• РЕГИСТРАЦИЯ

В космос без ракеты: возможно ли это?

JeDi
Будущее - это технологии
15 апреля 2018 г. 08:21 11 2710

Альтернативная космонавтика развивалась двумя путями: созданием неракетных или нереактивных средств выхода на низкую околоземную орбиту и созданием вспомогательных средств, облегчающих ракете достижение космоса. К первым можно отнести гигантские пушки, ядерные взрыволеты, орбитальный лифт, «гиперпетлю»; ко вторым — самолетные и аэростатные старты, ядерный гиперзвуковой «гурколет», электромагнитные и железнодорожные ускорители и т. п.

Из пушки на Луну

До появления жидкостных ракетных двигателей единственным средством выхода в открытый космос считалась артиллерия. В основополагающем труде Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии» понятие космических скоростей объяснялось с помощью пушки, которая стреляет все дальше и дальше. Хотя уже тогда было понятно, что, даже если гигантскую пушку удастся построить, стартовые перегрузки убьют любой экипаж. В фантастическом произведении Жюля Верна эту проблему удалось решить, но в реальном мире ей нет решения по сей день.

Однако пушка подойдет только для отправки межпланетных или межзвездных зондов, скорость которых превысит вторую или третью космическую. Для запуска околоземных спутников с первой космической скоростью потребуется ракетная ступень, так как орбита выпущенного снаряда будет пролегать через точку старта, и он неминуемо врежется в Землю. Избежать этого можно коррекцией орбиты на космическом отрезке траектории, то есть пушку можно рассматривать только в качестве вспомогательного средства, и совсем без ракет обойтись не удастся.

Попытка реализовать идеи Жюля Верна была предпринята в 1940-е в Третьем рейхе: гигантская пушка, создаваемая по программе «Фау-3», врытая на глубину в сотню метров, конструировалась для обстрела Лондона из Франции. Снаряды должны были преодолевать по 150 км, но стройка на берегу Ла-Манша была уничтожена британской авиацией.

Пушка Пушка Внутри снаряда, выпущенного из артиллерийского орудия, летали на Луну герои романа Жюля Верна, однако в реальности из-за высоких перегрузок стрельба в космос людьми невозможна. Тем не менее такой способ вывода на орбиту деталей и материалов исключить нельзя. Лучше всего космическую пушку размещать в море.

На заре космической эры в 1961—1967 годах пушечные эксперименты продолжились в США. В ходе «Проекта высотных исследований» (High Altitude Research Project, HARP) было создано несколько пушек разного калибра, стреляющих вверх до высоты 180 км. Но из-за очевидных успехов космонавтики и невозможности совершения космических запусков при помощи орудий проект свернули.

Попытка добиться от артиллерии возможностей баллистических ракет была предпринята в Ираке в 1980-е. Руководил проектом американский инженер Джеральд Булл, ранее возглавлявший работу в HARP. Орудие калибром 1 м должно было запускать 600-килограммовый снаряд на 1000 км. Однако до практики дело не дошло: Булл был убит. Недостроенную систему уничтожили американские войска в ходе операции «Буря в пустыне».

В 1990-е в США продолжились эксперименты с пушками, позволяющими достигать околокосмических скоростей. Проект SHARP (Super HARP) на базе лаборатории Лоуренса в Калифорнии проводил эксперименты с пушкой на легких газах, придающих 5-килограммовому снаряду скорость 3 км/с. Пушки на легких газах — водороде или гелии — действуют по принципу пневматических, только сжимается перед выстрелом не воздух, а газ низкой плотности. Такие пушки, сообщающие снаряду скорость до 6−7 км/с, используются для моделирования столкновений с метеоритами или космическим мусором. Результатом экспериментов стал проект пушки, способной разгонять снаряд до 11 км/с, но миллиард долларов, требуемый на реализацию этой идеи, выделен не был.

Есть и физические ограничения: так, снаряд должен набрать космическую скорость только за время движения в стволе. Эта скорость должна быть выше орбитальной, чтобы компенсировать торможение в атмосфере. На скорости несколько километров в секунду внешняя поверхность снаряда нагревается за счет трения о воздух и формирования ударной волны. То есть снаряд должен противостоять не только колоссальным динамическим нагрузкам, но и температуре. Впрочем, справляться с аэродинамическим нагревом уже научились при запуске баллистических ракет и космических аппаратов, а вот обойти перегрузки пока не представляется возможным.

Теоретически артиллерийскую систему орбитального запуска лучше всего размещать на море, в виде погружаемого ствола, тогда ее можно было бы перемещать и направлять в любую точку небосвода, не привязываясь к сухопутному лафету. С другой стороны, строительство в горах помогло бы избавиться от части тормозящего воздействия атмосферы. Космическая пушка могла бы выводить на орбиту в промышленных масштабах какие-нибудь простые грузы, вроде стройматериалов или сырья для производства, но пока потребности в таких запусках нет даже в отдаленной перспективе, поэтому и пушки никто не строит.

Электромагнитная пушка рассматривается как возможное средство запуска в безвоздушной среде — с орбитальных станций или Луны. Перегрузок не избежать и там, но они будут ниже.

Орбитальный лифт

Концепцию космического лифта в виде тонкой башни, висящей в небе за счет центробежной силы, изложил еще Константин Циолковский в своем очерке «Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения» в 1895 году. Советский инженер Юрий Арцутанов в 1960 году развил эту идею, предложив опустить с космической станции кабель на Землю. Станция должна вращаться в плоскости экватора на геостационарной орбите на высоте около 36 тыс. км. Еще дальше от Земли должен вращаться противовес, который будет уравновешивать всю систему за счет центробежной силы. В роли противовеса можно было бы использовать астероид или еще более массивную станцию, которая подошла бы для запуска межпланетных аппаратов и кораблей.

Лифт Лифт Давняя идея Циолковского, Арцутанова и Артура Кларка, возможно, когда-нибудь и воплотится в жизнь, но для этого понадобятся новые материалы, а также потребность постоянно что-то возить на орбиту. Ну и проблему космического мусора, который может перерезать трос, нельзя сбрасывать со счетов.

На сегодняшний день главным технологическим препятствием на пути к воплощению этой идеи является отсутствие достаточно прочного материала малой плотности, из которого можно было бы изготовить трос. Трос должен выдерживать собственную массу, геостационарную станцию и противовес. Кроме этого, тросу придется противостоять и динамическим нагрузкам, связанным с перемещением грузов, коррекцией орбиты, силой Кориолиса, давлением солнечного света и гравитационным влиянием Луны, Солнца и планет. Теоретически, требуемой прочностью должны обладать углеродные нанотрубки, хотя пока не создана технология производства трубок достаточного качества и длины.

Следующая задача, приближающая реализацию космического лифта, — разработка подъемника. Поскольку в космическом лифте не предполагается система из нескольких кабелей и тросов, как в обычном лифте, для космоса требуется кабина, способная самостоятельно взбираться по тросу. Энергию для подъема предполагается передавать по самому тросу или с помощью лазерного луча. Такой подъемник можно делать уже сейчас, и с 2006 года в разных странах проводятся конкурсы разработчиков. В 2006—2010 годах такие конкурсы проводились в США при участии NASA, однако потом к ним утратили интерес из-за отсутствия прогресса в создании космического троса. Участники конкурсов сконструировали устройства, способные подниматься со скоростью до 5 м/с. Затем идеи космического лифта подхватили в Японии, Германии и Израиле, где тоже сконцентрировались на роботе-подъемнике. Японская строительная компания Obayashi, специализирующаяся на строительстве зданий, мостов и тоннелей, предполагает разработать космический лифт к 2050 году.

Однако создать трос и подъемник — это полдела. Остается еще немало проблем. Например, напряженный трос, протянутый через космическое пространство, представляет собой слишком уязвимую мишень для космического мусора. Сейчас в околоземном пространстве летает более полумиллиона фрагментов мусора размером более 1 см со скоростями до 8 км/с. Столкновение на такой скорости даже с небольшим металлическим фрагментом равносильно попаданию бронебойного снаряда. Расчеты показывают, что при сохранении нынешней плотности космического мусора вероятность столкновения сантиметрового обломка космического мусора с тросом шириной 5 см составляет примерно 1/1000 в сутки, то есть 1 раз в 3 года. Не исключена опасность террористического акта: в арсенале террористов появились дроны.

Не стоит забывать и о космической радиации. Наиболее сильно воздействие радиационных поясов Ван Аллена на высотах от 1000 до 17 000 км именно в плоскости экватора, где придется подниматься лифту. Преодоление нижнего, самого опасного протонного пояса при скорости 100 м/с займет 17 часов. Для сравнения, корабли Apollo, летавшие на Луну, проскакивали его менее чем за 10 минут на скорости 10−11 км/с и старались держаться подальше от плоскости экватора, близкой к эпицентру радиационного пояса.

В конечном счете главной проблемой космического лифта остается его экономическая целесообразность. Пока человечеству просто не требуется такого интенсивного обмена грузами с космосом, который сделал бы рентабельным капитальное строительство лифта — с высокими рисками, огромной стоимостью обслуживания и непонятной перспективой. Возможно, надежда появится при начале активной добычи полезных ископаемых на астероидах или Луне, но пока человечество не нуждается в этих ресурсах — то же самое есть и на Земле.

Петля Лофстрома

Недостатков космической пушки и космолифта лишена конструкция пусковой петли, предложенной инженером Кейтом Лофстромом в 1981 году. Эта идея предполагает использование только существующих и освоенных технологий, в частности электромагнитной левитации (маглева), однако требует постоянного поддержания динамической структуры в движении для сохранения формы.

Петля Петля В высшей степени гипотетический транспорт для вывода на орбиту космических аппаратов. Аппараты будет закидывать в космос закольцованный шнур, непрерывно движущийся со скорость 12−14 км/с в магнитном поле. Проблема в высоких энергозатратах и отсутствии потребности в непрерывных запусках на орбиту.

Основой пусковой петли является закольцованный металлический гибкий кабель, протянутый между двумя станциями на Земле на расстоянии 2 тыс. км. Кабель находится в подвешенном состоянии между кольцевыми магнитами внутри трубы и раскручивается между станциями. За счет момента инерции вращающегося кабеля вся конструкция должна подняться в воздух на высоту 80 км. Направляющие растяжки должны сформировать часть дуги параллельно земной поверхности. Таким образом, получится гигантская арка, позволяющая поднимать грузы над поверхностью Земли в околокосмическое пространство и задавать им ускорение по направляющим, построенным тоже по принципу маглева.

Несмотря на кажущуюся доступность технологий, этот проект еще менее реален, чем космические пушка или лифт. Проблема даже не в начальных инвестициях — по оценкам разработчика, должно хватить 10 млрд долларов, а в расходах на поддержание структуры в работоспособном состоянии. Подобная система требует нескончаемого потока грузов в космическое пространство и высокой надежности, не допускающей и секундного простоя.

Проектов альтернативных средств достижения космоса предложено немало. Однако все они проигрывают ракетам из-за своей сложности и отсутствия реальной потребности в них. Человечеству пока не требуется постоянный грузопоток на сотни тонн в космос и из космоса, а ракеты еще не исчерпали ресурс снижения стоимости.

Статья «В космос без ракеты» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2018).

Будущее - это технологии

ФУТБОЛ И ПОЛИТИКА: грузинский журналист Габуния чудом избежал ареста в Праге (спортивно-детективная история)

✔ Контролёр, покрутив в руках билет, ещё раз переспросил фамилию, – Габуния? – Габуния. Га-бу-ни-я! – по слогам повторил журналист и поправил серёжки. – Вам что, не нравится моя фамилия...

Украина в шоке от русского Крыма: Они даже памятник Ленину вернули
  • sensei
  • 22 июля 02:23
  • В топе

Солнечный полуостров и соседка-«незалежная» превратились в два мира, два образа жизниСначала о птичках. Центральный симферопольский парк имени Гагарина выпускает на волю попугаев-неразл...

Выборы на Украине... // Виолетта Крымская

Хожу в мятой одежде боюсь включить утюг. Был такой анекдот, мужик в эпоху застоя в СССР боялся включить любой электроприбор, потому из каждого вещали об очередном съезде КПСС. Смешно? Не...

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    JeDi Сегодня 12:30

    Строительство Orion завершено

    20 июля в Космическом центре им. Кеннеди состоялась торжественная церемония, приуроченная к 50-й годовщине посадки «Аполлона-11». В мероприятии приняли участие ряд высокопоставленных чиновников, в том числи администратор NASA Джим Брайденстайн и вице-президент США Майк Пенс. Они продемонстрировали публике готовый жилой модуль корабля Orion. Его с...
    156
    JeDi Сегодня 09:34

    Российские физики открыли новое свойство графена

    Ученые из Новосибирска нашли возможное объяснение многим странностям в том, как графен проводит электрический ток, изучая поведение и взаимодействие электронов внутри этого плоского материала. Их выводы были изложены в статье, опубликованной в журнале Physica E. Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химически...
    418
    JeDi Вчера 20:23

    «Чандраян-2» отправился в путешествие к Луне

    22 июля Индия осуществила успешный запуск ракеты GSLV Mk III. На ее борту находилась автоматическая станция «Чандраян-2», предназначенная для изучения Луны. Она состоит из трех основных компонентов: орбитального модуля, спускаемой платформы «Викрам» и небольшого ровера «Прагьян». Носитель вывел «Чандраян-2&r...
    567
    JeDi Вчера 13:04

    Пылающая галактика NGC 972

    На этом снимке, сделанном космическим телескопом Hubble, запечатлена спиральная галактика NGC 972. Она расположена на расстоянии 70 млн световых лет от Млечного пути в созвездии Овна.   Ослепительное сияние NGC 972 объясняется облаками межзвездного водорода. Они ионизируются под воздействием интенсивного излучения молодых и горячих светил, после...
    619
    JeDi 22 июля 19:21

    Пилотируемые полеты в космос как обыденность

    Вот интересно, почему красивое и синхронное приземление боковых ускорителей вызывает мировой восторг. Все просто встают и аплодируют, когда ракета пуляет автомобиль в неизвестном направлении и тем более не том, куда планировалось. Вывод на орбиту совершенно рядовой массы и кучи спутников все смотрят в прямом эфире. А вот старт российского пилотируемого космичес...
    1272
    JeDi 22 июля 18:06

    Индия запустила к Луне космическую станцию с луноходом

    НЬЮ-ДЕЛИ, 22 июл — РИА Новости. Индийская организация космических исследований (ISRO) успешно запустила к Луне автоматическую экспедицию "Чандраян-2" с небольшим луноходом на борту. Трансляция запуска велась на сайте организации. Старт миссии был запланирован на 15 июля, но его перенесли из-за технических неполадок. И...
    892
    JeDi 21 июля 11:33

    Хакеры взломали сервера подрядчика ФСБ и скачали 7,5 Тб информации, включая материалы ОКР "Натиск-2"

    Оригинал взят у коллеги diana_mihailova  в Forbes: хакеры взломали сервера ФСБ и скачали 7,5 Тб информации, включая материалы ОКР "Натиск-2" Forbes утверждает, что неизвестные хакеры взломали сервера ФСБ и скачали 7,5 Тб информации, включая материалы ОКР "Натиск-2". Сообщается, что13 июля хакерская группа под ником ...
    10107
    JeDi 21 июля 09:37

    Промышленный Интернет вещей и цифровые двойники: революция в военпроме и не только

    Мировая сфера проектирования сегодня подошла к черте, за которой актуальным является практическая работа не с конкретным физическим объектом, а с его цифровой копией. Речь идёт о процессах по созданию, анализу и управлению так называемыми цифровыми двойниками. И эти процессы в конечном итоге позволяют снизить риски и издержки во время работы с реальными физическими ак...
    1387
    JeDi 21 июля 09:28

    Интернет вещей, говорили они. И сделали подгузники…

    Технологии с каждым годом все глубже проникают в нашу повседневную жизнь. Среда интернета-вещей развивается. Сегодня уже никого не удивишь умными дверными замками, видеокамерами, кондиционерами и лампами, способными собирать информацию о состоянии окружающей среды в доме или присутствии постороннего человека в помещении и передавать ее на мобильные устройств...
    832
    JeDi 19 июля 21:35

    Зачем китайцы затопят «Тяньгун-2»

    Если не следить за успехами китайцев в той или иной области, то после непродолжительного времени можно просто поразиться тому, чего они достигли.  Если говорить про космос, то мне их темпы напоминают успехи СССР, когда чуть ли не каждый месяц запускался космический корабль, а космические станции по нескольку штук запускались одна за другой. Сейчас мы к сож...
    3302
    JeDi 19 июля 20:11

    Запуск «Чандраян-2» назначен на 22 июля

    Индийская организация космических исследований (ISRO) объявила о новой дате запуска миссии «Чандрян-2». Следующая попытка отправить станцию к Луне состоится 22 июля. «Чандрян-2» будет запущен при помощи ракеты PSLV Mk III с космодрома на острове Шрихарикота.   Запуск «Чандраян-2» уже переносился несколько ра...
    781
    JeDi 19 июля 17:43

    Huawei не будет уходить с Android. Даже на «Аврору»

    Китайская корпорация Huawei не собирается уходить с американской операционной системы Android. Ранее эксперты считали, что Huawei разрабатывает собственную операционную систему Hongmeng, однако она оказалась предназначена для смарт-устройств и промышленных применений. Об этом рассказала член правления Huawei Кэтрин Чен.   В Hongmeng будет ...
    1292
    JeDi 18 июля 17:31

    25 лет настоящему «Столкновению с бездной»

    Сейчас мы празднует пятидесятилетие одного из самых важных достижений в истории человечества — первой высадки людей на Луну. Но, по интересному совпадению, в эти дни отмечается юбилей и еще одного весьма знакового космического события. Речь идет о бомбардировке Юпитера обломками кометы Шумейкеров-Леви 9 (D/1993 F2). Она состоялась ровно 25 лет тому назад, в пери...
    1530
    JeDi 18 июля 17:00

    Зачем построили космодром Плесецк?

    Было время,  этот вопрос действительно крутился у меня в голове. Понятно же, что чем ближе к экватору тем легче закинуть груз на орбиту.  Да и в Казахстане не зря построили Байконур. А тут Северный полярный круг. Как тут мог появиться космодром? 15 июля 1957 года первый командир космодрома, полковник Михаил Григорьев подписал приказ № 1 о своём вст...
    4457
    JeDi 17 июля 21:50

    Опубликован отчет о причинах взрыва капсулы Dragon 2

    Компания SpaceX опубликовала долгожданный отчет о результатах расследования взрыва капсулы космического корабля Dragon 2 (Crew Dragon). Он произошел в апреле этого года во время наземных испытаний двигателей SuperDraco. Они используются в системе аварийного спасения корабля. Расследование показало, что аномалия произошла примерно за 100 мс до зажига...
    1543
    JeDi 17 июля 16:00

    «Тяньгун-2» затопят 19 июля

    Орбитальная станция «Тяньгун-2» будет сведена с орбиты 19 июля. Об этом сообщается в пресс-релизе китайского управления пилотируемой космонавтики (CMSEO). Ожидается, что большая часть станции сгорит в атмосфере. Уцелевшие обломки должны будут выпасть в несудоходном районе на юге Тихого океана, используемом для затопления космической техники. ...
    827
    JeDi 17 июля 14:21

    Прототип "звездолета" Маска загорелся

    Экспериментальный космический корабль Starhopper загорелся во время предварительного включения и проверки двигателя Raptor непосредственно перед началом его короткого полета. Это откладывает испытания прототипа "звездолета" компании SpaceX на неопределенный срок. Тут нет ничего трагичного и страшного. Испытания на то и испытания, чтобы методом проб и ...
    1407
    JeDi 17 июля 11:39

    ALMA сфотографировал протолунный диск у молодой экзопланеты

    Американским астрономам удалось впервые получить изображение состоящего из газа и пыли протолунного диска. Он окружает формирующуюся экзопланету PDS 70с. В будущем диск может дать начало ее спутниковому семейству.   PDS 70с находится в левой части изображения у внешней границы разрыва в протопланетном диске PDS 70с вращается вокруг молодого о...
    608
    JeDi 16 июля 17:50

    Запуск «Аполлона-11»

    Эти исторические фотографии были сделаны ровно полвека тому назад. На снимках запечатлен запуск ракеты Saturn V. Она отправила к Луне корабль Apollo 11 с тремя астронавтами: Нилом Армстронгом, Баззом Олдрином и Майклом Коллинзом.     Реклама Реклама Запуск «Аполлона-11» стал кульминацией одного из самых ...
    2075
    JeDi 16 июля 11:16

    Сегодня состоится частное лунное затмение

    В ночь с 16 на 17 июля жители Европы, Азии, Африки и Австралии смогут увидеть частное лунное затмение. Его максимальная фаза теневая фаза составит 0.65. Это значит, что 65% лунного диска будет закрыто земной тенью. Предстоящее событие интересно тем, что это последнее на ближайшие шесть лет лунное затмение с существенной фазой, которое будет наблюдаться с террит...
    997
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика