прави възможно поддържането на течна вода на повърхността на планетата.

Отговорът на основния въпрос, сами ли сме във Вселената, обаче е труден за получаване - поради огромното разстояние, разделящо Слънчевата система и най-близките ни съседи. Например, "обещаващата" планета Gliese 581g е на 20 светлинни години - достатъчно близо в космически планове, но твърде далеч за земните инструменти.

Изобилието от екзопланети в радиус от 100 или по-малко светлинни години от Земята и огромният научен и дори цивилизационен интерес, който те представляват за човечеството, ни карат да погледнем нов поглед върху досегашната фантастична идея за междузвездно пътуване.

Най-близките звезди до нашата слънчева система

Да летиш до други звезди, разбира се, е въпрос на технология. Освен това има няколко възможности за постигане на толкова далечна цел, а изборът в полза на един или друг метод все още не е направен.

Направете път за дронове

Човечеството вече е изпратило междузвездни превозни средства в космоса: сондите Pioneer и Voyager. В момента те са напуснали пределите на Слънчевата система, но скоростта им не позволява да говорим за бързо постигане на целта. И така, Вояджър 1, движейки се със скорост от около 17 km / s, дори до най-близката звезда Проксима Кентавър (4,2 светлинни години) ще лети невероятно дълго време - 17 хиляди години.

Очевидно със съвременните ракетни двигатели няма да стигнем до никъде извън Слънчевата система: за транспортиране на 1 кг товар, дори до близкия Проксима Кентавър, са необходими десетки хиляди тона гориво. В същото време, с увеличаване на масата на кораба, необходимото количество гориво се увеличава и е необходимо допълнително гориво за транспортирането му. Омагьосаният кръг, който слага край на резервоарите с химическо гориво – изграждането на космически кораб с милиарди тонове е абсолютно невероятно начинание. Простите изчисления, използващи формулата на Циолковски, показват, че ускоряването на космически кораб, задвижван с химическо гориво до около 10% от скоростта на светлината, ще изисква повече гориво, отколкото е налично в известната вселена.

Реакцията на термоядрен синтез произвежда енергия на единица маса средно милион пъти повече от химическите горивни процеси. Ето защо през 70-те години НАСА обърна внимание на възможността за използване на термоядрени ракетни двигатели. Проектът за безпилотен космически кораб Дедал включваше създаването на двигател, в който малки пелети от термоядрено гориво ще се подават в горивна камера и се запалват от електронни лъчи. Продуктите на термоядрена реакция се изхвърлят от дюзата на двигателя и ускоряват кораба.

Космически кораб Дедал срещу Емпайър Стейт Билдинг

Дедал трябваше да вземе на борда си 50 хиляди тона горивни пелети с диаметър 40 и 20 мм. Гранулите се състоят от ядро ​​с деутерий и тритий и обвивка от хелий-3. Последният съставлява само 10-15% от масата на горивната пелета, но всъщност е горивото. Хелий-3 е в изобилие на Луната, а деутерият се използва широко в ядрената индустрия. Деутериевата сърцевина действа като детонатор за запалване на реакцията на синтез и провокира мощна реакция с освобождаването на струйна плазмена струя, която се контролира от мощно магнитно поле. Основната молибденова горивна камера на двигателя Дедал трябваше да тежи повече от 218 тона, камерата на втория етап - 25 тона. Магнитните свръхпроводящи намотки също отговарят на огромен реактор: първият тежи 124,7 тона, а вторият - 43,6 тона За сравнение: сухата маса на совалката е по-малко от 100 тона.

Полетът на Дедал беше планиран на два етапа: двигателят на първия етап трябваше да работи повече от 2 години и да изгори 16 милиарда горивни пелети. След отделянето на първия етап, двигателят на втория етап работи почти две години. Така за 3,81 години непрекъснато ускорение Дедал ще достигне максимална скорост от 12,2% от скоростта на светлината. Такъв кораб ще измине разстоянието до звездата на Барнард (5,96 светлинни години) за 50 години и ще може, летейки през далечна звездна система, да предава резултатите от наблюденията си по радиовръзка на Земята. Така цялата мисия ще отнеме около 56 години.

Станфордският Тор е колосална структура с цели градове вътре в ръба

Въпреки големите трудности при осигуряването на надеждността на многобройните системи на Дедал и огромната му цена, този проект се изпълнява на съвременно ниво на технологии. Освен това през 2009 г. екип от ентусиасти възобнови работата по проекта за термоядрен кораб. В момента проектът "Икар" включва 20 научни теми за теоретичната разработка на системи и материали за междузвезден кораб.

По този начин вече са възможни безпилотни междузвездни полети на разстояние до 10 светлинни години, което ще отнеме около 100 години полет плюс времето за пътуване на радиосигнала обратно до Земята. Този радиус включва звездните системи Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 и 248, CN Leo, WISE 1541-2250. Както можете да видите, близо до Земята има достатъчно обекти за изследване с помощта на безпилотни мисии. Но какво ще стане, ако роботите намерят нещо наистина необичайно и уникално, като например сложна биосфера? Ще може ли експедиция с участието на хора да отиде до далечни планети?

Полет на живота

Ако можем да започнем изграждането на безпилотен космически кораб още днес, то с пилотиран космически кораб ситуацията е по-сложна. На първо място, въпросът за полетното време е остър. Вземете същата звезда на Барнард. Астронавтите ще трябва да бъдат подготвени за пилотиран полет от училище, тъй като дори изстрелването от Земята да се състои на тяхната 20-та годишнина, космическият кораб ще достигне целта на полета до 70-ата или дори 100-та годишнина (като се вземе предвид необходимостта от спиране, което не изисква безпилотен полет) ... Подборът на екипаж в юношеството е изпълнен с психологическа несъвместимост и междуличностни конфликти, а 100-годишна възраст не дава надежда за ползотворна работа на повърхността на планетата и за завръщане у дома.

Има ли смисъл обаче да се връщаме? Многобройни проучвания на НАСА водят до разочароващо заключение: дългият престой в нулева гравитация необратимо ще унищожи здравето на астронавтите. Например, работата на професор по биология Робърт Фитс с космонавтите на МКС показва, че дори въпреки активните физически упражнения на борда на космическия кораб, след тригодишна мисия до Марс, големите мускули, като мускулите на прасеца, ще станат с 50% по-слаби. По подобен начин намалява костната минерална плътност. В резултат на това способността за работа и оцеляване в екстремни ситуации намалява значително, а периодът на адаптация към нормалната гравитация ще бъде най-малко една година. Полетът в нулева гравитация в продължение на десетилетия ще постави под въпрос самия живот на астронавтите. Може би човешкото тяло ще може да се възстанови, например, в процеса на спиране с постепенно нарастваща гравитация. Рискът от смърт обаче все още е твърде висок и изисква радикално решение.

Проблемът с радиацията също остава труден. Дори близо до Земята (на борда на МКС) астронавтите са не повече от шест месеца поради опасност от излагане на радиация. Междупланетният кораб ще трябва да бъде оборудван с тежка защита, но дори и така остава въпросът за ефекта на радиацията върху човешкото тяло. По-специално, за риска от онкологични заболявания, чието развитие при нулева гравитация практически не е проучено. По-рано тази година ученият Красимир Иванов от Германския аерокосмически център в Кьолн публикува резултатите от интересно изследване на поведението на меланомните клетки (най-опасната форма на рак на кожата) при нулева гравитация. В сравнение с раковите клетки, отглеждани при нормална гравитация, клетките, които са прекарали 6 и 24 часа в нулева гравитация, са по-малко податливи на метастази. Това изглежда е добра новина, но само на пръв поглед. Факт е, че такъв "космически" рак е способен да бъде в покой в ​​продължение на десетилетия и да се разпространи неочаквано в голям мащаб, когато имунната система е нарушена. Освен това изследването ясно показва, че все още знаем малко за реакцията на човешкото тяло при дълъг престой в космоса. Днес астронавтите, здрави и силни хора, прекарват твърде малко време там, за да пренесат опита си в дълъг междузвезден полет.

Проектът Биосфера-2 започна с красива, внимателно подбрана и здравословна екосистема ...

За съжаление решаването на проблема с нулевата гравитация на междузвезден космически кораб не е толкова лесно. Възможността за създаване на изкуствена гравитация чрез въртене на наличното за нас жилище има редица трудности. За да се създаде земна гравитация, дори колело с диаметър 200 m трябва да се върти със скорост от 3 оборота в минута. При такова бързо въртене силата на Кариолис ще създаде натоварвания, които са напълно непоносими за вестибуларния апарат на човека, причинявайки гадене и остри пристъпи на морска болест. Единственото решение на този проблем е Станфорд Тор, разработен от учени от Станфордския университет през 1975 г. Това е огромен пръстен с диаметър 1,8 км, в който могат да живеят 10 хиляди астронавти. Благодарение на размера си осигурява гравитация на ниво 0,9-1,0 g и доста удобен живот за хората. Въпреки това, дори при скорости на въртене, по-ниски от един об/мин, хората пак ще изпитват лек, но осезаем дискомфорт. Освен това, ако се изгради такова гигантско жилищно отделение, дори малки промени в разпределението на тежестта на тора ще повлияят на скоростта на въртене и ще причинят вибрации на цялата конструкция.

... но завърши с екологична катастрофа

Във всеки случай кораб за 10 хиляди души е съмнителна идея. За да създадете надеждна екосистема за такъв брой хора, имате нужда от огромен брой растения, 60 хиляди пилета, 30 хиляди зайци и стадо едър рогат добитък. Само това може да осигури диета от 2400 калории на ден. Въпреки това, всички експерименти за създаване на такива затворени екосистеми неизменно завършват с провал. Така в хода на най-големия експеримент "Биосфера-2" на Space Biosphere Ventures беше изградена мрежа от запечатани сгради с обща площ от 1,5 хектара с 3 хиляди вида растения и животни. Цялата екосистема трябваше да се превърне в самоподдържаща се малка „планета“, в която живеят 8 души. Експериментът продължи 2 години, но след няколко седмици започнаха сериозни проблеми: микроорганизмите и насекомите започнаха да се размножават неконтролируемо, консумирайки твърде много кислород и растения, а също така се оказа, че без вятър растенията стават твърде крехки. В резултат на местна екологична катастрофа хората започнаха да губят тегло, количеството кислород падна от 21% на 15%, а учените трябваше да нарушат условията на експеримента и да снабдят осемте "космонавти" с кислород и храна.

Така създаването на сложни екосистеми изглежда е погрешен и опасен начин за снабдяване на екипажа на междузвезден кораб с кислород и храна. За да разрешите този проблем, ще ви трябват специално създадени организми с променени гени, които могат да се хранят със светлина, отпадъци и прости вещества. Например, големите съвременни заводи за производство на хлорела водорасли могат да произвеждат до 40 тона суспензия на ден. Един напълно автономен биореактор с тегло няколко тона може да произвежда до 300 литра суспензия от хлорела на ден, което е достатъчно, за да изхрани екипаж от няколко десетки души. Генетично модифицираната хлорела може не само да задоволи нуждите на екипажа от хранителни вещества, но и да рециклира отпадъци, включително въглероден диоксид. Днес процесът на генно инженерство за микроводораслите е станал нещо обичайно и има множество проекти, разработени за пречистване на отпадъчни води, производство на биогорива и др.

Замръзнала мечта

Почти всички горепосочени проблеми на пилотиран междузвезден полет могат да бъдат решени с една много обещаваща технология - спряна анимация или както още я наричат ​​криостаза. Анабиозата е забавяне на човешките жизнени процеси поне няколко пъти. Ако е възможно да се потопи човек в такава изкуствена летаргия, която забавя метаболизма с 10 пъти, тогава при 100-годишен полет той ще остарее насън само с 10 години. Това улеснява решаването на проблемите с храненето, снабдяването с кислород, психичните разстройства и разрушаването на тялото в резултат на безтегловност. Освен това е по-лесно да се защити отделението с анабиотични камери от микрометеорити и радиация, отколкото обитаема зона с голям обем.

За съжаление забавянето на процесите на човешкия живот е изключително трудна задача. Но в природата има организми, които могат да спят зимен сън и да удължат живота си стотици пъти. Например, малък гущер, наречен сибирски саламандър, е способен да зимува в трудни времена и да оцелява в продължение на десетилетия, дори да бъде замръзнал в блок лед с температура минус 35-40 ° C. Има случаи, когато саламандри прекарват около 100 години в хибернация и сякаш нищо не се е случило, се размразяват и бягат от изненаданите изследователи. Освен това обичайната "непрекъсната" продължителност на живота на гущера не надвишава 13 години. Удивителната способност на саламандъра се дължи на факта, че черният му дроб синтезира голямо количество глицерин, почти 40% от телесното му тегло, който предпазва клетките от ниски температури.

Биореактор за отглеждане на генетично модифицирани микроводорасли и други микроорганизми може да реши проблема с храненето и рециклирането на отпадъци

Основната пречка пред потапянето на човек в криостаза е водата, от която се състои 70% от тялото ни. При замразяване се превръща в ледени кристали, увеличавайки обема си с 10%, което разкъсва клетъчната мембрана. Освен това, докато замръзва, веществата, разтворени вътре в клетката, мигрират в останалата вода, нарушавайки вътреклетъчните йонообменни процеси, както и организацията на протеини и други междуклетъчни структури. Като цяло разрушаването на клетките по време на замразяване прави невъзможно връщането на човек към живот.

Въпреки това, има обещаващ начин за решаване на този проблем - клатратни хидрати. Те са открити през далечната 1810 г., когато британският учен сър Хъмфри Дейви инжектира хлор във водата под високо налягане и става свидетел на образуването на твърди структури. Това бяха клатратни хидрати - една от формите на воден лед, в която е включен външен газ. За разлика от ледените кристали, клатратните решетки са по-малко твърди, нямат остри ръбове, но имат кухини, в които вътреклетъчните вещества могат да се „скрият“. Технологията на клатратната суспендирана анимация би била проста: инертен газ, като ксенон или аргон, температурата е малко под нулата и клетъчният метаболизъм започва постепенно да се забавя, докато човек навлезе в криостаза. За съжаление, образуването на клатратни хидрати изисква високо налягане (около 8 атмосфери) и много висока концентрация на газ, разтворен във вода. Как да се създадат такива условия в жив организъм, все още не е известно, въпреки че има някои успехи в тази област. По този начин клатратите са в състояние да предпазят тъканите на сърдечния мускул от разрушаване на митохондриите дори при криогенни температури (под 100 градуса по Целзий), както и да предотвратят увреждане на клетъчните мембрани. Експериментите с клатратна анабиоза върху хора все още не се обсъждат, тъй като търговското търсене на технологии за криостаза е малко и изследванията по тази тема се извършват предимно от малки компании, предлагащи услуги за замразяване на телата на мъртвите.

Летене на водород

През 1960 г. физикът Робърт Басард предлага оригиналната концепция за термоядрено реактивен двигател, който решава много от проблемите на междузвездното пътуване. Изводът е да се използва водород и междузвезден прах, присъстващ в космическото пространство. Космически кораб с такъв двигател първо ускорява със собственото си гориво, а след това разгръща огромна фуния от магнитно поле с диаметър хиляди километри, която улавя водород от космоса. Този водород се използва като неизчерпаем източник на гориво за термоядрен ракетен двигател.

Двигателят на Bassard предлага огромни предимства. На първо място, благодарение на „безплатното“ гориво, е възможно да се движите с постоянно ускорение от 1 g, което означава, че всички проблеми, свързани с безтегловността, изчезват. В допълнение, двигателят ви позволява да ускорите до огромна скорост - 50% от скоростта на светлината и дори повече. Теоретично, движейки се с ускорение от 1 g, кораб с двигател Bassard може да измине разстояние от 10 светлинни години за около 12 земни години, а за екипажа, поради релативистични ефекти, това би отнело само 5 години корабно време.

За съжаление, по пътя към създаването на кораб с двигател Bassard има редица сериозни проблеми, които не могат да бъдат решени при сегашното ниво на технологиите. На първо място е необходимо да се създаде гигантски и надежден капан за водород, генериращ магнитни полета с огромна сила. В същото време трябва да осигури минимални загуби и ефективно транспортиране на водорода до термоядрен реактор. Самият процес на термоядрена реакция на превръщането на четири водородни атома в хелиев атом, предложен от Басар, повдига много въпроси. Факт е, че тази най-проста реакция е трудна за изпълнение в еднократен реактор, тъй като протича твърде бавно и по принцип е възможна само вътре в звездите.

Напредъкът в изследването на термоядрен синтез обаче дава надежда, че проблемът може да бъде решен, например, като се използват „екзотични“ изотопи и антиматерия като катализатор на реакцията.

Сибирските саламандри могат да преминат в спряна анимация в продължение на десетилетия

Засега изследванията на двигателя на Bassard са чисто теоретични. Необходими са изчисления, базирани на реални технологии. На първо място е необходимо да се разработи двигател, способен да произвежда енергия, достатъчна за захранване на магнитния капан и поддържане на термоядрена реакция, производство на антиматерия и преодоляване на съпротивлението на междузвездната среда, което ще забави огромното електромагнитно "платно".

Антиматерията да помогне

Може да звучи странно, но днес човечеството е по-близо до създаването на двигател, задвижван от антиматерия, отколкото до интуитивния и привидно прост рамджет двигател Bassard.

Реактор за синтез, базиран на деутерий и тритий, може да генерира 6x1011 джаула на грам водород - изглежда впечатляващо, особено като се има предвид, че е 10 милиона пъти по-ефективен от химическите ракети. Реакцията на материя и антиматерия произвежда приблизително два порядъка повече енергия. Когато става въпрос за унищожение, изчисленията на учения Марк Милис и плодът от неговия 27-годишен труд не изглеждат толкова депресиращи: Милис изчисли енергийните разходи за изстрелване на космически кораб към Алфа Кентавър и установи, че те ще възлизат на 10 18 J , т.е почти годишно потребление на електроенергия от цялото човечество. Но това е само един килограм антиматерия.

Сондата Hbar Technologies ще има тънко платно от въглеродни влакна, покрито с уран 238. Когато удари платното, антиводородът ще унищожи и ще създаде реактивна тяга.

В резултат на унищожаването на водород и антиводород се образува мощен поток от фотони, чиято скорост на изтичане достига максимума за ракетен двигател, т.е. скоростта на светлината. Това е идеалният показател за постигане на много високи скорости, близки до светлината, за космически кораб, задвижван от фотони. За съжаление е много трудно да се използва антиматерията като ракетно гориво, тъй като по време на унищожение има изблици на мощно гама-лъчение, което ще убие астронавтите. Освен това досега няма технологии за съхранение на големи количества антиматерия, а самият факт на натрупване на тонове антиматерия, дори в космоса далеч от Земята, е сериозна заплаха, тъй като унищожаването дори на един килограм антиматерия е еквивалентно до ядрена експлозия с мощност 43 мегатона (експлозия с такава сила може да обърне една трета от територията на Съединените щати). Цената на антиматерията е друг фактор, усложняващ междузвездния полет, задвижван от фотони. Съвременните технологии за производство на антиматерия позволяват да се произведе един грам антиводород на цена от десетки трилиони долари.

Големите проекти в изучаването на антиматерията обаче дават плодове. В момента са създадени специални съоръжения за съхранение на позитрони, „магнитни бутилки“, които представляват охлаждани с течен хелий контейнери със стени от магнитни полета. През юни тази година учени от ЦЕРН успяха да съхранят антиводородни атоми за 2000 секунди. В Калифорнийския университет (САЩ) се изгражда най-голямото в света съоръжение за съхранение на антиматерия, в което могат да се съхраняват повече от трилион позитрони. Една от целите на учените от Калифорнийския университет е да създадат преносими контейнери за антиматерия, които могат да се използват за научни цели далеч от големи ускорители. Проектът е подкрепен от Пентагона, който се интересува от военни приложения на антиматерия, така че най-големият набор от магнитни бутилки в света едва ли ще бъде недостатъчно финансиран.

Съвременните ускорители ще могат да произвеждат един грам антиводород за няколкостотин години. Това е много дълго време, така че единственият изход е да се разработи нова технология за производство на антиматерия или да се обединят усилията на всички страни на нашата планета. Но дори и в този случай със съвременните технологии няма какво да мечтаем за производство на десетки тонове антиматерия за междузвезден пилотиран полет.

Не всичко обаче е толкова тъжно. Експертите на НАСА са разработили няколко проекта за космически кораби, които могат да отидат в дълбокия космос само с един микрограм антиматерия. НАСА вярва, че подобряването на оборудването ще направи възможно производството на антипротони на цена от около 5 милиарда долара за грам.

Американската компания Hbar Technologies, с подкрепата на НАСА, разработва концепция за безпилотни сонди, задвижвани от антиводороден двигател. Първата цел на този проект е да се създаде безпилотен космически кораб, който да лети до пояса на Кайпер в покрайнините на Слънчевата система за по-малко от 10 години. Днес е невъзможно да се достигнат такива отдалечени точки за 5-7 години, по-специално сондата на НАСА New Horizons ще прелети през пояса на Кайпер 15 години след изстрелването.

Сонда, покриваща разстояние от 250 AU. след 10 години той ще бъде много малък, с полезен товар от само 10 mg, но ще има нужда и от малко антиводород - 30 mg. Tevatron ще произведе това количество след няколко десетилетия и учените биха могли да тестват концепцията за нов двигател по време на истинска космическа мисия.

Предварителните изчисления показват също, че е възможно да се изпрати малка сонда до Алфа Кентавър по подобен начин. С един грам антиводород той ще отлети до далечна звезда след 40 години.

Може да изглежда, че всичко по-горе е фантазия и няма нищо общо с близкото бъдеще. За щастие това не е така. Докато общественото внимание е приковано към световни кризи, провали на поп звезди и други актуални събития, епохалните инициативи остават в сянка. Космическата агенция НАСА стартира амбициозния проект 100 Year Starship, който включва поетапно и дългосрочно създаване на научна и технологична основа за междупланетни и междузвездни полети. Тази програма е без аналог в историята на човечеството и трябва да привлече учени, инженери и ентусиасти от други професии от цял ​​свят. От 30 септември до 2 октомври 2011 г. в Орландо, Флорида ще се проведе симпозиум, на който ще бъдат обсъдени различни технологии за космически полети. Въз основа на резултатите от подобни събития специалистите на НАСА ще разработят бизнес план в помощ на определени индустрии и компании, които разработват технологии, които все още липсват, но необходими за бъдещи междузвездни пътувания. Ако амбициозната програма на НАСА се увенчае с успех, след 100 години човечеството ще може да построи междузвезден кораб и ние ще се движим в Слънчевата система със същата лекота, с която летим от континента до континента днес.

Михаил Левкевич

Печат

За 10 години нашата индустрия се трансформира, каза Денис Мюленберг, главен изпълнителен директор, президент и председател на Boeing Corporation. Той прогнозира производството на ракети, нискоорбитални космически кораби и увеличаване на броя на конвенционалните пътнически самолети, но каквито и да са те, Боинг ще ги произвежда.

Говорейки на срещата на върха на GeekWire, Мюленберг каза, че в бъдеще няма да има ясно разграничение между въздушния и космическия транспорт, а напротив, ще има интегриране на тези видове транспорт, което ще включва лични въздушни таксита, традиционни самолети, свръхзвукови транспортни и търговски космически кораби.

„В течение на едно десетилетие ще видите, че пътуването в космоса на LEO става много по-често срещано, отколкото е днес. Космическият туризъм, фабриките в космоса... това са компонентите на екосистемата, която се заражда днес, и ние ще участваме активно в създаването на транспортни системи за осигуряване на достъп до тези обекти."

Участието на Boeing в това интегрирано бъдеще е съсредоточено около космическия кораб CST-100 Starliner, който компанията възнамерява да възложи на превоз на астронавти през следващата година. „Може да се счита, че това ще бъде първото ни от поредица от тези, които в бъдеще ще формират портфолио от търговски космически устройства, произведени заедно с нашите търговски самолети“, добави Мюленберг.

Ако това е планът, започването не е било лесно. Последните тестове на една от системите Starliner бяха неуспешни, след което Boeing отложи следващите тестове от август за края на тази година или началото на следващата. Като се има предвид неотдавнашната катастрофа на ракетата-носител "Союз", разработчиците на космически транспорт като Boeing и SpaceX ще имат повече надежда за производство на функционално ефективни и безопасни превозни средства, които да обслужват Международната космическа станция (МКС).

Възможно е насищането на въздушното пространство със самолети да се увеличи и тогава ще са необходими по-модерни средства за управление на въздушното движение. Boeing вече си сътрудничи с НАСА и други по проект на стойност 35 милиарда долара за създаване на такава система от следващо поколение за въздушното пространство на САЩ; тази система трябва да бъде готова до 2030 г.

Ако Boeing ще се превърне в основен играч в аерокосмическата индустрия, компанията трябва да реши проблемите с настоящите си продукти. Например това лято имаше проблем с доставката на големи количества Boeing 737, които не можеха да бъдат изпратени до клиентите поради липса на двигатели. Това обаче не се отрази на финансовите резултати на Boeing, които изглеждаха добре през второто тримесечие.

Водещ в аерокосмическата индустрия, Boeing е изправен пред значителна конкуренция от Airbus (във въздуха) и SpaceX (в космоса). Това не пречи на Мюленберг да мечтае за космически транспорт: той многократно повтаряше, че първите хора, които кацнат на Марс, ще го направят с помощта на ракета, построена от Боинг.

уебсайт: В края на тази публикация има връзка към статия за успеха на аерокосмическия сектор през второто тримесечие на 2018 г. Като цяло, в сравнение с миналата година през това тримесечие, секторът увеличи приходите със 7,6%: включително: Lockheed Martin - $13,4 милиарда, плюс 23,5%, Airbus - $17,16, плюс 8% (благодарение на успеха на A320 neo), $24,26, плюс 6% ... Наред с докладите за успех, той отбелязва, че компаниите от индустрията изразяват загриженост относно развиващите се търговски войни, към които аерокосмическият сектор е особено чувствителен поради глобалния характер на веригите за доставки на индустрията.

Офисът на Boeing в Чикаго (снимка от уебсайта на компанията)

Отдавна сме свикнали с наличието на спирки на градския транспорт недалеч от дома, с ежедневното заминаване на десетки влакове от най-близката гара и полети от летищата. Спрете градския транспорт - и светът, с който сме свикнали, просто ще рухне! Но, свиквайки с удобството, започваме да изискваме още повече! Какво развитие ни очаква?

Магистрала - тръби

Зловещият трафик е един от водещите проблеми във всички столични райони. Те често са причинени не само от лоша организация на транспортните възли и магистрали, но и от метеорологичните условия. Защо да отидете далеч: руските снеговалежи често водят до срутване на пътища.

Едно от най-ефективните решения е да се скрие по-голямата част от транспортните потоци под земята. Броят и размерът на автомобилните тунели само нарастват през годините. Но те са скъпи и ограничени в развитието си от ландшафта. Тези проблеми могат да бъдат решени чрез смяна на тунелите с тръби!

Хенри Лю, американски инженер и строител, вече е предложил своя проект за тръбопровод за транспортиране. Ще може да превозва големи товарни контейнери, задвижвани от електричество. Счита се за неговия проект за използване в Ню Йорк, известен с огромните си задръствания. Само в този град пренасочването на товарния трафик към тръби ще намали трафика на превозни средства с десетки милиарди мили само за една година. В резултат на това екологичната ситуация ще се подобри, натоварването на магистралите на метрополиса ще намалее. Не трябва да се забравя за безопасността и навременността на доставката на товара.

В такива тръбопроводи също е възможно транспортиране на хора. Подобна система за пътнически транспорт беше предложена от Илон Мъск, американски милионер. "Hyperloop" на маската ще включва система от тръбопроводи, разположени върху надлези, чийто диаметър ще надвишава няколко метра. Предвижда се да се поддържа ниско налягане в тях. Предвижда се капсулите в тръбите да се издигат точно над дъното благодарение на изпомпвания там въздух. Скоростта на капсулите, благодарение на електромагнитен импулс, може да достигне шестстотин километра за половин час.

Полети с влак

Влаковете ще се развиват, стават по-просторни и бързи. Вече обсъждат един невероятен по мащаби проект на магистрала от Лондон до Пекин, изготвен от китайците. Те искат да построят супервисокоскоростен път с дължина от осем до девет хиляди километра до 2020 г.

Влаковете ще преминават под Ламанша, след това през Европа, Русия, Астана, Далечния изток и Хабаровск. От там, последният трансфер до Пекин. Цялото пътуване ще отнеме няколко дни, ограничението на скоростта е 320 км / ч. Имайте предвид, че руският "Сапсан" ускорява само до 250 км/ч.

Но тази скорост не е границата! Влакът Maglev, кръстен на фразата Magnetic Levitation, лесно достига скорост от 581 km / h. Поддържан от магнитно поле във въздуха, той лети над релсите, вместо да се вози по тях. В момента тези влакове са рядка екзотика. Но в бъдеще тази технология може да бъде разработена.

Кола под вода: нереалистично, но съществува!

Очаква се революцията и във водния транспорт. Експерти проучват проекти на подводни високоскоростни превозни средства, както и на подводни мотоциклети. Какво да кажем за отделните подводници!

Проект, организиран в Швейцария, наречен sQuba, беше създаден, за да се разработи оригинален автомобил, който може да влезе във водата веднага от пистата и, движейки се по вълните, дори да се гмурка в тях! След това колата може лесно да се върне на земята, като продължи да се движи по пътя.

Дизайнерите на новостта са вдъхновени от един от филмите за Джеймс Бонд. Истински подводен автомобил, изложен на автомобилното изложение в Женева под формата на открит спортен автомобил. Този модел е много лек и позволява на екипажа да напусне автомобила в случай на опасност.

Движението под вода се осигурява от чифт винтове, разположени под задната броня, както и чифт въртящи се водни оръдия близо до арките на предните колела. Всичко това работи с помощта на електрически двигатели. Разбира се, ще трябва да добавите водоустойчива качулка към модела, за да не се намокрят водачът и пътниците.

Готови ли сте да отидете в космоса?

Авиацията, в крак с други видове транспорт, се развива активно. След като изостави свръхзвуковите самолети като Concorde, тя реши да отиде в открития космос. Британски дизайнери работят върху космически кораб, или иначе казано – орбитален самолет, наречен „Скайлон”.

Той ще може да се изкачва от летището на хибриден двигател и да достига хиперзвукова скорост, превишава скоростта на звука с повече от пет пъти. След като достигне височина от 26 километра, той ще премине към доставка на кислород от собствените си резервоари и след това ще излезе в космоса. Кацането е като кацане на самолет. Тоест няма външни усилватели, бустерни степени или резервоари за реактивно гориво. Трябват ви само няколко двигателя за целия полет.

Те все още работят върху безпилотната версия на Skylon. Такъв космически носител ще може да изведе в орбита 12 тона товар. Имайте предвид, че руската ракета "Союз" може да издържи само седем тона. Възможно е да се използва космически кораб, за разлика от ракета, много пъти. В резултат на това цената на доставките ще намалее 15 пъти.

Успоредно с това дизайнерите мислят за пилотираната версия. Чрез промяна на дизайна на товарното отделение, създаване на системи за сигурност и изработка на прозорци, могат да бъдат транспортирани триста пътници. За четири часа те ще обиколят цялата планета! Експерименталният модел ще бъде пуснат на пазара през 2019 г.

Изненадващо футуролозите описаха всички видове транспорт, които изброихме в зората на ХХ век. Те се надяваха, че изпълнението им не е далеч. Сгрешиха с времето, докато всичко е на етап разработка. Но имаме страхотна възможност - да станем в бъдеще пътник на едно от гореспоменатите чудеса на технологиите.