Qual è il futuro del trasporto aerospaziale. Il viaggio interstellare non è fantascienza

Siamo da tempo abituati alla presenza delle fermate trasporto pubblico poco distante da casa, alle partenze giornaliere dalla stazione più vicina di decine di treni, alle partenze dagli aeroporti. Sparisci il trasporto pubblico - e il mondo a noi familiare semplicemente crollerà! Ma, abituandoci alla comodità, iniziamo a chiedere ancora di più! Quale sviluppo ci aspetta?

Autostrada - tubi

Il traffico terribile è uno dei problemi principali di tutte le aree metropolitane. La ragione di questi spesso non è solo la scarsa organizzazione degli svincoli di trasporto e delle autostrade, ma anche le condizioni meteorologiche. Perché andare lontano: le nevicate russe spesso portano a crolli stradali.

Una delle soluzioni più efficaci è nascondere la maggior parte dei flussi di traffico nel sottosuolo. Il numero e la dimensione delle gallerie stradali è solo cresciuto nel corso degli anni. Ma sono costosi e limitati nello sviluppo del paesaggio. Questi problemi possono essere risolti sostituendo i tunnel con dei tubi!

Henry Lew, ingegnere e costruttore americano, ha già proposto lo sviluppo di un gasdotto per il trasporto. Sarà possibile inviare grandi container azionati da energia elettrica. Considerato il suo progetto per l'applicazione a New York, noto per i suoi enormi ingorghi. Solo in questa città, il trasferimento del traffico merci ai tubi ridurrà il movimento delle auto di decine di miliardi di miglia in un solo anno. Di conseguenza, la situazione ecologica migliorerà, il carico sulle autostrade della metropoli diminuirà. Non dobbiamo inoltre dimenticare la sicurezza e la tempestività della consegna delle merci.

È anche possibile trasportare persone in tali condotte. Un sistema di trasporto passeggeri simile è stato proposto da Elon Musk, un milionario americano. "Hyperloop" di Musk includerà un sistema di condotte posizionate su cavalcavia, il cui diametro supererà un paio di metri. Hanno in programma di mantenere una bassa pressione. Si prevede di spostare le capsule nei tubi, in bilico appena sopra il fondo a causa dell'aria pompata lì. La velocità delle capsule, grazie all'impulso elettromagnetico, può raggiungere i seicento chilometri in mezz'ora.

Voli in treno

I treni si svilupperanno, diventando più spaziosi e veloci. Stanno già discutendo di un incredibile progetto di una rotta da Londra a Pechino, preparato dai cinesi. Vogliono costruire una strada ad altissima velocità lunga da otto a novemila chilometri entro il 2020.

I treni passeranno sotto la Manica, poi - attraverso l'Europa, la Russia, Astana, Lontano est e Khabarovsk. Da lì - il trasferimento finale a Pechino. L'intero viaggio durerà un paio di giorni, il limite di velocità è di 320 km/h. Notiamo qui che il russo "Sapsan" accelera solo fino a 250 km / h.

Ma questa velocità non è il limite! Il treno Maglev, che prende il nome dalla frase levitazione magnetica, raggiunge facilmente una velocità di 581 km/h. Supportato da un campo magnetico nell'aria, vola sopra i binari invece di cavalcarli. Questi treni ora sono rari esotici. Ma in futuro, questa tecnologia può essere sviluppata.

Macchina sott'acqua: irrealistica, ma esiste!

La rivoluzione è prevista in trasporto d'acqua. Gli esperti stanno esplorando progetti per veicoli subacquei ad alta velocità e motociclette subacquee. Cosa possiamo dire dei singoli sottomarini!

Un progetto svizzero chiamato sQuba è stato creato per sviluppare un'auto originale che può entrare in acqua appena fuori pista e, muovendosi tra le onde, persino tuffarsi dentro! Quindi l'auto può facilmente tornare a terra, continuando a muoversi lungo la strada.

I designer della novità sono stati ispirati da uno dei film su James Bond. Una vera auto subacquea, esposta al Salone di Ginevra sotto forma di un'auto sportiva aperta. Questo modello è molto leggero e permette all'equipaggio di lasciare l'auto in caso di pericolo.

Il movimento sott'acqua è fornito da una coppia di viti poste sotto il paraurti posteriore, nonché da una coppia di cannoni ad acqua rotanti vicino ai passaruota anteriori. Tutto questo è alimentato da motori elettrici. Ovviamente, dovrai aggiungere un cappuccio impermeabile al modello in modo che conducente e passeggeri non si bagnino.

Pronto per andare nello spazio?

L'aviazione, al passo con altri modi di trasporto, si sta sviluppando attivamente. Avendo abbandonato le navi supersoniche come il Concorde, decise di andare nello spazio. I designer britannici stanno lavorando su un'astronave, o altro - un piano orbitale, chiamato "Skylon".

Sarà in grado di salire su un motore ibrido dall'aerodromo e raggiungere la velocità ipersonica, che supera la velocità del suono di oltre cinque volte. Dopo aver raggiunto un'altitudine di 26 chilometri, passerà all'ossigeno dai suoi stessi serbatoi e poi andrà nello spazio. L'atterraggio è come l'atterraggio di un aeroplano. Cioè, niente booster esterni, stadi superiori o serbatoi di alimentazione. Saranno necessari solo un paio di motori per l'intero volo.

Attualmente stanno lavorando su una versione senza pilota dello Skylon. Un tale vettore spaziale sarà in grado di mettere in orbita 12 tonnellate di carico. Nota qui che il Soyuz, il razzo russo, può gestire solo sette tonnellate. Un'astronave, a differenza di un razzo, può essere usata ripetutamente. Di conseguenza, il costo delle consegne diminuirà di 15 volte.

Allo stesso tempo, i designer stanno pensando a una versione con equipaggio. Modificando il design del vano di carico, creando sistemi di sicurezza e realizzando oblò, è possibile trasportare trecento passeggeri. In quattro ore gireranno intorno all'intero pianeta! Un modello sperimentale sarà lanciato nel 2019.

Sorprendentemente, tutti i modi di trasporto che abbiamo elencato sono stati descritti dai futurologi all'alba del ventesimo secolo. Speravano che la loro attuazione non fosse lontana. Hanno sbagliato i tempi, mentre tutto è in fase di sviluppo. Ma abbiamo una grande opportunità: diventare un passeggero di uno dei suddetti miracoli della tecnologia in futuro.

ORIZZONTI DELLA SCIENZA

Aerospaziale

trasporto a V L VI11R GP

Con una potente spinta, il razzo si alza verticalmente dalla rampa di lancio e sale ... Questo è familiare dagli anni '60. l'immagine potrebbe presto sprofondare nell'oblio. I sistemi spaziali usa e getta e le navette dovrebbero essere sostituiti da una nuova generazione di veicoli: aerei aerospaziali che avranno la capacità di decollare e atterrare orizzontalmente, come i normali aerei di linea

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3. KRAUSE. AM KHARITONOV

KRAUSE Egon - Professore onorato, SP 973 al 1998 - Direttore dell'Istituto aerodinamico della Scuola superiore tecnica del Reno-Westphap (GOASH ^ "(Akh ^n, Germania). Vincitore del premio Max Dlank Society, dottore onorario della filiale siberiana dell'Accademia delle scienze russa ~

XAPMTOHCJP Anatolia. Mikhailovich - Dottore in Scienze Tecniche, Professore SA Khristianovich SB RAS (Novosibirsk). Scienziato onorato della Federazione Russa, vincitore del Premio del Consiglio dei ministri dell'URSS (1985). Autore e coautore di circa 150 articoli scientifici e 2 brevetti

L'ulteriore sviluppo dell'astronautica è determinato dalla necessità di un funzionamento intensivo delle stazioni spaziali, dallo sviluppo di sistemi di comunicazione e navigazione globali e dal monitoraggio ambientale su scala planetaria. A tal fine, nei principali paesi del mondo, sono in fase di sviluppo velivoli riutilizzabili per lo spazio aereo (VKS), che ridurranno notevolmente i costi di consegna in orbita di merci e persone. Si tratta di sistemi caratterizzati da capacità, [le più rilevanti delle quali sono:

Uso riutilizzabile per lanciare in orbita carichi di produzione e scientifici e tecnici con un intervallo di tempo relativamente breve tra voli ripetuti;

Ritorno delle strutture di emergenza e esaurite che intasano lo spazio;

Soccorso di equipaggi di stazioni orbitali e astronavi in ​​situazioni di emergenza;

Ricognizione urgente di aree di disastri naturali e catastrofi in qualsiasi parte del mondo.

Nei paesi con aerospaziale sviluppato

la tecnologia ha fatto grandi passi avanti nel campo delle alte velocità di volo, che determinano il potenziale per un'ampia gamma di aerei a reazione ipersonici. Ci sono tutte le ragioni per credere che in futuro l'aviazione con equipaggio padroneggerà velocità dai numeri di Mach M = 4-6 a M = 12-15 (mentre il record M = 6,7, stabilito nel 1967 dal motore americano).

Se parlare aviazione civile, quindi lo sviluppo di alte velocità è estremamente importante per l'intensificazione traffico passeggeri e rapporti d'affari. ipersonico aereo passeggeri con un numero di Mach di 6 sarà in grado di fornire una durata del volo a basso affaticamento (non più di 4 ore) per rotte internazionali con un'autonomia di circa 10 mila km, come l'Europa (Parigi) - Sud America(San Paolo), Europa (Londra) - India, USA (New York) - Giappone. Ricordiamo che il tempo di volo del Concorde supersonico da New York a Parigi era di circa 3 ore e il Boeing 747 trascorre circa 6,5 ​​ore su questa rotta. Aerei del futuro con Mach 10

GLOSSARIO DEI TERMINI AERODINAMICI

Numero di Mach - un parametro che caratterizza quante volte la velocità di un aeromobile (o flusso di gas) è maggiore della velocità del suono Velocità ipersonica è un termine generico per velocità con un numero di Mach maggiore di 4 5 flusso

Angolo di attacco - l'inclinazione del piano alare rispetto alla linea di volo Un'onda d'urto (onda d'urto) - una regione di flusso stretta in cui si verifica un forte calo della velocità di un flusso di gas supersonico, che porta a un brusco aumento della densità Rarefazione onda - una regione di flusso in cui si verifica una forte diminuzione della densità del mezzo gassoso

Schema del modello di un sistema aerospaziale a due stadi E1_AS-EOE. Questi dispositivi decolleranno e atterreranno orizzontalmente, come gli aerei convenzionali. Si presume che la lunghezza della configurazione in scala reale sarà di 75 m e l'apertura alare di 38 m Da: (Rable, Jacobe, 2005)

in 4 ore saranno in grado di superare 16-17 mila km, avendo effettuato un volo diretto, ad esempio, dagli Stati Uniti o dall'Europa all'Australia.

GTaya MaoTai

I velivoli ipersonici richiedono nuove tecnologie completamente diverse da quelle inerenti ai moderni velivoli e ai veicoli spaziali che decollano verticalmente. Certo, razzo

il motore produce molta spinta, ma consuma enormi quantità di carburante e inoltre il razzo deve portare a bordo un ossidante. Pertanto, l'uso di razzi nell'atmosfera è limitato ai voli a breve termine.

Il desiderio di risolvere questi complessi problemi tecnici ha portato allo sviluppo di vari concetti di sistemi di trasporto spaziale. La direzione principale, che è attivamente esplorata dalle principali aziende aerospaziali del mondo, è il VCS a stadio singolo. Un tale velivolo aerospaziale, decollando da un aeroporto convenzionale, può trasportare un carico utile di circa il 3% del peso al decollo verso l'orbita terrestre bassa. Un altro concetto per i sistemi riutilizzabili è l'apparato a due stadi. In questo caso, il primo stadio è dotato di un motore a getto d'aria e il secondo stadio è orbitale e la separazione degli stadi viene effettuata nell'intervallo dei numeri di Mach da 6 a 12 ad altitudini di circa 30 km.

Nel 1980-1990. I progetti VKS sono stati sviluppati negli Stati Uniti (NASP), Inghilterra (HOTOL), Germania (Sänger), Francia (STS-2000, STAR-H), Russia (VKS NII-1, Spiral, Tu-2000). Nel 1989, su iniziativa della Società tedesca di ricerca (DFG), è iniziata la ricerca congiunta tra tre centri tedeschi:

Università tecnica della Renania-Westfalia ad Aquisgrana, Università tecnica di Monaco e Università di Stoccarda. Questi centri sponsorizzati da DFG hanno perseguito un programma di ricerca a lungo termine che include lo studio di questioni fondamentali necessarie per la progettazione di sistemi di trasporto spaziale, come ingegneria generale, aerodinamica, termodinamica, meccanica di volo, propulsione, materiali, ecc. Una parte significativa del lavoro sull'aerodinamica sperimentale è stato svolto in collaborazione con l'Istituto di Meccanica Teorica e Applicata. SA Khristianovich SB RAS. Organizzazione e coordinamento di tutti lavoro di ricerca sono stati realizzati da un comitato guidato per dieci anni da uno degli autori di questo articolo (E. Krause). Portiamo all'attenzione del lettore alcuni dei materiali visivi più illustrativi che illustrano alcuni dei risultati ottenuti nell'ambito di questo progetto nel campo dell'aerodinamica.

Volo a due stadi Sistemi ELAC-EOS dovrebbe coprire la più ampia gamma di velocità: dal superamento della barriera del suono (M = 1) alla separazione dello stadio orbitale (M = 7) e al suo ingresso nell'orbita vicino alla Terra (M = 25). Da: (Rable, Jacobe, 2005)

Barriera acustica Numero di Mach

ORIZZONTI DELLA SCIENZA

Modello grande ELAC 1 (lungo più di 6 m) nella sezione di prova della galleria del vento tedesco-olandese DNW a basse velocità. Da: (Rable, Jacobe, 2005)

Aaóóñóó"i áí^áóáy ñeñóálá ELAC-EOS

Per la ricerca è stato proposto il concetto di veicolo aerospaziale a due stadi (lo stadio portante era chiamato in tedesco ELAC, lo stadio orbitale era EOS). Carburante - idrogeno liquido. Si presumeva che la configurazione a grandezza naturale dell'ELAC avesse una lunghezza di 75 m, un'apertura alare di 38 m e un'ampia testa di spazzata. Allo stesso tempo, la lunghezza dello stadio EOS è di 34 m e l'apertura alare è di 18 m Lo stadio orbitale ha una prua ellittica, un corpo centrale con un lato superiore semicilindrico e una chiglia nel piano di simmetria. Sulla superficie superiore del primo stadio è presente una rientranza in cui viene posizionato lo stadio orbitale durante la salita. Sebbene sia poco profondo, a velocità ipersoniche durante la separazione (M = 7) ha un effetto significativo sulle caratteristiche del flusso.

Per svolgere studi teorici e sperimentali, sono stati progettati e realizzati diversi modelli degli stadi portante e orbitale in scala 1:150. Per le prove a bassa velocità nella galleria del vento tedesco-olandese DNW, è stato realizzato un grande modello della configurazione studiata in scala 1:12 (lunghezza superiore a 6 m, peso circa 1600 kg).

Aegóáeegáóey ñaáSógaóeá

Il volo a velocità supersonica presenta una grande difficoltà per il ricercatore, poiché è accompagnato dalla formazione di onde d'urto, o onde d'urto, e l'aereo in tale volo attraversa diversi regimi di flusso (con diverse strutture locali), accompagnati da un aumento nei flussi di calore.

Questo problema è stato studiato sia sperimentalmente che numericamente nel progetto ELAC-EOS. La maggior parte degli esperimenti sono stati effettuati in aerodinamica

Schema delle linee di flusso olio-fuliggine sulla superficie del modello ELAC 1 ottenuto nella galleria del vento T-313 dell'Istituto di meccanica teorica e applicata, filiale siberiana dell'Accademia delle scienze russa. Da: (Krause et al., 1999)

Confronto dei risultati della simulazione numerica di strutture a vortice sul lato sottovento del modello E1.AC 1 (a destra) e visualizzazione sperimentale con il metodo del coltello laser (a sinistra). I risultati del calcolo numerico sono stati ottenuti risolvendo le equazioni di Navier-Stokes per il flusso laminare al numero di Mach M = 2, il numero di Reynolds Ye = 4 10e e l'angolo di attacco a = 24°. I modelli di vortice calcolati sono simili a quelli osservati sperimentalmente; ci sono differenze nelle forme trasversali dei singoli vortici. Si noti che il flusso in arrivo è perpendicolare al piano dell'immagine. Citato da: (EKotberegr e? a/., 1996)

camino T-313 ITAM SB RAS a Novosibirsk. Il numero di Mach del flusso in arrivo in questi esperimenti variava nell'intervallo 2< М < 4, число Рейнольдса - 25 106 < Ие < 56 106, а г/гол атаки - в диапазоне - 3° < а < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация линий тока на поверхности модели.

I risultati ottenuti, tra l'altro, dimostrano chiaramente la formazione di vortici sul lato sottovento. I modelli panoramici dei flussi sulla superficie del modello sono stati visualizzati mediante rivestimento con liquidi speciali o miscele di olio e fuliggine. In un tipico esempio di imaging nero petrolio, le linee aerodinamiche della superficie si curvano verso l'interno dal bordo d'attacco dell'ala e convergono in una linea orientata approssimativamente nella direzione della corrente. Si osservano anche altre fasce, dirette verso la linea centrale del modello.

Queste tracce distinte sul lato sottovento caratterizzano una corrente trasversale la cui struttura tridimensionale può essere osservata utilizzando la tecnica del coltello laser. Con un aumento dell'angolo di attacco, il flusso d'aria scorre dalla superficie sopravvento dell'ala a quella sottovento, formando un complesso sistema di vortici. Si noti che i vortici primari con pressione ridotta nel nucleo contribuiscono positivamente alla forza di sollevamento del veicolo. Lo stesso metodo del coltello laser si basa sulla fotografia di radiazioni coerenti sparse

Bolla di vortice in stato di transizione

Spirale a vortice completamente sviluppata

I processi di decadimento dei vortici sul lato sottovento della configurazione ELAC 1 sono stati visualizzati mediante iniezione di vernice fluorescente. Da: (Stromberg, Limberg, 1993)

¡I ORIZZONTI DELLA SCIENZA

su microparticelle solide o liquide introdotte nel flusso, la cui distribuzione di concentrazione è determinata dalla struttura dei flussi studiati. Una sorgente di luce coerente si forma sotto forma di un sottile piano di luce, che, in effetti, ha dato il nome al metodo. È interessante notare che, dal punto di vista della fornitura del necessario contrasto dell'immagine, le normali microparticelle d'acqua (nebbia) risultano molto efficaci.

In determinate condizioni, i nuclei dei vortici possono collassare, riducendo la portanza dell'ala. Questo processo, chiamato distacco di vortici, si sviluppa

del tipo “bolla” o “spirale”, le cui differenze visive tra loro sono evidenziate da una fotografia realizzata mediante iniezione di vernice fluorescente. Di solito, il regime a bolle di distacco dei vortici precede il decadimento di tipo a spirale.

Informazioni utili Il metodo dell'ombra di Toepler fornisce informazioni sugli spettri del flusso supersonico attorno agli aerei. Con il suo aiuto, vengono visualizzate le eterogeneità nei flussi di gas e le onde d'urto e le onde di rarefazione sono particolarmente chiaramente visibili.

Obiettivo principale Obiettivo di proiezione Schermo (fotocamera)

Sorgente luminosa V g H Disomogeneità Coltello Foucault "I

METODO TEPLER OMBRA

Già nel 1867, lo scienziato tedesco A. Tepler propose un metodo per rilevare le disomogeneità ottiche nei media trasparenti, che fino ad oggi non ha perso la sua rilevanza nella scienza e nella tecnologia. In particolare, è ampiamente utilizzato per studiare la distribuzione della densità del flusso d'aria durante il passaggio di modelli di aeromobili nelle gallerie del vento.

Lo schema ottico di una delle implementazioni del metodo è mostrato in figura. Un fascio di raggi proveniente da una sorgente di luce a fessura viene diretto da un sistema di lenti attraverso l'oggetto in studio e viene focalizzato sul bordo di uno schermo opaco (il cosiddetto coltello di Foucault). Se non ci sono disomogeneità ottiche nell'oggetto in studio, tutti i raggi vengono ritardati dal coltello. In presenza di disomogeneità, i raggi saranno dispersi e parte di essi, dopo aver deviato, passerà sopra il bordo del coltello. Posizionando una lente di proiezione dietro il piano del coltello Foucault, questi raggi possono essere proiettati sullo schermo (diretti alla telecamera) e si può ottenere un'immagine delle disomogeneità.

Lo schema più semplice considerato consente di visualizzare i gradienti di densità del mezzo perpendicolare al bordo del coltello, mentre i gradienti di densità lungo una coordinata diversa portano a uno spostamento dell'immagine lungo il bordo e non modificano l'illuminazione dello schermo. Ci sono varie modifiche del metodo Toepler. Ad esempio, al posto di un coltello, viene installato un filtro ottico, costituito da strisce parallele di diversi colori. Oppure viene utilizzata un'apertura rotonda con settori colorati. In questo caso, in assenza di disomogeneità, i raggi provenienti da punti diversi passano attraverso lo stesso punto del diaframma, quindi l'intero campo è colorato dello stesso colore. La comparsa di disomogeneità provoca la deviazione dei raggi che passano attraverso diversi settori e le immagini di punti con diverse deviazioni di luce sono dipinte nei colori corrispondenti.

Shock alla testa

Fan delle onde di rarefazione

onda d'urto

Questo schema d'ombra del flusso attorno al modello ELAC 1 è stato ottenuto con il metodo ottico Toepler in una galleria del vento supersonica ad Aquisgrana. Secondo: (Nepe! e? a /., 1993)

Fotografia ombra del flusso attorno a un modello E1.AC 1 con una presa d'aria in un tubo d'urto ipersonico (M = 7,3) ad Aquisgrana. I bei lampi iridescenti in basso a destra dell'immagine sono correnti caotiche all'interno della presa d'aria. Da: (Olivier et al., 1996)

Distribuzione teorica dei numeri di Mach (velocità) in una configurazione a due stadi Е1_АС-ЕОЭ (numero di Mach del flusso in arrivo M = 4,04). Da: (Breitsamter et al., 2005)

È stato osservato un buon accordo tra i dati calcolati e quelli sperimentali, che conferma l'affidabilità della soluzione numerica nella previsione dei flussi ipersonici. In questa pagina viene presentato un esempio dell'immagine calcolata della distribuzione dei numeri di Mach (velocità) nel flusso durante il processo di separazione. Gli shock da compressione e la rarefazione locale sono visibili sulle promesse. Nella parte posteriore della configurazione EAAC 1C, in realtà, non ci sarà il vuoto, poiché lì si troverà un motore ramjet ipersonico.

La separazione degli stadi portante e orbitale è uno dei compiti più difficili presi in considerazione durante il lavoro sul progetto ELAC-EOS. Ai fini di una manovra sicura, questa fase del volo richiede uno studio particolarmente attento. Gli studi numerici delle sue * varie fasi sono stati effettuati presso il centro SFB 255 dell'Università tecnica di Monaco e tutto il lavoro sperimentale è stato svolto presso l'Istituto di meccanica teorica e applicata della filiale siberiana dell'Accademia delle scienze russa. I test nella galleria del vento supersonica T-313 includevano la visualizzazione del flusso attorno all'intera configurazione e misurazioni delle caratteristiche aerodinamiche e delle pressioni superficiali durante la separazione degli stadi.

Il modello dello stadio inferiore ELAC 1C differiva dalla versione originale dell'ELAC 1 per un compartimento di piccola profondità in cui doveva essere posizionato lo stadio orbitale durante il decollo e la salita. La simulazione al computer è stata eseguita al numero di Mach del flusso in arrivo М = 4,04, numero di Reynolds -Re = 9,6 106 e angolo di attacco zero del modello EOS.

In generale, si può affermare che gli studi sul concetto aerodinamico dei sistemi ÜiELAC-EOS a due stadi, avviati dalla Società tedesca di ricerca DFG, hanno avuto successo. A seguito di un ampio complesso di lavori teorici e sperimentali, a cui hanno partecipato centri scientifici di Europa, Asia, America e Australia, è stato eseguito un calcolo completo della configurazione capace di decollo e atterraggio orizzontale in un aeroporto standard, aerodinamico

compiti di volo a velocità basse, supersoniche e soprattutto ipersoniche.

Allo stato attuale, è chiaro che la creazione di un trasporto aerospaziale avanzato richiede ricerche più dettagliate sullo sviluppo di motori a reazione ipersonici che operino in modo affidabile in un'ampia gamma di velocità di volo, sistemi di controllo ad alta precisione per i processi di separazione degli stadi e atterraggio del modulo orbitale, nuovi materiali ad alta temperatura, ecc. La soluzione di tutti questi complessi problemi scientifici e tecnici è impossibile senza gli sforzi congiunti degli scienziati paesi diversi. E l'esperienza di questo progetto conferma solo che la cooperazione internazionale a lungo termine sta diventando un elemento integrante della ricerca aerospaziale.

Letteratura

Kharitonov AM, Krause E., Limberg W. et al.//J. Esperimenti sui fluidi. - 1999. - V. 26. - P. 423.

Brodetsky MD, Kharitonov AM, Krause E. et al. //J. Esperimenti sui fluidi. - 2000. - V. 29. - P. 592.

Brodetsky MD, Kharitonov AM, Krause E. et al. //Proc. a X Int. Conferenza sui metodi di ricerca emfisica. Novosibirsk. - 2000. -V.1.- P. 53.

Krause E., Brodetsky M.D., Kharitonov A.M. //Proc. al Congresso WFAM. Chicago, 2000.

Brodetsky MD, Krause E., Nikiforov SB e altri // PMTF. - 2001. - T. 42. - S. 68.

Il trasporto aerospaziale del futuro

Con una potente spinta, il razzo si alza verticalmente dalla rampa di lancio e si alza... Questa immagine familiare potrebbe presto svanire nell'oblio. I sistemi spaziali usa e getta e le "navette" dovrebbero essere sostituiti da una nuova generazione di veicoli: aerei aerospaziali, che avranno la capacità di decollare e atterrare orizzontalmente, come i normali aerei di linea. I partecipanti a un progetto di ricerca internazionale introducono i lettori ad alcuni materiali visivi che illustrano il concetto di trasporto aerospaziale a due stadi del futuro

L'ulteriore sviluppo dell'astronautica è determinato dalla necessità di un funzionamento intensivo delle stazioni spaziali, dallo sviluppo di sistemi di comunicazione e navigazione globali e dal monitoraggio ambientale su scala planetaria. A tal fine si stanno sviluppando i principali paesi del mondo aereo aerospaziale(VKS) riutilizzabile, che ridurrà significativamente il costo di consegna di merci e persone in orbita. Si tratterà di sistemi caratterizzati da capacità, le più rilevanti delle quali sono le seguenti: utilizzo riutilizzabile per il lancio in orbita di carichi di produzione e scientifici e tecnici con un intervallo di tempo relativamente breve tra voli ripetuti; ritorno di strutture di emergenza e dismesse che sparpagliano lo spazio; salvataggio degli equipaggi delle stazioni orbitali e delle astronavi in ​​situazioni di emergenza; ricognizione urgente di aree di disastri naturali e catastrofi in qualsiasi parte del mondo.

Nei paesi con tecnologie aerospaziali avanzate, sono stati fatti grandi passi avanti nel campo delle alte velocità di volo, che determinano il potenziale per un'ampia gamma di velivoli ipersonici a reazione d'aria. Ci sono tutte le ragioni per credere che in futuro l'aviazione con equipaggio padroneggerà velocità dai numeri di Mach M = 4–6 a M = 12–15 motore).

Se parliamo di aviazione civile, lo sviluppo delle alte velocità è estremamente importante per l'intensificazione del traffico passeggeri e dei rapporti commerciali. Gli aerei passeggeri ipersonici con numero Mach 6 saranno in grado di fornire una durata di volo a bassa fatica (non più di 4 ore) su rotte internazionali con un'autonomia di circa 10mila km, come Europa (Parigi) - Sud America (San Paolo) , Europa (Londra) - India , USA (New York) - Giappone. Ricordiamo che il tempo di volo del Concorde supersonico da New York a Parigi era di circa 3 ore e il Boeing 747 trascorre circa 6,5 ​​ore su questa rotta. Gli aerei del futuro con Mach 10 potranno coprire 16-17mila km in 4 ore, effettuando un volo diretto, ad esempio, dagli USA o dall'Europa all'Australia.

Nuovi approcci

I velivoli ipersonici richiedono nuove tecnologie completamente diverse da quelle inerenti ai moderni velivoli e ai veicoli spaziali che decollano verticalmente. Naturalmente, un motore a razzo produce molta spinta, ma consuma enormi quantità di carburante e inoltre il razzo deve portare a bordo un ossidante. Pertanto, l'uso di razzi nell'atmosfera è limitato ai voli a breve termine.

GLOSSARIO DEI TERMINI AERODINAMICI

Numero di macchina- un parametro che caratterizza quante volte la velocità di un aeromobile (o flusso di gas) è maggiore della velocità del suono
Velocità ipersonicaè un termine generico per una velocità con un numero di Mach maggiore di 4 5
numero di Reynoldsè un parametro che caratterizza il rapporto tra le forze di inerzia e le forze di viscosità nel flusso
Angolo di attacco- inclinazione del piano alare rispetto alla linea di volo
onda d'urto (onda d'urto)è una regione di flusso ristretto in cui si verifica un forte calo della velocità del flusso di gas supersonico, che porta a un brusco aumento della densità
ondata di rarefazioneè la regione di flusso in cui si verifica una forte diminuzione della densità del mezzo gassoso

Il desiderio di risolvere questi complessi problemi tecnici ha portato allo sviluppo di vari concetti di sistemi di trasporto spaziale. La direzione principale, che è attivamente esplorata dalle principali aziende aerospaziali del mondo, è una videoconferenza in un'unica fase. Un tale velivolo aerospaziale, decollando da un aeroporto convenzionale, può trasportare un carico utile di circa il 3% del peso al decollo verso l'orbita terrestre bassa. Un altro concetto per i sistemi riutilizzabili è l'apparato a due stadi. In questo caso, il primo stadio è dotato di un motore a getto d'aria e il secondo stadio è orbitale e la separazione degli stadi viene effettuata nell'intervallo dei numeri di Mach da 6 a 12 ad altitudini di circa 30 km.

Nel 1980-1990. I progetti VKS sono stati sviluppati negli Stati Uniti (NASP), Inghilterra (HOTOL), Germania (Snger), Francia (STS-2000, STAR-H), Russia (VKS NII-1, Spiral, Tu-2000). Nel 1989, su iniziativa della Società tedesca di ricerca (DFG), è iniziata la ricerca congiunta tra tre centri tedeschi: l'Università tecnica della Renania-Vestfalia di Aquisgrana, l'Università tecnica di Monaco e l'Università di Stoccarda. Questi centri sponsorizzati da DFG hanno perseguito un programma di ricerca a lungo termine che include lo studio di questioni fondamentali necessarie per la progettazione di sistemi di trasporto spaziale, come ingegneria generale, aerodinamica, termodinamica, meccanica di volo, propulsione, materiali, ecc. Una parte significativa del lavoro sull'aerodinamica sperimentale è stato svolto in collaborazione con l'Istituto di Meccanica Teorica e Applicata. SA Khristianovich SB RAS. L'organizzazione e il coordinamento di tutto il lavoro di ricerca è stato svolto da un comitato, che per dieci anni è stato guidato da uno degli autori di questo articolo (E. Krause). Portiamo all'attenzione del lettore alcuni dei materiali visivi più illustrativi che illustrano alcuni dei risultati ottenuti nell'ambito di questo progetto nel campo dell'aerodinamica.

Sistema ELAC-EOS a due stadi

Per la ricerca è stato proposto il concetto di veicolo aerospaziale a due stadi (lo stadio portante era chiamato in tedesco ELAC, lo stadio orbitale era EOS). Il carburante è idrogeno liquido. Si presumeva che la configurazione ELAC a grandezza naturale sarebbe stata lunga 75 m, con un'apertura alare di 38 m e un ampio angolo di inclinazione. Allo stesso tempo, la lunghezza dello stadio EOS è di 34 m e l'apertura alare è di 18 m Lo stadio orbitale ha una prua ellittica, un corpo centrale con un lato superiore semicilindrico e una chiglia nel piano di simmetria. Sulla superficie superiore del primo stadio è presente una rientranza in cui viene posizionato lo stadio orbitale durante la salita. Sebbene sia poco profondo, a velocità ipersoniche durante la separazione (M = 7) ha un effetto significativo sulle caratteristiche del flusso.

Per svolgere studi teorici e sperimentali, sono stati progettati e realizzati diversi modelli degli stadi portante e orbitale in scala 1:150. Per le prove a bassa velocità nella galleria del vento tedesco-olandese DNW, è stato realizzato un grande modello della configurazione studiata in scala 1:12 (lunghezza superiore a 6 m, peso circa 1600 kg).

Visualizzazione di supersonico

Il volo a velocità supersonica presenta una grande difficoltà per il ricercatore, poiché è accompagnato dalla formazione di onde d'urto, o onde d'urto, e l'aeromobile in tale volo attraversa diversi regimi di flusso (con diverse strutture locali), accompagnati da un aumento dei flussi di calore.

Questo problema è stato studiato sia sperimentalmente che numericamente nel progetto ELAC-EOS. La maggior parte degli esperimenti sono stati condotti nella galleria del vento T-313 dell'ITAM SB RAS a Novosibirsk. Il numero di Mach del flusso in arrivo in questi esperimenti variava nell'intervallo 2< М < 4, numero di Reynolds – 25 10 6 < Re < 56 10 6 , а angolo di attacco– nell'intervallo – 3°< α < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация linee correnti sulla superficie del modello.

I risultati ottenuti, tra l'altro, dimostrano chiaramente la formazione di vortici sul lato sottovento. I modelli panoramici dei flussi sulla superficie del modello sono stati visualizzati mediante rivestimento con liquidi speciali o miscele di olio e fuliggine. In un tipico esempio imaging del particolato d'olio puoi vedere come le linee di flusso della superficie girano verso l'interno dal bordo d'attacco dell'ala e fluiscono in una linea orientata approssimativamente nella direzione della corrente. Si osservano anche altre fasce, dirette verso la linea centrale del modello.

Queste tracce distinte sul lato sottovento caratterizzano la corrente trasversale, la cui struttura tridimensionale può essere osservata utilizzando metodo del coltello laser. Con un aumento dell'angolo di attacco, il flusso d'aria scorre dalla superficie sopravvento dell'ala a quella sottovento, formando un complesso sistema di vortici. Si noti che i vortici primari con pressione ridotta nel nucleo contribuiscono positivamente alla forza di sollevamento del veicolo. Lo stesso metodo del coltello laser si basa sulla fotografia della radiazione coerente diffusa da microparticelle solide o liquide introdotte nel flusso, la cui distribuzione di concentrazione è determinata dalla struttura dei flussi in esame. Una sorgente di luce coerente si forma sotto forma di un sottile piano di luce, che, in effetti, ha dato il nome al metodo. È interessante notare che, dal punto di vista della fornitura del necessario contrasto dell'immagine, le normali microparticelle d'acqua (nebbia) risultano molto efficaci.

METODO TEPLER OMBRA

Già nel 1867, lo scienziato tedesco A. Tepler propose un metodo per rilevare le disomogeneità ottiche nei media trasparenti, che fino ad oggi non ha perso la sua rilevanza nella scienza e nella tecnologia. In particolare, è ampiamente utilizzato per studiare la distribuzione della densità del flusso d'aria durante il passaggio di modelli di aeromobili nelle gallerie del vento.
Lo schema ottico di una delle implementazioni del metodo è mostrato in figura. Un fascio di raggi proveniente da una sorgente di luce a fessura è diretto da un sistema di lenti attraverso l'oggetto in studio ed è focalizzato sul bordo di uno schermo opaco (il cosiddetto coltello foucault). Se non ci sono disomogeneità ottiche nell'oggetto in studio, tutti i raggi vengono ritardati dal coltello. In presenza di disomogeneità, i raggi saranno dispersi e parte di essi, dopo aver deviato, passerà sopra il bordo del coltello. Posizionando una lente di proiezione dietro il piano del coltello Foucault, questi raggi possono essere proiettati sullo schermo (diretti alla telecamera) e si può ottenere un'immagine delle disomogeneità.
Lo schema più semplice considerato ci permette di visualizzare gradienti di media densità, perpendicolare al bordo del coltello, mentre i gradienti di densità lungo una diversa coordinata portano a uno spostamento dell'immagine lungo il bordo e non modificano l'illuminazione dello schermo. Ci sono varie modifiche del metodo Toepler. Ad esempio, al posto di un coltello, viene installato un filtro ottico, costituito da strisce parallele di diversi colori. Oppure viene utilizzata un'apertura rotonda con settori colorati. In questo caso, in assenza di disomogeneità, i raggi provenienti da punti diversi passano attraverso lo stesso punto del diaframma, quindi l'intero campo è colorato dello stesso colore. La comparsa di disomogeneità provoca la deviazione dei raggi che passano attraverso diversi settori e le immagini di punti con diverse deviazioni di luce sono dipinte nei colori corrispondenti.

In determinate condizioni, i nuclei dei vortici possono collassare, riducendo la portanza dell'ala. Questo processo, chiamato vortex shedding, si sviluppa secondo uno schema a "bolla" o "spirale", le cui differenze visive sono mostrate in una fotografia scattata utilizzando l'iniezione di vernice fluorescente. Di solito, il regime a bolle di distacco dei vortici precede il decadimento di tipo a spirale.

Informazioni utili sugli spettri del flusso supersonico attorno agli aerei sono fornite da metodo Shadow Toepler. Con il suo aiuto, vengono visualizzate le eterogeneità nei flussi di gas e le onde d'urto e le onde di rarefazione sono particolarmente chiaramente visibili.

Separazione a gradini

La separazione degli stadi portante e orbitale è uno dei compiti più difficili presi in considerazione durante il lavoro sul progetto ELAC-EOS. Ai fini di una manovra sicura, questa fase del volo richiede uno studio particolarmente attento. Gli studi numerici delle sue varie fasi sono stati effettuati presso il centro SFB 255 dell'Università tecnica di Monaco e tutto il lavoro sperimentale è stato svolto presso l'Istituto di meccanica teorica e applicata della filiale siberiana dell'Accademia delle scienze russa. I test nella galleria del vento supersonica T-313 includevano la visualizzazione del flusso attorno all'intera configurazione e misurazioni delle caratteristiche aerodinamiche e delle pressioni superficiali durante la separazione degli stadi.

Il modello dello stadio inferiore ELAC 1C differiva dalla versione ELAC 1 originale per un compartimento a bassa profondità in cui lo stadio orbitale doveva essere posizionato durante il decollo e la salita. La simulazione al computer è stata eseguita al numero di Mach del flusso in arrivo М = 4,04, numero di Reynolds Re = 9,6 10 6 e angolo di attacco zero del modello EOS.

È stato osservato un buon accordo tra i dati calcolati e quelli sperimentali, che conferma l'affidabilità della soluzione numerica nella previsione dei flussi ipersonici. In questa pagina viene presentato un esempio dell'immagine calcolata della distribuzione dei numeri di Mach (velocità) nel flusso durante il processo di separazione. Entrambi gli stadi mostrano onde d'urto e rarefazione locale. Nella parte posteriore della configurazione ELAC 1C, in realtà, non ci sarà il vuoto, poiché lì si troverà un motore ramjet ipersonico.

In generale, si può affermare che gli studi sul concetto aerodinamico del sistema ELAC-EOS a due stadi, avviati dalla Società tedesca di ricerca DFG, hanno avuto successo. A seguito di un ampio complesso di lavori teorici e sperimentali, a cui hanno partecipato centri scientifici di Europa, Asia, America e Australia, è stato eseguito un calcolo completo della configurazione capace di decollo e atterraggio orizzontale in un aeroporto standard, problemi aerodinamici di volo a velocità basse, supersoniche e soprattutto ipersoniche sono state risolte.

Allo stato attuale, è chiaro che la creazione di promettenti trasporti aerospaziali richiede ricerche più dettagliate sullo sviluppo di motori a reazione ipersonici che operino in modo affidabile in un'ampia gamma di velocità di volo, sistemi di controllo ad alta precisione per i processi di separazione degli stadi e atterraggio del modulo orbitale, nuovi materiali per alte temperature, ecc. La soluzione di tutti questi complessi problemi scientifici e tecnici è impossibile senza gli sforzi congiunti di scienziati di diversi paesi. E l'esperienza di questo progetto conferma solo che la cooperazione internazionale a lungo termine sta diventando un elemento integrante della ricerca aerospaziale.

Letteratura

Kharitonov AM, Krause E., Limberg W. et al. // J. Esperimenti sui fluidi. 1999. V. 26. P. 423.

Brodetsky MD, Kharitonov AM, Krause E. et al. // J. Esperimenti sui fluidi. 2000. V. 29. P. 592.

Brodetsky MD, Kharitonov AM, Krause E. et al. //Proc. a X Int. Conferenza sui metodi di ricerca aerofisica. Novosibirsk. 2000. V. 1. P. 53.

Krause E., Brodetsky M.D., Kharitonov A.M. //Proc. al Congresso WFAM. Chicago, 2000.

Brodetsky MD, Krause E., Nikiforov SB e altri // PMTF. 2001. T. 42. S. 68.

Kuzminova Anastasia Olegovna
Età: di 14 anni
Luogo di studio: Vologda, MOU "Scuola Secondaria n. 1 con approfondimento della lingua inglese"
Città: Vologda
Capi: Chuglova Anna Bronislavovna, docente di fisica nelle classi superiori del MOU “Scuola Secondaria N. 1 con approfondimento della lingua inglese”;
Kuzminov Oleg Aleksandrovic.

Lavoro di ricerca storica sul tema:

QUAL È IL FUTURO DEL TRASPORTO AEROSPAZIALE?

Piano:

• 1. Introduzione
• 2. Corpo principale
• 2.1 Storia dello sviluppo dei veicoli aerospaziali;
• 2.2 Promettenti navi da trasporto del futuro;
• 2.3 Principali direzioni di utilizzo e sviluppo dei sistemi avanzati di trasporto (PTS);
• 3. Conclusione
• 4. Fonti di informazione.

1. Introduzione

Per la prima volta il programma di esplorazione spaziale è stato formulato da K.E. Tsiolkovsky, in cui il ruolo chiave spetta ai sistemi di trasporto spaziale. Attualmente, il trasporto aerospaziale è utilizzato per: esplorazione scientifica dei pianeti e dello spazio, risoluzione di problemi militari, lancio di satelliti di terra artificiale, costruzione e manutenzione di stazioni e industrie orbitali, trasporto di merci nello spazio e sviluppo del turismo spaziale.

Navicella spaziale - è un aeromobile progettato per il volo di persone e il trasporto di merci nello spazio extra-atmosferico. I veicoli spaziali per volare in orbite vicine alla Terra sono chiamati navi satellite e per volare verso altri corpi celestiali- navi interplanetarie. Nella fase iniziale, le astronavi da trasporto hanno dimostrato le capacità della tecnologia spaziale e la soluzione dei singoli problemi applicati. Attualmente, devono affrontare compiti pratici globali volti a un uso efficiente ed economico dello spazio.

Per raggiungere questi obiettivi, è necessario risolvere i seguenti compiti:

Creazione di veicoli spaziali universali e riutilizzabili;

Utilizzo di centrali elettriche con combustibili più efficienti ed economici;

Aumento della capacità di carico del PTS;

Sicurezza ecologica e biologica delle navi.

Rilevanza:

La creazione del trasporto aerospaziale del futuro consentirà:

- volare, a distanze ultra lunghe, praticamente illimitate;

- esplorare attivamente lo spazio vicino alla Terra e altri pianeti;

- rafforzare la capacità di difesa del nostro Stato;

- creazione di centrali elettriche spaziali e industrie;

- creazione di grandi complessi orbitali;

- estrarre e trattare i minerali della Luna e di altri pianeti;

- soluzione dei problemi ecologici della Terra;

- il lancio di satelliti di terra artificiale;

- sviluppare il turismo aerospaziale.

Traguardi e obbiettivi:

- studiare la storia dello sviluppo dei veicoli spaziali in Russia e negli Stati Uniti;

- fare un'analisi comparativa dell'uso del trasporto aerospaziale del futuro;

- considerare le principali indicazioni per l'uso dei PTS (sistemi di trasporto promettenti);

- determinare le prospettive di sviluppo dei sistemi di trasporto.

2. La parte principale.

2.1 Storia dello sviluppo dei veicoli aerospaziali.

Nel 1903, lo scienziato russo K.E. Tsiolkovsky progettò un razzo per le comunicazioni interplanetarie.

Sotto la guida di Sergei Pavlovich Korolev, il primo al mondo razzo R-7 ("Vostok"), che il 4 ottobre 1957 lanciò nello spazio il primo satellite artificiale terrestre e il 12 aprile 1961 la navicella fece il primo volo con equipaggio nello spazio.

I razzi Vostok sono stati sostituiti da una nuova generazione di veicoli spaziali usa e getta: Soyuz, Progress e Proton, il loro design si è rivelato semplice, affidabile ed economico, è usato ancora oggi e sarà utilizzato nel prossimo futuro.

"Unione" Era molto diverso dal razzo Vostok per le sue grandi dimensioni, il volume interno e i nuovi sistemi di bordo, che consentivano di risolvere i problemi legati alla creazione di stazioni orbitali. Il primo lancio di un razzo ebbe luogo il 23 aprile 1967. Sulla base della navicella Soyuz è stata creata una serie di veicoli spaziali da trasporto senza pilota « Progresso", che assicurava la consegna del carico alla stazione spaziale. Il primo lancio avvenne il 20 gennaio 1978. "Protone"- un veicolo di lancio (LV) di classe pesante, progettato per lanciare nello spazio stazioni orbitali, veicoli spaziali con equipaggio, satelliti terrestri pesanti e stazioni interplanetarie. Il primo lancio avvenne il 16 luglio 1965.

Tra le navicelle americane, vorrei sottolineare "Apollo"- l'unico acceso questo momento veicolo spaziale nella storia, su cui le persone hanno lasciato i limiti dell'orbita terrestre bassa, hanno superato la gravità della Terra, hanno fatto atterrare con successo gli astronauti sulla Luna e li hanno riportati sulla Terra. La nave è composta dall'unità principale e dal modulo lunare (stadi di atterraggio e decollo), in cui gli astronauti atterrano e decollano dalla luna. Dal 1968 al 1975, 15 veicoli spaziali furono lanciati in cielo.

Nei lontani anni '70, gli ingegneri sognavano di creare astronavi del futuro in grado di trasportare merci e persone in orbita, per poi tornare in sicurezza sulla Terra ed essere di nuovo in servizio. Lo sviluppo americano era una nave da trasporto riutilizzabile "Space Shuttle" che doveva essere utilizzato come navetta tra la Terra e l'orbita vicino alla Terra, trasportando carichi utili e persone avanti e indietro. I voli nello spazio sono stati effettuati 135 volte dal 12 aprile 1981 al 21 luglio 2011.

Un veicolo spaziale alato da trasporto riutilizzabile è diventato uno sviluppo sovietico-russo "Buran". Un passo importante verso l'esplorazione dello spazio esterno è stato lo sviluppo del sistema spaziale universale riutilizzabile Energia-Buran. Che consiste nel super potente veicolo di lancio Energia e nella navicella orbitale riutilizzabile Buran.

Questa nave è in grado di trasportare in orbita fino a 30 tonnellate di carico. La nave orbitale "Buran" è progettata per svolgere compiti di trasporto e militari, nonché operazioni orbitali nello spazio. Dopo aver completato i compiti, la nave è in grado di scendere autonomamente nell'atmosfera e atterrare orizzontalmente all'aeroporto. Il primo volo è stato effettuato il 15 novembre 1988. I progetti di veicoli spaziali riutilizzabili sono costosi e, al momento, gli scienziati stanno migliorando e riducendo i costi operativi, il che consentirà efficacemente l'uso di questo tipo di veicoli spaziali in futuro nella creazione di produzione spaziale, i veicoli spaziali riutilizzabili saranno convenienti, poiché il funzionamento intensivo saranno necessari dei sistemi di trasporto.

2.2 Promettenti navi da trasporto del futuro.

Attualmente, l'industria spaziale non si ferma e vengono create molte nuove e promettenti navi da trasporto del futuro:

Complesso di razzi spaziali "Angara"- una famiglia di promettenti veicoli di lancio di tipo modulare con motori a ossigeno-cherosene riutilizzabili in fase di sviluppo. I razzi dovrebbero essere di 4 classi (leggero, medio, pesante e super pesante). La potenza di questo razzo viene implementata utilizzando un numero diverso di moduli razzo universali (da 1 a 7), a seconda della classe del razzo. Il primo lancio di un razzo, una classe leggera, è avvenuto il 9 luglio 2014. Il lancio del razzo di classe pesante Angara-5 è avvenuto il 23 dicembre 2014.

Vantaggi del veicolo di lancio Angara:

- rapido assemblaggio del razzo da moduli già pronti, a seconda della capacità di carico richiesta;

- lancio di razzi adattato dagli spazioporti russi;

- il razzo è completamente realizzato con componenti russi;

- viene utilizzato carburante ecologico;

- in futuro, si prevede di produrre un motore di primo stadio riutilizzabile.

Sistemi di trasporto riutilizzabili ("Rus"). Uomo promettente sistema di trasporto(PPTS) "Rus" è un veicolo spaziale riutilizzabile con equipaggio multiuso. Il PPTS sarà realizzato nel design modulare della nave base sotto forma di elementi funzionalmente completi: il veicolo di ritorno e il vano motore. La nave è progettata per essere priva di ali, con una parte a rendere riutilizzabile di forma tronco conica. Il primo lancio è previsto per il 2020.

Progettato per svolgere le seguenti attività:

- garantire la sicurezza nazionale;

- libero accesso allo spazio;

- ampliare i compiti della produzione spaziale;

- volo e sbarco sulla luna.

Veicolo spaziale riutilizzabile con equipaggio "Orion"(STATI UNITI D'AMERICA).

La nave è progettata per essere priva di ali, con una parte a rendere riutilizzabile di forma tronco conica. Progettato per trasportare persone e merci nello spazio, nonché per voli sulla Luna e su Marte. Il primo lancio è avvenuto il 5 dicembre 2014. La nave si ritirò a una distanza di 5,8 mila km, quindi tornò sulla Terra. Al ritorno, la nave è passata attraverso gli strati densi dell'atmosfera a una velocità di 32 mila km / h e la temperatura superficiale della nave ha raggiunto i 2,2 mila gradi. Il veicolo spaziale ha superato tutti i test, il che significa che è adatto per voli con persone su lunghe distanze. L'inizio dei voli verso altri pianeti è previsto per il 2019-2020.

Veicolo spaziale da trasporto riutilizzabileDrago Spazio X"(STATI UNITI D'AMERICA).

Progettato per il trasporto di carichi e persone. Il primo volo ha avuto luogo il 1 dicembre 2010. A bordo possono essere presenti un equipaggio fino a 7 persone e 2 tonnellate di carico utile. Durata del volo: da 1 settimana a 2 anni. La produzione di una nave da trasporto in varie modifiche viene gestita e pianificata con successo. Lo svantaggio principale è il costoso funzionamento di questo tipo di veicoli spaziali. Nel prossimo futuro, Dragon Space X prevede di riutilizzare il primo e il secondo stadio, il che ridurrà significativamente il costo dei lanci spaziali.

Prendi in considerazione un promettente veicolo spaziale da trasporto che volerà su lunghe distanze .

Veicolo spaziale interplanetario "Pilgrim". Negli Stati Uniti è stato creato un programma della NASA (National Aeronautics and Space Administration) per progettare un veicolo spaziale interplanetario basato su un reattore nucleare in miniatura. Si prevede che il sistema di propulsione elettrica sarà combinato e il reattore nucleare inizierà a funzionare quando la nave lascerà l'orbita terrestre. Inoltre, dopo la missione completata, la nave verrà messa su una traiettoria sulla quale si allontanerà dalla nostra terra. Questo tipo di centrale elettrica è molto affidabile e non influirà negativamente ambiente terra.

Il nostro paese è leader mondiale nel campo dell'energia spaziale. Attualmente in fase di sviluppo modulo trasporti ed energia basato su una centrale nucleare di classe megawatt. Quasi l'intero potenziale scientifico della Russia sta lavorando a questo programma. Il lancio della navicella spaziale con una centrale nucleare è previsto per il 2020. Questo tipo di centrale elettrica sarà in grado di funzionare a lungo senza fare rifornimento. Le navi da trasporto con centrali nucleari (centrali nucleari) potranno volare a distanze ultra lunghe, praticamente illimitate, e consentiranno l'esplorazione dello spazio profondo.

Tabella comparativa di veicoli spaziali promettenti.

Navicella spaziale		Paese	Raggio di volo	Motore	capacità di carico	Prima data di lancio
Complesso di razzi spaziali "Angara"	Veicolo di lancio (riutilizzabile)			Ossigeno-cherosene	Da 1,5 a 35 t
Sistemi di trasporto riutilizzabili "Rus"	Con equipaggio, riutilizzabile		planetario; Luna, Marte	carburante
"Orione"	Con equipaggio, riutilizzabile		Luna, Marte
« Dragon SpaceX»	Con equipaggio, riutilizzabile
"Pellegrino"	riutilizzabile		planetario	Nucleare, combinato
Modulo trasporti ed energia	riutilizzabile		lunga distanza	Nucleare, combinato

La nave da trasporto più promettente del futuro è una nave con una centrale nucleare, perché. ha un motore ad alta intensità energetica e può volare su distanze ultra lunghe. Il sistema nucleare è 3 volte superiore alle installazioni convenzionali. Dopo aver risolto i problemi con il funzionamento sicuro, questo tipo di veicolo spaziale sarà in grado di fare un passo avanti nello studio dello spazio esterno.

2.3 Principali direzioni di utilizzo e sviluppo dei PTS (sistemi di trasporto promettenti)

I principali ambiti di utilizzo del PTS
Scientifico		Industriale				Turista	Militare
Esplorazione dello spazio e di altri pianeti	Ricerca e lavoro scientifico nello spazio	Lancio di satelliti cargo e terrestri in orbita terrestre bassa	Costruzione e manutenzione di complessi orbitali	Creazione e manutenzione di centrali elettriche spaziali e industrie	Spostamento di carichi utili da altri pianeti

Per creare il trasporto aerospaziale del futuro, è necessario risolvere i seguenti compiti:

- le centrali elettriche del veicolo dovrebbero essere dotate di fonti di energia più capienti rispetto al combustibile attualmente utilizzato (centrali nucleari, motori al plasma e ionici);

- le promettenti centrali elettriche dovrebbero essere modulari, a seconda della gamma di voli. Le centrali elettriche devono essere di bassa, media e alta potenza. Piccolo - per la manutenzione di orbite vicine alla Terra, medio - trasporto di merci sulla Luna e altri pianeti vicini, grande - per voli di complessi interplanetari su Marte e altri pianeti lontani. I complessi interplanetari con equipaggio per lunghe distanze, a causa del grande peso, devono essere assemblati da moduli in orbita vicina alla Terra. L'aggancio di questi moduli dovrebbe essere effettuato automaticamente, senza intervento umano.

- i sistemi promettenti dovrebbero avere un alto grado di affidabilità per garantire la sicurezza ambientale;

I veicoli spaziali devono essere utilizzati in modalità con equipaggio e senza pilota, con la possibilità di controllo remoto dalla Terra. Per effettuare voli con equipaggio, le navi spaziali interplanetarie devono avere tutti i tipi di protezione per la normale esistenza di tutti i membri dell'equipaggio.

3. Conclusione

Il documento fornisce esempi degli ultimi promettenti sviluppi dei sistemi di trasporto in Russia e negli Stati Uniti, che saranno costruiti secondo i seguenti principi:

Design modulare universale;

Utilizzo di centrali elettriche ad alta efficienza energetica;

Capacità di assemblare moduli nello spazio;

Alto grado di automazione dei veicoli;

Possibilità di telecomando;

Sicurezza ambientale;

Funzionamento sicuro della nave e dei membri dell'equipaggio.

Dopo aver risolto questi problemi, il PTS consentirà l'esplorazione attiva dello spazio esterno, la creazione di impianti di produzione nello spazio, lo sviluppo del turismo spaziale e la soluzione di compiti scientifici e militari.

Nonostante siamo riusciti a raccogliere molte informazioni, vorrei continuare il lavoro nelle seguenti aree:

Applicazione di nuove tipologie di carburanti presso PTS;

Migliorare i sistemi per il funzionamento sicuro dei veicoli spaziali del futuro.

4. Fonti di informazione:

1. Angara - veicolo di lancio, - Wikipedia - enciclopedia Internet gratuita, https://ru.wikipedia.org/wiki/angara_(veicolo di lancio), accesso 29/11/2014;

2. Gryaznov G.M. Spazio nucleare e nuove tecnologie (Note del direttore), - M: FSUE "TsNIIatominform", 2007;

3. Emelyanenkov A. Rimorchiatore a gravità zero, - Rossiyskaya Gazeta, http://www.rg.ru/2012/10/03/raketa.html, accesso 01.12.2014;

4. Sergei Pavlovich Korolev, - Wikipedia - l'enciclopedia libera, https://ru.wikipedua.org/wiki/Korolev,_Sergey Pavlovich, accesso 28/11/2014;

5. Veicolo spaziale Orion, - Obiettivo X, oltre il visibile, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskiy_korabl_orion.html, accesso 02.12.2014;

6. Astronave Rus, - Lente X, oltre il visibile, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskij-korabl-rus.html, accesso 02.12.2014;

7. V. P. Legostaev, V. A. Lopota e V. V. Sinyavskii, Acoust. Prospettive ed efficacia dell'uso delle centrali nucleari spaziali e dei sistemi di propulsione elettrica nucleare, - Ingegneria e tecnologia spaziale n. 1, 2013, da cui prende il nome Rocket and Space Corporation Energia. SP Koroleva, http://www.energia.ru/ktt/archive/2013/01-01.pdf, accesso 23/11/2014;

8. Sistema di trasporto con equipaggio prospettico, Wikipedia - enciclopedia Internet gratuita, https://ru.wikipedia.org/wiki/promising_manned_trinasport_system, accesso 24/11/2014;