Что нужно космическим кораблям завтрашнего дня?

30 Января 2014 в 19:00, Илья Хель 10 431 просмотр 31

EVE

Когда в 1970-х годах задумывались космические шаттлы, в мечтах инженеров было создание нового типа космического корабля — который сможет перевозить людей и грузы на орбиту, возвращаться на Землю, а затем использоваться снова. Это удалось, но лишь частично.

В 1997 году Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) работало над созданием космического аппарата, который действовал по большей части как самолет. Они хотели создать космический корабль, который не только может быть использован многократно, но также быть надежным и достаточно эффективным, чтобы летать чаще и обходиться дешевле, чем шаттл.

Почему запуск шаттла был таким дорогим?

NASA

Из четырех основных компонентов шаттла только один — крылатый орбитер — был полностью многоразовый. Огромный внешний топливный бак отбрасывался, когда опустевал, после восьми минут полета и сгорал при повторном входе в атмосферу. Две ракеты-носителя (по бокам от топливного бака) также отстреливались, когда опустевали, уже спустя две минуты полета. Затем они парашютировали в океан, а после восстанавливались. Позднее ракеты разбирали и заполняли твердым топливом. Однако восстановление и заправка требовали так много специального оборудования и работы, что дешевле было бы купить набор одноразовых ракет для каждого запуска шаттла.

Эти и другие трудности сделали шаттл чрезвычайно дорогим транспортным средством — 400 миллионов долларов на каждый запуск по самым скромным оценкам. И это один только полет, не считая спутников и лабораторий на борту. В итоге, спустя 40 лет от начала космической эры, одноразовые ракеты остаются дешевле в использовании, чем шаттл.

Тем не менее идея одноразового транспортного средства всегда казалась расточительной. В конце концов, не выбрасывать же автомобиль после каждой поездки? В теории давно можно создать полностью многоразовый одноступенчатый орбитальный транспорт. Но различные факторы, в том числе производительность двигателей и материалов, используемых в топливных баках и других конструкциях, обросли такой дороговизной, что стали непрактичными, во всяком случае, если подвергались полезной нагрузке.

Технологии нацелены на создание многоразовой ракеты

Ракета

Некоторые из этих факторов изменились в последние годы, сделав идею одноступенчатой многоразовой ракеты более жизнеспособной. Несколько ключевых технологий существенно продвинулись с тех пор, как был построен шаттл. Развитие некоторых композитных материалов (графито-эпоксид), мощных сплавов (алюминий-литий) и новой керамики позволили создать легковесные топливные баки и теплозащитные экраны. Двигатели стали легче и надежнее. В дополнение к этому, электромеханические системы контроля полетом заменили тяжелые и проблемные гидравлические системы. Меньшие, куда более способные компьютеры и продвинутые системы навигации упростили системы навигации и техобслуживания.

Некоторые из этих технологий уже применяются в разработке некоторых воздушных судов, например, бомбардировщика F-22, а также лайнера Boeing-777. Некоторые из этих исследований начались еще в 80-х годах в процессе разработки аэрокосмического самолета, способного летать на орбиту.

Эксперименты

Dc-x

В начале 90-х сторонники многоразовых ракет убедили DARPA провести эксперименты и убедиться, что одноступенчатая ракета может быть практичной и недорогой. McDonnell Douglas Corporation построила первый такой транспорт под названием Delta Clipper Experimental, или DC-X.

После полета команда показала, что DC-X готов лететь уже на следующий день.

Объединение с частной промышленностью

spacex

Понадобится не так много операций, чтобы снизить стоимость космической транспортировки. Многие эксперты считают, что снижение затрат приведет новых клиентов, в том числе и космических туристов. Другие эксперты считают, что затраты нельзя сократить, пока правительство не пустит частных предпринимателей в кресло пилотов.

NASA соглашается с такой точкой зрения. В 1995 году агентство объявило, что хочет помочь частной промышленности развивать новый экспериментальный космический корабль под названием X-33. Расчет был на то, что этот транспорт покажет, что космические путешествия могут быть экономически эффективными. Была также поставлена цель снизить стоимость запуска полезного груза на 90 %, до 3000 долларов за килограмм. Если эта цель будет достигнута, NASA предполагало, что частный сегмент будет самостоятельно создавать и поддерживать парк коммерческих многоразовых ракет-носителей (МРН).

И хотя МРН зачастую изображают как замену шаттлам, сами по себе они не были целью. Не было никакой необходимости заменять шаттлы, поскольку они с легкостью могли бы летать по 15 лет, а с улучшениями — и до 2030 года. Целью МРН было сокращение расходов на запуск.

Lockheed Martin выигрывает тендер NASA

Lockheed

В развитии X-33 были заинтересованы три крупных аэрокосмических компании. McDonnel Douglas предложила крупную версию DC-X, DC-XA, или Clipper Graham. Rockwell International (совместно с Northrop Grumann) предложила транспортное средство на базе челнока шаттла со многими улучшениями. Но в июле 1996 года NASA выбрало курс на сближение с Lockheed Martin Corporation, поскольку их план подразумевал использование множества технологических инноваций, и компания обещала много интересного в плане развития МРН после X-33.

План Lockheed Martin был в оснащении МРН новым двигателем — клиновоздушным ракетным двигателем. Вместо того, чтобы использовать обычный кластер конусообразных ракетных сопел, эта конструкция использовала несколько сопел, расположенных линейно вдоль краев прямоугольных клиньев. Автоматическая система управления полетом самостоятельно регулировала бы дроссели на каждом из семи двигателей транспортного средства. План также включал конструкцию «несущего корпуса», в котором весь транспорт представлял собой корпус с маленькими крыльями. Большая площадь X-33 эффективно бы распределяла тепло при повторном входе в атмосферу и задействовала тепловые экраны нового типа.

X-33 должен был быть 20,4 метра в длину и 20,7 метра в ширину. Скорость — 17 000 километров в час, что недостаточно для выхода на орбиту. Первый полет ожидался в марте 1999 года.

Корабль по имени VentureStar

Venturestar

Lockheed Martin назвала концепт свой МРН, которая должна была выйти после X-33 VentureStar. Она была бы идентична X-33, но в два раза длиннее и шире. Она смогла бы поднять 18 160 килограмм полезного груза. Первый полет был запланирован на 2004 год.

По плану VentureStar должна была быть полностью автоматизированной — корабль не включал бы экипаж. Направление для каждой миссии программировалось бы в бортовом компьютере системы. Автоматическая система контроля управляла бы всем, от двигателя и направления до пути полета. Люди на транспортном средстве были бы просто пассажирами. Отдельная капсула с системой жизнеобеспечения находилась бы в грузовом отсеке МРН.

К сожалению, проект был закрыт в 2001 году на стадии разработки X-33 после столкновения с серьезными техническими затруднениями и отсутствием финансирования. Теперь вся надежда остается только на SpaceX и ее разработки. Именно Элон Маск, как никто другой, понимает всю важность создания многоразовой ракеты-носителя, чем, собственно, сейчас и занимается SpaceX.

По плану NASA разработки ракет-носителей силами частных компаний должны были облегчить доставку астронавтов на МКС. Собственно, так и произошло: сейчас NASA заключила контракты с Lockheed Martin, Boeing и, совсем недавно, SpaceX.

С момента своего первого полета в 1981 году космический шаттл, несмотря на свою ограниченность, был очень полезным инструментом. Экипажи шаттла запустили коммерческие и военные спутники в космос, ремонтируют сломанные спутники (в том числе и уже не работающий космический телескоп Хаббла) и проводят важные научные эксперименты. Но в будущем многоразовая ракета-носитель может существенно облегчить выход людей в космос. Такой транспорт стал бы лучшим способом расширения нашего последнего рубежа.

Что нужно космическим кораблям завтрашнего дня?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

31 комментарий

  1. ukw@ya.ru

    Нужны двигатели абсолютно другие

  2. Askarko

    Нужно больше денег-там тоже пилить умеют

  3. Allso

    Нужен орбитальный лифт!!!

    • Adeptus_Mechanicus

      Нужен наноматериал, спосбный выдержать 100+ км собственного веса+вес груза

    • mik scerscen

      Всё правильно нужен орбитальный лифт , пока это единственный способ попасть в космическое завтра , реальный а не фантастический . Сейчас да и в принципе так было всегда, главной трудностью был вывод на орбиту тяжёлых грузов. Американцам что бы отправить свои Аполлоны на луну потребовалось строить Сатурн 5 гигантскую 100 метровую ракету , стоившую бешеные деньги . Она могла забросить маленький кораблик слетавший на луну. А какой нужен корабль для полёта на Марс или тем более дальше по солнечной системе. Другие двигатели ? Это какие ? Химические , из них уже всё выжали . Ионные хорошие но работают только в вакууме . Ядерные слишком грязные. Термоядерные только в теории , этой технологии вообще нет , уже лет 50 работают и бес толку , а когда появится не известно, что это будет. Другие теории пока только фантастика.

  4. Vitali.M

    Нужно другое топливо, что то типа энергетических двигателей на плазме и всё такое! (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  5. transhuman

    для того что на первой картинке нужны :
    1 искусственная гравитация
    2 двигатели способные доставить его за 2е недели дня до марса.
    3 защита от мелких метеоритов и радиации
    4 дешевый способ вывести те тысячи тонн что он весит на орбиту земли.

    • Dagoth Nik

      Зачем искусственная гравитация?
      Сильные магнитные поля решают проблему космической радиации на раз.
      Выводить на орбиту не нужно, такие аппараты строятся на верфях, базирующихся в космосе.
      Пока проблема только движки.
      Все остальное решаемо при должном финансировании. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • Adeptus_Mechanicus

        а материалы для верфи и для корабля где возьмуться ?
        И на сколько я знаю, гамма излучения не отклоняються в магнитном поле, следовательно - магнитное поле не поможет

        • nikname99

          Исследователи из лаборатории Rutherford Appleton (RAL), университетов York и Strathclyde и лаборатории IST из Лиссабона разработали экспериментальную установку, генерирующую вокруг космического аппарата магнитное поле большой величины, что приводит к возникновению магнитно-плазменного щита.

          Принцип действия подобного устройства не нов. За основу этого устройства было взято природное образование, известное как магнитосфера Земли. Магнитосфера Земли выполняет функции защитного зонтика для нашей планеты и отклоняет в пространство большую часть солнечной радиации, оставшаяся часть, прошедшая через магнитосферу успешно поглощается верхними слоями атмосферы планеты.

          Первые испытания этого генератора защитного поля проводились в лаборатории, где была построена специальная камера. В этой камере экспериментальный аппарат облучался потоком высокоэнергетичной ионизированной плазмы. Результаты испытаний полностью подтвердили эффективность защитного магнитно-плазменного щита.

          Действие магнитно-плазменного щита
          При оборудовании космических аппаратов подобными устройствами защиты очень остро встала бы проблема энергоснабжения этого аппарата. Для поддержания необходимого для защиты уровня магнитного поля требуется очень большое количество энергии. Но исследователи оптимистично смотрят на эту проблему и, по их утверждениям, все это может стать реальностью в течение 15-20 ближайших лет.


          Это статья 2009 года.
          Есть и поновее-http://hi-news.ru/technology/ot-radiacii-marsianskix-kolonistov-budut-zashhishhat-energeticheskie-polya.html

      • nikname99

        Гравитация нужна для дальних и длительных полетов,иначе люди превратятся в тряпки(и никакие вакцини или тренажори им не помогут).На данный момент гравитация осуществима только в центробежном кольце.

        • Dagoth Nik

          Вы сами ответили на ваш комментарий. Если так уж нужна гравитация - часть корпуса судна может вращаться. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • transhuman

        1Про гравитацию уже написали 2 Что бы построить что-то на верфях в космосе нужно сначала на неё доставить материал весом даже больше чем будит весить готовый корабль с земли или других планет. + вес верфи.....

        • Dagoth Nik

          А добывать в космосе необходимые компоненты - не дешевле выйдет? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

          • transhuman

            их ещё найти надо , долететь до них, притащить , построить заводы .....

            • Dagoth Nik

              Ну, долететь до них могут и более мелкие корабли. :) В любом случае это дело ближайших (я надеюсь) лет. Технологии позволяют. А вот финансы - нет. Все мы детей в Африке и прочих спасаем... (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  6. ukw@ya.ru

    Такой аппарат было бы круто построить

  7. Solar Sailor

    Как ни крути все в движки упирается! Реактивная тяга изжила себя еще в 20 веке.

  8. Trekkies2014

    Продвинутые двигатели пол беды, нужны еще андройды. Тогда действительно можно задуматься о создании заводов и т. д. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  9. bink

    Андроиды, может то что предлагает Ицков или Корчмарюк в перспективе перенос создания в искусственный носитель и вот оно, революция)) (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  10. cats.can.fly

    Все упирается сейчас в источник питания.
    У нас уже есть готовые и плазменные и ионные и электростатические ракетные двигатели, не прототипы, а работающие.
    Которые могут масштабироваться как угодно, хоть до гигантских размеров.
    Но даже на МКС с её сотнями солнечных батарей Двигатель vasimr может работать только несколько часов в сутки а потом заряжай батарейки.
    Да у нас есть РИТЕГи но у них мощность просто никакая.
    Даже магнитный щит против радиации разработали, а запитать нечем.
    Да есть спутники с ядерными реакторами на борту, но они ненадежные и маленький ресурс работы.
    Так что серьезных кораблей и звездолетов нам не видать до тех пор пока не сделаем нормальный источник питания.
    Думаю самым подходящим будет - термоядерный реактор. ITER только к 2020 заработает. Потом будут думать как его уменьшить и поставить на звездолет еще лет 15. А другого источника энергии для запитки двигателей, щита, всех остальных систем серьезного межпланетного космческого корабля просто нет, солнечные батареи - только возле солнца и мощность лажа, ритег - мощность лажа, ядерный реактор - ресурс лажа и бомбонуть может, Термоядерный реактор - вес лажа но новая ракет со 150 тонн грузоподьемностью от РосКосмоса в помощ ( Сам ITER весит около 55 тысяч тонн lol).
    На картинке в начале статьи изображен дредноут Калдари - Феникс и он крут)))).

  11. kvv318

    Нет ничего лучше ГРАВИЦАПЫ. Скорей бы сделали!

  12. Nevr

    И гравитация, и мощные двигатели - это необходимые составляющие межпланетной программы.
    Но, как мне кажется, на первое место должна выходить целостность корпуса, т.е. защита от внешнего воздействия. Будь то какое-то энергетическое поле или сверхпрочный самовосстанавливающийся сплав.
    Возможно, помощь надо искать в нанотехнологиях,

    • ukw@ya.ru

      Надо создавать исскуственный интеллект, а исскуственный интеллект создаст еще более крутой исскуственный интеллект, а он в свою очередь раз работает и двигатели и источник энергии, и нано-материалы для корпуса

  13. zzz7

    звучит наивно и фантастично-но мы ничего не знаем о гравитации-и ото и квантовая механика даже, ничего толком пока не объясняют- тем более с появившимися тёмными материей и энергией...
    интуитивно чувствуется что то что нас удерживает на земле,может и поднять нас с неё в космос итд
    и ещё-поразительно ,нас буквально обвалакивает бесконечная энергия солнца,Вселенной...а мы пользуемся углеводородами и считаем во сколько это нам обходится...
    Человечество в самом начале пути(если он не прервётся конечно) .Мы очень робко и смело вышли на орбиту в космос,как некогда беззащитные судёнышки людей вслепую открыли америку...
    То о чём говорим-для нас и нашего века круто,но незначительно и не достаточно для осуществление мечты человечества...

  14. aleksandros

    Илья Хель, почему нет в статье ни одного слова про разработки советских - русских ученых и других стран? Тогда надо было заголовок такой, - что нужно американским космическим кораблям завтрашнего дня. Тот же Буран хоть и американская калька, но поднимался не за счет ракет, а собственными соплами, плюс возможность полета со специально сконструированного самолета Мрии космического аппарата Макс, разработки туристических шатлов, МКРС-1 Байкал.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.