Care este viitorul transportului aerospațial. Olimpiada în istoria aviației și aeronauticii
Firma aerospațială britanică a dezvăluit un avion concept fără ferestre. În schimb, ei propun să instaleze ecrane care să afișeze evenimente care au loc peste bord și să prezinte filme. Avioanele fără ferestre pot schimba dramatic fața aviației civile, reducând în același timp semnificativ consumul de combustibil.
Designul avionului privat a fost dezvoltat de specialiștii companiei franceze, care au prezentat proiectul încă din august. În loc de hublouri, ei au sugerat să folosească afișaje care prezintă filme pentru recreere și prezentări pentru muncă. Departamentul de tehnologie spune că absența ferestrelor va ajuta la reducerea greutății navei, reducând astfel consumul de combustibil, costurile de întreținere, iar spațiul eliberat mărește posibilitățile de îmbunătățiri interioare. Gareth Davis, designer-șef al Technicon Design, compania care a propus proiectul, a spus că unele elemente, precum afișajele flexibile, pot fi deja transformate în realitate.
Firma americană Spike Aerospace plănuiește să prezinte o aeronavă similară în 2018. Va fi luxosul Spike S-512 Supersonic Jet, capabil să zboare de la New York la Londra în 4 ore cu 12-18 pasageri. Compania din Boston vede, de asemenea, un avion fără ferestre al viitorului. Drept urmare, pasagerii nu trebuie să se ascundă de soare, fie ridicând, fie coborând jaluzelele. Monotonia din zbor va dispărea și ea. Designerii cred că, în mare, pasagerii văd puțin în timpul zborului - câteva stele, luna, oceanul nesfârșit, nori. Greutatea aeronavei va fi, de asemenea, redusă, economisind astfel combustibil. Pereții avionului se vor transforma în ecrane uriașe, subțiri, care arată panoramele din jurul navei. Alternativ, puteți viziona un film, diapozitive, documente.
Adevărat, dezvoltatorii recunosc și posibile probleme. În primul rând, mulți oameni se pot simți mai anxioși într-un spațiu închis, atunci când nu pot vedea ce se întâmplă afară. În al doilea rând, nu numai pasagerii trebuie să vadă, ci și salvatorii, dacă este necesar, trebuie să vadă ce se întâmplă în interior, altfel vor acționa orbește. Și în al treilea rând, pot exista probleme cu persoanele care suferă de rău de mișcare. De obicei, astfel de pasageri se uită periodic pe fereastră, găsesc un punct de referință pentru ei înșiși. Aici vor fi lipsiți de o astfel de oportunitate, ecranele nu îi vor putea ajuta.
Centrul pentru Inovare de Procese oferă și aeronavele sale cu ecrane OLED uriașe, care vor transmite imagini de la camerele instalate în exterior. Va fi posibilă conectarea la internet. Reducerea greutății unei aeronave este cea mai importantă problemă pe care inginerii încearcă să o rezolve. Așa că au decis să se îndrepte către ideea de a construi prin analogie cu avioanele de marfă. Între timp, proiectul este în curs de finalizare.
Care este viitorul transportului aerospațial?
Ținte și obiective
Scopul lucrării este de a identifica zonele posibile și promițătoare de utilizare, posibilele proiecte de nave spațiale și elementele acestora pentru rezolvarea problemelor explorării spațiului.
Sarcinile lucrării sunt de a studia direcțiile de dezvoltare, caracteristicile etapelor de zbor și luarea în considerare a acestora în proiectarea, structurile navelor spațiale și sistemele de propulsie ale navei spațiale.
Introducere
Omenirea avea nevoie de milenii pentru o mișcare mai mult sau mai puțin încrezătoare pe propria sa planetă. Tehnologiile dezvoltate, o persoană se putea deplasa din ce în ce mai departe de casele lor. La începutul secolului al XVIII-lea, dezvoltarea producției, realizările științifice au dus la nașterea aeronauticii. La începutul secolului al XX-lea, crearea unui motor ușor și puternic cu ardere internă a făcut posibilă ridicarea unui avion în aer și crearea unui motor de rachetă cu propulsie lichidă (LRE) - pentru a scăpa în spațiu. A fost nevoie de doar 150 de ani pentru a trece de la prinderea vântului la zborurile în spațiu (1802 - fără aburi, 1957 - există deja rachete spațiale).
Progresul a fost atât de evident și copleșitor încât deja la începutul anilor 1960 s-au făcut prognoze, cum în 35-40 de ani vom petrece weekendurile pe orbită, vom zbura în vacanță pe Lună, iar navele noastre spațiale vor începe să arate spațiile interstelare. . așteptările erau asociate cu secolul XXI (1), înainte de care mai erau 35 de ani:
Orez. unu
Perspectivele pentru zboruri regulate ale navelor spațiale în spațiul apropiat de Pământ și către cele mai apropiate planete ale Sistemului Solar pentru turiști sunt plăcut optimiste:
| Destinaţie | Prețul biletului acolo înapoi", Păpuşă. |
Cant pasagerii din zbor |
Timp de zbor |
| Orbită apropiată de Pământ | 1250 | 200 | 24 h |
| lună | 10000 | 35 | 6 zile |
| Venus | 32000 | 20 | 18 luni |
| Marte | 35000 | 20 | 24 de luni |
| Marte expres | 70000 | 20 | 11 luni |
Pasagerii ar trebui să beneficieze de același confort ca pe liniile aeriene, căile ferate și navele maritime. Pentru fiecare pasager în timpul unui zbor pe o orbită apropiată de Pământ, există 2,85 m3 din volumul navei spațiale, către Lună - 11,4 m3, către cele mai apropiate planete - 28,5 m3. Pentru a clarifica, experiența zborurilor spațiale pe termen lung și munca cosmonauților la stațiile orbitale au arătat că volumul compartimentelor presurizate pentru fiecare persoană ar trebui să fie de cel puțin 60 m3.
Dezvoltarea tehnologiei spațiale
A doua jumătate a secolului al XX-lea a fost dedicată în principal explorării spațiului apropiat de Pământ prin mijloace balistice, și anume, rachete cu mai multe etape.
Au fost identificate imediat două căi pentru dezvoltarea tehnologiei spațiale - balistică și aerodinamică. Aeronavele balistice (LA) folosesc doar tracțiunea motorului pentru zbor. Aeronavele aerodinamice pentru zbor, în plus față de forța motorului cu reacție (motor cu propulsie lichidă sau cu reacție de aer (WFD)), folosesc portanța generată de aripa sau corpul aeronavei. A existat și o schemă combinată. Avioanele aerodinamice sunt mai promițătoare pentru aterizările domoale autocontrolate,
Ce este un „avion spațial”
Transportul aerospațial este un concept extrem de larg care include aeronavele aerospațiale, sistemele de lansare și aterizare, sistemele de control de la distanță etc. În această lucrare, vom lua în considerare aeronava aerospațială în sine, piesele sale și dispozitivele de lansare.
Dispozitivul de acest tip nu are un nume strict. Se numește avion spațial, navă spațială, astrolet, avion aerospațial (VKS) etc. „VKS este un tip de avion cu reacție cu pilot cu o suprafață portantă (în special, cu aripi), conceput pentru zboruri în atmosferă și spațiul cosmic, combinând proprietățile unei aeronave și ale unei aeronave spațiale. Proiectat pentru utilizare multiplă, trebuie să poată decolare de pe aerodromuri, să accelereze până la viteza orbitală, să zboare în spațiul cosmic și să se întoarcă pe Pământ cu o aterizare pe aerodrom.”
VKS este proiectat pentru zbor în atmosferă și în afara acesteia - în spațiul cosmic și este, de asemenea, proiectat pentru manevrarea în atmosferă folosind forțe aerodinamice.
O navă spațială este fie un sistem spațial reutilizabil dintr-o bucată (CS), fie o parte a unui CS reutilizabil cu elemente reutilizabile, iar „reutilizarea” este condiția principală pentru „reutilizarea” unei nave spațiale. Orice navă spațială reutilizabilă trebuie să îndeplinească cerințele de fiabilitate ridicată, siguranță, risc minim pentru echipaj și sarcină utilă atunci când efectuează sarcini de zbor, trebuie să aibă, de asemenea, avantajele aeronavelor cu reacție convenționale în operare și întreținere și să efectueze pornirea și aterizarea în orice vreme.
O altă prevedere este legată de definirea gradului de „reutilizare” – a returna întregul sistem reutilizabil (în etape) sau doar o parte din acesta. Sistemele de unică folosință necesită alocarea de zone pentru căderea primelor etape ale rachetelor, precum și carenări. A doua etapă, în cel mai bun caz, ard în atmosferă și, în cel mai rău caz, cad pe pământ sau în ocean, sau rămân pe orbită mult timp, devenind resturi spațiale.Noi atitudini față de ecologia Pământului și exteriorului spațiu, precum și reticența statelor de a „arunca banii la scurgere” (În sensul literal!) Duc la necesitatea creării unui COP reutilizabil.
Reutilizabilitate - și pierderi de energie datorate elementelor structurale ale navei spațiale care asigură reutilizarea în sine (aripi, tren de aterizare, sisteme de parașute, combustibil suplimentar pentru sistemul de propulsie etc.). Sunt necesare noi materiale de construcție, noi tehnologii, motoare mai eficiente decât în prezent.
Etape de zbor
Indiferent de scenariul general al zborului navei spațiale, acesta include în mod necesar:
- decolare și ieșire din atmosferă,
- intrarea în atmosferă și aterizarea,
- zbor în spațiul cosmic.
Etapa „Decolare și ieșire din atmosferă”
Aproape toate proiectele urmăresc un singur obiectiv - reducerea fracțiunii de masă a combustibilului într-un vehicul de lansare (LV) sau o navă spațială (mai mult de 90% din masa unui vehicul de lansare este combustibil).
1 Booster
Cele mai cunoscute și dezvoltate sisteme de lansare sunt sistemele de lansare verticală cu platforme speciale pe care sunt amplasate catarge care țin aeronava în poziție verticală (cosmodrom). Astfel de sisteme au fost utilizate în principal pentru lansarea vehiculelor aerospațiale (VKA), lansate de LV (LKS, Dyna-Soar) și VKA cu lansare verticală (Energiya-Buran, Space Shuttle). A fost dezvoltată și o versiune a vehiculului de lansare, în care blocurile laterale ale primei etape, după ce s-au separat, au eliberat o aripă și au aterizat pe aerodrom, iar blocul central al celei de-a doua etape, după ce au intrat pe orbită și au descărcat vehiculul de lansare, a intrat în atmosferă și a aterizat folosind o aripă deltă (Energia-2").
Sau - aeronava este pusă pe orbită de un vehicul de lansare separat, iar motoarele aeronavei în sine nu sunt folosite până când nu ajunge pe o orbită stabilă. Exemple de astfel de sistem de lansare sunt avioanele rachete Dyna-Soar (SUA), Bor (URSS), ASSET și PRIME (SUA), transportul reutilizabil CS Energia-Buran (URSS) și Shuttle Space (SUA).
RN este dezvoltat și produs în multe țări ale lumii. Principalii producători sunt Rusia (40%), SUA (26%), țările UE (21%), China (20%), Ucraina (6%), Japonia (4%), India (4%), Israel (1). %)). Principalele criterii de competitivitate sunt masa vehiculului de lansare lansat, designul, compatibilitatea cu mediul etc., iar una dintre principalele caracteristici ale vehiculului de lansare este fiabilitatea acestora. Cel mai înalt indicator pentru acest parametru este deținut de sistemul rusesc Proton - 97% din lansările de succes, ceea ce depășește rezultatele medii cu 10-20%.
2 Portavion
„Lansarea aeriană” este una dintre cele mai promițătoare modalități de lansare a unei aeronave; diferiți dezvoltatori dezvoltă activ lansarea folosind o aeronavă de transport (CH).
Aeronava este lansată la altitudine cu ajutorul CH, este separată de acesta și, cu ajutorul propriilor motoare, este adusă pe orbită. Este posibilă instalarea unei rachete suplimentare.
Această metodă de eliminare are o serie de avantaje. Efectul așteptat atunci când se folosește CH este cu 30-40% mai mult PS decât atunci când pornește de la Pământ.
Una dintre operațiunile de prelansare este umplerea navei spațiale și a vehiculului de lansare cu componente de propulsie. Dar realimentarea se poate face și în zbor [IZ 2000257]. Zborul de realimentare constă din mai multe etape (2).
Fig. 2
Funcțiile CH pot fi îndeplinite de un ekranoplan, care are cea mai mare capacitate de transport pe unitate de greutate proprie dintre toate aeronavele mai grele decât aerul. Ekranoplanul se poate deplasa pe pământ [IZ 2404090] sau peste suprafața apei [IZ 2397922].
Dezvoltatorii din Statele Unite au propus un sistem în trei etape [IZ 2191145] cu salvarea tuturor celor trei etape (3). Sub aripa CH (etapa I), de exemplu, o aeronavă C-5 sau An-124. o altă aeronavă este suspendată cu un compartiment de marfă situat pe „spate”, unde treapta III este plasată cu un caren în care se află vehiculul de lansare. Avioane complet alimentate decolează de pe un aerodrom de lângă ecuator. SN se ridică la o înălțime și dezvoltă o viteză suficientă pentru a lansa un ramjet etapa II. Etapa II separă și intră în traiectoria suborbitală. La părăsirea straturilor dense ale atmosferei se separă etapa III, care în apogeu aduce PN pe orbită. Etapa a II-a revine de la sine, etapa a III-a „preluează” și revine împreună cu CH.
Fig. 3
Sistem spațial și rachetă reutilizabil [IZ 2232700] cu un număr foarte mare (până la 10) de aceleași trepte complet reversibile (4). Toate treptele sunt amplasate una deasupra celeilalte cu o ușoară decalaj și nu diferă unele de altele, doar prima treaptă are aripi de cădere, care sunt echipate cu parașute de salvare. Decolarea navei spațiale se realizează orizontal dintr-un cărucior reutilizabil cu ajutorul aripilor aruncate. PN este situat în compartimentul de marfă al ultimei trepte sau într-o capsulă specială de marfă atașată ultimei trepte. Doar ultima treaptă intră pe orbită, iar la pornire funcționează motoarele tuturor treptelor, în timp ce sunt alimentate din rezervorul primei trepte. Când combustibilul din rezervorul din prima etapă este epuizat, această etapă este separată, iar combustibilul este consumat din rezervorul din a doua etapă. Aripile căzute sunt separate după trecerea navei spațiale la zborul vertical și aterizează, fiecare pe o parașută individuală.
Fig. 4
LA start (5) de la o structură specială asemănătoare elicopterului cu elice, sub care aeronava este suspendată, permite ridicarea aeronavei la o înălțime până la limita troposferei [IZ 2268209]. Designul folosește elice cu o unitate diferită și un număr diferit de pale. Elicele cu palete multiple sunt antrenate de motoare electrice de înaltă tensiune cu cutii de viteze, în timp ce elicele cu palete multiple sunt antrenate reactiv.
Fig. 5
3 Container
În 1954, V.N. Chelomey și-a propus să lanseze o aeronavă dintr-un container tubular echipat cu ghidaje pentru lansarea unei aeronave în interior. Containerul ar putea fi amplasat pe un submarin (sigilat), o navă de suprafață, un dispozitiv mobil sau staționar la sol [AC 1841043], [AC 1841044] și folosit pentru a lansa o aeronavă cu aripi care se desfășoară sau nu se desfășoară în zbor. Este posibil să se utilizeze un container tubular pentru lansarea aeronavelor, cum ar fi avioanele. Aripa și întărirea aeronavei pot fi desfășurate automat la ieșirea din container. În general, sistemul face posibilă plasarea unui număr maxim de aeronave în containere într-un spațiu dat, pentru a efectua cea mai rapidă lansare posibilă a aeronavei fără retragerea prealabilă din container, fără deschiderea prealabilă a aripilor și utilizarea unor dispozitive speciale de lansare.
Vehiculele de lansare Rokot și Dnepr pleacă de la containerul de transport și lansare.
4 Pornire „tun”.
Lansarea combinată tun-rachetă („mortar”) din containerul de transport-lansare este deja folosită pentru lansarea RS-20 „Dnepr” LV. Silozul de lansare adaposteste un container de transport si lansare, containerul contine racheta in sine si generatorul de gaz, care se porneste inainte de lansare si faciliteaza lansarea rachetei.
La sfârșitul anilor 90 - începutul anilor 2000, ca una dintre modalitățile promițătoare de a lansa o navă spațială, așa-numita. lansare de tun - lansarea unui vehicul de lansare (inclusiv vehicule aeriene cu pilot) pe o orbită apropiată de pământ dintr-un tun electromagnetic sau gaz-dinamic. Principiul de funcționare al pistolului electromagnetic: pe aeronava metalică - un fel de miez situat în interiorul bobinei solenoidului, în prezența curentului continuu în înfășurarea bobinei, forța Lorentz acționează, ejectând aeronava din țeava pistolului electromagnetic. , oferind viteză mare aeronavei. După fotografiere, motoarele aeronavei în sine sunt pornite. Când zboară din țeava tunului (un tun în formă de torus), aeronava va avea o viteză de aproximativ 10 km/s, totuși, datorită densității mari a atmosferei de lângă suprafața Pământului, după părăsirea pistolului, vehiculul viteza scade.
Pentru a reduce pierderile de viteză și a reduce rezistența aerului atunci când zboară în straturi dense ale atmosferei, un canal termic este creat simultan folosind un fascicul laser [IZ 2343091], [IZ 2422336] - se creează o defecțiune electrică în aer (canal de plasmă), apoi, datorită absorbției radiației laser, gazele atmosferei formează un canal de căldură cu presiune redusă, prin care se mișcă nava.
5. Începeți de la pasajul superior
Aeronava pornește pe un boghiu cu motoare cu reacție pe un pasaj special. Căruciorul frânează la capătul pasajului superior, iar aeronava este separată de cărucior și pornește propriul motor de rachetă.
Particularitatea lansării de pe boghiul de lansare cu stacada [IZ 2102292] este suprafața de gheață de-a lungul căreia se deplasează aeronava pe boghiul (6).
Fig. 6
Dezvoltatorii oferă sisteme cu un pasaj superior în formă de țeavă, în care se mișcă un cărucior cu o aeronavă [IZ 2381154].
Pot fi implementate și sisteme care combină un pistol electromagnetic cu un survol. Aeronava este accelerată în interiorul unei țevi cu înfășurare și este trasă în sus [DIN 2239586].
6 Balon
Evoluții interesante în care aeronava este un balon umplut cu hidrogen, care este consumat de motoare [IZ 2111147], [AC 1740251]. Acest design [IZ 2111147] ajută la rezolvarea problemei decolării vehiculului plin. Sistemul de transport aerospațial este lansat de pe suprafața Pământului. Vehiculul de retur este ridicat datorită forței aerostatice de ridicare create de hidrogenul din cilindri (7). Ca urmare a funcționării motoarelor, aeronava de retur accelerează până la o viteză de M = 2,5 - 3,0. În etapa de accelerare, hidrogenul din cilindri poate fi folosit ca combustibil pentru motoare.
Fig. 7
7 Lansare pe mare
Complexul spațial și rachetă Sea Launch este destinat lansării direct de la ecuator cu utilizarea maximă a efectului rotației Pământului a navelor spațiale în diverse scopuri pe orbite apropiate de Pământ, inclusiv circulare înalte, eliptice, fără restricții de înclinare orbitală, orbită geostaționară și traiectorii de plecare.
Desigur, a fost luată în considerare doar o mică parte din opțiunile posibile pentru lansarea și retragerea aeronavei dincolo de atmosferă.
Comparație între începutul orizontal și vertical
Există o dezbatere despre ce tip de start este mai bun - orizontal sau vertical?
Cu o lansare verticală, este necesar să folosiți motoare cu o forță de tracțiune mai mare decât greutatea rachetei. Aceste motoare sunt mai grele decât motoarele cu pornire orizontală. Cu o lansare verticală, este aproape imposibil să utilizați WFD. Dar pentru o lansare verticală nu sunt necesare piste, ci doar o rampă de lansare relativ compactă. Dezavantaje - pierderi gravitaționale și pericol de distrugere a complexului de lansare de către resturi în cazul unui accident LV la câteva secunde după lansare.
Cu o pornire orizontală, pot fi folosite motoare mai puțin puternice, iar pentru prima etapă a zborului, în loc de motoare rachetă, folosiți WFD. Adevărat, o pornire orizontală implică pierderi de energie datorită mijloacelor de asigurare a unui start orizontal - aripi și tren de aterizare, dar aceste pierderi pot fi minimizate. Cu o pornire orizontală, este mai ușor să organizați prima etapă a sistemului de salvare. Dezavantajul este alocarea unor suprafețe mari pentru piste. Utilizarea aerodromurilor standard pentru decolarea și aterizarea pistelor va ajuta la rezolvarea acestei probleme. Se presupune că riscul de distrugere a stratului de ozon al atmosferei situat la altitudini de 15-35 km de la funcționarea motoarelor cu reacție va crește. Cu o lansare verticală, racheta zboară prin acest strat în 30-40 de secunde. Problema pericolului de mediu poate fi rezolvată, de exemplu, prin selectarea unei traiectorii speciale de zbor: accelerarea la viteze mari la o altitudine de 12-14 km, efectuarea unei „alunecări” cu o creștere temporară a unghiului față de orizont până la ~ 50 de grade cu un zbor rapid prin stratul de ozon (zbor distructiv în strat peste 10 minute), iar apoi o scădere a unghiului față de orizont la 10-20 de grade la o altitudine de peste 36 km. Cu toate acestea, acest scenariu poate duce la o creștere a pierderilor aerodinamice.
Alegerea tipului de pornire este determinată de constructor. Unii constructori sunt pentru pornire verticală, alții pentru orizontală. VM Myasishchev a preferat clar startul orizontal. Așa s-a născut proiectul navei spațiale M-19 cu motor nuclear, a cărei lansare trebuia să aibă loc, potrivit lui Myasishchev, în 1990 (la doi ani de la singura lansare a Buranului).
Etapa „Intrarea în atmosferă și aterizarea”
Principala problemă a întoarcerii de pe orbita apropiată a Pământului este încălzirea aeronavei de la frecarea cu aerul din straturile dense ale atmosferei. Materialele corpului și acoperirile de protecție reprezintă o întreagă zonă de dezvoltare. Totodată, pot și trebuie rezolvate următoarele sarcini: protecția împotriva încălzirii la interacțiunea cu atmosfera în timpul decolării și aterizării la viteze mari și încălzirii atmosferice; expunerea la radiația solară în spațiul cosmic, un gradient de temperatură ridicat pe părțile solare și în umbră, efectele termice pe termen lung și pe termen scurt ale centralelor electrice, precum și protecția împotriva armelor, inclusiv a laserului.
Există trei metode principale de răcire pentru a proteja navele spațiale de distrugerea termică, fiecare cu propriile avantaje și dezavantaje:
- proiectare „la cald” – răcirea se realizează prin radiație;
- ablația - răcirea se realizează prin evaporarea învelișului, învelișul se înlocuiește după fiecare zbor;
- izolatie termica cu placi ceramice pe fund.
Navele spațiale cu aripi au un avantaj atunci când coboară în atmosferă: supraîncărcările și încărcarea termică sunt reduse, manevrabilitatea vehiculului și precizia de aterizare cresc, dar o aripă subțire este vulnerabilă la temperaturi ridicate.
Lucrările de proiectare a navelor spațiale de reintrare cu echipaj de tip „cosmoplan” au început în 1960 la OKB-52 (acum NPO Mashinostroyenia). Ca urmare, au apărut avionul rachetă R-2 și RN UR-500, care mai târziu a devenit „Protonul”. R-2, ca toate navele spațiale înaripate dezvoltate de V.N. Chelomey, avea aripi pliabile, spre deosebire de majoritatea proiectelor similare ale altor birouri de proiectare. În anii 1960, tehnologiile de protecție termică au rămas semnificativ în urma cerințelor pentru elementele încărcate cu căldură. Prin urmare, prima navă spațială cu echipaj uman din URSS și SUA avea forma unei sfere și a unui con invers fără deplasarea centrului de masă.
Pentru a reduce efectele de încălzire ale aripilor aeronavelor aerospațiale, sunt dezvoltate diferite modele ale aripii în sine.
Protecție termică combinată [IZ 1840531] - pe partea exterioară (8) există un înveliș din plăci de cuarț cu un strat exterior de radiații, atașat la pachetul de alimentare, iar în zona compartimentelor formate din pielea exterioară și power pack, un material capilar-poros cu grosimea de 2-3 mm, care se umidifică cu agent frigorific lichid, asigurând îndepărtarea agentului frigorific evaporat.
Fig. 8
În 1976, NPO Energia a propus utilizarea unui câmp magnetic pentru protecție. Temperatura aerului în contact cu nava spațială în timpul decelerației la prima viteză spațială atinge ~ 8000 ° C, are loc ionizarea aerului. Fără prezența unui câmp magnetic extern, ionii difuzează în regiunea fuzelajului, unde este mai rece, și are loc o reacție de recombinare, datorită căreia se eliberează căldură. În interiorul navei spațiale (9) este posibil să se instaleze magneți permanenți puternici, care creează un câmp magnetic [AC 1840521], care împiedică difuzia ionilor și electronilor la suprafața fuzelajului, prin urmare, reacțiile de recombinare vor avea loc la o distanță mai mare. de la fuzelaj, încălzirea fuselajului de la căldura acestor reacții va scădea.
Fig. 9
Este posibil să se implementeze răcirea prin dezghețare, atunci când un element structural solid se transformă în stare lichidă și acest lichid este evacuat peste bord sau într-o autostradă de la bord [IZ 2033947]. Avantajul acestui design este că agentul frigorific solid poate fi un element structural înainte de a se topi.
Coridorul de intrare
Pentru a reduce probabilitatea de încălzire și distrugere a aeronavei la intrarea în atmosferă, este necesar să se cunoască și să se utilizeze capacitățile „naturale”. Pentru alte planete decât Mercur și sateliți (Titan, Enceladus, eventual Ganymede) cu atmosferă, trebuie să ne amintim așa-numita. pe coridorul de intrare - diferența de înălțimi a perigeului dintre valorile limită admise pentru înălțimile sub și peste cea planificată. O altitudine mai mică decât cea planificată va duce la defectarea sau arderea navei spațiale, iar mai mare - la părăsirea navei spațiale din limitele atmosferei. Lățimea coridorului depinde de limitele permise pentru încărcarea termică și suprasarcinile pentru un anumit dispozitiv; la viteza parabolica - aproximativ egala: Venus - 113 km, Pamant - 105 km, Marte - 1159 km, Jupiter - 113 km,. Dar chiar și pe hol, energia împrăștiată va fi enormă. Un exemplu extrem este intrarea navei spațiale Galileo în atmosfera lui Jupiter cu o viteză de 47,5 km/s; cu 4 minute înainte de deschiderea parașutei de frânare, au fost dispersați 3,8 ∙ 105 megajouli. Temperatura suprafeței a fost de 15000 K, 90 kg de material ablativ evaporat (cu o greutate a dispozitivului de 340 kg).
Un avantaj interesant este schema aparatului-disc cu fund răcit ablativ și protecție termică în vid a cabinei. La intrarea în atmosferă la un unghi de 45 de grade, cabina unui astfel de aparat se va afla într-o zonă de vid aproape absolut, care o va proteja în mod fiabil de încălzire la intrare.
Etapa „Zbor în spațiul cosmic”
În această lucrare, nu vom lua în considerare această secțiune în detaliu, vom enumera doar o parte din factorii care ar trebui să fie luați în considerare în dezvoltarea și proiectarea navelor spațiale,: radiații ionizante, câmp magnetic modificat, radiații solare (UV), vid (conduce la evaporarea lentă a pielii navei spațiale), pericol de meteorit, gradient de temperatură, radiații cosmice, resturi spațiale, propulsori.
În plus, condițiile de a fi la bordul navei spațiale au un efect semnificativ asupra unei persoane: accelerații, atmosferă artificială, izolare, hipokinezie, imponderabilitate.
Dispunerea și structura navei spațiale
Proiectele de nave spațiale se desfășoară în principal în două moduri:
... Corp de transport
... Avioane.
Dispunerea corpului rulmentului - nu există suprafețe aerodinamice orizontale, cu excepția suprafețelor de control - flaps, flaps, elevatoare etc. S-a presupus că vehiculele cu o caroserie portantă (ANC) vor fi lansate în spațiu folosind vehiculul de lansare. Au o manevră laterală mai mare decât vehiculele balistice, dar și foarte limitată și, de asemenea, nu au muchii ascuțite scoase în flux (cu excepția chilelor). Cu toate acestea, în procesul de testare (în principal în SUA, M2-F1, M2-F2 și altele în cadrul programelor PILOT, ASV și ASE din programul ASSET și programele PRIME), s-a dovedit că ANC au un nivel scăzut calitate aerodinamica (<1 на гиперзвуке), неудовлетворительную устойчивость по крену и высокую скорость снижения, а величина бокового маневра увеличивалась не очень значительно.
Dispunerea aeronavei. Cel mai adesea, nava spațială este realizată conform designului fără coadă, cu o aripă deltă cu raport de aspect scăzut. Această schemă se distinge printr-o cantitate semnificativă de manevră laterală, mai mare decât cea a vehiculelor balistice și a vehiculelor cu caroserie monococă. Cu toate acestea, calculele aerodinamice și termodinamice ale schemei înaripate sunt mai complicate și este necesară o protecție termică suplimentară a marginilor ascuțite ale aripii. Dar aceste dezavantaje sunt mai mult decât compensate de avantaje: capacitatea de a livra ceva de pe orbită și întoarcerea completă a unității orbitale.
Fiecare navă spațială reutilizabilă, spre deosebire de un vehicul de lansare unică, poartă un mijloc de întoarcere de pe orbită sau traiectoria de lansare. Unul dintre aceste mijloace de întoarcere este suprafețele aerodinamice - carenă sau aripă.
1 dischetă
Poate fi considerată o clasă independentă, cu un aspect care include atât un „corp de sarcină”, cât și un „avion”.
Sistemul aerospațial reutilizabil [AC 580696] este destinat lansării unui PN pe orbita de referință apropiată de Pământ, precum și returnării obiectelor spațiale de pe orbită pe Pământ folosind o navă spațială de transport (10). Corpul (fuselajul) și aripa treptelor și TKK reprezintă o singură aripă de corp întreg, al cărei profil este o jumătate de disc pentru trepte și un disc pentru TKK; ambii trepte și TKK în cercul sau elipsa planului. Ambele etape și TKK sunt echipate și conectate prin pasaje cu posibilitatea de trecere de la o cabină la alta.
Orez. 10
Sistemul de decolare aerospațial reutilizabil cu o aeronavă sub formă de disc cu profil transversal în formă de picătură [AC 1740251] constă dintr-o aeronavă cu o centrală electrică în vid (WPP) conectată la ghidajul de lansare și carcase aerostatice conectate la ghid de lansare - o altă versiune a „lansării balonului” ( unsprezece).
Turbina eoliană evacuează carcasele aerostatice pentru a ridica aeronava la înălțimea necesară și pentru a seta ghidajul de pornire la unghiul necesar. Aeronava aterizează pe aerodrom sau pe suprafața apei menținând o poziție stabilă. Învelișurile aerostatice sunt returnate pe Pământ și refolosite.
Fig. 11
Inginerii nu renunță la ideea unui avion în formă de disc în secolul 21. Discoplanul [PM 57238] cu multe motoare de rachete termonucleare pe un cerc va fi capabil să dezvolte viteze de la 0 la 15 km/s și să transporte mărfuri pe suprafața lunară, pentru a efectua lucrări pe orbită geostaționară.
Vehiculul aerian EKIP a devenit inspirația pentru aeronava în formă de disc [IZ 2396185] cu un fuzelaj în formă de disc.
2 Corp de susținere
Pentru a rezolva o serie de sarcini spațiale, poate fi utilizată o aeronavă spațială [IZ 2137681] cu un corp asemănător unei aripi mono (12), în care sunt amplasate trei fuzelaje conectate între ele, rezervoare de combustibil și mai multe grupuri de motoare cu reacție. instalat - susținător, decolare și aterizare, frână și turbină cu gaz. Sursele de alimentare conțin și panouri solare.
Fig. 12
3. Dispunerea avionului
Schemele propuse sunt extrem de diverse.
O navă spațială reutilizabilă este realizată ca o „navetă” înaripată cu cavități pentru vehiculul de lansare [IZ 2111902]. Acest lucru face posibilă îmbunătățirea controlabilității „navetei” în secțiunea de lansare datorită eliminării nealinierii de tracțiune datorită plasării navetei pe lateralul vehiculului de lansare. Nava spațială decolează pe verticală, iar după expirarea timpului de funcționare LV, acestea sunt separate de „navetă”. O idee similară de aruncare a vehiculului de lansare încorporat a fost implementată (sau va fi implementată) în avionul rachetă Lynx.
Interesantă și neașteptată este propunerea de a folosi nave spațiale cu baze diferite pentru livrarea unui satelit pe orbită [IZ 2120397]. Aeronave care operează independent - videoconferință, bazată pe o stație spațială orbitală, și o aeronavă de transport la sol (TC) decolează fiecare de la baza lor. În atmosfera Pământului, andocarea și schimbul de mărfuri au loc în timpul unui zbor comun, dezaocul și întoarcerea fiecărei aeronave la punctul de bază.
Nava spațială în două etape dezvoltată de NE Staroverov [IZ 2503592] constă din prima și a doua etapă cu aripi și o rachetă de propulsie cu combustibil solid fără aripi (de unică folosință) situată între ele. Prima etapă și racheta de amplificare sunt fără echipaj, a doua etapă este echipată. La pornire funcționează motoarele cu turboreacție cu două circuite. Accelerația și ridicarea se realizează cu pornirea secvențială a modurilor motorului, în unghiuri diferite față de orizontală.
Desigur, sistemele cu o singură etapă capabile să pornească de la suprafața Pământului prezintă un interes deosebit.
Dezvoltarea navelor spațiale cu o singură etapă este realizată de compania indiană Adviser, Defense Research End Dev.org - o aeronavă aerospațială cu o singură etapă [PO 51288]. echipat cu două motoare cu reacție de aer și două motoare cu propulsie lichidă, iar admisia de aer este dreptunghiulară.
În SUA, SUNSTAR IM dezvoltă o navă spațială personală cu o singură etapă „bazată pe garaj”. Se presupune că nava spațială va intra pe o traiectorie orbitală și, probabil, va andoca cu stația orbitală. Caracteristica de design este capacitatea de a plia aripile (13) conectate pivotant la fuzelaj pentru depozitare și livrare la locul de lansare și înapoi.
Fig. 13
Una dintre direcții este navele spațiale turistice.
Consorțiul rusesc de aviație dezvoltă [PO 78697] o aeronavă turistică suborbitală.
MAI este unul dintre dezvoltatorii proiectului de sistem aerospațial în scopuri științifice și sportive. Sistemul include un avion rachetă suborbital cu o aeronavă de transport MiG-31S, un sistem de servicii la sol și un complex sportiv și tehnic pentru antrenarea potențialelor echipaje.
Turismul spațial este singura direcție în care navele spațiale sunt implementate în prezent. În 2016, este planificat primul zbor al aeronavei aerospațiale suborbitale Lynx, iar capsula suborbitală turistică SpaceShipTwo și aeronava de transport WhiteKnightTwo (sistem în două etape) sunt în exploatare de mai mulți ani. Cu toate acestea, turismul spațial este scump. Unul dintre pasionații de aviație și turism spațial, R. Branson, s-a plâns că călătoriile în spațiu sunt fie astronomic scumpe: în Uniunea Sovietică (așa spune!) Pentru un zbor către ISS, i-au cerut 30 de milioane de dolari, fie că era incomod și nesigur.
Un motor de rachetă hibrid cu combustibil solid și oxidant lichid este instalat pe SpaceShipTwo. SpaceShipTwo este conceput pentru 8 persoane - 2 membri ai echipajului și 8 pasageri. Scopul companiei este ca zborurile să fie sigure și accesibile. Aeronava de transport WhiteKnightTwo este o aeronavă cu două fuzelaje, o capsulă SpaceShipTwo este atașată între fuzelaje.
O navă spațială capabilă să atingă viteze peste Mach 0,9 și care oferă zbor trans- și/sau supersonic este dezvoltată de ASTRIUM SAS (Airbus), Franța. Aeronava este echipată cu două motoare turboreactor care funcționează în zbor atmosferic și un motor rachetă. Când atmosfera lor pleacă, prizele de aer sunt închise cu supape speciale mobile în formă de cupolă care repetă forma fuselajului aeronavei.
CS Lynx suborbital cu o singură treaptă, fabricat de XCOR Aerospace Incompany (SUA), poate fi folosit pentru a transporta turiști în spațiu, pentru a efectua cercetări științifice și pentru a lansa un vehicul de lansare cu o masă de până la 650 kg pe orbită joasă folosind o treaptă superioară externă. . Fără un compartiment exterior cu o treaptă superioară, Lynx poate fi folosit pentru a livra mai mulți turiști sau un turist și un set de instrumente științifice pentru explorarea spațiului în spațiu.
Lynx folosește motoare rachete reutilizabile cu aprindere prin scânteie care funcționează cu oxigen lichid - hidrocarburi lichide (kerosen, metan, etan, izopropanol).
Compania britanică Bristol Spaceplanes dezvoltă o navă spațială pentru transportul turiștilor. Ascender este un avion rachetă suborbital care poate livra un pilot și un pasager sau un pilot și un set de echipamente științifice la o altitudine de 100 km.
Ascender urmează să demareze dezvoltarea unui sistem Spacebus în două etape, o aeronavă orbitală capabilă să transporte până la 50 de pasageri și să ofere un zbor din Europa către Australia în aproximativ 75 de minute. Deoarece la baza proiectului se află, ori de câte ori este posibil, elemente standard ale sistemelor aviatice și spațiale, costul unui zbor Spacebus va fi de 100 de ori mai mic decât costul unui zbor Shuttle.
Știrea din 2004 a fost prezentată de EMZ im. VM Myasishchev și sistemul aerospațial „Suborbital Corporation” Cosmopolis-XXI (C-XXI) - un pachet de aeronave de transport M-55 „Geophysics” și un avion rachetă suborbital. Proiectul nu a fost implementat.
Sisteme de propulsie a navelor spațiale
Indiferent cât de bun ar fi designul, oricât de atent este planul de zbor, o navă spațială nu va zbura nicăieri fără motor.
S-a presupus că, pentru puterile spațiale de frunte, până la sfârșitul anilor 1980, sarcina obișnuită ar fi să lanseze o sarcină utilă agregată cu o greutate de 900 - 1000 de tone. NRE cu miez în fază gazoasă, motoarele termonucleare și termonucleare în impulsuri au fost considerate cele mai promițătoare motoare.
Orice sistem de propulsie (DS) trebuie să includă o sursă de energie, o sursă a fluidului de lucru (masa aruncată) și motorul în sine, iar la unele tipuri de motoare sursa de energie și fluidul de lucru sunt combinate (motoare chimice).
Centralele electrice pot fi împărțite în mod convențional în trei grupuri:
1. Autonome - sursa de energie și fluidul de lucru sunt la bord (motoare de rachete cu propulsie lichidă și alte substanțe chimice, NRE);
2. Semiautonome - DS cu surse externe de energie: motoare care folosesc energia laserelor externe, generatoare de microunde, a Soarelui (in metal exista doar cele ionice si plasma);
3. Motoare neautonome care utilizează ca mediu de lucru atmosfera, mediul interplanetar, materialul planetelor și asteroizilor, precum și vântul solar (vela solară).
Motoarele sunt împărțite în funcție de tipul surselor de energie, starea inițială a fluidului de lucru și alte caracteristici.
Niciunul dintre WFD-urile existente nu poate fi utilizat pe o navă spațială în toate modurile de zbor. Prin urmare, conceptul în sine cu accelerație pe un VRM necesită un sistem de propulsie combinat cu motoare de diferite tipuri. Lupta pentru viteza de zbor este în primul rând o luptă pentru creșterea puterii și eficienței motorului.
Să luăm în considerare câteva tipuri de motoare care sunt promițătoare pentru utilizare pe nave spațiale.
Motor cu reacție cu combustibil lichid
LRE este cel mai comun motor pentru nave spațiale și vehicule de lansare. O caracteristică a motorului rachetă este capacitatea de a lucra în întreaga gamă de înălțimi. Cu toate acestea, motoarele de rachetă consumă o cantitate mare de combustibil și oxidant și au, de asemenea, o eficiență relativ scăzută.
Domenii promițătoare de dezvoltare:
- motor rachetă cu propulsie lichidă cu zonă reglabilă a gâtului; impulsul specific la o valoare redusă de împingere crește cu 3-4%.
- LRE cu raport variabil al componentelor combustibilului Km în timpul funcționării (oxidant - oxigen lichid, combustibil - hidrogen lichid) de mai multe ori (până la Km = 15) în timpul funcționării camerei de ardere; motorul este adus în regimul nominal (Km = 6) după urcare, ceea ce asigură un impuls specific ridicat de forță; se asigură un consum mai mic de hidrogen și o reducere a dimensiunii și greutății rezervoarelor.
Motoare de rachetă hibride (GRD)
De fapt, GRD-urile sunt motoare de rachetă convenționale în care propulsoarele sunt în faze diferite, de exemplu, combustibilul lichid este un oxidant solid sau combustibilul solid este un oxidant lichid. După caracteristicile motorului pe gaz, acestea ocupă o poziție intermediară între motorul cu propulsie lichidă și motorul cu propulsie solidă. Avantajele motorului hidraulic necesită controlul alimentării unei singure componente, pentru a doua nu are nevoie de rezervoare, supape, pompe etc., are capacitatea de a controla tracțiunea și oprirea, nu necesită sisteme separate de răcire pentru pereți a camerei de ardere: componenta solidă care se evaporă răcește pereții. Motorul de acest tip este instalat pe SpaceShipTwo.
Motor cu reacție de aer cu flux direct (ramjet)
Datorită simplității relative a designului, precum și capacității de a funcționa într-o gamă largă de viteze, ramjet-ul este luat în considerare în multe proiecte de nave spațiale. În aceste proiecte, motoarele ramjet joacă rolul motorului principal pentru accelerarea în atmosferă, deoarece practic nu au restricții privind viteza maximă de zbor atmosferică. Eficiența și puterea unui motor ramjet crește odată cu viteza și altitudinea. Unul dintre dezavantajele motoarelor ramjet este că pentru a le lansa, este necesară accelerarea aparatului la viteze de aproximativ 300 km/h, iar în cazul motoarelor ramjet hipersonice la viteze supersonice folosind motoare de alte tipuri.
În ramjet se poate folosi combustibil solid sub formă de pulbere, cum ar fi cărbunele. S-a propus utilizarea pulberii de cărbune ca combustibil primar în proiectul aeronavei Li P.13 de către A. Lippisch.
Cel mai promițător design ramjet este considerat a fi un motor de rachetă ramjet hibrid. Un astfel de motor are un impuls specific mai mare decât un motor cu propulsie lichidă și o tracțiune mai mare pe 1 m2 de suprafață a secțiunii transversale și, în unele cazuri, un impuls specific mai mare. RPVRD poate fi utilizat eficient într-o gamă largă de viteze. Constă dintr-un circuit de rachetă - un generator de gaz, care este un motor de rachetă cu propulsie solidă, un motor cu propulsie lichidă sau un motor cu gaz și un circuit cu flux direct.
Utilizarea metalelor ca combustibil se datorează activității lor ridicate, degajării semnificative de căldură și face posibilă crearea de noi motoare ramjet de mare eficiență pentru rachete ghidate. Avantajele unui ramjet pe combustibil pulbere metalică, folosind aerul atmosferic ca oxidant, sunt că oferă caracteristici de înaltă performanță, pot fi utilizate într-o gamă largă de viteze, fiind în același timp fiabile la manipulare și depozitare.
Una dintre sarcinile proiectării unui motor ramjet este de a asigura arderea completă a combustibilului. O soluție interesantă a fost sugerată de către angajații Corporației de Armament de Rachete Tactice [IZ 2439358]. O pulbere metalică, cum ar fi aluminiul sau magneziul, este propusă ca combustibil. În precamera se formează o suspensie de aer-pulbere cu exces de aer, iar acest amestec începe să ardă. Particulele de pulbere sunt complet arse în post-ardere. Se formează un curent cu jet.
KB Khimavtomatiki împreună cu CIAM dezvoltă un motor hipersonic ramjet de cercetare - un motor ramjet hipersonic axisimetric. GPVRD 58L cu o cameră dreptunghiulară este destinat cercetării experimentale a proceselor de lucru în timpul arderii hidrogenului într-un flux supersonic. În 1998, a fost efectuat cu succes un test de zbor al motorului, în timpul căruia viteza de Mach 6,35 a fost atinsă pentru prima dată în lume.
De asemenea, au fost efectuate teste de zbor ale unui model de motor scramjet cu dublu mod axisimetric pe hidrogen lichid în intervalul de numere Mach de zbor de la 3,5 la 6,5 la o altitudine de 28 km.
În același timp, oamenii de știință de la CIAM creează o nouă schemă a unui motor ramjet supersonic cu detonare pulsativă (SPDPD) cu un flux supersonic într-o cameră de ardere cu detonare și ardere într-o undă de detonare pulsatorie. Calculele pentru un SPDFD hidrogen-aer au arătat că atunci când zboară la o altitudine de H = 25 km, poate funcționa la numere Mach de zbor m/s de la 4,5 la 7,5.
Motor de rachetă nucleară (YARD)
Utilizarea energiei termice din reacțiile de fisiune nucleară a elementelor instabile pare să fie cea mai promițătoare direcție în dezvoltarea motoarelor cu rachete termice.
YARD - motoare rachete, sursa de energie pentru care este propulsorul nuclear; au un impuls specific mai mare decât cele mai eficiente motoare rachete. Dar, în același timp, NRE au o masă mai mare decât motorul rachetei cu propulsie lichidă, deoarece sunt echipate cu un scut de radiații.
YARD consumă o cantitate mică de combustibil pentru o perioadă lungă de timp și poate funcționa mult timp fără a alimenta.
Principalele clase de NRE:
- incalzire directa: fluidul de lucru se incalzeste la trecerea prin zona care contine material fisionabil (RD-0410);
- cu un sistem de conversie a energiei intermediare, în care energia nucleară este mai întâi convertită în energie electrică, iar energia electrică este utilizată pentru a încălzi sau accelera fluidul de lucru, de ex. ele reprezintă un reactor nuclear și EP asociat ("TOPAZ 100/40"),.
YARD RD-0410 poate fi folosit pentru accelerarea, decelerația navelor spațiale și corectarea orbitei acestora în timpul explorării spațiului adânc. Acest motor este realizat într-un circuit închis, fluidul de lucru este hidrogen lichid. Datorită perfecțiunii termodinamice a fluidului de lucru și a temperaturii ridicate a încălzirii acestuia într-un reactor nuclear (până la 3000 K), motorul are o eficiență ridicată, impulsul specific de tracțiune în vid este de 910 kgf/kg, ceea ce este de două ori mai bun. ca cea a motoarelor rachete cu propulsie lichidă pe bază de componente hidrogen-oxigen și de 1,85 ori mai mare decât cea a motoarelor rachete cu hidrogen - fluor. Dar asta este și istorie. KBKhA a fost instruit să dezvolte RD0410 și RD0411 NRD-uri în 1965.
NRE au fost supuse multor ani de cercetare amănunțită: în anii 70 - 90, au fost operate în spațiu peste trei duzini de instalații electrice nucleare (NPP) din trei modificări, concepute pentru a alimenta echipamentul navei spațiale pe principiul conversiei energiei termice a unui nuclear. reactor în energie electrică într-un generator termoelectric cu semiconductor.
Lucrările la crearea unei centrale nucleare pentru nave spațiale sunt continuate de Krasnaya Zvezda JSC, [IZ 2421836], [IZ 2507617].
Cu toate acestea, NRM și NPP nu și-au găsit încă aplicație practică nici măcar în zborurile demonstrative, deși continuă să fie considerate promițătoare pentru zborurile spațiale pe distanțe lungi. Au existat și îndoieli cu privire la necesitatea unui astfel de motor și la dezvoltarea acestuia.
În timpul funcționării, NRM emite radiații radioactive, prin urmare, este necesară protecția împotriva radiațiilor a navei. În atmosferă, este necesară o protecție completă, iar în spațiu este destul de umbrită atunci când motorul este protejat de nava principală de un scut de protecție.
Eliminarea centralelor nucleare după încheierea funcționării se realizează prin transfer pe orbită, unde durata de viață a reactorului este suficientă pentru degradarea produselor de fisiune la un nivel sigur (cel puțin 300 de ani). În cazul oricăror accidente cu o navă spațială, NPP încorporează un sistem suplimentar de siguranță împotriva radiațiilor (ARS) extrem de eficient, care utilizează dispersia aerodinamică a reactorului la un nivel sigur.
Să revenim la prognoze. În 1966, Y.Konechchi scria că, conform celei mai pesimiste evaluări, punerea în funcțiune a unui reactor nuclear cu miez în fază gazoasă va deveni 1990... A trecut un sfert de secol.
Motor de rachetă cu laser (LRM)
Se crede că caracteristicile LJE se află între caracteristicile NRE și EJE.
LJE este proiectat pentru a oferi tracțiune pentru o aeronavă condusă de un blitz cu plasmă inițiat de laser. Din 2002, KBKhA, în cooperare cu I. MV Keldysh și NIINI de dispozitive optoelectronice investighează problema creării unui LJE, care este mult mai economic decât motoarele tradiționale cu combustibil chimic.
În proiectul altui LRD [IZ 2559030], principiul de funcționare este diferit. O descărcare optică continuă este generată în camera de ardere cu ajutorul unui laser. Fluidul de lucru, interacționând cu plasma de descărcare, capătă viteză supersonică.
Motorul de rachetă fotonic este un motor de rachetă ipotetic care creează tracțiune ca urmare a fluxului direcțional de fotoni din acesta. fluxul de fotoni are viteza maximă atinsă - viteza luminii. ... Dezvoltarea teoriei rachetelor fotonice are o istorie lungă. Potrivit lui E. Zenger, rachetele fotonice, puse în mișcare prin reacția fluxului de fotoni ejectați din rachetă, vor face posibilă zborul în cele mai îndepărtate regiuni ale Galaxiei.
Poate că aceasta este o chestiune de terminologie. Motoarele fotonice sunt acum uneori numite motoare care utilizează un laser; în 1958, laserele nu erau încă create. Motorul fotonic [PM RU 64298] de design „convențional” conține un laser puternic ca sursă de fotoni; o caracteristică distinctivă este utilizarea unui rezonator optic, care face posibilă creșterea tracțiunii motorului.
Un alt motor fotonic [IZ 2201527] diferă prin faptul că folosește un cristal de diamant și oglinzi radiale ca rezonator. Rezonatorul este, de asemenea, folosit pentru a crește forța.
Motor cu reacție (ERE)
EJE ejectează fluidul de lucru folosind un câmp electromagnetic sau încălzind fluidul de lucru cu electricitate. În cele mai multe cazuri, energia electrică necesară pentru funcționarea unui EJE este preluată din surse de energie interne (generator termoelectric cu radioizotopi (RTG), baterii) sau de la Soare.
Principalele clase de motoare de propulsie electrică, procesele de lucru sunt fundamental diferite:
- ionică
- motoare cu deriva azimutala a electronilor
- motoare de curent mare
- EJE pentru schimb de căldură.
În EJE ionice, ionii unui gaz nobil (în majoritatea proiectelor - xenon) servesc drept fluid de lucru, iar în cazul motoarelor cu reacție electrice cu schimb de căldură - o pereche de metale cu punct de topire scăzut. Primul propulsor de ioni de xenon folosit în spațiu a fost propulsorul RITA în misiunea Eureca (ESA) din 1992.
EJE-urile au o eficiență destul de mare, ajungând la 0,7. EJE în combinație cu un reactor nuclear au fost propuse ca principalele motoare de sosire/plecare pentru un zbor spre Marte.
În prezent, EJE sunt folosite pe unele nave spațiale ca motoare de orientare, principalele motoare de accelerare ale navelor spațiale interplanetare (Deep Space 1, SMART-1), motoare cu tracțiune joasă pentru menținerea și corecțiile ultra-mice ale orbitei.
Istoria dezvoltării motoarelor cu ioni datează de mai bine de un deceniu. Deci, una dintre sursele de informații pentru dezvoltarea motorului ionic al companiei „Messerschmitt - Byolkov-Blom GmbH” (Germania) [brevet 682150] a fost cartea lui S. L. Eilenberg și A. L. Hübner, publicată în 1961.
Aplicații ale navei spațiale
1 Aplicație militară (obținerea de informații de recunoaștere despre acțiunile unui potențial inamic, recunoașterea și distrugerea țintelor spațiale inamice etc.), pentru aceasta au fost create primele nave spațiale
2 Livrarea unei încărcături utile în spațiu;
3 Livrarea mărfurilor și a echipajului către stațiile orbitale. În prezent, livrarea mărfurilor către ISS poate fi efectuată numai de vehicule Progress (Rusia), Dragon (SUA), Cygnus (SUA), HTV (Japonia); livrarea de oameni - numai nave "Soyuz" (Rusia)
4 Alimentarea cu combustibil a navelor interplanetare
5 Teste ale sistemelor de propulsie promițătoare cu posibilitatea revenirii lor pe Pământ
6 Captarea și livrarea deșeurilor spațiale pe Pământ
7 Explorarea atmosferei superioare
8 Livrarea sarcinii utile pe orbita unui satelit lunar artificial (ISL)
9 Inspecția și întreținerea sateliților
Conform estimărilor moderne, posibila distribuție a sarcinilor îndeplinite de navă spațială: 57% - turismul spațial; 18% - efectuarea de cercetări științifice; 12% - teledetecție operațională și monitorizare a mediului, 8% 5% - formarea cosmonauților și 5% - implementarea proiectelor de publicitate.
Această listă nu a inclus o altă direcție promițătoare pentru nave spațiale - extracția mineralelor planetare.
După cum arată analiza, turismul spațial poate deveni cel mai solicitat în viitorul apropiat.
Condițiile preliminare pentru aceasta pot fi considerate o combinație a mai multor circumstanțe:
- aviație și aeronautică larg dezvoltate,
- oamenii sunt obișnuiți să zboare,
- s-a acumulat o experiență considerabilă în zborul cu nave spațiale cu echipaj,
- tehnologiile moderne de producție a aeronavei garantează excelența tehnică și un grad ridicat de fiabilitate a aeronavei;
- sunt mulți oameni care pot plăti pentru un zbor spațial,
- în fluxul modern al informaţiei nu există suficiente resurse „virtuale”.
Posibile scenarii pentru zboruri turistice (în 1966 - fantezie sau fantezie (?)):
- zboruri suborbitale la o altitudine de 100 km,
- orbital, de la câteva ore la câteva zile.
- orbital - 1-2 saptamani cu oprire la un hotel spatial.
- zboruri spre Luna cu acces pe orbita acesteia, aterizare la suprafata si cazare la un hotel la suprafata cu durata de la cateva saptamani pana la cateva luni;
- zboruri către Marte și sateliții săi cu intrare pe orbită, aterizare la suprafață și cazare într-un hotel de pe suprafața lui Marte de la câteva zile la câteva săptămâni.
- survolările lui Jupiter, Saturn și sateliții lor cu aterizări pe suprafața sateliților.
Pentru implementare, sunt necesare aeronave reutilizabile fiabile și sigure, cu reparații și întreținere la costuri reduse; module structurale care devin mai complexe pe măsură ce sunt stăpânite rute noi; confort sporit pentru echipaj și pasageri; infrastructura specializată a centrelor de pregătire pentru pregătirea zborului și reabilitarea post-zbor; infrastructură independentă a instalațiilor de lansare, locuri de aterizare, control al zborului. Aceleași principii se aplică sarcinilor științifice și de cercetare.
Concluzie
Există o clasă de probleme de rezolvat. Cele mai multe dintre ele pot fi rezolvate folosind nave spațiale, în special, cum ar fi livrarea sarcinii utile și a echipajului către stațiile orbitale, lansarea navelor spațiale automate pe orbită, returnarea sateliților învechiți de pe orbită cu scopul de a reutiliza componentele lor valoroase, monitorizarea suprafeței și orbitale Pământului. situație , precum și întoarcerea de pe orbită a obiectelor mari de resturi spațiale, "livrarea" de turiști spațiali. Dezvoltarea navelor spațiale începe din nou. Unii dintre ei au ajuns deja în faza de operare de probă.
Concluzie
Calcule teoretice, cercetări, precum și până acum puține, dar lansările reale au arătat capacitățile sistemelor reutilizabile. Starea actuală a tehnologiei, economiei și politicii oferă o șansă reală pentru reînnoirea și dezvoltarea construcției de sisteme de transport aerospațial extrem de eficiente și posibilitatea pe termen mediu de a implementa zboruri apropiate, iar pe termen lung - pe termen lung, inclusiv interplanetare, zboruri în diverse scopuri.
Prognozele sunt un lucru ingrat. Conform previziunilor, este deja un deceniu și jumătate în care ar trebui să ne stabilim pe o bază pe Titan. Dar poate in 2030...
Lista surselor
1 Karpova L.I. Istoria aviației și a astronauticii. Un curs de prelegeri la MSTU. M., 2005
2 Era spațială. Prognoze pentru 2001. Yu.Konechchi și alții / Per. din engleza V.S. Emelyanova. Moscova: Mir, 1970
3 Expediție cu oameni pe Marte. / P / r A.S. Koroteev. M .: Ros. ak-i cosmonautica ei. K.E. Ciolkovsky, 2006
4 Lopota V.A. Misiunea spațială a generațiilor secolului XXI, Zbor, nr. 7, 2010
5 aripi spațiale. Lukashevich V., Afanasyev I., M .: LLC „LenTa Wanderings”, 2009
6 Feoktistov K.P., Bubnov I.N. Despre nave spațiale, M .: Molodaya gvardiya, 1982
7 Epoca de aur a cosmonauticii: Vise și realitate / Afanasyev I., Vorontsov D. M .: Fundația Cavalerilor Rusi, 2015
8 Cosmonautică Mica enciclopedie. M .: „Sov. Ents.”, 1970
9 Bono F., Gatland K. Perspective pentru explorarea spațiului. Londra, 1969. Abr. pe. din engleza M .: „Mashinostr.”, 1975
10 www.buran.ru
11 Bashilov A.S., Osin M.I. Aplicarea tehnologiilor înalte în inginerie aerospațială: Uch. poz. Moscova: MATI, 2004
12 Shibanov A. Preocupările unui arhitect spațial. M .: „DET. LIT-RA”, 1982
13 Slavin S.N. Secretele cosmonauticii militare. M .: Veche, 2013
14 www.bayterek.kz
15 www.airlaunch.ru
16 www.makeyev.ru
17 www1.fips.ru
18 www.federalspace.ru
19 www.sea-launch.comt
20 www.emz-m.ru
21 Aviapanorama, nr. 5, 2013
22 Parfenov V.A. Întoarcerea din spațiu Biblioteca științifică populară a unei edituri militare. Moscova: Editura Voenizdat 1961
23 www.npomash.ru
24 Culegere de rapoarte ale oamenilor de știință și specialiști ai SA „MIC” NPO Mashinostroyenia „la XXXVI Lecturi academice despre cosmonautică, 2012
25 Dezvoltarea sistemelor de nave spațiale / P / r. P. Fortesque și alții; Pe. din engleza Moscova: Alpina Publisher, 2015
26 Akishin A.I., Novikov L.S. Impactul mediului asupra materialelor navelor spațiale, Moscova: Knowledge, 1983
27 Salakhutdinov GM Protecția termică în tehnologia spațială. M .: Knowledge, 1982
28 Molodtsov V.A. Zboruri spațiale cu echipaj. 2002
29 ru.espacenet.com
30 www.mai.ru
31 Branson R. Reach Heaven. Pe. din engleza M .: Alpina non-fiction, 2013
32 www.virgingalactic.com
33 www.thespaceshipcompany.com
34 www.xcor.com
35 bristolspaceplanes.com
36 Sobolev I. Zburând de-a lungul unei parabole, Tekhnika-Youth, nr., 2004
37 Dmitriev A.S., Koshelev V.A. Motoarele spațiale ale viitorului. M .: Knowledge, 1982
38 Erokhin B.T. Teoria și proiectarea motoarelor rachete: Uch-k. SPB .: Editura „Lan”, 2015
39 www.kbkha.ru
40 Baev L.K., Merkulov I.A. Avion-Rachetă. M .: Stat. Editura de literatură tehnică și teoretică, 1956
41 www.ciam.ru
42 Bassard R., Delauer R. Motoare nucleare pentru avioane și rachete. abr. pe. din engleza R. Avalova et al., M .: Editura militară, 1967
43 O dată pentru totdeauna... Documente și oameni despre Valentin Petrovici Glushko, M .: Mashinostr., 1998
44 www.redstaratom.ru
45 BIROUL DE PROIECTARE DE CHEMAUTOMATICĂ (broșură). Voronej, 2010
46 Zenger E. Despre mecanica rachetelor fotonice. Pe. cu el. V.M. Patskevici; p/r I.M. Khalatnikov. M .: Editura străină. literatură, 1958
47 Motoare electrice de rachetă ale navelor spațiale / S.D. Grishin, L.V. Leskov. M .: Mashinostr., 1989
48 Revista Aerospațială Nr. 3,4,5, 2005
49 Nouă luni pe ISS: raport de pe orbită. Știință și viață, nr. 1, 2016, p. 39
50 Danilov S. Spațiul în ciocniri, iluzii și ocluzii, Tehnica tinereții, Nr. 1, 2016
Tehnologiile și descoperirile moderne duc explorarea spațiului la un nivel complet diferit, dar călătoria interstelară este încă un vis. Dar este atât de ireal și de neatins? Ce putem face acum și la ce ne putem aștepta în viitorul apropiat?
11.10.2011, mar, 17:27, ora MoscoveiCu telescopul Kepler, astronomii au descoperit 54 de exoplanete potențial locuibile. Aceste lumi îndepărtate sunt în zona locuibilă, adică. la o anumită distanță de steaua centrală, ceea ce face posibilă menținerea apei lichide pe suprafața planetei.
Cu toate acestea, răspunsul la întrebarea principală, suntem singuri în Univers, este greu de obținut - din cauza distanței uriașe care separă sistemul solar și cei mai apropiați vecini ai noștri. De exemplu, „promițătoarea” planetă Gliese 581g se află la 20 de ani lumină distanță – suficient de aproape în termeni cosmici, dar prea departe pentru instrumentele Pământului.
Abundența de exoplanete pe o rază de 100 de ani lumină și mai puțin de Pământ și interesul științific și chiar civilizațional enorm pe care îl reprezintă pentru omenire ne fac să aruncăm o privire nouă asupra ideii până acum fantastice de călătorie interstelară.
Cele mai apropiate stele de sistemul nostru solar
Zborul către alte stele este, desigur, o chestiune de tehnologie. Mai mult decât atât, există mai multe posibilități pentru atingerea unui obiectiv atât de îndepărtat, iar alegerea în favoarea uneia sau alteia metode nu a fost încă făcută.
Faceți loc dronelor
Omenirea a trimis deja vehicule interstelare în spațiu: sondele Pioneer și Voyager. În prezent, au părăsit limitele sistemului solar, dar viteza lor nu ne permite să vorbim de vreo realizare rapidă a obiectivului. Deci, Voyager 1, care se deplasează cu o viteză de aproximativ 17 km / s, chiar și la cea mai apropiată stea Proxima Centauri (4,2 ani lumină) va zbura un timp incredibil de lung - 17 mii de ani.
Evident, cu motoarele de rachetă moderne, nu vom ajunge nicăieri dincolo de sistemul solar: pentru a transporta 1 kg de marfă, chiar și până la Proxima Centauri din apropiere, sunt necesare zeci de mii de tone de combustibil. În același timp, odată cu creșterea masei navei, cantitatea de combustibil necesară crește și este nevoie de combustibil suplimentar pentru a o transporta. Cercul vicios care pune capăt rezervoarelor cu combustibil chimic - construirea unei nave spațiale cântărind miliarde de tone este o întreprindere absolut incredibilă. Calcule simple folosind formula lui Tsiolkovsky arată că accelerarea navelor spațiale propulsate de rachete cu combustibil chimic până la aproximativ 10% din viteza luminii ar necesita mai mult combustibil decât este disponibil în universul cunoscut.
Reacția de fuziune termonucleară produce energie pe unitatea de masă în medie de un milion de ori mai mult decât procesele de ardere chimică. De aceea, în anii 1970, NASA a atras atenția asupra posibilității de a utiliza motoare de rachete termonucleare. Proiectul navei spațiale fără pilot Daedalus a implicat crearea unui motor în care mici pelete de combustibil termonuclear ar fi introduse într-o cameră de ardere și aprinse de fascicule de electroni. Produsele unei reacții termonucleare sunt ejectate din duza motorului și accelerează nava.
Nava spațială Daedalus versus Empire State Building
Daedalus trebuia să ia la bord 50 de mii de tone de pelete de combustibil cu un diametru de 40 și 20 mm. Granulele constau dintr-un miez cu deuteriu și tritiu și o coajă de heliu-3. Acesta din urmă reprezintă doar 10-15% din masa peletei de combustibil, dar, de fapt, este combustibilul. Heliul-3 este abundent pe Lună, iar deuteriul este utilizat pe scară largă în industria nucleară. Miezul de deuteriu acționează ca un detonator pentru a aprinde reacția de fuziune și provoacă o reacție puternică cu eliberarea unui jet de plasmă cu jet, care este controlat de un câmp magnetic puternic. Camera principală de ardere din molibden a motorului Daedalus trebuia să cântărească mai mult de 218 de tone, camera de a doua etapă - 25 de tone. Bobinele supraconductoare magnetice se potrivesc și cu un reactor imens: primul cântărește 124,7 tone, iar al doilea - 43,6 tone. Pentru comparație: masa uscată a navetei este mai mică de 100 de tone.
Zborul lui Daedalus a fost planificat în două etape: motorul din prima etapă a trebuit să funcționeze mai mult de 2 ani și să ardă 16 miliarde de pelete de combustibil. După separarea primei etape, motorul din a doua etapă a funcționat aproape doi ani. Astfel, în 3,81 ani de accelerare continuă, Dedalus ar atinge o viteză maximă de 12,2% din viteza luminii. O astfel de navă va acoperi distanța până la Steaua lui Barnard (5,96 ani lumină) în 50 de ani și va putea, zburând printr-un sistem stelar îndepărtat, să transmită rezultatele observațiilor sale prin comunicație radio către Pământ. Astfel, întreaga misiune va dura aproximativ 56 de ani.
Stanford Thor este o structură colosală cu orașe întregi în interior
În ciuda marilor dificultăți în asigurarea fiabilității numeroaselor sisteme Daedalus și a costului său enorm, acest proiect este implementat la nivel modern de tehnologie. Mai mult, în 2009, o echipă de entuziaști a reînviat munca la proiectul navei termonucleare. În prezent, proiectul Icarus include 20 de subiecte științifice privind dezvoltarea teoretică a sistemelor și materialelor pentru o navă interstelară.
Astfel, zborurile interstelare fără pilot la o distanță de până la 10 ani lumină sunt deja posibile astăzi, ceea ce va dura aproximativ 100 de ani de zbor plus timpul pentru ca semnalul radio să se întoarcă pe Pământ. Această rază include sistemele stelare Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 și 248, CN Leo, WISE 1541-2250. După cum puteți vedea, în apropierea Pământului există suficiente obiecte pentru a le studia folosind misiuni fără pilot. Dar dacă roboții găsesc ceva cu adevărat neobișnuit și unic, cum ar fi o biosferă complexă? Va putea o expediție cu participarea oamenilor să meargă pe planete îndepărtate?
Zborul vieții
Dacă putem începe să construim o navă spațială fără pilot deja astăzi, atunci cu o navă spațială cu echipaj, situația este mai complicată. În primul rând, problema timpului de zbor este acută. Luați aceeași stea lui Barnard. Astronauții vor trebui să fie pregătiți pentru un zbor cu echipaj de la școală, pentru că, chiar dacă lansarea de pe Pământ are loc la cea de-a 20-a aniversare, nava spațială va atinge obiectivul de zbor până la a 70-a sau chiar a 100-a aniversare (ținând cont de nevoia de frânare, care nu necesită un zbor fără pilot)... Selectarea echipajului în adolescență este plină de incompatibilități psihologice și conflicte interpersonale, iar vârsta de 100 de ani nu dă speranțe pentru o muncă fructuoasă la suprafața planetei și pentru întoarcerea acasă.
Totuși, are sens să te întorci? Numeroase studii ale NASA duc la o concluzie dezamăgitoare: o ședere lungă în gravitate zero va distruge ireversibil sănătatea astronauților. De exemplu, munca profesorului de biologie Robert Fitts cu astronauții ISS arată că, chiar și în ciuda exercițiilor fizice active la bordul navei spațiale, după o misiune de trei ani pe Marte, mușchii mari, precum vițelul, vor deveni cu 50% mai slabi. Densitatea minerală osoasă scade în mod similar. Ca urmare, capacitatea de muncă și de supraviețuire în situații extreme scade semnificativ, iar perioada de adaptare la gravitația normală va fi de cel puțin un an. Zborul cu gravitație zero timp de zeci de ani va pune sub semnul întrebării chiar viața astronauților. Poate că corpul uman se va putea recupera, de exemplu, în procesul de frânare cu o gravitație care crește treptat. Cu toate acestea, riscul de deces este încă prea mare și necesită o soluție radicală.
Problema radiațiilor rămâne și ea dificilă. Chiar și lângă Pământ (la bordul ISS), astronauții nu sunt mai mult de șase luni din cauza pericolului expunerii la radiații. Nava interplanetară va trebui să fie echipată cu protecție grea, dar chiar și așa, rămâne întrebarea efectului radiațiilor asupra corpului uman. În special, cu privire la riscul bolilor oncologice, a căror dezvoltare în gravitate zero practic nu a fost studiată. La începutul acestui an, omul de știință Krasimir Ivanov de la Centrul Aerospațial German din Köln a publicat rezultatele unui studiu interesant al comportamentului celulelor melanomului (cea mai periculoasă formă de cancer de piele) în gravitate zero. În comparație cu celulele canceroase crescute sub gravitație normală, celulele care au petrecut 6 și 24 de ore în gravitate zero sunt mai puțin predispuse la metastaze. Aceasta pare a fi o veste bună, dar numai la prima vedere. Cert este că un astfel de cancer „spațial” este capabil să fie în repaus timp de zeci de ani și să se răspândească pe neașteptate la scară largă atunci când sistemul imunitar este perturbat. În plus, studiul arată clar că știm încă puține despre reacția corpului uman la o ședere lungă în spațiu. Astăzi, astronauții, oameni sănătoși și puternici, petrec prea puțin timp acolo pentru a-și transfera experiența într-un zbor interstelar lung.
Proiectul Biosphere-2 a început cu un ecosistem frumos, atent selectat și sănătos...
Din păcate, rezolvarea problemei gravitației zero pe o navă spațială interstelară nu este atât de ușoară. Posibilitatea de a crea gravitație artificială prin rotirea unității de locuit de care dispunem are o serie de dificultăți. Pentru a crea gravitația Pământului, chiar și o roată cu diametrul de 200 m ar trebui să fie rotită cu o viteză de 3 rotații pe minut. Cu o rotație atât de rapidă, forța Karyolis va crea sarcini care sunt complet insuportabile pentru aparatul vestibular uman, provocând greață și atacuri acute de rău de mare. Singura soluție la această problemă este Stanford Tor, dezvoltat de oamenii de știință de la Universitatea Stanford în 1975. Acesta este un inel imens cu un diametru de 1,8 km, în care ar putea trăi 10 mii de astronauți. Datorită dimensiunilor sale, oferă gravitație la nivelul de 0,9-1,0 g și o viață destul de confortabilă pentru oameni. Cu toate acestea, chiar și la viteze de rotație mai mici de un rpm, oamenii vor experimenta în continuare disconfort ușor, dar perceptibil. Mai mult decât atât, dacă este construit un astfel de compartiment de locuit gigant, chiar și mici schimbări în distribuția greutății torusului vor afecta viteza de rotație și vor provoca vibrarea întregii structuri.
... dar s-a încheiat cu un dezastru ecologic
În orice caz, o navă pentru 10 mii de oameni este o idee dubioasă. Pentru a crea un ecosistem de încredere pentru un astfel de număr de oameni, aveți nevoie de un număr mare de plante, 60 de mii de găini, 30 de mii de iepuri și o turmă de vite. Numai aceasta poate oferi o dietă de 2.400 de calorii pe zi. Cu toate acestea, toate experimentele pentru a crea astfel de ecosisteme închise se termină invariabil cu un eșec. Astfel, în cadrul celui mai mare experiment „Biosphere-2” al Space Biosphere Ventures, a fost construită o rețea de clădiri sigilate cu o suprafață totală de 1,5 hectare cu 3 mii de specii de plante și animale. Întregul ecosistem urma să devină o mică „planetă” autosusținută în care trăiau 8 oameni. Experimentul a durat 2 ani, dar după câteva săptămâni au început probleme serioase: microorganismele și insectele au început să se înmulțească necontrolat, consumând prea mult oxigen și plante și, de asemenea, s-a dovedit că fără vânt plantele au devenit prea fragile. Ca urmare a unui dezastru ecologic local, oamenii au început să slăbească, cantitatea de oxigen a scăzut de la 21% la 15%, iar oamenii de știință au fost nevoiți să încalce condițiile experimentului și să furnizeze celor opt „cosmonauți” oxigen și hrană.
Astfel, crearea de ecosisteme complexe pare a fi o modalitate greșită și periculoasă de a asigura echipajului unei nave interstelare oxigen și hrană. Pentru a rezolva această problemă, veți avea nevoie de organisme special concepute, cu gene modificate, care se pot hrăni cu lumină, deșeuri și substanțe simple. De exemplu, marile fabrici moderne de producție de alge chlorella pot produce până la 40 de tone de șlam pe zi. Un bioreactor complet autonom care cântărește câteva tone poate produce până la 300 de litri de suspensie de chlorella pe zi, ceea ce este suficient pentru a hrăni un echipaj de câteva zeci de oameni. Chlorella modificată genetic nu numai că ar putea satisface nevoile de nutrienți ale echipajului, ci și să recicleze deșeurile, inclusiv dioxidul de carbon. Astăzi, procesul de inginerie genetică pentru microalge a devenit obișnuit și există numeroase modele dezvoltate pentru tratarea apelor uzate, producția de biocombustibili și multe altele.
Vis înghețat
Aproape toate problemele de mai sus ale unui zbor interstelar cu echipaj ar putea fi rezolvate printr-o tehnologie foarte promițătoare - animația suspendată, sau așa cum este numită și criostază. Anabioza este o încetinire a proceselor vieții umane de cel puțin mai multe ori. Dacă este posibil să cufundați o persoană într-o astfel de letargie artificială, care încetinește metabolismul de 10 ori, atunci într-un zbor de 100 de ani va îmbătrâni într-un vis cu doar 10 ani. Acest lucru facilitează rezolvarea problemelor de nutriție, aprovizionare cu oxigen, tulburări mintale și distrugerea corpului ca urmare a imponderabilității. În plus, este mai ușor să protejați compartimentul cu camere anabiotice de micrometeoriți și radiații decât o zonă locuibilă cu volum mare.
Din păcate, încetinirea proceselor vieții umane este o sarcină extrem de dificilă. Dar în natură există organisme care pot hiberna și își pot crește durata de viață de sute de ori. De exemplu, o șopârlă mică numită salamandra siberiană este capabilă să hiberneze în vremuri dificile și să supraviețuiască zeci de ani, chiar fiind înghețată într-un bloc de gheață cu o temperatură de minus 35-40 ° C. Sunt cazuri când salamandrele au petrecut aproximativ 100 de ani în hibernare și, de parcă nimic nu s-ar fi întâmplat, s-au dezghețat și au fugit de cercetătorii surprinși. Mai mult, durata de viață obișnuită „continuă” a unei șopârle nu depășește 13 ani. Capacitatea uimitoare a salamandrei se datorează faptului că ficatul său sintetizează o cantitate mare de glicerină, aproape 40% din greutatea corporală, care protejează celulele de temperaturile scăzute.
Bioreactorul pentru creșterea microalgelor modificate genetic și a altor microorganisme poate rezolva problema nutriției și a reciclării deșeurilor
Principalul obstacol în calea scufundării unei persoane în criostază este apa, din care este format 70% din corpul nostru. Când este înghețată, se transformă în cristale de gheață, crescând în volum cu 10%, care rupe membrana celulară. În plus, pe măsură ce îngheață, substanțele dizolvate în interiorul celulei migrează în apa rămasă, perturbând procesele de schimb ionic intracelular, precum și organizarea proteinelor și a altor structuri intercelulare. În general, distrugerea celulelor în timpul înghețului face imposibil ca o persoană să revină la viață.
Cu toate acestea, există o modalitate promițătoare de a rezolva această problemă - hidrații de clatrat. Au fost descoperite în 1810, când omul de știință britanic Sir Humphrey Davy a injectat clor în apă sub presiune ridicată și a asistat la formarea structurilor solide. Aceștia au fost hidrați de clatrat - una dintre formele de gheață de apă în care este inclus un gaz străin. Spre deosebire de cristalele de gheață, rețelele de clatrat sunt mai puțin dure, nu au margini ascuțite, dar au cavități în care substanțele intracelulare se pot „ascunde”. Tehnologia animației suspendate cu clatrat ar fi simplă: un gaz inert, de exemplu, xenon sau argon, temperatura este ușor sub zero, iar metabolismul celular începe să încetinească treptat până când o persoană intră în criostază. Din păcate, formarea hidraților de clatrat necesită o presiune mare (aproximativ 8 atmosfere) și o concentrație foarte mare de gaz dizolvat în apă. Cum se creează astfel de condiții într-un organism viu este încă necunoscut, deși există unele succese în acest domeniu. Astfel, clatrații sunt capabili să protejeze țesuturile mușchiului inimii de distrugerea mitocondriilor chiar și la temperaturi criogenice (sub 100 de grade Celsius), precum și să prevină deteriorarea membranelor celulare. Experimentele privind anabioza cu clatrat pe oameni nu sunt încă discutate, deoarece cererea comercială pentru tehnologiile de criostază este mică, iar cercetările pe această temă sunt efectuate în principal de companii mici care oferă servicii de înghețare a cadavrelor morților.
Zburând pe hidrogen
În 1960, fizicianul Robert Bassard a propus conceptul original al unui motor ramjet de fuziune care rezolvă multe dintre problemele călătoriei interstelare. Concluzia este utilizarea hidrogenului și a prafului interstelar prezent în spațiul cosmic. O navă spațială cu un astfel de motor accelerează mai întâi cu propriul combustibil, apoi desfășoară o pâlnie uriașă de câmp magnetic, de mii de kilometri în diametru, care captează hidrogenul din spațiul cosmic. Acest hidrogen este folosit ca sursă inepuizabilă de combustibil pentru un motor de rachetă termonuclear.
Motorul Bassard oferă beneficii extraordinare. În primul rând, datorită combustibilului „gratuit”, se poate deplasa cu o accelerație constantă de 1 g, ceea ce înseamnă că toate problemele asociate imponderabilității dispar. În plus, motorul vă permite să accelerați la o viteză extraordinară - 50% din viteza luminii și chiar mai mult. Teoretic, deplasându-se cu o accelerație de 1 g, o navă cu motor Bassard poate parcurge o distanță de 10 ani lumină în aproximativ 12 ani pământeni, iar pentru echipaj, din cauza efectelor relativiste, ar dura doar 5 ani de navă.
Din păcate, în drumul spre crearea unei nave cu motor Bassard, există o serie de probleme serioase care nu pot fi rezolvate la nivelul actual de tehnologie. În primul rând, este necesar să se creeze o capcană gigantică și fiabilă pentru hidrogen, generând câmpuri magnetice de o putere enormă. În același timp, ar trebui să asigure pierderi minime și transportul eficient al hidrogenului către un reactor de fuziune. Însuși procesul reacției termonucleare de transformare a patru atomi de hidrogen într-un atom de heliu, propus de Bassard, ridică multe întrebări. Faptul este că această reacție cea mai simplă este dificil de implementat într-un reactor cu trecere o dată, deoarece merge prea încet și, în principiu, este posibilă numai în interiorul stelelor.
Cu toate acestea, progresul în studiul fuziunii termonucleare da speranță că problema poate fi rezolvată, de exemplu, folosind izotopi „exotici” și antimaterie ca catalizator pentru reacție.
Salamandrele siberiene pot intra în animație suspendată de zeci de ani
Până acum, cercetările asupra motorului Bassard sunt pur teoretice. Sunt necesare calcule bazate pe tehnologii reale. În primul rând, este necesar să se dezvolte un motor capabil să producă energie suficientă pentru a alimenta o capcană magnetică și pentru a menține o reacție termonucleară, a produce antimaterie și a depăși rezistența mediului interstelar, care va încetini o „pânză” electromagnetică uriașă.
Antimateria pentru a ajuta
Poate suna ciudat, dar astăzi omenirea este mai aproape de a crea un motor alimentat de antimaterie decât de intuitivul și aparent simplu motor ramjet Bassard.
Un reactor de fuziune pe bază de deuteriu și tritiu poate genera 6x1011 Jouli per gram de hidrogen – arată impresionant, mai ales dacă iei în considerare că este de 10 milioane de ori mai eficient decât rachetele chimice. Reacția materiei și antimateriei produce cu aproximativ două ordine de mărime mai multă energie. Când vine vorba de anihilare, calculele omului de știință Mark Millis și rodul celor 27 de ani de muncă ai săi nu arată atât de deprimant: Millis a calculat costurile cu energie pentru lansarea unei nave spațiale către Alpha Centauri și a constatat că acestea s-ar ridica la 10 18 J. , adică consum aproape anual de energie electrică de către întreaga omenire. Dar acesta este doar un kilogram de antimaterie.
Sonda Hbar Technologies va avea o vela subțire din fibră de carbon acoperită cu uraniu 238. Pe măsură ce lovește vela, antihidrogenul se va anihila și va crea propulsie.
Ca urmare a anihilării hidrogenului și antihidrogenului, se formează un flux puternic de fotoni, al cărui debit de ieșire atinge maximul pentru un motor de rachetă, adică. viteza luminii. Aceasta este metrica ideală pentru a atinge viteze foarte mari aproape de lumină pentru o navă spațială alimentată cu fotoni. Din păcate, este foarte dificil să folosești antimateria ca combustibil pentru rachete, deoarece în timpul anihilării apar explozii de radiații gamma puternice care vor ucide astronauții. De asemenea, până în prezent nu există tehnologii pentru stocarea unor cantități mari de antimaterie, iar însuși faptul acumulării de tone de antimaterie, chiar și în spațiu departe de Pământ, este o amenințare serioasă, deoarece anihilarea chiar și a unui kilogram de antimaterie este echivalentă. la o explozie nucleară cu o capacitate de 43 de megatone (o explozie de asemenea forță poate transforma o treime din teritoriul Statelor Unite). Costul antimateriei este un alt factor care complică zborul interstelar alimentat de fotoni. Tehnologiile moderne de producere a antimateriei fac posibilă producerea unui gram de antihidrogen la un preț de zeci de trilioane de dolari.
Cu toate acestea, proiecte mari în studiul antimateriei dau roade. În prezent, au fost create instalații speciale de stocare a pozitronilor, „sticle magnetice”, care sunt recipiente răcite cu heliu lichid cu pereții formați din câmpuri magnetice. În iunie a acestui an, oamenii de știință de la CERN au reușit să stocheze atomi de antihidrogen timp de 2000 de secunde. La Universitatea din California (SUA), se construiește cea mai mare unitate de depozitare a antimateriei din lume, în care pot fi stocați mai mult de un trilion de pozitroni. Unul dintre obiectivele oamenilor de știință de la Universitatea din California este de a crea containere portabile pentru antimaterie care să poată fi folosite în scopuri științifice departe de acceleratoarele mari. Proiectul este susținut de Pentagon, care este interesat de aplicațiile militare ale antimateriei, așa că este puțin probabil ca cea mai mare gamă de sticle magnetice din lume să fie subfinanțată.
Acceleratoarele moderne vor putea produce un gram de antihidrogen în câteva sute de ani. Este o perioadă foarte lungă, așa că singura cale de ieșire este dezvoltarea unei noi tehnologii pentru producerea de antimaterie sau combinarea eforturilor tuturor țărilor planetei noastre. Dar chiar și în acest caz, cu tehnologia modernă, nu există nimic de visat să producă zeci de tone de antimaterie pentru zborul interstelar cu echipaj.
Totuși, nu totul este atât de trist. Experții NASA au dezvoltat mai multe proiecte de nave spațiale care ar putea ajunge în spațiul adânc cu doar un microgram de antimaterie. NASA consideră că îmbunătățirea echipamentului va face posibilă producerea de antiprotoni la un preț de aproximativ 5 miliarde de dolari pe gram.
Compania americană Hbar Technologies, cu sprijinul NASA, dezvoltă un concept pentru sonde fără pilot conduse de un motor antihidrogen. Primul obiectiv al acestui proiect este de a crea o navă spațială fără pilot care ar putea zbura către centura Kuiper de la periferia sistemului solar în mai puțin de 10 ani. Astăzi, este imposibil să ajungi în astfel de puncte îndepărtate în 5-7 ani, în special, sonda New Horizons a NASA va zbura prin centura Kuiper la 15 ani de la lansare.
O sondă care acoperă o distanță de 250 UA. peste 10 ani, va fi foarte mic, cu o sarcină utilă de doar 10 mg, dar va avea nevoie și de puțin antihidrogen - 30 mg. Tevatronul va produce acea cantitate în câteva decenii, iar oamenii de știință ar putea testa conceptul unui nou motor în timpul unei misiuni spațiale reale.
Calculele preliminare arată, de asemenea, că este posibil să se trimită o sondă mică către Alpha Centauri într-un mod similar. Pe un gram de antihidrogen, va zbura către o stea îndepărtată în 40 de ani.
Poate părea că toate cele de mai sus sunt fantezie și nu au nimic de-a face cu viitorul imediat. Din fericire, nu este cazul. În timp ce atenția publicului este concentrată asupra crizelor mondiale, eșecurilor vedetelor pop și altor evenimente actuale, inițiativele de epocă rămân în umbră. Agenția spațială NASA a lansat ambițiosul proiect 100 Year Starship, care presupune crearea treptată și pe termen lung a fundației științifice și tehnologice pentru zborurile interplanetare și interstelare. Acest program este de neegalat în istoria omenirii și ar trebui să atragă oameni de știință, ingineri și entuziaști ai altor profesii din întreaga lume. În perioada 30 septembrie - 2 octombrie 2011, la Orlando, Florida, va avea loc un simpozion la care vor fi discutate diverse tehnologii de zbor spațial. Pe baza rezultatelor unor astfel de evenimente, specialiștii NASA vor elabora un plan de afaceri pentru a ajuta anumite industrii și companii care dezvoltă tehnologii care încă lipsesc, dar necesare pentru viitoarele călătorii interstelare. Dacă programul ambițios al NASA este încununat de succes, în 100 de ani omenirea va putea construi o navă interstelară și ne vom deplasa în jurul sistemului solar cu aceeași ușurință cu care zburăm astăzi de pe continent pe continent.
Mihail Levkevici
ImprimareÎn 10 ani, industria noastră se transformă, a declarat Denis Muehlenberg, CEO, președinte și președinte al Boeing Corporation. El prezice producția de rachete, nave spațiale pe orbită joasă și o creștere a numărului de avioane convenționale de pasageri, dar oricare ar fi acestea, Boeing le va produce.
Vorbind la GeekWire Summit, Muhlenberg a spus că, în viitor, nu va exista o distincție clară între transportul aerian și cel spațial, dimpotrivă, va exista o integrare a acestor moduri de transport, care vor include taxiuri aeriene personale, avioane tradiționale, transport supersonic și nave spațiale comerciale.
„De-a lungul unui deceniu, vei vedea că călătoriile LEO în spațiu devin mult mai obișnuite decât sunt astăzi. Turismul spațial, fabricile în spațiu... acestea sunt componentele ecosistemului care se dezvoltă astăzi și vom participa activ la crearea sistemelor de transport care să ofere acces la aceste obiecte.”
Implicarea Boeing în acest viitor integrat este centrată în jurul navei spațiale CST-100 Starliner, pe care compania intenționează să o comandă pentru a transporta astronauți anul viitor. „Se poate considera că acesta va fi primul nostru dintr-o serie dintre cele care vor forma în viitor un portofoliu de dispozitive spațiale comerciale produse împreună cu aeronavele noastre comerciale”, a adăugat Muehlenberg.
Dacă acesta este planul, începerea nu a fost ușoară. Testele recente ale unuia dintre sistemele Starliner au fost nereușite, după care Boeing a amânat următoarele teste din august până la sfârșitul acestui an sau începutul următorului. Având în vedere recenta prăbușire a vehiculului de lansare Soyuz, dezvoltatorii de transport spațial precum Boeing și SpaceX vor avea mai multe speranțe de a produce vehicule eficiente funcțional și sigure pentru a deservi Stația Spațială Internațională (ISS).
Este posibil ca saturația spațiului aerian cu aeronave să crească, iar apoi să fie necesare facilități mai avansate de control al traficului aerian. Boeing colaborează deja cu NASA și alții la un proiect de 35 de miliarde de dolari pentru a crea un astfel de sistem de ultimă generație pentru spațiul aerian american; acest sistem ar trebui să fie gata până în 2030.
Dacă Boeing va deveni un jucător important în industria aerospațială, compania trebuie să rezolve problemele cu produsele sale actuale. De exemplu, în această vară a apărut o problemă cu furnizarea unor cantități mari de avioane Boeing 737 care nu au putut fi livrate clienților din cauza lipsei de motoare. Totuși, acest lucru nu a afectat performanța financiară a Boeing, care arăta bine în trimestrul doi.
Lider în industria aerospațială, Boeing se confruntă cu o concurență semnificativă din partea Airbus (în aer) și SpaceX (în spațiu). Acest lucru nu-l împiedică pe Muhlenberg să viseze la transportul spațial: el a repetat de multe ori că primii oameni care vor ateriza pe Marte ar face acest lucru folosind o rachetă construită de Boeing.
site web: La sfârșitul acestei postări, există un link către un articol despre succesul sectorului aerospațial în al doilea trimestru al anului 2018. În general, comparativ cu anul trecut în acest trimestru, sectorul a crescut veniturile cu 7,6%: inclusiv: Lockheed Martin - 13,4 miliarde dolari, plus 23,5%, Airbus - 17,16 dolari, plus 8% (mulțumită succesului A320 neo), 24,26 USD, plus 6%... Alături de rapoartele de succes, observă că companiile din industrie își exprimă îngrijorarea cu privire la războaiele comerciale care se desfășoară, la care sectorul aerospațial este deosebit de sensibil din cauza naturii globale a lanțurilor de aprovizionare a industriei.
Biroul Boeing din Chicago (foto de pe site-ul companiei)
Ne-am obișnuit de mult cu prezența opririlor de transport în comun nu departe de casă, cu plecarea zilnică a zeci de trenuri din cea mai apropiată gară și cu zborurile din aeroporturi. Opriți transportul public - și lumea cu care suntem obișnuiți se va prăbuși pur și simplu! Dar, obișnuindu-ne cu comoditatea, începem să cerem și mai mult! Ce dezvoltare ne așteaptă?
Autostradă - conducte
Traficul înfiorător este una dintre principalele probleme în toate zonele metropolitane. Acestea sunt adesea cauzate nu numai de organizarea slabă a nodurilor de transport și a autostrăzilor, ci și de condițiile meteorologice. De ce să mergi departe: ninsorile rusești duc adesea la prăbușirea drumurilor.
Una dintre cele mai eficiente soluții este de a ascunde cea mai mare parte a fluxurilor de trafic în subteran. Numărul și dimensiunea tunelurilor auto a crescut de-a lungul anilor. Dar sunt scumpe și limitate în dezvoltare de peisaj. Aceste probleme pot fi rezolvate prin inlocuirea tunelurilor cu tevi!
Henry Lew, un inginer și constructor american, și-a propus deja proiectul pentru o conductă pentru transport. Acesta va putea transporta containere mari de marfă conduse de electricitate. Considerat proiectul său pentru utilizare în New York, renumit pentru ambuteiajele sale uriașe. Numai în acest oraș, mutarea traficului de marfă în conducte va reduce traficul vehiculelor cu zeci de miliarde de mile în doar un an. Ca urmare, situația ecologică se va îmbunătăți, sarcina pe autostrăzile metropolei va scădea. Nici siguranța și promptitudinea livrării mărfurilor nu trebuie uitate.
De asemenea, este posibil să transportați oameni în astfel de conducte. Un sistem similar de transport de pasageri a fost propus de Elon Musk, un milionar american. „Hyperloop”-ul Măștii va include un sistem de conducte amplasate pe pasaje supraterane, al căror diametru va depăși câțiva metri. Este planificat să se mențină o presiune scăzută în ele. Se plănuiește mutarea capsulelor în țevi, zburând chiar deasupra fundului datorită aerului pompat acolo. Viteza capsulelor, grație unui impuls electromagnetic, poate ajunge la șase sute de kilometri într-o jumătate de oră.
Zboruri cu trenul
Trenurile se vor dezvolta, devenind mai spațioase și mai rapide. Ei discută deja despre un proiect de amploare incredibilă al unei autostrăzi de la Londra la Beijing, pregătit de chinezi. Ei vor să construiască un drum de mare viteză cu o lungime de la opt până la nouă mii de kilometri până în 2020.
Trenurile vor trece pe sub Canalul Mânecii, apoi prin Europa, Rusia, Astana, Orientul Îndepărtat și Khabarovsk. De acolo, transferul final la Beijing. Întreaga călătorie va dura câteva zile, limita de viteză este de 320 km/h. Rețineți că rusul „Sapsan” accelerează doar la 250 km/h.
Dar această viteză nu este limita! Trenul Maglev, numit după expresia Levitație magnetică, atinge cu ușurință o viteză de 581 km/h. Susținut de un câmp magnetic în aer, zboară peste șine în loc să călătorească pe ele. În prezent, aceste trenuri sunt un exotic rar. Dar în viitor, această tehnologie poate fi dezvoltată.
Mașină sub apă: nerealist, dar există!
Revoluția este așteptată și în transportul pe apă. Experții investighează proiecte de vehicule subacvatice de mare viteză, precum și motociclete subacvatice. Ce putem spune despre submarinele individuale!
Un proiect organizat în Elveția numit sQuba a fost creat pentru a dezvolta o mașină originală care să poată intra în apă chiar de pe pistă și, deplasându-se de-a lungul valurilor, chiar să se scufunde în ele! Apoi mașina se poate întoarce cu ușurință pe uscat, continuând să se deplaseze de-a lungul drumului.
Designerii noutății au fost inspirați de unul dintre filmele James Bond. O adevărată mașină subacvatică, expusă la Salonul Auto de la Geneva sub forma unei mașini sport deschise. Acest model este foarte ușor și permite echipajului să părăsească mașina în caz de pericol.
Mișcarea sub apă este asigurată de o pereche de șuruburi situate sub bara de protecție spate, precum și de o pereche de tunuri de apă pivotante în apropierea arcurilor roților din față. Toate acestea funcționează cu ajutorul motoarelor electrice. Desigur, va trebui să adăugați o capotă impermeabilă modelului pentru ca șoferul și pasagerii să nu se ude.
Ești gata să pleci în spațiu?
Aviația, ținând pasul cu alte tipuri de transport, se dezvoltă activ. După ce a abandonat avioanele supersonice precum Concorde, ea a decis să meargă în spațiul cosmic. Designerii britanici lucrează la o navă spațială sau, cu alte cuvinte, la un avion orbital numit „Skylon”.
Va putea să urce de pe aerodrom cu un motor hibrid și să atingă viteza hipersonică, depășește viteza sunetului de peste cinci ori. După ce a ajuns la o altitudine de 26 de kilometri, va trece la alimentarea cu oxigen din propriile rezervoare, iar apoi va ieși în spațiu. Aterizarea este ca și cum ați ateriza un avion. Adică, fără amplificatoare externe, trepte de amplificare sau rezervoare de combustibil pentru reacție. Ai nevoie doar de câteva motoare pentru întregul zbor.
Încă lucrează la o versiune fără pilot a lui Skylon. Un astfel de transportator spațial va putea pune 12 tone de marfă pe orbită. Rețineți că Soyuz, o rachetă rusească, poate suporta doar șapte tone. Este posibil să folosiți o navă spațială, spre deosebire de o rachetă, de multe ori. Ca urmare, costul livrărilor va scădea de 15 ori.
În paralel, designerii se gândesc la versiunea cu echipaj. Prin schimbarea designului compartimentului de marfă, crearea sistemelor de securitate și realizarea ferestrelor, trei sute de pasageri pot fi transportați. În patru ore vor circumnaviga întreaga planetă! Modelul experimental va fi lansat în 2019.
În mod surprinzător, futurologii au descris toate tipurile de transport pe care le-am enumerat în zorii secolului al XX-lea. Ei au sperat că implementarea lor nu este departe. Au greșit cu sincronizarea, în timp ce totul este în stadiul de dezvoltare. Dar avem o mare oportunitate - să devenim în viitor pasagerul unuia dintre miracolele tehnologiei menționate mai sus.
