Историко-исследовательская работа на тему

« Какое будущее у аэрокосмического транспорта? »

SpaceX — Дорога в будущее

Об истории и перспективах развития компании SpaceX

Научный руководитель: Гибатов Ильдар Рафисович, учитель истории МОБУ СОШ №2 с. Бижбуляк.

Гипотеза исследования: в будущем можно будет использовать проекты SpaceX как универсальный аэрокосмический транспорт.

Цель работы : выяснить, можно ли для развития аэрокосмического транспорта использовать проекты Space X.

Задачи:

1. Изучить историю компании;
2. Изучить эволюцию ракетоносителей SpaceX;
3. Изучить перспективы проектов

Методы исследования :

1. Изучение и анализ литературы и соответствующих сайтов в сети Интернет;
2. Анализ отчетов компании;
3. Сравнение с отечественными идеями.

Объект исследования: частная космическая компания Space Exploration Technologies

Проект SpaceX. История проекта

Путём изучения литературы и источников в сети Интернет я узнаю о проекте SpaceX, ее основателе, истории создания компании. В ходе исследований изучаю ее ракетоносители и привожу их технические характеристики, разбираю причины неудачных запусков.

Перспективы ракетоносителей SpaceX

Продолжая знакомиться со SpaceX, я выяснил, что следующим развитием ее ракет является РН Falcon Heavy — ракета сверхтяжелого класса, она будет способна доставить полностью загруженный космический корабль Dragon на Марс, или на Юпитер. Также узнаю, что в ней будет использована уникальная система перекрестной подачи топлива.

Двигатели, разработанные в компании SpaceX

Компания SpaceX в своих РН использует двигатели собственной разработки Merlin, которые работают по схеме открытого цикла. Данная схема проста, надёжна, и недорогая в создании и использовании, также это с большим заделом на будущее, способствует использованию многоразовых систем. Привожу сравнение тяги двигателя с другими и их стоимость, вычисляю тяговооруженность двигателя.

Reusable — многоразовость

Исследуя ракетоносители и двигатели компании, я узнал о проекте возвращаемой первой ступени ракетоносителей компании SpaceX. Я выяснил, что таким способом стоимость запуска снижается на ~60%. И эти средства компания может вложить в свои будущие разработки и перспективы.

В 2004 году компания начала разрабатывать корабль Dragon, свой первый полёт он совершил в декабре 2010 года. Уникальность Dragon заключается в возможности возвращать грузы с МКС на Землю и это первый корабль, произведенный частной компанией, который пристыковался к МКС. Узнаю, что в перспективе корабля — уникальная миссия «Mars 2020».

Заключение

На основании всех приведенных материалов я пришел к выводу, что в будущем можно будет использовать проект SpaceX для аэрокосмического транспорта.

Список использованной литературы

1. Эшли Вэнс — Илон Маск. Tesla, SpaceX и дорога в будущее. (Издательство: Олимп-Бизнес; 2015 г.; ISBN 978-5-9693-0307-2, 978-0-06-230123-9, 978-59693-0330-0)
2. В.А. Афанасьев — Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов (Издательство: М.: Изд-во МАИ.; 1994 г.; ISBN: 5-7035-0318-3)
3. В. Максимовский — «Ангара-Байкал. О разгонном ракетном модуле многоразового использования »
4. Официальный сайт SpaceX — http://spacex.com
5. Официальный YouTube-канал SpaceX — https://goo.gl/w6x3gW
6. Материал из Википедии — https://ru.wikipedia.org/wiki/SpaceX

Чуда не произошло, как и в начале третьего тысячелетия, когда мы, по Рэю Брэдбери, должны были колонизировать Марс. Часто говорят о пророчествах научной фантастики, но не нужно забывать и о неудачных прогнозах - катастрофически красивых, но все-таки провалах.

Где же летающие автомобили?

Техника под таким названием есть, но на деле это только гибрид машины с самолетом. И, хотя последние образцы выглядят футуристично , они весьма и весьма затратны и мало похожи на антигравитационный транспорт в «Пятом элементе». Ещё дальше от него другие разработки, схожие по устройству с вертолетом , или вовсе оснащённые парашютом и задним пропеллером . Тут скорее на ум приходит другая фантастика - Карлсон, который живет на крыше. Обаятельно, но инновационностью здесь и не пахнет.

В фильмах и компьютерных играх мелькала и другая версия индивидуального транспорта - реактивный ранец. Его, например, показывали в «Звездных войнах» и «Робокопе». Но и тут до массового употребления дело не дошло, и вряд ли скоро дойдёт - топлива хватает всего на полминуты полёта, причём эти объёмы обходятся в круглую сумму.

Сами мы, видимо, уже настолько не ждём чудес, что радуемся даже такому творению китайского инновационного гения, как «портальный автобус» . Зато он реален, как и монорельс в Москве или японский поезд, развивающий скорость до 603 км/ч .

И всё же, для человеческого воображения границы недопустимы. Научная фантастика прошлого, да и просто фантазии наших предков на тему будущего обрели особое очарование и новое наименование - «ретрофутуризм». Романтическая, восторженная любовь к технологиям и желание предвосхитить будущие открытия - это может сегодня и умилять, и вдохновлять.

Переизобрести колесо

Еще до того, как автомобиль захотели «поднять в воздух», возникали идеи его усовершенствовать. Причём в самом главном - изобрести колесо по-новому! Японский журнал в 1936 году представил концепт авто с шарами вместо обычных шин: по мнению авторов, эта идея обеспечила бы транспорту плавный ход. Не такая уж бессмысленная задумка, по мнению даже современных инженеров. В 2016 году подобную разработку представила американская компания Goodyear , крупнейший производитель шин.

Гигантомания родила другое воображаемое чудо техники - корабль на огромных колесах, который должен был, по мысли изобретателя, бороздить пески Сахары и решить проблему с транспортом в регионе. Борьба с самумами и прочими бедствиями пустынь, включая жару, была предусмотрена конструкцией, и инженер обещал «поездку, которая превратится в приятное путешествие по тем местам, где тысячи поколений боролись тщетно со стихийными силами и гибли в неравной борьбе». Так об этом писал журнал «Вокруг света» в 1927 году . Неизвестно, насколько удачной была идея - до воплощения дело все равно не дошло. Хотя можно предполагать, что на обещанное кондиционирование такой машины, да еще и на преодоление песков зубчатыми колесами уходила бы уйма ресурсов.

Для общественного пользования, правда, предлагались как раз компактные модели. В 1947 году инженер Эдуард Верейкен из Брюсселя запатентовал дицикл - самоходную коляску , состоявшую из двух огромных колес и открытой кабины посередине. Сам изобретатель утверждал, что транспорт может разгоняться до 185 км/ч - но верится в это с трудом. Да и безопасность пассажиров остается под вопросом. Только в шведском аналоге 1999 года за авторством Йонаса Бьеркхольтца были учтены все проблемы конструкции. Но используют его сейчас только для развлечения публики.

Поезда были другой излюбленной темой инженеров и мечтателей. Много надежд возлагали на монорельсы, хотя представляли их довольно необычно - например, так или вот так . Но и обычные поезда видели куда более совершенными в будущем - комфортабельными, просторными, да ещё и с видом на звёзды .

«Корабль пустыни» по версии 1927 года.

Каждому человеку - по вертолету!

Где фантазия разворачивалась на полную - так это летающий транспорт. Воображение наших предков породило и тарелочного вида самолёты , и самолёты с крыльями внизу и турбодвигателями в носовой части , и даже самолёты-подлодки . Всего не упомянешь - вы можете и самостоятельно посмотреть галереи на Reddit или подборки по ключевым словам на Pinterest .

Но что особенно трогает во всех этих проектах, так это вера в общедоступность транспорта будущего. Человек только-только покорил воздух, а американские журналы пишут: «Helicopters for Everybody!» («Вертолеты в каждый дом!»). И среди всех этих вырезок из прессы почти вековой давности можно увидеть рисунки личных самолетов. Тогда и правда ждали от будущего только стремления вверх, и научного прогресса, и качества жизни каждого.

Верится ли теперь в это, когда стоишь в час пик в пробке? Или когда трясёшься на верхней полке плацкартного вагона? Зажимая в руке смартфон, вычислительные мощности которого, как известно, выше оборудования NASA в 1969 году?

XXI век ещё не состоялся - уж точно не состоялся таким, как его ждали поклонники технического прогресса. Но будущее, как выяснилось, непредсказуемо. Медленными темпами, но оно приходит - предлагаем ознакомиться с футуристическим транспортом настоящего.

Сегодняшнее будущее

Сегвей стал одним из самых модных видов личного транспорта за последнее время, технологичным конкурентом для велосипедов и самокатов. В чем его футуристичность? «Рулить» вам придётся исключительно своим телом: гироскоп и другие датчики в его устройстве реагируют на наклон. И только поворачивать придется рукояткой или специальной колонкой. Полностью интуитивным является управление гироскутером и моноциклом - надо сказать, именно эти разновидности сегодня и популярны.

В Набережных Челнах и Москве сегвей использует даже полиция. Во многих городах появились пункты проката, где можно на время стать обладателем двухколесной «самоходной коляски» или моноцикла. На рынке моноцикл может стоить до полумиллиона рублей, но за 20-30 тысяч вполне реально купить заполучить моноцикл, выдерживающий без подзарядки 15 километров.

Другой представитель современного электротранспорта - электромобиль. Будучи изобретен ещё раньше привычных нам авто, работающих на топливе, он все ещё остаётся символом будущего. Причин тому много: и экономия ресурсов, и экологичность, и независимость от конъюнктуры нефтяного рынка. Прокатиться на электромобиле сегодня проще всего, особенно для жителей Москвы и Санкт-Петербурга: достаточно обратиться в службу такси, в автопарке которой есть такие модели. В Яндекс.Такси, например, не так давно появился одним из наиболее совершенных электрокаров, Tesla Model S. Возможности его впечатляющие: буквально за несколько секунд он способен разогнаться до 100 км/ч, при этом ход практически бесшумен.

Самый инновационный транспорт, который известен россиянам - это, конечно, московский монорельс, «тринадцатая ветка метро». В полной мере он начал функционировать еще в 2008 году, но даже сейчас не все жители регионов о нём слышали. Будто сошедший с тех же ретрофутуристических вырезок из журналов, но адаптированный к реалиям, монорельс - любимец публики. Поражает воображение и расположение дороги - это эстакада, то есть путь поезда полностью проходит над Москвой. Маршрут проходит от станции «Тимирязевская» до улицы Сергея Эйзенштейна. Правда, в последнее время ведутся разговоры о демонтаже пути, хотя последним словом пока остается предложение сделать из него «туристический объект» . С окупаемостью, как выяснилось, у этой экспериментальной дороги возникли серьезные проблемы.

Вот так, преодолевая трудности современного устройства мира, будущее все-таки медленно приближается. Ждут ли нас в ближайшие десятилетия левитирующие авто каждому и будка для телепортации в каждом дворе? Вряд ли. Будет ли транспорт будущего похож на то, что мы себе можем представить? Тоже вряд ли. И не так уж это и плохо.

Какое будущее у аэрокосмического транспорта?

Цели и задачи
Цель работы - определение возможных и перспективных направлений использования, возможных конструкции космолетов и их элементов для решения задач освоения космоса.
Задачи работы - исследование направлений развития, особенностей этапов полета и их учета в конструкции, конструкций космолетов и двигательных установок космолета.
Введение
Тысячелетия понадобились человечеству для более-менее уверенного движения по собственной планете. Развивались технологии, человек мог всё дальше удаляться от родных мест. В начале 18 века развитие мануфактурного производства, достижения науки привели к зарождению воздухоплавания. В начале 20 века создание легкого и мощного двигателя внутреннего сгорания позволило поднять в воздух аэроплан, а создание жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) - вырваться в космическое пространство . Всего 150 лет понадобилось, чтобы перейти от ловли ветра к космическим полетам (1802 год - нет пароходов, 1957 год - уже есть космические ракеты).
Прогресс был столь очевидным и ошеломляющим, что уже в начале 1960-х годов строились прогнозы, как через 35-40 лет мы будем выходные проводить на орбите, летать в отпуск на Луну, а наши космические корабли начнут бороздить межзвездные просторы... Очень большие ожидания были связаны с 21 веком (1), до которого было еще 35 лет :

Рис. 1
Приятно оптимистичны перспективы регулярных рейсов космических кораблей в околоземном космическом пространстве и к ближайшим планетам Солнечной Системы для туристов :

Пункт назначения	Стоимость билета туда-обратн», долл.	Кол-во пассажиров в рейсе	Время полета
Околоземная орбита	1250	200	24 ч
Луна	10000	35	6 сут
Венера	32000	20	18 мес
Марс	35000	20	24 меc
Марс-экспресс	70000	20	11 мес

Пассажирам должен быть обеспечен комфорт, как на авиалиниях, железнодорожном транспорте и океанских лайнерах. На каждого пассажира при полёте на околоземную орбиту приходится 2,85 м3 объема корабля, на Луну - 11,4 м3, к ближайшим планетам - 28,5 м3. Уточним - опыт длительных космических полётов и работы космонавтов на орбитальных станциях показал, что на каждого человека объем гермоотсеков должен составлять не менее 60 м3 .

Развитие космической техники
Вторая половина 20 века была посвящена, в основном, освоению околоземного космического пространства баллистическими средствами, а именно многоступенчатыми ракетами .
Сразу обозначились два пути развития космической техники - баллистический и аэродинамический. Баллистические летательные аппараты (ЛА) используют для полёта только реактивную тягу двигателя. Аэродинамические ЛА для полета, помимо реактивной тяги двигателя (ЖРД или воздушно-реактивного (ВРД)), используют подъемную силу, создаваемую крылом или корпусом ЛА. Существовала и комбинированная схема. Аэродинамические ЛА перспективнее для самостоятельной управляемой мягкой посадки , ,

Что такое «космический самолет»
Аэрокосмический транспорт - чрезвычайно широкое понятие, которое включает аэрокосмический ЛА, системы старта и посадки, системы удаленного управления и пр. В данной работе рассмотрим сам аэрокосмический ЛА, его части и устройства старта.
Строго названия у аппарата данного типа нет. Его называют космический самолет, космолет, астролёт, воздушно-космический самолет (ВКС) и т.д. «ВКС - вид пилотируемого реактивного ЛА с несущей поверхностью (в частности, крылатого), предназначенный для полетов в атмосфере и космическом пространстве, сочетающего свойства самолета и космического ЛА. Рассчитан на многократное использование, должен быть способен взлетать с аэродромов, разгоняться до орбитальной скорости, совершать полет в космическом пространстве и возвращаться на Землю с посадкой на аэродром» .
ВКС предназначен для полета в атмосфере и за ее пределами — в космическом пространстве, а также рассчитан на маневрирование в атмосфере с использованием аэродинамических сил .
Космолёт - либо цельная многоразовая космическая система (КС), либо часть многоразовой КС с возвращаемыми элементами, причем «возвращаемость» - главное условие «многоразовости» КА. Любая многоразовая КС должна отвечать требованиям высокой надежности, безопасности, минимального риска для экипажа и полезного груза при выполнении полётных задач, также должна обладать преимуществами обычных реактивных самолётов в эксплуатации и обслуживании, осуществлять всепогодный старт и посадку .
Еще одно положение связано с определением степени «многоразовости» - возвращать всю многоразовую систему (по ступеням) или только её часть. Одноразовые системы требуют отведения площадей для падения первых ступеней ракет, а также обтекателей. Вторые ступени в лучшем случае сгорают в атмосфере, а в худшем - падают на землю или в океан, или остаются на орбите на долгое время, становясь космическим мусором.Новые отношения к экологии Земли и космического пространства, а также нежелание государств «бросать деньги на ветер» (в прямом смысле!) ведут к необходимости создания многоразовой КС.
Многоразовость - еще и энергетические потери из-за элементов конструкции КС, обеспечивающих саму многоразовость (крыльев, шасси, парашютных систем, дополнительного топлива для двигательной установки и пр.). Требуются новые конструкционные материалы, новые технологии, более эффективные, чем сегодня, двигатели.

Этапы полета
Каким бы ни был общий сценарий полёта космолёта, он обязательно включает:
- взлет и выход из атмосферы,
- вход в атмосферу и посадка,
- полет в космическом пространстве.

Этап «Взлет и выход из атмосферы»
Почти все проекты преследуют одну цель - уменьшить массовую долю топлива в ракете-носителе (РН) или космолёте (в РН более 90% массы приходится на топливо) .

1 Ракета-носитель
Наиболее известными, и развитыми системами запуска являются системы вертикального старта со специальными площадками, на которых размещены мачты, удерживающие ЛА в вертикальном положении (космодром). Такие системы применялись, в основном, для запуска воздушно-космических аппаратов (ВКА), выводимых РН (ЛКС, Dyna-Soar) и ВКА с вертикальным стартом (Энергия-Буран, Space Shuttle) , . Был разработан также вариант РН, в котором боковые блоки первой ступени, отделившись, выпускали крыло и осуществляли посадку на аэродром, а центральный блок второй ступени, выйдя на орбиту и выгрузив ПН, входил в атмосферу и приземлялся с помощью треугольного крыла («Энергия-2») .
Или - ЛА выводится на орбиту отдельной РН, и до выхода на стабильную орбиту двигатели самого ЛА не используются. Примерами такой системы старта являются ракетопланы Dyna-Soar (США), «Бор» (СССР), ASSET и PRIME (США), многоразовые транспортные КС «Энергия-Буран» (СССР) и «Space Shuttle» (США) , , .
РН разрабатывают и производят во многих странах мира. Основными производителями являются Россия (40%), США (26%), страны ЕС (21%), КНР (20%), Украина (6%), Япония (4%), Индия (4%), Израиль (1%). Главными критериями конкурентоспособности являются масса выводимой ПН, конструкция, экологичность и др., а одной из основных характеристик РН является их надежность. Наивысшим показателем по этому параметру обладает российская система «Протон» — 97% успешных запусков, что превышает средние результаты на 10-20%.

2 Самолёт-носитель
«Воздушный старт» - один из самых перспективных способов вывода ЛА, активно развивается разными разработчиками вывод с помощью самолета-носителя (СН).
ЛА выводится на высоту с помощью СН, отделяется от него и с помощью собственных двигателей довыводится на орбиту. Возможна установка дополнительного ракетного ускорителя.
Этот способ выведения обладает целым рядом преимуществ . Ожидаемый эффект при использовании СН - на 30-40% больше ПН, чем при старте с Земли .
Одной из предстартовых операций является заправка КА и РН компонентами топлива. Но заправку топливом можно производить и в полёте [ИЗ 2000257]. Полёт с дозаправкой состоит из нескольких этапов (2).
Рис.2
Функции СН может выполнять экраноплан, обладающий наибольшей грузоподъемностью на единицу собственного веса из всех ЛА тяжелее воздуха. Экраноплан может двигаться над сушей [ИЗ 2404090] или над поверхностью воды [ИЗ 2397922].
Разработчики из США предложили трехступенчатую систему [ИЗ 2191145] со спасением всех трех ступеней (3). Под крылом СН (ступень I), например, самолет С-5 или Ан-124. подвешивается другой самолёт с расположенным на его «спине» грузовым отсеком, где помещается ступень III с обтекателем, в котором находится ПН. Полностью заправленные самолёты взлетают с аэродрома вблизи экватора. СН поднимается на высоту и развивает скорость, достаточную для запуска ПВРД ступени II. Ступень II отделяется и выходит на суборбитальную траекторию. При выходе из плотных слоев атмосферы отделяется ступень III, которая в апогее довыводит ПН на орбиту. Ступень II возвращается самостоятельно, ступенью III «подхватывается» и возвращается вместе с СН.
Рис.3
Многоразовая ракетно-космическая система [ИЗ 2232700] с очень большим количеством (до 10) одинаковых цельновозвращаемых ступеней (4). Все ступени расположены одна над другой с незначительным смещением и ничем не отличаются друг от друга, только первая ступень имеет сбрасываемые крылья, которые оборудуются спасательными парашютами. Взлёт КС осуществляется горизонтально с многоразовой тележки с помощью сбрасываемых крыльев. ПН располагается в грузовом отсеке последней ступени или в специальной грузовой капсуле, прикрепленной к последней ступени. На орбиту выходит только последняя ступень, а на старте работают двигатели всех ступеней, при этом они питаются из бака первой ступени. После исчерпания топлива в баке первой ступени эта ступень отделяется, а топливо потребляется из бака второй ступени. Сбрасываемые крылья отделяются после перехода КС в вертикальный полёт и приземляются, каждое - на индивидуальном парашюте.
Рис.4
Старт ЛА (5) со специальной, напоминающей вертолёт, фермы с винтами, под которой подвешивается ЛА, позволяет поднять ЛА на высоту до границы тропосферы [ИЗ 2268209]. В конструкции используются винты с разным приводом и разным количеством лопастей. Многолопастные винты приводятся высоковольтными электродвигателями с редукторами, а немноголопастные винты имеют реактивный привод.
Рис.5

3 Контейнер
Еще в 1954 году В.Н.Челомей предложил запускать ЛА из трубчатого контейнера, снабженного внутри направляющими для старта ЛА. Контейнер мог располагаться на подводной лодке (герметичный), надводном корабле, наземном подвижном или неподвижном устройстве [АС 1841043], [АС 1841044] и применяться для запуска ЛА с раскрывающимися или нераскрывающимися в полете крыльями. Возможно применение трубчатого контейнера для старта ЛА типа самолётов. Крыло и оперение ЛА могут быть автоматически раскрывающимися по выходе из контейнера. В целом система позволяет расположить максимальное количество ЛА в контейнерах на заданном пространстве, осуществить максимально быстрый старт ЛА без предварительного вывода из контейнера, без предварительного раскрытия крыльев и применения дополнительных специальных стартовых устройств.
Из транспортно-пускового контейнера стартуют РН «Рокот» и «Днепр» .

4 «Пушечный» старт
Комбинированный пушечно-ракетный («миномётный») старт из транспортно-пускового контейнера уже применяется для запуска РН РС-20 «Днепр» . В пусковой шахте размещается транспортно-пусковой контейнер, в контейнере находятся сама ракета и газогенератор, который включается перед стартом и облегчает старт ракеты.
В конце 90-х - начале двухтысячных годов как один из перспективных способов запуска КА разрабатывался т.н. пушечный старт - вывод на околоземную орбиту ПН (в т.ч. пилотируемых ВКА) из электромагнитной или газодинамической пушки . Принцип действия электромагнитной пушки: на металлический ЛА - своеобразный сердечник, находящийся внутри катушки соленоида, при наличии постоянного тока в обмотке катушки, воздействует сила Лоренца, выбрасывающая ЛА из ствола электромагнитной пушки, сообщая ЛА высокую скорость. После выстрела включаются двигатели самого ЛА. При вылете из ствола пушки (пушка в виде тора) ЛА будет иметь скорость около 10 км/с, однако из-за высокой плотности атмосферы вблизи поверхности Земли, после вылета из пушки скорость аппарата снижается.
Для уменьшения потерь скорости и снижении сопротивления воздуха при полёте в плотных слоях атмосферы, одновременно создается тепловой канал с помощью лазерного луча [ИЗ 2343091], [ИЗ 2422336] - в воздухе создается электрический пробой (плазменный канал), затем из-за поглощения лазерного излучения газами атмосферы образуется тепловой канал с пониженным давлением, по которому движется корабль.

5. Старт с эстакады
ЛА стартует на тележке с реактивными двигателями по специальной эстакаде. Тележка тормозит у конца эстакады, а ЛА отделяется от тележки и запускает собственный ракетный двигатель .
Особенность реализации старта с тележки эстакадного старта [ИЗ 2102292] - ледяная поверхность, по которой двигается ЛА на тележке (6).
Рис.6
Разработчики предлагают системы с эстакадой в форме трубы, в которой движется тележка с ЛА [ИЗ 2381154].
Также могут быть реализованы системы, объединяющие электромагнитную пушку с эстакадой. ЛА разгоняется внутри трубы, имеющей обмотку, и выстреливается вверх [ИЗ 2239586].

6 Аэростат
Интересны разработки, в которых ЛА - аэростат, заполненным водородом, который и потребляют двигатели [ИЗ 2111147], [АС 1740251]. Такая конструкция [ИЗ 2111147] помогает решить проблему взлета заправленного аппарата. Старт воздушно-космической транспортной системы производится с поверхности Земли. Подъем возвращаемого аппарата производится за счет аэростатической подъемной силы, создаваемой находящимся в баллонах водородом (7). В результате работы двигателей обеспечивается разгон возвращаемого ЛА до скорости М = 2,5 - 3,0. В качестве горючего двигателей на этапе разгона может быть использован водород из баллонов.
Рис.7

7 Морской старт
Для запуска непосредственно с экватора с максимальным использованием эффекта вращения Земли КА различного назначения на околоземные орбиты, включая высокие круговые, эллиптические, без ограничений по наклонению орбиты, геостационарную орбиту и отлетные траектории предназначен ракетно-космический комплекс «Морской старт» , .
Разумеется, рассмотрена только малая часть возможных вариантов старта и вывода ЛА за пределы атмосферы.

Сравнение горизонтального и вертикального старта
Ведутся дискуссии, какой вид старта лучше - горизонтальный или вертикальный?
При вертикальном старте необходимо применять двигатели с силой тяги больше веса ракеты. Такие двигатели имеют большую массу, чем двигатели для горизонтального старта. При вертикальном старте практически невозможно применять ВРД. Но для вертикального старта не нужны взлётные полосы, только относительно компактный стартовый стол. Недостатки - гравитационные потери и опасность разрушения стартового комплекса обломками в случае аварии РН через несколько секунд после старта.
При горизонтальном старте можно применять менее мощные двигатели, а для первого этапа полёта - вместо ракетных использовать ВРД. Правда, горизонтальный старт влечет энергетические потери из-за средств обеспечения горизонтального старта - крыльев и шасси, но эти потери можно минимизировать. С горизонтальным стартом проще организовать систему спасения первой ступени. Недостатком можно считать отведение больших площадей под взлётно-посадочные полосы. Эту проблему поможет решить использование для взлёта и посадки ВПП стандартных аэродромов. Предполагается повышение опасности разрушения озонового слоя атмосферы, расположенного на высотах 15-35 км, от работы реактивных двигателей. При вертикальном старте ракета пролетает этот слой за 30-40 секунд. Проблема экологической опасности может быть решена, например, подбором специальной траектории полёта: разгон до высоких скоростей на высоте 12-14 км, выполнение «горки» с временным увеличением угла к горизонту до ~50 градусов с быстрым пролётом сквозь озоновый слой (губителен полёт в слое свыше 10 минут), а затем уменьшение угла к горизонту до 10-20 градусов на высоте свыше 36 км. Однако такой сценарий может привести к увеличению аэродинамических потерь.
Выбор типа старта определяет конструктор. Некоторые конструкторы - за вертикальный старт, некоторые - за горизонтальный. В.М.Мясищев отдавал явное предпочтение горизонтальному старту. Так родился проект космолёта «М-19» с ядерным двигателем, старт которого должен был состояться, по оценкам Мясищева, в 1990 году (через два года после единственного старта «Бурана») , .

Этап «Вход в атмосферу и посадка»
Основной проблемой возвращения с околоземной орбиты является нагрев ЛА от трения о воздух в плотных слоях атмосферы. Материалы корпуса и защитные покрытия - целое направление разработок. Одновременно могут и должны решаться задачи:защиты от нагрева при взаимодействии с атмосферой при взлете и посадке в условиях высоких скоростей и атмосферного нагрева; воздействия солнечной радиации в космическом пространстве, высокого градиента температур на солнечной и теневой стороне, длительного и кратковременного термического воздействия энергетических установок, а также по защите от оружия, в т ч. лазерного.
Для защиты КА от теплового разрушения существует три основных метода охлаждения , , каждый со своими достоинствами и недостатками:
- «горячая» конструкция - охлаждение производится излучением;
- абляция - охлаждение производится испарением покрытия, покрытие заменяется после каждого полёта;
- теплоизоляция с помощью керамических плиток на днище.
Крылатые КА имеют преимущество при спуске в атмосфере: снижаются перегрузки и тепловая нагрузка, повышается маневренность и точность посадки аппарата, но крыло тонкого профиля является уязвимым для воздействия высоких температур .
Проектные работы по пилотируемым возвращаемым КА типа «космоплан» начались в 1960 году в ОКБ-52 (сейчас «НПО Машиностроения»). В результате появился пилотируемый ракетоплан Р-2 и РН УР-500, позже ставшая «Протоном». Р-2 как и все крылатые КА разработки В.Н.Челомея, имел раскладывающиеся крылья ,в отличие от большинства аналогичных проектов других КБ. В 1960-е годы технологии теплозащиты значительно отставали от требований к теплонагруженным элементам. Поэтому первые пилотируемые аппараты СССР и США имели форму сферы и обратного конуса без смещения центра масс .
Для уменьшения эффектов нагрева крыльев воздушно-космических ЛА разрабатывают разные конструкции самого крыла.
Комбинированная тепловая защита [ИЗ 1840531] - на внешней стороне (8) находится обшивка из кварцевых плиток с внешним радиационным покрытием, прикрепленная к силовому набору, а в зоне отсеков, образованных внешней обшивкой и силовым набором, установлен капиллярно-пористый материал толщиной 2-3 мм, который увлажняется жидким хладагентом с обеспечением отвода испарившегося хладагента.
Рис.8
Еще в 1976 году НПО Энергия предложило использовать для защиты магнитное поле. Температура воздуха, соприкасающегося с кораблем при торможении с первой космической скоростью, достигает ~8000оC, происходит ионизация воздуха. Без наличия внешнего магнитного поля ионы диффундируют в район фюзеляжа, где холоднее, и происходит реакция рекомбинации, из-за которой выделяется тепло. Внутри космолёта (9) возможно устанавливать мощные постоянные магниты, которые создают магнитное поле [АС 1840521], затрудняющее диффузию ионов и электронов к поверхности фюзеляжа, поэтому реакции рекомбинации будут происходить на большем расстоянии от фюзеляжа, нагрева фюзеляжа от тепла этих реакций уменьшится.
Рис.9
Возможна реализация охлаждения размораживанием, когда твердый элемент конструкции переходит в жидкое состояние и эта жидкость отводится за борт или в бортовую магистраль [ИЗ 2033947]. Преимуществом такой конструкции - твердый хладагент до расплавления может являться элементом конструкции.

Коридор входа
Для уменьшения вероятности разогрева и разрушения ЛА при входе в атмосферу необходимо знать и использовать «природные» возможности. Для планет, кроме Меркурия, и спутников (Титан, Энцелад, возможно - Ганимед) с атмосферой надо помнить о т.н. коридоре входа - разнице высот перигея между допустимыми предельными значениями для высот ниже и выше запланированной . Высота ниже запланированной приведет к поломке или сгоранию КА, а выше - к покиданию КА пределов атмосферы. Ширина коридора зависит от допустимых ограничений по тепловой нагрузке и перегрузкам для конкретного аппарата; при параболической скорости - примерно равна: Венера - 113 км, Земля - 105 км, Марс - 1159 км, Юпитер - 113 км, . Но даже в коридоре рассеянная энергия будет огромна. Экстремальный пример - вход аппарата «Галилео» в атмосферу Юпитера со скоростью 47,5 км/сек, за 4 минуты до открытия тормозного парашюта было рассеяно 3,8∙105 мегаджоулей. Температура поверхности составила 15000 К, испарилось 90 кг абляционного материала (при массе аппарата 340 кг).
Интересное преимущество имеет схема аппарата-диска с абляционно охлаждаемым днищем и вакуумной теплозащитой кабины . При входе в атмосферу под углом в 45 градусов кабина такого аппарата будет находиться в зоне практически абсолютного вакуума, что надежно защитит её от разогрева при входе.
Этап «Полёт в космическом пространстве»
В данной работе этот раздел подробно рассматривать не будем, перечислим лишь часть факторов, которые должны быть учтены при разработке и конструировании КЛА , , : ионизирующее излучение, измененное магнитное поле, солнечное излучение (УФ), вакуум (приводит к медленному испарению обшивки КА), метеоритная опасность, температурный градиент, космическое излучение, космический мусор, компоненты топлива.
Кроме того, существенное действие на человека оказывают условия пребывания на борту КА: ускорения, искусственная атмосфера, изоляция, гипокинезия, невесомость.

Компоновки и конструкции космолёта
Проекты космолетов выполняются, в основном, по двум схемам:
. Несущий корпус
. Самолетная.
Компоновка несущий корпус - отсутствуют горизонтальные аэродинамические поверхности, кроме управляющих - щитков, закрылков, рулей высоты и т.п. Предполагалось, что аппараты с несущим корпусом (АНК) будут выводиться в космос с помощью РН . Они имеют больший боковой маневр, чем баллистические аппараты, но тоже весьма ограниченный, а также не имеют вынесенных в поток острых кромок (кроме килей). Однако в процессе испытаний (в основном, в США, аппараты M2-F1, M2-F2 и др. по программе PILOT, ASV и ASE по программе ASSET и аппараты программы PRIME) выяснилось, что АНК имеют низкое аэродинамическое качество (<1 на гиперзвуке), неудовлетворительную устойчивость по крену и высокую скорость снижения, а величина бокового маневра увеличивалась не очень значительно.
Самолетная компоновка. Чаще всего космолет выполняют по схеме «бесхвостка» с дельтавидным крылом малого удлинения. Эта схема отличается значительной величиной бокового маневра, большей, чем у баллистических аппаратов и аппаратов с несущим корпусом. Однако аэро- и термодинамические расчеты крылатой схемы сложнее, а также требуется дополнительная теплозащита острых кромок крыла. Но эти недостатки с лихвой компенсируются достоинствами: возможностью доставить что-либо с орбиты и полным возвратом орбитального блока.
Каждая КС многоразового использования, в отличие от одноразовой РН, несет на себе средства возврата с орбиты или траектории выведения. Одним из таких средств возвращения являются аэродинамические поверхности - корпус или крыло .

1 Дисколёт
Может считаться самостоятельным классом с компоновкой, включающей и «несущий корпус», и «самолет».
Многоразовая воздушно-космическая система [АС 580696] предназначена для выведения на опорную околоземную орбиту ПН, а также возвращения с орбиты на Землю космических объектов с помощью транспортного космического корабля (10). Корпус (фюзеляж) и крыло ступеней и ТКК представляют единое целое корпус-крыло, профиль которого - полудиск для ступеней и диск для ТКК; обе ступени и ТКК в плане окружность или эллипс. Обе ступени и ТКК - пилотируемые и связаны проходами с возможностью перехода из одной кабины в другую.
Рис. 10
Воздушно-космическая взлетная система многократного применения с ЛА в виде диска с каплевидным поперечным профилем [АС 1740251] состоит из подсоединенного к стартовой направляющей ЛА с вакуумной энергетической установкой (ВЭУ) и соединенных со стартовой направляющей аэростатических оболочек - еще один вариант «аэростатного старта» (11).
ВЭУ вакуумирует аэростатические оболочки для подъема ЛА на необходимую высоту и установки стартовой направляющей под необходимым углом. ЛА осуществляет посадку на аэродром или на водную поверхность с сохранением устойчивого положения. Аэростатические оболочки возвращаются на Землю и используются повторно.
Рис.11
Инженеры не отказываются и от идеи ЛА в форме диска и в 21 веке. Дископлан [ПМ 57238] с множеством термоядерных ракетных двигателей на окружности, сможет развивать скорость от 0 до 15 км/с и перевозить грузы на поверхность Луны, осуществлять работы на геостационарной орбите.
Экранолёт ЭКИП стал вдохновителем ЛА тарельчатой конфигурации [ИЗ 2396185] с фюзеляжем в форме диска.

2 Несущий корпус
Для решения целого ряда космических задач может быть использован космический ЛА [ИЗ 2137681] с корпусом в виде монокрыла (12), в котором размещены три связанные между собой фюзеляжа, установлены топливные баки и несколько групп реактивных двигателей - маршевые, взлётно-посадочные, тормозные и газотурбинные. Средства электроснабжения содержат также солнечные батареи.
Рис.12

3. Самолетная компоновка
Предложенные схемы чрезвычайно разнообразны.
Как крылатый «челнок» с полостями,для РН, выполнен КА многоразового использования [ИЗ 2111902]. Это позволяет улучшить управляемость «челнока» на участке выведения из-за устранения несоосности тяги из-за размещения челнока сбоку от РН. КА взлетает вертикально, и по истечении времени работы РН происходит их отделение от «челнока». Похожая идея отбрасывания встроенного РН реализована (или будет реализована) в ракетоплане Lynx.
Интересным и неожиданным является предложение использования для доставки ПН на орбиту аппаратов разного базирования [ИЗ 2120397]. Независимо действующие ЛА - ВКС, базирующийся на орбитальной космической станции, и транспортный самолёт (ТС) наземного базирования вылетают каждый со своей базы. В атмосфере Земли происходит стыковка и обмен грузами во время совместного полёта, расстыковка и возвращение каждого самолёта на точку базирования.
Двухступенчатый космолёт разработки Н.Е.Староверова [ИЗ 2503592] состоит из крылатых первой и второй ступеней и бескрылого твердотопливного ракетного ускорителя (одноразовый), расположенного между ними. Первая ступень и ракетный ускоритель являются беспилотными, вторая ступень - пилотируемая. При старте работают двухконтурные турбореактивные двигатели. Разгон и подъем выполняются с последовательным включением режимов двигателей, под разными углами к горизонтали.
Конечно, особый интерес представляют одноступенчатые системы, способные стартовать с поверхности Земли.
Разработку одноступенчатых КА ведет индийская компания Эдвайзер, Дифэнс Рисерч Энд Дев.оргн - одноступенчатый аэрокосмический самолёт [ПО 51288]. оснащен двумя ВРД и двумя ЖРД, а воздухозаборник - прямоугольной формы.
В США SUNSTAR IM разрабатывает персональный одноступенчатый космолёт «гаражного базирования» . Предполагается, что космолет будет выходить на орбитальную траекторию и, вероятно, стыковаться с орбитальной станцией. Особенность конструкции - возможность складывания шарнирно соединенных с фюзеляжем крыльев (13) для хранения и доставки к месту старта и обратно.
Рис.13
Одно из направлений - туристические космолёты.
Компания «Российский авиационный консорциум» разрабатывает [ПО 78697] суборбитальный туристический самолёт.
МАИ - один из разработчиков проекта аэрокосмической системы научно-спортивного назначения . Система включает суборбитальный ракетоплан с самолётом-носителем МиГ-31С, наземную систему обслуживания и спортивно-технический комплекс подготовки потенциальных экипажей.
Космический туризм - единственное направление, в котором сейчас реализованы космолёты. В 2016 году планируется первый полёт суборбитального аэрокосмического самолёта Lynx, а туристическая суборбитальная капсула SpaceShipTwo и самолёт-носитель WhiteKnightTwo (двухступенчатая система) уже несколько лет находятся в опытной эксплуатации. Однако космический туризм - дорогое удовольствие. Один из энтузиастов авиационного и космического туризма Р. Брэнсон жаловался, что космическое путешествие либо астрономически дорогое: в Советском Союзе (там так написано!) за полёт на МКС с него запросили 30 миллионов долларов, либо неудобное и небезопасное .
На корабле SpaceShipTwo , , установлен гибридный ракетный двигатель с твердым горючим и жидким окислителем. SpaceShipTwo рассчитан на 8 человек - 2 членов экипажа и 8 пассажиров. Цель компании - полеты должны быть безопасны и доступны по цене . Самолёт-носитель WhiteKnightTwo - двухфюзеляжный, между фюзеляжами крепится капсула SpaceShipTwo .
Космический самолет , способный развивать скорость более 0,9 Маха и обеспечивать транс- и/или сверхзвуковой полет, разрабатывает компания ASTRIUM SAS (Airbus), Франция. Самолет оснащен двумя турбореактивными двигателями, работающими при полете в атмосфере, и ракетным двигателем. При выходе их атмосферы воздухозаборники закрываются специальными подвижными куполообразными клапанами, повторяющими форму фюзеляжа самолета.
Суборбитальная одноступенчатая КС Lynx , компании XCOR Aerospace Incompany (США) может применяться для доставки в космос туристов, проведения научных исследований и выведения на низкую орбиту ПН массой до 650 кг с помощью внешнего разгонного блока. Без внешнего отсека с разгонным блоком Lynx может применяться для доставки в космос нескольких туристов или туриста и комплекта научных приборов для проведения исследований космического пространства.
Lynx использует ракетные двигатели многократного включения с искровым зажиганием, работающие на компонентах жидкий кислород - жидкие углеводороды (керосин, метан, этан, изопропанол).
Британская компания Bristol Spaceplanes разрабатывает космолёт для перевозки туристов. Ascender - суборбитальный ракетоплан, может доставить на высоту до 100 км одного пилота и одного пассажира или одного пилота и комплект научной аппаратуры.
Ascender должен положить начало разработке двухступенчатой системы Spacebus, орбитального ЛА, способного перевозить до 50 пассажиров и обеспечить перелет из Европы в Австралию примерно за 75 минут. Так как основу проекта составляют, по возможности, стандартные элементы авиационных и космических систем, стоимость полета Spacebus будет меньше стоимости полета Шаттла в 100 раз.
Новостью 2004 г. стала представленная ЭМЗ им. В.М.Мясищева и «Суборбитальная корпорация» аэрокосмическая система Cosmopolis-XXI (C-XXI) - связка из самолёта-носителя М-55 «Геофизика» и суборбитального ракетоплана . Проект не реализован.

Двигательные установки космолёта
Какой бы хорошей ни была конструкция, каким бы продуманным ни был план полёта, КЛА никуда не полетит без двигателя.
Предполагалось, что для ведущих космических держав уже к концу 1980-х годов обычной задачей будет выведение совокупного полезного груза массой 900 - 1000 тонн. В качестве наиболее перспективных двигателей рассматривались ЯРД с газофазной активной зоной, термоядерные и импульсные термоядерные двигатели .
Любая двигательная система (ДС) должна включать источник энергии, источник рабочего тела (отбрасываемой массы) и собственно двигатель, причем в некоторых типах двигателей источник энергии и рабочее тело совмещены (химические двигатели).
Условно энергетические установки можно разделить на три группы :
1. Автономные - источник энергии и рабочее тело находятся на борту (ЖРД и другие химические, ЯРД);
2. Полуавтономные - ДС с внешними источниками энергии: двигатели, использующие энергию внешних лазеров, СВЧ-генераторов, Солнца («в металле» существуют только ионные и плазменные);
3. Неавтономные двигатели, использующие в качестве рабочего тело атмосферу, межпланетную среду, материал планет и астероидов, а также солнечный ветер (солнечный парус).
Двигатели подразделяются по виду источников энергии, исходному состоянию рабочего тела и другим признакам.
Ни один из существующих ВРД не может применяться на космолете во всех режимах полёта. Поэтому сама концепция с разгоном на ВРД требует комбинированной двигательной установки с двигателями разных типов. Борьба за скорость полёта - прежде всего борьба за повышение мощности и эффективности двигателя.
Рассмотрим некоторые виды перспективные для использования на космолётах двигателей.

Жидкостный реактивный двигатель
ЖРД - наиболее распространенный двигатель КА и РН. Особенностью ЖРД является возможность работы во всем диапазоне высот. Однако ЖРД потребляют большое количество горючего и окислителя, а также имеют относительно невысокую эффективность.
Перспективные направления разработок:
- ЖРД с регулируемой площадью критического сечения; удельный импульс при уменьшенном значении тяги увеличивается на 3-4 % .
- ЖРД с изменяемым в процессе работы соотношения компонентов топлива Кm (окислитель - жидкий кислород, горючее - жидкий водород) в несколько раз (до Кm=15) во время работы камеры сгорания; ввод двигателя на номинальный режим (Кm=6) осуществляется после набора высоты, что обеспечивает высокий удельный импульс тяги; обеспечивается меньший расход водорода и уменьшение габаритов и массы баков.

Гибридные ракетные двигатели (ГРД)
Фактически, ГРД - обычные ракетные двигатели, в которых компоненты топлива находятся в разных фазах, например, жидкое горючее - твердый окислитель,или твердое горючее - жидкий окислитель . По характеристикам ГРД занимают промежуточное положение между ЖРД и РДТТ. Преимущества ГРД - требуют управление подачей только одного компонента, для второго не нужны баки, клапаны, насосы и др., имеют возможность управления тягой и отключения, не требуют отдельных систем охлаждения стенок камеры сгорания: испаряющийся твердый компонент охлаждает стенки. Двигатель именно такого типа установлен на космическом самолёте SpaceShipTwo , .

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД)
ПВРД из-за относительной простоты конструкции, а также возможности работать в широком диапазоне скоростей рассматривается во многих проектах космолётов . В этих проектах ПВРД играют роль основного двигателя для разгона в атмосфере, так как практически не имеют ограничений по максимальной скорости атмосферного полёта. Эффективность и мощность ПВРД возрастают со скоростью и высотой . Один из недостатков ПВРД - для их запуска требуется разгонять аппарат до скоростей около 300 км/ч, а в случае гиперзвуковых ПВРД до сверхзвуковых скоростей с помощью двигателей других типов.
В ПВРД может применяться твердое порошковое горючее, например уголь. Предлагалось использование угольного порошка в качестве первичного горючего в проекте самолёта Li P.13 А.Липпиша.
Самой перспективной конструкцией ПВРД считается гибридный ракетно-прямоточный воздушно-реактивный двигатель . Такой двигатель имеет более высокий удельный импульс, нежели ЖРД, и более высокую тягу на 1 м2 площади сечения, а в ряде случаев и более высокое значение удельного импульса. РПВРД может быть эффективно использован в широком диапазоне скоростей. Состоит из ракетного контура - газогенератора, представляющего собой РДТТ, ЖРД или ГРД, и прямоточного контура.
Применение металлов в качестве горючего обусловлено их высокой активностью, значительным тепловыделением и позволяет создать принципиально новые высокоэффективные ПВРД для управляемых ракет. Преимущества ПВРД на порошкообразном металлическом горючем, использующих в качестве окислителя атмосферный воздух, состоят в том, что они обеспечивают высокие ТТХ, могут использоваться в широких диапазонах скоростей, при этом надежны в обращении и хранении.
Одна из задач конструирования ПВРД - обеспечение полного сгорания топлива. Интересный способ решения предложили сотрудники Корпорации «Тактическое ракетное вооружение» [ИЗ 2439358]. В качестве топлива предложен порошок металла, например алюминия или магния. В форкамере образуется воздушно-порошковая взвесь с избытком воздуха и начинается горение этой смеси. Частицы порошка полностью сгорают в камере дожигания. Образуется реактивная струя.
КБ Химавтоматики совместно с ЦИАМ разрабатывает исследовательский гиперзвуковой ПВРД - осесимметричный гиперзвуковой ПВРД . ГПВРД 58Л с камерой прямоугольного сечения предназначен для экспериментальных исследований рабочих процессов при горении водорода в сверхзвуковом потоке. В 1998 г. успешно проведено летное испытание двигателя, при котором впервые в мире была достигнута скорость 6,35 Маха.
Также были проведены лётные испытания модельного осесимметричного двухрежимного ГПВРД на жидком водороде в диапазоне чисел Маха полёта от 3,5 до 6,5 на высоте до 28 км.
Одновременно учёные ЦИАМ создают новую схему сверхзвукового пульсирующего детонационного прямоточного двигателя (СПДПД) со сверхзвуковым потоком в детонационной камере сгорания и с горением в пульсирующей детонационной волне. Расчеты для водородно−воздушного СПДПД показали, что при полете на высоте H = 25 км он может работать при числах Маха полета м/с от 4,5 до 7,5 .

Ядерный ракетный двигатель (ЯРД)
Использование тепловой энергии реакций деления ядер нестабильных элементов представляется наиболее перспективным направлением развития тепловых ракетных двигателей.
ЯРД - ракетные двигатели, источником энергии для которых является ядерное ракетное топливо ; имеют более высокий удельный импульс, чем самые эффективные ЖРД. Но при этом ЯРД имеют большую массу, чем ЖРД, так как оснащены радиозащитным экраном.
ЯРД расходует малое количество топлива в течение длительного времени и может долгое время работать без дозаправки .
Основные классы ЯРД:
- непосредственного нагрева: рабочее тело нагревается при прохождении через область, содержащую делящееся вещество (РД-0410) ;
- с промежуточной системой преобразования энергии, где ядерная энергия вначале превращается в электрическую, а электрическая используется для нагрева или ускорения рабочего тела, т.е. они представляют собой ядерный реактор и связанные с ним ЭРД («ТОПАЗ 100/40») , .
ЯРД РД-0410 может применяться для разгона, торможения КА и коррекции их орбиты при освоении дальнего космоса. Этот двигатель выполнен по замкнутой схеме, рабочее тело - жидкий водород. Благодаря термодинамическому совершенству рабочего тела и высокой температуре нагрева его в ядерном реакторе (до 3000 К), двигатель имеет высокую экономичность, удельный импульс тяги в вакууме - 910 кгс.с/кг, что вдвое лучше, чем у ЖРД на компонентах водород-кислород и в 1,85 раза выше, чем у водород - фторных ЖРД . Но это также - история. КБХА было поручено разработать ЯРД РД0410 и РД0411 в 1965 г. .
ЯРД прошли многолетние детальные исследования: в течение 70 - 90-хx годов в космосе эксплуатировалось более трёх десятков ядерных электрических установок (ЯЭУ) трёх модификаций, предназначенных для питания электроэнергией аппаратуры КА по принципу преобразования тепловой энергии ядерного реактора в электричество в полупроводниковом термоэлектрическом генераторе .
Работы по созданию ЯЭУ для КА продолжает АО «Красная звезда» , [ИЗ 2421836], [ИЗ 2507617].
Однако ЯРД и ЯЭУ до сих пор не нашли практического применения даже в демонстрационных полётах, хотя продолжают считаться перспективными для дальних космических полётов. Высказывались и сомнения, нужен ли такой двигатель и будет ли он разработан .
При работе ЯРД испускает радиоактивное излучение, поэтому требуется радиационная защита корабля. В атмосфере требуется полная защита, а в космосе достаточно теневой, когда двигатель экранирован от основного корабля защитным экраном .
Захоронение ЯЭУ после окончания эксплуатации производится переводом на орбиту, где время существования реактора достаточно для распада продуктов деления до безопасного уровня (не менее 300 лет). В случае любых аварий с космическим аппаратом ЯЭУ имеет в своём составе высокоэффективную дополнительную систему радиационной безопасности (ДСРБ), ипользующую аэродинамическое дисперсирование реактора до безопасного уровня .
Вернемся к прогнозам. В 1966 году Ю.Конеччи писал, что по самой пессимистичной оценке ввод в эксплуатацию ЯРД с газофазной активной зоной станет 1990 г. … Прошла четверть века.

Лазерный ракетный двигатель (ЛРД)
Считается, что характеристики ЛРД лежат между характеристиками ЯРД и ЭРД .
ЛРД предназначен для обеспечения тяги ЛА, приводимому в движение плазменной вспышкой, инициированной лазером. С 2002 года КБХА в кооперации с ИЦ им. М.В.Келдыша и НИИНИ оптико-электронных приборов занимается исследованием проблемы создания ЛРД, который существенно экономичнее традиционных двигателей на химическом топливе.
В проекте другого ЛРД [ИЗ 2559030] принцип действия отличается. В камере сгорания с помощью лазера создается непрерывный оптический разряд. Рабочее тело, взаимодействуя с плазмой разряда, приобретает сверхзвуковую скорость.
Фотонный ракетный двигатель - гипотетический ракетный двигатель, создающий тягу в результате направленного истечения из него фотонов, имеет предельное значение удельного импульса, т.к. поток фотонов имеет предельно достижимую скорость - скорость света. . Развитие теории фотонных ракет имеет давнюю историю. По мнению Э.Зенгера фотонные ракеты, приводимых в движение реакцией потока фотонов, выбрасываемых из ракеты, позволят совершать полеты в самые отдаленные области Галактики
Возможно, это вопрос терминологии. Фотонными сейчас иногда называют двигатели с использованием лазера, в 1958 г. лазеры еще не созданы. Фотонный двигатель [ПМ RU 64298] «обычной» конструкции в качестве источника фотонов содержит мощный лазер; отличительная особенность - применение оптического резонатора, что позволяет повысить тягу двигателя.
Еще один фотонный двигатель [ИЗ 2201527] отличается тем, что в нем в качестве резонатора применяется кристалл алмаза и радиальные зеркала. Резонатор также применяется для увеличения тяги.

Электрореактивный двигатель (ЭРД)
ЭРД выбрасывают рабочее тело с помощью электромагнитного поля или нагрева рабочего тела электроэнергией. В большинстве случаев необходимая для работы ЭРД электрическая энергия берется внутренних источников питания (радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГа), аккумуляторов) или от Солнца.
Основные классы ЭРД, рабочие процессы принципиально разные , :
- ионные
- двигатели с азимутальным дрейфом электронов
- сильноточные двигатели
- теплообменные ЭРД.
В ионных ЭРД рабочим телом служат ионы благородного газа (в большинстве проектов - ксенона), а в случае теплообменных электрореактивных двигателей - пары легкоплавких металлов. Первым ксеноновым ионным двигателем, использовавшимся в космосе, был двигатель RITA на миссии Eureca (ESA), проходившей в 1992 году , .
ЭРД имеют достаточно высокий КПД, достигающий 0,7. Именно ЭРД в комбинации ядерным реактором предлагались в качестве основных двигателей прилёта/отлёта для полёта на Марс .
В настоящее время ЭРД применяются на некоторых КА в качестве двигателей ориентации, основных разгонных двигателей межпланетных КА (Deep Space 1, SMART-1), двигателей малой тяги для поддержания и сверхмалых коррекций орбиты .
История разработки ионных двигателей насчитывает не одно десятилетие. Так, одним из источников информации для разработки ионного двигателя компании «Мессершмитт - Бёлков-Блом Гмбх» (ФРГ) [патент 682150] была книга С. Л. Айленберга и А. Л. Хюбнера выпущенная еще в 1961 году.

Области применения космолета
1 Военное применение (получение развединформации о действиях вероятного противника, разведка и поражение космических целей противника и т.п.) , для этого создавались первые космолеты
2 Доставка в космос полезного груза;
3 Доставка на орбитальные станции грузов и экипажа. Сейчас доставка грузов на МКС может быть выполнена только кораблями «Прогресс» (Россия), «Dragon» (США), «Cygnus» (США), «HTV» (Япония); доставка людей - только корабли «Союз» (Россия)
4 Заправка межпланетных кораблей
5 Испытания перспективных ДУ с возможностью их возврата на Землю
6 Захват и доставка на Землю космического мусора
7 Исследование верхних слоев атмосферы
8 Доставка полезного груза на орбиту искусственного спутника Луны (ИСЛ)
9 Инспекция и обслуживание спутников
По современным оценкам, возможное распределение задач, выполняемых космолётом: 57% - космический туризм; 18% - проведение научных исследований; 12% - оперативное дистанционное зондирование и экомониторинг, 8% 5% - подготовка космонавтов и 5% - реализацию рекламных проектов .
В этот перечень не вошло еще одно перспективное направление для космическиж ЛА - добыча планетных полезных ископаемых .
Как показывает анализ, наиболее востребованным в ближайшее время может стать космический туризм.
Предпосылками для этого можно считать стечение ряда обстоятельств:
- широко развита авиация и аэронавтика,
- люди привыкли к полётам,
- накоплен значительный опыт полётов на пилотируемых КА,
- современные технологии производства ЛА гарантируют техническое совершенство и высокую степень надежности ЛА,
- появилось много людей, способных оплатить космический полёт,
- в современном потоке информации становится недостаточно «виртуальных» ресурсов.
Возможные сценарии туристических полётов (вернемся в 1966 - фантазия или фантастика(?)):
- суборбитальные полёты на высоту до 100 км,
- орбитальные, от нескольких часов до нескольких суток.
- орбитальные - 1-2 недели с остановкой в космическом отеле.
- полёты к Луне с выходом на ее орбиту, высадкой на поверхность и проживанием в отеле на поверхности продолжительностью от нескольких недель до нескольких месяцев;
- полёты к Марсу и его спутникам с выходом на орбиту, высадкой на поверхность и проживанием в отеле на поверхности Марса от нескольких дней до нескольких недель.
- облёты Юпитера, Сатурна и их спутников с высадками на поверхность спутников.
Для реализации необходимы надежные и безопасные многоразовые ЛА с малозатратным ремонтом и обслуживанием; конструкционные модули, усложняемые по мере освоения новых маршрутов; повышенная степень комфорта для экипажа и пассажиров; специализированная инфраструктура учебно-тренировочных центров для подготовки к полёту и послеполетной реабилитации; самостоятельная инфраструктура стартовых сооружений, посадочных площадок, управления полётами. Эти же принципы применимы для научных и исследовательских задач.

Заключение
Есть класс задач, требующих решения. Большая часть из них может быть решена с помощью космолётов, в особенности такие, как доставка полезных грузов и экипажа на орбитальные станции, выведение на орбиту автоматических КА, возврат с орбиты устаревших спутников с целями повторного использования их ценных компонентов, мониторинг земной поверхности и орбитальной обстановки, а также возврат с орбиты крупных объектов космического мусора, «развозка» космических туристов. Снова начинаются разработки космолётов. Некоторые из них уже достигли стадии опытной эксплуатации.

Вывод
Теоретические расчеты, исследования, а также пока немногочисленные, но реальные запуски показали возможности систем многократного использования. Сегодняшнее состояние технологий, экономики и политики дают реальный шанс для возобновления и развития построения высокоэффективных аэрокосмических транспортных систем и возможность в среднесрочной перспективе реализации близких полётов, а в долгосрочной - длительных, в том числе межпланетных, полётов различного назначения.
Прогнозы - вещь неблагодарная. По прогнозам, уже полтора десятка лет как мы должны обживать базу на Титане. Но, может быть, в 2030…

Список источников
1 Карпова Л.И. История авиации и космонавтики. Курс лекций в МГТУ. М., 2005
2 Космическая эра. Прогнозы на 2001 год. Ю.Конеччи и др./Пер. с англ. В.С.Емельянова. М.: Мир, 1970
3 Пилотируемая экспедиция на Марс./ П/р А.С.Коротеева. М.: Рос. ак-я космонавтики им. К.Э.Циолковского, 2006
4 Лопота В.А. Космическая миссия поколений XXI века, Полет, №7, 2010
5 Космические крылья. Лукашевич В., Афанасьев И., М.: ООО «ЛенТа Странствий», 2009
6 Феоктистов К.П., Бубнов И.Н. О космолётах, М.: Молодая гвардия, 1982
7 Золотой век космонавтики: мечты и реальность./Афанасьев И., Воронцов Д. М.: Фонд «Русские Витязи», 2015
8 Космонавтика Маленькая энциклопедия. М.: «Сов. Энц.», 1970
9 Боно Ф., Гатланд К. Перспективы освоения космоса. Лондон, 1969. Сокр. пер. с англ. М.: «Машиностр.», 1975
10 www.buran.ru
11 Башилов А.С., Осин М.И. Применение наукоемких технологий в авиакосмической технике: Уч. пос. М.: МАТИ, 2004
12 Шибанов А. Заботы космического архитектора. М.: «ДЕТ. ЛИТ-РА», 1982
13 Славин С.Н. Тайны военной космонавтики. М.: Вече, 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 Авиапанорама, №5, 2013
22 Парфенов В.А. Возвращение из космоса Научно-популярная библиотека военного издательства. М.: Изд-во Воениздат 1961
23 www.npomash.ru
24 Сборник докладов ученых и специалистов ОАО «ВПК «НПО машиностроения» на XXXVI Академических чтениях по космонавтике, 2012
25 Разработка систем космических аппаратов/ П/р. П.Фортескью, и др.; Пер. с англ. М.: Альпина Паблишер, 2015
26 Акишин А.И., Новиков Л.С. Воздействие окружающей среды на материалы космических аппаратов, М.: Знание, 1983
27 Салахутдинов Г. М. Тепловая защита в космической технике. М.: Знание, 1982
28 Молодцов В.А. Пилотируемые космические полёты. 2002
29 ru.espacenet.com
30 www.mai.ru
31 Брэнсон Р. Достичь небес. Пер. с англ. М.: Альпина нон фикшн, 2013
32 www.virgingalactic.com
33 www.thespaceshipcompany.com
34 www.xcor.com
35 bristolspaceplanes.com
36 Соболев И. Летящие по параболе, Техника-Молодёжи, №, 2004
37 Дмитриев А.С., Кошелев В.А. Космические двигатели будущего. М.: Знание, 1982
38 Ерохин Б.Т. Теория и проектирование ракетных двигателей: Уч-к. СПБ.: Изд-во «Лань», 2015
39 www.kbkha.ru
40 Баев Л.К., Меркулов И.А. Самолёт-Ракета. М.: Гос. Изд-во технико-теоретической литературы, 1956
41 www.ciam.ru
42 Бассард Р., Делауэр Р. Ядерные двигатели для самолётов и ракет. Сокр. пер. с англ. Р.Авалова и др., М.: Военное изд-во, 1967
43 Однажды и навсегда... Документы и люди о Валентине Петровиче Глушко, М.: Машиностр., 1998
44 www.redstaratom.ru
45 КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО ХИМАВТОМАТИКИ (брошюра). Воронеж, 2010
46 Зенгер Э. К механике фотонных ракет. Пер. с нем. В.М.Пацкевича; п/р И.М.Халатникова. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1958
47 Электрические ракетные двигатели космических аппаратов/С.Д.Гришин, Л.В.Лесков. М.: Машиностр.,1989
48 Аэрокосмическое обозрение №№3,4,5, 2005
49 Девять месяцев на МКС: репортаж с орбиты. Наука и жизнь, №1, 2016, стр. 39
50 Данилов С. Космос в коллизиях, иллюзиях и окклюзиях, Техника молодежи, №1, 2016

Министерство образования Республики Башкортостан

МКУ отдел образования АМР Бижбулякский район

МОБУ средняя общеобразовательная школа № 2 с. Бижбуляк

Историко-исследовательская работа на тему

« Какое будущее у аэрокосмического транспорта? »

SpaceX — Дорога в будущее

Об истории и перспективах развития компании SpaceX

Выполнил: Аглеев Линар, 10 класс

МОБУ СОШ № 2 с. Бижбуляк

МР Бижбулякский район

Республика Башкортостан

Адрес школы:

452040 Республика Башкортостан,

МР Бижбулякский район,

с. Бижбуляк, ул. Центральная, 72

Телефон: 8 347 43 2 17 21

Факс: 8 347 43 2 17 21

Руководитель: Гибатов И.Р.

с. Бижбуляк, 2015

Введение

Глава 1. Проект SpaceX

• 1.1 История проекта
• 1.2. Перспективы ракетоносителей SpaceX
• 1.3. Двигатели, разработанные в компании SpaceX
• 1.4. Reusable — Многоразовость
• 1.5. Dragon

Заключение

Использованная литература

Приложения

Введение

Мы сейчас живем на грани колоссального события —

такого, как переселение жизни на другие планеты.

Илон Маск

Познакомившись с положением об олимпиаде Можайского, меня заинтересовал вопрос: «Какое будущее у аэрокосмического транспорта?» Я решил поискать на него ответ. В результате поиска я узнал о проекте частной компании SpaceX, которая мечтает о создании Марсианского Колониального Транспорта и удешевлении стоимости космических полетов.

Я выдвинул гипотезу: в будущем можно будет использовать проекты SpaceX для аэрокосмического транспорта.

Цель работы : выяснить, можно ли для развития аэрокосмического транспорта использовать проект Space X

Задачи:

1. Изучить историю проекта
2. Изучить эволюцию ракетоносителей SpaceX, их двигателей и их преимущества
3. Изучить перспективы проекта SpaceX

Методы исследования :

1. Изучение и анализ литературы и соответствующих сайтов в сети Интернет
2. Анализ отчетов компании

Объект исследования: частная космическая компания SpaceX

Глава 1. Проект SpaceX

1.1. История проекта

Я узнал, что история компании SpaceX начинается с 2001 года. Её руководитель Илон Макс всю свою жизнь увлекался космосом. Он мечтал создать свой проект по созданию ракет. Этот проект он назвал SpaceX — Space Exploration Systems.

Первая ракета, которую разработали в компании, называлась Falcon 1, так как на ней использовался один двигатель Merlin. Эта ракета имела незаурядные характеристики, ракета легкого класса (см. приложение 1). Полезная нагрузка составляла всего до 600 килограмм. Во время испытаний, двигатели то выключались, то взрывались.

К 2004 году двигатели стали работать стабильно.

В 2006 году состоялся первый запуск ракетоносителя Falcon 1. Ракета поднялась, стремительно устремилась в небо и на 25 секунде взорвалась. Упала недалеко от стартового стола. Причина была в разрушении гайки, к которой крепился топливопровод к двигателю.

Во время второго запуска, первая ступень отработала идеально. После разделения ступеней включился двигатель второй ступени. Но во время выработки топлива, топливо внутри баков начало плескаться, ступень начала раскачиваться и разрушилась.

Третий запуск был совершен в августе 2008 года. Во время третьего запуска, во время разделения ступеней, первая ступень не отошла от второй. Всё это произошло из-за того, что на третьей ракете был установлен двигатель с другим типом охлаждения.

Четвертый запуск был произведен спустя месяц после третьего запуска. В качестве полезной нагрузки, в отличие от первых запусках, не использовали спутник — в этом запуске использовался массогабаритный макет груза. В сентябре 2008 года первая и вторая ступень отработали идеально и вывели этот массогабаритный груз на орбиту с перигеем в 500 километров и апогеем в 700 километров вокруг Земли.

Следующим эволюционным шагом в компании SpaceX была ракета Falcon 9, которая использовала 9 двигателей Merlin в своих технологиях. И первая ракета из семейства Falcon 9 была ракета версии 1.1. (см. приложение 2). Falcon 9 (v 1.0) имела девять двигателей, которые располагались рядно. Ракета управлялась распределением тяги между двигателями по периметру. Двигатели не вращались, не использовалось управление за счет поворота двигателя. Система распределяла тягу, тем самым управляя движением. Таких ракет было построено 5 штук. После этого начали использовать новую версию ракеты Falcon 9 (v 1.1) В версии 1.1 были увеличены баки, самым заметным отличием был переход от рядного расположения двигателей к кольцевому расположению (см. приложение 3,5). Кольцевое расположение позволило разместить центральный двигатель на подвесе, за счет чего управление стало осуществляться поворотом центрального двигателя. Это было нужно для того, чтобы в дальнейшем возвращать ступень на Землю. Таких ракет из 19 запусков на текущий момент — 5 запусков версии 1.0, а остальные 14 — версии 1.1.

Следующая стадия — версия 1.2 (Falcon 9 v 1.2). Коренное отличие ракеты — это использование переохлажденного окислителя кислорода. Криогенный кислород пропускают через специальное устройство, через жидкий азот, за счет чего он охлаждается примерно до температуры около -215 градусов по Цельсию. Это увеличивает плотность окислителя на 7%, соответственно позволяет поместить в ракету больше окислителя по массе. Топливо теперь тоже охлаждается до температуры -30 градусов по Цельсию — это увеличивает эффективность системы охлаждения ракеты. Falcon 9 версии 1.2 планируется в трех вариантах (см. приложение 6). Первая версия — версия с кораблем Dragon 1, вторая — версия с кораблем Dragon 2, конструируемым сейчас и третья версия — версия с обтекателями для полезной нагрузки, чтобы выводить спутники на орбиту. Новая версия позволила увеличить массу полезной нагрузки примерно на 30%. Это нужно для того чтобы выводить тяжелые грузы на орбиту, и в каждый запуск устанавливать систему возврата ступени, которая занимает определенную массу и определенное топливо.

1.2. Перспективы ракетоносителей Space X

Продолжая знакомиться с проектом SpaceX, я выяснил, что следующим, не только качественным, но и количественным развитием ракет компании SpaceX является ракетоноситель Falcon Heavy (см. приложение 7). Ракета сверхтяжелого класса, центральный блок — Falcon 9 плюс два дополнительных разгонных блока, которые являются первыми ступенями ракеты. Все три части будут возвращаемыми на Землю. Первые две ступени планируется возвращать на берег, на посадочные площадки, третья ступень будет улетать немного дальше по своей баллистической траектории и поэтому планируется ее сажать на плавучий космодром — на баржу. Также в этой ракете будет использована уникальная система перекрестной подачи топлива. В чем она заключается — во время старта работают все три блока — это 27 двигателей (3х9), но топливо и окислитель берутся из двух крайних блоков, центральный остается целым до отстыковки крайних блоков. Во время их отстыковки топливо начинает расходоваться из центральной части и это позволяет улучшить характеристики ракеты. Самыми значительными изменениями в ракете является масса, которую она может выводить на орбиту. На низкоопорную орбиту это составляет 53 тонны — невероятная масса. На Марс — 13,2 тонны. Falcon Heavy будет способна доставить полностью загруженный корабль Dragon на Марс, и частично загруженный на Юпитер.

1.3. Двигатели, разработанные в компании SpaceX

Я узнал, что в компании SpaceX разработали простые двигатели Merlin, которые используют открытый цикл (см. приложение 9,12) Это означает то, что часть топлива и окислителя используется для нагнетания топлива в камеру сгорания. Используется газогенератор, в котором сгорает часть топлива и окислителя, раскручивая турбины, которые подают топливо под высоким давлением в камеру сгорания, а отработанные газы выходят через патрубок. В первой версии Falcon 1 изменение вектора этого выхлопа использовалось для управления ракетой.

Схема открытого цикла проста, надёжна, она недорогая в создании и использовании. Потому что в ней используется невысокое давление в камере сгорания — и это, с большим заделом на будущее, способствует использованию многоразовых систем.

Я выяснил, что двигатели Merlin имеют не такую уж и высокую тягу, как наш легендарный двигатель РД-108, и не самый высокий удельный импульс, который показывает эффективность работы двигателя (см. приложение 10)

Однако они имеют преимущество - тяговооруженность (см. приложение 11). Тяговооруженность - это сколько собственных масс двигатель может поднять. 157 единиц — для двигателя такой схемы это рекорд. Выше бывает только у ракет, которые используют токсичные виды топлива. Планируется, что двигатели будут возвращаться и использоваться повторно.

1.4. Reusable — многоразовость

Исследуя ракетоносители и двигатели компании, я узнал о проекте возвращаемой первой ступени ракетоносителей компании SpaceX (см. приложение 13). На самом деле, эта теория многоразового использования имеет как много сторонников, так и много противников. Но именно эта функция существенно удешевляет стоимость запусков РН компании SpaceX. Я выяснил, что таким способом стоимость запуска снижается на ~60%. И эти средства компания может вложить в свои будущие разработки и перспективы.

Работы над многоразовостью начали вестись в 2011 году на полигоне МакГрегор в штате Техас компании SpaceX. С использованием испытательного стенда, который назывался Grasshopper (Кузнечик ). Эта ракета, которая, по сути, представляла собой первую ступень РН Falcon 9. Почему Кузнечик? Кузнечик, потому что эта ракета «подпрыгивала», она делала подскоки и отрабатывала момент посадки ступени за счет изменения тяги двигателя и его вектора.

В 2014 году систему возврата начали ставить на действующие ракетоносители, которые запускались в рамках миссий SpaceX. В апреле 2014 года была предпринята первая попытка посадки ступени — не на поверхность, а просто в океан. Ракета подошла к поверхности воды на необходимой скорости, замедлилась и погрузилась в воду.

В 2015 году начались испытания с посадкой ступени на плавучую баржу-космодром, которая находилась в океане. На ней использовалось четыре дизельных двигателя, которые удерживали баржу в определенной точке, с точностью до нескольких метров и ступень садилась на эту баржу. Случай, когда была произведена попытка посадки, был в апреле 2015 года, тогда «почти получилось»: ракета подошла хорошо, она попала куда нужно, но в результате небольшого сноса она опрокинулась и взорвалась.

22 декабря был произведен запуск Falcon 9 v.1.2 FT, запуск был осуществлен впервые после аварии, произошедшей в июне 2015 года. В этот раз SpaceX впервые удалось осуществить управляемый спуск на землю нижней ступени ракеты-носителя Falcon 9 (см. приложение 13). Таким образом, компания смогла сохранить ее для повторного использования. Я узнал, что в данный момент ракета проходит необходимые тестирования для определения ее состояния после запуска и посадки. Данная ракета уже не полетит снова, — Илон Маск заявил, что они сохранят ее для собственного музея.

Подобные проекты пытались создать и наши соотечественники. В ГКНПЦ им. Хруничева совместно с НПО «Молния» разрабатывали «Байкал» (см. приложение 15) — проект многоразового ускорителя первой ступени ракеты-носителя Ангара. Основная идея проекта состояла в том, чтобы выполнивший задачу ракетный ускоритель, отделившись от носителя, автоматически возвращался к месту старта и приземлялся на самолётную взлётно-посадочную полосу как крылатый беспилотный летательный аппарат. Но, к сожалению, наш проект так и остался на стадии разработки. Разработчики показали макет ускорителя в 2001 году, на авиакосмическом салоне «МАКС - 2001».

1.5. Dragon

В 2004 году компания начала разрабатывать корабль Dragon, свой первый полёт он совершил в декабре 2010 года. Полезный объем составляет 11 кубических метров, также он способен перевозить груз в «багажнике», объем которого составляет 14 м 3 (см. приложение 16).

Я выяснил, что уникальность Dragon заключается в возможности возвращать грузы с МКС на Землю и это первый корабль, произведенный частной компанией, который пристыковался к МКС.

Dragon V2 - вторая версия корабля. В нем используется двигатели Super Draco, полностью напечатанные на 3D принтере. Два двигателя объединены в 1 кластер. Всего используется 4 кластера. Используя эти двигателя, корабль будет способен самостоятельно приземляться, не используя парашютов (см. приложение 17).

Я узнал, что в перспективе корабля Dragon — миссия «Mars 2020», в которой марсоход, созданный по аналогу существующего Curiosity , будет собирать в ёмкость образцы марсианского грунта, после чего доставит её к точке взлёта-посадки корабля Dragon, который доставит их на орбиту, а далее на Землю.

Заключение

Изучив информацию о проекте Space X, я выяснил, что перспективой проекта является использование новых двигателей Raptor, о которых пока ничего не известно. Эта ракета будет полностью многоразовой, первая и вторая ступени будут использоваться повторно. А доставлять на орбиту она будет Марсианский Колониальный Транспорт (см. приложение 18), который будет использоваться для доставки на Марс людей — на одном корабле будут помещаться около ста человек. На основании всех приведенных материалов я пришел к выводу, что в будущем можно будет использовать проект SpaceX для аэрокосмического транспорта.

Список использованной литературы и источников

1. Эшли Вэнс — Илон Маск. Tesla, SpaceX и дорога в будущее. (Издательство: Олимп-Бизнес; 2015 г.; ISBN 978-5-9693-0307-2, 978-0-06-230123-9, 978-59693-0330-0);

2. В.А. Афанасьев — Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов (Издательство: М.: Изд-во МАИ.; 1994 г.; ISBN: 5-7035-0318-3);

3. В. Максимовский — «Ангара-Байкал. О разгонном ракетном модуле многоразового использования »;

4. Официальный сайт SpaceX — ссылка ;

5. Официальный YouTube-канал SpaceX — ссылка ;

6. Материал из Википедии — ссылка .

Приложение

Приложение 1. Falcon 1.

Приложение 2. Эволюционный путь РН Falcon.

Приложение 3. Схема расположения двигателей Falcon9 v1.0 (слева) и v1.1 (справа).

Приложение 4. Falcon 9 версии 1.0 и 1.1.

Приложение 5. Расположение двигателей в версии 1.1.

Приложение 6. Falcon 9. трех типов: с космическим кораблем Dragon 1, космическим кораблем Dragon 2 и с обтекателем ПН.

Приложение 7. Falcon Heavy.

Приложение 8. Эволюция ракетоносителей компании SpaceX.

Приложение 9. Двигатель Merlin.

Приложение 10. Сравнение тяги двигателей Merlin 1, Vulcain, RS-25 и РД-108.

Приложение 11. Тяговооруженность Merlin 1D.

Приложение 12. Merlin 1D Vacuum.

Приложение 13.

Приложение 13.1.

Приложение 14. Схема полета и посадки ракеты.

Приложение 15 . МРУ "Ангара-Байкал"

Приложение 16. Космический корабль Dragon V1.

Приложение 17. Космический корабль Dragon V2.

Приложение 18. Арт-концепт Big Falcon Rocket.

– самую тяжелую грузоподъемную ракету на настоящий момент – и, возможно, транспортная революция ближе, чем мы думаем. Рассказываем, каким удивительным может быть транспорт будущего.

Автомобиль

Города будущего будут становиться все более . Машины на дорогах будут встречаться все реже – особенно в крупных городах. Мадрид, Копенгаген и Гамбург берут на вооружение политику , чтобы стать максимально и . А вот между городами автомобильные трассы станут сверхскоростными – Илон Маск уже построить такой скоростной тоннель между Лос-Анжелесом и его пригородом Калвер-Сити. По нему автомобили смогут передвигаться без пробок и со скоростью до 240 км/ч.

Сами дороги тоже изменятся и помимо транспорта будут обеспечивать населенные пункты энергией. Уже сейчас во Франции есть , выложенная солнечными батареями: на участок дороги длиной в один километр выложили 2800 квадратных метров солнечных панелей. Энергии, вырабатываемой «солнечной дорогой», хватит на все уличные фонари ближайшей деревни, а компания, выполнившая проект, считает, что Франция может стать энергетически независимой, если всего 250 тысяч километров дорог будут вымощены солнечными панелями.

Общественный транспорт

Общественный транспорт в будущем будет отказываться от ископаемых видов топлива и перейдет на возобновляемые ресурсы, которые могут оказаться непривычными. Власти Лондона уже городские автобусы на биотопливо, которое частично изготовлено из кофейной гущи. Кофейные отходы будут собирать у фабрик, баров, кофеен и ресторанов по всему городу, а затем отправлять на переработку. Новое топливо сокращает количество вредных выбросов на 10-15 %. Недостатка в нем не предвидится – население Лондона ежегодно «оставляет» после себя 200 тысяч тонн кофейных отходов.

В Осло не отстают от Лондона: с 2019 года там начнут ездить . А к 2025 году в Норвегии планируют полностью запретить авто с двигателями внутреннего сгорания. Беспилотный электроавтобус вместит 12 пассажиров и развивает скорость около 20 км/ч. Вызвать автобус можно будет при помощи специального мобильного приложения. Время ожидания – не более 10 минут.

Городские автобусы будущего станут зелеными не только в плане источников топлива, но и в прямом смысле – на крышах общественного транспорта будут сады с живыми растениями. Такой проект уже и направлен на улучшение экологической обстановки в городе и сокращение вредных выбросов в воздух. Каждый сад будет построен со специальной системой орошения и устроен таким образом, чтобы растения смогли выдержать постоянное движение.

Возможно, скоро не нужно будет покупать бесконечные талончики и проездные – достаточно будет надеть на себя определенный предмет одежды. В Берлине, например, которые являются одновременно проездным на все виды транспорта на год.

Для тех, кого в городах не устраивает ни удобный общественный транспорт, ни велосипеды, в будущем будет доступно летающее такси. Uber запустить летающие такси уже в 2020 году в Техасе и Дубае. Такое такси будет представлять собой небольшой легкомоторный самолет с электрическим двигателем. Компания планирует сделать самолеты тихими, чтобы использовать их в черте города. Еще один похожий вариант транспортировки (тоже в Дубае) – . Пассажирский дрон сможет перевозить людей весом менее 100 килограммов, максимальная его скорость составит 160 км/ч, а быть в воздухе он сможет не более 30 минут и унесет своих пассажиров на максимальное расстояние в 50 километров.

Поезд

Поезда будут все ускоряться, составляя неслабую конкуренцию самолетам. В Китае, между Пекином и Шанхаем, уже сейчас запустили . Он может разгоняться до 350 км/ч и преодолевает расстояние в 1200 км за 4 часа 28 минут. Это на полтора часа быстрее, чем другие поезда.

Но еще больше перспектив в деле поездов предложил Илон Маск еще в 2013 году с концепцией – системой поездов с электродвигателем, которые проносятся по трубопроводам с низким давлениям на воздушной или магнитной подушке. Вакуумный поезд будет в два раза быстрее самолета и в три раза быстрее скоростного поезда, достигая максимальной скорости в 1200 км/ч. Hyperloop уже показала , провела и до 310 километров в час на тестовой трассе в Неваде. Ближайший возможный маршрут соединит Абу-Даби и Дубай в 2020 году.

В Германии тоже представили свой – в нем будут спортивные тренажеры, плазменные телевизоры и переговорные отсеки со звукоизоляцией и планшетами (в качестве конкуренции – в Шотландии). Пока одни концентрируются на комфорте, другие – на технологиях: в той же Германии к 2021 году запустят . Это будет экологичный и совершенно бесшумный пассажирский поезд Coradia iLint – первый в истории поезд дальнего следования, который испускает в атмосферу лишь пар и водный конденсат. Бак с водородом располагается на крыше поезда и обеспечивает работу топливного элемента, а тот, в свою очередь, производит электроэнергию. Такой поезд может непрерывно следовать без заправки 1000 км и развивать скорость до 140 км/ч.

И, конечно, поезда будущего будут ездить на энергии из возобновляемых источников. В Нидерландах уже сейчас поезда на 100% от электроэнергии, произведенной ветром. Часа работы одной ветроустановки хватает для поездки на поезде расстоянием в 192 км. При этом до 2020 года в Нидерландах надеются уменьшить количество энергии, необходимой для перевозки одного пассажира, еще на 35%.

Самолет

Самолеты – кажется, самый привычный современным путешественникам вид транспорта, хоть и не самый экологичный из-за слишком больших выбросов СО2. Впрочем, уже есть самолет, летающий на биотопливе: в частности, самолет авиакомпании Qantas первый полет между США и Австралией с использованием биотоплива, произведенного из специального сорта горчицы. Самолет заправили 24 тоннами биотоплива из горчицы Brassica Carinata. По данным авиакомпании Qantas, это позволило уменьшить выбросы углекислого газа за один полет на 18 тонн по сравнению с использованием обычного керосина.