Яке майбутнє у аерокосмічного транспорту. Олімпіада з історії авіації та повітроплавання

Британська аерокосмічна фірма презентувала концепт літака без ілюмінаторів. Замість них вони пропонують встановити дисплеї, на яких відображалися б події, що відбуваються за бортом, демонструвалися фільми. Літаки без вікон здатні кардинально змінити вигляд цивільної авіації, при цьому значно знизиться витрати пального.

Дизайн приватного літака розробляли фахівці французької компанії, проект вони представили ще серпні. Замість ілюмінаторів вони запропонували використовувати дисплеї, що демонструють фільми для відпочинку та презентації для роботи. Технічний відділ каже, що відсутність вікон допоможе знизити вагу судна, отже, зменшиться витрата палива, вартість обслуговування, а простір, що звільнився, розширює можливості для вдосконалення інтер'єру. Гарет Девіс, головний дизайнер Technicon Design, компанії, що запропонувала проект, сказав, що деякі елементи, наприклад, гнучкі дисплеї, вже можна втілити в реальність.

Американська фірма Spike Aerospace планує представити подібний літак уже 2018 року. Це буде розкішний Spike S-512 Supersonic Jet, здатний долетіти від Нью-Йорка до Лондона за 4 години із 12-18 пасажирами. Бостонська компанія також бачить літак майбутнього без вікон. В результаті пасажирам не доведеться ховатись від сонця, то піднімаючи, то опускаючи жалюзі. Зникне і монотонність у польоті. Дизайнери вважають, що за великим рахунком пасажири мало що бачать під час польоту – пару зірок, місяць, безкрайній океан, хмари. Вага літака також зменшиться, дозволивши економити паливо. Стіни літака перетворяться на величезні тонкі дисплеї, що демонструють панорами, що оточують судно. Як альтернативу можна буде переглянути фільм, слайди, документи.

Щоправда, розробники визнають можливі проблеми. По-перше, у багатьох може підвищитися почуття тривожності у замкнутому просторі, коли не видно, що відбувається зовні. По-друге, бачити потрібно не лише пасажирам, а й рятувальникам у разі потреби потрібно бачити, що відбувається всередині, інакше вони діятимуть наосліп. І, по-третє, можливі проблеми з людьми, які страждають від заколисування. Зазвичай такі пасажири просто періодично дивляться у вікно, знаходять собі орієнтир. Тут вони будуть позбавлені такої можливості, екрани не зможуть їм допомогти.

Центр технологічних нововведень (Centre for Process Innovation) також пропонує свій літак із величезними OLED дисплеями, на які передаватиметься зображення з камер, встановлених зовні. Буде можливість підключитись до інтернету. Зменшення ваги літака – найважливіша проблема, яку намагаються вирішити інженери. Ось вони й вирішили звернутися до ідеї будівництва за аналогією із вантажними літаками. А поки що проект перебуває в процесі доопрацювання.

Яке майбутнє у аерокосмічного транспорту?

Цілі і завдання
Мета роботи - визначення можливих та перспективних напрямів використання, можливих конструкції космольотів та їх елементів для вирішення задач освоєння космосу.
Завдання роботи - дослідження напрямів розвитку, особливостей етапів польоту та їх обліку у конструкції, конструкцій космольотів та рухових установок космольоту.
Вступ
Тисячоліття знадобилися людству для більш-менш впевненого руху власною планетою. Розвивалися технології, людина могла все далі віддалятися від рідних місць. На початку 18 століття розвиток мануфактурного виробництва, досягнення науки сприяли зародженню повітроплавання. На початку 20 століття створення легкого і потужного двигуна внутрішнього згоряння дозволило підняти повітря аероплан, а створення рідинного ракетного двигуна (ЖРД) - вирватися в космічний простір . Всього 150 років знадобилося, щоб перейти від лову вітру до космічних польотів (1802 - немає пароплавів, 1957 - вже є космічні ракети).
Прогрес був настільки очевидним і приголомшливим, що вже на початку 1960-х років будувалися прогнози, як через 35-40 років ми проводитимемо вихідні на орбіті, літатимемо у відпустку на Місяць, а наші космічні кораблі почнуть борознити міжзоряні простори... Дуже великі очікування були пов'язані з 21 століттям (1), до якого було ще 35 років:

Рис. 1
Приємно оптимістичні перспективи регулярних рейсів космічних кораблів у навколоземному космічному просторі та до найближчих планет Сонячної Системи для туристів:

Пункт призначення	Вартість квитка туди-назад», дол.	Кількість пасажирів у рейсі	Час польоту
Навколоземна орбіта	1250	200	24 год
Місяць	10000	35	6 діб
Венера	32000	20	18 міс
Марс	35000	20	24 міс
Марс-експрес	70000	20	11 міс

Пасажирам має бути забезпечений комфорт, як на авіалініях, залізничному транспорті та океанських лайнерах. На кожного пасажира при польоті на навколоземну орбіту припадає 2,85 м3 об'єму корабля, на Місяць – 11,4 м3, до найближчих планет – 28,5 м3. Уточнимо - досвід тривалих космічних польотів та роботи космонавтів на орбітальних станціях показав, що на кожну людину обсяг гермовідсіків повинен становити не менше 60 м3.

Розвиток космічної техніки
Друга половина 20 століття була присвячена, переважно, освоєння навколоземного космічного простору балістичними засобами, саме багатоступінчастими ракетами.
Відразу позначилися два шляхи розвитку космічної техніки - балістичний та аеродинамічний. Балістичні літальні апарати (ЛА) використовують для польоту лише реактивну тягу двигуна. Аеродинамічні ЛА для польоту, крім реактивної тяги двигуна (ЗРД або повітряно-реактивного (ВРД)), використовують підйомну силу, що створюється крилом або корпусом ЛА. Існувала і комбінована схема. Аеродинамічні ЛА перспективніші для самостійної керованої м'якої посадки.

Що таке "космічний літак"
Аерокосмічний транспорт - надзвичайно широке поняття, яке включає аерокосмічний ЛА, системи старту та посадки, системи віддаленого управління та ін. У даній роботі розглянемо сам аерокосмічний ЛА, його частини та пристрої старту.
Суворої назви апарат такого типу немає. Його називають космічний літак, космоліт, астроліт, повітряно-космічний літак (ВКС) тощо. «ВКС - вид пілотованого реактивного ЛА з несучою поверхнею (зокрема, крилатого), призначений для польотів в атмосфері та космічному просторі, що поєднує властивості літака та космічного ЛА. Розрахований на багаторазове використання, повинен бути здатний злітати з аеродромів, розганятися до орбітальної швидкості, здійснювати політ у космічному просторі та повертатися на Землю з посадкою на аеродром».
ВКС призначений для польоту в атмосфері та за її межами - у космічному просторі, а також розрахований на маневрування в атмосфері з використанням аеродинамічних сил.
Космоліт - або цілісна багаторазова космічна система (КС), або частина багаторазової КС з елементами, що повертаються, причому «повертаність» - головна умова «багаторазовості» КА. Будь-яка багаторазова КС повинна відповідати вимогам високої надійності, безпеки, мінімального ризику для екіпажу та корисного вантажу при виконанні польотних завдань, також повинна мати переваги звичайних реактивних літаків в експлуатації та обслуговуванні, здійснювати всепогодний старт та посадку.
Ще одне положення пов'язане з визначенням ступеня «багаторазовості» - повертати всю багаторазову систему (по сходах) або лише її частину. Одноразові системи вимагають відведення площ для падіння перших щаблів ракет, а також обтічників. Другі щаблі в кращому випадку згоряють в атмосфері, а в гіршому - падають на землю або в океан, або залишаються на орбіті на довгий час, стаючи космічним сміттям. »(У прямому сенсі!) ведуть до необхідності створення багаторазової КС.
Багаторазовість - ще й енергетичні втрати через елементи конструкції КС, що забезпечують саму багаторазовість (крил, шасі, парашутних систем, додаткового палива для рухової установки тощо). Потрібні нові конструкційні матеріали, нові технології, більш ефективні, ніж сьогодні двигуни.

Етапи польоту
Яким би не був загальний сценарій польоту космольоту, він обов'язково включає:
- зліт та вихід з атмосфери,
- вхід в атмосферу та посадка,
- Політ у космічному просторі.

Етап «Зліт та вихід з атмосфери»
Майже всі проекти мають одну мету - зменшити масову частку палива в ракеті-носії (РН) або космольоті (у РН більше 90% маси припадає на паливо).

1 Ракета-носій
Найбільш відомими і розвиненими системами запуску є системи вертикального старту зі спеціальними майданчиками, на яких розміщені щогли, що утримують ЛА у вертикальному положенні (космодром). Такі системи застосовувалися, в основному, для запуску повітряно-космічних апаратів (ВКА), що виводяться РН (ЛКС, Dyna-Soar) та ВКА з вертикальним стартом (Енергія-Буран, Space Shuttle). Було розроблено також варіант РН, в якому бічні блоки першого ступеня, відокремившись, випускали крило і здійснювали посадку на аеродром, а центральний блок другого ступеня, вийшовши на орбіту і вивантаживши ПН, входив в атмосферу і приземлявся за допомогою трикутного крила (Енергія-2 »).
Або - ЛА виводиться на орбіту окремої РН, і до виходу стабільну орбіту двигуни самого ЛА не використовуються. Прикладами такої системи старту є ракетоплани Dyna-Soar (США), "Бор" (СРСР), ASSET і PRIME (США), багаторазові транспортні КС "Енергія-Буран" (СРСР) і "Space Shuttle" (США), , .
РН розробляють та виробляють у багатьох країнах світу. Основними виробниками є Росія (40%), США (26%), країни ЄС (21%), КНР (20%), Україна (6%), Японія (4%), Індія (4%), Ізраїль (1%) ). Головними критеріями конкурентоспроможності є маса виведеної ПН, конструкція, екологічність та ін, однією з основних характеристик РН є їх надійність. Найвищий показник за цим параметром має російська система «Протон» — 97% успішних запусків, що перевищує середні результати на 10-20%.

2 Літак-носій
«Повітряний старт» - один із найперспективніших способів виведення ЛА, що активно розвивається різними розробниками виведення за допомогою літака-носія (СН).
ЛА виводиться на висоту за допомогою СН, відокремлюється від нього і за допомогою власних двигунів доводиться на орбіту. Можливе встановлення додаткового ракетного прискорювача.
Цей спосіб виведення має цілу низку переваг. Очікуваний ефект при використанні СН – на 30-40% більше ПН, ніж при старті із Землі.
Однією з передстартових операцій є заправка КА та РН компонентами палива. Але заправку паливом можна проводити і в польоті [З 2000257]. Політ із дозаправкою складається з кількох етапів (2).
Рис.2
Функції СН може виконувати екраноплан, що має найбільшу вантажопідйомність на одиницю власної ваги з усіх ЛА важчий за повітря. Екраноплан може рухатися над сушею [З 2404090] або поверхнею води [З 2397922].
Розробники із США запропонували триступінчасту систему [З 2191145] з порятунком усіх трьох щаблів (3). Під крилом СН (сход I), наприклад, літак С-5 або Ан-124. підвішується інший літак з розташованим на його «спині» вантажним відсіком, де міститься ступінь III з обтічником, в якому знаходиться ПН. Повністю заправлені літаки злітають з аеродрому поблизу екватора. СН піднімається на висоту та розвиває швидкість, достатню для запуску ПВРД ступеня II. Ступінь II відокремлюється та виходить на суборбітальну траєкторію. При виході із щільних шарів атмосфери відокремлюється ступінь III, яка в апогеї доводить ПН на орбіту. Ступінь II повертається самостійно, ступенем III «підхоплюється» та повертається разом із СН.
Рис.3
Багаторазова ракетно-космічна система [З 2232700] з дуже великою кількістю (до 10) однакових сходів, що цільно повертаються (4). Всі щаблі розташовані одна над одною з незначним зміщенням і нічим не відрізняються один від одного, тільки перший ступінь має крила, що скидаються, які обладнуються рятувальними парашутами. Зліт КС здійснюється горизонтально з багаторазового візка за допомогою крил, що скидаються. ПН розташовується у вантажному відсіку останнього ступеня або у спеціальній вантажній капсулі, прикріпленій до останнього ступеня. На орбіту виходить лише останній ступінь, а на старті працюють двигуни всіх щаблів, при цьому вони живляться з бака першого ступеня. Після вичерпання палива в баку першого ступеня цей ступінь відокремлюється, а паливо споживається з бака другого ступеня. Крила, що скидаються, відокремлюються після переходу КС у вертикальний політ і приземляються, кожне - на індивідуальному парашуті.
Рис.4
Старт ЛА (5) із спеціальною, що нагадує вертоліт, ферми з гвинтами, під якою підвішується ЛА, дозволяє підняти ЛА на висоту до межі тропосфери [З 2268209]. У конструкції використовуються гвинти з різним приводом та різною кількістю лопатей. Багатолопатеві гвинти наводяться високовольтними електродвигунами з редукторами, а небагатолопатеві гвинти мають реактивний привід.
Рис.5

3 Контейнер
Ще 1954 року В.Н.Челомей запропонував запускати ЛА з трубчастого контейнера, забезпеченого всередині напрямними старту ЛА. Контейнер міг розташовуватися на підводному човні (герметичний), надводному кораблі, наземному рухомому або нерухомому пристрої [АС 1841043], [АС 1841044] і застосовуватися для запуску ЛА з крилами, що розкриваються або нерозкриваються в польоті. Можливе застосування трубчастого контейнера для старту ЛА типу літаків. Крило та оперення ЛА можуть бути автоматично розкриваються після виходу з контейнера. Загалом система дозволяє розташувати максимальну кількість ЛА в контейнерах на заданому просторі, здійснити максимально швидкий старт ЛА без попереднього виведення з контейнера, без попереднього розкриття крил та застосування додаткових спеціальних стартових пристроїв.
З транспортно-пускового контейнера стартують РН «Рокот» та «Дніпро».

4 «Гарматний» старт
Комбінований гарматно-ракетний («мінометний») старт із транспортно-пускового контейнера вже застосовується для запуску РН РС-20 «Дніпро». У пусковій шахті розміщується транспортно-пусковий контейнер, у контейнері знаходяться сама ракета та газогенератор, який включається перед стартом та полегшує старт ракети.
Наприкінці 90-х - початку двохтисячних років як із перспективних способів запуску КА розроблявся т.зв. гарматний старт - виведення на навколоземну орбіту ПН (в т.ч. пілотованих ВКА) з електромагнітної або газодинамічної гармати. Принцип дії електромагнітної гармати: на металевий ЛА - своєрідний сердечник, що знаходиться всередині котушки соленоїда, за наявності постійного струму в обмотці котушки, впливає сила Лоренца, що викидає ЛА зі ствола електромагнітної гармати, повідомляючи ЛА високу швидкість. Після пострілу вмикаються двигуни самого ЛА. При вильоті зі стовбура гармати (гармата у вигляді тора) ЛА матиме швидкість близько 10 км/с, проте через високу щільність атмосфери поблизу Землі, після вильоту з гармати швидкість апарату знижується.
Для зменшення втрат швидкості та зниження опору повітря при польоті в щільних шарах атмосфери одночасно створюється тепловий канал за допомогою лазерного променя [З 2343091], [З 2422336] - у повітрі створюється електричний пробій (плазмовий канал), потім через поглинання лазерного випромінювання газами атмосфери утворюється тепловий канал зі зниженим тиском, яким рухається корабель.

5. Старт з естакади
ЛА стартує на візку з реактивними двигунами за спеціальною естакадою. Візок гальмує у кінця естакади, а ЛА відокремлюється від візка і запускає власний ракетний двигун.
Особливість реалізації старту з візка естакадного старту [З 2102292] - крижана поверхня, якою рухається ЛА на візку (6).
Рис.6
Розробники пропонують системи з естакадою у формі труби, в якій рухається візок із ЛА [З 2381154].
Також можуть бути реалізовані системи, що поєднують електромагнітну гармату з естакадою. ЛА розганяється всередині труби, що має обмотку, та вистрілюється вгору [З 2239586].

6 Аеростат
Цікавими є розробки, в яких ЛА - аеростат, заповнений воднем, який і споживають двигуни [З 2111147], [АС 1740251]. Така конструкція [ІЗ 2111147] допомагає вирішити проблему зльоту заправленого апарату. Старт повітряно-космічної транспортної системи провадиться з поверхні Землі. Підйом апарата, що повертається, проводиться за рахунок аеростатичної підйомної сили, створюваної що знаходяться в балонах воднем (7). В результаті роботи двигунів забезпечується розгін ЛА, що повертається, до швидкості М = 2,5 - 3,0. Як паливо двигунів на етапі розгону може бути використаний водень з балонів.
Рис.7

7 Морський старт
Для запуску безпосередньо з екватора з максимальним використанням ефекту обертання Землі КА різного призначення на навколоземні орбіти, включаючи високі кругові, еліптичні, без обмежень за нахиленням орбіти, геостаціонарну орбіту та відльотні траєкторії призначений ракетно-космічний комплекс «Морський старт».
Зрозуміло, розглянуто лише мала частина можливих варіантів старту та виведення ЛА за межі атмосфери.

Порівняння горизонтального та вертикального старту
Ведуться дискусії, який вид старту кращий – горизонтальний чи вертикальний?
При вертикальному старті необхідно застосовувати двигуни з силою тяги більше за вагу ракети. Такі двигуни мають більшу масу, ніж двигуни для горизонтального старту. При вертикальному старті практично неможливо застосовувати ВРД. Але для вертикального старту не потрібні злітні смуги, лише відносно компактний стартовий стіл. Недоліки - гравітаційні втрати та небезпека руйнування стартового комплексу уламками у разі аварії РН за кілька секунд після старту.
При горизонтальному старті можна застосовувати менш потужні двигуни, а для першого етапу польоту – замість ракетних використовувати ВРД. Щоправда, горизонтальний старт тягне за собою енергетичні втрати через засоби забезпечення горизонтального старту - крил і шасі, але ці втрати можна мінімізувати. З горизонтальним стартом простіше організувати систему порятунку першого ступеня. Недоліком можна вважати відведення великих площ під злітно-посадкові смуги. Цю проблему допоможе вирішити використання для зльоту та посадки ЗПС стандартних аеродромів. Передбачається підвищення небезпеки руйнування озонового шару атмосфери, розташованого на висотах 15-35 км від роботи реактивних двигунів. За вертикального старту ракета пролітає цей шар за 30-40 секунд. Проблема екологічної небезпеки може бути вирішена, наприклад, підбором спеціальної траєкторії польоту: розгін до високих швидкостей на висоті 12-14 км, виконання «гірки» з тимчасовим збільшенням кута до горизонту до ~50 градусів зі швидким прольотом крізь озоновий шар. понад 10 хвилин), а потім зменшення кута до горизонту до 10-20 градусів на висоті понад 36 км. Однак, такий сценарій може призвести до збільшення аеродинамічних втрат.
Вибір типу старту визначає конструктор. Деякі конструктори – за вертикальний старт, деякі – за горизонтальний. В.М.Мясищев віддавав явну перевагу горизонтальному старту. Так народився проект космольоту «М-19» з ядерним двигуном, старт якого мав відбутися, за оцінками Мясищева, у 1990 році (через два роки після єдиного старту «Бурану»).

Етап «Вхід в атмосферу та посадка»
Основною проблемою повернення з навколоземної орбіти є нагрівання ЛА від тертя повітря в щільних шарах атмосфери. Матеріали корпусу та захисні покриття - цілий напрямок розробок. Одночасно можуть і повинні вирішуватись завдання:захисту від нагріву при взаємодії з атмосферою при зльоті та посадці в умовах високих швидкостей та атмосферного нагріву; впливу сонячної радіації в космічному просторі, високого градієнта температур на сонячній та тіньовій стороні, тривалого та короткочасного термічного впливу енергетичних установок, а також щодо захисту від зброї, в т.ч. лазерного.
Для захисту КА від теплового руйнування існує три основних методи охолодження , , кожен зі своїми перевагами та недоліками:
- «гаряча» конструкція – охолодження проводиться випромінюванням;
- абляція - охолодження проводиться випаровуванням покриття, покриття замінюється після кожного польоту;
- теплоізоляція за допомогою керамічних плиток на днищі.
Крилаті КА мають перевагу при спуску в атмосфері: знижуються перевантаження та теплове навантаження, підвищується маневреність та точність посадки апарату, але крило тонкого профілю є вразливим для впливу високих температур.
Проектні роботи з пілотованих КА типу «космоплан», що повертаються, почалися в 1960 році в ОКБ-52 (зараз «НУО Машинобудування»). В результаті з'явився пілотований ракетоплан Р-2 і РН УР-500, що пізніше стала «Протоном». Р-2 як і всі крилаті КА розробки В. Н. Челомея, мав крила, що розкладаються, на відміну від більшості аналогічних проектів інших КБ. У 1960-ті роки технології теплозахисту значно відставали від вимог до теплонавантажених елементів. Тому перші пілотовані апарати СРСР та США мали форму сфери та зворотного конуса без усунення центру мас.
Для зменшення ефектів нагрівання крил повітряно-космічних ЛА розробляють різні конструкції самого крила.
Комбінований тепловий захист [З 1840531] - на зовнішній стороні (8) знаходиться обшивка із кварцових плиток із зовнішнім радіаційним покриттям, прикріплена до силового набору, а в зоні відсіків, утворених зовнішньою обшивкою та силовим набором, встановлений капілярно-пористий матеріал товщин мм, який зволожується рідким холодоагентом із забезпеченням відведення хладагента, що випарувався.
мал.8
Ще в 1976 році НУО Енергія запропонувало використовувати для захисту магнітне поле. Температура повітря, що стикається з кораблем при гальмуванні з першою космічною швидкістю, досягає ~8000оC, відбувається іонізація повітря. Без наявності зовнішнього магнітного поля іони дифундують у район фюзеляжу, де холодніше, і відбувається реакція рекомбінації, через яку виділяється тепло. Всередині космольоту (9) можливо встановлювати потужні постійні магніти, які створюють магнітне поле [АС 1840521], що утруднює дифузію іонів та електронів до поверхні фюзеляжу, тому реакції рекомбінації будуть відбуватися на більшій відстані від фюзеляжу, нагрівання фюзеляжу від тепла цих тепла.
мал.9
Можлива реалізація охолодження розморожуванням, коли твердий елемент конструкції переходить у рідкий стан і ця рідина відводиться за борт або бортову магістраль [З 2033947]. Перевагою такої конструкції – твердий холодоагент до розплавлення може бути елементом конструкції.

Коридор входу
Для зменшення ймовірності розігріву та руйнування ЛА при вході в атмосферу необхідно знати та використовувати «природні» можливості. Для планет, крім Меркурія, та супутників (Титан, Енцелад, можливо – Ганімед) з атмосферою треба пам'ятати про т.зв. коридор входу - різниці висот перигею між допустимими граничними значеннями для висот нижче і вище запланованої. Висота нижче запланованої призведе до поломки або згоряння КА, а вище - покидання КА меж атмосфери. Ширина коридору залежить від допустимих обмежень теплового навантаження та перевантажень для конкретного апарату; при параболічній швидкості – приблизно дорівнює: Венера – 113 км, Земля – 105 км, Марс – 1159 км, Юпітер – 113 км, . Але навіть у коридорі розсіяна енергія буде величезною. Екстремальний приклад - вхід апарату «Галілео» в атмосферу Юпітера зі швидкістю 47,5 км/сек, за 4 хвилини до відкриття гальмівного парашута було розсіяно 3,8 105 мегаджоулів. Температура поверхні склала 15000 К, випарувалося 90 кг абляційного матеріалу (при масі апарату 340 кг).
Цікаву перевагу має схема апарату-диска з абляционно дном, що охолоджується, і вакуумним теплозахистом кабіни. При вході в атмосферу під кутом 45 градусів кабіна такого апарату буде знаходитися в зоні практично абсолютного вакууму, що надійно захистить її від розігріву при вході.
Етап «Політ у космічному просторі»
У даній роботі цей розділ докладно розглядати не будемо, перерахуємо лише частину факторів, які повинні бути враховані при розробці та конструюванні КЛА , : іонізуюче випромінювання, змінене магнітне поле, сонячне випромінювання (УФ), вакуум (приводить до повільного випаровування обшивки КА), метеоритна небезпека, температурний градієнт, космічне випромінювання, космічний сміття, компоненти палива.
Крім того, істотну дію на людину надають умови перебування на борту КА: прискорення, штучна атмосфера, ізоляція, гіпокінезія, невагомість.

Компонування та конструкції космольоту
Проекти космольотів виконуються в основному за двома схемами:
. Несучий корпус
. Літак.
Компонування несучого корпусу - відсутні горизонтальні аеродинамічні поверхні, крім керуючих - щитків, закрилків, кермів висоти і т.п. Передбачалося, що апарати з несучим корпусом (АНК) виводитимуться у космос з допомогою РН . Вони мають більший бічний маневр, ніж балістичні апарати, але також дуже обмежений, а також не мають винесених у потік гострих кромок (крім кілів). Однак у процесі випробувань (в основному, в США, апарати M2-F1, M2-F2 та ін. за програмою PILOT, ASV та ASE за програмою ASSET та апарати програми PRIME) з'ясувалося, що АНК мають низьку аеродинамічний якість (<1 на гиперзвуке), неудовлетворительную устойчивость по крену и высокую скорость снижения, а величина бокового маневра увеличивалась не очень значительно.
Літакове компонування. Найчастіше космоліт виконують за схемою "безхвостка" з дельтавидним крилом малого подовження. Ця схема відрізняється значною величиною бічного маневру, більшою, ніж у балістичних апаратів та апаратів з несучим корпусом. Однак аеро- та термодинамічні розрахунки крилатої схеми складніші, а також потрібен додатковий теплозахист гострих кромок крила. Але ці недоліки з лишком компенсуються перевагами: можливістю доставити щось із орбіти і повним поверненням орбітального блоку.
Кожна КС багаторазового використання, на відміну одноразової РН, несе у собі засоби повернення з орбіти чи траєкторії виведення. Одним із таких засобів повернення є аеродинамічні поверхні - корпус або крило.

1 Дисколіт
Може вважатися самостійним класом з компоновкою, що включає і «несучий корпус», і «літак».
Багаторазова повітряно-космічна система [АС 580696] призначена для виведення на опорну навколоземну орбіту ПН, а також повернення з орбіти на Землю космічних об'єктів за допомогою транспортного корабля (10). Корпус (фюзеляж) і крило сходинок і ТКК представляють єдине ціле корпус-крило, профіль якого - напівдиск для сходів та диск для ТКК; обидва ступені та ТКК у плані коло або еліпс. Обидва ступені та ТКК - пілотовані та пов'язані проходами з можливістю переходу з однієї кабіни в іншу.
Рис. 10
Повітряно-космічна злітна система багаторазового застосування з ЛА у вигляді диска з краплеподібним поперечним профілем [АС 1740251] складається з приєднаного до стартової направляючої ЛА з вакуумною енергетичною установкою (ВЕУ) і з'єднаних зі стартовою направляючою аеростатичних оболонок - ще один варіант «аеростатного старту» ( 11).
ВЕУ вакуумує аеростатичні оболонки для підйому ЛА на необхідну висоту та установки стартової направляючої під необхідним кутом. ЛА здійснює посадку на аеродром або на водну поверхню із збереженням сталого положення. Аеростатичні оболонки повертаються Землю і використовуються повторно.
Рис.11
Інженери не відмовляються і від ідеї ЛА у формі диска та у 21 столітті. Дископлан [ПМ 57238] з безліччю термоядерних ракетних двигунів на колі зможе розвивати швидкість від 0 до 15 км/с і перевозити вантажі на поверхню Місяця, здійснювати роботи на геостаціонарній орбіті.
Екраноліт ЕКІП став натхненником ЛА тарілчастої конфігурації [З 2396185] з фюзеляжем у формі диска.

2 Несучий корпус
Для вирішення цілого ряду космічних завдань може бути використаний космічний ЛА [З 2137681] з корпусом у вигляді монокрила (12), в якому розміщені три пов'язані між собою фюзеляжі, встановлені паливні баки та кілька груп реактивних двигунів - маршеві, злітно-посадкові, гальмівні та газотурбінні. Засоби електропостачання містять сонячні батареї.
Рис.12

3. Літакове компонування
Запропоновані схеми є надзвичайно різноманітними.
Як крилатий «човник» з порожнинами для РН, виконаний КА багаторазового використання [З 2111902]. Це дозволяє поліпшити керованість "човника" на ділянці виведення через усунення неспіввісності тяги через розміщення човна збоку від РН. КА злітає вертикально, і після часу роботи РН відбувається їх відокремлення від «човника». Схожа ідея відкидання вбудованого РН реалізована (або реалізована) в ракетоплані Lynx.
Цікавою та несподіваною є пропозиція використання для доставки ПН на орбіту апаратів різного базування [З 2120397]. Незалежно діючі ЛА - ВКС, що базується на орбітальній космічній станції, та транспортний літак (МС) наземного базування вилітають кожен зі своєї бази. В атмосфері Землі відбувається стикування та обмін вантажами під час спільного польоту, розстикування та повернення кожного літака на точку базування.
Двоступінчастий космоліт розробки Н.Е.Староверова [З 2503592] складається з крилатих першого та другого ступенів та безкрилого твердопаливного ракетного прискорювача (одноразовий), розташованого між ними. Перший ступінь і ракетний прискорювач є безпілотними, другий ступінь - пілотований. При старті працюють двоконтурні турбореактивні двигуни. Розгін і підйом виконуються з послідовним включенням режимів двигунів під різними кутами до горизонталі.
Звичайно, особливий інтерес представляють одноступінчасті системи, які здатні стартувати з поверхні Землі.
Розробку одноступінчастих КА веде індійська компанія Едвайзер, Діфенс Рісерч Енд Дев. Оргн – одноступінчастий аерокосмічний літак [ПО 51288]. оснащений двома ВРД та двома ЖРД, а повітрозабірник – прямокутної форми.
У США SUNSTAR IM розробляє персональний одноступінчастий космоліт "гаражного базування". Передбачається, що космоліт виходитиме на орбітальну траєкторію і, ймовірно, стикуватися з орбітальною станцією. Особливість конструкції - можливість складання шарнірно з'єднаних з фюзеляжем крил (13) для зберігання та доставки до місця старту та назад.
Рис.13
Один із напрямків - туристичні космолоти.
Компанія «Російський авіаційний консорціум» розробляє [ПЗ 78697] суборбітальний туристичний літак.
МАІ - один із розробників проекту аерокосмічної системи науково-спортивного призначення. Система включає суборбітальний ракетоплан із літаком-носієм МіГ-31С, наземну систему обслуговування та спортивно-технічний комплекс підготовки потенційних екіпажів.
Космічний туризм - єдиний напрямок, у якому зараз реалізовані космолоти. У 2016 році планується перший політ суборбітального аерокосмічного літака Lynx, а туристична суборбітальна капсула SpaceShipTwo та літак-носій WhiteKnightTwo (двоступінчаста система) вже кілька років перебувають у дослідній експлуатації. Проте космічний туризм – дороге задоволення. Один із ентузіастів авіаційного та космічного туризму Р. Бренсон скаржився, що космічна подорож або астрономічно дорога: у Радянському Союзі (там так написано!) за політ на МКС з нього запросили 30 мільйонів доларів, або незручну та небезпечну.
На кораблі SpaceShipTwo, встановлений гібридний ракетний двигун з твердим горючим і рідким окислювачем. SpaceShipTwo розрахований на 8 осіб - 2 члени екіпажу та 8 пасажирів. Мета компанії-польоти повинні бути безпечними та доступними за ціною. Літак-носій WhiteKnightTwo – двофюзеляжний, між фюзеляжами кріпиться капсула SpaceShipTwo.
Космічний літак, здатний розвивати швидкість понад 0,9 Маха та забезпечувати транс- та/або надзвуковий політ, розробляє компанія ASTRIUM SAS (Airbus), Франція. Літак оснащений двома турбореактивними двигунами, що працюють при польоті в атмосфері, та ракетним двигуном. При виході їхньої атмосфери повітрозабірники закриваються спеціальними рухомими куполоподібними клапанами, що повторюють форму фюзеляжу літака.
Суборбітальна одноступінчаста КС Lynx, компанії XCOR Aerospace Incompany (США) може застосовуватися для доставки в космос туристів, проведення наукових досліджень та виведення на низьку орбіту ПН масою до 650 кг за допомогою зовнішнього розгінного блоку. Без зовнішнього відсіку з розгінним блоком Lynx може застосовуватись для доставки в космос кількох туристів або туриста та комплекту наукових приладів для проведення досліджень космічного простору.
Lynx використовує ракетні двигуни багаторазового включення з іскровим запаленням, що працюють на компонентах рідкий кисень - рідкі вуглеводні (гас, метан, етан, ізопропанол).
Британська компанія Bristol Spaceplanes розробляє космоліт для перевезення туристів. Ascender - суборбітальний ракетоплан, може доставити на висоту до 100 км одного пілота та одного пасажира або одного пілота та комплект наукової апаратури.
Ascender повинен започаткувати розробку двоступінчастої системи Spacebus, орбітального ЛА, здатного перевозити до 50 пасажирів і забезпечити переліт з Європи до Австралії приблизно за 75 хвилин. Оскільки основу проекту складають, по можливості, стандартні елементи авіаційних та космічних систем, вартість польоту Spacebus буде меншою за вартість польоту Шаттла в 100 разів.
Новиною 2004 р. стала представлена ​​ЕМЗ ім. В.М.Мясищева та «Суборбітальна корпорація» аерокосмічна система Cosmopolis-XXI (C-XXI) – зв'язка з літака-носія М-55 «Геофізика» та суборбітального ракетоплану. Проект не реалізовано.

Двигуни космольоту
Якою б гарною не була конструкція, хоч би яким продуманим був план польоту, КЛА нікуди не полетить без двигуна.
Передбачалося, що з провідних космічних держав вже до кінця 1980-х звичайним завданням буде виведення сукупного корисного вантажу масою 900 - 1000 тонн. Як найбільш перспективні двигуни розглядалися ЯРД з газофазною активною зоною, термоядерні та імпульсні термоядерні двигуни.
Будь-яка рухова система (ДС) повинна включати джерело енергії, джерело робочого тіла (маси, що відкидається) і власне двигун, причому в деяких типах двигунів джерело енергії і робоче тіло поєднані (хімічні двигуни).
Умовно енергетичні установки можна розділити на три групи:
1. Автономні - джерело енергії та робоче тіло знаходяться на борту (ЖРД та інші хімічні, ЯРД);
2. Напівавтономні - ДС із зовнішніми джерелами енергії: двигуни, що використовують енергію зовнішніх лазерів, НВЧ-генераторів, Сонця («у металі» існують тільки іонні та плазмові);
3. Неавтономні двигуни, що використовують як робоче тіло атмосферу, міжпланетне середовище, матеріал планет і астероїдів, а також сонячний вітер (сонячне вітрило).
Двигуни поділяються за видом джерел енергії, вихідним станом робочого тіла та іншими ознаками.
Жоден із існуючих ВРД не може застосовуватися на космольоті у всіх режимах польоту. Тому сама концепція з розгоном на ВРД потребує комбінованої рухової установки із двигунами різних типів. Боротьба за швидкість польоту – насамперед боротьба за підвищення потужності та ефективності двигуна.
Розглянемо деякі види, перспективні для використання на космольотах двигунів.

Рідинний реактивний двигун
ЖРД - найпоширеніший двигун КА та РН. Особливістю ЗРД є можливість роботи у всьому діапазоні висот. Проте ЖРД споживають велику кількість пального та окислювача, а також мають відносно невисоку ефективність.
Перспективні напрямки розробок:
- ЖРД із регульованою площею критичного перерізу; питомий імпульс при зменшеному значенні тяги збільшується на 3-4%.
- ЗРД із змінним у процесі роботи співвідношення компонентів палива Кm (окислювач - рідкий кисень, пальне - рідкий водень) у кілька разів (до Кm=15) під час роботи камери згоряння; введення двигуна на номінальний режим (Кm=6) здійснюється після набору висоти, що забезпечує високий питомий імпульс тяги; забезпечується менша витрата водню та зменшення габаритів та маси баків.

Гібридні ракетні двигуни (ГРД)
Фактично, ГРД - звичайні ракетні двигуни, в яких компоненти палива знаходяться в різних фазах, наприклад, рідке пальне - твердий окисник, або тверде пальне - рідкий окисник. За характеристиками ГРД займають проміжне положення між ЖРД та РДТТ. Переваги ГРД - вимагають управління подачею тільки одного компонента, для другого не потрібні баки, клапани, насоси та ін, мають можливість управління тягою і відключення, не вимагають окремих систем охолодження стінок камери згоряння: твердий компонент, що випаровується, охолоджує стінки. Двигун саме такого типу встановлений на космічному літаку SpaceShipTwo.

Прямоточний повітряно-реактивний двигун (ПВРД)
ПВРД через відносну простоту конструкції, а також можливість працювати в широкому діапазоні швидкостей розглядається в багатьох проектах космольотів. У цих проектах ПВРД відіграють роль основного двигуна для розгону в атмосфері, тому що практично не мають обмежень максимальної швидкості атмосферного польоту. Ефективність і потужність ПВРД зростають зі швидкістю та висотою. Один із недоліків ПВРД – для їх запуску потрібно розганяти апарат до швидкостей близько 300 км/год, а у разі гіперзвукових ПВРД до надзвукових швидкостей за допомогою двигунів інших типів.
У ПВРД може застосовуватися тверде порошкове пальне, наприклад, вугілля. Пропонувалося використання вугільного порошку як первинного пального в проекті літака Li P.13 А.Ліппіша.
Найперспективнішою конструкцією ПВРД вважається гібридний ракетно-прямотковий повітряно-реактивний двигун. Такий двигун має більш високий питомий імпульс, ніж ЖРД, і більш високу тягу на 1 м2 площі перерізу, а часом і більш високе значення питомого імпульсу. РПВРД може бути ефективно використаний у широкому діапазоні швидкостей. Складається з ракетного контуру - газогенератора, що є РДТТ, ЖРД або ГРД, і прямоточного контуру.
Застосування металів як пального обумовлено їх високою активністю, значним тепловиділенням і дозволяє створити нові високоефективні ПВРД для керованих ракет. Переваги ПВРД на порошкоподібному металевому пальному, що використовують як окислювач атмосферне повітря, полягають у тому, що вони забезпечують високі ТТХ, можуть використовуватися в широких діапазонах швидкостей, при цьому надійні в обігу та зберіганні.
Одне із завдань конструювання ПВРД - забезпечення повного згоряння палива. Цікавий спосіб рішення запропонували співробітники Корпорації "Тактичне ракетне озброєння" [З 2439358]. Як паливо запропонований порошок металу, наприклад, алюмінію або магнію. У форкамері утворюється повітряно-порошкова завись із надлишком повітря і починається горіння цієї суміші. Частинки порошку повністю згоряють у камері допалювання. Утворюється реактивний струмінь.
КБ Хімавтоматики спільно з ЦИАМ розробляє дослідний гіперзвуковий ПВРД - осесиметричний гіперзвуковий ПВРД. ГПВРД 58Л з камерою прямокутного перерізу призначений для експериментальних досліджень робочих процесів при горінні водню у надзвуковому потоці. У 1998 р. успішно проведено льотне випробування двигуна, при якому вперше у світі було досягнуто швидкості 6,35 Маха.
Також було проведено льотні випробування модельного осесиметричного дворежимного ГПВРД на рідкому водні в діапазоні чисел Маха польоту від 3,5 до 6,5 на висоті до 28 км.
Одночасно вчені ЦИАМ створюють нову схему надзвукового пульсуючого детонаційного прямоточного двигуна (СПДПД) з надзвуковим потоком у детонаційній камері згоряння та з горінням у пульсуючій детонаційній хвилі. Розрахунки для воднево-повітряного СПДПД показали, що з польоті висоті H = 25 км може працювати за числах Маха польоту м/с від 4,5 до 7,5 .

Ядерний ракетний двигун (ЯРД)
Використання теплової енергії реакцій поділу ядер нестабільних елементів є найбільш перспективним напрямом розвитку теплових ракетних двигунів.
ЯРД - ракетні двигуни, джерелом енергії для яких є ядерне ракетне паливо; мають більш високий питомий імпульс, ніж найефективніші РРД. Але при цьому ЯРД мають більшу масу, ніж ЗРД, оскільки оснащені радіозахисним екраном.
ЯРД витрачає невелику кількість палива протягом тривалого часу і може тривалий час працювати без дозаправки.
Основні класи ЯРД:
- безпосереднього нагріву: робоче тіло нагрівається при проходженні через область, що містить речовину, що ділиться (РД-0410) ;
- з проміжною системою перетворення енергії, де ядерна енергія спочатку перетворюється на електричну, а електрична використовується нагріву чи прискорення робочого тіла, тобто. вони є ядерний реактор і пов'язані з ним ЕРД («ТОПАЗ 100/40») , .
ЯРД РД-0410 може застосовуватися для розгону, гальмування КА та корекції їхньої орбіти при освоєнні далекого космосу. Цей двигун виконаний за замкненою схемою, робоче тіло – рідкий водень. Завдяки термодинамічній досконалості робочого тіла та високій температурі нагрівання його в ядерному реакторі (до 3000 К), двигун має високу економічність, питомий імпульс тяги у вакуумі - 910 кгс.с/кг, що вдвічі краще, ніж у ЖРД на компонентах водень-кисень та в 1,85 рази вище, ніж у водень – фторних ЖРД. Але це також – історія. КБХА було доручено розробити ЯРД РД0410 та РД0411 у 1965 році.
ЯРД пройшли багаторічні детальні дослідження: протягом 70 - 90-х років в космосі експлуатувалося більше трьох десятків ядерних електричних установок (ЯЭУ) трьох модифікацій, призначених для живлення електроенергією апаратури КА за принципом перетворення теплової енергії ядерного реактора в електроенергію.
Роботи зі створення ЯЕУ для КА продовжує АТ «Червона зірка», [З 2421836], [З 2507617].
Проте ЯРД та ЯЕУ досі не знайшли практичного застосування навіть у демонстраційних польотах, хоча продовжують вважатися перспективними для далеких космічних польотів. Висловлювалися і сумніви, чи потрібен такий двигун і чи буде він розроблений.
При роботі ЯРД випромінює радіоактивне випромінювання, тому потрібний радіаційний захист корабля. У атмосфері потрібен повний захист, а космосі досить тіньової, коли двигун екранований від основного корабля захисним экраном .
Поховання ЯЕУ після закінчення експлуатації провадиться перекладом на орбіту, де час існування реактора достатньо для розпаду продуктів розподілу до безпечного рівня (не менше 300 років). У разі будь-яких аварій з космічним апаратом ЯЕУ має у своєму складі високоефективну додаткову систему радіаційної безпеки (ДСРБ), що використовує аеродинамічний дисперсування реактора до безпечного рівня.
Повернімося до прогнозів. У 1966 році Ю.Конеччі писав, що за найпесимістичнішою оцінкою введення в експлуатацію ЯРД із газофазною активною зоною стане 1990 р.... Пройшла чверть століття.

Лазерний ракетний двигун (ЛРД)
Вважається, що характеристики ЛРД лежать між характеристиками ЯРД та ЕРД.
ЛРД призначений для забезпечення тяги ЛА, що приводиться в рух плазмовим спалахом, ініційованим лазером. З 2002 року КБХА у кооперації з ІЦ ім. М.В.Келдиша та НІІНІ оптико-електронних приладів займається дослідженням проблеми створення ЛРД, який суттєво економічніший за традиційні двигуни на хімічному паливі.
У проекті іншого ЛРД [З 2559030] принцип дії відрізняється. У камері згоряння лазером створюється безперервний оптичний розряд. Робоче тіло, взаємодіючи з плазмою розряду, набуває надзвукової швидкості.
Фотонний ракетний двигун - гіпотетичний ракетний двигун, що створює тягу в результаті спрямованого закінчення з нього фотонів, має граничне значення питомого імпульсу, т.к. потік фотонів має гранично досяжну швидкість - швидкість світла. . Розвиток теорії фотонних ракет має давню історію. На думку Е.Зенгера фотонні ракети, що рухаються реакцією потоку фотонів, що викидаються з ракети, дозволять здійснювати польоти в найвіддаленіші області Галактики.
Можливо це питання термінології. Фотонними зараз іноді називають двигуни з використанням лазера, 1958 р. лазери ще не створені. Фотонний двигун [ПМ UA 64298] «звичайної» конструкції як джерело фотонів містить потужний лазер; відмінна особливість – застосування оптичного резонатора, що дозволяє підвищити тягу двигуна.
Ще один фотонний двигун [З 2201527] відрізняється тим, що в ньому як резонатор застосовується кристал алмазу та радіальні дзеркала. Резонатор також застосовується збільшення тяги.

Електрореактивний двигун (ЕРД)
ЕРД викидають робоче тіло за допомогою електромагнітного поля або нагрівання робочого тіла електроенергією. Найчастіше необхідна роботи ЕРД електрична енергія береться внутрішніх джерел живлення (радіоізотопного термоелектричного генератора (РИТЕГа), акумуляторів) чи Сонця.
Основні класи ЕРД, робочі процеси принципово різні.
- іонні
- Двигуни з азимутальним дрейфом електронів
- сильноточні двигуни
- Теплообмінні ЕРД.
У іонних ЕРД робочим тілом служать іони благородного газу (у більшості проектів – ксенону), а у разі теплообмінних електрореактивних двигунів – пари легкоплавких металів. Першим ксеноновим іонним двигуном, що використовувався в космосі, був двигун RITA на місії Eureca (ESA), що проходила у 1992 році.
ЕРД мають досить високий ККД, що досягає 0,7. Саме ЕРД у комбінації ядерним реактором пропонувалися як основні двигуни прильоту/відльоту для польоту на Марс.
В даний час ЕРД застосовуються на деяких КА як двигуни орієнтації, основних розгінних двигунів міжпланетних КА (Deep Space 1, SMART-1), двигунів малої тяги для підтримки та надмалих корекцій орбіти.
Історія розробки іонних двигунів налічує не одне десятиліття. Так, одним із джерел інформації для розробки іонного двигуна компанії «Мессершмітт - Бєлков-Блом Гмбх» (ФРН) [патент 682150] була книга С. Л. Айленберга та А. Л. Хюбнера випущена ще в 1961 році.

Області застосування космольоту
1 Військове застосування (отримання розвідінформації про дії ймовірного супротивника, розвідка та поразка космічних цілей супротивника і т.п.), для цього створювалися перші космолети
2 Доставка у космос корисного вантажу;
3 Доставка на орбітальні станції вантажів та екіпажу. Зараз доставка вантажів на МКС може бути виконана лише кораблями "Прогрес" (Росія), "Dragon" (США), "Cygnus" (США), "HTV" (Японія); доставка людей – тільки кораблі «Союз» (Росія)
4 Заправка міжпланетних кораблів
5 Випробування перспективних ДК з можливістю їх повернення на Землю
6 Захоплення та доставка на Землю космічного сміття
7 Дослідження верхніх шарів атмосфери
8 Доставка корисного вантажу на орбіту штучного супутника Місяця (ІСЛ)
9 Інспекція та обслуговування супутників
За сучасними оцінками, можливий розподіл завдань, що виконуються космольотом: 57% – космічний туризм; 18% – проведення наукових досліджень; 12% - оперативне дистанційне зондування та екомоніторинг, 8% 5% - підготовка космонавтів та 5% - реалізацію рекламних проектів.
У цей перелік не увійшло ще один перспективний напрямок для космічних ла - видобуток планетних корисних копалин .
Як показує аналіз, найбільш затребуваним найближчим часом може стати космічний туризм.
Причинами цього можна вважати збіг низки причин:
- широко розвинена авіація та аеронавтика,
- люди звикли до польотів,
- накопичено значний досвід польотів на пілотованих КА,
- сучасні технології виробництва ЛА гарантують технічну досконалість та високий ступінь надійності ЛА,
- з'явилося багато людей, здатних сплатити космічний політ,
- У сучасному потоці інформації стає недостатньо «віртуальних» ресурсів.
Можливі сценарії туристичних польотів (повернемося в 1966 – фантазія чи фантастика(?)):
- Суборбітальні польоти на висоту до 100 км,
- орбітальні, від кількох годин до кількох діб.
- орбітальні – 1-2 тижні із зупинкою в космічному готелі.
- польоти до Місяця з виходом на його орбіту, висадкою на поверхню та проживанням у готелі на поверхні тривалістю від кількох тижнів до кількох місяців;
- польоти до Марса та його супутників з виходом на орбіту, висадкою на поверхню та проживанням у готелі на поверхні Марса від кількох днів до кількох тижнів.
- обльоти Юпітера, Сатурна та їх супутників із висадками на поверхню супутників.
Для реалізації необхідні надійні та безпечні багаторазові ЛА з маловитратним ремонтом та обслуговуванням; конструкційні модулі, що ускладнюються в міру освоєння нових маршрутів; підвищений ступінь комфорту для екіпажу та пасажирів; спеціалізована інфраструктура навчально-тренувальних центрів для підготовки до польоту та післяпольотної реабілітації; самостійна інфраструктура стартових споруд, посадкових майданчиків, керування польотами. Ці ж принципи застосовні для наукових та дослідницьких завдань.

Висновок
Є клас завдань, які потребують вирішення. Більшість з них може бути вирішена за допомогою космольотів, особливо такі, як доставка корисних вантажів та екіпажу на орбітальні станції, виведення на орбіту автоматичних КА, повернення з орбіти застарілих супутників з метою повторного використання їх цінних компонентів, моніторинг земної поверхні та орбітальної обстановки , і навіть повернення з орбіти великих об'єктів космічного сміття, «розвезення» космічних туристів. Знову розпочинаються розробки космольотів. Деякі їх вже досягли стадії дослідної експлуатації.

Висновок
Теоретичні розрахунки, дослідження, а також поки що нечисленні, але реальні запуски показали можливості систем багаторазового використання. Сьогоднішній стан технологій, економіки та політики дають реальний шанс для відновлення та розвитку побудови високоефективних аерокосмічних транспортних систем та можливість у середньостроковій перспективі реалізації близьких польотів, а у довгостроковій – тривалих, у тому числі міжпланетних, польотів різного призначення.
Прогнози – річ невдячна. За прогнозами, вже півтора десятки років, як ми повинні обживати базу на Титані. Але, можливо, у 2030…

Список джерел
1 Карпова Л.І. Історія авіації та космонавтики. Курс лекцій у МДТУ. М., 2005
2 Космічна ера. Прогнози на 2001 рік. Ю.Конеччі та ін./Пер. з англ. В.С.Ємельянова. М: Мир, 1970
3 Пілотована експедиція на Марс./П/р А.С.Коротєєва. М.: Ріс. ак-я космонавтики ім. К.Е.Ціолковського, 2006
4 Лопота В.А. Космічна місія поколінь XXI століття, Політ №7, 2010
5 Космічні крила. Лукашевич Ст, Афанасьєв І., М: ТОВ «ЛенТа Мандрів», 2009
6 Феоктистів К.П., Бубнов І.М. Про космольоти, М: Молода гвардія, 1982
7 Золоте століття космонавтики: мрії та реальність. / Афанасьєв І., Воронцов Д. М.: Фонд «Російські Витязі», 2015
8 Космонавтика Невелика енциклопедія. М.: «Рад. Енц.», 1970
9 Боно Ф., Гатланд К. Перспективи освоєння космосу. Лондон, 1969. Зменш. пров. з англ. М: «Машиностр.», 1975
10 www.buran.ru
11 Башилов А.С., Осін М.І. Застосування наукомістких технологій в авіакосмічній техніці: Уч. сел. М.: МАТИ, 2004
12 Шибанов А. Турботи космічного архітектора. М.: «ДІТ. ЛІТ-РА», 1982
13 Славін С.М. Таємниці військової космонавтики. М: Віче, 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 Авіапанорама, №5, 2013
22 Парфьонов В.А. Повернення із космосу Науково-популярна бібліотека військового видавництва. М: Вид-во Воєніздат 1961
23 www.npomash.ru
24 Збірник доповідей вчених та спеціалістів ВАТ «ВПК «НУО машинобудування» на XXXVI Академічних читаннях з космонавтики, 2012
25 Розробка систем космічних апаратів/П/р. П.Фортескью, та ін; Пров. з англ. М: Альпіна Паблішер, 2015
26 Акішин А.І., Новіков Л.С. Вплив довкілля матеріали космічних апаратів, М.: Знання, 1983
27 Салахутдінов Г. М. Тепловий захист у космічній техніці. М: Знання, 1982
28 Молодцов В.А. Пілотовані космічні польоти. 2002
29 uk.espacenet.com
30 www.mai.ru
31 Бренсон Р. Досягти небес. Пров. з англ. М: Альпіна нон фікшн, 2013
32 www.virgingalactic.com
33 www.thespaceshipcompany.com
34 www.xcor.com
35 bristolspaceplanes.com
36 Соболєв І. Літаючі по параболі, Техніка-Молоді, №, 2004
37 Дмитрієв А.С., Кошелєв В.А. Космічні двигуни майбутнього. М: Знання, 1982
38 Єрохін Б.Т. Теорія та проектування ракетних двигунів: Уч-к. СПБ: Вид-во «Лань», 2015
39 www.kbkha.ru
40 Баєв Л.К., Меркулов І.А. Літак-Ракета. М: Держ. Вид-во техніко-теоретичної літератури, 1956
41 www.ciam.ru
42 Бассард Р., Делауер Р. Ядерні двигуни для літаків та ракет. Зменш. пров. з англ. Р.Авалова та ін, М.: Військове вид-во, 1967
43 Одного разу і назавжди... Документи та люди про Валентина Петровича Глушка, М: Машиностр., 1998
44 www.redstaratom.ru
45 КОНСТРУКТОРСЬКЕ БЮРО ХІМАВТОМАТИКИ (брошура). Воронеж, 2010
46 Зенгер Е. До механіки фотонних ракет. Пров. з ним. В.М.Пацкевича; п/р І.М.Халатнікова. М: Вид-во іностр. літ-ри, 1958
47 Електричні ракетні двигуни космічних апаратів/С.Д.Грішин, Л.В.Лєсков. М: Машиностр.,1989
48 Аерокосмічний огляд №№3,4,5, 2005
49 Дев'ять місяців на МКС: репортаж із орбіти. Наука та життя, №1, 2016, стор.
50 Данилов С. Космос у колізіях, ілюзіях та оклюзіях, Техніка молоді, №1, 2016

Сучасні технології та відкриття виводять освоєння космосу на зовсім інший рівень, проте міжзоряні перельоти поки що залишаються мрією. Але чи так вона нереальна та недосяжна? Що ми можемо вже зараз і чого чекати у найближчому майбутньому?

11.10.2011, ВТ, 17:27, Мск

Телескопа "Кеплер" астрономи виявили 54 екзопланети, що потенційно живуть. Ці далекі світи перебувають у населеній зоні, тобто. на певній відстані від центральної зірки, що дозволяє підтримувати на поверхні планети воду рідкому вигляді.

Однак відповідь на головне питання, чи самотні ми у Всесвіті, отримати важко - через величезну дистанцію, що розділяє Сонячну систему і наших найближчих сусідів. Наприклад, «перспективна» планета Gliese 581g знаходиться на відстані 20 світлових років – це досить близько за космічними мірками, але поки що занадто далеко для земних інструментів.

Велика кількість екзопланет в радіусі 100 і менше світлових років від Землі і величезний науковий і навіть цивілізаційний інтерес, які вони представляють для людства, змушують по-новому глянути на досі фантастичну ідею міжзоряних перельотів.

Найближчі до нашої Сонячної системи зірки

Політ до інших зірок – це, зрозуміло, питання технологій. Більше того, існує кілька можливостей для досягнення такої далекої мети, і вибір на користь того чи іншого способу ще не зроблено.

Дорогу безпілотникам

Людство вже відправляло до космосу міжзоряні апарати: зонди Pioneer та Voyager. В даний час вони покинули межі Сонячної системи, проте їх швидкість не дозволяє говорити про якесь швидке досягнення мети. Так, Voyager 1, що рухається зі швидкістю близько 17 км/с, навіть до найближчої до нас зірки Проксима Центавра (4,2 світлового року) летітиме неймовірно довгий термін - 17 тисяч років.

Очевидно, що із сучасними ракетними двигунами ми нікуди далі Сонячної системи не виберемося: для транспортування 1 кг вантажу навіть до недалекої Проксіми Центавру потрібні десятки тисяч тонн палива. При цьому зі зростанням маси корабля збільшується кількість необхідного палива, і для транспортування потрібне додаткове пальне. Замкнене коло, що ставить хрест на баках з хімічним паливом - будівництво космічного судна вагою в мільярди тонн є абсолютно неймовірною витівкою. Прості обчислення за формулою Ціолковського демонструють, що для прискорення космічних апаратів з ракетним двигуном на хімічному паливі до швидкості приблизно 10% швидкості світла потрібно більше пального, ніж доступно у відомому всесвіті.

Реакція термоядерного синтезу виробляє енергії на одиницю маси загалом у мільйон разів більше, ніж хімічні процеси згоряння. Саме тому в 1970-х роках НАСА звернули увагу на можливість застосування термоядерних ракетних двигунів. Проект безпілотного космічного корабля Дедал передбачав створення двигуна, в якому невеликі гранули термоядерного палива подаватимуться в камеру згоряння і підпалюватимуться пучками електронів. Продукти термоядерної реакції вилітають із сопла двигуна і надають прискорення кораблю.

Космічний корабель Дедал у порівнянні з хмарочосом Емпайр Стейт Білдінг

Дедал мав взяти на борт 50 тис. тонн паливних гранул діаметром 40 та 20 мм. Гранули складаються з ядра з дейтерієм та тритієм та оболонки з гелію-3. Останній становить лише 10-15 % маси паливної гранули, але, власне, і є паливом. Гелія-3 у надлишку на Місяці, а дейтерій широко використовується в атомній промисловості. Дейтерієве ядро ​​служить детонатором для запалення реакції синтезу і провокує потужну реакцію з викидом реактивного плазмового струменя, який управляється потужним магнітним полем. Основна молібденова камера згоряння двигуна Дедала повинна була мати вагу понад 218 тонн, камера другого ступеня – 25 тонн. Магнітні надпровідні котушки теж під стать величезному реактору: перша вагою 124,7 т, а друга - 43,6 т. Для порівняння: суха маса шатлу менше 100 т.

Політ Дедала планувався двоетапним: двигун першого ступеня мав пропрацювати понад 2 роки та спалити 16 млрд паливних гранул. Після відділення першого ступеня майже два роки працював двигун другого ступеня. Таким чином, за 3,81 року безперервного прискорення Дедал досяг би максимальної швидкості 12,2% швидкості світла. Відстань до зірки Барнарда (5,96 світлових років) такий корабель подолає за 50 років і зможе, пролітаючи крізь далеку зіркову систему, передати радіозв'язку на Землю результати своїх спостережень. Таким чином, вся місія триватиме близько 56 років.

Тор Стенфорда – колосальна споруда з цілими містами всередині обода

Незважаючи на великі складності із забезпеченням надійності численних систем Дедала та його величезною вартістю, цей проект реалізуємо на сучасному рівні технологій. Більше того, 2009 року команда ентузіастів відродила роботу над проектом термоядерного корабля. В даний час проект Ікар включає 20 наукових тем з теоретичної розробки систем та матеріалів міжзоряного корабля.

Таким чином, вже сьогодні можливі безпілотні міжзоряні польоти на відстань до 10 світлових років, які займуть близько 100 років польоту, плюс час на подорож радіосигналу назад на Землю. У цей радіус укладаються зіркові системи Альфа Центавра, Зірка Барнарда, Сіріус, Епсілон Ерідана, UV Кита, Росс 154 та 248, CN Лева, WISE 1541-2250. Як бачимо, поруч із Землею достатньо об'єктів для вивчення за допомогою безпілотних місій. Але якщо роботи знайдуть щось справді незвичайне та унікальне, наприклад, складну біосферу? Чи зможе вирушити до далеких планет експедиція за участю людей?

Політ довжиною у життя

Якщо безпілотний корабель ми можемо починати будувати вже сьогодні, то з пілотованими справи складніші. Насамперед гостро стоїть питання часу польоту. Візьмемо ту саму зірку Барнарда. До пілотованого польоту космонавтів доведеться готувати зі шкільної лави, оскільки навіть якщо старт із Землі відбудеться в їхнє 20-річчя, то цілі польоту корабель досягне до 70-річчя або навіть 100-річчя (з огляду на необхідність гальмування, в якому немає потреби в безпілотному польоті) . Підбір екіпажу в юнацькому віці загрожує психологічною несумісністю та міжособистісними конфліктами, а вік у 100 не дає надію на плідну роботу на поверхні планети та на повернення додому.

Але чи є сенс повертатися? Численні дослідження НАСА призводять до невтішного висновку: тривале перебування у невагомості незворотно зруйнує здоров'я космонавтів. Так, робота професора біології Роберта Фіттса з космонавтами МКС показує, що навіть незважаючи на активні фізичні вправи на борту космічного корабля, після трирічної місії на Марс великі м'язи, наприклад литкові, стануть на 50% слабшими. Аналогічно знижується і мінеральна щільність кісткової тканини. В результаті працездатність і виживання в екстремальних ситуаціях зменшується в рази, а період адаптації до нормальної тяжкості складе не менше року. А політ у невагомості протягом десятків років поставить під питання самі життя космонавтів. Можливо, людський організм зможе відновитися, наприклад, у процесі гальмування з гравітацією, що поступово наростає. Однак ризик загибелі все одно занадто високий і потребує радикального вирішення.

Складною залишається проблема радіації. Навіть поблизу Землі (на борту МКС) космонавти перебувають не більше ніж півроку через небезпеку радіаційного опромінення. Міжпланетний корабель доведеться оснастити важким захистом, але при цьому залишається питання впливу радіації на організм людини. Зокрема, на ризик онкологічних захворювань, розвиток яких у невагомості практично не вивчений. На початку цього року вчений Красимир Іванов із Німецького аерокосмічного центру в Кельні опублікував результати цікавого дослідження поведінки клітин меланоми (найнебезпечнішої форми раку шкіри) у невагомості. Порівняно з раковими клітинами, вирощеними при нормальній силі тяжкості, клітини, які провели у невагомості 6 та 24 години, менш схильні до метастазів. Це начебто хороша новина, але лише на перший погляд. Справа в тому, що такий «космічний» рак здатний перебувати в стані спокою десятиліття і несподівано масштабно поширюватися при порушенні роботи імунної системи. Крім цього, дослідження дає зрозуміти, що ми ще мало знаємо про реакцію організму людини на тривале перебування в космосі. Сьогодні космонавти, здорові сильні люди, проводять там дуже мало часу, щоб переносити їхній досвід на тривалий міжзоряний переліт.

Проект Біосфера-2 починався з красивої, ретельно підібраної екосистеми, що пахне здоров'ям.

На жаль, вирішити проблему невагомості на міжзоряному кораблі непросто. Доступна можливість створення штучної сили тяжіння за допомогою обертання житлового модуля має ряд складнощів. Щоб створити земну гравітацію, навіть колесо діаметром 200 м доведеться крутити зі швидкістю 3 обороти на хвилину. При такому швидкому обертанні сила Каріоліса створюватиме абсолютно нестерпні для вестибулярного апарату людини навантаження, викликаючи нудоту та гострі напади морської хвороби. Єдине вирішення цієї проблеми – Тор Стенфорда, розроблений вченими Стенфордського університету у 1975 році. Це – величезне кільце діаметром 1,8 км, у якому могли б жити 10 тис. космонавтів. Завдяки своїм розмірам воно забезпечує силу тяжкості на рівні 0.9-1,0 g та цілком комфортне проживання людей. Однак навіть на швидкості обертання нижче, ніж один оберт за хвилину, люди все одно відчуватимуть легкий, але відчутний дискомфорт. При цьому якщо подібний гігантський житловий відсік буде побудований, навіть невеликі зрушення у розважуванні тора вплинуть на швидкість обертання та викличуть коливання всієї конструкції.

…а закінчився екологічною катастрофою

У будь-якому випадку корабель на 10 тис. чоловік – сумнівна витівка. Для створення надійної екосистеми для такого числа людей потрібна величезна кількість рослин, 60 тис. курей, 30 тис. кроликів та стадо великої рогатої худоби. Тільки це може забезпечити дієту на рівні 2400 калорій на день. Проте, всі експерименти зі створення таких замкнутих екосистем незмінно закінчуються провалом. Так, у ході найбільшого експерименту «Біосфера-2» компанії Space Biosphere Ventures було збудовано мережу герметичних будівель загальною площею 1,5 га з 3 тис. видами рослин та тварин. Вся екосистема повинна була стати маленькою «планетою», що самопідтримується, в якій жили 8 осіб. Експеримент тривав 2 роки, але вже після кількох тижнів почалися серйозні проблеми: мікроорганізми та комахи стали неконтрольовано розмножуватися, споживаючи кисень і рослини в занадто великій кількості, також виявилося, що без вітру рослини стали дуже крихкими. Внаслідок локальної екологічної катастрофи люди почали втрачати вагу, кількість кисню знизилася з 21% до 15%, і вченим довелося порушити умови експерименту та постачати восьмерим «космонавтам» кисень та продукти.

Таким чином, створення складних екосистем є помилковим і небезпечним шляхом забезпечення екіпажу міжзоряного корабля киснем та харчуванням. Для вирішення цієї проблеми знадобляться спеціально сконструйовані організми із зміненими генами, здатні харчуватися світлом, відходами та простими речовинами. Наприклад, великі сучасні цехи з виробництва харчових водоростей хлорели можуть виробляти до 40 т суспензії на добу. Один повністю автономний біореактор вагою кілька тонн може виробляти до 300 л суспензії хлорели на добу, чого достатньо для харчування екіпажу в кілька десятків людей. Генетично модифікована хлорела могла б не лише задовольняти потреби екіпажу в поживних речовинах, а й переробляти відходи, включаючи вуглекислий газ. Сьогодні процес генетичного інжинірингу мікроводоростей став звичайною справою, і існують численні зразки, розроблені для очищення стічних вод, вироблення біопалива тощо.

Заморожений сон

Майже всі перераховані вище проблеми пілотованого міжзоряного польоту могла б вирішити одна дуже перспективна технологія - анабіоз або як його ще називають кріостазис. Анабіоз – це уповільнення процесів життєдіяльності людини як мінімум у кілька разів. Якщо вдасться занурити людину в таку штучну летаргію, що уповільнює обмін речовин у 10 разів, то за 100-річний політ він постаріє уві сні лише на 10 років. При цьому полегшується вирішення проблем харчування, постачання кисню, психічних розладів, руйнування організму внаслідок впливу невагомості. Крім того, захистити відсік з анабіозними камерами від мікрометеоритів і радіації простіше, ніж зону великого об'єму.

На жаль, уповільнення процесів життєдіяльності людини – це надзвичайно складне завдання. Але в природі існують організми, здатні впадати в сплячку та збільшувати тривалість свого життя у сотні разів. Наприклад, невелика ящірка під назвою сибірський кутазуб здатна впадати в сплячку в лихоліття і десятиліттями залишатися в живих, навіть будучи вмороженою в брилу льоду з температурою мінус 35-40°С. Відомі випадки, коли кутазуби проводили в сплячці близько 100 років і, як ні в чому не бувало, відтавали і тікали від здивованих дослідників. При цьому звичайна "безперервна" тривалість життя ящірки не перевищує 13 років. Дивовижна здатність вуглезуба пояснюється тим, що його печінка синтезує велику кількість гліцерину, майже 40% від ваги тіла, що захищає клітини від низьких температур.

Біореактор для вирощування генетично модифікованих мікроводоростей та інших мікроорганізмів може вирішити проблему харчування та переробки відходів

Головна перешкода для занурення людини в кріостазис – вода, з якої на 70% складається тіло. При замерзанні вона перетворюється на кристалики льоду, збільшуючись обсягом на 10%, через що розривається клітинна мембрана. Крім того, у міру замерзання розчинені всередині клітини речовини мігрують у воду, що залишилася, порушуючи внутрішньоклітинні іонообмінні процеси, а також організацію білків та інших міжклітинних структур. Загалом, руйнування клітин під час замерзання унеможливлює повернення людини до життя.

Однак існує перспективний шлях вирішення цієї проблеми – клатратні гідрати. Вони були виявлені в далекому 1810, коли британський вчений сер Хемфрі Деві подав у воду хлор під високим тиском і став свідком утворення твердих структур. Це і були клатратні гідрати – одна з форм водяного льоду, до якого включено сторонній газ. На відміну від кристалів льоду, клатратні ґрати менш тверді, не мають гострих граней, зате мають порожнини, в які можуть «сховатися» внутрішньоклітинні речовини. Технологія клатратного анабіозу була б проста: інертний газ, наприклад, ксенон або аргон, температура трохи нижче за нуль, і клітинний метаболізм починає поступово сповільнюватися, поки людина не впадає в кріостазис. На жаль, для утворення клатратних гідратів потрібен високий тиск (близько 8 атмосфер) та дуже висока концентрація газу, розчиненого у воді. Як створити такі умови в живому організмі, поки що невідомо, хоча деякі успіхи в цій галузі є. Так, клатрати здатні захистити тканини серцевого м'яза від руйнування мітохондрій навіть за кріогенних температур (нижче 100 градусів Цельсія), а також запобігти пошкодженню клітинних мембран. Про експерименти з клатратного анабіозу на людях поки не йдеться, оскільки комерційний попит на технології кріостази невеликий і дослідження на цю тему проводяться в основному невеликими компаніями, що пропонують послуги з заморожування тіл померлих.

Політ воднем

У 1960 році фізик Роберт Бассард запропонував оригінальну концепцію прямоточного термоядерного двигуна, який вирішує багато проблем міжзоряного перельоту. Суть полягає у використанні водню та міжзоряного пилу, присутніх у космічному просторі. Космічний корабель з таким двигуном спочатку розганяється на власному паливі, а потім розгортає величезну, діаметром тисячі кілометрів вирву магнітного поля, яке захоплює водень із космічного простору. Цей водень використовується як невичерпне джерело палива для термоядерного ракетного двигуна.

Застосування двигуна Бассарда обіцяє величезні переваги. Насамперед за рахунок «дармового» палива є можливість рухатися з постійним прискоренням у 1 g, а отже – відпадають усі проблеми, пов'язані з невагомістю. Крім того, двигун дозволяє розігнатися до величезної швидкості - в 50% від швидкості світла і навіть більше. Теоретично, рухаючись із прискоренням в 1 g, відстань у 10 світлових років корабель із двигуном Бассарда може подолати приблизно за 12 земних років, причому для екіпажу через релятивістські ефекти пройшло б лише 5 років корабельного часу.

На жаль, на шляху створення корабля з двигуном Бассарда стоїть низка серйозних проблем, які не можна вирішити на сучасному рівні технологій. Насамперед необхідно створити гігантську та надійну пастку для водню, що генерує магнітні поля гігантської сили. При цьому вона повинна забезпечувати мінімальні втрати та ефективне транспортування водню до термоядерного реактора. Сам процес термоядерної реакції перетворення чотирьох атомів водню на атом гелію, запропонований Бассардом, викликає чимало питань. Справа в тому, що ця найпростіша реакція важко здійснити в прямоточному реакторі, оскільки вона занадто повільно йде і, в принципі, можлива лише всередині зірок.

Однак прогрес у вивченні термоядерного синтезу дозволяє сподіватися, що проблема може бути вирішена, наприклад, використанням «екзотичних» ізотопів та антиматерії як каталізатор реакції.

Сибірський кута зуб може впадати в анабіоз на десятиліття

Поки дослідження на тему двигуна Бассарда лежать виключно в теоретичній площині. Потрібні розрахунки, що базуються на реальних технологіях. Насамперед, потрібно розробити двигун, здатний виробити енергію, достатню для живлення магнітної пастки та підтримки термоядерної реакції, виробництва антиматерії та подолання опору міжзоряного середовища, яке гальмуватиме величезне електромагнітне «вітрило».

Антиматерія на допомогу

Можливо, це звучить дивно, але сьогодні людство ближче до створення двигуна, що працює на антиматерії, ніж до інтуїтивно зрозумілого і простого на перший погляд прямоточного двигуна Бассарда.

Термоядерний реактор на дейтерії та тритії може генерувати 6х1011 Дж на 1 г водню – виглядає переконливо, особливо якщо врахувати, що це в 10 мільйонів разів більш ефективно, ніж хімічні ракети. Реакція матерії та антиматерії виробляє приблизно на два порядки більше енергії. Коли йдеться про анігіляцію, розрахунки вченого Марка Мілліса та плід його 27-річної праці не виглядають такими вже й пригнічуючими: Мілліс розрахував витрати енергії на запуск космічного корабля до Альфи Центавра і з'ясував, що вони становитимуть 10 18 Дж, тобто. Майже річне споживання електрики всім людством. Але це лише один кілограм антиречовини.

Зонд розробки Hbar Technologies матиме тонке вітрило з вуглецевого волокна, покритого ураном 238. Врізаючись у вітрило, антиводень анігілюватиме і створює реактивну тягу

Через війну анігіляції водню і антиводню утворюється потужний потік фотонів, швидкість закінчення якого сягає максимуму ракетного двигуна, тобто. швидкість світла. Це ідеальний показник, який дозволяє досягти дуже високих навколосвітніх швидкостей польоту космічного корабля з фотонним двигуном. На жаль, застосувати антиматерію як ракетне паливо дуже непросто, оскільки під час анігіляції відбуваються спалахи найпотужнішого гамма-випромінювання, яке вб'є космонавтів. Також поки що не існує технологій зберігання великої кількості антиречовини, та й сам факт накопичення тонн антиматерії, навіть у космосі далеко від Землі, є серйозною загрозою, оскільки анігіляція навіть одного кілограма антиматерії еквівалентна ядерному вибуху потужністю 43 мегатонни (вибух такої сили здатний перетворити на території США). Вартість антиречовини є ще одним фактором, що ускладнює міжзоряний політ фотонної тяги. Сучасні технології виробництва антиречовини дозволяють виготовити один грам антиводню за ціною десяток трильйонів доларів.

Проте великі проекти дослідження антиматерії приносять свої плоди. В даний час створені спеціальні сховища позитронів, "магнітні пляшки", що є охолоджені рідким гелієм ємності зі стінками з магнітних полів. У червні цього року вченим ЦЕРНу вдалося зберегти атоми антиводню протягом 2000 секунд. В Університеті Каліфорнії (США) будується найбільше у світі сховище антиречовини, в якому можна буде накопичувати більше трильйона позитронів. Однією з цілей учених Каліфорнійського університету є створення переносних ємностей для антиречовини, які можна використовувати в наукових цілях далеко від великих прискорювачів. Цей проект користується підтримкою Пентагону, який зацікавлений у військовому застосуванні антиматерії, тому найбільший у світі масив магнітних пляшок навряд чи відчуватиме брак фінансування.

Сучасні прискорювачі зможуть зробити один грам антиводню за кілька сотень років. Це дуже довго, тому єдиний вихід: розробити нову технологію виробництва антиматерії або поєднати зусилля всіх країн нашої планети. Але навіть у цьому випадку за сучасних технологій годі й мріяти про виробництво десятків тонн антиматерії для міжзоряного пілотованого польоту.

Проте все не так вже й сумно. Фахівці НАСА розробили кілька проектів космічних апаратів, які могли б вирушити в глибокий космос, маючи лише один мікрограм антиречовини. У НАСА вважають, що вдосконалення обладнання дозволить виробляти антипротони за ціною приблизно 5 млрд. дол. за 1 грам.

Американська компанія Hbar Technologies за підтримки НАСА розробляє концепцію безпілотних зондів, що рухаються двигуном, що працює на антиводні. Першою метою цього проекту є створення безпілотного космічного апарату, який зміг би менш ніж за 10 років дістатися до пояса Койпера на околиці Сонячної системи. Сьогодні долетіти до таких віддалених точок за 5-7 років неможливо, зокрема, зонд НАСА New Horizons пролетить крізь пояс Койпера через 15 років після запуску.

Зонд, що долає відстань у 250 а. за 10 років, буде дуже маленьким, з корисним навантаженням всього 10 мг, але йому і антиводню потрібно трохи - 30 мг. Теватрон виробить таку кількість за кілька десятиліть і вчені змогли б протестувати концепцію нового двигуна в ході реальної космічної місії.

Попередні розрахунки також показують, що подібним чином можна надіслати невеликий зонд до Альфи Центавра. На одному грамі антиводню він долетить до далекої зірки за 40 років.

Може здатися, що все вищезгадане - фантастика і не має відношення до найближчого майбутнього. На щастя, це не так. Поки увага громадськості прикута до світових криз, провалів поп-зірок та інших актуальних подій, залишаються в тіні епохальні ініціативи. Космічне агентство НАСА запустило грандіозний проект 100 Year Starship, який передбачає поетапне та багаторічне створення наукового та технологічного фундаменту для міжпланетних та міжзоряних польотів. Ця програма не має аналогів в історії людства і має залучити вчених, інженерів та ентузіастів інших професій з усього світу. З 30 вересня до 2 жовтня 2011 року в Орландо (штат Флорида) відбудеться симпозіум, на якому обговорюватимуться різні технології космічних польотів. На підставі результатів таких заходів фахівці НАСА розроблятимуть бізнес-план з надання допомоги певним галузям та компаніям, які розробляють поки що відсутні, але необхідні для майбутнього міжзоряного перельоту технології. Якщо амбітна програма НАСА увінчається успіхом, вже через 100 років людство буде здатне побудувати міжзоряний корабель, а Сонячною системою ми переміщатимемося з такою ж легкістю, як сьогодні перелітаємо з материка на материк.

Михайло Левкевич

Роздрукувати

Через 10 років наша галузь перетворюється, заявив Денис Мюленберг, генеральний директор, президент та голова корпорації Боїнг. Він передбачає виробництво ракет, низькоорбітальних космічних апаратів і збільшення кількості звичайних пасажирських літаків, але якими б вони не були, Боїнг їх вироблятиме.

Виступаючи на GeekWire Summit, Мюленберг сказав, що в майбутньому між повітряними і космічними перевезеннями вже не буде чіткого розмежування, навпаки, відбудеться інтеграція цих видів перевезень, яка включає персональні повітряні таксі, традиційні літаки, надзвуковий транспорт і комерційні космічні кора.

«Протягом десятиліття ви побачите, як низькоорбітальні космічні подорожі стануть набагато звичнішими, ніж сьогодні. Космічний туризм, фабрики в космосі… такі складові екосистеми, що виникає сьогодні, і ми братимемо активну участь у створенні транспортних систем для забезпечення доступу до цих об'єктів».

Участь Боїнг в цьому інтегрованому майбутньому зосереджено навколо космічного корабля CST-100 Starliner, який компанія має намір ввести в дію для транспортування астронавтів вже наступного року. "Можна вважати, що це буде наш перший апарат серед тих, які в майбутньому утворюють портфоліо комерційних космічних пристроїв, що випускаються поряд з нашими комерційними літаками", - додав Мюленберг.

Якщо план саме такий, початок його реалізації виявився непростим. Нещодавні випробування однієї із систем Starliner виявилися невдалими, після чого Боїнг переніс наступні випробування із серпня на кінець поточного року або на початок наступного. З урахуванням недавньої аварії ракети-носія «Союз» на розробників космічного транспорту, таких як Боїнг та SpaceX, покладатиметься більше надій щодо виробництва функціонально ефективних та безпечних апаратів для обслуговування Міжнародної космічної станції (МКС).

Не виключено, що насиченість повітряного простору літальними апаратами зростатиме, і тоді будуть потрібні більш розвинені засоби управління повітряними перевезеннями. Боїнг вже співпрацює з NASA та іншими компаніями у 35-мільярдному проекті створення такої системи нового покоління для повітряного простору США; ця система має бути готова до 2030 року.

Якщо Боїнг збирається стати головним гравцем в аерокосмічній галузі, компанії необхідно вирішувати проблеми вже стосовно нинішньої продукції. Наприклад, цього літа була проблема з постачанням великої кількості Боїнг-737, які не могли бути відправлені замовникам через відсутність двигунів. Втім, це не позначилося на фінансових показниках Боїнг, які у другому кварталі виглядали добре.

Лідуючи в аерокосмічній галузі, Боїнг зазнає значної конкуренції з боку Airbus (у повітрі) і SpaceX (у космосі). Це не заважає Мюленбергу мріяти про космічний транспорт: він багато разів повторив, що перші люди, які висадяться на Марсі, зроблять це за допомогою ракети, збудованої в Боїнг.

сайт: Наприкінці цієї замітки наводиться посилання на статтю про успіхи аерокосмічного сектора у другому кварталі 2018 року. Загалом у порівнянні з минулим роком у цьому кварталі сектор збільшив виторг на 7.6%: у тому числі: Lockheed Martin – $13.4 мільярда, плюс 23.5%, Airbus – $17.16, плюс 8% (завдяки успіху А320 neo), $24.26, плюс 6% . Зазначається, що поряд з повідомленнями про успіхи, компанії галузі висловлюють занепокоєння з приводу торгових воєн, що розгортаються, до яких аерокосмічний сектор особливо чуйний через характерний для галузі глобального характеру ланцюжків поставок.

Офіс Boeing в Чикаго (фотографія з сайту компанії)

Ми вже давно звикли до наявності зупинок громадського транспорту неподалік будинку, до щоденного відправлення від найближчого вокзалу десятків поїздів, вильоту з аеропортів літаків. Пропади загальнодоступний транспорт - і звичний нам світ просто впаде! Але, звикнувши до зручності, ми починаємо вимагати ще більшого! Який розвиток на нас чекає?

Шосе - труби

Моторошний трафік - одна з провідних проблем усіх мегаполісів. Причиною їх нерідко є не лише погана організація транспортних розв'язок та магістралей, а й метеоумови. Навіщо ходити далеко: російські снігопади нерідко призводять до колапсів на дорогах.

Одне з найефективніших рішень – приховування основної частини потоків транспорту під землею. Кількість та розміри автомобільних тунелів із роками лише зростає. Але обходяться вони дорого, та й обмежені у розвитку ландшафтом. Ці проблеми можна вирішити, замінивши тунелі на труби!

Генрі Лью, інженер та будівельник з Америки, вже запропонував свою розробку трубопроводу для транспорту. По ньому можна буде пересилати великі вантажні контейнери, що рухаються електрикою. Розглядали його проект для застосування у Нью-Йорку, відомому своїми величезними пробками. Лише у цьому місті перенесення вантажних перевезень у труби скоротить рух автомобілів лише за рік на десяток мільярдів миль. У результаті покращиться екологічна обстановка, знизиться навантаження на траси міста. Про збереження та своєчасність доставки вантажів також не слід забувати.

Перевозити в таких трубопроводах можна також і людей. Подібну пасажирську транспортну систему запропонував Елон Маск, американський мільйонер. До «Гіперпетлі» Маска увійде система трубопроводів, розміщених на естакадах, діаметр яких перевищить пару метрів. Вони планується підтримувати низький тиск. У трубах планується переміщення капсул, що ширяють трохи вище за дно завдяки закачаному туди повітрю. Швидкість капсул завдяки електромагнітному імпульсу може досягати шести сотень кілометрів за півгодини.

Польоти поїздом

Потяги розвиватимуться, стаючи все більш місткими та швидкісними. Вже обговорюють неймовірний проект траси від Лондона до Пекіна, підготовлений китайцями. Супершвидкісну дорогу завдовжки вісім - дев'ять тисяч кілометрів хочуть збудувати до 2020-го року.

Потяги проїдуть під Ла-Маншем, далі – через Європу, Росію, Астану, Далекий Схід та Хабаровськ. Звідти – фінальний переїзд до Пекіна. На всю дорогу потрібно кілька діб, межа швидкості - 320 км/год. Зазначимо, що російський «Сапсан» розганяється лише до 250 км/год.

Але і ця швидкість – не межа! Потяг «Маглев», названий від словосполучення Magnetic Levitation, легко досягає швидкості руху 581 км/год. Підтримуваний магнітним полем у повітрі, він летить над рейками, а не їде ними. Нині ці поїзди – рідкісна екзотика. Але в майбутньому таку технологію можна розвивати.

Автомобіль під водою: нереально, але він є!

На революцію чекають і у водному транспорті. Експерти досліджують проекти підводних швидкісних апаратів та підводних мотоциклів. Що вже казати про індивідуальні підводні човни!

Організований у Швейцарії проект під назвою sQuba створений для розробки оригінального автомобіля, що вміє з'їжджати у воду прямо з траси і, рухаючись хвилями, навіть занурюватися в них! Потім машина може запросто повернутися на сушу, продовживши рух дорогою.

Конструктори новинки були натхненні однією з кінострічок про Джеймса Бонда. Реальний підводний автомобіль виставлявся в Женевському автосалоні у вигляді відкритого спорткара. Ця модель дуже легка і дозволяє екіпажу залишати авто у разі небезпеки.

Рух під водою забезпечується парою гвинтів, що знаходяться під заднім бампером, а також парою поворотних водометів біля передніх колісних арок. Все це працює за допомогою електродвигунів. Звичайно, доведеться додавати в модель водостійкий ковпак, щоб водій та пасажири не промокали.

Готові вирушати до космосу?

Авіація, не відстаючи інших видів транспорту, активно розвивається. Відмовившись від надзвукових лайнерів на кшталт "Конкорду", вона зважилася вийти у відкритий космос. Британські конструктори працюють над космольотом, або інакше – орбітальним літаком під назвою «Скайлон».

Він зможе підніматися на гібридному двигуні з аеродрому та досягати гіперзвукової швидкості, вона перевищує звукову більш ніж у п'ять разів. Діставшись до висоти 26 кілометрів, він перейде на харчування киснем зі своїх же баків, а потім вийде в космос. Приземлення - подібно до приземлення літака. Тобто ніяких зовнішніх прискорювачів, розгінних щаблів або паливних баків, що скидаються. На весь рейс знадобиться лише кілька двигунів.

Працюють поки що над безпілотною версією «Скайлона». Такий космічний носій зможе вивести на орбіту 12 тонн вантажу. Зауважимо тут, що «Союз», російська ракета, справляється лише із сімома тоннами. Використовувати ж космоліт, на відміну від ракети, можна і багаторазово. У підсумку вартість доставки знизиться в 15 разів.

Паралельно конструктори розмірковують над пілотованим варіантом. Змінивши конструкцію вантажного відсіку, створивши системи безпеки та зробивши ілюмінатори, можна перевезти три сотні пасажирів. За чотири години вони обігнути всю планету! Експериментальну модель запустять уже 2019-го року.

Дивно, але всі перелічені нами види транспорту футурологи описували ще на зорі двадцятого сторіччя. Вони сподівалися, що їх реалізація не за горами. Зі строками вони помилилися, поки все перебуває на стадії розробки. Але у нас є чудова можливість - стати в майбутньому пасажиром одного з перерахованих вище чудес техніки.