Jaka jest przyszłość transportu lotniczego. Podróże międzygwiezdne to nie fantazja

Od dawna jesteśmy przyzwyczajeni do postojów transport publiczny niedaleko od domu, do codziennego odjazdu z najbliższej stacji kilkudziesięciu pociągów, lotów z lotnisk. Zatrzymaj transport publiczny - a świat, do którego jesteśmy przyzwyczajeni, po prostu się zawali! Ale przyzwyczajając się do wygody, zaczynamy wymagać jeszcze więcej! Jaki rozwój nas czeka?

Autostrada - rury

Uderzający ruch jest jednym z głównych problemów we wszystkich obszarach metropolitalnych. Często są one spowodowane nie tylko słabą organizacją węzłów przesiadkowych i autostrad, ale także warunkami meteorologicznymi. Po co iść daleko: rosyjskie opady śniegu często prowadzą do zawalenia się dróg.

Jednym z najskuteczniejszych rozwiązań jest ukrycie większości strumieni ruchu pod ziemią. Liczba i wielkość tuneli samochodowych wzrosła na przestrzeni lat. Ale są drogie i ograniczone w rozwoju przez krajobraz. Problemy te można rozwiązać, zastępując tunele rurami!

Henry Lew, amerykański inżynier i budowniczy, zaproponował już swój projekt rurociągu do transportu. Będzie mógł przewozić duże kontenery towarowe napędzane energią elektryczną. Uważany za swój projekt do użytku w Nowym Jorku, słynącym z ogromnych korków. Tylko w tym mieście przeniesienie ruchu towarowego na rury zmniejszy ruch pojazdów o dziesiątki miliardów mil w ciągu zaledwie jednego roku. W efekcie poprawi się sytuacja ekologiczna, zmniejszy się obciążenie autostrad metropolii. Nie należy zapominać o bezpieczeństwie i terminowości dostawy ładunku.

Możliwy jest również transport ludzi takimi rurociągami. Podobny system transportu pasażerskiego zaproponował amerykański milioner Elon Musk. „Hyperloop” maski będzie zawierał system rurociągów umieszczonych na wiaduktach, których średnica przekroczy kilka metrów. Planowane jest utrzymanie w nich niskiego ciśnienia. Planowane jest przesuwanie kapsuł w rurach, unoszących się tuż nad dnem dzięki pompowanemu tam powietrzu. Prędkość kapsuł, dzięki impulsowi elektromagnetycznemu, może osiągnąć sześćset kilometrów w pół godziny.

Loty kolejowe

Pociągi będą się rozwijać, stając się bardziej przestronne i szybsze. Dyskutują już o przygotowanym przez Chińczyków projekcie autostrady z Londynu do Pekinu na niesamowitą skalę. Chcą zbudować superszybką drogę o długości od ośmiu do dziewięciu tysięcy kilometrów do 2020 roku.

Pociągi przejadą pod kanałem La Manche, potem przez Europę, Rosję, Astanę, Daleki Wschód i Chabarowsk. Stamtąd ostateczny transfer do Pekinu. Cała podróż zajmie kilka dni, dozwolona prędkość to 320 km/h. Zwróć uwagę, że rosyjski „Sapsan” przyspiesza tylko do 250 km / h.

Ale ta prędkość nie jest granicą! Pociąg Maglev, nazwany na cześć frazy „Lewitacja magnetyczna”, z łatwością osiąga prędkość 581 km/h. Wspierany przez pole magnetyczne w powietrzu, przelatuje nad szynami zamiast jeździć po nich. Obecnie pociągi te są rzadką egzotyką. Ale w przyszłości ta technologia może zostać rozwinięta.

Samochód pod wodą: nierealny, ale istnieje!

Rewolucja jest oczekiwana za transport wodny... Eksperci badają projekty podwodnych szybkich pojazdów, a także podwodnych motocykli. Co możemy powiedzieć o poszczególnych okrętach podwodnych!

Zorganizowany w Szwajcarii projekt o nazwie sQuba powstał w celu opracowania oryginalnego samochodu, który może wjechać do wody tuż poza torem, a poruszając się po falach, nawet w nich zanurkować! Wtedy samochód może z łatwością wrócić na ląd, kontynuując jazdę po drodze.

Projektanci nowości zainspirowali się jednym z filmów o Jamesie Bondzie. Prawdziwy samochód podwodny, wystawiony na Salonie Samochodowym w Genewie w formie otwartego samochodu sportowego. Model ten jest bardzo lekki i pozwala załodze opuścić samochód w razie niebezpieczeństwa.

Ruch pod wodą zapewnia para śrub umieszczonych pod tylnym zderzakiem, a także para obrotowych armatek wodnych przy nadkolach przednich kół. Wszystko to działa przy pomocy silników elektrycznych. Oczywiście będziesz musiał dodać do modelu wodoodporny kaptur, aby kierowca i pasażerowie nie zmokli.

Gotowy do podróży w kosmos?

Lotnictwo, nadążając za innymi rodzajami transportu, aktywnie się rozwija. Porzuciwszy naddźwiękowe samoloty, takie jak Concorde, postanowiła udać się w kosmos. Brytyjscy projektanci pracują nad statkiem kosmicznym, czyli samolotem orbitalnym o nazwie „Skylon”.

Będzie mógł wznosić się z lotniska na silniku hybrydowym i osiągać prędkość hipersoniczną, przekracza prędkość dźwięku ponad pięciokrotnie. Po osiągnięciu wysokości 26 kilometrów przełączy się na dostarczanie tlenu z własnych zbiorników, a następnie wyleci w kosmos. Lądowanie jest jak lądowanie samolotu. Oznacza to, że nie ma zewnętrznych urządzeń wspomagających, stopni wspomagających ani zbiorników paliwa do silników odrzutowych. Potrzebujesz tylko kilku silników na cały lot.

Nadal pracują nad bezzałogową wersją Skylona. Taki lotniskowiec kosmiczny będzie mógł wynieść na orbitę 12 ton ładunku. Zauważ, że rosyjska rakieta Sojuz może obsłużyć tylko siedem ton. W przeciwieństwie do rakiety, można wielokrotnie używać statku kosmicznego. Dzięki temu koszt dostaw zmniejszy się 15-krotnie.

Równolegle projektanci zastanawiają się nad wersją załogową. Zmieniając projekt przestrzeni ładunkowej, tworząc systemy bezpieczeństwa i wykonując okna, można przewieźć trzystu pasażerów. Za cztery godziny opłyną całą planetę! Model eksperymentalny zostanie uruchomiony w 2019 roku.

Co zaskakujące, futurolodzy opisali wszystkie rodzaje transportu, które wymieniliśmy na początku XX wieku. Mieli nadzieję, że ich realizacja nie jest odległa. Pomylili się z terminem, podczas gdy wszystko jest na etapie rozwoju. Ale mamy wielką szansę - stać się w przyszłości pasażerem jednego z wyżej wymienionych cudów techniki.

HORYZONTY NAUKI

Przemysł lotniczy

transport do VL VI11R GP

Z potężnym pchnięciem rakieta wznosi się pionowo z wyrzutni i wznosi się… To jest znajome od lat 60. XX wieku. obraz może wkrótce popaść w zapomnienie. Jednorazowe systemy kosmiczne i „shuttles” powinny zostać zastąpione nową generacją pojazdów – samolotami lotniczymi, które będą miały możliwość poziomego startu i lądowania, jak konwencjonalne samoloty

H -. , "Л *" -, (/

3. KRAUSE. A. M. Kharitonov

KRAUSE Egon - emerytowany profesor, SP 973 do 1998 - Dyrektor Instytutu Aerodynamiki Nadrensko-Westfalskiej Szkoły Technicznej (GOASH^"(Ax^n, Niemcy). Laureat Nagrody Towarzystwa im. Maxa Dlancka, doktor Doktor Syberyjskiego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk ~

XAPMTOHCJP Anatolij. Michajłowicz - doktor nauk technicznych, profesor w Instytucie Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej im. S. A. Khristianovich SB RAS (Nowosybirsk). Zasłużony Naukowiec Federacji Rosyjskiej, laureat Nagrody Rady Ministrów ZSRR (1985). Autor i współautor około 150 prac naukowych i 2 patentów

Dalszy rozwój kosmonautyki determinowany jest potrzebą intensywnej eksploatacji stacji kosmicznych, rozwojem globalnych systemów łączności i nawigacji oraz monitoringu środowiska w skali planetarnej. W tym celu wiodące kraje świata opracowują samoloty kosmiczne wielokrotnego użytku (VKS), które znacznie obniżą koszty dostarczania towarów i ludzi na orbitę. Będą to systemy charakteryzujące się zdolnościami, [najbardziej istotne z nich są:

Wielokrotnego użytku do wynoszenia na orbitę ładunków produkcyjnych oraz naukowych i technicznych w stosunkowo krótkim odstępie czasu między powtarzającymi się lotami;

Zwrot uszkodzonych i zużytych konstrukcji zaśmiecających przestrzeń;

Ratowanie załóg stacji orbitalnych i statków kosmicznych w sytuacjach awaryjnych;

Pilny rozpoznanie obszarów klęsk żywiołowych i katastrof na całym świecie.

W krajach o rozwiniętym przemyśle lotniczym

technologie poczyniły wielkie postępy w dziedzinie dużych prędkości lotu, które determinują potencjał do stworzenia szerokiej gamy hipersonicznych samolotów odrzutowych. Istnieją wszelkie powody, by sądzić, że w przyszłości załogowe samoloty będą osiągać prędkości od liczby Macha od M = 4-6 do M = 12-15 (podczas gdy rekord M = 6,7, cofnięty w 1967 r. przez amerykański eksperymentalny samolot Kh-15 z silnik rakietowy).

Jeśli mówisz o lotnictwo cywilne, wtedy opanowanie wysokich prędkości jest niezwykle ważne dla intensyfikacji przewóz osób i powiązania biznesowe. Naddźwiękowy samolot pasażerski z Mach 6 będzie w stanie zapewnić niski czas trwania lotu (nie więcej niż 4 godziny) dla trasy międzynarodowe o zasięgu ok. 10 tys. km, np. Europa (Paryż) - Ameryka Południowa(Sao Paulo), Europa (Londyn) - Indie, USA (Nowy Jork) - Japonia. Przypomnijmy, że czas lotu naddźwiękowego Concorde z Nowego Jorku do Paryża wynosił około 3 godzin, a Boeing 747 spędza na tej trasie około 6,5 godziny. Samoloty przyszłości z machami 10

SŁOWNIK POJĘĆ AERODYNAMICZNYCH

Liczba Macha to parametr, który charakteryzuje, ile razy prędkość samolotu (lub przepływu gazu) jest większa od prędkości dźwięku Prędkość hipersoniczna jest pojęciem luźnym dla prędkości o liczbie Macha przekraczającej 4 5 Liczba Reynoldsa to parametr charakteryzujący związek między siłami bezwładności a siłami lepkości w strumieniu

Kąt natarcia – nachylenie płaszczyzny skrzydła do linii lotu Uderzenie zagęszczające (fala uderzeniowa) – wąski obszar przepływu, w którym następuje gwałtowny spadek prędkości naddźwiękowego przepływu gazu, prowadzący do gwałtownego wzrostu gęstości. obszar przepływu, w którym następuje gwałtowny spadek gęstości ośrodka gazowego

Schemat modelu dwustopniowego systemu lotniczego E1_AS-EOE. Pojazdy te będą startować i lądować poziomo, podobnie jak konwencjonalne samoloty. Zakłada się, że długość konfiguracji pełnowymiarowej wyniesie 75 m, a rozpiętość skrzydeł 38 m.Po: (Reybl, Yakobe, 2005)

w 4 godziny będą w stanie pokonać 16-17 tys. km wykonując lot non-stop np. z USA czy Europy do Australii.

GTaya mao Tai

Samoloty naddźwiękowe wymagają nowych technologii, które są zupełnie inne od tych, które są obecne we współczesnych samolotach i pionowo startujących statkach kosmicznych. Oczywiście rakieta

silnik wytwarza duży ciąg, ale zużywa ogromne ilości paliwa, a poza tym rakieta musi mieć na pokładzie utleniacz. Dlatego użycie rakiet w atmosferze ogranicza się do lotów krótkoterminowych.

Chęć rozwiązania tych złożonych problemów technicznych doprowadziła do opracowania różnych koncepcji systemów transportu kosmicznego. Głównym kierunkiem, który jest aktywnie badany przez wiodące światowe firmy lotnicze, jest jednostopniowy V CS. Taki samolot kosmiczny, startujący z konwencjonalnego lotniska, może dostarczyć ładunek około 3% masy startowej na niską orbitę okołoziemską. Inną koncepcją systemów wielokrotnego użytku jest aparat dwustopniowy. W tym przypadku pierwszy stopień jest wyposażony w silnik odrzutowy, drugi orbitalny, a separacja stopni odbywa się w zakresie liczb Macha od 6 do 12 na wysokości około 30 km.

1980-1990 Projekty VKS zostały opracowane w USA (NASP), Anglii (HOTOL), Niemczech (Sänger), Francji (STS-2000, STAR-H), Rosji (VKS NII-1, Spiral, Tu-2000). W 1989 roku z inicjatywy Niemieckiego Towarzystwa Badawczego (DFG) rozpoczęły się wspólne badania trzech niemieckich ośrodków:

Nadreńsko-Westfalska Szkoła Techniczna w Akwizgranie, Politechnika Monachijska i Uniwersytet w Stuttgarcie. Ośrodki te, sponsorowane przez DFG, prowadziły długoterminowy program badawczy, który obejmował badanie podstawowych zagadnień niezbędnych do projektowania systemów transportu kosmicznego, takich jak inżynieria ogólna, aerodynamika, termodynamika, mechanika lotu, silnik, materiały itp. część prac nad aerodynamiką doświadczalną realizowano we współpracy z Instytutem Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. S.A.Christianovich SB RAS. Organizacja i koordynacja wszystkich prace badawcze przeprowadzone przez komisję, której przez dziesięć lat przewodniczył jeden z autorów tego artykułu (E. Krause). Zwracamy uwagę Czytelnikowi na jedne z najbardziej ilustracyjnych materiałów wizualnych ilustrujących niektóre wyniki uzyskane w ramach tego projektu w dziedzinie aerodynamiki.

Lot dwustopniowego systemu ELAC-EOS powinien obejmować najszerszy zakres prędkości: od pokonania bariery dźwięku (M=1) do wydzielenia się stopnia orbitalnego (M=7) i wejścia na niską orbitę ziemską ( M = 25). Za: (Rable, Jacobe, 2005)

Bariera dźwiękowa Liczba Macha

HORYZONTY NAUKI

Duży model ELAC 1 (o długości ponad 6 m) na odcinku testowym niemiecko-holenderskiego tunelu aerodynamicznego niskich prędkości DNW. Za: (Rable, Jacobe, 2005)

Aaóóñóó "i áí ^ áóáy ñeñóálá ELAC-EOS

Do badań zaproponowano koncepcję dwustopniowego pojazdu lotniczego (etap nośny nazwano po niemiecku ELAC, orbitalny - EOS). Paliwo to ciekły wodór. Założono, że pełnowymiarowa konfiguracja ELAC będzie miała długość 75 m, rozpiętość skrzydeł 38 m i wysoki wymiatanie r/głową. Jednocześnie długość etapu EOS wynosi 34 m, a rozpiętość skrzydeł 18 m. Etap orbitalny ma eliptyczny nos, centralny kadłub z półcylindryczną częścią górną i jedną kilem w płaszczyźnie symetrii. Na górnej powierzchni pierwszego stopnia znajduje się wnęka, w której podczas wznoszenia znajduje się stopień orbitalny. Choć płytka, przy prędkościach naddźwiękowych podczas separacji (M = 7) ma istotny wpływ na charakterystykę przepływu.

Do badań teoretycznych i eksperymentalnych zaprojektowano i wykonano kilka modeli stopnia nośnego i orbitalnego w skali 1:150. Do badań przy niskich prędkościach w niemiecko-holenderskim tunelu aerodynamicznym DNW wykonano duży model badanej konfiguracji w skali 1:12 (długość ponad 6 m, waga ok. 1600 kg).

Aegóáeegáóey ñaáSógaóeá

Lot z prędkością ponaddźwiękową jest dla badacza bardzo trudny, ponieważ towarzyszy mu powstawanie fal uderzeniowych lub fal uderzeniowych, a samolot w takim locie przechodzi przez kilka reżimów przepływu (o różnych strukturach lokalnych), czemu towarzyszy wzrost strumienie ciepła.

Problem ten w projekcie ELAC-EOS zbadano zarówno eksperymentalnie, jak i numerycznie. Większość eksperymentów przeprowadzono w aerodynamice.

Sadza olejowa linii prądu na powierzchni modelu ELAC 1, uzyskana w tunelu aerodynamicznym T-313 Instytutu Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej SB RAS. Według: (Krause i in., 1999)

Porównanie wyników symulacji numerycznej struktur wirowych po zawietrznej stronie modelu E1.AC 1 (po prawej) i wizualizacji eksperymentalnej metodą noża laserowego (po lewej). Wyniki obliczeń numerycznych uzyskano rozwiązując równania Naviera-Stokesa dla przepływu laminarnego przy liczbie Macha M = 2, liczbie Reynoldsa Je = 4 · 10e i kącie natarcia a = 24°. Obliczone wzory wirów są podobne do tych obserwowanych eksperymentalnie; istnieją różnice w poprzecznych kształtach poszczególnych wirów. Zauważ, że dopływający strumień jest prostopadły do ​​płaszczyzny obrazu. Po: (EKOTERD e? A /., 1996)

komin T-313 ITAM SB RAS w Nowosybirsku. Liczba Macha w strumieniu swobodnym w tych eksperymentach zmieniała się w zakresie 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.

Uzyskane wyniki wyraźnie pokazują m.in. powstawanie wirów po stronie zawietrznej. Panoramiczne wzory prądów na powierzchni modelu wizualizowano poprzez powlekanie specjalnymi płynami lub mieszanką olejowo-olejową. W typowym przykładzie obrazowania olejowego/olejowego widoczne są linie opływowe powierzchni zwijające się do wewnątrz od krawędzi natarcia skrzydła i płynące w linię zorientowaną w przybliżeniu w kierunku przepływu. Istnieją również inne paski skierowane w stronę linii środkowej modelu.

Te wyraźne ślady po stronie zawietrznej charakteryzują przepływ krzyżowy, którego trójwymiarową strukturę można zaobserwować metodą noża laserowego. Wraz ze wzrostem kąta natarcia strumień powietrza przepływa od nawietrznej powierzchni skrzydła do zawietrznej, tworząc złożony system wirowy. Zauważ, że pierwotne wiry o obniżonym ciśnieniu w jądrze mają pozytywny wpływ na podnoszenie statku kosmicznego. Sama metoda noża laserowego opiera się na fotografowaniu promieniowania koherentnego rozproszonego

Bańka wirowa w stanie przejściowym

W pełni rozwinięta spirala wirowa

Zanik wirów po zawietrznej stronie konfiguracji ELAC 1 uwidoczniono przez wstrzyknięcie farby fluorescencyjnej. Za: (Stromberg, Limberg, 1993)

¡JESTEM HORYZONTAMI NAUKI

na wprowadzanych do strumienia mikrocząstkach stałych lub ciekłych, których rozkład stężeń jest określony przez strukturę badanych strumieni. Spójne źródło światła powstaje w postaci cienkiej płaszczyzny światła, co w rzeczywistości dało nazwę metodzie. Co ciekawe, z punktu widzenia zapewnienia niezbędnego kontrastu obrazu, mikrocząsteczki zwykłej wody (mgły) są bardzo skuteczne.

W pewnych warunkach rdzenie wirowe mogą się zapaść, co zmniejsza uniesienie skrzydła. Proces ten, zwany rozerwaniem wirów, rozwija się

typu „bąbelkowego” lub „spiralnego”, między którymi różnice wizualne są widoczne na zdjęciu wykonanym za pomocą wstrzyknięcia farby fluorescencyjnej. Zwykle reżim bąbelkowy polegający na usuwaniu wirów poprzedza rozpad spiralny.

Przydatna informacja na widmach naddźwiękowego opływu statku powietrznego podaje się metodę cieni Toplera. Za jego pomocą wizualizowane są niejednorodności w przepływach gazu, a szczególnie wyraźnie widoczne są fale uderzeniowe i fale rozrzedzenia.

Obiektyw główny Obiektyw projekcyjny Ekran (kamera)

Źródło światła V g H Niejednorodność Nóż Foucaulta „I

METODA SHADOW TEPLER

W 1867 roku niemiecki naukowiec A. Tepler zaproponował metodę wykrywania niejednorodności optycznych w przezroczystych mediach, która wciąż nie straciła na znaczeniu w nauce i technologii. W szczególności jest szeroko stosowany do badania rozkładu gęstości przepływu powietrza podczas opływania modeli samolotów w tunelach aerodynamicznych.

Schemat optyczny jednej z realizacji metody pokazano na rysunku. Wiązka promieni ze szczelinowego źródła światła jest kierowana przez system soczewek przez badany obiekt i skupia się na krawędzi nieprzezroczystego ekranu (tzw. nóż Foucaulta). Jeżeli w badanym obiekcie nie ma niejednorodności optycznych, to wszystkie promienie są opóźniane przez nóż. W obecności niejednorodności promienie rozproszą się, a niektóre z nich, odchylone, przejdą nad krawędzią noża. Umieszczając soczewkę projekcyjną za płaszczyzną noża Foucault, możesz rzutować te promienie na ekran (bezpośrednio w kamerę) i uzyskać obraz nieprawidłowości.

Rozważany najprostszy schemat umożliwia wizualizację gradientów gęstości ośrodka prostopadłych do krawędzi noża, podczas gdy gradienty gęstości wzdłuż drugiej współrzędnej prowadzą do przesunięcia obrazu wzdłuż krawędzi i nie zmieniają oświetlenia ekranu . Istnieją różne modyfikacje metody Toeplera. Na przykład zamiast noża instalowany jest filtr optyczny składający się z równoległych pasków o różnych kolorach. Lub używany jest okrągły otwór z kolorowymi sektorami. W tym przypadku przy braku niejednorodności promienie z różnych punktów przechodzą przez to samo miejsce membrany, dzięki czemu całe pole jest zabarwione jednym kolorem. Pojawienie się nierówności powoduje ugięcie promieni przechodzących przez różne sektory, a obrazy punktów o różnym odchyleniu światła są barwione odpowiednimi kolorami.

Wstrząs w głowie

Fan rozrzedzonych fal

Szok zagęszczający

Ten wzór cienia przepływu wokół modelu EbAC 1 został uzyskany metodą optyczną Toeplera w naddźwiękowym tunelu aerodynamicznym w Akwizgranie. Po: (Nepe! E? A /., 1993)

Zdjęcie cieniowe przepływu wokół modelu E1.AC 1 z wlotem powietrza w naddźwiękowej rurze uderzeniowej (M = 7,3) w Aachen. Piękne błyski tęczy w prawej dolnej części obrazu reprezentują chaotyczne prądy wewnątrz wlotu powietrza. Za: (Olivier i in., 1996)

Teoretyczny rozkład liczb Macha (prędkości) dla przepływu wokół dwustopniowej konfiguracji E1_AC-EOE (liczba Macha swobodnego strumienia M = 4,04). Autor: (Breitsumter i in., 2005)

Zaobserwowano dobrą zgodność danych obliczonych i eksperymentalnych, co potwierdza wiarygodność rozwiązania numerycznego do przewidywania przepływów hipersonicznych. Na tej stronie przedstawiono przykład wyliczonego wzorca rozkładu liczb Macha (prędkości) w strumieniu podczas procesu separacji. Wstrząsy zagęszczania i lokalne rozrzedzenie są widoczne na ślubowaniu. W rzeczywistości tylna część konfiguracji EbAC 1C nie będzie rzadka, ponieważ będzie to hipersoniczny silnik strumieniowy.

Rozdzielenie etapów nośnych i orbitalnych to jedno z najtrudniejszych zadań, jakie podejmuje projekt ELAC-EOS. Ze względu na bezpieczne manewrowanie ta faza lotu wymaga szczególnie uważnego przestudiowania. Badania numeryczne jego * różnych faz prowadzono w ośrodku SFB 255 na Politechnice Monachijskiej, a wszystkie prace doświadczalne prowadzono w Instytucie Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej SB RAS. Testy w naddźwiękowym tunelu aerodynamicznym T-313 obejmowały wizualizację przepływu wokół pełnej konfiguracji oraz pomiary charakterystyk aerodynamicznych i nacisków powierzchniowych podczas separacji etapów.

Model dolnego stopnia ELAC 1C różnił się od oryginalnej wersji ELAC 1 płytkim przedziałem, w którym podczas startu i wznoszenia powinien znajdować się stopień orbitalny. Symulację komputerową przeprowadzono z liczbą Macha swobodnego strumienia M = 4,04, liczbą Reynoldsa -Re = 9,6 106 i zerowym kątem natarcia modelu EOS.

Ogólnie można powiedzieć, że badania koncepcji aerodynamicznej dwustopniowych systemów ÜiELAC-EOS, zainicjowane przez Niemieckie Towarzystwo Badawcze DFG, zakończyły się sukcesem. W wyniku szerokiego zestawu prac teoretycznych i eksperymentalnych, w których brały udział ośrodki naukowe Europy, Azji, Ameryki i Australii wykonano pełne obliczenia konfiguracji zdolnej do poziomego startu i lądowania na standardowym lotnisku, aerodynamicznej

zadania lotnicze przy niskich, naddźwiękowych, a zwłaszcza naddźwiękowych prędkościach.

Jest teraz jasne, że stworzenie obiecującego transportu lotniczego wymaga bardziej szczegółowych badań nad rozwojem hipersonicznych silników odrzutowych, które niezawodnie działają w szerokim zakresie prędkości lotu, wysoce precyzyjnych systemów sterowania do oddzielania etapów i lądowania samolotu. moduł orbitalny, nowe materiały wysokotemperaturowe itp. ... Rozwiązanie wszystkich tych złożonych problemów naukowych i technicznych jest niemożliwe bez połączenia wysiłków naukowców różnych krajów... A doświadczenie tego projektu tylko potwierdza: długofalowa współpraca międzynarodowa staje się integralną częścią badań lotniczych.

Literatura

Kharitonov A.M., Krause E., Limberg W. i wsp. // J. Eksperymenty w płynach. - 1999. - V. 26. - P. 423.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. // J. Eksperymenty w płynach. - 2000. - V. 29. - P. 592.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. // proc. w X Int. Konferencja na temat metod badań emfizycznych. Nowosybirsk. - 2000. -V.1.- S. 53.

Krause E., Brodetsky MD, Kharitonov A.M. // proc. na Kongresie WFAM. Chicago, 2000.

Brodetsky MD, Krause E., Nikiforov S.B. i wsp. // PMTF. - 2001 .-- T. 42 .-- S. 68.

Transport lotniczy przyszłości

Potężnym pchnięciem rakieta unosi się pionowo z wyrzutni i wznosi się... Ten znajomy obraz może wkrótce pogrążyć się w zapomnieniu. Jednorazowe systemy kosmiczne i wahadłowce powinny zostać zastąpione nową generacją pojazdów - samolotami lotniczymi, które będą miały możliwość poziomego startu i lądowania, jak konwencjonalne samoloty. Uczestnicy międzynarodowego projektu badawczego zapoznają czytelników z materiałami wizualnymi ilustrującymi koncepcję dwuetapowego transportu lotniczego i kosmicznego przyszłości

Dalszy rozwój kosmonautyki determinowany jest potrzebą intensywnej eksploatacji stacji kosmicznych, rozwoju globalnych systemów łączności i nawigacji oraz monitoringu środowiska w skali planetarnej. W tym celu rozwijają się wiodące kraje świata samoloty lotnicze(VKS) wielokrotnego użytku, co znacznie obniży koszty dostarczania towarów i ludzi na orbitę. Będą to systemy charakteryzujące się zdolnościami, z których najistotniejsze to: wykorzystanie wielokrotnego użytku do wynoszenia na orbitę ładunków produkcyjnych oraz naukowych i technicznych w stosunkowo krótkim odstępie czasu między kolejnymi lotami; zwrot uszkodzonych i zużytych struktur zaśmiecających przestrzeń; ratowanie załóg stacji orbitalnych i statków kosmicznych w sytuacjach awaryjnych; pilne rozpoznanie obszarów klęsk żywiołowych i katastrof na całym świecie.

W krajach o zaawansowanych technologiach lotniczych poczyniono wielkie postępy w obszarze dużych prędkości lotu, które decydują o możliwości stworzenia szerokiej gamy hipersonicznych samolotów odrzutowych. Istnieją wszelkie powody, by sądzić, że w przyszłości załogowe samoloty będą osiągać prędkości od liczby Macha od M = 4-6 do M = 12-15 (podczas gdy rekord M = 6,7, cofnięty w 1967 r. przez amerykański eksperymentalny silnik X-15) .

Jeśli mówimy o lotnictwie cywilnym, rozwój dużych prędkości jest niezwykle ważny dla intensyfikacji ruchu pasażerskiego i więzi biznesowych. Hipersoniczne samoloty pasażerskie z Mach 6 będą w stanie zapewnić niski czas trwania lotu (nie więcej niż 4 godziny) na trasach międzynarodowych o zasięgu ok. 10 tys. km, np. Europa (Paryż) - Ameryka Południowa (Sao Paulo ), Europa (Londyn) - Indie , USA (Nowy Jork) - Japonia. Przypomnijmy, że czas lotu naddźwiękowego Concorde z Nowego Jorku do Paryża wynosił około 3 godzin, a Boeing 747 spędza na tej trasie około 6,5 godziny. Samoloty przyszłości z Machem 10 będą w stanie pokonać 16-17 tys. km w 4 godziny, wykonując lot non-stop np. z USA czy Europy do Australii.

Nowe podejścia

Samoloty naddźwiękowe wymagają nowych technologii, które są zupełnie inne od tych, które są obecne we współczesnych samolotach i pionowo startujących statkach kosmicznych. Oczywiście silnik rakietowy wytwarza duży ciąg, ale zużywa ogromne ilości paliwa, a ponadto rakieta musi mieć na pokładzie utleniacz. Dlatego użycie rakiet w atmosferze ogranicza się do lotów krótkoterminowych.

SŁOWNIK POJĘĆ AERODYNAMICZNYCH

Liczba Macha- parametr charakteryzujący ile razy prędkość samolotu (lub przepływ gazu) jest większa od prędkości dźwięku
Prędkość naddźwiękowa Jest luźnym określeniem prędkości z liczbą Macha większą niż 4 5
Liczba Reynoldsa- parametr charakteryzujący zależność między siłami bezwładności a siłami lepkości w przepływie
Kąt ataku- nachylenie skrzydła samolotu do linii lotu
Szok zagęszczania (fala uderzeniowa)- wąski obszar przepływu, w którym następuje gwałtowny spadek prędkości naddźwiękowego przepływu gazu, prowadzący do gwałtownego wzrostu gęstości
Fala rozrzedzenia- obszar przepływu, w którym następuje gwałtowny spadek gęstości medium gazowego

Chęć rozwiązania tych złożonych problemów technicznych doprowadziła do opracowania różnych koncepcji systemów transportu kosmicznego. Jednoetapowe wideokonferencje to podstawowy obszar, który jest aktywnie eksplorowany przez wiodące światowe firmy z branży lotniczej. Taki samolot kosmiczny, startujący z konwencjonalnego lotniska, może dostarczyć ładunek około 3% masy startowej na niską orbitę okołoziemską. Inną koncepcją systemów wielokrotnego użytku jest aparat dwustopniowy. W tym przypadku pierwszy stopień jest wyposażony w silnik odrzutowy, drugi jest orbitalny, a separacja stopni odbywa się w zakresie liczb Macha od 6 do 12 na wysokości około 30 km.

1980-1990 Projekty VKS zostały opracowane w USA (NASP), Anglii (HOTOL), Niemczech (Snger), Francji (STS-2000, STAR-H), Rosji (VKS NII-1, „Spiral”, Tu-2000). W 1989 r. z inicjatywy Niemieckiego Towarzystwa Badawczego (DFG) trzy niemieckie ośrodki rozpoczęły wspólne badania: Nadreńsko-Westfalska Szkoła Techniczna w Akwizgranie, Politechnika Monachijska i Uniwersytet w Stuttgarcie. Ośrodki te, sponsorowane przez DFG, prowadziły długoterminowy program badawczy, który obejmował badanie podstawowych zagadnień niezbędnych do projektowania systemów transportu kosmicznego, takich jak inżynieria ogólna, aerodynamika, termodynamika, mechanika lotu, silnik, materiały itp. część prac nad aerodynamiką doświadczalną realizowano we współpracy z Instytutem Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. S.A.Christianovich SB RAS. Organizacją i koordynacją wszystkich prac badawczych zajmowała się komisja, której przez dziesięć lat kierował jeden z autorów tego artykułu (E. Krause). Zwracamy uwagę Czytelnikowi na jedne z najbardziej ilustracyjnych materiałów wizualnych ilustrujących niektóre wyniki uzyskane w ramach tego projektu w dziedzinie aerodynamiki.

System dwustopniowy ELAC-EOS

Do badań zaproponowano koncepcję dwustopniowego pojazdu lotniczego (etap nośny nazywano po niemiecku ELAC, orbitalny - EOS). Paliwo to ciekły wodór. Oczekiwano, że pełnowymiarowa konfiguracja ELAC będzie miała długość 75 m, rozpiętość skrzydeł 38 m i dużą kąt zamiatania... Długość etapu EOS wynosi 34 m, a rozpiętość skrzydeł 18 m. Etap orbitalny ma eliptyczny nos, centralny kadłub z półcylindryczną częścią górną i jedną kilem w płaszczyźnie symetrii. Na górnej powierzchni pierwszego stopnia znajduje się wnęka, w której podczas wznoszenia znajduje się stopień orbitalny. Choć płytka, przy prędkościach naddźwiękowych podczas separacji (M = 7) ma istotny wpływ na charakterystykę przepływu.

Do badań teoretycznych i eksperymentalnych zaprojektowano i wykonano kilka modeli stopnia nośnego i orbitalnego w skali 1:150. Do badań przy niskich prędkościach w niemiecko-holenderskim tunelu aerodynamicznym DNW wykonano duży model badanej konfiguracji w skali 1:12 (długość ponad 6 m, waga ok. 1600 kg).

Obrazowanie naddźwiękowe

Latanie z prędkością ponaddźwiękową jest dla badacza bardzo trudne, ponieważ towarzyszy mu powstawanie fal uderzeniowych lub fale uderzeniowe, a samolot w takim locie przechodzi przez kilka reżimów przepływu (o różnych strukturach lokalnych), czemu towarzyszy wzrost strumieni ciepła.

Problem ten w projekcie ELAC – EOS był badany zarówno eksperymentalnie, jak i numerycznie. Większość eksperymentów przeprowadzono w tunelu aerodynamicznym T-313 ITAM SB RAS w Nowosybirsku. Liczba Macha w strumieniu swobodnym w tych eksperymentach zmieniała się w zakresie 2< М < 4, Liczba Reynoldsa – 25 10 6 < Re < 56 10 6 , а kąt ataku- w zakresie - 3°< α < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация usprawnienia na powierzchni modelu.

Uzyskane wyniki wyraźnie pokazują m.in. powstawanie wirów po stronie zawietrznej. Panoramiczne wzory prądów na powierzchni modelu wizualizowano poprzez powlekanie specjalnymi płynami lub mieszanką olejowo-olejową. W typowym przykładzie obrazowanie olejowo-olejowe linie opływowe powierzchni można zobaczyć zwijające się do wewnątrz od krawędzi natarcia skrzydła i płynące w linię zorientowaną w przybliżeniu w kierunku przepływu. Istnieją również inne paski skierowane w stronę linii środkowej modelu.

Te wyraźne ślady po stronie zawietrznej charakteryzują przepływ krzyżowy, którego trójwymiarową strukturę można zaobserwować przy metoda noża laserowego. Wraz ze wzrostem kąta natarcia strumień powietrza przepływa od nawietrznej powierzchni skrzydła do zawietrznej, tworząc złożony system wirowy. Zauważ, że pierwotne wiry o obniżonym ciśnieniu w jądrze mają pozytywny wpływ na podnoszenie statku kosmicznego. Sama metoda noża laserowego polega na fotografowaniu promieniowania koherentnego rozproszonego przez wprowadzane do strumienia mikrocząstki stałe lub ciekłe, których rozkład stężeń determinowany jest strukturą badanych strumieni. Spójne źródło światła powstaje w postaci cienkiej płaszczyzny światła, co w rzeczywistości dało nazwę metodzie. Co ciekawe, z punktu widzenia zapewnienia niezbędnego kontrastu obrazu, mikrocząsteczki zwykłej wody (mgły) są bardzo skuteczne.

METODA SHADOW TEPLER

W 1867 roku niemiecki naukowiec A. Tepler zaproponował metodę wykrywania niejednorodności optycznych w przezroczystych mediach, która wciąż nie straciła na znaczeniu w nauce i technologii. W szczególności jest szeroko stosowany do badania rozkładu gęstości przepływu powietrza podczas opływania modeli samolotów w tunelach aerodynamicznych.
Schemat optyczny jednej z realizacji metody pokazano na rysunku. Wiązka promieni ze szczelinowego źródła światła kierowana jest przez system soczewek przez badany obiekt i skupiana jest na krawędzi nieprzezroczystego ekranu (tzw. nóż Foucault). Jeżeli w badanym obiekcie nie ma niejednorodności optycznych, to wszystkie promienie są opóźniane przez nóż. W obecności niejednorodności promienie rozproszą się, a niektóre z nich, odchylone, przejdą nad krawędzią noża. Umieszczając soczewkę projekcyjną za płaszczyzną noża Foucault, możesz rzutować te promienie na ekran (bezpośrednio w kamerę) i uzyskać obraz nieprawidłowości.
Rozważany najprostszy schemat pozwala na wizualizację gradienty gęstości prostopadłe do krawędzi noża gradienty gęstości wzdłuż drugiej współrzędnej prowadzą do przesunięcia obrazu wzdłuż krawędzi i nie zmieniają oświetlenia ekranu. Istnieją różne modyfikacje metody Toeplera. Na przykład zamiast noża instalowany jest filtr optyczny składający się z równoległych pasków o różnych kolorach. Lub używany jest okrągły otwór z kolorowymi sektorami. W tym przypadku przy braku niejednorodności promienie z różnych punktów przechodzą przez to samo miejsce membrany, dzięki czemu całe pole jest zabarwione jednym kolorem. Pojawienie się nierówności powoduje ugięcie promieni przechodzących przez różne sektory, a obrazy punktów o różnych odchyleniach światła są barwione w odpowiednich kolorach

W pewnych warunkach rdzenie wirowe mogą się zapaść, co zmniejsza uniesienie skrzydła. Proces ten, zwany strippingiem wirowym, rozwija się w typie „bąbelkowym” lub „spiralnym”, a różnice wizualne między nimi są widoczne na zdjęciu wykonanym przy użyciu wstrzykiwanej farby fluorescencyjnej. Zwykle reżim bąbelkowy polegający na usuwaniu wirów poprzedza rozpad spiralny.

Przydatnych informacji na temat widm przepływu naddźwiękowego wokół statku powietrznego dostarcza: Metoda cienia Toeplera... Za jego pomocą wizualizowane są niejednorodności w przepływach gazu, a szczególnie wyraźnie widoczne są fale uderzeniowe i fale rozrzedzenia.

Separacja stopni

Rozdzielenie etapu nośnego i orbitalnego to jedno z najtrudniejszych zadań rozważanych podczas prac nad projektem ELAC-EOS. Ze względu na bezpieczne manewrowanie ta faza lotu wymaga szczególnie uważnego przestudiowania. Badania numeryczne poszczególnych jego faz prowadzono w ośrodku SFB 255 na Politechnice Monachijskiej, a wszystkie prace doświadczalne w Instytucie Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej SB RAS. Testy w naddźwiękowym tunelu aerodynamicznym T-313 obejmowały wizualizację przepływu wokół pełnej konfiguracji oraz pomiary charakterystyk aerodynamicznych i nacisków powierzchniowych podczas separacji etapów.

Model niższego stopnia ELAC 1C różnił się od oryginalnej wersji ELAC 1 płytkim przedziałem, w którym podczas startu i wznoszenia powinien znajdować się stopień orbitalny. Symulację komputerową przeprowadzono z liczbą Macha w strumieniu swobodnym M = 4,04, liczbą Reynoldsa Re = 9,6 10 6 i zerowym kątem natarcia modelu EOS.

Zaobserwowano dobrą zgodność danych obliczonych i eksperymentalnych, co potwierdza wiarygodność rozwiązania numerycznego do przewidywania przepływów hipersonicznych. Na tej stronie przedstawiono przykład wyliczonego wzorca rozkładu liczb Macha (prędkości) w strumieniu podczas procesu separacji. Na obu etapach widoczne są wstrząsy i lokalne rozrzedzenie. Tył konfiguracji ELAC 1C w rzeczywistości nie będzie miał próżni, ponieważ będzie zawierał naddźwiękowy silnik strumieniowy.

Ogólnie można powiedzieć, że zainicjowane przez Niemieckie Towarzystwo Badawcze DFG badania koncepcji aerodynamicznej dwustopniowego systemu ELAC – EOS zakończyły się sukcesem. W wyniku szerokiego zestawu prac teoretycznych i eksperymentalnych, w których brały udział ośrodki naukowe Europy, Azji, Ameryki i Australii wykonano pełne obliczenia konfiguracji zdolnej do poziomego startu i lądowania na standardowym lotnisku, aerodynamicznej rozwiązano problemy z lotem przy niskich, naddźwiękowych, a zwłaszcza naddźwiękowych prędkościach....

Jest teraz jasne, że stworzenie obiecującego transportu lotniczego wymaga bardziej szczegółowych badań nad rozwojem hipersonicznych silników odrzutowych, które niezawodnie działają w szerokim zakresie prędkości lotu, precyzyjnych systemów sterowania do oddzielania etapów i lądowania modułu orbitalnego , nowe materiały wysokotemperaturowe itp. Rozwiązanie wszystkich tych złożonych problemów naukowych i technicznych jest niemożliwe bez połączenia wysiłków naukowców z różnych krajów. A doświadczenie tego projektu tylko potwierdza: długofalowa współpraca międzynarodowa staje się integralną częścią badań lotniczych.

Literatura

Kharitonov A.M., Krause E., Limberg W. et al. // J. Eksperymenty w płynach. 1999. V. 26. S. 423.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. // J. Eksperymenty w płynach. 2000. V. 29. S. 592.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. // proc. w X Int. Konferencja na temat metod badań aerofizycznych. Nowosybirsk. 2000. V. 1. str. 53.

Krause E., Brodetsky MD, Kharitonov A.M. // proc. na Kongresie WFAM. Chicago, 2000.

Brodetsky MD, Krause E., Nikiforov S.B. i wsp. // PMTF. 2001.t. 42, s. 68.

Kuzminova Anastasia Olegovna
Wiek: 14 lat
Miejsce nauki: Wołogda, MOU „Szkoła średnia nr 1 z dogłębną nauką języka angielskiego”
Miasto: Wołogda
Liderzy: Chuglova Anna Bronislavovna, nauczyciel fizyki w klasach starszych liceum nr 1 z pogłębioną nauką języka angielskiego;
Oleg Kuźminow.

Historyczne prace badawcze na ten temat:

JAKA JEST PRZYSZŁOŚĆ TRANSPORTU LOTNICZEGO?

Plan:

• 1. Wstęp
• 2. Część główna
• 2.1 Historia rozwoju statków powietrznych i kosmicznych;
• 2.2 Obiecujące transportowce przyszłości;
• 2.3 Główne kierunki wykorzystania i rozwoju zaawansowanych systemów transportowych (PTS);
• 3. Wniosek
• 4. Źródła informacji.

1. Wstęp

Po raz pierwszy program eksploracji kosmosu sformułował K.E. Tsiołkowski, w którym kluczową rolę odgrywają systemy transportu kosmicznego. Obecnie transport lotniczy wykorzystywany jest do: badania naukowe planet i kosmosu, rozwiązywanie problemów militarnych, wystrzeliwanie sztucznych satelitów naziemnych, budowa i utrzymanie stacji orbitalnych i przemysłu, transport towarów w kosmos, a także rozwój turystyki kosmicznej.

Statek kosmiczny to samolot przeznaczony do lotów ludzi i transportu towarów w przestrzeni kosmicznej. Statki kosmiczne do lotu na orbitach okołoziemskich nazywane są statkami satelitarnymi, a do lotów na inne ciała niebieskie - statkami międzyplanetarnymi. Na początkowym etapie statki transportowe demonstrowały możliwości technologii kosmicznej i rozwiązywanie poszczególnych problemów. Obecnie stają przed globalnymi praktycznymi zadaniami, mającymi na celu efektywne i oszczędne wykorzystanie przestrzeni.

Aby osiągnąć te cele, konieczne jest rozwiązanie następujących zadań:

Tworzenie uniwersalnych statków kosmicznych wielokrotnego użytku;

Wykorzystanie elektrowni z bardziej wydajnymi i tańszymi paliwami;

Zwiększenie ładowności pojazdu;

Bezpieczeństwo ekologiczne i biologiczne statków.

Znaczenie:

Stworzenie transportu lotniczego przyszłości pozwoli na:

- latać na bardzo długich, praktycznie nieograniczonych dystansach;

- aktywnie badaj przestrzeń bliską Ziemi i inne planety;

- wzmocnienie zdolności obronnych naszego państwa;

- tworzenie elektrowni kosmicznych i zakładów produkcyjnych;

- tworzenie dużych kompleksów orbitalnych;

- wydobywać i przetwarzać minerały Księżyca i innych planet;

- rozwiązywanie problemów środowiskowych Ziemi;

- wycofanie sztucznych satelitów naziemnych;

- rozwijać turystykę lotniczą.

Cele i cele:

- studiować historię rozwoju statków kosmicznych w Rosji i Stanach Zjednoczonych;

- dokonać analizy porównawczej wykorzystania transportu lotniczego przyszłości;

- rozważ główne kierunki wykorzystania PTS (zaawansowanych systemów transportowych);

- określić perspektywy rozwoju systemów transportowych.

2. Główna część.

2.1 Historia rozwoju statków lotniczych.

W 1903 r. Rosyjski naukowiec K.E. Tsiołkowski zaprojektował rakietę do komunikacji międzyplanetarnej.

Pod kierownictwem Siergieja Pawłowicza Korolowa powstał pierwszy na świecie rakieta R-7 („Wostok”), który 4 października 1957 wystrzelił w kosmos pierwszego sztucznego satelitę Ziemi, a 12 kwietnia 1961 statek kosmiczny wykonał pierwszy załogowy lot w kosmos.

Rakiety Vostok zostały zastąpione nową generacją jednorazowych statków kosmicznych: Sojuz, Progress i Proton, ich konstrukcja okazała się prosta, niezawodna i tania, jest w użyciu do dziś i będzie używana w niedalekiej przyszłości.

"Unia" Bardzo różniła się od rakiety Wostok dużymi rozmiarami, objętością wewnętrzną i nowymi systemami pokładowymi, które umożliwiły rozwiązywanie problemów związanych z tworzeniem stacji orbitalnych. Pierwszy start rakiety miał miejsce 23 kwietnia 1967 roku. Seria transportowych bezzałogowych statków kosmicznych została stworzona na bazie statku kosmicznego Sojuz « Postęp", która zapewniła dostawę ładunku na stację kosmiczną. Pierwsze uruchomienie miało miejsce 20 stycznia 1978 roku. "Proton"- pojazd nośny (LV) klasy ciężkiej, przeznaczony do wystrzeliwania na orbitalne stacje kosmiczne, załogowe statki kosmiczne, ciężkie satelity naziemne i stacje międzyplanetarne. Pierwsze uruchomienie miało miejsce 16 lipca 1965 roku.

Wśród amerykańskich statków kosmicznych chciałbym zauważyć "Apollo"- jedyny włączony ten moment statek kosmiczny w historii, w którym ludzie opuścili granice niskiej orbity Ziemi, pokonali grawitację Ziemi, dokonali udanego lądowania astronautów na Księżycu i ich powrotu na Ziemię. Statek kosmiczny składa się z jednostki głównej i modułu księżycowego (etap lądowania i startu), w którym astronauci lądują i startują z Księżyca. W latach 1968-1975 wystrzelono w niebo 15 statków kosmicznych.

W odległych latach 70. inżynierowie marzyli o stworzeniu statków kosmicznych przyszłości, które byłyby w stanie transportować ładunek i ludzi na orbitę, a następnie bezpiecznie wrócić na Ziemię i znów być w służbie. Amerykański projekt był statkiem transportowym wielokrotnego użytku Prom kosmiczny, który miał być używany jako wahadłowiec między Ziemią a orbitą okołoziemską, dostarczając ładunki i ludzi tam iz powrotem. Loty kosmiczne przeprowadzono 135 razy od 12 kwietnia 1981 r. do 21 lipca 2011 r.

Sowiecko-rosyjski rozwój to skrzydlaty statek kosmiczny wielokrotnego użytku „Buran”. Ważnym krokiem w kierunku eksploracji kosmosu było opracowanie Energia-Buran, uniwersalnego systemu rakietowo-kosmicznego wielokrotnego użytku. Który składa się z superpotężnej rakiety nośnej „Energia” i orbitalnego statku kosmicznego wielokrotnego użytku „Buran”.

Ten statek jest w stanie dostarczyć na orbitę do 30 ton ładunku. Statek orbitalny „Buran” przeznaczony jest do wykonywania zadań transportowych i wojskowych, a także operacji orbitalnych w kosmosie. Po wykonaniu zadań statek może samodzielnie opadać w atmosferze i poziomo lądować na lotnisku. Swój pierwszy lot odbył 15 listopada 1988 roku. Projekty statków kosmicznych wielokrotnego użytku są drogie, a obecnie naukowcy poprawiają i obniżają koszty operacyjne, co skutecznie pozwoli w przyszłości na wykorzystanie tego typu statków kosmicznych przy tworzeniu przemysłów kosmicznych; statki kosmiczne wielokrotnego użytku będą opłacalne, ponieważ intensywna eksploatacja systemów transportowych będzie wymagane.

2.2 Obiecujące statki transportowe przyszłości.

Obecnie przemysł kosmiczny nie stoi w miejscu, a powstaje wiele nowych i obiecujących statków transportowych przyszłości:

Kompleks rakiet kosmicznych „Angara”- opracowywana jest rodzina zaawansowanych, modułowych pojazdów nośnych z silnikami tlenowo-naftowymi wielokrotnego użytku. Pociski mają należeć do 4 klas (lekkiej, średniej, ciężkiej i superciężkiej). Moc tej rakiety realizowana jest za pomocą różnej liczby uniwersalnych modułów rakietowych (od 1 do 7), w zależności od klasy rakiety. Pierwszy start rakiety lekkiej miał miejsce 9 lipca 2014 roku. Wystrzelenie rakiety klasy ciężkiej Angara-5 miało miejsce 23 grudnia 2014 roku.

Zalety rakiety Angara:

- szybki montaż rakiety z gotowych modułów, w zależności od wymaganej nośności;

- start rakiety zaadaptowany z rosyjskich kosmodromów;

- rakieta jest w całości wykonana z rosyjskich komponentów;

- stosowane jest paliwo przyjazne dla środowiska;

- w przyszłości planowana jest produkcja silnika pierwszego stopnia wielokrotnego użytku.

Systemy transportowe wielokrotnego użytku („Rus”). Obiecująca obsada system transportowy(PPTS) „Rus” to wielozadaniowy, załogowy statek kosmiczny wielokrotnego użytku. PTS zostanie wykonany w modułowej konstrukcji statku bazowego w postaci kompletnych funkcjonalnie elementów - pojazdu powrotnego i komory silnika. Okręt ma być bezskrzydłowy, ze zwrotną częścią o kształcie ściętego stożka wielokrotnego użytku. Pierwsze uruchomienie planowane jest na 2020 rok.

Zaprojektowany do wykonywania następujących zadań:

- zapewnienie bezpieczeństwa narodowego;

- swobodny dostęp do przestrzeni;

- rozszerzenie zadań produkcji kosmicznej;

- lot i lądowanie na Księżycu.

Załogowy statek kosmiczny wielokrotnego użytku „Orion”(USA).

Okręt ma być bezskrzydłowy, ze zwrotną częścią o kształcie ściętego stożka wielokrotnego użytku. Zaprojektowany do dostarczania ludzi i ładunków w kosmos, a także do lotów na Księżyc i Marsa. Pierwsze uruchomienie miało miejsce 5 grudnia 2014 roku. Statek wycofał się na odległość 5,8 tys. km, a następnie wrócił na Ziemię. W drodze powrotnej statek mijał gęste warstwy atmosfery z prędkością 32 tys. km/h, a temperatura powierzchni statku osiągnęła 2,2 tys. stopni. Statek kosmiczny przeszedł wszystkie testy, co oznacza, że ​​nadaje się do lotów długodystansowych z ludźmi. Start lotów na inne planety planowany jest na lata 2019-2020.

Transport kosmiczny wielokrotnego użytku "smok Przestrzeń x"(USA).

Przeznaczony do transportu ładunków i ludzi. Pierwszy lot odbył się 1 grudnia 2010 roku. Na pokładzie może znajdować się załoga do 7 osób i 2 tony ładunku. Czas przelotu: od 1 tygodnia do 2 lat. Produkcja statku transportowego w różnych modyfikacjach przebiega pomyślnie i jest planowana. Główną wadą jest kosztowna eksploatacja tego typu statku kosmicznego. W najbliższej przyszłości Dragon Space X planuje ponowne wykorzystanie pierwszego i drugiego etapu, co znacznie obniży koszty startów kosmicznych.

Rozważ obiecujące statki transportowe, które będą latać na bardzo duże odległości .

Międzyplanetarny statek kosmiczny „Pielgrzym”. W Stanach Zjednoczonych powstał program NASA (Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej), którego celem jest zaprojektowanie międzyplanetarnego statku kosmicznego opartego na miniaturowym reaktorze jądrowym. Planuje się, że układ napędowy zostanie połączony, a reaktor jądrowy zacznie działać, gdy statek opuści orbitę ziemską. Dodatkowo po zakończonej misji statek zostanie wprowadzony na trajektorię, na której oddali się od naszej ziemi. Ten typ elektrowni jest bardzo niezawodny i nie wpłynie negatywnie środowisko grunt.

Nasz kraj jest światowym liderem w dziedzinie energii kosmicznej. Obecnie w fazie rozwoju moduł transportowo-energetyczny oparty na megawatowej elektrowni jądrowej. Nad tym programem pracuje prawie cały potencjał naukowy Rosji. Start statku kosmicznego z elektrownią jądrową zaplanowano na 2020 rok. Elektrownia tego typu może działać przez długi czas bez tankowania. Statki transportowe z elektrownią jądrową (elektrownia jądrowa) będą mogły latać na bardzo duże, praktycznie nieograniczone odległości i pozwolą na eksplorację kosmosu.

Tabela porównawcza obiecujących statków kosmicznych.

Statek kosmiczny		Kraj	Zasięg lotu	Silnik	Nośność	Data pierwszego uruchomienia
Kompleks rakiet kosmicznych „Angara”	Booster (wielokrotnego użytku)			Nafta tlenowa	Od 1,5 do 35 t
Systemy transportowe wielokrotnego użytku „Rus”	Załogowy, wielokrotnego użytku		planetarny; Księżyc, Mars	paliwo
„Orion”	Załogowy, wielokrotnego użytku		Księżyc, Mars
« Przestrzeń smoka x»	Załogowy, wielokrotnego użytku
"Pielgrzym"	Wielokrotnego użytku		planetarny	jądrowe, połączone
Moduł transportowo-energetyczny	wielokrotnego użytku		długie dystanse	jądrowe, połączone

Najbardziej obiecującym transportowcem przyszłości jest statek z elektrownią jądrową, ponieważ ma energochłonny silnik i może latać na bardzo duże odległości. System jądrowy jest 3 razy lepszy od konwencjonalnych instalacji. Po rozwiązaniu problemów z bezpieczną eksploatacją tego typu statek kosmiczny będzie mógł dokonać przełomu w badaniach kosmosu.

2.3 Główne kierunki wykorzystania i rozwoju PTS (obiecujące systemy transportowe)

Główne kierunki wykorzystania PTS
Naukowy		Przemysłowy				Turystyczny	Wojskowy
Eksploracja kosmosu i innych planet	Badania i prace naukowe w kosmosie	Wystrzeliwanie satelitów towarowych i ziemskich na niską orbitę okołoziemską	Budowa i utrzymanie kompleksów orbitalnych	Tworzenie i utrzymanie kosmicznych elektrowni i przemysłu	Przenoszenie ładunków z innych planet

Aby stworzyć transport kosmiczny przyszłości, konieczne jest rozwiązanie następujących zadań:

- elektrownie pojazdu powinny być wyposażone w bardziej pojemne źródła energii niż obecnie stosowane paliwo (elektrownie jądrowe, silniki plazmowe i jonowe);

- obiecujące elektrownie powinny być modułowe, w zależności od zasięgu lotu. Elektrownie muszą być małej, średniej i dużej mocy. Mały - do obsługi orbit okołoziemskich, średni - transportu towarów na Księżyc i inne pobliskie planety, duży - do lotów kompleksów międzyplanetarnych na Marsa i inne odległe planety. Międzyplanetarne kompleksy załogowe dalekiego zasięgu, ze względu na ich duży ciężar, muszą być składane z modułów na orbicie okołoziemskiej. Dokowanie tych modułów powinno odbywać się automatycznie, bez interwencji człowieka.

- obiecujące systemy muszą charakteryzować się wysokim stopniem niezawodności, aby zapewnić bezpieczeństwo środowiskowe;

Statek kosmiczny powinien być eksploatowany w trybie załogowym i bezzałogowym, z możliwością zdalnego sterowania z Ziemi. Aby móc wykonywać loty załogowe, międzyplanetarne statki kosmiczne muszą posiadać wszystkie rodzaje ochrony dla normalnego życia wszystkich członków załogi.

3. Wniosek

W artykule przedstawiono przykłady najnowszych obiecujących osiągnięć w systemach transportowych w Rosji i Stanach Zjednoczonych, które będą budowane zgodnie z następującymi zasadami:

Uniwersalna konstrukcja modułowa;

Wykorzystanie energooszczędnych elektrowni;

Możliwość montażu modułów w przestrzeni;

Wysoki stopień automatyzacji pojazdu;

Możliwość zdalnego sterowania;

Bezpieczeństwo środowiska;

Bezpieczna eksploatacja statku i załogi.

Po rozwiązaniu tych problemów PTS umożliwi aktywną eksplorację kosmosu, tworzenie produkcji w kosmosie, rozwój turystyki kosmicznej oraz rozwiązywanie problemów naukowych i militarnych.

Pomimo tego, że udało nam się zebrać wiele informacji, chciałbym kontynuować prace w następujących obszarach:

Zastosowanie nowych rodzajów paliwa w furgonetce OB;

Ulepszanie systemów bezpiecznej eksploatacji statków komiksowych przyszłości.

4. Źródła informacji:

1. Angara – rakieta dopalająca, – Wikipedia – bezpłatna encyklopedia internetowa, https://ru.wikipedia.org/wiki/angara_(rakieta dopalająca), data leczenia 29.11.2014;

2. Gryaznov G.M. Kosmiczna energia jądrowa i nowe technologie (Uwagi Dyrektora), -M: FSUE "TsNIIatominform", 2007;

3. Emelianenkow A. Holownik w stanie nieważkości, - Rossiyskaya Gazeta, http://www.rg.ru/2012/10/03/raketa.html, dostęp 01.12.2014;

4. Korolev Sergey Pavlovich, - Wikipedia - wolna encyklopedia, https://ru.wikipedua.org/wiki/Korolev ,_Sergey Pavlovich, data leczenia 28.11.2014;

5. Statek kosmiczny „Orion”, – Cel X, poza widzialnym, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskiy_korabl_orion.html, data dostępu – 02.12.2014;

6. Statek kosmiczny Rus, - Obiekt X, poza widzialnym, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskij-korabl-rus.html, data leczenia 12.02.2014;

7. Legostaev V.P., Lopota V.A., Sinyavsky V.V. Perspektywy i efektywność wykorzystania kosmicznych elektrowni jądrowych i jądrowych elektrycznych systemów napędowych, - Inżynieria i Technologia Kosmiczna nr 1 2013, Rocket and Space Corporation "Energia" S.P. Koroleva, http://www.energia.ru/ktt/archive/2013/01-01.pdf, data leczenia 23.11.2014;

8. Perspektywiczny system transportu załogowego, -Wikipedia - bezpłatna encyklopedia internetowa, https://ru.wikipedia.org/wiki/perspective_manned_training_system, data dostępu 24.11.2014;