Історико-дослідницька робота на тему
« Яке майбутнє у аерокосмічного транспорту?»
SpaceX- Дорога в майбутнє
Про історію та перспективи розвитку компаніїSpaceX
Науковий керівник:Гібатов Ільдар Рафісович, учитель історії МОБУ ЗОШ №2 с. Біжбуляк.
Гіпотеза дослідження:у майбутньому можна буде використовувати проекти SpaceX як універсальний аерокосмічний транспорт.
Мета роботи: з'ясувати, чи можна для розвитку аерокосмічного транспорту використовувати проекти Space X
Завдання:
- Вивчити історію компанії;
- Вивчити еволюцію ракетоносіїв SpaceX;
- Вивчити перспективи проектів
Методи дослідження:
- Вивчення та аналіз літератури та відповідних сайтів у мережі Інтернет;
- Аналіз звітів компанії;
- Порівняння із вітчизняними ідеями.
Об'єкт дослідження:приватна космічна компанія Space Exploration Technologies
ПроектSpaceX.Історія проекту
Шляхом вивчення літератури та джерел у мережі Інтернет я дізнаюся про проект SpaceX, її засновника, історію створення компанії. У ході досліджень вивчаю її ракетоносії та наводжу їх технічні характеристики, розбираю причини невдалих запусків
Перспективи ракетоносіївSpaceX
Продовжуючи знайомитися зі SpaceX, я з'ясував, що наступним розвитком її ракет є РН Falcon Heavy - ракета надважкого класу, вона буде здатна доставити повністю завантажений космічний корабель Dragon на Марс або Юпітер. Також дізнаюся, що в ній буде використано унікальну систему перехресної подачі палива.
Двигуни, розроблені в компаніїSpaceX
Компанія SpaceX у своїх РН використовує двигуни власної розробки Merlin, які працюють за схемою відкритого циклу. Дана схема проста, надійна, і недорога у створенні та використанні, також це з великим доробком на майбутнє, сприяє використанню багаторазових систем. Наводжу порівняння тяги двигуна з іншими та їх вартість, обчислюю тягоозброєність двигуна.
Reusable - багаторазовість
Досліджуючи ракетоносії та двигуни компанії, я дізнався про проект повертається першого ступеня ракетоносіїв компанії SpaceX. Я з'ясував, що у такий спосіб вартість запуску знижується на ~60%. І ці кошти компанія може вкласти у свої майбутні розробки та перспективи.
У 2004 році компанія почала розробляти корабель Dragon, свій перший політ він здійснив у грудні 2010 року. Унікальність Dragon полягає у можливості повертати вантажі з МКС на Землю і це перший корабель, зроблений приватною компанією, який пристикувався до МКС Дізнаюся, що в перспективі корабля є унікальна місія «Mars 2020».
Висновок
На основі всіх наведених матеріалів я дійшов висновку, що в майбутньому можна буде використовувати проект SpaceX для аерокосмічного транспорту.
Список використаної літератури
- Ешлі Венс - Ілон Маск. Tesla, SpaceX та дорога в майбутнє. (Видавництво: Олімп-Бізнес; 2015 р.; ISBN 978-5-9693-0307-2, 978-0-06-230123-9, 978-59693-0330-0)
- В.А. Афанасьєв - Експериментальне відпрацювання космічних літальних апаратів (Видавництво: М.: Вид-во МАІ.; 1994; ISBN: 5-7035-0318-3)
- В. Максимовський - «Ангара-Байкал. Про розгінному ракетному модулі багаторазового використання»
- Офіційний сайт SpaceX - http://spacex.com
- Офіційний YouTube-канал SpaceX - https://goo.gl/w6x3gW
- Матеріал з Вікіпедії - https://ua.wikipedia.org/wiki/SpaceX
Дива не сталося, як і на початку третього тисячоліття, коли ми, за Реєм Бредбері, мали колонізувати Марс. Часто говорять про пророцтва наукової фантастики, але не треба забувати і про невдалі прогнози - катастрофічно красиві, але все-таки провали.
Де ж автомобілі, що літають?
Техніка під такою назвою є, але насправді це лише гібрид машини із літаком. І хоча останні зразки виглядають футуристично, Вони дуже і дуже затратні і мало схожі на антигравітаційний транспорт у «П'ятому елементі». Ще далі від нього інші розробки, подібні до пристрою з вертольотом, або зовсім оснащені парашутом та заднім пропелером. Тут швидше на думку спадає інша фантастика - Карлсон, який живе на даху. Чарівно, але інноваційністю тут і не пахне.
У фільмах та комп'ютерних іграх миготіла та інша версія індивідуального транспорту – реактивний ранець. Його, наприклад, показували в Зоряні війни» та «Робокопі». Але і тут до масового вживання справа не дійшла, і навряд чи скоро дійде - палива вистачає всього на півхвилини польоту, причому ці обсяги коштують круглу суму.
Самі ми, мабуть, вже настільки не чекаємо на чудеса, що радіємо навіть такому творінню китайського інноваційного генія, як «портальний автобус». Зате він реальний, як і монорейка в Москві або японський поїзд, що розвиває швидкість до 603 км/год.
І все-таки, для людської уяви кордону неприпустимі. Наукова фантастика минулого, та й просто фантазії наших предків на тему майбутнього набули особливої чарівності та нової найменування - «ретрофутуризм». Романтична, захоплена любов до технологій та бажання передбачити майбутні відкриття - це може сьогодні і розчулювати, і надихати.
Перевинайти колесо
Ще до того, як автомобіль захотіли «підняти у повітря», виникали ідеї його вдосконалити. Причому найголовніше - винайти колесо по-новому! Японський журнал 1936 року представив концепт авто з кулями замість звичайних шин: на думку авторів, ця ідея забезпечила б транспорту плавний хід. Не така вже безглузда задумка, на думку навіть сучасних інженерів. У 2016 році подібну розробку представила американська компанія Goodyear, найбільший виробник шин.
Гігантоманія народила інше уявне диво техніки - корабель на величезних колесах, який мав, на думку винахідника, борознити піски Сахари та вирішити проблему з транспортом у регіоні. Боротьба з самумами та іншими лихами пустель, включаючи спеку, була передбачена конструкцією, і інженер обіцяв «поїздку, яка перетвориться на приємну подорож тими місцями, де тисячі поколінь боролися марно зі стихійними силами і гинули в нерівній боротьбі». Так про це писав журнал «Навколо світу» в 1927 році. Невідомо, наскільки вдалою була ідея – до втілення все одно не дійшло. Хоча можна припускати, що на обіцяне кондиціювання такої машини, та ще й на подолання пісків зубчастими колесами йшла б безліч ресурсів.
Для громадського користування, щоправда, пропонувалися якраз компактні моделі. В 1947 інженер Едуард Верейкен з Брюсселя запатентував дицикл - самохідну коляску , що складалася з двох величезних коліс і відкритої кабіни посередині. Сам винахідник стверджував, що транспорт може розганятися до 185 км/год - але віриться в це важко. Та й безпека пасажирів залишається під сумнівом. Лише у шведському аналогу 1999 року за авторством Йонаса Б'єркхольтца було враховано всі проблеми конструкції. Але використовують його заразлише для розваги публіки.
Поїзди були іншою улюбленою темою інженерів та мрійників. Багато сподівань покладали на монорейки, хоча представляли їх досить незвично - наприклад, так чи ось так. Але і звичайні поїзди бачили куди більш досконалими в майбутньому - комфортабельними, просторими, та ще й з видом на зірки.
"Корабель пустелі" за версією 1927 року.
Кожній людині – вертольотом!
Де фантазія розгорталася на повну – так це літаючий транспорт. Уява наших предків породила і тарілкового виду літаки, і літаки з крилами внизу і турбодвигунами в носовій частині, і навіть літаки-підводні човни. Всього не згадаєш – ви можете і самостійно подивитися галереї на Reddit або добірки за ключовими словами на Pinterest.
Але що особливо стосується всіх цих проектів, так це віра в загальнодоступність транспорту майбутнього. Людина тільки-но підкорила повітря, а американські журнали пишуть: «Helicopters for Everybody!» («Вертольоти в кожен дім!»). І серед усіх цих вирізок із преси майже вікової давності можна побачити малюнки особистих літаків. Тоді й справді чекали від майбутнього лише прагнення догори, і наукового прогресу, і якості життя кожного.
Чи віриться тепер у це, коли стоїш у годину пік у пробці? Або коли трясешся на верхній полиці плацкартного вагона? Затискаючи в руці смартфон, обчислювальні потужності якого, як відомо, вищі за обладнання NASA у 1969 році?
XXI століття ще не відбулося - точно не відбулося таким, як його чекали шанувальники технічного прогресу. Але майбутнє, як з'ясувалося, непередбачуване. Повільними темпами, але воно приходить - пропонуємо ознайомитися з футуристичним транспортом сьогодення.
Сьогоднішнє майбутнє
Сегвей став одним із наймодніших видів особистого транспорту за останній час, технологічним конкурентом для велосипедів та самокатів. У чому його футуристичність? "Рулити" вам доведеться виключно своїм тілом: гіроскоп та інші датчики в його пристрої реагують на нахил. І тільки повертати доведеться рукояткою чи спеціальною колонкою. Повністю інтуїтивним є управління гіроскутером та моноциклом – треба сказати, саме ці різновиди сьогодні і популярні.
У Набережних Човнах та Москві сегвей використовує навіть поліція. У багатьох містах з'явилися пункти прокату, де можна на якийсь час стати володарем двоколісної «самохідної коляски» або моноциклу. На ринку моноцикл може коштувати до півмільйона рублів, але за 20-30 тисяч цілком реально придбати моноцикл, що витримує без підзарядки 15 кілометрів.
Інший представник сучасного електротранспорту – електромобіль. Будучи винайдений ще раніше звичних нам авто, що працюють на паливі, він все ще залишається символом майбутнього. Причин тому багато: і економія ресурсів, і екологічність, і незалежність від кон'юнктури нафтового ринку. Прокататися на електромобілі сьогодні найпростіше, особливо для мешканців Москви та Санкт-Петербурга: достатньо звернутися до служби таксі, в автопарку якої є такі моделі. У Яндекс.Таксі, наприклад, нещодавно з'явився одним з найбільш досконалих електрокарів, Tesla Model S. Можливості його вражаючі: буквально за кілька секунд він здатний розігнатися до 100 км/год, при цьому хід практично безшумний.
Найінноваційніший транспорт, який відомий росіянам – це, звичайно, московська монорейка, «тринадцята гілка метро». Повною мірою він почав функціонувати ще 2008 року, але навіть зараз не всі мешканці регіонів про нього чули. Начебто зійшов з тих же ретрофутуристичних вирізок із журналів, але адаптований до реалій, монорейка - улюбленець публіки. Вражає уяву та розташування дороги – це естакада, тобто шлях поїзда повністю проходить над Москвою. Маршрут проходить від станції «Тимірязєвська» до вулиці Сергія Ейзенштейна. Щоправда, останнім часом точаться розмови про демонтаж шляху, хоча останнім словомпоки що залишається пропозиція зробити з нього «туристичний об'єкт». З окупністю, як з'ясувалося, ця експериментальна дорога має серйозні проблеми.
Ось так, долаючи труднощі сучасного устрою світу, майбутнє таки повільно наближається. Чи чекають на нас у найближчі десятиліття автомобілі, що левітують, кожному і будка для телепортації в кожному дворі? Навряд чи. Чи транспорт майбутнього буде схожий на те, що ми собі можемо уявити? Теж навряд. І не так це й погано.
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 у 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:
Мал. 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, залізничний транспорті океанських лайнерах. На кожного пасажира при польоті на навколоземну орбіту припадає 2,85 м3 обсягу 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 має 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 цій роботі розглянемо сам аерокосмічний ЛА, його частини та пристрої старту.
Строго 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, має бути здатним 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 розумінні!) 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, ефективніші, 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 на меті зменшити масову частку палива в ракеті-носії (РН) або космольоті (у РН понад 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). Був розроблений 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, а однією з основних характеристик РН є їх надійність. Найвищим показником цього параметра 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 заправлення 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 триступеневу систему [З 2191145] з порятунком усіх трьох ступенів (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 із 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 тільки 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 і 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 спеціальних додаткових стартових пристроїв.
З транспортно-пускового контейнера стартують РН «Рокіт» 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 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, і вистрілюється вгору [З 2239586].
6 Аеростат
Цікаві розробки, в яких ЛА - аеростат, заповненим воднем, який споживають двигуни [З 2111147], [АС 1740251]. Така конструкція [ІЗ 2111147] допомагає вирішити проблему зльоту заправленого апарату. Старт повітряно-космічної транспортної системивиробляється із Землі. Підйом апарата, що повертається, проводиться за рахунок аеростатичної підйомної сили, створюваної що знаходиться в балонах воднем (7). В результаті роботи двигунів забезпечується розгін ЛА, що повертається, до швидкості М = 2,5 - 3,0. Як пальне 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 нахилу орбіти, геостаціонарну орбіту і траекторії відльоту 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 смугитільки 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 площпід 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 (згубний політ у 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 у 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 достоїнствами 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-х роках 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 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 товщиною мм, який зволожується рідким холодоагентом із забезпеченням відведення хладагента, що випарувався.
Рис.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 ускладнює дифузію іонів і електронів до поверхні фюзеляжу, тому реакції рекомбінації відбуватимуться на більшій відстані від фюзеляжу, нагрівання фюзеляжу від тепла цих тепла.
Рис.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 щодо 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 становила 15000 К, випарувалося 90 кг абляційного матеріалу (при масі апарату 340 кг).
Цікаву перевагу має схема апарату-диска з абляционно днищем, 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 цій 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 аеродинамічну 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 потрібний 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 кошти повернення з орбіти чи траєкторії виведення. Одним із таких засобів повернення є аеродинамічні поверхні - корпус або крило.
1 Дисколіт
Може вважатися самостійним класом з компонуванням, що включає і «несучий корпус», і «літак».
Багаторазова повітряно-космічна система призначена для виведення на опорну навколоземну орбіту ПН, а також повернення з орбіти на Землю космічних об'єктів за допомогою транспортного космічного корабля (10). Корпус (фюзеляж) і крило сходів і ТКК представляють єдине ціле корпус-крило, профіль якого - напівдиск для сходів та диск для ТКК; обидві 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.
Мал. 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 встановлення стартової направляючої під необхідним кутом. ЛА здійснює посадку на аеродром або водну поверхню зі збереженням стійкого 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 декілька груп реактивних двигунів - маршеві, злітно-посадкові, гальмівні та газотурбінні. Засоби електропостачання містять сонячні батареї.
Рис.12
3. Літакове компонування
Запропоновані схеми надзвичайно різноманітні.
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 становлять одноступінчасті системи, здатні стартувати з Землі.
Розробку одноступінчастих КА веде індійська компанія Едвайзер, Діфенс Рісерч Енд Дев. Оргн - одноступінчастий аерокосмічний літак [51288]. оснащений двома ВРД та двома ЖРД, а повітрозабірник - прямокутної форми.
У 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 [ПО 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 (двоступенева система) вже кілька років перебувають у дослідній експлуатації. Однак 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 членів 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 одноступенева 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 застосовуватися для доставки в космос кількох туристів чи туриста та комплекту наукових приладів для проведення досліджень космічного простору.
Lynx використовує ракетні двигуни багаторазового включення з іскровим запалюванням, 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. Так як основу проекту становлять, 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 (ЗРД 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 використання на космольотах двигунів.
Рідинний реактивний двигун
ЖРД - найпоширеніший двигун КА та РН. Особливістю ЗРД є можливість роботи у всьому діапазоні висот. Однак ЖРД споживають велику кількість пального та окислювача, а також мають відносно невисоку ефективність.
Перспективні напрямки розробок:
- ЗРД з 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 окислювач, або тверде пальне – рідкий окислювач. 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, оскільки 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 ЗРД, і більш високу тягу на 1 м2 площі перерізу, а в ряді випадків 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 зумовлене їхньою високою активністю, значним тепловиділенням і дозволяє створити принципово нові високоефективні ПВРД для керованих ракет. Переваги ПВРД на порошкоподібному металевому паливі, 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 ЦІАМ 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 в камері детонації згоряння і з горінням в пульсуючої детонаційної 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 вищий 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 і в 1,85 рази вище, ніж у водень - фторних ЗРД. Але це також – історія. КБХА було доручено розробити ЯРД РД0410 та РД0411 у 1965 р. .
ЯРД пройшли багаторічні детальні дослідження: протягом 70 - 90-хx років у космосі експлуатувалося понад три десятки ядерних електричних установок (ЯЭУ) трьох модифікацій, призначених для живлення електроенергією апаратури КА за принципом перетворення теплової енергії ядерного реактора в електрику в напівпровід.
Роботи зі створення ЯЕУ для КА продовжує АТ «Червона зірка», [З 2421836], [З 2507617].
Однак 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 переведенням на орбіту, де час існування реактора достатньо для розпаду продуктів поділу 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), яка використовує аеродинамічний дисперс 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.Келдыша 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 витікання 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 риса - 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. У більшості випадків необхідна для роботи ЕРД електрична енергія береться до внутрішніх джерел живлення (радіоізотопного термоелектричного генератора (РІТЕГа), акумуляторів) або від 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 в якості двигунів орієнтації, основних розгінних міжпланетних двигунів КА (Deep Space 1, SMART-1), двигунів малої тяги для підтримки і 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 противника, розвідка та поразка космічних цілей противника 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 їхнього 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.
Передумовами 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 принципи застосовні для наукових і 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 досвідченої 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 «ЛєнТа 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 «НВО 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. Летаючі параболем, 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.Гришин, Л.В.Лєсков. М: Машиностр.,1989
48 Аерокосмічний огляд №№3,4,5, 2005
49 Дев'ять місяців на МКС: репортаж із орбіти. Наука і життя, №1, 2016, стор.
50 Данилов С. Космос у колізіях, ілюзіях та оклюзіях, Техніка молоді, №1, 2016
Міністерство освіти Республіки Башкортостан
МКУ відділ освіти АМР Біжбуляцький район
МОБУ середня загальноосвітня школа №2 с. Біжбуляк
Історико-дослідницька робота на тему
« Яке майбутнє у аерокосмічного транспорту?»
SpaceX - Дорога в майбутнє
Про історію та перспективи розвитку компаніїSpaceX
Виконав: Аглеєв Лінар, 10 клас
МОБУ ЗОШ №2 с. Біжбуляк
МР Біжбуляцький район
Республіка Башкортостан
Адреса школи:
452040 Республіка Башкортостан,
МР Біжбуляцький район,
с. Біжбуляк, вул. Центральна, 72
Телефон: 8 347 43 2 17 21
Факс: 8 347 43 2 17 21
Керівник: Гібатов І.Р.
с. Біжбуляк, 2015
Вступ
Глава 1. ПроектSpaceX
- 1.1 Історія проекту
- 1.2. Перспективи ракетоносіїв SpaceX
- 1.3. Двигуни, розроблені в компанії SpaceX
- 1.4. Reusable — Багаторазовість
- 1.5. Dragon
Висновок
Використана література
Програми
Вступ
Ми зараз живемо на межі колосальної події.
такого, як переселення життя на інші планети.
Ілон Маск
Познайомившись із положенням про олімпіаду Можайського, мене зацікавило питання: «Яке майбутнє аерокосмічний транспорт?». Я вирішив пошукати на нього відповідь. В результаті пошуку я дізнався про проект приватної компанії SpaceX, яка мріє про створення Марсіанського Колоніального Транспорту та здешевлення вартості космічних польотів.
Я висунув гіпотезу:у майбутньому можна буде використовувати проекти SpaceX для аерокосмічного транспорту.
Мета роботи: з'ясувати, чи можна для розвитку аерокосмічного транспорту використовувати проект Space X
Завдання:
- Вивчити історію проекту
- Вивчити еволюцію ракетоносіїв SpaceX, їх двигунів та їх переваги
- Вивчити перспективи проекту SpaceX
Методи дослідження:
- Вивчення та аналіз літератури та відповідних сайтів у мережі Інтернет
- Аналіз звітів компанії
Об'єкт дослідження:приватна космічна компанія SpaceX
Глава 1. ПроектSpaceX
1.1. Історія проекту
Я дізнався, що історія компанії SpaceX розпочинається з 2001 року. Її керівник Ілон Макс усе своє життя захоплювався космосом. Він мріяв створити свій проект із створення ракет. Цей проект він назвав SpaceX – Space Exploration Systems.
Перша ракета, яку розробили у компанії, називалася Falcon 1, оскільки на ній використовувався один двигун Merlin. Ця ракета мала неабиякі характеристики, ракета легкого класу (див. додаток 1). Корисне навантаження становило лише до 600 кілограм. Під час випробувань двигуни то вимикалися, то вибухали.
До 2004 року двигуни стали працювати стабільно.
У 2006 році відбувся перший запуск ракетоносія Falcon 1. Ракета піднялася, стрімко кинулась у небо і на 25 секунді вибухнула. Впала неподалік стартового столу. Причина була у руйнуванні гайки, до якої кріпився паливопровід до двигуна.
Під час другого запуску перший щабель відпрацював ідеально. Після поділу ступенів увімкнувся двигун другого ступеня. Але під час вироблення палива, паливо всередині баків почало плескатися, ступінь почав розгойдуватися і зруйнувався.
Третій запуск було здійснено у серпні 2008 року. Під час третього запуску, під час поділу сходів, перший ступінь не відійшов від другого. Все це сталося через те, що на третій ракеті було встановлено двигун з іншим типом охолодження.
Четвертий запуск було здійснено через місяць після третього запуску. Як корисне навантаження, на відміну від перших запусків, не використовували супутник — у цьому запуску використовувався масогабаритний макет вантажу. У вересні 2008 року перший і другий щабель відпрацювали ідеально і вивели цей масогабаритний вантаж на орбіту з перигеєм 500 кілометрів і апогеєм 700 кілометрів навколо Землі.
Наступним еволюційним кроком у компанії SpaceX була ракета Falcon 9, яка використовувала 9 двигунів Merlin у своїх технологіях. І перша ракета із сімейства Falcon 9 була ракета версії 1.1. (Див. Додаток 2). Falcon 9 (v 1.0) мала дев'ять двигунів, які розташовувалися рядно. Ракета управлялася розподілом тяги між двигунами по периметру. Двигуни не оберталися, не використовувалося керування за рахунок повороту двигуна. Система розподіляла тягу, цим керуючи рухом. Таких ракет було збудовано 5 штук. Після цього почали використовувати нову версію ракети Falcon 9 (v 1.1). У версії 1.1 були збільшені баки, найпомітнішою відмінністю був перехід від рядного розташування двигунів до кільцевого розташування (див. додаток 3,5). Кільцеве розташування дозволило розмістити центральний двигун на підвісі, за рахунок чого керування стало здійснюватися поворотом центрального двигуна. Це було потрібне для того, щоб надалі повертати щабель на Землю. Таких ракет із 19 запусків на даний момент – 5 запусків версії 1.0, а решта 14 – версії 1.1.
Наступна стадія – версія 1.2 (Falcon 9 v 1.2). Корінне відмінність ракети - використання переохолодженого окислювача кисню. Кріогенний кисень пропускають через спеціальний пристрій, через рідкий азот, за рахунок чого він охолоджується приблизно до температури близько -215 градусів за Цельсієм. Це збільшує густину окислювача на 7%, відповідно дозволяє помістити в ракету більше окислювача по масі. Паливо тепер теж охолоджується до температури -30 градусів за Цельсієм - це збільшує ефективність системи охолодження ракети. Falcon 9 версії 1.2 планується у трьох варіантах (див. додаток 6). Перша версія - версія з кораблем Dragon 1, друга - версія з кораблем Dragon 2, що зараз конструюється і третя версія - версія з обтічниками для корисного навантаження, щоб виводити супутники на орбіту. Нова версія дозволила збільшити масу корисного навантаження приблизно на 30%. Це потрібно для того, щоб виводити важкі вантажі на орбіту, і в кожен запуск встановлювати систему повернення щаблі, яка займає певну масу та певне паливо.
1.2. Перспективи ракетоносіївSpace X
Продовжуючи знайомитися з проектом SpaceX, я з'ясував, що наступним, не лише якісним, а й кількісним розвитком ракет компанії SpaceX, є ракетоносій Falcon Heavy (див. додаток 7). Ракета надважкого класу, центральний блок — Falcon 9 плюс два додаткові розгінні блоки, які є першими щаблями ракети. Всі три частини повертаються на Землю. Перші два щаблі планується повертати на берег, на посадкові майданчики, третій ступінь відлітатиме трохи далі своєю балістичною траєкторією і тому планується її садити на плавучий космодром — на баржу. Також у цій ракеті буде використано унікальну систему перехресної подачі палива. У чому вона полягає – під час старту працюють усі три блоки – це 27 двигунів (3х9), але паливо та окислювач беруться з двох крайніх блоків, центральний залишається цілим до відстикування крайніх блоків. Під час їх відстикування паливо починає витрачатися із центральної частини і це дозволяє покращити характеристики ракети. Найбільшими змінами в ракеті є маса, яку вона може виводити на орбіту. На низькоопорну орбіту це 53 тонни — неймовірна маса. На Марс – 13,2 тонни. Falcon Heavy буде здатна доставити повністю завантажений корабель Dragon на Марс і частково завантажений на Юпітер.
1.3. Двигуни, розроблені в компаніїSpaceX
Я дізнався, що в компанії SpaceX розробили прості двигуни Merlin, які використовують відкритий цикл (див. додаток 9,12) Це означає, що частина палива та окислювача використовується для нагнітання палива в камеру згоряння. Використовується газогенератор, у якому згоряє частина палива та окислювача, розкручуючи турбіни, які подають паливо під високим тиском у камеру згоряння, а відпрацьовані гази виходять через патрубок. У першій версії Falcon 1 зміна вектора цього вихлопу використовувалася управління ракетою.
Схема відкритого циклу проста, надійна, вона недорога у створенні та використанні. Тому що в ній використовується невисокий тиск у камері згоряння — і це, з великим доробком на майбутнє, сприяє використанню багаторазових систем.
Я з'ясував, що двигуни Merlin мають не таку вже й високу потяг, як наш легендарний двигун РД-108, і не найвищий питомий імпульс, який показує ефективність роботи двигуна (див. додаток 10)
Однак вони мають перевагу - тягоозброєність (див. додаток 11). Тягоозброєність - це скільки власних мас двигун може підняти. 157 одиниць – для двигуна такої схеми це рекорд. Вище буває лише у ракет, які використовують токсичні види палива. Планується, що двигуни повертатимуться та використовуватимуться повторно.
1.4. Reusable - багаторазовість
Досліджуючи ракетоносії та двигуни компанії, я дізнався про проект першого ступеня, що повертається, ракетоносіїв компанії SpaceX (див. додаток 13). Насправді ця теорія багаторазового використання має як багато прихильників, так і багато противників. Але саме ця функція суттєво здешевлює вартість запусків РН компанії SpaceX. Я з'ясував, що у такий спосіб вартість запуску знижується на ~60%. І ці кошти компанія може вкласти у свої майбутні розробки та перспективи.
Роботи над багаторазовістю почали вестись у 2011 році на полігоні МакГрегор у штаті Техас компанії SpaceX. З використанням випробувального стенду, який називався Grasshopper ( Коник). Ця ракета, яка, по суті, являла собою перший ступінь РН Falcon 9. Чому Коник? Коник, тому що ця ракета «підстрибувала», вона робила підскоки і відпрацьовувала момент посадки щаблі за рахунок зміни тяги двигуна та його вектора.
У 2014 році систему повернення почали ставити на ракетоносії, що діють, які запускалися в рамках місій SpaceX. У квітні 2014 року було здійснено першу спробу посадки сходинки — не на поверхню, а просто в океан. Ракета підійшла до поверхні води на потрібній швидкості, сповільнилася і поринула у воду.
У 2015 році почалися випробування з посадкою сходинки на плавучу баржу-космодром, що знаходилася в океані. На ній використовувалися чотири дизельні двигуни, які утримували баржу в певній точці, з точністю до декількох метрів і ступінь сідала на цю баржу. Випадок, коли було здійснено спробу посадки, був у квітні 2015 року, тоді «майже вийшло»: ракета підійшла добре, вона потрапила куди треба, але внаслідок невеликого знесення вона перекинулася і вибухнула.
22 грудня було здійснено запуск Falcon 9 v.1.2 FT, запуск було здійснено вперше після аварії, що сталася у червні 2015 року. На цей раз SpaceX вперше вдалося здійснити керований спуск на землю нижнього ступеня ракети-носія Falcon 9 (див. додаток 13). Таким чином компанія змогла зберегти її для повторного використання. Я дізнався, що в даний момент ракета проходить необхідні тестування для визначення її стану після запуску та посадки. Ця ракета вже не полетить знову, - Ілон Маск заявив, що вони збережуть її для власного музею.
Подібні проекти намагалися створити й наші співвітчизники. У ДКНВЦ ім. Хрунічева спільно з НВО «Блискавка» розробляли «Байкал» (див. додаток 15) — проект багаторазового прискорювача першого ступеня ракети-носія Ангара. Основна ідея проекту полягала в тому, щоб ракетний прискорювач, що виконав завдання, відокремившись від носія, автоматично повертався до місця старту і приземлявся на літакову злітно-посадкову смугу як крилатий безпілотний літальний апарат. На жаль, наш проект так і залишився на стадії розробки. Розробники показали макет прискорювача у 2001 році на авіакосмічному салоні «МАКС - 2001».
1.5. Dragon
У 2004 році компанія почала розробляти корабель Dragon, свій перший політ він здійснив у грудні 2010 року. Корисний об'єм становить 11 кубічних метрів, також він здатний перевозити вантаж у «багажнику», об'єм якого становить 14 м 3 ( див. додаток 16).
Я з'ясував, що унікальність Dragon полягає у можливості повертати вантажі з МКС на Землю, і це перший корабель, вироблений приватною компанією, який пристикувався до МКС.
Dragon V2 – друга версія корабля. У ньому використовують двигуни Super Draco, повністю надруковані на 3D принтері. Два двигуни об'єднані в 1 кластер. Усього використовується 4 кластери. Використовуючи ці двигуни, корабель буде здатний самостійно приземлятися, не використовуючи парашутів ( див. додаток 17).
Я дізнався, що у перспективі корабля Dragon — місія «Mars 2020», у якій марсохід, створений за аналогією існуючого Curiosity, Збиратиме в ємність зразки марсіанського грунту, після чого доставить її до точки зльоту-посадки корабля Dragon, який доставить їх на орбіту, а далі на Землю.
Висновок
Вивчивши інформацію про проект Space X, я з'ясував, що перспективою проекту є використання нових двигунів Raptor, про які поки що нічого не відомо. Ця ракета буде повністю багаторазовою, перший і другий щаблі будуть використовуватися повторно. А доставлятиме на орбіту вона Марсіанський Колоніальний Транспорт (див. додаток 18), який використовуватиметься для доставки на Марс людей — на одному кораблі будуть розміщуватись близько ста осіб. На основі всіх наведених матеріалів я дійшов висновку, що в майбутньому можна буде використовувати проект SpaceX для аерокосмічного транспорту.
Список використаної літератури та джерел
1. Ешлі Венс - Ілон Маск. Tesla, SpaceX та дорога в майбутнє. (Видавництво: Олімп-Бізнес; 2015 р.; ISBN 978-5-9693-0307-2, 978-0-06-230123-9, 978-59693-0330-0);
2. В.А. Афанасьєв - Експериментальне відпрацювання космічних літальних апаратів (Видавництво: М.: Вид-во МАІ.; 1994; ISBN: 5-7035-0318-3);
3. В. Максимовський - «Ангара-Байкал. Про розгінному ракетному модулі багаторазового використання»;
4. Офіційний сайт SpaceX - посилання;
5. Офіційний YouTube-канал SpaceX посилання ;
6. Матеріал з Вікіпедії - посилання.
додаток
Додаток 1. Falcon 1.
Додаток 2. Еволюційний шлях РН Falcon.
Додаток 3. Схема розташування двигунів Falcon9 v1.0 (ліворуч) та v1.1 (праворуч).
Додаток 4. Falcon 9 версії 1.0 та 1.1.
Додаток 5. Розташування двигунів у версії 1.1.
Додаток 6. Falcon 9. трьох типів: з космічним кораблем Dragon 1, космічним кораблем Dragon 2 та з обтічником ПН.
Додаток 7. Falcon Heavy.
Додаток 8. Еволюція ракетоносіїв компанії SpaceX.
Додаток 9. Двигун Merlin.
Додаток 10. Порівняння тяги двигунів Merlin 1, Vulcain, RS-25 та РД-108.
Додаток 11. Тягоозброєність Merlin 1D.
Додаток 12. Merlin 1D Vacuum.
Додаток 13.
Додаток 13.1.
Додаток 14. Схема польоту та посадки ракети.
Додаток 15 . МРУ "Ангара-Байкал"
Додаток 16. Космічний корабель Dragon V1.
Додаток 17. Космічний корабель Dragon V2.
Додаток 18. Арт-концепт Big Falcon Rocket.
- найважчу вантажопідйомну ракету зараз - і, можливо, транспортна революція ближче, ніж ми думаємо. Розповідаємо, яким дивовижним може бути транспорт майбутнього.
Автомобіль
Міста майбутнього ставатимуть дедалі більше. Машини на дорогах зустрічатимуться все рідше – особливо у великих містах. Мадрид, Копенгаген і Гамбург беруть на озброєння політику, щоб стати максимально і . А ось між містами автомобільні траси стануть надшвидкісними – Ілон Маск вже збудує такий швидкісний тунель між Лос-Анжелесом та його передмістям Калвер-Сіті. По ньому автомобілі зможуть пересуватися без заторів і зі швидкістю до 240 км/год.
Самі дороги теж зміняться і, крім транспорту, забезпечуватимуть населені пункти енергією. Вже зараз у Франції є викладена сонячними батареями: на ділянку дороги довжиною в один кілометр виклали 2800 квадратних метрів сонячних панелей. Енергії, яку виробляє «сонячна дорога», вистачить на всі вуличні ліхтарі найближчого села, а компанія, яка виконала проект, вважає, що Франція може стати енергетично незалежною, якщо всього 250 тисяч кілометрів доріг буде вимощено сонячними панелями.
Громадський транспорт
Громадський транспорт у майбутньому відмовлятиметься від викопних видів палива та перейде на відновлювані ресурси, які можуть виявитися незвичними. Влада Лондона вже міські автобуси на біопаливо, яке частково виготовлено з кавової гущі. Кавові відходи збиратимуть біля фабрик, барів, кав'ярень та ресторанів по всьому місту, а потім відправлятимуть на переробку. Нове паливо скорочує кількість шкідливих викидів на 10-15%. Нестачі в ньому не передбачається – населення Лондона щороку «залишає» по собі 200 тисяч тонн кавових відходів.
В Осло не відстають від Лондона: з 2019 року там почнуть їздити. А до 2025 року у Норвегії планують повністю заборонити авто з двигунами внутрішнього згоряння. Безпілотний електроавтобус вміщує 12 пасажирів та розвиває швидкість близько 20 км/год. Викликати автобус можна буде за допомогою спеціальної мобільної програми. Час очікування – не більше 10 хвилин.
Міські автобуси майбутнього стануть зеленими не лише щодо джерел палива, а й у прямому сенсі – на дахах громадського транспорту будуть сади з живими рослинами. Такий проект вже й спрямований на покращення екологічної обстановки у місті та скорочення шкідливих викидів у повітря. Кожен сад буде побудований із спеціальною системою зрошення та влаштований таким чином, щоб рослини змогли витримати постійний рух.
Можливо, незабаром не потрібно буде купувати нескінченні талончики та проїзні – достатньо буде надіти на себе певний предмет одягу. У Берліні, наприклад, які є одночасно проїзними на всі види транспорту на рік.
Для тих, кого в містах не влаштовує ні зручний громадський транспорт, ні велосипеди, у майбутньому буде доступне таксі, що літає. Uber запустити літаючі таксі вже в 2020 році в Техасі та Дубаї. Таке таксі буде невеликим легкомоторним літаком з електричним двигуном. Компанія планує зробити літаки тихими, щоб використовувати їх у межах міста. Ще один схожий варіант транспортування (теж у Дубаї) – . Пасажирський дрон зможе перевозити людей вагою менше 100 кілограмів, максимальна його швидкість складе 160 км/год, а бути в повітрі він зможе не більше 30 хвилин і віднесе своїх пасажирів на максимальну відстань 50 кілометрів.
Потяг
Потяги все пришвидшуватимуться, складаючи неслабку конкуренцію літакам. У Китаї, між Пекіном та Шанхаєм, вже зараз запустили . Він може розганятися до 350 км/год і долає відстань 1200 км за 4 години 28 хвилин. Це на півтори години швидше за інші поїзди.
Але ще більше перспектив у справі поїздів запропонував Ілон Маск ще у 2013 році з концепцією – системою поїздів з електродвигуном, які проносяться трубопроводами з низьким тиском на повітряній чи магнітній подушці. Вакуумний поїзд буде вдвічі швидше за літак і втричі швидше за швидкісний поїзд, досягаючи максимальної швидкості в 1200 км/год. Hyperloop вже показала, провела і до 310 кілометрів на годину на тестовій трасі в Неваді. Найближчий можливий маршрут з'єднає Абу-Дабі та Дубай у 2020 році.
У Німеччині теж представили свій – у ньому будуть спортивні тренажери, плазмові телевізори та переговорні відсіки зі звукоізоляцією та планшетами (як конкуренція – у Шотландії). Поки одні концентруються на комфорті, інші – на технологіях: у тій же Німеччині до 2021 року запустять. Це буде екологічний і безшумний пасажирський поїзд Coradia iLint – перший в історії поїзд далекого прямування, який пускає в атмосферу лише пару та водний конденсат. Бак з воднем розташовується на даху поїзда і забезпечує роботу паливного елемента, а той, своєю чергою, виробляє електроенергію. Такий потяг може безперервно прямувати без заправки 1000 км і розвивати швидкість до 140 км/год.
І, звичайно, поїзди майбутнього їздитимуть на енергії з відновлюваних джерел. У Нідерландах вже зараз поїзди на 100% від електроенергії, виробленої вітром. Години роботи однієї вітроустановки вистачає для поїздки на поїзді на відстані 192 км. До 2020 року в Нідерландах сподіваються зменшити кількість енергії, необхідної для перевезення одного пасажира, ще на 35%.
Літак
Літаки – здається, найзвичніший сучасним мандрівникам вид транспорту, хоч і не найекологічніший через надто великі викиди СО2. Втім, вже є літак, що літає на біопаливі: зокрема, літак авіакомпанії Qantas – перший політ між США та Австралією з використанням біопалива, виробленого із спеціального сорту гірчиці. Літак заправили 24 тоннами біопалива із гірчиці Brassica Carinata. За даними авіакомпанії Qantas, це дозволило зменшити викиди вуглекислого газу за один політ на 18 тонн порівняно з використанням звичайної гасу.
