Qual è il futuro del trasporto aerospaziale. Olimpiadi nella storia dell'aviazione e dell'aeronautica

L'azienda aerospaziale britannica ha presentato un concept aereo senza finestre. Invece, propongono di installare display che mostrino gli eventi che accadono fuori bordo e mostrino film. Gli aerei senza finestrini possono cambiare radicalmente il volto dell'aviazione civile, riducendo significativamente il consumo di carburante.

Il design del jet privato è stato sviluppato dagli specialisti della compagnia francese, che hanno presentato il progetto ad agosto. Invece di oblò, hanno suggerito di utilizzare schermi che mostrano film per la ricreazione e presentazioni per lavoro. Il dipartimento tecnico afferma che l'assenza di finestre aiuterà a ridurre il peso della nave, riducendo così il consumo di carburante, i costi di manutenzione e lo spazio liberato aumenta la possibilità di miglioramenti interni. Gareth Davis, chief designer di Technicon Design, l'azienda che ha proposto il progetto, ha affermato che alcuni elementi, come i display flessibili, possono già essere realizzati.

L'azienda americana Spike Aerospace prevede di presentare un aereo simile nel 2018. Sarà il lussuoso Spike S-512 Supersonic Jet, in grado di volare da New York a Londra in 4 ore con 12-18 passeggeri. La compagnia di Boston vede anche un aeroplano senza finestre del futuro. Di conseguenza, i passeggeri non devono nascondersi dal sole, né alzando né abbassando le tendine. Scomparirà anche la monotonia in volo. I progettisti ritengono che, in generale, i passeggeri vedano poco durante il volo: un paio di stelle, la luna, l'oceano infinito, le nuvole. Anche il peso del velivolo sarà ridotto, risparmiando così carburante. Le pareti dell'aereo si trasformeranno in enormi e sottili schermi che mostrano i panorami che circondano la nave. In alternativa, puoi guardare un film, diapositive, documenti.

È vero, anche gli sviluppatori riconoscono possibili problemi. Primo, molte persone possono sentirsi più ansiose in uno spazio ristretto quando non possono vedere cosa sta succedendo fuori. In secondo luogo, non solo i passeggeri devono vedere, ma anche i soccorritori, se necessario, devono vedere cosa sta succedendo all'interno, altrimenti agiranno alla cieca. E in terzo luogo, potrebbero esserci problemi con le persone che soffrono di cinetosi. Di solito, questi passeggeri guardano periodicamente fuori dal finestrino, trovano un punto di riferimento per se stessi. Qui saranno privati ​​di tale opportunità, gli schermi non saranno in grado di aiutarli.

Il Center for Process Innovation offre anche i suoi velivoli con enormi display OLED, che trasmetteranno immagini dalle telecamere installate all'esterno. Sarà possibile connettersi a Internet. Ridurre il peso di un aereo è il problema più importante che gli ingegneri stanno cercando di risolvere. Così hanno deciso di passare all'idea di costruire per analogia con gli aerei cargo. Nel frattempo il progetto è in via di definizione.

Qual è il futuro del trasporto aerospaziale?

Obiettivi e obiettivi
Lo scopo del lavoro è identificare possibili e promettenti aree di utilizzo, possibili progetti di veicoli spaziali e loro elementi per risolvere i problemi dell'esplorazione spaziale.
I compiti del lavoro sono studiare le direzioni di sviluppo, le caratteristiche delle fasi di volo e la loro considerazione nella progettazione, nelle strutture dei veicoli spaziali e nei sistemi di propulsione del veicolo spaziale.
introduzione
L'umanità ha avuto bisogno di millenni per un movimento più o meno sicuro sul proprio pianeta. Sviluppate le tecnologie, una persona potrebbe spostarsi sempre più lontano dalle proprie case. All'inizio del 18 ° secolo, lo sviluppo della produzione, i risultati scientifici portarono alla nascita dell'aeronautica. All'inizio del 20 ° secolo, la creazione di un motore a combustione interna leggero e potente ha permesso di sollevare un aeroplano in aria e la creazione di un motore a razzo a propellente liquido (LRE) - per fuggire nello spazio. Ci sono voluti solo 150 anni per passare dalla cattura del vento ai voli spaziali (1802 - niente piroscafi, 1957 - ci sono già razzi spaziali).
I progressi furono così evidenti e travolgenti che già all'inizio degli anni '60 furono fatte previsioni su come tra 35-40 anni passeremo i fine settimana in orbita, voleremo in vacanza sulla luna e le nostre astronavi inizieranno ad arare gli spazi interstellari .. Le aspettative erano associate al 21° secolo (1), prima del quale c'erano ancora 35 anni:

Riso. uno
Le prospettive di voli regolari di veicoli spaziali nello spazio vicino alla Terra e verso i pianeti più vicini del Sistema Solare per i turisti sono piacevolmente ottimistiche:

Destinazione	Prezzo del biglietto là dietro", Bambola.	Qtà passeggeri del volo	Tempo di volo
Orbita vicino alla Terra	1250	200	24 ore
Luna	10000	35	6 giorni
Venere	32000	20	18 mesi
Marte	35000	20	24 mesi
Marte espresso	70000	20	11 mesi

Ai passeggeri dovrebbe essere fornito lo stesso comfort delle compagnie aeree, delle ferrovie e dei transatlantici. Per ogni passeggero durante un volo in un'orbita vicina alla Terra, ci sono 2,85 m3 del volume del veicolo spaziale, sulla Luna - 11,4 m3, sui pianeti più vicini - 28,5 m3. Per chiarire, l'esperienza dei voli spaziali a lungo termine e il lavoro dei cosmonauti nelle stazioni orbitali ha dimostrato che il volume dei compartimenti pressurizzati per ogni persona dovrebbe essere di almeno 60 m3.

Sviluppo della tecnologia spaziale
La seconda metà del 20° secolo è stata principalmente dedicata all'esplorazione dello spazio vicino alla Terra con mezzi balistici, vale a dire razzi multistadio.
Sono stati immediatamente individuati due percorsi per lo sviluppo della tecnologia spaziale: balistico e aerodinamico. Gli aerei balistici (LA) utilizzano solo la spinta del getto del motore per il volo. Gli aeromobili aerodinamici per il volo, oltre alla spinta del getto del motore (motore a propellente liquido o air-jet (WFD)), utilizzano la portanza generata dall'ala o dal corpo dell'aeromobile. C'era anche uno schema combinato. Gli aerei aerodinamici sono più promettenti per l'atterraggio morbido autocontrollato,

Cos'è un "aereo spaziale"
Il trasporto aerospaziale è un concetto estremamente ampio che include aeromobili aerospaziali, sistemi di lancio e atterraggio, sistemi di controllo remoto, ecc. In questo documento considereremo l'aereo aerospaziale stesso, le sue parti e i dispositivi di lancio.
Il dispositivo di questo tipo non ha un nome preciso. Si chiama aereo spaziale, navicella spaziale, astroleta, aereo aerospaziale (VKS), ecc. “VKS è un tipo di aereo a reazione con equipaggio con una superficie portante (in particolare alata), progettato per voli nell'atmosfera e nello spazio, che combina le proprietà di un aereo e di un aereo spaziale. Progettato per un uso multiplo, deve essere in grado di decollare dagli aeroporti, accelerare fino alla velocità orbitale, volare nello spazio e tornare sulla Terra con un atterraggio all'aeroporto.
Il VKS è progettato per il volo nell'atmosfera e al di fuori di essa, nello spazio esterno, ed è progettato anche per le manovre nell'atmosfera utilizzando le forze aerodinamiche.
Un veicolo spaziale è un sistema spaziale riutilizzabile (CS) in un unico pezzo o una parte di un CS riutilizzabile con elementi riutilizzabili e la "riutilizzabilità" è la condizione principale per la "riutilizzabilità" di un veicolo spaziale. Qualsiasi veicolo spaziale riutilizzabile deve soddisfare i requisiti di elevata affidabilità, sicurezza, rischio minimo per l'equipaggio e carico utile durante l'esecuzione di compiti di volo, deve anche presentare i vantaggi degli aerei a reazione convenzionali durante il funzionamento e la manutenzione ed effettuare partenze e atterraggi in qualsiasi condizione atmosferica.
Un'altra disposizione è relativa alla definizione del grado di "riutilizzabilità" - per restituire l'intero sistema riutilizzabile (a fasi) o solo una parte di esso. I sistemi usa e getta richiedono l'assegnazione di aree per la caduta dei primi stadi di missili, oltre alle carenature. I secondi stadi, nella migliore delle ipotesi, bruciano nell'atmosfera e, nella peggiore, cadono a terra o nell'oceano, o rimangono in orbita per lungo tempo, trasformandosi in detriti spaziali Nuovi atteggiamenti verso l'ecologia della Terra e dell'esterno spazio, così come la riluttanza degli stati a "buttare soldi nello scarico" (in senso letterale!) portano alla necessità di creare un COP riutilizzabile.
Riutilizzabilità - anche le perdite di energia dovute agli elementi strutturali del veicolo spaziale che ne assicurano la riutilizzabilità stessa (ali, carrello di atterraggio, sistemi di paracadute, carburante aggiuntivo per il sistema di propulsione, ecc.). Servono nuovi materiali di costruzione, nuove tecnologie, motori più efficienti di oggi.

Fasi di volo
Qualunque sia lo scenario generale del volo spaziale, esso include necessariamente:
- decollo ed uscita dall'atmosfera,
- entrare nell'atmosfera e atterrare,
- volo nello spazio.

Stage "Decollo ed uscita dall'atmosfera"
Quasi tutti i progetti perseguono un obiettivo: ridurre la frazione di massa del carburante in un veicolo di lancio (LV) o in un veicolo spaziale (più del 90% della massa in un veicolo di lancio è carburante).

1 booster
I sistemi di lancio più famosi e sviluppati sono sistemi di lancio verticale con apposite piattaforme su cui sono posizionati alberi che tengono il velivolo in posizione verticale (cosmodromo). Tali sistemi sono stati utilizzati principalmente per il lancio di veicoli aerospaziali (VKA), lanciati da LV (LKS, Dyna-Soar) e VKA con lancio verticale (Energiya-Buran, Space Shuttle). È stata anche sviluppata una versione del veicolo di lancio, in cui i blocchi laterali del primo stadio, dopo essersi separati, hanno rilasciato un'ala e sono atterrati sull'aerodromo, e il blocco centrale del secondo stadio, essendo entrato in orbita e scaricato il veicolo di lancio, è entrato nell'atmosfera ed è atterrato utilizzando un'ala delta (Energia-2").
Oppure - l'aereo viene messo in orbita da un veicolo di lancio separato e i motori dell'aereo stesso non vengono utilizzati fino a quando non raggiunge un'orbita stabile. Esempi di tale sistema di lancio sono gli aerei a razzo Dyna-Soar (USA), Bor (URSS), ASSET e PRIME (USA), il trasporto riutilizzabile CS Energia-Buran (URSS) e Space Shuttle (USA).
RN è sviluppato e prodotto in molti paesi del mondo. I principali produttori sono Russia (40%), USA (26%), Paesi UE (21%), Cina (20%), Ucraina (6%), Giappone (4%), India (4%), Israele (1 %)). I criteri principali per la competitività sono la massa del veicolo di lancio lanciato, il design, il rispetto dell'ambiente, ecc. e una delle caratteristiche principali del veicolo di lancio è la loro affidabilità. L'indicatore più alto per questo parametro è posseduto dal sistema russo Proton: il 97% dei lanci riusciti, che supera i risultati medi del 10-20%.

2 Portaerei
Il "lancio aereo" è uno dei modi più promettenti per lanciare un aereo; diversi sviluppatori stanno attivamente sviluppando il lancio utilizzando un aereo da trasporto (CH).
L'aereo viene lanciato in quota con l'aiuto del CH, ne viene separato e, con l'aiuto dei propri motori, viene portato in orbita. È possibile l'installazione di un booster a razzo aggiuntivo.
Questo metodo di eliminazione presenta una serie di vantaggi. L'effetto previsto quando si utilizza CH è del 30-40% in più di PS rispetto a quando si parte dalla Terra.
Una delle operazioni di pre-lancio è il riempimento del veicolo spaziale e del veicolo di lancio con componenti di propellente. Ma il rifornimento può essere effettuato anche in volo [IZ 2000257]. Il volo di rifornimento si compone di diverse fasi (2).
Fig. 2
Le funzioni CH possono essere eseguite da un ekranoplan, che ha la più alta capacità di carico per unità del proprio peso di tutti gli aeromobili più pesanti dell'aria. L'ekranoplan può spostarsi sulla terraferma [IZ 2404090] o sulla superficie dell'acqua [IZ 2397922].
Gli sviluppatori degli Stati Uniti hanno proposto un sistema a tre fasi [IZ 2191145] con il salvataggio di tutte e tre le fasi (3). Sotto l'ala CH (fase I), ad esempio, un aereo C-5 o An-124. un altro aeromobile è sospeso con un vano di carico posto sul "dorso", dove è collocato lo stadio III con una carenatura in cui si trova il veicolo di lancio. Aerei a pieno regime decollano da un aeroporto vicino all'equatore. La SN raggiunge un'altezza e sviluppa una velocità sufficiente per lanciare un ramjet di stadio II. Lo stadio II si separa ed entra nella traiettoria suborbitale. Quando si lascia gli strati densi dell'atmosfera, viene separato lo stadio III, che nell'apogeo porta in orbita il PN. La fase II ritorna da sola, la fase III "riprende" e ritorna insieme a CH.
Fig. 3
Razzo riutilizzabile e sistema spaziale [IZ 2232700] con un numero molto elevato (fino a 10) degli stessi stadi reversibili (4). Tutti i gradini si trovano uno sopra l'altro con un leggero sfalsamento e non differiscono l'uno dall'altro, solo il primo gradino ha ali a caduta, che sono dotate di paracadute di salvataggio. Il decollo del veicolo spaziale viene effettuato orizzontalmente da un carrello riutilizzabile con l'aiuto di ali ribaltate. PN si trova nel vano di carico dell'ultimo stadio o in una speciale capsula di carico attaccata all'ultimo stadio. Solo l'ultimo stadio entra in orbita e all'avvio funzionano i motori di tutti gli stadi, mentre vengono alimentati dal serbatoio del primo stadio. Quando il carburante nel serbatoio del primo stadio è esaurito, questo stadio viene separato e il carburante viene consumato dal serbatoio del secondo stadio. Le ali abbassate vengono separate dopo il passaggio della navicella spaziale al volo verticale e all'atterraggio, ciascuna su un singolo paracadute.
Fig. 4
LA start (5) da uno speciale traliccio a forma di elicottero con eliche, sotto il quale è sospeso l'aeromobile, consente di sollevare l'aeromobile ad un'altezza fino al confine della troposfera [IZ 2268209]. Il design utilizza eliche con una diversa trasmissione e un diverso numero di pale. Le eliche multipale sono azionate da motori elettrici ad alta tensione con riduttori, mentre le eliche multipale sono azionate in modo reattivo.
Fig. 5

3 Contenitore
Nel 1954, V.N. Chelomey propose di lanciare un aereo da un container tubolare dotato di guide per il lancio di un aereo all'interno. Il container potrebbe essere posizionato su un sottomarino (sigillato), una nave di superficie, un dispositivo mobile o fisso a terra [AC 1841043], [AC 1841044] e utilizzato per lanciare un aereo con ali che si dispiegano o non si aprono in volo. È possibile utilizzare un contenitore tubolare per il lancio di aeromobili come gli aerei. L'ala e l'impennaggio dell'aeromobile possono essere dispiegati automaticamente all'uscita dal container. In generale, il sistema consente di collocare il numero massimo di aeromobili in container in un dato spazio, di effettuare il più rapido varo possibile dell'aeromobile senza prelievi dal container, senza apertura preliminare delle ali e l'utilizzo di ulteriori dispositivi di lancio speciali.
I veicoli di lancio Rokot e Dnepr partono dal trasporto e dal container di lancio.

4 Inizio "Cannone".
Il lancio combinato cannone-razzo ("mortaio") dal container trasporto-lancio è già utilizzato per lanciare l'RS-20 "Dnepr" LV. Il silo di lancio ospita un container di trasporto e lancio, il container contiene il razzo stesso e il generatore di gas, che si accende prima del lancio e facilita il lancio del razzo.
Tra la fine degli anni '90 e l'inizio degli anni 2000, come uno dei modi promettenti per lanciare un veicolo spaziale, il cosiddetto. lancio di cannoni - lancio di un veicolo di lancio (compresi i veicoli aerei con equipaggio) in un'orbita vicina alla Terra da un cannone elettromagnetico o gas-dinamico. Il principio di funzionamento della pistola elettromagnetica: sul velivolo metallico - una specie di nucleo situato all'interno della bobina del solenoide, in presenza di corrente continua nell'avvolgimento della bobina, agisce la forza di Lorentz, espellendo l'aereo dalla canna della pistola elettromagnetica , conferendo alta velocità all'aeromobile. Dopo lo sparo, i motori dell'aereo stesso si accendono. Quando vola fuori dalla canna della pistola (una pistola a forma di toro), l'aereo avrà una velocità di circa 10 km / s, tuttavia, a causa dell'elevata densità dell'atmosfera vicino alla superficie terrestre, dopo aver lasciato la pistola, il veicolo la velocità diminuisce.
Per ridurre le perdite di velocità e ridurre la resistenza dell'aria quando si vola in strati densi dell'atmosfera, viene creato contemporaneamente un canale termico utilizzando un raggio laser [IZ 2343091], [IZ 2422336] - si crea un guasto elettrico nell'aria (canale plasma), quindi a causa dell'assorbimento della radiazione laser i gas dell'atmosfera formano un canale di calore a pressione ridotta, attraverso il quale si muove la nave.

5. Inizia dal cavalcavia
L'aereo parte su un carrello con motori a reazione su un cavalcavia speciale. Il carrello frena alla fine del cavalcavia e l'aereo viene separato dal carrello e avvia il proprio motore a razzo.
La particolarità del lancio dal carrello di lancio a cavalletto [IZ 2102292] è la superficie ghiacciata lungo la quale l'aereo si muove sul carrello (6).
Fig. 6
Gli sviluppatori offrono sistemi con un cavalcavia a forma di tubo, in cui si muove un carrello con un aereo [IZ 2381154].
Possono essere implementati anche sistemi che combinano una pistola elettromagnetica con un cavalcavia. L'aereo viene accelerato all'interno di un tubo con un avvolgimento e viene sparato verso l'alto [DA 2239586].

6 Palloncino
Interessanti sviluppi in cui l'aereo è un pallone riempito di idrogeno, che viene consumato dai motori [IZ 2111147], [AC 1740251]. Questo design [IZ 2111147] aiuta a risolvere il problema del decollo del veicolo pieno. Il sistema di trasporto aerospaziale viene lanciato dalla superficie della Terra. Il veicolo di ritorno viene sollevato a causa della forza di sollevamento aerostatica creata dall'idrogeno nei cilindri (7). Come risultato del funzionamento dei motori, l'aereo di ritorno accelera a una velocità di M = 2,5 - 3,0. Nella fase di accelerazione, l'idrogeno dei cilindri può essere utilizzato come carburante per i motori.
Fig. 7

7 Lancio in mare
Il razzo Sea Launch e il complesso spaziale è destinato al lancio direttamente dall'equatore con il massimo utilizzo dell'effetto della rotazione terrestre del veicolo spaziale per vari scopi in orbite vicine alla Terra, comprese alte circolari, ellittiche, senza restrizioni di inclinazione orbitale, orbita geostazionaria e traiettorie di partenza.
Naturalmente, è stata presa in considerazione solo una piccola parte delle possibili opzioni per il lancio e il ritiro dell'aeromobile oltre l'atmosfera.

Confronto tra partenza orizzontale e verticale
C'è un dibattito su quale tipo di inizio è meglio: orizzontale o verticale?
Con un lancio verticale, è necessario utilizzare motori con una forza di spinta maggiore del peso del razzo. Questi motori sono più pesanti dei motori ad avviamento orizzontale. Con un lancio verticale, è quasi impossibile utilizzare la WFD. Ma per un lancio verticale non sono necessarie piste, solo una rampa di lancio relativamente compatta. Svantaggi: perdite gravitazionali e pericolo di distruzione del complesso di lancio da parte di detriti in caso di incidente LV pochi secondi dopo il lancio.
Con un avvio orizzontale, è possibile utilizzare motori meno potenti e per la prima fase del volo, invece dei motori a razzo, utilizzare la WFD. È vero, una partenza orizzontale comporta perdite di energia dovute ai mezzi per fornire una partenza orizzontale: ali e carrello di atterraggio, ma queste perdite possono essere ridotte al minimo. Con una partenza orizzontale, è più facile organizzare il sistema di soccorso della prima fase. Lo svantaggio è l'assegnazione di grandi aree per le piste. L'uso di aeroporti standard per il decollo e l'atterraggio delle piste aiuterà a risolvere questo problema. Si presume che aumenterà il rischio di distruzione dello strato di ozono dell'atmosfera situato ad altitudini di 15-35 km dal funzionamento dei motori a reazione. Con un lancio verticale, il razzo vola attraverso questo strato in 30-40 secondi. Il problema del rischio ambientale può essere risolto, ad esempio, selezionando una traiettoria di volo speciale: accelerazione ad alte velocità a quota 12-14 km, eseguendo una "scivolata" con un temporaneo aumento dell'angolo rispetto all'orizzonte fino a ~ 50 gradi con un volo veloce attraverso lo strato di ozono (volo distruttivo nello strato in 10 minuti), quindi una diminuzione dell'angolo rispetto all'orizzonte a 10-20 gradi a un'altitudine di oltre 36 km. Tuttavia, questo scenario può portare ad un aumento delle perdite aerodinamiche.
La scelta del tipo di partenza è determinata dal costruttore. Alcuni costruttori sono per l'inizio verticale, altri per orizzontale. VM Myasishchev ha dato una chiara preferenza all'inizio orizzontale. È così che è nato il progetto della navicella spaziale M-19 con motore nucleare, il cui lancio avrebbe dovuto avvenire, secondo Myasishchev, nel 1990 (due anni dopo l'unico lancio del Buran).

Stage "Entrata nell'atmosfera e atterraggio"
Il problema principale del ritorno dall'orbita vicino alla Terra è il riscaldamento dell'aereo a causa dell'attrito contro l'aria negli strati densi dell'atmosfera. I materiali del corpo e i rivestimenti protettivi sono un'intera area di sviluppo. Allo stesso tempo, i seguenti compiti possono e devono essere risolti: protezione contro il riscaldamento quando si interagisce con l'atmosfera durante il decollo e l'atterraggio ad alte velocità e il riscaldamento atmosferico; esposizione alla radiazione solare nello spazio, un gradiente di temperatura elevato sui lati solare e in ombra, effetti termici a lungo ea breve termine delle centrali elettriche, nonché protezione contro le armi, compreso il laser.
Esistono tre metodi principali di raffreddamento per proteggere i veicoli spaziali dalla distruzione termica, ognuno con i propri vantaggi e svantaggi:
- design "caldo" - il raffreddamento viene eseguito per irraggiamento;
- ablazione - il raffreddamento avviene per evaporazione del rivestimento, il rivestimento viene sostituito dopo ogni volo;
- isolamento termico con piastrelle di ceramica sul fondo.
I veicoli spaziali alati hanno un vantaggio durante la discesa nell'atmosfera: i sovraccarichi e il carico termico sono ridotti, la manovrabilità del veicolo e la precisione di atterraggio aumentano, ma un'ala sottile è vulnerabile alle alte temperature.
Il lavoro di progettazione sulla navicella spaziale di rientro con equipaggio del tipo "cosmoplane" iniziò nel 1960 presso l'OKB-52 (ora NPO Mashinostroyenia). Di conseguenza, apparvero l'aereo a razzo con equipaggio R-2 e l'RN UR-500, che in seguito divenne il "Proton". L'R-2, come tutti i veicoli spaziali alati sviluppati da V.N. Chelomey, aveva ali pieghevoli, a differenza della maggior parte dei progetti simili di altri uffici di progettazione. Negli anni '60, le tecnologie di protezione termica erano molto indietro rispetto ai requisiti per gli elementi a carico di calore. Pertanto, la prima navicella spaziale con equipaggio dell'URSS e degli Stati Uniti aveva la forma di una sfera e un cono inverso senza spostamento del centro di massa.
Per ridurre gli effetti del riscaldamento delle ali dei velivoli aerospaziali, sono in fase di sviluppo vari modelli dell'ala stessa.
Protezione termica combinata [IZ 1840531] - sul lato esterno (8) è presente una guaina di lastre di quarzo con rivestimento esterno di irraggiamento, fissata all'alimentatore, e nella zona dei vani formati dalla pelle esterna e dal power pack, un materiale capillare-poroso con uno spessore di 2-3 mm, che viene umidificato con refrigerante liquido, garantendo la rimozione del refrigerante evaporato.
Fig. 8
Già nel 1976, NPO Energia ha proposto di utilizzare un campo magnetico per la protezione. La temperatura dell'aria a contatto con il veicolo spaziale durante la decelerazione alla prima velocità spaziale raggiunge ~ 8000 ° C, si verifica la ionizzazione dell'aria. Senza la presenza di un campo magnetico esterno, gli ioni si diffondono nella regione della fusoliera, dove è più fredda, e si verifica una reazione di ricombinazione, a causa della quale viene rilasciato calore. All'interno della navicella (9) è possibile installare potenti magneti permanenti, che creano un campo magnetico [AC 1840521], che impedisce la diffusione di ioni ed elettroni sulla superficie della fusoliera, pertanto le reazioni di ricombinazione avverranno a maggiore distanza dalla fusoliera, il riscaldamento della fusoliera dal calore di queste reazioni diminuirà.
Fig. 9
È possibile attuare il raffreddamento mediante sbrinamento, quando un elemento strutturale solido si trasforma in uno stato liquido e questo liquido viene scaricato fuori bordo o in un'autostrada di bordo [IZ 2033947]. Il vantaggio di questo progetto è che il refrigerante solido può essere un elemento strutturale prima che si sciolga.

Corridoio d'ingresso
Per ridurre la probabilità di riscaldamento e distruzione dell'aeromobile quando si entra nell'atmosfera, è necessario conoscere e utilizzare capacità "naturali". Per i pianeti diversi da Mercurio e satelliti (Titano, Encelado, forse Ganimede) con un'atmosfera, bisogna ricordare i cosiddetti. nel corridoio d'ingresso - la differenza di altezze del perigeo tra i valori limite consentiti per le altezze inferiori e superiori a quella pianificata. Un'altitudine inferiore a quella pianificata porterà alla rottura o alla combustione del veicolo spaziale e più alta - al veicolo spaziale che lascerà i limiti dell'atmosfera. La larghezza del corridoio dipende dai limiti consentiti per il carico termico e i sovraccarichi per un particolare dispositivo; a velocità parabolica - approssimativamente uguale: Venere - 113 km, Terra - 105 km, Marte - 1159 km, Giove - 113 km,. Ma anche nel corridoio, l'energia dispersa sarà enorme. Un esempio estremo è l'ingresso della navicella Galileo nell'atmosfera di Giove alla velocità di 47,5 km/s; 4 minuti prima dell'apertura del paracadute di frenatura si disperdevano 3,8∙ 105 megajoule. La temperatura superficiale era di 15000 K, 90 kg di materiale ablativo evaporati (con un peso del dispositivo di 340 kg).
Un vantaggio interessante è lo schema dell'apparato-disco con fondo raffreddato ablativamente e protezione termica sottovuoto della cabina. Quando si entra nell'atmosfera con un angolo di 45 gradi, la cabina di un tale apparato si troverà in una zona di vuoto quasi assoluto, che la proteggerà in modo affidabile dal riscaldamento all'ingresso.
Stage "Volo nello spazio"
In questo articolo, non considereremo questa sezione in dettaglio, elencheremo solo una parte dei fattori che dovrebbero essere presi in considerazione nello sviluppo e nella progettazione di veicoli spaziali: radiazioni ionizzanti, campo magnetico modificato, radiazione solare (UV), vuoto (porta a una lenta evaporazione della pelle del veicolo spaziale), pericolo di meteoriti, gradiente di temperatura, radiazioni cosmiche, detriti spaziali, propellenti.
Inoltre, le condizioni di essere a bordo della navicella hanno un effetto significativo su una persona: accelerazioni, atmosfera artificiale, isolamento, ipocinesia, assenza di gravità.

Disposizione e struttura del veicolo spaziale
I progetti di veicoli spaziali vengono realizzati principalmente in due modi:
... Corpo portante
... Aereo.
La disposizione del corpo portante - non ci sono superfici aerodinamiche orizzontali, ad eccezione delle superfici di controllo - flap, flap, elevatori, ecc. Si presumeva che i veicoli con un corpo portante (ANC) sarebbero stati lanciati nello spazio utilizzando il veicolo di lancio. Hanno una manovra laterale maggiore rispetto ai veicoli balistici, ma anche molto limitata, e inoltre non hanno spigoli vivi portati fuori nel corso d'acqua (tranne le chiglie). Tuttavia, nel processo di test (principalmente negli Stati Uniti, M2-F1, M2-F2 e altri nell'ambito dei programmi PILOT, ASV e ASE nell'ambito del programma ASSET e dei programmi PRIME), si è scoperto che l'ANC ha un basso qualità aerodinamica (<1 на гиперзвуке), неудовлетворительную устойчивость по крену и высокую скорость снижения, а величина бокового маневра увеличивалась не очень значительно.
Disposizione degli aerei. Molto spesso, il veicolo spaziale è realizzato secondo il design senza coda con un'ala delta di proporzioni ridotte. Questo schema si distingue per una notevole quantità di manovra laterale, maggiore di quella dei veicoli balistici e dei veicoli con carrozzeria monoscocca. Tuttavia, i calcoli aerodinamici e termodinamici dello schema alato sono più complicati ed è necessaria un'ulteriore protezione termica degli spigoli vivi dell'ala. Ma questi svantaggi sono più che compensati dai vantaggi: la capacità di fornire qualcosa dall'orbita e il pieno ritorno dell'unità orbitale.
Ogni veicolo spaziale riutilizzabile, a differenza di un veicolo di lancio una tantum, trasporta un mezzo di ritorno dall'orbita o dalla traiettoria di lancio. Uno di questi mezzi di ritorno sono le superfici aerodinamiche: scafo o ala.

1 dischetto
Può essere considerata una classe indipendente con un layout che prevede sia un "corpo portante" che "aeroplano".
Il sistema aerospaziale riutilizzabile [AC 580696] è destinato al lancio di un PN nell'orbita di riferimento vicino alla Terra, nonché al ritorno di oggetti spaziali dall'orbita alla Terra utilizzando un veicolo spaziale di trasporto (10). Lo scafo (fusoliera) e l'ala dei gradini e del TKK rappresentano un unico corpo-ala intero, il cui profilo è un mezzo disco per i gradini e un disco per il TKK; entrambi i passaggi e TKK nel cerchio o nell'ellisse del piano. Entrambi gli stadi e il TKK sono presidiati e collegati da passaggi con possibilità di passaggio da una cabina all'altra.
Riso. 10
Il sistema di decollo aerospaziale riutilizzabile con un velivolo a forma di disco con profilo trasversale a forma di goccia [AC 1740251] è costituito da un velivolo con una centrale a vuoto (WPP) collegata alla guida di lancio e proiettili aerostatici collegati al guida al lancio - un'altra versione del "lancio del pallone" (undici).
La turbina eolica evacua i gusci aerostatici per sollevare l'aereo all'altezza richiesta e impostare la guida di partenza all'angolo richiesto. L'aereo atterra sull'aerodromo o sulla superficie dell'acqua mantenendo una posizione stabile. I proiettili aerostatici vengono restituiti sulla Terra e riutilizzati.
Fig. 11
Gli ingegneri non stanno abbandonando l'idea di un aereo a forma di disco nel 21° secolo. Discoplane [PM 57238] con molti motori a razzo termonucleare su una circonferenza, sarà in grado di sviluppare velocità da 0 a 15 km/s e trasportare merci sulla superficie lunare, per svolgere lavori in orbita geostazionaria.
Il veicolo aereo EKIP è diventato l'ispirazione per il velivolo a forma di disco [IZ 2396185] con una fusoliera a forma di disco.

2 Corpo portante
Per risolvere una serie di compiti spaziali, può essere utilizzato un aeroplano spaziale [IZ 2137681] con un corpo ad ala mono (12), in cui si trovano tre fusoliere collegate tra loro, serbatoi di carburante e diversi gruppi di motori a reazione sono installato - sostenitore, decollo e atterraggio, freno e turbina a gas. Gli alimentatori contengono anche pannelli solari.
Fig. 12

3. Disposizione dell'aeroplano
Gli schemi proposti sono estremamente diversi.
Un veicolo spaziale riutilizzabile è realizzato come una "navetta" alata con cavità per il veicolo di lancio [IZ 2111902]. Ciò consente di migliorare la controllabilità della "navetta" nella sezione di lancio grazie all'eliminazione del disallineamento di spinta dovuto al posizionamento della navetta a lato del veicolo di lancio. Il veicolo spaziale decolla verticalmente e, dopo la scadenza del tempo di funzionamento LV, viene separato dalla "navetta". Un'idea simile di far cadere il veicolo di lancio integrato è stata implementata (o sarà implementata) nell'aereo a razzo Lynx.
Interessante e inaspettata è la proposta di utilizzare veicoli spaziali a base diversa per la consegna di un satellite in orbita [IZ 2120397]. Velivoli operanti in modo indipendente: la videoconferenza, basata su una stazione spaziale orbitante, e un aereo da trasporto terrestre (TC) decollano ciascuno dalla propria base. Nell'atmosfera terrestre, l'attracco e lo scambio di merci avviene durante un volo congiunto, lo sgancio e il ritorno di ciascun aeromobile al punto di base.
Il veicolo spaziale a due stadi sviluppato da NE Staroverov [IZ 2503592] è costituito da un primo e un secondo stadio alati e un razzo a propellente solido senza ali (usa e getta) situato tra di loro. Il primo stadio e il razzo sono senza equipaggio, il secondo stadio è presidiato. All'inizio funzionano i motori turbojet a due circuiti. L'accelerazione e il sollevamento vengono eseguiti con accensioni sequenziali delle modalità motore, con diverse angolazioni rispetto all'orizzontale.
Naturalmente sono di particolare interesse i sistemi a uno stadio in grado di partire dalla superficie terrestre.
Lo sviluppo di veicoli spaziali a stadio singolo è effettuato dalla società indiana Adviser, Defense Research End Dev.org, un velivolo aerospaziale a stadio singolo [PO 51288]. dotato di due motori a getto d'aria e due motori a propellente liquido, e la presa d'aria è rettangolare.
Negli Stati Uniti, SUNSTAR IM sta sviluppando un veicolo spaziale personale a stadio singolo "basato su un garage". Si presume che il veicolo spaziale entrerà in una traiettoria orbitale e, probabilmente, si atterrerà alla stazione orbitale. La caratteristica del design è la capacità di piegare le ali (13) collegate in modo girevole alla fusoliera per lo stoccaggio e la consegna al sito di lancio e ritorno.
Fig. 13
Una delle direzioni sono le astronavi turistiche.
Il Russian Aviation Consortium sta sviluppando [PO 78697] un aereo turistico suborbitale.
MAI è uno degli sviluppatori del progetto del sistema aerospaziale per scopi scientifici e sportivi. Il sistema comprende un razzo suborbitale con un velivolo da trasporto MiG-31S, un sistema di servizio a terra e un complesso tecnico e sportivo per l'addestramento dei potenziali equipaggi.
Il turismo spaziale è l'unica direzione in cui vengono attualmente implementati i veicoli spaziali. Nel 2016 è previsto il primo volo del velivolo aerospaziale suborbitale Lynx e la capsula suborbitale turistica SpaceShipTwo e il velivolo portante WhiteKnightTwo (sistema a due stadi) sono in prova da diversi anni. Tuttavia, il turismo spaziale è costoso. Uno degli appassionati di aviazione e turismo spaziale, R. Branson, si è lamentato del fatto che i viaggi nello spazio o erano astronomicamente costosi: in Unione Sovietica (si dice così!) Per un volo per la ISS gli chiedevano $ 30 milioni, oppure era scomodo e pericoloso.
Sulla SpaceShipTwo è installato un motore a razzo ibrido con combustibile solido e ossidante liquido. SpaceShipTwo è progettato per 8 persone: 2 membri dell'equipaggio e 8 passeggeri. L'obiettivo della compagnia è che i voli siano sicuri e convenienti. L'aereo da trasporto WhiteKnightTwo è un aereo a due fusoliere, una capsula SpaceShipTwo è attaccata tra le fusoliere.
Un veicolo spaziale in grado di raggiungere velocità superiori a Mach 0,9 e in grado di fornire voli transonici e/o supersonici è stato sviluppato da ASTRIUM SAS (Airbus), Francia. Il velivolo è equipaggiato con due motori a turbogetto operanti in volo atmosferico e un motore a razzo. Quando la loro atmosfera esce, le prese d'aria vengono chiuse con speciali valvole mobili a forma di cupola che ripetono la forma della fusoliera dell'aereo.
Il CS Lynx suborbitale monostadio, prodotto da XCOR Aerospace Incompany (USA), può essere utilizzato per trasportare turisti nello spazio, condurre ricerche scientifiche e lanciare un veicolo di lancio con una massa fino a 650 kg in orbita bassa utilizzando uno stadio superiore esterno . Senza uno scomparto esterno con un palco superiore, Lynx può essere utilizzato per trasportare diversi turisti o un turista e una serie di strumenti scientifici per l'esplorazione dello spazio nello spazio.
Lynx utilizza motori a razzo riutilizzabili ad accensione comandata che funzionano con ossigeno liquido - idrocarburi liquidi (cherosene, metano, etano, isopropanolo).
La società britannica Bristol Spaceplanes sta sviluppando un veicolo spaziale per il trasporto di turisti. Ascender è un razzo suborbitale in grado di trasportare un pilota e un passeggero o un pilota e un set di apparecchiature scientifiche a un'altitudine di 100 km.
Ascender darà il via allo sviluppo di un sistema Spacebus a due stadi, un velivolo orbitale in grado di trasportare fino a 50 passeggeri e di fornire un volo dall'Europa all'Australia in circa 75 minuti. Poiché la base del progetto è, ove possibile, elementi standard dei sistemi aeronautici e spaziali, il costo di un volo Spacebus sarà 100 volte inferiore al costo di un volo Shuttle.
La novità del 2004 è stata presentata dalla EMZ im. VM Myasishchev e il sistema aerospaziale "Suborbital Corporation" Cosmopolis-XXI (C-XXI) - un pacchetto di velivoli da trasporto M-55 "Geophysics" e un razzo suborbitale. Il progetto non è stato realizzato.

Sistemi di propulsione di veicoli spaziali
Non importa quanto sia buono il design, non importa quanto sia ponderato il piano di volo, un veicolo spaziale non volerà da nessuna parte senza un motore.
Si presumeva che per le principali potenze spaziali entro la fine degli anni '80, il compito abituale sarebbe stato quello di lanciare un carico utile aggregato del peso di 900 - 1000 tonnellate. NRE con un nucleo in fase gas, motori termonucleari e termonucleari pulsati sono stati considerati i motori più promettenti.
Qualsiasi sistema di propulsione (DS) deve includere una fonte di energia, una fonte del fluido di lavoro (massa scartata) e il motore stesso, e in alcuni tipi di motori la fonte di energia e il fluido di lavoro sono combinati (motori chimici).
Le centrali elettriche possono essere convenzionalmente suddivise in tre gruppi:
1. Autonomo - la fonte di energia e il fluido di lavoro sono a bordo (motori a razzo a propellente liquido e altri prodotti chimici, NRE);
2. Semiautonomi - DS con fonti di energia esterne: motori che utilizzano l'energia di laser esterni, generatori di microonde, il Sole (nel metallo esistono solo quelli ionici e plasma);
3. Motori non autonomi che utilizzano l'atmosfera, il mezzo interplanetario, il materiale dei pianeti e degli asteroidi, nonché il vento solare (vela solare) come mezzo di lavoro.
I motori sono suddivisi in base al tipo di fonti di energia, allo stato iniziale del fluido di lavoro e ad altre caratteristiche.
Nessuno dei WFD esistenti può essere utilizzato su un veicolo spaziale in tutte le modalità di volo. Pertanto, il concetto stesso con accelerazione su un VRM richiede un sistema di propulsione combinato con motori di diverso tipo. La lotta per la velocità di volo è principalmente una lotta per aumentare la potenza e l'efficienza del motore.
Consideriamo alcuni tipi di motori che sono promettenti per l'uso su veicoli spaziali.

Motore a reazione a propellente liquido
LRE è il motore più comune per veicoli spaziali e veicoli di lancio. Una caratteristica del motore a razzo è la capacità di lavorare nell'intera gamma di altezze. Tuttavia, i motori a razzo consumano una grande quantità di carburante e ossidante e hanno anche un'efficienza relativamente bassa.
Aree di sviluppo promettenti:
- motore a razzo a propellente liquido con area della gola regolabile; l'impulso specifico a un valore di spinta ridotto aumenta del 3-4%.
- LRE con rapporto variabile delle componenti del combustibile Km durante il funzionamento (combustibile - ossigeno liquido, combustibile - idrogeno liquido) più volte (fino a Km = 15) durante il funzionamento della camera di combustione; il motore viene portato alla modalità nominale (Km = 6) dopo la salita, che fornisce un elevato impulso specifico di spinta; sono previsti un minor consumo di idrogeno e una riduzione delle dimensioni e del peso dei serbatoi.

Motori a razzo ibridi (GRD)
In effetti, i GRD sono motori a razzo convenzionali in cui i propellenti si trovano in fasi diverse, ad esempio, il carburante liquido è un ossidante solido o il carburante solido è un ossidante liquido. A seconda delle caratteristiche del motore a gas, occupano una posizione intermedia tra il motore a propellente liquido e il motore a propellente solido. I vantaggi del motore a gas: richiedono il controllo dell'alimentazione di un solo componente, per il secondo non sono necessari serbatoi, valvole, pompe, ecc., Hanno la capacità di controllare la trazione e l'arresto, non richiedono un raffreddamento separato sistemi per le pareti della camera di combustione: il componente solido in evaporazione raffredda le pareti. Il motore di questo tipo è installato su SpaceShipTwo.

Motore a getto d'aria a flusso diretto (ramjet)
A causa della relativa semplicità del design, nonché della capacità di operare in un'ampia gamma di velocità, il ramjet è considerato in molti progetti di veicoli spaziali. In questi progetti, i motori ramjet svolgono il ruolo di motore principale per l'accelerazione nell'atmosfera, poiché non hanno praticamente restrizioni sulla velocità massima di volo atmosferica. L'efficienza e la potenza di un motore ramjet aumenta con la velocità e l'altitudine. Uno degli svantaggi dei motori ramjet è che per lanciarli è necessario accelerare l'apparato a velocità di circa 300 km/he, nel caso di motori ipersonici ramjet, a velocità supersoniche utilizzando motori di altro tipo.
Nel ramjet può essere utilizzato combustibile solido in polvere, come il carbone. È stato proposto di utilizzare polvere di carbone come combustibile primario nel progetto dell'aereo Li P.13 di A. Lippisch.
Il progetto ramjet più promettente è considerato un motore a razzo ramjet ibrido. Un tale motore ha un impulso specifico maggiore rispetto a un motore a propellente liquido e una spinta maggiore per 1 m2 di area della sezione trasversale e, in alcuni casi, un impulso specifico maggiore. L'RPVRD può essere efficacemente utilizzato in un'ampia gamma di velocità. È costituito da un circuito a razzo: un generatore di gas, che è un motore a razzo a propellente solido, un motore a propellente liquido o un motore a gas e un circuito a flusso diretto.
L'uso dei metalli come combustibile è dovuto alla loro elevata attività, al significativo rilascio di calore e consente di creare motori ramjet fondamentalmente nuovi e altamente efficienti per missili guidati. I vantaggi di un ramjet su combustibile metallico in polvere, utilizzando l'aria atmosferica come ossidante, sono che forniscono caratteristiche di elevate prestazioni, possono essere utilizzati in un'ampia gamma di velocità, pur essendo affidabili nella movimentazione e nello stoccaggio.
Uno dei compiti della progettazione di un motore ramjet è garantire la completa combustione del carburante. Una soluzione interessante è stata suggerita dai dipendenti della Tactical Missile Armament Corporation [IZ 2439358]. Come combustibile viene proposta una polvere metallica come alluminio o magnesio. Nella precamera si forma una sospensione di aria-polvere con aria in eccesso e questa miscela inizia a bruciare. Le particelle di polvere sono completamente bruciate nel postcombustore. Si forma una corrente a getto.
KB Khimavtomatiki insieme a CIAM sta sviluppando un motore ipersonico ramjet di ricerca, un motore ramjet ipersonico assisimmetrico. GPVRD 58L con camera rettangolare è destinato alla ricerca sperimentale dei processi di lavoro durante la combustione dell'idrogeno in un flusso supersonico. Nel 1998 è stato eseguito con successo un test di volo del motore, durante il quale è stata raggiunta per la prima volta al mondo la velocità di Mach 6,35.
Inoltre, sono state eseguite prove di volo di un modello di motore scramjet assimetrico a due modalità su idrogeno liquido nella gamma di numeri di Mach di volo da 3,5 a 6,5 ​​a un'altitudine di 28 km.
Allo stesso tempo, gli scienziati della CIAM stanno creando un nuovo schema di un motore ramjet a detonazione pulsante supersonico (SPDPD) con un flusso supersonico in una camera di combustione di detonazione e combustione in un'onda di detonazione pulsante. I calcoli per un SPDFD idrogeno-aria hanno mostrato che quando vola ad un'altitudine di H = 25 km, può operare con numeri di Mach di volo m / s da 4,5 a 7,5.

Motore a razzo nucleare (YARD)
L'uso dell'energia termica dalle reazioni di fissione nucleare di elementi instabili sembra essere la direzione più promettente nello sviluppo dei motori a razzo termico.
CANTIERE - motori a razzo, la cui fonte di energia è il propellente nucleare; hanno un impulso specifico maggiore rispetto ai motori a razzo più efficienti. Ma allo stesso tempo, i NRE hanno una massa maggiore rispetto al motore a razzo a propellente liquido, poiché sono dotati di uno scudo contro le radiazioni.
YARD consuma una piccola quantità di carburante per molto tempo e può funzionare a lungo senza fare rifornimento.
Le classi principali di NRE:
- riscaldamento diretto: il fluido di lavoro si riscalda al passaggio nell'area contenente materiale fissile (RD-0410);
- con un sistema intermedio di conversione dell'energia, dove l'energia nucleare viene prima convertita in energia elettrica, e l'energia elettrica viene utilizzata per riscaldare o accelerare il fluido di lavoro, ad es. rappresentano un reattore nucleare e relativo EP ("TOPAZ 100/40"),.
YARD RD-0410 può essere utilizzato per l'accelerazione, la decelerazione di veicoli spaziali e la correzione della loro orbita durante l'esplorazione dello spazio profondo. Questo motore è realizzato in un circuito chiuso, il fluido di lavoro è idrogeno liquido. A causa della perfezione termodinamica del fluido di lavoro e dell'elevata temperatura del suo riscaldamento in un reattore nucleare (fino a 3000 K), il motore ha un'elevata efficienza, l'impulso di spinta specifico nel vuoto è di 910 kgf / kg, che è il doppio come quello dei motori a razzo a propellente liquido basati su componenti idrogeno-ossigeno e 1,85 volte superiore a quello dei motori a razzo idrogeno-fluoro. Ma anche questa è storia. KBKhA è stato incaricato di sviluppare NRD RD0410 e RD0411 nel 1965.
NRE ha subito molti anni di ricerca dettagliata: durante gli anni '70 - '90, più di tre dozzine di installazioni elettriche nucleari (NPP) di tre modifiche sono state gestite nello spazio, progettate per alimentare le apparecchiature del veicolo spaziale secondo il principio della conversione dell'energia termica di un nucleare reattore in elettricità in un generatore termoelettrico a semiconduttore.
I lavori per la creazione di una centrale nucleare per veicoli spaziali sono proseguiti da Krasnaya Zvezda JSC, [IZ 2421836], [IZ 2507617].
Tuttavia, NRM e NPP non hanno ancora trovato applicazione pratica nemmeno nei voli dimostrativi, sebbene continuino a essere considerati promettenti per i voli spaziali a lunga distanza. C'erano anche dubbi sul fatto che un tale motore fosse necessario e se sarebbe stato sviluppato.
Durante il funzionamento, l'NRM emette radiazioni radioattive, pertanto è necessaria la protezione dalle radiazioni della nave. Nell'atmosfera è necessaria una protezione completa e nello spazio è piuttosto ombroso quando il motore è protetto dalla nave principale da uno scudo protettivo.
Lo smaltimento delle centrali nucleari dopo la fine del funzionamento viene effettuato mediante trasferimento in orbita, dove la durata del reattore è sufficiente per il decadimento dei prodotti di fissione a un livello di sicurezza (almeno 300 anni). In caso di incidenti con un veicolo spaziale, la centrale nucleare incorpora un sistema aggiuntivo di sicurezza dalle radiazioni (ARS) altamente efficiente, che utilizza la dispersione aerodinamica del reattore a un livello di sicurezza.
Torniamo alle previsioni. Nel 1966, Y.Konechchi scrisse che, secondo la valutazione più pessimistica, la messa in servizio di un reattore nucleare con nucleo in fase gassosa diventerà 1990 ... È passato un quarto di secolo.

Motore a razzo laser (LRM)
Si ritiene che le caratteristiche della LJE si trovino tra le caratteristiche della NRE e della EJE.
L'LJE è progettato per fornire spinta a un aereo pilotato da un flash al plasma avviato dal laser. Dal 2002, KBKhA in collaborazione con I. MV Keldysh e NIINI di dispositivi optoelettronici stanno studiando il problema della creazione di un LJE, che è molto più economico dei tradizionali motori a combustibile chimico.
Nella bozza di un altro LRD [IZ 2559030], il principio di funzionamento è diverso. Una scarica ottica continua viene generata nella camera di combustione mediante un laser. Il fluido di lavoro, interagendo con il plasma di scarica, acquisisce velocità supersonica.
Il motore a razzo fotonico è un ipotetico motore a razzo che crea una spinta come risultato del deflusso direzionale di fotoni da esso. il flusso di fotoni ha la velocità massima raggiungibile - la velocità della luce. ... Lo sviluppo della teoria dei razzi fotonici ha una lunga storia. Secondo E. Zenger, i razzi fotonici, messi in moto dalla reazione del flusso di fotoni espulsi dal razzo, permetteranno di volare nelle regioni più lontane della Galassia
Forse è una questione di terminologia. I motori fotonici sono ora chiamati motori che utilizzano un laser; nel 1958 i laser non erano ancora stati creati. Il motore fotonico [PM RU 64298] di design "convenzionale" contiene un potente laser come sorgente di fotoni; una caratteristica distintiva è l'uso di un risuonatore ottico, che consente di aumentare la spinta del motore.
Un altro motore fotonico [IZ 2201527] si differenzia in quanto utilizza un cristallo di diamante e specchi radiali come risonatore. Il risonatore serve anche per aumentare la spinta.

Motore a elettrogetto (ERE)
Gli EJE espellono il fluido di lavoro utilizzando un campo elettromagnetico o riscaldando il fluido di lavoro con l'elettricità. Nella maggior parte dei casi, l'energia elettrica necessaria per il funzionamento di un EJE viene prelevata da fonti di alimentazione interne (generatore termoelettrico a radioisotopi (RTG), batterie) o dal Sole.
Le principali classi di motori a propulsione elettrica, i processi di lavoro sono fondamentalmente diversi:
- ionico
- motori a deriva elettronica azimutale
- motori ad alta corrente
- EJE di scambio termico.
Negli EJE ionici, gli ioni di un gas nobile (nella maggior parte dei progetti - xeno) fungono da fluido di lavoro e, nel caso dei motori a reazione elettrici a scambio termico, una coppia di metalli a basso punto di fusione. Il primo propulsore a ioni di xeno utilizzato nello spazio è stato il propulsore RITA nella missione Eureca (ESA) del 1992.
Gli EJE hanno un'efficienza abbastanza elevata, raggiungendo 0,7. Era l'EJE in combinazione con un reattore nucleare che veniva proposto come il principale motore di arrivo/partenza per un volo su Marte.
Attualmente, gli EJE sono utilizzati su alcuni veicoli spaziali come motori di orientamento, motori acceleratori principali per veicoli spaziali interplanetari (Deep Space 1, SMART-1), motori a bassa spinta per il mantenimento e correzioni orbitali ultra-piccole.
La storia dello sviluppo dei motori a ioni risale a più di un decennio. Quindi, una delle fonti di informazione per lo sviluppo del motore ionico dell'azienda "Messerschmitt - Byolkov-Blom GmbH" (Germania) [brevetto 682150] è stato il libro di S. L. Eilenberg e A. L. Hübner, pubblicato nel 1961.

Applicazioni della navicella spaziale
1 Applicazione militare (ottenimento di informazioni di ricognizione sulle azioni di un potenziale nemico, ricognizione e distruzione di bersagli spaziali nemici, ecc.), Per questo furono creati i primi veicoli spaziali
2 Consegna di un carico nello spazio;
3 Consegna del carico e dell'equipaggio alle stazioni orbitali. Attualmente, la consegna del carico alla ISS può essere effettuata solo dai veicoli Progress (Russia), Dragon (USA), Cygnus (USA), HTV (Giappone); consegna di persone - solo navi "Soyuz" (Russia)
4 Rifornimento di navi interplanetarie
5 Prove di promettenti sistemi di propulsione con possibilità del loro ritorno sulla Terra
6 Cattura e consegna di detriti spaziali sulla Terra
7 Esplorazione dell'alta atmosfera
8 Consegna del carico utile in orbita di un satellite lunare artificiale (ISL)
9 Ispezione e manutenzione dei satelliti
Secondo le moderne stime, la possibile distribuzione dei compiti svolti dal veicolo spaziale: 57% - turismo spaziale; 18% - condurre ricerche scientifiche; 12% - telerilevamento operativo e monitoraggio ambientale, 8% 5% - formazione cosmonautica e 5% - realizzazione di progetti pubblicitari.
Questo elenco non includeva un'altra direzione promettente per i veicoli spaziali: l'estrazione di minerali planetari.
Come mostra l'analisi, il turismo spaziale potrebbe diventare il più richiesto nel prossimo futuro.
I prerequisiti per questo possono essere considerati una combinazione di una serie di circostanze:
- aviazione e aeronautica ampiamente sviluppate,
- le persone sono abituate a volare,
- è stata accumulata una notevole esperienza nel volo su veicoli spaziali con equipaggio,
- le moderne tecnologie di produzione degli aeromobili garantiscono l'eccellenza tecnica e un elevato grado di affidabilità degli aeromobili,
- ci sono molte persone che possono pagare un volo spaziale,
- nel moderno flusso di informazioni non ci sono sufficienti risorse "virtuali".
Possibili scenari per i voli turistici (nel lontano 1966 - fantasia o fantasia (?)):
- voli suborbitali fino a un'altitudine di 100 km,
- orbitale, da alcune ore a diversi giorni.
- orbitale - 1-2 settimane con sosta in un hotel spaziale.
- voli sulla Luna con accesso alla sua orbita, atterrando in superficie e soggiornando in un albergo in superficie per una durata da alcune settimane a diversi mesi;
- voli su Marte e sui suoi satelliti con entrata in orbita, atterraggio in superficie e sistemazione in hotel sulla superficie di Marte da alcuni giorni a diverse settimane.
- sorvoli di Giove, Saturno e dei loro satelliti con atterraggi sulla superficie dei satelliti.
Per l'implementazione sono necessari aeromobili riutilizzabili affidabili e sicuri con riparazione e manutenzione a basso costo; moduli strutturali che diventano più complessi man mano che si padroneggiano nuovi percorsi; maggiore comfort per l'equipaggio e i passeggeri; infrastrutture specializzate di centri di addestramento per la preparazione al volo e la riabilitazione post-volo; infrastruttura indipendente di strutture di lancio, siti di atterraggio, controllo del volo. Gli stessi principi si applicano ai compiti scientifici e di ricerca.

Conclusione
C'è una classe di problemi da risolvere. La maggior parte di essi può essere risolta utilizzando veicoli spaziali, in particolare, come la consegna del carico utile e dell'equipaggio alle stazioni orbitali, il lancio di veicoli spaziali automatici in orbita, il ritorno dall'orbita di satelliti obsoleti con l'obiettivo di riutilizzarne i preziosi componenti, il monitoraggio della superficie terrestre e orbitale situazione, così come il ritorno dall'orbita di grandi oggetti di detriti spaziali, "consegna" di turisti spaziali. Lo sviluppo dei veicoli spaziali ricomincia. Alcuni di loro hanno già raggiunto la fase dell'operazione di prova.

Conclusione
Calcoli teorici, ricerche, così come finora pochi, ma reali lanci hanno mostrato le capacità dei sistemi riutilizzabili. Lo stato attuale della tecnologia, dell'economia e della politica offre una concreta possibilità per il rinnovamento e lo sviluppo della costruzione di sistemi di trasporto aerospaziale altamente efficienti e la possibilità nel medio termine di realizzare voli ravvicinati, e nel lungo termine - lungo termine, anche interplanetario, voli per vari scopi.
Le previsioni sono una cosa ingrata. Secondo le previsioni, è già un decennio e mezzo che dovremmo stabilirci su una base su Titano. Ma forse nel 2030...

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Le moderne tecnologie e scoperte portano l'esplorazione dello spazio a un livello completamente diverso, ma il viaggio interstellare è ancora un sogno. Ma è così irreale e irraggiungibile? Cosa possiamo fare ora e cosa possiamo aspettarci nel prossimo futuro?

11.10.2011, mar, 17:27, ora di Mosca

Con il telescopio Kepler, gli astronomi hanno scoperto 54 esopianeti potenzialmente abitabili. Questi mondi lontani sono nella zona abitabile, cioè ad una certa distanza dalla stella centrale, che permette di mantenere l'acqua liquida sulla superficie del pianeta.

Tuttavia, la risposta alla domanda principale, siamo soli nell'Universo, è difficile da ottenere, a causa dell'enorme distanza che separa il sistema solare dai nostri vicini più prossimi. Ad esempio, il pianeta "promettente" Gliese 581g si trova a 20 anni luce di distanza: abbastanza vicino in termini cosmici, ma troppo lontano per gli strumenti della Terra.

L'abbondanza di esopianeti entro un raggio di 100 e meno anni luce dalla Terra e l'enorme interesse scientifico e persino di civiltà che rappresentano per l'umanità ci fanno dare uno sguardo nuovo all'idea finora fantastica del viaggio interstellare.

Le stelle più vicine al nostro sistema solare

Volare verso altre stelle è, ovviamente, una questione di tecnologia. Inoltre, ci sono diverse possibilità per raggiungere un obiettivo così lontano e la scelta a favore dell'uno o dell'altro metodo non è stata ancora fatta.

Fai spazio ai droni

L'umanità ha già inviato nello spazio veicoli interstellari: le sonde Pioneer e Voyager. Allo stato attuale, hanno lasciato i limiti del sistema solare, ma la loro velocità non consente di parlare di un rapido raggiungimento dell'obiettivo. Quindi, Voyager 1, muovendosi a una velocità di circa 17 km / s, anche verso la stella più vicina Proxima Centauri (4,2 anni luce) volerà per un tempo incredibilmente lungo - 17 mila anni.

Ovviamente, con i moderni motori a razzo, non andremo da nessuna parte oltre il sistema solare: per trasportare 1 kg di carico, anche nella vicina Proxima Centauri, servono decine di migliaia di tonnellate di carburante. Allo stesso tempo, con l'aumento della massa della nave, aumenta la quantità di carburante richiesta e per trasportarla è necessario carburante aggiuntivo. Il circolo vizioso che mette fine ai serbatoi con combustibile chimico: costruire un'astronave dal peso di miliardi di tonnellate è un'impresa assolutamente incredibile. Semplici calcoli che utilizzano la formula di Tsiolkovsky mostrano che l'accelerazione di veicoli spaziali a propulsione chimica a razzo a circa il 10% della velocità della luce richiederebbe più carburante di quello disponibile nell'universo conosciuto.

La reazione di fusione termonucleare produce energia per unità di massa in media un milione di volte in più rispetto ai processi di combustione chimica. Ecco perché, negli anni '70, la NASA ha attirato l'attenzione sulla possibilità di utilizzare motori a razzo termonucleare. Il progetto del veicolo spaziale senza equipaggio Daedalus prevedeva la creazione di un motore in cui piccole palline di combustibile termonucleare sarebbero state alimentate in una camera di combustione e accese da fasci di elettroni. I prodotti di una reazione termonucleare vengono espulsi dall'ugello del motore e accelerano la nave.

L'astronave Daedalus contro l'Empire State Building

Daedalus avrebbe dovuto imbarcare 50mila tonnellate di pellet di carburante con un diametro di 40 e 20 mm. I granuli sono costituiti da un nucleo con deuterio e trizio e un guscio di elio-3. Quest'ultimo costituisce solo il 10-15% della massa del pellet di combustibile, ma, di fatto, è il combustibile. L'elio-3 è abbondante sulla Luna e il deuterio è ampiamente utilizzato nell'industria nucleare. Il nucleo di deuterio funge da detonatore per innescare la reazione di fusione e provoca una potente reazione con il rilascio di un getto di plasma a getto, che è controllato da un potente campo magnetico. La principale camera di combustione al molibdeno del motore Daedalus doveva pesare più di 218 tonnellate, la camera del secondo stadio - 25 tonnellate. Le bobine magnetiche superconduttive corrispondono anche a un enorme reattore: il primo pesa 124,7 tonnellate e il secondo - 43,6 tonnellate Per fare un confronto: la massa secca della navetta è inferiore a 100 tonnellate.

Il volo di Daedalus è stato pianificato in due fasi: il motore della prima fase ha dovuto funzionare per più di 2 anni e bruciare 16 miliardi di pellet di carburante. Dopo la separazione del primo stadio, il motore del secondo stadio ha funzionato per quasi due anni. Pertanto, in 3,81 anni di accelerazione continua, Daedalus raggiungerebbe una velocità massima del 12,2% della velocità della luce. Tale nave coprirà la distanza dalla stella di Barnard (5,96 anni luce) in 50 anni e sarà in grado, volando attraverso un sistema stellare distante, di trasmettere i risultati delle sue osservazioni tramite comunicazioni radio alla Terra. Pertanto, l'intera missione richiederà circa 56 anni.

Lo Stanford Thor è una struttura colossale con intere città all'interno del bordo

Nonostante le grandi difficoltà nel garantire l'affidabilità di numerosi sistemi Daedalus e il suo enorme costo, questo progetto viene implementato al livello moderno della tecnologia. Inoltre, nel 2009, un team di appassionati ha ripreso il lavoro sul progetto della nave termonucleare. Attualmente, il progetto Icarus comprende 20 argomenti scientifici sullo sviluppo teorico di sistemi e materiali per una nave interstellare.

Pertanto, voli interstellari senza equipaggio fino a 10 anni luce di distanza sono già possibili oggi, che impiegheranno circa 100 anni di volo più il tempo necessario affinché il segnale radio ritorni sulla Terra. Questo raggio include i sistemi stellari Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 e 248, CN Leo, WISE 1541-2250. Come puoi vedere, ci sono abbastanza oggetti vicino alla Terra da studiare usando missioni senza pilota. Ma cosa succede se i robot trovano qualcosa di veramente insolito e unico, come una biosfera complessa? Una spedizione con la partecipazione di persone sarà in grado di andare su pianeti lontani?

Il volo di una vita

Se possiamo iniziare a costruire un veicolo spaziale senza equipaggio già oggi, allora con un veicolo spaziale con equipaggio la situazione è più complicata. Innanzitutto, la questione del tempo di volo è acuta. Prendi la stessa stella di Barnard. Gli astronauti dovranno essere preparati per un volo con equipaggio da scuola, perché anche se il lancio dalla Terra avviene nel loro 20° anniversario, la navicella raggiungerà l'obiettivo di volo entro il 70° o addirittura il 100° anniversario (tenendo conto della necessità di frenare, che non richiede un volo senza pilota) ... La selezione dell'equipaggio nell'adolescenza è irta di incompatibilità psicologica e conflitti interpersonali e l'età di 100 anni non dà speranza per un lavoro fruttuoso sulla superficie del pianeta e per il ritorno a casa.

Tuttavia, ha senso tornare? Numerosi studi della NASA portano a una conclusione deludente: una lunga permanenza a gravità zero distruggerà irreversibilmente la salute degli astronauti. Ad esempio, il lavoro del professore di biologia Robert Fitts con gli astronauti della ISS mostra che, nonostante l'esercizio fisico attivo a bordo della navicella spaziale, dopo una missione di tre anni su Marte, i muscoli grandi, come il polpaccio, diventeranno più deboli del 50%. La densità minerale ossea diminuisce in modo simile. Di conseguenza, la capacità di lavorare e sopravvivere in situazioni estreme diminuisce in modo significativo e il periodo di adattamento alla gravità normale sarà di almeno un anno. Il volo a gravità zero per decenni metterà in discussione la vita stessa degli astronauti. Forse il corpo umano sarà in grado di riprendersi, ad esempio, nel processo di frenata con gravità gradualmente crescente. Tuttavia, il rischio di morte è ancora troppo alto e richiede una soluzione radicale.

Anche il problema delle radiazioni rimane difficile. Anche vicino alla Terra (a bordo della ISS), gli astronauti non hanno più di sei mesi a causa del pericolo di esposizione alle radiazioni. La nave interplanetaria dovrà essere dotata di una protezione pesante, ma anche così, rimane la questione dell'effetto delle radiazioni sul corpo umano. In particolare, sul rischio di malattie oncologiche, il cui sviluppo a gravità zero non è stato praticamente studiato. All'inizio di quest'anno, lo scienziato Krasimir Ivanov del Centro aerospaziale tedesco di Colonia ha pubblicato i risultati di un interessante studio sul comportamento delle cellule di melanoma (la forma più pericolosa di cancro della pelle) a gravità zero. Rispetto alle cellule tumorali cresciute in condizioni di gravità normale, le cellule che hanno trascorso 6 e 24 ore a gravità zero sono meno soggette a metastasi. Questa sembra essere una buona notizia, ma solo a prima vista. Il fatto è che un tale cancro "spaziale" è in grado di rimanere a riposo per decenni e di diffondersi inaspettatamente su larga scala quando il sistema immunitario viene interrotto. Inoltre, lo studio chiarisce che sappiamo ancora poco sulla reazione del corpo umano a una lunga permanenza nello spazio. Oggi gli astronauti, persone sane e forti, trascorrono lì troppo poco tempo per trasferire la loro esperienza in un lungo volo interstellare.

Il progetto Biosphere-2 è iniziato con un ecosistema bello, accuratamente selezionato e sano...

Sfortunatamente, risolvere il problema della gravità zero su un veicolo spaziale interstellare non è così facile. La possibilità di creare gravità artificiale ruotando l'unità abitativa a nostra disposizione presenta una serie di difficoltà. Per creare la gravità terrestre, anche una ruota con un diametro di 200 m dovrebbe essere ruotata alla velocità di 3 giri al minuto. Con una rotazione così rapida, la forza di Karyolis creerà carichi del tutto insopportabili per l'apparato vestibolare umano, provocando nausea e attacchi acuti di mal di mare. L'unica soluzione a questo problema è lo Stanford Tor, sviluppato dagli scienziati della Stanford University nel 1975. Questo è un enorme anello con un diametro di 1,8 km, in cui potrebbero vivere 10 mila astronauti. A causa delle sue dimensioni, fornisce gravità a livello di 0,9-1,0 g e una vita abbastanza confortevole per le persone. Tuttavia, anche a velocità di rotazione inferiori a un rpm, le persone avvertiranno comunque un leggero ma percepibile disagio. Inoltre, se viene costruito un vano abitativo così gigantesco, anche piccoli spostamenti nella distribuzione del peso del toro influenzeranno la velocità di rotazione e faranno vibrare l'intera struttura.

... ma si è concluso con un disastro ecologico

In ogni caso, una nave per 10mila persone è un'idea dubbia. Per creare un ecosistema affidabile per un tale numero di persone, è necessario un numero enorme di piante, 60 mila polli, 30 mila conigli e una mandria di bovini. Questo da solo può fornire una dieta di 2.400 calorie al giorno. Tuttavia, tutti gli esperimenti per creare ecosistemi così chiusi finiscono invariabilmente con un fallimento. Così, nel corso del più grande esperimento "Biosphere-2" di Space Biosphere Ventures, è stata costruita una rete di edifici sigillati con una superficie totale di 1,5 ettari con 3mila specie di piante e animali. L'intero ecosistema doveva diventare un piccolo "pianeta" autosufficiente in cui vivevano 8 persone. L'esperimento è durato 2 anni, ma dopo diverse settimane sono iniziati seri problemi: microrganismi e insetti hanno iniziato a moltiplicarsi in modo incontrollabile, consumando troppo ossigeno e piante, e si è anche scoperto che senza vento le piante diventavano troppo fragili. A seguito di un disastro ecologico locale, le persone hanno iniziato a perdere peso, la quantità di ossigeno è scesa dal 21% al 15% e gli scienziati hanno dovuto violare le condizioni dell'esperimento e fornire ossigeno e cibo agli otto "cosmonauti".

Pertanto, la creazione di ecosistemi complessi sembra essere un modo sbagliato e pericoloso per fornire ossigeno e cibo all'equipaggio di una nave interstellare. Per risolvere questo problema, avrai bisogno di organismi appositamente progettati con geni alterati in grado di nutrirsi di luce, rifiuti e sostanze semplici. Ad esempio, i grandi moderni impianti di produzione di alghe clorella possono produrre fino a 40 tonnellate di liquame al giorno. Un bioreattore completamente autonomo del peso di diverse tonnellate può produrre fino a 300 litri di sospensione di clorella al giorno, sufficienti per nutrire un equipaggio di diverse dozzine di persone. La clorella geneticamente modificata potrebbe non solo soddisfare il fabbisogno nutritivo dell'equipaggio, ma anche riciclare i rifiuti, compresa l'anidride carbonica. Oggi, il processo di ingegneria genetica per le microalghe è diventato un luogo comune e sono stati sviluppati numerosi progetti per il trattamento delle acque reflue, la produzione di biocarburanti e altro ancora.

Sogno congelato

Quasi tutti i suddetti problemi di un volo interstellare con equipaggio potrebbero essere risolti da una tecnologia molto promettente: l'animazione sospesa, o come viene anche chiamata criostasi. L'anabiosi è un rallentamento nei processi della vita umana almeno diverse volte. Se è possibile immergere una persona in una tale letargia artificiale, che rallenta il metabolismo di 10 volte, in un volo di 100 anni invecchierà in un sogno di soli 10 anni. Ciò facilita la soluzione di problemi di alimentazione, fornitura di ossigeno, disturbi mentali e distruzione del corpo a causa dell'assenza di gravità. Inoltre, è più facile proteggere il compartimento con camere anabiotiche da micrometeoriti e radiazioni rispetto a una zona abitabile di grande volume.

Purtroppo, rallentare i processi della vita umana è un compito estremamente difficile. Ma in natura ci sono organismi che possono andare in letargo e aumentare la loro durata di vita di centinaia di volte. Ad esempio, una piccola lucertola chiamata salamandra siberiana è in grado di ibernarsi in tempi difficili e sopravvivere per decenni, anche essendo congelata in un blocco di ghiaccio con una temperatura di meno 35-40°C. Ci sono casi in cui le salamandre hanno trascorso circa 100 anni in letargo e, come se nulla fosse, si sono scongelate e sono scappate dai ricercatori sorpresi. Inoltre, la consueta durata della vita "continua" di una lucertola non supera i 13 anni. La straordinaria capacità della salamandra è dovuta al fatto che il suo fegato sintetizza una grande quantità di glicerina, quasi il 40% del suo peso corporeo, che protegge le cellule dalle basse temperature.

Il bioreattore per la coltivazione di microalghe geneticamente modificate e altri microrganismi può risolvere il problema della nutrizione e del riciclaggio dei rifiuti

L'ostacolo principale all'immersione di una persona nella criostasi è l'acqua, di cui è costituito il 70% del nostro corpo. Quando congelato, si trasforma in cristalli di ghiaccio, aumentando di volume del 10%, che rompe la membrana cellulare. Inoltre, mentre si congela, le sostanze disciolte all'interno della cellula migrano nell'acqua rimanente, interrompendo i processi di scambio ionico intracellulare, nonché l'organizzazione delle proteine ​​e di altre strutture intercellulari. In generale, la distruzione delle cellule durante il congelamento rende impossibile il ritorno in vita di una persona.

Tuttavia, esiste un modo promettente per risolvere questo problema: gli idrati di clatrato. Sono stati scoperti nel 1810, quando lo scienziato britannico Sir Humphrey Davy ha iniettato cloro nell'acqua ad alta pressione e ha assistito alla formazione di strutture solide. Questi erano clatrati idrati - una delle forme di ghiaccio d'acqua in cui è incluso un gas estraneo. A differenza dei cristalli di ghiaccio, i reticoli di clatrato sono meno duri, non hanno spigoli vivi, ma hanno cavità in cui le sostanze intracellulari possono "nascondersi". La tecnologia dell'animazione sospesa del clatrato sarebbe semplice: un gas inerte, ad esempio xeno o argon, la temperatura è leggermente inferiore allo zero e il metabolismo cellulare inizia a rallentare gradualmente fino a quando una persona entra nella criostasi. Purtroppo la formazione degli idrati di clatrato richiede un'elevata pressione (circa 8 atmosfere) e un'altissima concentrazione di gas disciolto in acqua. Come creare tali condizioni in un organismo vivente è ancora sconosciuto, sebbene ci siano alcuni successi in quest'area. Pertanto, i clatrati sono in grado di proteggere i tessuti del muscolo cardiaco dalla distruzione dei mitocondri anche a temperature criogeniche (inferiori a 100 gradi Celsius), oltre a prevenire danni alle membrane cellulari. Gli esperimenti sull'anabiosi da clatrato sull'uomo non sono ancora discussi, poiché la domanda commerciale di tecnologie di criostasi è piccola e la ricerca su questo argomento è svolta principalmente da piccole aziende che offrono servizi per il congelamento dei corpi dei morti.

Volare a idrogeno

Nel 1960, il fisico Robert Bassard propose il concetto originale di un motore a fusione ramjet che risolve molti dei problemi dei viaggi interstellari. La linea di fondo è usare l'idrogeno e la polvere interstellare presenti nello spazio. Un veicolo spaziale con un tale motore accelera prima con il proprio carburante, quindi dispiega un enorme imbuto di campo magnetico, di migliaia di chilometri di diametro, che cattura l'idrogeno dallo spazio. Questo idrogeno è utilizzato come fonte inesauribile di carburante per un motore a razzo termonucleare.

Il motore Bassard offre enormi vantaggi. Innanzitutto, grazie al carburante "libero", è possibile muoversi con un'accelerazione costante di 1 g, il che significa che tutti i problemi legati all'assenza di gravità scompaiono. Inoltre, il motore ti consente di accelerare a una velocità incredibile: il 50% della velocità della luce e anche di più. Teoricamente, muovendosi con un'accelerazione di 1 g, una nave con motore Bassard può coprire una distanza di 10 anni luce in circa 12 anni terrestri, e per l'equipaggio, per effetti relativistici, ci vorrebbero solo 5 anni di tempo nave.

Sfortunatamente, sulla strada per creare una nave con un motore Bassard, ci sono una serie di seri problemi che non possono essere risolti all'attuale livello tecnologico. Innanzitutto è necessario creare una gigantesca e affidabile trappola per l'idrogeno, generando campi magnetici di enorme forza. Allo stesso tempo, dovrebbe garantire perdite minime e un trasporto efficiente dell'idrogeno a un reattore a fusione. Lo stesso processo della reazione termonucleare di trasformazione di quattro atomi di idrogeno in un atomo di elio, proposto da Bassard, solleva molti interrogativi. Il fatto è che questa reazione più semplice è difficile da implementare in un reattore a passaggio unico, poiché va troppo lentamente e, in linea di principio, è possibile solo all'interno delle stelle.

Tuttavia, i progressi nello studio della fusione termonucleare fanno sperare che il problema possa essere risolto, ad esempio, utilizzando isotopi "esotici" e antimateria come catalizzatore per la reazione.

Le salamandre siberiane possono restare in animazione sospesa per decenni

Finora, la ricerca sul motore Bassard è puramente teorica. Sono necessari calcoli basati su tecnologie reali. Innanzitutto è necessario sviluppare un motore in grado di produrre energia sufficiente ad alimentare la trappola magnetica e mantenere una reazione termonucleare, produrre antimateria e vincere la resistenza del mezzo interstellare, che rallenterà l'enorme "vela" elettromagnetica.

Antimateria per aiutare

Può sembrare strano, ma oggi l'umanità è più vicina alla creazione di un motore alimentato dall'antimateria che all'intuitivo e apparentemente semplice motore ramjet Bassard.

Un reattore a fusione a base di deuterio e trizio può generare 6x1011 Joule per grammo di idrogeno - sembra impressionante, soprattutto se si considera che è 10 milioni di volte più efficiente dei razzi chimici. La reazione di materia e antimateria produce circa due ordini di grandezza in più di energia. Quando si parla di annientamento, i calcoli dello scienziato Mark Millis e il frutto dei suoi 27 anni di lavoro non sembrano così deprimenti: Millis ha calcolato i costi energetici per il lancio di un'astronave su Alpha Centauri e ha scoperto che ammonterebbero a 10 18 J , cioè consumo quasi annuo di elettricità da parte di tutta l'umanità. Ma questo è solo un chilogrammo di antimateria.

La sonda Hbar Technologies avrà una sottile vela in fibra di carbonio ricoperta di uranio 238. Quando colpisce la vela, l'antiidrogeno si annienterà e creerà la spinta del getto.

Come risultato dell'annichilazione dell'idrogeno e dell'antiidrogeno, si forma un potente flusso di fotoni, la cui velocità di deflusso raggiunge il massimo per un motore a razzo, ad es. la velocità della luce. Questa è la metrica ideale per raggiungere velocità vicino alla luce molto elevate per un veicolo spaziale alimentato da fotoni. Sfortunatamente, è molto difficile usare l'antimateria come combustibile per razzi, perché durante l'annientamento si verificano esplosioni di potenti radiazioni gamma che uccideranno gli astronauti. Inoltre, finora non ci sono tecnologie per immagazzinare grandi quantità di antimateria, e il fatto stesso dell'accumulo di tonnellate di antimateria, anche in uno spazio lontano dalla Terra, è una seria minaccia, poiché l'annientamento anche di un chilogrammo di antimateria è equivalente a un'esplosione nucleare con una capacità di 43 megatoni (un'esplosione di tale forza può trasformare un terzo del territorio degli Stati Uniti). Il costo dell'antimateria è un altro fattore che complica il volo interstellare alimentato da fotoni. Le moderne tecnologie per la produzione di antimateria consentono di produrre un grammo di antiidrogeno al prezzo di decine di trilioni di dollari.

Tuttavia, grandi progetti nello studio dell'antimateria stanno dando i loro frutti. Attualmente sono state create speciali strutture di stoccaggio di positroni, "bottiglie magnetiche", che sono contenitori raffreddati con elio liquido con pareti costituite da campi magnetici. Nel giugno di quest'anno, gli scienziati del CERN sono riusciti a immagazzinare atomi di antiidrogeno per 2000 secondi. Presso l'Università della California (USA) è in costruzione la più grande struttura di stoccaggio di antimateria del mondo, in cui possono essere immagazzinati più di un trilione di positroni. Uno degli obiettivi degli scienziati dell'Università della California è creare contenitori portatili per l'antimateria che possano essere utilizzati per scopi scientifici lontano dai grandi acceleratori. Il progetto è sostenuto dal Pentagono, che è interessato alle applicazioni militari dell'antimateria, quindi è improbabile che la più grande gamma al mondo di bottiglie magnetiche sia sottofinanziata.

I moderni acceleratori saranno in grado di produrre un grammo di antiidrogeno in diverse centinaia di anni. Questo è un tempo molto lungo, quindi l'unica via d'uscita è sviluppare una nuova tecnologia per la produzione di antimateria o unire gli sforzi di tutti i paesi del nostro pianeta. Ma anche in questo caso, con la tecnologia moderna, non c'è nulla da sognare di produrre decine di tonnellate di antimateria per il volo interstellare con equipaggio.

Tuttavia, non tutto è così triste. Gli esperti della NASA hanno sviluppato diversi progetti di veicoli spaziali che potrebbero andare nello spazio profondo con un solo microgrammo di antimateria. La NASA ritiene che il miglioramento dell'attrezzatura consentirà di produrre antiprotoni a un prezzo di circa 5 miliardi di dollari al grammo.

L'azienda americana Hbar Technologies, con il supporto della NASA, sta sviluppando un concept per sonde senza pilota azionate da un motore antiidrogeno. Il primo obiettivo di questo progetto è creare un veicolo spaziale senza pilota che possa volare nella cintura di Kuiper, alla periferia del sistema solare, in meno di 10 anni. Oggi è impossibile raggiungere punti così remoti in 5-7 anni, in particolare, la sonda New Horizons della NASA volerà attraverso la cintura di Kuiper 15 anni dopo il lancio.

Una sonda che copre una distanza di 250 UA. tra 10 anni sarà molto piccolo, con un carico utile di soli 10 mg, ma avrà anche bisogno di un po' di antiidrogeno - 30 mg. Il Tevatron produrrà quella quantità tra diversi decenni e gli scienziati potrebbero testare il concetto di un nuovo motore durante una vera missione spaziale.

Calcoli preliminari mostrano anche che è possibile inviare una piccola sonda ad Alpha Centauri in modo simile. Con un grammo di antiidrogeno, tra 40 anni volerà verso una stella lontana.

Può sembrare che tutto quanto sopra sia fantasia e non abbia nulla a che fare con il futuro immediato. Fortunatamente, non è questo il caso. Mentre l'attenzione del pubblico è inchiodata alle crisi mondiali, ai fallimenti delle pop star e ad altri eventi di attualità, le iniziative epocali rimangono nell'ombra. L'agenzia spaziale della NASA ha lanciato l'ambizioso progetto 100 Year Starship, che prevede la creazione graduale ea lungo termine delle basi scientifiche e tecnologiche per i voli interplanetari e interstellari. Questo programma non ha eguali nella storia dell'umanità e dovrebbe attrarre scienziati, ingegneri e appassionati di altre professioni da tutto il mondo. Dal 30 settembre al 2 ottobre 2011 si terrà a Orlando, Florida, un simposio durante il quale verranno discusse varie tecnologie di volo spaziale. Sulla base dei risultati di tali eventi, gli specialisti della NASA svilupperanno un piano aziendale per aiutare alcuni settori e aziende che stanno sviluppando tecnologie ancora mancanti, ma necessarie per futuri viaggi interstellari. Se l'ambizioso programma della NASA sarà coronato da successo, in 100 anni l'umanità sarà in grado di costruire una nave interstellare e ci sposteremo nel sistema solare con la stessa facilità con cui voliamo oggi dalla terraferma alla terraferma.

Michail Levkevič

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In 10 anni, il nostro settore si sta trasformando, ha affermato Denis Muehlenberg, CEO, Presidente e Presidente di Boeing Corporation. Prevede la produzione di razzi, veicoli spaziali a bassa orbita e un aumento del numero di aerei passeggeri convenzionali, ma qualunque essi siano, Boeing li produrrà.

Intervenendo al GeekWire Summit, Muhlenberg ha affermato che in futuro non ci sarà una chiara distinzione tra trasporto aereo e spaziale, al contrario, ci sarà un'integrazione di queste modalità di trasporto, che includerà taxi aerei personali, aerei tradizionali, trasporto supersonico e astronavi commerciali.

“Nel corso di un decennio, vedrai i viaggi spaziali LEO diventare molto più comuni di quanto non siano oggi. Turismo spaziale, fabbriche nello spazio... queste sono le componenti dell'ecosistema che sta emergendo oggi e parteciperemo attivamente alla creazione di sistemi di trasporto per fornire l'accesso a questi oggetti".

Il coinvolgimento di Boeing in questo futuro integrato è incentrato sulla navicella spaziale CST-100 Starliner, che la compagnia intende commissionare per il trasporto di astronauti il ​​prossimo anno. "Si può considerare che questo sarà il nostro primo di una serie di quelli che in futuro formeranno un portafoglio di dispositivi spaziali commerciali prodotti insieme ai nostri aerei commerciali", ha aggiunto Muehlenberg.

Se questo è il piano, iniziare non è stato facile. I recenti test di uno dei sistemi Starliner non hanno avuto successo, dopodiché Boeing ha rinviato i prossimi test da agosto alla fine di quest'anno o all'inizio del prossimo. Dato il recente incidente del veicolo di lancio Soyuz, gli sviluppatori del trasporto spaziale come Boeing e SpaceX avranno maggiori speranze di produrre veicoli funzionalmente efficienti e sicuri per servire la Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

È possibile che la saturazione dello spazio aereo con gli aeromobili aumenterà e quindi saranno necessarie strutture di controllo del traffico aereo più avanzate. Boeing sta già collaborando con la NASA e altri su un progetto da 35 miliardi di dollari per creare un tale sistema di prossima generazione per lo spazio aereo statunitense; questo sistema dovrebbe essere pronto entro il 2030.

Se Boeing vuole diventare un attore importante nel settore aerospaziale, l'azienda deve risolvere i problemi con i suoi prodotti attuali. Ad esempio, quest'estate si è verificato un problema con la fornitura di grandi quantità di Boeing 737 che non potevano essere spediti ai clienti per mancanza di motori. Tuttavia, ciò non ha influito sulla performance finanziaria di Boeing, che sembrava buona nel secondo trimestre.

Leader nel settore aerospaziale, Boeing deve affrontare una concorrenza significativa da parte di Airbus (nell'aria) e SpaceX (nello spazio). Questo non impedisce a Muhlenberg di sognare il trasporto spaziale: ha ripetuto molte volte che le prime persone ad atterrare su Marte lo avrebbero fatto utilizzando un razzo costruito dalla Boeing.

sito web: Alla fine di questo post, c'è un link ad un articolo sul successo del settore aerospaziale nel secondo trimestre del 2018. In generale, rispetto allo scorso anno in questo trimestre, il settore ha aumentato i ricavi del 7,6%: tra cui: Lockheed Martin - $ 13,4 miliardi, più 23,5%, Airbus - $ 17,16, più 8% (grazie al successo dell'A320 neo), $ 24,26, più 6% ... Insieme ai rapporti di successo, rileva che le aziende del settore esprimono preoccupazione per le guerre commerciali in corso, a cui il settore aerospaziale è particolarmente sensibile a causa della natura globale delle catene di approvvigionamento del settore.

Ufficio Boeing di Chicago (foto dal sito web dell'azienda)

Siamo da tempo abituati alla presenza di fermate dei mezzi pubblici poco distanti da casa, alla partenza giornaliera di decine di treni dalla stazione più vicina, e ai voli dagli aeroporti. Ferma i trasporti pubblici e il mondo a cui siamo abituati semplicemente crollerà! Ma, abituandoci alla comodità, iniziamo a chiedere ancora di più! Quale sviluppo ci aspetta?

Autostrada - tubi

Il traffico inquietante è uno dei problemi principali in tutte le aree metropolitane. Spesso sono causati non solo dalla cattiva organizzazione degli svincoli di trasporto e delle autostrade, ma anche dalle 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 le dimensioni dei tunnel automobilistici sono solo cresciuti nel corso degli anni. Ma sono costosi e hanno uno sviluppo limitato dal paesaggio. Questi problemi possono essere risolti sostituendo i tunnel con dei tubi!

Henry Lew, ingegnere e costruttore americano, ha già proposto il suo progetto per un gasdotto per il trasporto. Sarà in grado di trasportare grandi container azionati dall'elettricità. Considerato il suo progetto per l'utilizzo a New York, famosa per i suoi enormi ingorghi. Solo in questa città, lo spostamento del traffico merci nei tubi ridurrà il traffico veicolare di decine di miliardi di miglia in un solo anno. Di conseguenza, la situazione ecologica migliorerà, il carico sulle autostrade della metropoli diminuirà. Non vanno dimenticate nemmeno 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. L'"Hyperloop" della Maschera comprenderà un sistema di condotte poste su cavalcavia, il cui diametro supererà un paio di metri. Si prevede di mantenere una bassa pressione al loro interno. Si prevede di spostare le capsule nei tubi, salendo appena sopra il fondo grazie all'aria pompata lì. La velocità delle capsule, grazie a un 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 progetto su scala incredibile di un'autostrada da Londra a Pechino, preparato dai cinesi. Vogliono costruire una strada ad altissima velocità con una lunghezza da otto a novemila chilometri entro il 2020.

I treni passeranno sotto la Manica, poi attraverso l'Europa, la Russia, Astana, l'Estremo Oriente 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. Nota qui che il russo "Sapsan" accelera solo a 250 km / h.

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

Auto sott'acqua: irrealistico, ma esiste!

La rivoluzione è prevista anche nel trasporto via acqua. Gli esperti indagano su progetti di veicoli subacquei ad alta velocità e motocicli subacquei. Cosa possiamo dire dei singoli sottomarini!

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

I designer della novità si sono ispirati a uno dei film di 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 girevoli vicino ai passaruota anteriori. Tutto questo funziona con l'aiuto di 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 tipi di trasporto, si sta sviluppando attivamente. Dopo aver abbandonato gli aerei di linea supersonici come il Concorde, decise di andare nello spazio. I designer britannici stanno lavorando su una navicella spaziale, o in altre parole, su un piano orbitale chiamato "Skylon".

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

Stanno ancora 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, un razzo russo, può gestire solo sette tonnellate. È possibile utilizzare un'astronave, in contrasto con un razzo, molte volte. Di conseguenza, il costo delle consegne diminuirà di 15 volte.

Parallelamente, i designer stanno pensando alla versione con equipaggio. Modificando il design del vano di carico, creando sistemi di sicurezza e realizzando finestre, è possibile trasportare trecento passeggeri. In quattro ore circumnavigheranno l'intero pianeta! Il modello sperimentale sarà lanciato nel 2019.

Sorprendentemente, i futurologi hanno descritto tutti i tipi di trasporto che abbiamo elencato 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 in futuro un passeggero di uno dei summenzionati miracoli della tecnologia.