Какое будущее у аэрокосмического транспорта. Межзвездные перелеты - не фантастика

Мы уже давно привыкли к наличию остановок общественного транспорта неподалеку от дома, к ежедневному отправлению от ближайшего вокзала десятков поездов, вылету из аэропортов самолетов. Пропади общедоступный транспорт - и привычный нам мир попросту рухнет! Но, привыкнув к удобству, мы начинаем требовать еще большего! Какое развитие нас ожидает?

Шоссе - трубы

Жуткий трафик - одна из ведущих проблем всех мегаполисов. Причиной их нередко является не только плохая организация транспортных развязок и магистралей, но и метеоусловия. Зачем ходить далеко: российские снегопады нередко приводят к коллапсам на дорогах.

Одно их наиболее эффективных решений - сокрытие основной части потоков транспорта под землей. Количество и размеры автомобильных туннелей с годами лишь растет. Но обходятся они дорого, да и ограничены в развитии ландшафтом. Эти проблемы можно решить, заменив тоннели на трубы!

Генри Лью, инженер и строитель из Америки, уже предложил свою разработку трубопровода для транспорта. По нему можно будет пересылать движимые электричеством крупные грузовые контейнеры. Рассматривали его проект для применения в Нью-Йорке, известном своими огромными пробками. Лишь в этом городе перенос грузовых перевозок в трубы сократит движение автомобилей лишь за год на десяток миллиардов миль. В итоге улучшится экологическая обстановка, снизится нагрузка на трассы мегаполиса. Про сохранность и своевременность доставки грузов также не следует забывать.

Перевозить в таких трубопроводах возможно также и людей. Подобную пассажирскую транспортную систему предложил Элон Маск, американский миллионер. В «Гиперпетлю» Маска войдет система трубопроводов, размещенных на эстакадах, диаметр которых превысит пару метров. В них планируется поддерживать низкое давление. В трубах планируется перемещение капсул, парящих чуть выше дна благодаря закачанному туда воздуху. Скорость капсул, благодаря электромагнитному импульсу, может достигать шести сотен километров за полчаса.

Полеты в поезде

Поезда будут развиваться, становясь все более вместительными и скоростными. Уже обсуждают невероятный по размаху проект трассы от Лондона до Пекина, подготовленный китайцами. Суперскоростную дорогу длиной в восемь - девять тысяч километров хотят построить к 2020-му году.

Поезда проедут под Ла-Маншем, далее - через Европу, Россию, Астану, Дальний Восток и Хабаровск. Оттуда - финальный переезд в Пекин. На всю дорогу потребуется пара суток, предел скорости - 320 км/ч. Отметим здесь, что российский «Сапсан» разгоняется лишь до 250 км/ч.

Но и эта скорость - не предел! Поезд «Маглев», названный от словосочетания Magnetic Levitation, запросто достигает скорости движения 581 км/ч. Поддерживаемый магнитным полем в воздухе, он летит над рельсами, а не едет по ним. В настоящее время эти поезда - редкая экзотика. Но в будущем такую технологию можно и развивать.

Автомобиль под водой: нереально, но он есть!

Революцию ждут и в водном транспорте. Эксперты исследуют проекты подводных скоростных аппаратов, а также подводных мотоциклов. Что уж говорить об индивидуальных подводных лодках!

Организованный в Швейцарии проект под названием sQuba создан для разработки оригинального автомобиля, умеющего съезжать в воду прямо с трассы и, двигаясь по волнам, даже погружаться в них! Затем машина может запросто вернуться на сушу, продолжив движение по дороге.

Конструкторы новинки были вдохновлены одной из кинолент о Джеймсе Бонде. Реальный подводный автомобиль, выставлялся в Женевском автосалоне в виде открытого спорткара. Эта модель очень легкая и позволяет экипажу покидать авто в случае опасности.

Движение под водой обеспечивается парой винтов, находящихся под задним бампером, а также - парой поворотных водометов около передних колесных арок. Все это работает при помощи электромоторов. Конечно, придется добавлять в модель водоустойчивый колпак, чтобы водитель и пассажиры не промокали.

Готовы отправляться в космос?

Авиация, не отставая от прочих видов транспорта, активно развивается. Отказавшись от сверхзвуковых лайнеров вроде «Конкорда», она решилась выйти в открытый космос. Британские конструкторы работают над космолетом, или иначе - орбитальным самолетом, под названием «Скайлон».

Он сможет подниматься на гибридном двигателе с аэродрома и достигать гиперзвуковой скорости, она превышает звуковую более, чем в пять раз. Добравшись до высоты в 26 километров, он перейдет на питание кислородом из своих же баков, а затем выйдет в космос. Приземление - подобно приземлению самолета. То есть никаких внешних ускорителей, разгонных ступеней или топливных сбрасываемых баков. На весь рейс понадобится лишь пара двигателей.

Работают пока над беспилотной версией «Скайлона». Такой космический носитель сможет вывести на орбиту 12 тонн груза. Заметим здесь, что «Союз», российская ракета, справляется лишь с семью тоннами. Использовать же космолет, в отличие от ракеты можно и многократно. В итоге стоимость доставок снизится в 15 раз.

Параллельно конструкторы размышляют над пилотируемым вариантом. Изменив конструкцию грузового отсека, создав системы безопасности и сделав иллюминаторы можно перевезти три сотни пассажиров. За четыре часа они обогнут всю планету! Экспериментальную модель запустят уже в 2019-ом году.

Удивительно, но все перечисленные нами виды транспорта футурологи описывали еще на заре двадцатого столетия. Они надеялись, что реализация их не за горами. Со сроками они ошиблись, пока все находится на стадии разработки. Но у нас есть отличная возможность - стать в будущем пассажиром одного из вышеперечисленных чудес техники.

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ

Аэрокосмический

транспорт к V Л VI11Р ГП

Мощным толчком ракета вертикально поднимается со стартовой площадки и уходит ввысь... Эта привычная с 1960-х гг. картина в скором времени может кануть в Лету. На смену одноразовым космическим системам и «челнокам» должно прийти новое поколение аппаратов - воздушно-космические самолеты, которые будут обладать способностью взлетать и приземляться горизонтально, подобно обычным авиалайнерам

Ч - . , " Л* „ - , (/

3. КРАУЗЕ. А. М. ХАРИТОНОВ

КРАУЗЕ Эгон - заслуженный профессор, СП 973 по 1998 гг. - директор Аэродинамического института Рейн-Вестфапьской технической высшей школы (ГОАШ^" (Ах^н, Германия). Лауреат премии Общества Макса Дланка, по.ч®ный доктор Сибирского отделения РАН ~

XAPMTOHCJP Анатолий. Михайлович - доктор технических наук, профёссдИглабный научный сотрудник Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН (Новосибирск). Заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии Совета Министров СССР (1985). Автор и соавтор около 150 научных работ и 2 патентов

альнейшее развитие космонавтики определяется необходимостью интенсивной эксплуатации космических станций, развития систем глобальной связи и навигации, мониторинга окружающей среды в планетарном масштабе. Для этих целей в ведущих странах мира ведутся разработки воз-дуишо-космических самолетов (ВКС) многократного использования, которые позволят существенно снизить стоимость доставки грузов и людей на орбиту. Это ¡будут системы, характеризующиеся возможностями, [наиболее актуальные из которых следующие:

Многоразовое использование для вывода на орбиту производственных и научно-технических грузов с относительно небольшим промежутком времени между повторными вылетами;

Возвращение аварийных и отработавших конструкций, засоряющих космос;

Спасение экипажей орбитальных станций и космических кораблей в аварийных ситуациях;

Срочная разведка районов стихийных бедствий и катастроф в любой точке земного шара.

В странах с развитыми авиационно-космическими

технологиями достигнуты большие успехи в области высоких скоростей полета, которые определяют потенциальную возможность создания широкого спектра гиперзвуковых воздушно-реактивных самолетов. Есть все основания полагать, что в будущем пилотируемая авиация освоит скорости от чисел Маха М = 4-6 до М = 12-15 (пока держится рекорд М = 6,7, установленный еще в 1967 г. американским экспериментальным самолетом Х-15 с ракетным двигателем).

Если говорить о гражданской авиации, то освоение больших скоростей чрезвычайно важно для интенсификации пассажирских перевозок и деловых связей. Гиперзвуковые пассажирские самолеты с числом Маха 6 смогут обеспечить малоутомительную продолжительность перелета (не более 4 часов) на международных маршрутах с дальностью около 10 тыс. км, таких как Европа (Париж) - Южная Америка (Сан-Паулу), Европа (Лондон) - Индия, США (Нью-Йорк) - Япония. Вспомним, что время полета сверхзвукового «Конкорда» от Нью-Йорка до Парижа составляло около 3 часов, а «Боинг-747» затрачивает на этом маршруте около 6,5 часа. Самолеты будущего с числом Маха 10

СЛОВАРЬ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ

Число Маха - параметр, характеризующий, во сколько раз скорость летательного аппарата (или газового потока) больше скорости звука Гиперзвуковая скорость - нестрогий термин для обозначения скорости с числом Маха, превышающим 4 5 Число Рейнольдса - параметр, характеризующий соотношение между силами инерции и силами вязкости в потоке

Угол атаки - наклон плоскости крыла к линии полета Скачок уплотнения (ударная волна) - узкая область течения, в которой происходит резкое падение скорости сверхзвукового газового потока, приводящее к скачкообразному увеличению плотности Волна разрежения - область течения, в которой происходит резкое уменьшение плотности газовой среды

Схема модели двухступенчатой аэрокосмической системы Е1_АС-ЕОЭ. Эти аппараты будут взлетать и садиться горизонтально, подобно обычным самолетам. Предполагается, что длина полномасштабной конфигурации составит 75 м, а размах крыла - 38 м. По: (Рейбл, Якобе, 2005)

за 4 часа смогут преодолеть 16-17 тыс. км, совершив беспосадочный перелет, например, из США или Европы в Австралию.

ГТайа маоТай

Для гиперзвуковых самолетов необходимы новые технологии, совершенно отличные от тех, которые присущи современным самолетам и вертикально взлетающим космическим аппаратам. Конечно, ракетный

двигатель производит большую тягу но он расходует горючее в огромных количествах, и к тому же ракета должна нести окислитель на борту. Поэтому использование ракет в атмосфере ограничивается кратковременными полетами.

Стремление решить эти сложные технические задачи привело к разработке различных концепций космических транспортных систем. Принципиальным направлением, которое активно исследуется ведущими аэрокосмическими фирмами мира, является одноступенчатый В КС. Такой воздушно-космический самолет, взлетая с обычного аэродрома, может обеспечить доставку на околоземную орбиту полезной нагрузки, составляющей около 3% от взлетного веса. Другая концепция многоразовых систем - двухступенчатые аппараты. В этом случае первая ступень оснащается воздушно-реактивным двигателем, а вторая - является орбитальной, и разделение ступеней осуществляется в диапазоне чисел Маха от 6 до 12 на высотах около 30 км.

В 1980-1990 гг. проекты ВКС разрабатывались в США (NASP), Англии (HOTOL), ФРГ (Sänger), Франции (STS-2000, STAR-H), России (ВКС НИИ-1, «Спираль», Ту-2000). В 1989 г. по инициативе Немецкого исследовательского общества (DFG) начались совместные исследования трех германских центров:

Рейн-Вестфальской технической высшей школы в Ахене, Технического университета Мюнхена и Университета Штутгарта. Эти центры, спонсируемые DFG, провели долгосрочную программу исследований, включающую изучение фундаментальных вопросов, необходимых для проектирования космических транспортных систем, таких как общая разработка, аэродинамика, термодинамика, механика полета, двигатель, материалы и пр. Значительная часть работ по экспериментальной аэродинамике была выполнена в сотрудничестве с Институтом теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН. Организация и координация всех исследовательских работ осуществлялись комитетом, который в течение десяти лет возглавлял один из авторов настоящей статьи (Э. Краузе). Мы предлагаем вниманию читателя ряд наиболее наглядных визуальных материалов, иллюстрирующих некоторые результаты, полученные в рамках этого проекта в области аэродинамики.

Полет двухступенчатой системы ELAC-EOS должен охватывать широчайший диапазон скоростей: от преодоления звукового барьера (М = 1) до отделения орбитальной ступени (М = 7) и выхода ее на околоземную орбиту (М = 25). По: (Рейбл, Якобе, 2005)

Звуковой барьер Число Маха

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ

Большая модель ELAC 1 (длиной более 6 м) в рабочей части германско-голландской аэродинамической трубы DNW малых скоростей. По: (Рейбл, Якобе, 2005)

Aaóóñóó"i áí^áóáy ñeñóálá ELAC-EOS

Для исследований была предложена концепция двухступенчатого аэрокосмического аппарата (несущая ступень называлась по-немецки ELAC, орбитальная - EOS). Топливо - жидкий водород. Предполагалось, что полномасштабная конфигурация ELAC будет иметь длину 75 м, размах крыла - 38 м и большой г/гол стреловидности. При этом длина ступени EOS составляет 34 м, а размах крыла - 18 м. Орбитальная ступень имеет эллиптическую носовую часть, центральный корпус с полуцилиндрической верхней стороной и один киль в плоскости симметрии. На верхней поверхности первой ступени имеется углубление, в котором размещена орбитальная ступень при наборе высоты. Хотя оно неглубокое, при гиперзвуковых скоростях во время разделения (М = 7) оказывает существенное влияние на характеристики потока.

Для проведения теоретических и экспериментальных исследований были спроектированы и изготовлены несколько моделей несущей и орбитальной ступеней в масштабе 1:150. Для испытаний при малых скоростях в германско-голландской аэродинамической трубе DNW была сделана большая модель исследуемой конфигурации в масштабе 1:12 (длина более 6 м, масса около 1600 кг).

Aegóáeegáóey ñaáSógaóeá

Полет со сверхзвуковой скоростью представляет для исследователя большую сложность, поскольку сопровождается формированием ударных волн, или скачков уплотнения, а летательный аппарат в таком полете проходит несколько режимов обтекания (с различными локальными структурами), сопровождающихся ростом тепловых потоков.

Эта задача в проекте ELAC-EOS исследовалась и экспериментально, и численно. Большинство экспериментов было проведено в аэродинами-

Маслосажевая картина линий тока на поверхности модели ELAC 1, полученная в аэродинамической трубе Т-313 Института теоретической и прикладной механики СО РАН. По: (Krause et al., 1999)

Сравнение результатов численного моделирования вихревых структур на подветренной стороне модели Е1.АС 1 (справа) и экспериментальной визуализации методом лазерного ножа (слева). Результаты численного расчета получены решением уравнений Навье-Стокса для ламинарного течения при числе Маха М = 2, числе Рейнольдса Йе = 4 10е и угле атаки а = 24°. Расчетные вихревые картины похожи на наблюдаемые экспериментально; имеются различия в поперечных формах отдельных вихрей. Заметим, что набегающий поток перпендикулярен плоскости картинки. По: (ЭКотЬегд е? а/., 1996)

ческой трубе Т-313 ИТПМ СО РАН в Новосибирске. Число Маха набегающего потока в этих экспериментах изменялось в диапазоне 2 < М < 4, число Рейнольдса - 25 106 < Ие < 56 106, а г/гол атаки - в диапазоне - 3° < а < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация линий тока на поверхности модели.

Полученные результаты в числе прочего ясно демонстрируют образование вихрей на подветренной стороне. Панорамные картины течений на поверхности модели визуализировались посредством покрытия специальными жидкостями или маслосажевой смесью. В типичном примере маслосажевой визуализации видно, как поверхностные линии тока сворачивают внутрь от передней кромки крыла и стекаются в линию, ориентированную приблизительно в направлении течения. Наблюдаются также другие полосы, направленные в сторону центральной линии модели.

Эти четкие следы на подветренной стороне характеризуют поперечное течение, трехмерную структуру которого можно наблюдать с помощью метода лазерного ножа. С увеличением угла атаки поток воздуха перетекает с наветренной поверхности крыла на подветренную, формируя сложную вихревую систему. Отметим, что первичные вихри с пониженным давлением в ядре вносят положительный вклад в подъемную силу аппарата. Сам метод лазерного ножа основан на фотографировании когерентного излучения, рассеянного

Вихревой пузырь в переходном состоянии

Полностью развившаяся вихревая спираль

Процессы распада вихрей на подветренной стороне конфигурации ELAC 1 визуализировались посредством впрыска флуоресцентной краски. По: (Stromberg, Limberg, 1993)

¡Я ГОРИЗОНТЫ НАУКИ

на вводимых в поток твердых или жидких микрочастицах, распределение концентрации которых обусловливается структурой исследуемых течений. Когерентный источник света формируется в виде тонкой световой плоскости, что, собственно, и дало название методу. Интересно, что с точки зрения обеспечения необходимой контрастности изображения очень эффективными оказываются микрочастицы обычной воды (туман).

При определенных условиях ядра вихрей могут разрушаться, что уменьшает подъемную силу крыла. Этот процесс, называемый срывом вихря, развивается

по типу «пузырь» или «спираль», визуальные различия между которыми демонстрирует фотография, сделанная с помощью впрыска флуоресцентной краски. Обычно пузырьковый режим срыва вихря предшествует распаду по спиральному типу.

Полезную информацию о спектрах сверхзвукового обтекания летательных аппаратов дает теневой метод Теплера. С его помощью визуализируются неоднородности в газовых потоках, при этом особенно хорошо видны скачки уплотнения и волны разрежения.

Линзы основного объектива Проекционный объектив Экран (фотокамера)

Источник света V г Ч Неоднородность Нож Фуко " I

ТЕНЕВОЙ МЕТОД ТЕПЛЕРА

Еще в 1867 г. немецкий ученый А. Теплер предложил метод обнаружения оптических неоднородностей в прозрачных средах, который до сих пор не потерял актуальности в науке и технике. В частности, он широко применяется для исследования распределения плотности воздушных потоков при обтекании моделей летательных аппаратов в аэродинамических трубах.

Оптическая схема одной из реализаций метода представлена на рисунке. Пучок лучей от щелевого источника света системой линз направляется через исследуемый объект и фокусируется на кромке непрозрачной ширмы (так называемый нож Фуко). Если в исследуемом объекте нет оптических неоднородностей, то все лучи задерживаются ножом. При наличии неоднородностей лучи будут рассеиваться, и часть их, отклонившись, пройдет выше кромки ножа. Поставив за плоскостью ножа Фуко проекционный объектив, можно спроектировать эти лучи на экран (направить в фотокамеру) и получить изображение неоднородностей.

Рассмотренная простейшая схема позволяет визуализировать градиенты плотности среды, перпендикулярные кромке ножа, градиенты же плотности по другой координате приводят к смещению изображения вдоль кромки и не меняют освещенности экрана. Существуют различные модификации метода Теплера. Например, вместо ножа устанавливается оптический фильтр, состоящий из параллельных полосок разных цветов. Или используется круглая диафрагма с цветными секторами. В этом случае при отсутствии неоднородностей лучи из разных точек проходят через одно и то же место диафрагмы, поэтому все поле окрашено в один цвет. Появление неоднородностей обусловливает отклонение лучей, которые проходят через разные секторы, и изображения точек с различным отклонением света окрашиваются в соответствующие цвета.

Головной скачок уплотнения

Веер волн разрежения

Скачок уплотнения

Эта теневая картина обтекания модели ЕЬАС 1 получена оптическим методом Теплера в сверхзвуковой аэродинамической трубе в Ахене. По: (Нэпе! е? а/., 1993)

Теневая фотография обтекания модели Е1.АС 1 с воздухозаборником в гиперзвуковой ударной трубе (М = 7,3) в Ахене. Красивые радужные сполохи в правой нижней части снимка представляют собой хаотические течения внутри воздухозаборника. По: (Оливье и др., 1996)

Теоретическое распределение чисел Маха (скоростей) при обтекании двухступенчатой конфигурации Е1_АС-ЕОЭ (число Маха набегающего потока М = 4,04). По: (Брейтсамтер и др., 2005)

Наблюдалось хорошее согласие между расчетными и экспериментальными данными, что подтверждает надежность численного решения при прогнозировании гиперзвуковых течений. Пример расчетной картины распределения чисел Маха (скоростей) в потоке во время процесса разделения представлен на этой странице. На обетЖ^гФенях видны скачки уплотнения и локальные разрежения. У задней части конфигурации ЕЬАС 1С в реальности разрежения не будет, поскольку там разместится гиперзвуковой прямоточный воздуш-но-реактивный двигатель.

Разделение несущей и орбитальной ступеней - одна из самых трудных задач, рассмотренных в ходе работы над проектом ELAC-EOS. В целях безопасности маневрирования этот этап полета требует особенно.тщательного изучения. Численные исследования его * различных фаз были проведены в центре SFB 255 при Техническом университете Мюнхена, а вся экспериментальная работа выполнена в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН. Испытания в сверхзвуковой аэродинамической трубе Т-313 включали в себя визуализацию обтекания полной конфигурации и измерения аэродинамических характеристик и поверхностных давлений в процессе разделения ступеней.

Модель нижней ступени ELAC 1С отличалась от первоначального варианта ELAC 1 отсеком небольшой глубины, в котором должна располагаться орбитальная ступень во время взлета и набора высоты. Компьютерное моделирование проводилось при числе Маха набегающего потока М = 4,04, числе Рейнольдса -Re = 9,6 106 и нулевом угле атаки модели EOS.

целом можно сказать, что исследования аэродинамической концепции двухступенчатой систем ÜiELAC-EOS , инициированные Немецким исследовательским обществом DFG, оказались успешными. В результате обширного комплекса теоретических и экспериментальных работ, в которых участвовали научные центры Европы, Азии, Америки и Австралии, был выполнен полный расчет конфигурации, способной к горизонтальному взлету и посадке в стандартном аэропорту, решены аэродинамические

задачи полета с низкими, сверхзвуковыми и особенно гиперзвуковыми скоростями.

В настоящее время ясно, что создание перспективного аэрокосмического транспорта требует еще детальных исследований по разработке гиперзвуковых воздуш-но-реактивных двигателей, надежно работающих в широком диапазоне скоростей полета, высокоточных систем управления процессами разделения ступеней и посадки орбитального модуля, новых высокотемпературных материалов и т.д. Решение всех этих сложных научно-технических задач невозможно без объединения усилий ученых разных стран. И опыт данного проекта только подтверждает: долговременное международное сотрудничество становится неотъемлемым элементом аэрокосмических исследований.

Литература

Kharitonov А.М., Krause Е., Limberg W. et al.//J. Experiments in Fluids. - 1999. - V. 26. - P. 423.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. //J. Experiments in Fluids. - 2000. - V. 29. - P. 592.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. // Proc. at X Int. Conference on the Methods of Aemphysical Research. Novosibirsk. - 2000. -V.1.- P. 53.

Krause E., Brodetsky M.D., Kharitonov A.M. // Proc. at WFAM Congress. Chicago, 2000.

Бродецкий М.Д., Краузе Э., Никифоров С.Б. и др. // ПМТФ. - 2001. - Т. 42. - С. 68.

Аэрокосмический транспорт будущего

Мощным толчком ракета вертикально поднимается со стартовой площадки и уходит ввысь... Эта привычная картина в скором времени может кануть в Лету. На смену одноразовым космическим системам и «челнокам» должно прийти новое поколение аппаратов - воздушно-космические самолеты, которые будут обладать способностью взлетать и приземляться горизонтально, подобно обычным авиалайнерам. Участники международного исследовательского проекта знакомят читателей с некоторыми визуальными материалами, иллюстрирующими концепцию двухступенчатого аэрокосмического транспорта будущего

Дальнейшее развитие космонавтики определяется необходимостью интенсивной эксплуатации космических станций, развития систем глобальной связи и навигации, мониторинга окружающей среды в планетарном масштабе. Для этих целей в ведущих странах мира ведутся разработки воздушно-космических самолетов (ВКС) многократного использования, которые позволят существенно снизить стоимость доставки грузов и людей на орбиту. Это будут системы, характеризующиеся возможностями, наиболее актуальные из которых следующие: многоразовое использование для вывода на орбиту производственных и научно-технических грузов с относительно небольшим промежутком времени между повторными вылетам; возвращение аварийных и отработавших конструкций, засоряющих космос; спасение экипажей орбитальных станций и космических кораблей в аварийных ситуациях; срочная разведка районов стихийных бедствий и катастроф в любой точке земного шара.

В странах с развитыми авиационно-космическими технологиями достигнуты большие успехи в области высоких скоростей полета, которые определяют потенциальную возможность создания широкого спектра гиперзвуковых воздушно-реактивных самолетов. Есть все основания полагать, что в будущем пилотируемая авиация освоит скорости от чисел Маха M = 4–6 до M = 12–15 (пока держится рекорд M = 6,7, установленный еще в 1967 г. американским экспериментальным самолетом Х-15 с ракетным двигателем).

Если говорить о гражданской авиации, то освоение больших скоростей чрезвычайно важно для интенсификации пассажирских перевозок и деловых связей. Гиперзвуковые пассажирские самолеты с числом Маха 6 смогут обеспечить малоутомительную продолжительность перелета (не более 4 часов) на международных маршрутах с дальностью около 10 тыс. км, таких как Европа (Париж) – Южная Америка (Сан-Паулу), Европа (Лондон) – Индия, США (Нью-Йорк) – Япония. Вспомним, что время полета сверхзвукового «Конкорда» от Нью-Йорка до Парижа составляло около 3 часов, а «Боинг-747» затрачивает на этом маршруте около 6,5 часа. Самолеты будущего с числом Маха 10 за 4 часа смогут преодолеть 16-17 тыс. км, совершив беспосадочный перелет, например, из США или Европы в Австралию.

Новые подходы

Для гиперзвуковых самолетов необходимы новые технологии, совершенно отличные от тех, которые присущи современным самолетам и вертикально взлетающим космическим аппаратам. Конечно, ракетный двигатель производит большую тягу, но он расходует горючее в огромных количествах, и к тому же ракета должна нести окислитель на борту. Поэтому использование ракет в атмосфере ограничивается кратковременными полетами.

СЛОВАРЬ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ

Число Маха – параметр, характеризующий, во сколько раз скорость летательного аппарата (или газового потока) больше скорости звука
Гиперзвуковая скорость – нестрогий термин для обозначения скорости с числом Маха, превышающим 4 5
Число Рейнольдса – параметр, характеризующий соотношение между силами инерции и силами вязкости в потоке
Угол атаки – наклон плоскости крыла к линии полета
Скачок уплотнения (ударная волна) – узкая область течения, в которой происходит резкое падение скорости сверхзвукового газового потока, приводящее к скачкообразному увеличению плотности
Волна разрежения – область течения, в которой происходит резкое уменьшение плотности газовой среды

Стремление решить эти сложные технические задачи привело к разработке различных концепций космиче­ских транспортных систем. Принципиальным направлением, которое активно исследуется ведущими аэрокосмическими фирмами мира, является одноступенчатый ВКС. Такой воздушно-космический самолет, взлетая с обычного аэродрома, может обеспечить доставку на околоземную орбиту полезной нагрузки, составляющей около 3% от взлетного веса. Другая концепция многоразовых систем – двухступенчатые аппараты. В этом случае первая ступень оснащается воздушно-реактивным двигателем, а вторая – является орбитальной, и разделение ступеней осуществляется в диапазоне чисел Маха от 6 до 12 на высотах около 30 км.

В 1980-1990 гг. проекты ВКС разрабатывались в США (NASP), Англии (HOTOL), ФРГ (Snger), Франции (STS-2000, STAR-H), России (ВКС НИИ-1, «Спираль», Ту-2000). В 1989 г. по инициативе Немецкого исследовательского общества (DFG) начались совместные исследования трех германских центров: Рейн-Вестфальской технической высшей школы в Ахене, Технического университета Мюнхена и Университета Штутгарта. Эти центры, спонсируемые DFG, провели долгосрочную программу исследований, включающую изучение фундаментальных вопросов, необходимых для проектирования космических транспортных систем, таких как общая разработка, аэродинамика, термодинамика, механика полета, двигатель, материалы и пр. Значительная часть работ по экспериментальной аэродинамике была выполнена в сотрудничестве с Институтом теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН. Организация и координация всех исследовательских работ осуществлялись комитетом, который в течение десяти лет возглавлял один из авторов настоящей статьи (Э. Краузе). Мы предлагаем вниманию читателя ряд наиболее наглядных визуальных материалов, иллюстрирующих некоторые результаты, полученные в рамках этого проекта в области аэродинамики.

Двухступенчатая система ELAC–EOS

Для исследований была предложена концепция двухступенчатого аэрокосмического аппарата (несущая ступень называлась по-немецки ELAC, орбитальная – ЕОS). Топливо – жидкий водород. Предполагалось, что полномасштабная конфигурация ELAC будет иметь длину 75 м, размах крыла – 38 м и большой угол стреловидности . При этом длина ступени EОS составляет 34 м, а размах крыла – 18 м. Орбитальная ступень имеет эллиптическую носовую часть, центральный корпус с полуцилиндрической верхней стороной и один киль в плоскости симметрии. На верхней поверхности первой ступени имеется углубление, в котором размещена орбитальная ступень при наборе высоты. Хотя оно неглубокое, при гиперзвуковых скоростях во время разделения (M = 7) оказывает существенное влияние на характеристики потока.

Для проведения теоретических и экспериментальных исследований были спроектированы и изготовлены несколько моделей несущей и орбитальной ступеней в масштабе 1:150. Для испытаний при малых скоростях в германско-голландской аэродинамической трубе DNW была сделана большая модель исследуемой конфигурации в масштабе 1:12 (длина более 6 м, масса около 1600 кг).

Визуализация сверхзвука

Полет со сверхзвуковой скоростью представляет для исследователя большую сложность, поскольку сопровождается формированием ударных волн, или скачков уплотнения , а летательный аппарат в таком полете проходит несколько режимов обтекания (с различными локальными структурами), сопровождающихся ростом тепловых потоков.

Эта задача в проекте ELAC–EOS исследовалась и экспериментально, и численно. Большинство экспериментов было проведено в аэродинамической трубе T-313 ИТПМ СО РАН в Новосибирске. Число Маха набегающего потока в этих экспериментах изменялось в диапазоне 2 < М < 4, число Рейнольд­са – 25 10 6 < Re < 56 10 6 , а угол атаки – в диапазоне – 3° < α < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация линий тока на поверхности модели.

Полученные результаты в числе прочего ясно демонстрируют образование вихрей на подветренной стороне. Панорамные картины течений на поверхности модели визуализировались посредством покрытия специальными жидкостями или маслосажевой смесью. В типичном примере маслосажевой визуализации видно, как поверхностные линии тока сворачивают внутрь от передней кромки крыла и стекаются в линию, ориентированную приблизительно в направлении течения. Наблюдаются также другие полосы, направленные в сторону центральной линии модели.

Эти четкие следы на подветренной стороне характеризуют поперечное течение, трехмерную структуру которого можно наблюдать с помощью метода лазерного ножа. С увеличением угла атаки поток воздуха перетекает с наветренной поверхности крыла на подветренную, формируя сложную вихревую систему. Отметим, что первичные вихри с пониженным давлением в ядре вносят положительный вклад в подъемную силу аппарата. Сам метод лазерного ножа основан на фотографировании когерентного излучения, рассеянного на вводимых в поток твердых или жидких микрочастицах, распределение концентрации которых обусловливается структурой исследуемых течений. Когерентный источник света формируется в виде тонкой световой плоскости, что, собственно, и дало название методу. Интересно, что с точки зрения обеспечения необходимой контрастности изображения очень эффективными оказываются микрочастицы обычной воды (туман).

ТЕНЕВОЙ МЕТОД ТЕПЛЕРА

Еще в 1867 г. немецкий ученый А. Теплер предложил метод обнаружения оптических неоднородностей в прозрачных средах, который до сих пор не потерял актуальности в науке и технике. В частности, он широко применяется для исследования распределения плотности воздушных потоков при обтекании моделей летательных аппаратов в аэродинамических трубах.
Оптическая схема одной из реализаций метода представлена на рисунке. Пучок лучей от щелевого источника света системой линз направляется через исследуемый объект и фокусируется на кромке непрозрачной ширмы (так называемый нож Фуко ). Если в исследуемом объекте нет оптических неоднородностей, то все лучи задерживаются ножом. При наличии неоднородностей лучи будут рассеиваться, и часть их, отклонившись, пройдет выше кромки ножа. Поставив за плоскостью ножа Фуко проекционный объектив, можно спроектировать эти лучи на экран (направить в фотокамеру) и получить изображение неоднородностей.
Рассмотренная простейшая схема позволяет визуализировать градиенты плотности среды , перпендикулярные кромке ножа, градиенты же плотности по другой координате приводят к смещению изображения вдоль кромки и не меняют освещенности экрана. Существуют различные модификации метода Теплера. Например, вместо ножа устанавливается оптический фильтр, состоящий из параллельных полосок разных цветов. Или используется круглая диафрагма с цветными секторами. В этом случае при отсутствии неоднородностей лучи из разных точек проходят через одно и то же место диафрагмы, поэтому все поле окрашено в один цвет. Появление неоднородно­стей обусловливает отклонение лучей, которые проходят через разные секторы, и изображения точек с различным отклонением света окрашиваются в соответствующие цвета

При определенных условиях ядра вихрей могут разрушаться, что уменьшает подъемную силу крыла. Этот процесс, называемый срывом вихря, развивается по типу «пузырь» или «спираль», визуальные различия между которыми демонстрирует фотография, сделанная с помощью впрыска флуоресцентной краски. Обычно пузырьковый режим срыва вихря предшествует распаду по спиральному типу.

Полезную информацию о спектрах сверхзвукового обтекания летательных аппаратов дает теневой метод Теплера . С его помощью визуализируются неоднородности в газовых потоках, при этом особенно хорошо видны скачки уплотнения и волны разрежения.

Разделение ступеней

Разделение несущей и орбитальной ступеней – одна из самых трудных задач, рассмотренных в ходе работы над проектом ELAC–EOS. В целях безопасности маневрирования этот этап полета требует особенно тщательного изучения. Численные исследования его различных фаз были проведены в центре SFB 255 при Техническом университете Мюнхена, а вся экспериментальная работа выполнена в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН. Испытания в сверхзвуковой аэродинамической трубе T-313 включали в себя визуализацию обтекания полной конфигурации и измерения аэродинамических характеристик и поверхностных давлений в процессе разделения ступеней.

Модель нижней ступени ELAC 1C отличалась от первоначального варианта ELAC 1 отсеком небольшой глубины, в котором должна располагаться орбитальная ступень во время взлета и набора высоты. Компьютерное моделирование проводилось при числе Маха набегающего потока М = 4,04, числе Рейнольдса Re = 9,6 10 6 и нулевом угле атаки модели EOS.

Наблюдалось хорошее согласие между расчетными и экспериментальными данными, что подтверждает надежность численного решения при прогнозировании гиперзвуковых течений. Пример расчетной картины распределения чисел Маха (скоростей) в потоке во время процесса разделения представлен на этой странице. На обеих ступенях видны скачки уплотнения и локальные разрежения. У задней части конфигурации ELAC 1C в реальности разрежения не будет, поскольку там разместится гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель.

В целом можно сказать, что исследования аэродинамической концепции двухступенчатой системы ELAC–EOS, инициированные Немецким исследовательским обществом DFG, оказались успешными. В результате обширного комплекса теоретических и экспериментальных работ, в которых участвовали научные центры Европы, Азии, Америки и Австралии, был выполнен полный расчет конфигурации, способной к горизонтальному взлету и посадке в стандартном аэропорту, решены аэродинамические задачи полета с низкими, сверхзвуковыми и особенно гиперзвуковыми скоростями.

В настоящее время ясно, что создание перспективного аэрокосмического транспорта требует еще детальных исследований по разработке гиперзвуковых воздушно-реактивных двигателей, надежно работающих в широком диапазоне скоростей полета, высокоточных систем управления процессами разделения ступеней и посадки орбитального модуля, новых высокотемпературных материалов и т.д. Решение всех этих сложных научно-технических задач невозможно без объединения усилий ученых разных стран. И опыт данного проекта только подтверждает: долговременное международное сотрудничество становится неотъемлемым элементом аэрокосмических исследований.

Литература

Kharitonov A.M., Krause E., Limberg W. et al. // J. Experiments in Fluids. 1999. V. 26. P. 423.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. // J. Experiments in Fluids. 2000. V. 29. P. 592.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. // Proc. at X Int. Conference on the Methods of Aerophysical Research. Novosibirsk. 2000. V. 1. P. 53.

Krause E., Brodetsky M.D., Kharitonov A.M. // Proc. at WFAM Congress. Chicago, 2000.

Бродецкий М.Д., Краузе Э., Никифоров С.Б. и др. // ПМТФ. 2001. Т. 42. С. 68.

Кузьминова Анастасия Олеговна
Возраст: 14 лет
Место учёбы: г.Вологда, МОУ "СОШ №1 с углубленным изучением английского языка"
Город: Вологда
Руководители: Чуглова Анна Брониславовна , педагог физики в старших классах МОУ "СОШ №1 с углубленным изучением английского языка";
Кузьминов Олег Александрович .

Историко-исследовательская работа по теме:

КАКОЕ БУДУЩЕЕ У АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА?

План:

• 1. Введение
• 2. Основная часть
• 2.1 История развития аэрокосмических кораблей;
• 2.2 Перспективные транспортные корабли будущего;
• 2.3 Основные направления использования и развития перспективных транспортных систем (ПТС) ;
• 3. Вывод
• 4. Источники информации.

1.Введение

Впервые программу освоения космоса сформулировал К.Э.Циолковский, в которой ключевая роль принадлежит транспортным космическим системам. В настоящее время аэрокосмический транспорт используются для: научного исследования планет и космического пространства, решения военных задач, запуска искусственных спутников земли, строительства и обслуживание орбитальных станций и производств, транспортировки грузов в космосе, а так же в развитии космического туризма.

Космический корабль - это летательный аппарат, предназначенный для полета людей и перевозки грузов в космическом пространстве. Космические корабли для полета по околоземным орбитам, называют кораблями-спутниками, а для полета к другим небесным телам — межпланетными кораблями. На начальном этапе, транспортные космические корабли демонстрировали возможности космической техники и решения отдельных прикладных задач. В настоящее время перед ними стоят глобальные практические задачи, направленные на эффективное и рентабельное использование космоса.

Для достижения этих целей, необходимо решить следующие задачи:

Создание универсальных, многоразовых космических кораблей;

Использование силовых установок с более эффективными и недорогими видами топлива;

Увеличение грузоподъемности ПТС;

Экологическая и биологическая безопасность кораблей.

Актуальность:

Создание аэрокосмического транспорта будущего, позволит:

- летать, на сверхдальние, практически не ограниченные расстояния;

- активно осваивать околоземное пространство и другие планеты;

- укреплять обороноспособность нашего государства;

- создание космических электростанций и производств;

- создание крупных орбитальных комплексов;

- добывать и перерабатывать полезные ископаемые Луны и других планет;

- решение экологических проблем Земли;

- вывод искусственных спутников земли;

- развивать аэрокосмический туризм.

Цели и задачи:

- изучить историю развития космических кораблей России и США;

- сделать сравнительный анализ использования аэрокосмического транспорта будущего;

- рассмотреть основные направления использования ПТС (перспективных транспортных систем);

- определить перспективы развития транспортных систем.

2.Основная часть.

2.1 История развития аэрокосмических кораблей.

В 1903 году российский ученый К.Э.Циолковский спроектировал ракету для межпланетных сообщений.

Под руководством Сергея Павловича Королева, была создана первая в мире ракета Р-7 («Восток») , которая 4 октября 1957 года запустила в космос первый искусственный спутник Земли, а 12 апреля 1961 года, космический корабль совершил первый полет человека в космос.

На смену ракетам «Восток» пришло новое поколение одноразовых космических кораблей: «Союз», «Прогресс» и «Протон», их конструкция оказалась простой, надежной и дешевой, она применяется до сегодняшнего дня, и будет использоваться в ближайшем будущем.

«Союз» сильно отличался от ракеты «Восток» большими размерами, внутренним объемом и новыми бортовыми системами, которые позволяли решать задачи, связанные с созданием орбитальных станций. Первый запуск ракеты состоялся 23 апреля 1967 года. На базе космического корабля «Союз» была создана серия транспортным беспилотных грузовых космических кораблей « Прогресс», которая обеспечивала доставку грузов на космическую станцию. Первый запуск состоялся 20 января 1978 года. «Протон» - ракета-носитель (РН) тяжёлого класса, предназначена для выведения в Космос орбитальных станций, пилотируемых космических кораблей, тяжелых спутников Земли и межпланетных станций. Первый запуск осуществился 16 июля 1965 года.

Среди американских космических кораблей хотелось отметить «Аполлон» - единственный на данный момент космический корабль в истории, на которых люди покидали пределы низкой околоземной орбиты, преодолевали притяжения Земли, совершали успешную посадку астронавтов на Луну и возращение их на Землю. Корабль состоит из основного блока и лунного модуля (посадочная и взлетная ступени), в которой астронавты совершают посадки и стартуют с Луны. С 1968 по 1975 было запущено в небо 15 космических кораблей.

В далеких 70-х годах инженеры мечтали создать космические корабли будущего, которые в состоянии были бы перевозить грузы и людей на орбиту, а затем благополучно возвращаться на Землю, и заново быть в строю. Американской разработкой был многоразовый транспортный корабль «Спейс Шаттл», который планировалось использовать, как челнок между Землей и околоземной орбитой, доставляя полезные грузы и людей туда и обратно.Полеты в космос осуществлялись 135 раз с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года.

Советско-российской разработкой стал многоразовый транспортный крылатый космический корабль «Буран». Важным шагом на пути освоения космического пространства стала разработка универсальной ракетно-космической системы многоразового использования «Энергия-Буран». Которая состоит из сверхмощного ракетоносителя «Энергия» и орбитального многоразового корабля «Буран».

Данный корабль способен доставлять на орбиту до 30 тонн груза. Орбитальный корабль «Буран» предназначен для выполнения транспортных и военных задач, а так же орбитальных операций в космосе. После выполнения задач, корабль способен самостоятельно производить спуск в атмосфере, и горизонтальную посадку на аэродром. Первый полет совершил 15 ноября 1988 года. Проекты многоразовых космических кораблей дорогостоящие, и в настоящее время ученые совершенствуют и снижают эксплуатационные затраты, которые эффективно позволят использовать данный тип космических кораблей в будущем при создании космических производств, многоразовые корабли будут экономически эффективны, так как потребуется интенсивная эксплуатация транспортных систем.

2.2 Перспективные транспортные корабли будущего.

В настоящее время космическая отрасль не стоит на месте, и создается много новых и перспективных транспортных кораблей будущего:

Космический ракетный комплекс «Ангара» - семейство разрабатываемых перспективных ракет-носителей модульного типа с многоразовыми кислородно-керосиновыми двигателями. Ракеты предполагаются 4-х классов (лёгкий, средний, тяжелый и сверхтяжелый). Мощность этой ракеты реализуется с помощью различного числа универсальных ракетных модулей (от 1 до 7), в зависимости от класса ракеты. Первый запуск ракеты, легкого класса состоялся 9 июля 2014 года. Запуск ракеты тяжелого класса «Ангара-5» состоялся 23 декабря 2014 года.

Достоинства ракетоносителя Ангара:

- быстрая сборка ракеты из готовых модулей, в зависимости от требуемой грузоподъемности;

- запуск ракеты адаптирован с российских космодромов;

- ракета полностью производится из российских комплектующих;

- используется экологически чистое топливо;

- в перспективе, планируется выпуск двигателя первой ступени в многоразовом исполнении.

Многоразовые транспортные системы («Русь»). Перспективная пилотируемая транспортная система (ППТС) «Русь»- многоцелевой пилотируемый многоразовый космический корабль. ППТС будет выполнен в модульном исполнении базового корабля в виде функционально законченных элементов - возвращаемого аппарата и двигательного отсека. Корабль планируется бескрылым, с многоразовой возвращаемой частью усечено-конической формы. Первый запуск планируется к 2020 году.

Создан для выполнения следующих задач:

- обеспечение национальной безопасности;

- беспрепятственный доступ в космос;

- расширение задач космических производств;

- полет и посадка на Луну.

Пилотируемый многоразовый космический корабль «Орион» (США).

Корабль планируется бескрылым, с многоразовой возвращаемой частью усечено-конической формы. Предназначен для доставки людей и грузов в космос, а так же для полетов к Луне и Марсу. Первый запуск осуществился 5 декабря 2014 года. Корабль удалился на расстояние 5,8 тысяч км, а затем вернулся обратно на Землю. При возращении, корабль прошел плотные слои атмосферы со скоростью 32 тысячи км\ч, а температура поверхности корабля достигала 2,2 тысяч градусов. Все испытания космический аппарат выдержал, а значит пригоден для полетов с людьми на дальние расстояния. Начало полетов к другим планетам планируется на 2019-2020 г.

Многоразовый транспортный космический корабль « Dragon Space X » (США).

Предназначен для транспортировки полезных грузов и людей. Первый полет состоялся 1 декабря 2010 года. На борту может находиться экипаж до 7 человек и 2 тонны полезных грузов. Длительность полетов: от 1 неделе до 2 лет. Успешно эксплуатируется и планируется выпуск транспортного корабля в различных модификациях. Основным недостатком является дорогостоящая эксплуатация данного типа космических кораблей. В ближайшем будущем на «Dragon Space X» планируется многократное использование первой и второй ступени, что существенно позволит удешевить космические запуски.

Рассмотрим перспективные транспортные космические корабли, которые будут летать на сверхдальние расстояния .

Межпланетный космический корабль «Пилигрим». В США создана программа NASA (национальное управление по воздухоплаванию и следованию космического пространства) по проектированию межпланетного космического корабля, на базе миниатюрного ядерного реактора. Планируется, что силовая двигательная установка будет комбинированная и атомный реактор начнет работать, когда корабль покинет орбиту земли. Кроме того после выполненной миссии корабль будет выведен на траекторию, на которой он будет удаляться от нашей земли. Такой тип энергоустановки является очень надежным и не окажет негативного влияния на окружающую среду земли.

Наша страна является мировым лидером в области космической энергетики. В настоящее время разрабатывается транспортно-энергетический модуль на основе ядерно-энергетической силовой установки мегаваттного класса. Над данной программой работают практически весь научный потенциал России. Запуск космического корабля с ядерной энергоустановкой планируется в 2020 году. Такой вид энергоустановки сможет работать длительное время без заправки топливом. Транспортные корабли с АЭУ (атомной энергоустановкой) смогут летать на сверхдальние, практически не ограниченные расстояния, и позволят освоению дальнего космоса.

Сравнительная таблица перспективных космических кораблей.

Космический корабль		Страна	Дальность полета	Двигатель	Грузоподъемность	Дата первого запуска
Космический ракетный комплекс «Ангара»	Ракета-носитель (многоразовый)			Кислородно-керосиновый	От 1,5 до 35 т
Многоразовые транспортные системы «Русь»	Пилотируемый, многоразовый		планетная; Луна, Марс	топливный
«Орион»	Пилотируемый, многоразовый		Луна, Марс
« Dragon Space X »	Пилотируемый, многоразовый
«Пилигрим»	Многоразовый		планетная	Ядерный, комбинированный
Транспортно-энергетический модуль	многоразовый		дальние расстояния	Ядерный, комбинированный

Наиболее перспективным транспортным кораблем будущего, является корабль с атомной энергосиловой установкой, т.к. он имеет энергоемкий двигатель, и может летать на сверхдальние расстояния. Ядерная система превосходит в 3 раза обычные установки. После решения вопросов с безопасной эксплуатацией, данный тип кораблей сможет сделать прорыв в изучении космического пространства.

2.3 Основные направления использования и развития ПТС (перспективных транспортных систем)

Основные направление использования ПТС
Научное		Промышленное				Туристическое	Военное
Исследование космоса и др. планет	Исследование и научные работы в космосе	Вывод грузов и спутников Земли на околоземную орбиту	Строит-во и обслуживание орбитальных комплексов	Создание и обслуживание космических электростанций и производств	Перемещение полезных грузов с других планет

Для создания аэрокосмического транспорта будущего, необходимо решить следующие задачи:

- силовые установки ТС должны быть оснащены более емкими источниками энергии, по сравнению с используемым сейчас топливом (ядерные энергосиловые установки, плазменные и ионные двигатели);

- перспективные силовые установки должны быть модульного исполнения, в зависимости от дальности полетов. Силовые установки должны выполняться малой, средней и большой мощности. Малая - для обслуживания околоземных орбит, средняя - транспортировка грузов на Луну и др. ближних планет, большая - для полетов межпланетных комплексов на Марс и др. дальние планеты. Межпланетные пилотируемые комплексы на дальние расстояния, из-за большого веса, должны собираться из модулей на околоземной орбите. Стыковка этих модулей должна производиться автоматически, без участия человека.

- перспективные системы должны обладать высокой степенью надежности, для обеспечения экологической безопасности;

Космические корабли должны выполняться в пилотируемых и беспилотных режимах, с возможностью дистанционного управления с Земли. Для выполнения пилотируемых полетов космические межпланетные корабли должны иметь все виды защит, для нормального существования всех членов экипажа.

3. Вывод

В работе приведены примеры последних перспективных разработок транспортных систем России и США, которые будут строиться по следующим принципам:

Универсальное модульное исполнение;

Использование энергоэффективных силовых установок;

Возможность сборки модулей в космосе;

Высокая степень автоматизации ТС;

Возможность дистанционного управления;

Экологическая безопасность;

Безопасная эксплуатация корабля и членов экипажа.

После решения этих задач, ПТС позволят активно осваивать космическое пространство, создавать производства в космосе, развивать космический туризм, решать научные и военные задачи.

Несмотря на то, что удалось собрать немало информации, работу хотелось бы продолжить по следующим направлениям:

Применение новых видов топлива на ПТС;

Совершенствование систем безопасной эксплуатации комических кораблей будущего.

4. Источники информации:

1. Ангара - ракета-носитель, - Википедия - свободная интернет энциклопедия, https://ru.wikipedia.org/wiki/ангара_(ракета-носитель), дата обращения 29.11.2014;

2. Грязнов Г.М. Космическая атомная энергетика и новые технологии (Записки директора), -М:ФГУП «ЦНИИатоминформ», 2007;

3. Емельяненков А. Буксир в невесомость, - Российская газета, http://www.rg.ru/2012/10/03/raketa.html, дата обращения 01.12.2014;

4. Королев Сергей Павлович, - Википедия - свободная энциклопедия, https://ru.wikipedua.org/wiki/Королев,_Сергей Павлович, дата обращения 28.11.2014;

5. Космический корабль «Орион», - Объектив Х, за гранью видимого, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskiy_korabl_orion.html, дата обращения - 02.12.2014;

6. Космический корабль Русь, - Объектив Х, за гранью видимого, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskij-korabl-rus.html, дата обращения 02.12.2014;

7. Легостаев В.П., Лопота В.А., Синявский В.В. Перспективы и эффективность применения космических ядерно-энергетических установок и ядерных электроракетных двигательных установок, - Космическая техника и технология №1 2013 г., Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П Королева, http://www.energia.ru/ktt/archive/2013/01-01.pdf, дата обращения 23.11.2014;

8. Перспективная пилотируемая транспортная система, -Википедия - свободная интернет энциклопедия, https://ru.wikipedia.org/wiki/перспективная_пилотируемая_тринаспортная_система, дата обращения 24.11.2014;