Возвращаясь к наследию К.Э.Циолковского, вспомним работу “Реактивный аэроплан”, изданную как завещание в конце его жизни. Эра реактивной авиации еще не началась, но в конце 30-х ее смутный “призрак” уже бродил по Европе, материализовавшись в первые немецкие реактивные истребители Хейнкель “Не-178” (август 1939) и Мессершмидт “Ме-262” (1944) с турбореактивными двигателями ЮМО 001 и ЮМО 003, а чуть позже - в английский двухдвигательный пикирующий истребитель Глостер “Метеор” (1944).2.100 Именно из книги основателя космонавтики взяты часто цитируемые “популизаторами” слова: “За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных, или аэропланов стратосферы”.2.53
Но “стратосферный аэроплан” - это и есть ракетоплан. Потому что только он может летать в стратосфере со скоростью в несколько тысяч километров в час и на высотах, измеряемых десятками километров. А далее Циолковский подробно описывает, как должен происходить переход от атмосферных самолетов к космическим кораблям. Только вот эти строчки редко цитируют. не имея под рукой первоисточника, я привожу их по памяти. Он говорит, что скорость и высота полета аэропланов будет все время увеличиваться, пока не достигнет того предела (очевидно скорости звука), когда поршневые моторы и воздушные винты будут заменены ракетными двигателями. Самолеты будут летать все выше и выше, их скорость будет непрерывно увеличиваться, пока они не достигнут границы стратосферы и орбитальной скорости, превратившись в космический аппарат. Мне думается, что за этой простенькой картиной, которая в детстве отвращала меня от него своей банальностью, стоит революционный поворот в сознании основоположника космонавтики, его отход от примитивной ракеты, пожирающей не только “пространство и время”, но и самоё себя. И именно потому так редко цитируются эти мысли, что они расходятся с установками “ракетчиков”, тотально захвативших космическую тему: летать, опираясь исключительно на реакцию отбрасываемых раскаленных газов.
Но это еще не все. Я не стал бы развивать этот абзац, если бы моей целью было похвалить основоположника за переориентацию его мыслей в правильном направлении. Похвалил бы я его или нет, он и без того велик. Иное дело, стоит присмотреться, что должно двигать провозглашенную им “эру аэропланов реактивных”? Здесь Циолковский просто “перепрыгивает” от поршневых к ракетным двигателям, минуя “эру аэропланов турбореактивных”, которые сейчас определяют всю авиацию на 99%. Что это, причуда выживающего из ума “калужского самоучки” или еще одно гениальное предвидение? Логически здесь все понятно: если “аэроплан стратосферный”, зачем ему воздух для создания тяги, тем более, как мы в свое время, упоенные работой на “площадных” ЭВМ, не подозревали появления компьютерных “персоналок”, так и Циолковский, мысля “ракетными” категориями, возможно даже не подозревал о “турбореактивных” И хотя реальная авиация – почти по Циолковскому! – последовательно добралась до гиперзвука и стратосферных высот, для одноступенчатого космического корабля многоразовогого использования потребовался все-таки ракетный двигатель, работающий на всех участках взлета – от старта до орбитальной скорости. Хотя, если откровенно, это еще не факт.
Надо прежде всего поставить вопрос так: иожет ли жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) обеспечить экономичный крейсерский полет в атмосфере? В том виде, как он понимается сейчас,- на двухкомонентном топливе или за счет разложения перекиси водорода, - безусловно нет. Этому препятствует так называемое стехиометрическое соотношение 1:16, которое показывает, что на одну весовую единицу топлива, сжигаемого в воздущно-реактивном двигателе (ВРД), требуется 16 весовых частей воздуха, потому-то у него первое определение - воздушный. Иными словами, реактивный самолет движет нагретый сгорающим топливом воздух. В ЖРД же нагревается и отбрасывается только масса самого топлива, потому-то он и такой неэкономичный.
Однако положение принципиально меняется, если полет совершается в стратосфере, да еще и с гиперзвуковой скоростью. Турбокомпрессорный ВРД в этих условиях просто неприменим, здесь идеально подходит ПРД – прямоточный реактивный двигатель, а разгонять его до рабочего состояния должен как раз ЖРД. Именно из комбинации этих двух типов двигателей (плюс кое-что еще!) и состоит рассатриваемый ниже авиационно-космический двигатель (АКД). По мере развития системы Интертранс этот тип двигателя может стать столь же массовым, как сегодня ТВРД. Поэтому общй прогноз развитя авиационно-космическиих устройств, сделанный в 30-е годы К.Э.Цилдковским, можно дополнитьй турбокомпрессорным и жидкостно-прямоточным двигателями, разместив их между поршневым и ракетным.
(2.6.20.)
В разделе 2.6.2 уже приводились характеристики двух советских ракетопланов. Несколько слов о них. В тушинском КБ Г.Е.Лозино-Лозинского долгие годы чуть теплится жизнь в орбитальной системе МАКС, первая ступень которой - сверхтяжелый самолет Ан-225 “Мрiя” (о нем - единственном – упоминалось в разд. 2.5). Вторая - гиперзвуковой орбитальный самолет с непомерно большим, - в несколько раз превышающим его размеры, - внешним топливным баком. После разделения ступеней, гиперзвуковик должен был на этом “большом” топливе продолжить самостоятельный полет, а потом на “своем” вернутьсяо на землю. По существу, по той же схеме - в два этапа, разгоняются и современные космические системы “Спейс Шаттл” и “Энергия-Буран”, только взлет они осуществляют при вертикальном положении корпуса.
В начале 90-х, когда только началась “перестройка”, мы носились с проектом портативной складной коляски, которую в шутку называли “для космических инвалидов”. Вообще-то это уникальное изделие предназначалось в основном для пожилых, которые по данным Всемирной организации здравоохранения в ХХI веке будут составлять одну треть от расплодившегося челоавечества. Коляска та, естественно, строилась по авиационным технологиям и из авиационных материалов, поэтому весит всего семь килограммов и собирается в чемоданчик размером с сидение стула. С чем бы серьезным, к сановным руководствам КБ не достучаться, а тут милая побрякушка, делается как “большая”, да еще и замешана на ставшими модными идеях милосердия и конверсии военной промышленности в мирных целях. В общем, я пообщался через нее с количеством главных конструкторов и их заместителей большим, чем знал до того. Так мы нежданно попали в святая святых - кабинет “Лозины”, по сталинской традиции очень большой, где на столах стояли модели выпускаемой или разрабатываемой продукции. Среди них выделялся этот самый МАКС.
На рисунке он выглядит вполне приличным, потому что ракурс дан со стороны самолета. Так раньше показывали связку “Союз”-“Аполлон” - со стороны “Союза”: трехкратное превышение размеров американского “изделия” при этом вполне уравнивалось с советским. В настольной же модели, которую можно обозревать со всех сторон, система МАКС - это крохотный красный самолетик из-под которого далеко вперед торчит нечто длинное, толстое, овальное, серебристо-серое... Вместе с “перестройкой” пришла и вольность в словесах: я тут же окрестил нарождающееся чудо российской космонавтики “Мечтой онаниста”. Присутствующие в священном для них месте работники КБ сдержанно поулыбались. Хотя, каюсь, я был не оригинален: хорошо известно, что в народе “Мечтой онаниста” называют 50-метровый титановый обелиск с малюсенькой ракеткой на конце, вздыбленный в 60-е годы возле метро ВДНХ.
“Красный самолетик” - это дальнейшее развитие почти незнакомой широкой общественности космической транспортной системы “Спираль” со спускаемыми гиперзвуковыми самолетами серии “Бор”. Еще ранее в качестве спускаемого аппарата использовался отслуживший своё фронтовой истребитель “Миг-15”, обшитый снизу листами жаропрочной стали. Испытания “Боров” и отработка их устойчивой формы продвигалась успешно и, если бы так продолжалось и далее, вполне возможно, что наша страна снова вышла бы в лидеры мировой космонавтики, представив миру свой собственный, оригинальный гиперзвуковой орбитальный самолет (ракетоплан) многоразового использования. Но... “Боливар” и здесь “не мог вынести двоих”: опьяненное успехами ракетных технологий и при этом чувствуя, что мы безбожно отстаем, и без того не жаловавшее все эти заумные “Боры” советское руководство приказало работы по гиперзвуку свернуть, а практически законченный “Бор-5” переделать в банальный “Буран”. С тех пор он - сам единственный – совершив свой единственный беспилотный спуск из космоса, сначала надолго застрял в кирпичном ангаре в Тушино, используемый как склад для одноразовых шприцев, пока не был выволочен в Парк культуры и отдыха на помойку, или, что для него одно и то же, превращен в парковую забегаловку общепита.
2.6.6. Ракетопланы выходят на старт
(2.6.21.)
Приводимая таблица показывает новую генерацию космических аппаратов - одноступенчатые корабли многоразового использования (КМИ) в сравнении с многоступенчатой космической системой “Спейс Шаттл” и аэрокосмическим модулем “Взлет”, последний - постоянного применения (МПП). С небольшими отклонениями от классического определения, это и есть современные ракетопланы - меньший из двух первых, - это натурная модель, игрушка, которой, не очень веря в ее возможности, между делом забавлялись ракетчики. Второй слева - надежда и официально объявленная будущая гордость Америки - орбитальный самолет X-33 “Венчур Стар”, разрабатываемый для достижения следующих целей:2.96
· снижения стоимости запуска до 1.000 долларов за фунт полезного груза;
· повышения безопасности по сравнению с применяемым космическим кораблем “Спейс Шаттл”;
· уменьшения затрат времени и средств на послеполетное обслуживание.
(2.6.22.)
Таблица показывает также, что отношение полезной нагрузки к взлетному весу у “Венчур Стар” более чем в два раза превышает аналогичную величину у “Спейс Шаттл” при незначительном превышении относительной массы топлива. Это якобы позволяет решить поставленные задачи. Однако полностью выполнить их, даже теоретически, американским конструкторам из корпорации “Локхид-Мартин” в этом проекте, победно представленном общественности в 1997 году вице-президентом Гором, не удалось: в конструкцию с самого начала заложены непримиримые противоречия. Например, во время управляемого спуска в атмосфере огнестойкое покрытие “Венчур Стар” сгорает, поэтому как и у “шаттлов” требуется длительное время для его восстановления. Большие трудности связаны с защитой криогенного топлива (жидких водорода и кислорода) во время длительного космического полета и спуска в атмосфере - от солнечного и аэродинамического нагрева конструкции. Наземные испытания подтвердили этот просчет.
“Летные испытания прототипа принципиально нового космического корабля многоразового использования, который должен заменить нынешние “шаттлы”, отложены больше чем на полгода. ... “Венчур стар” должен был впервые подняться в воздух этой зимой или весной. Однако во время заводских испытаний ... произошла серьезная авария: при высоких температурах отслоился участок внутреннего покрытия одного из двух водородных топливных баков. По словам представителя завода, это отложит первый запуск “Х-33” по меньшей мере на семь месяцев. ... Строительство двух ракетопланов оценивается в пять миллиардов долларов. США рассматривают “Венчур Стар” как критически важный элемент своей космической программы. Планируется, в частности, что его запуск в эксплуатационном режиме произойдет в 2004 году, а с 2012 года он полностью заменит действующие сегодня “шаттлы”.2.54
Заметка датируется февралем-99, эти строчки писались сначала в декабре-2001, сейчас август-2003-го. Сообщений о продолжении испытаний я больше не встречал. И могу сказать уверенно: с этой бедой они провозятся еще много лет. Проблема тождественна возникшей при разработке и испытаниях магнитогидродинамического генератора (МГД). Там тоже была попытка осуществить через тонкую стенку контакт криогенной и предельно высокой для земных условий температуры. Эта тонкая стенка как раз и явилась той стеной преткновения, в которую уперлась вся программа. В итоге она была закрыта. На космическом объекте есть возможность установить тепловую защиту. Мы видим, что при первых же испытаниях отказала и она. Я не желаю этому кораблю “семи футов под килем”, потому что при буквальном исполнении этого традиционного морского напутствия “Венчур Стар”, подобно “Бурану”, так и останется в испытательном цехе на этой высоте.
(2.6.23.)
Я почти закончил этот раздел и перебирал газетные материалы в поисках чего-нибудь “интересненького”. И не промахнулся... Выпавший из них малюсенький листок я привожу факсимильно. Забытая мной информация 2.55 говорит о том, что США уже давно отказались от Х-33 или, по крайней мере, параллельно с ним ведут вторую программу. Х-34 - это нечто вроде ракеты, у которой, если присмотреться, есть и крылья и хвост. А теперь вернитесь к картинке первых ракетопланов. Узнаете? Суперновейший Х-34 - не что инное как почивший в бозе, полувековой давности Х-15. “Все возвращается на круги своя”. Кроме тех десятков миллиардов долларов, которые ученые и администраторы с самыми благими намерениями вбухали за эти десятилетия в космическую программу Америки. И потому так скупа информация о “новой победе американской астронавтики”, так тщательно секретят они ее, чтобы мир не узнал, как далеко откатилась Америка в саморекламном самодовольном превосходстве. Когда-то и СССР столь же ревностно блюл свои научно-технические тайны, дабы никто не узнал, в какой мы сидели луже...
Но я вернулся к этому вопросу совсем не для того, чтобы позлорадствовать, что и “у них” что-то не так. Есть некоторые соображения более тонкого порядка, которые я, прямо скажу, не хотел озвучивать для всех. Потому что меньше всего мне хотелось бы назначать себя пророком на основе совпадений собственных, высказанных где-то мыслей с тем, что потом “вдруг” выскакивает на виду. Примеров такого рода в этой книге будет достаточно. И не вынырни эта крохотная заметка, я бы и здесь промолчал. Так вот.
В 97-ом, когда Алберт Гор, представляя “Венчур Стар”, обещал, как всегда, “золотые горы”, а в 15-секундной телевизионной заставке Х-33 вставал на дыбы, пропарывал тупым носом синь экрана и исчезал в бесконечности, я оторопело разглядывал его вдруг появившуюся, непохожую на все прежние ракетные, форму, сравнивая со своей, оставленной в Москве, и так и не доведенной до конца заявкой во ВНИИГПЭ.
Коль скоро эта аббревиатура всплыла вновь, необходимо пояснить, что ВНИИГПЭ - это Всесоюзный научно-исследовательский институт государственной патентной экспертизы, - главный арбитр открывателей и изобретателей всея Руси. Обычно общение с ним идет по переписке, но иногда творец вызывается экспертом “на ковер”. И тогда он (эксперт) оказывается невероятно доступным. Говорю это по личному опыту. Я мало увлекался патентованием своих работ, считая это скучным и нудным делом, но после регистрации НТЦ “Взлет” на первых порах патентование стало моей обязанностью. О встрече с одним из “неподкупных” судей ВНИИГПЭ я уже рассказывал в разделе об автолете “Кенгуру”.
Перестройка вызвала к жизни не только наш независимый научный Центр, но и ухудшение жизни в стране. А патентный эксперт - это служивый из категории малооплачиваемых. В его руках потенциальные миллионы, интересующие “третьих лиц”. Пока они просто бумага, не доползшая до гербовой печати, купить у него эти “миллионы” можно задаром. Как написала в здешней газетке одна русская иммигрантка, “я очень люблю свою Родину, но мне просто хотелось кушать”. “Не тащи ты все в эту помойку, - предупреждали многоопытные. - Там за двадцатку “зеленых” все может уплыть не туда”...
Посмотрите конструкторские схемы “Венчур Стар” и АКМ “Взлет”, там, где сравниваются “три с половиной” системы. У “Взлета” угол заострения носа точно 600. Это принципиально и ниже я скажу почему. У “Венчур Стар” этот же угол почти такой же, но чуть-чуть меньше, что-то около 590. Но плохой истребитель, как я уже говорил, лишь чуть-чуть хуже хорошего. Может быть у американских конструкторов и были веские причины так заострить “Венчур Стар”, но мне кажется, что главное для них было - сохранить форму, а остальное - как получится. Так вот я и думаю: не со “Взлета” ли пролилась на новое “американское чудо” “зеленая” двадцатидолларовая благодать? Новая форма космического корабля патентуется, дай бог, раз в столетие...
“16 марта 1926 года, во вторник, Соединенные Штаты становятся ракетной страной, но не придают этому никакого значения, почти не замечают произошедшего в этот день события и не осознают всей его эпохальности. Проморгав этот день, Соединенные Штаты в итоге, через 30 лет, на старте космической эры отстанут от Советского Союза. ... Разозлившись, США потом превзойдут СССР в освоении космического пространства, но первые успехи не будут американскими никогда.
А в этот день в Осборне, штат Массачусетс, 44-летний профессор физики Роберт Хатчингс Годдард запускает первую в мире ракету на жидком топливе - бензине и жидком кислороде (см. фото выше). ... Первый полет ... был не особо впечатляющим: высота полета 12 м, длина - 56 м.Но она была первой! В СССР первая ракета на жидком топливе полетит только через 7 лет”.2.56
Америка конца ХХ-го века давно исправила досадную оплошность и в полной мере чувствуют себя хозяином на космическом полигоне. Да только вот беда, свежих идей нехвата... Даже если отбросить тысячелетней давности пороховые ракеты, со времен Циолковского и Годдарда, не говоря уж о Брауне и Королеве, космическая ракета принципиально не претерпела никаких изменений ни во внутренней сущности, ни во внешнем оформлении. Малявка-ракетка “44-летнего физика из Массачусетса” - это то же “веретенообразное тело с заостренной передней частью”, что и сегодняшний “Атлас” или “Спейс шаттл”. Поэтому заинтересованная сторона ревниво обшаривает все закоулки, где может возникнуть что-нибудь такое-этакое, что можно хвата...
(2.6.24.)
Аэрокосмический модуль “Взлет” в первоначальной моей заявке тоже имел крылья и управляющие поверхности, которые сильно мешали “боковой” стыковке на орбите, пока я не разобрался с КМУ - крыльями малого удлинения, ВУС - “внутренним управлением и стабилизацией” и АКД - авиационно-космическим двигателем. А до того крылья приходилось делать поворотными, из-за чего модуль в плане походил на козу. Стыковка же модулей на орбите в единую дисковую конструкцию была главным условием, определявшим их форму в плане с углом носового заострения точно 600. В американских же “перспективных кораблях многоразового использования”, повторяющих треугольную форму, этот угол - если точно - 58,5 0. Несложно взять транспортир и проверить прямо здесь, на этом рисунке, взятом из “Нью-Йорк Таймс”.
Я подал заявку во ВНИИГПЭ в 93-ем, выход “в свет” первого американского одноступенчатого “многоразовика” был запланирован в 97-ом (см. таблицу в разд. 2.6) - срок вполне достаточный, чтобы сделать модель. Только, видимо, ее проектирование велось людьми, поставившими “во главу угла” не практическую задачу стыковки модулей с их плотным боковым прилеганием (об этом даже не говорится), а заумные формулы гиперзвукового обтекания. Так что получилось “ни два, ни полтора”. Или, говоря уж совсем по-русски, “слышали звон, да не знали, где он”. А поскольку возникли еще и проблемы с криогенным водородом, не лучше ли вернуться к известной конструкции, с которой мы (американы) были первыми... пятьдесят лет назад.
2.6.7. Аэрокосмический модуль
(2.6.25.)
Для начала заявление для прессы: аэрокосмический модуль “Взлет” не имеет недостатков самолета-ракеты Х-33. И хотя он изначально задумывался как космический летательный аппарат посстоянного применения, для сравнения он помещен в одну таблицу с перспективными аппаратами многократного использования (см. выше). Это означает, что как и “Венчур Стар” конфигурация и конструкция АКМ сохраняются неизменными в течение всего полетного цикла, но эксплуатируется он без послеполетных ремонтов. Благодаря новым подходам к принципу действия силовой установки и технологиям атмосферного и космического полетов, АКМ, как показано там же, при равной полезной нагрузке и более чем в два раза меньшем взлетном весе, чем у “Венчур Стар”, обладает следующими преимуществами:
¨ выполняет вертикальный взлет и посадку “по-самолетному”, то есть при горизонтальном или близком к нему положении корпуса;
¨ осуществляет длительное висение в воздухе и эффективное маневрирование при нулевой скорости и высоте;
¨ производит крейсерский полет на дозвуковой скорости в плотных слоях атмосферы, в том числе, для подлета к исходной точке старта при любом удалении от нее;
¨ выполняет разгон до гиперзвуковой скорости и полет с этой скоростью с использованием атмосферного воздуха;
¨ осуществляет взлет, набор высоты, разгон до орбитальной скорости и спуск с орбиты с ускорениями в пределах норм для пассажирских самолетов;
¨ экологически чист, то есть не создает загрязнений атмосферы углекислым газом, окислами серы и азота, иными токсичными загрязнениями, характерными для традиционных ракетных двигателей;
¨ уровень шума при взлете и посадке не превышает норм для современных вертолетов;
¨ осуществляет свободное маневрирование на орбите при неизменном положении корпуса, в том числе, при создании тормозного импульса тяги;
¨ при нахождении в космосе производит накопление энергии, достаточной для продолжения полета, благодаря чему, при наличии дополнительной массы рабочего тела, может обеспечить разгон до второй (11,8 км/c) и третьей (16,4 км/с) космической скорости;
¨ обладает возможностью стыковки с другими аналогичными модулями в единую полую конструкцию большой площади и с большим внутренним объемом;
¨ не имеет крыльев, аэродинамических рулей или управляющих двигателей;
¨ обладая прецизионно управляемым спуском с орбиты, обеспечивает накопление большей части энергии, выделяющейся при торможении в атмосфере;
¨ обеспечивает в течение эксплуатационного ресурса и заданного числа циклов “взлет - космический полет - посадка” готовность конструкции к полету непосредственно после приземления;
¨ имеет экономичность космического полета, соизмеримую с показателями коммерческих самолетов;
¨ обеспечивает высокий уровень безопасности на всех участках полета;
¨ может быть модифицирован в самолет вертикального взлета с дальностью и временем полета, ограниченными только ресурсом силовой установки или основной конструкции.
Если говорить о количественных показателях, то для более наглядного сравнения АКМ “Взлет” с современным кораблем многоразового использования, его основные размеры специально выбраны одинаковыми с КМИ “Спейс Шаттл” (рис. см. в разд. 2.6.9).
Сравнительные параметры АКМ “Взлет” и орбитального корабля “Спейс Шаттл” (округленно)
Параметры
“Спейс Шаттл”
АКМ “Взлет”
Длина корпуса, м
35,0
35,0
Размах крыла, м
24,0
27,0
Масса полезного груза, т
23,0
23,0
Обладая указанными возможностями, АКМ, помимо типовых транспортных операций в космосе, выполняемых, например, космическим челноком “Спейс Шаттл”, может осуществлять регулярные космические перевозки больших групп специалистов без тренировки их по специальным космическим программам, например, ученых, технических специалистов, космических туристов. Более того, указанные технические возможности АКМ позволяют выполнять регулярные пассажирские перевозки через космос, как это было рассмотрено в разд. 2.2. Состыковав в космосе шесть модулей боковыми сторонами подобно сегментным кускам торта, можно получить космическую станцию в форме диска с большими поверхностью и внутренним объемом, обеспечивающими повышенный комфорт для долговременного космического проживания людей, осуществления пересадок пассажиров на другие направления, а также развертывания космических производств с большим энергопотреблением.
Не нужно думать, что космические путешествия это, если и не фантазия, то очень далекая перспектива, а упоминаемый в начале Дэниел Тито - всего лишь сумасбродный толстосум, не знающий, куда девать деньги. “Предстоящее столетие станет веком космических путешествий. Первые шаги на этом пути будут предприняты в 2004-2005 годах, - сообщил в Стамбуле на сессии Всемирной туристской организации (ВТО) руководитель центра экономических исследований Энцо Пачи. По его словам, в рамках проекта, разработанным американским космическим агентством НАСА, космические туры будут осуществляться группами из 20-30 человек и длиться до 4-х дней. К концу 20-го столетия, - сказал Пачи, - на нашей планете не останется мест, которые бы не были покорены человеком. На смену земному туризму придет туризм космический”.2.57
Поэтому уже сейчас делаются практические шаги для развития космического туризма. “РКК “Энергия” ведет переговоры с порядка десятью претендентами на коммерческий полет на корабле серии “Союз ТМ”. ... Десятки британских мультимиллионеров хотят приобрести у России путевки в космос. Их заявки поступили в лондонскую компанию Red Letter Days. Аналогичная ситуация складывается в американской компании Space Adventures (именно она помогла Тито заключить сделку с Россией). ... ”.2.58 “Как считают эксперты, полет Тито открыл новую эру в туристическом бизнесе. Уже сейчас десятки компаний принимают заявки от желающих прокатиться за плотные слои атмосферы. Тот, кто застолбит эту нишу сейчас, в будущем может стать лидером индустрии космического туризма”.2.61
Кстати, “первым туристом на орбите был не Тито, а сенатор Джейк Гарн, который, возглавляя комитет, ответственный за бюджет NASA, полетел на борту “шаттла” в 1985 году. Несколько конгрессменов летали в космос и позже. Правда, Тито оплачивал свой полет самостоятельно, (а конгрессмены летали, используя, так сказать, свое служебное положение. А-я-яй! - И.К.)”.2. 97
(2.6.26.)
Я не знаю, на какие космические корабли, а тем более станции ориентировались представители туристического бизнеса, делая столь смелые прогнозы в отношении таких привередливых существ, как западные туристы, которые хоть в джунглях, требуют привычного уровня комфорта, но то, что при помощи АКМ эта задача решается, могу сказать точно. Как видно на рисунке, шесть состыкованных борт-о-борт модулей АКМ образуют космическую станцию в виде диска с большим объемом и толщиной. Именно для этого модулям придана треугольная форма с углом носового заострения точно 600.
Современные станции, грубо говоря, “колбасного” типа, в том числе, благоусопший “Мир” и нарождающаяся МКС, образуются фактически из трубчатых элементов поднявших их в космос ракет, что создает проблемы не только с внутренним объемом, но и с боковой стыковкой к станции вновь прибывающих космических кораблей, поскольку длинная трубчатая конструкция работает как хлыст, но, не имея его гибкости, непременно может где-нибудь сломаться. Насколько я знаю, из-за этой головной боли собиралось не одно совещание. Тем не менее, многотонный причальный модуль “Пирс” уже доставлен на МКС и дальше остается только уповать на Бога, чтобы не произошло грубой стыковки. Кстати, если вернуться к картинке станции “Мир”, видно, что ее внутренний объем не так уж и мал. Сравнение размеров показанных вместе “трубчатой” и “дисковой” станций, позволяет представить, насколько возрастет жизненный объем последней.
Но не только внутренними объемами или внешней формой отличаются космические системы посточнного применения (АКМ “Взлет”) от нынешних систем многоразового использования типа “Спейс Шаттл”. Их принципиальное различие выявляется особенно ярко при рассмотрении циклов взлета и посадки. Орбитальный корабль “Спейс Шаттл” взлетает (1) в связке с основной ракетой на жидком топливе и двумя твердотопливными бустерами по бокам как обычная многоступенчатая ракета при вертикальном положении корпуса. В процессе дальнейшего такого же вертикального взлета (2) происходит отделение бустеров, а при выходе на круговую орбиту (3) орбитальный корабль отстыковывается от основной ракеты и совершает самостоятельный орбитальный полет. Для схода с орбиты он должен совершить двойной маневр: сначала развернуться на 1800 (хвостом вперед) (4), чтобы произвести своим ракетным двигателем тормозной импульс, а затем сразу же вернуться в исходное положение (носом вперед) (5), чтобы правильно войти в плотные слои атмосферы (6). В этом положении совершается практически неуправляемый, как говорят, по траектории падающего камня, спуск на гиперзвуковой скорости, сопровождаемый интенсивным обгоранием защитного покрытия. При подходе к земле скорость гасится до дозвуковой и посадочный модуль “Спейс Шаттл”, маневрируя аэродинамическими рулями и используя свой ракетный двигатель, “дотягивает” до места посадки (7), совершая ее на взлетно-посадочную полосу большой длины при скорости порядка 350 км/ч. После посадки орбитальный корабль подлежит многомесячному ремонту для замены термозащитного покрытия.
(2.6.27.)
Прежде, чем рассматривать полетный цикл аэрокосмического модуля, необходимо уяснить, чем же более привлекателен “горизонтальный” космический взлет? Можно пойти от обратного, сказать, чем плох верикальный старт. А плох он, прежде всего тем, что длинная тонкая ракета в момент отрыва от земли имеет слишком малую поступательную скорость, чтобы обеспечить стабилизацию аэродинамическими рулями. Разнос же двигателей у основания слишком мал, чтобы малыми силами создать управляющий момент для удержания ракеты от “заваливания” на старте. Приходится оперировать большими силами, что неэффективно и просто опасно - случаев падения космических колоссов на старте хоть отбавляй. Поэтому и приставляют к ракете “костыли” в виде сложнейшего стартового комплекса. Ситуацию усугубляет то, что ракета, такая монументальная с виду, в действительности - тончайшая по отношению к своим размерам оболочка, под завязку залитая жидкими топливными компонентами, которые “возмущаются” при взбальывании.
(2.6.28.)
По этой причине русская красавица с коромыслом на плече не сделает и трех шагов от обледеневшей проруби, чтобы не расплескать речную водицу. Мало уже кто знает: чтобы этого не случилось, в ведро кладут деревянные кресты. Представляете, какие волны “гуляют” в баках космической ракеты когда ее пытаются удержать на вертикальном курсе, раскачивая тяговыми двигателями “туда-сюда”? Какие-то демпферы (успокоители) боковых колебаний жидкости в баках ракеты тоже делают, да разве успокоишь “бултыхание” двух тысяч тонн “воды” в “ведре” диаметром под десять метров? Как и хлыстообразное причаливание на орбите, это всегда конструкторская головная боль. Далее: после “отработки” всех ступеней, от минаретообразной ракеты остается “с гулькин нос”. Но в этот “нос” на старте еще нужно влезть. Тоже проблема. Впрочем, как и заправка криогенным топливом на многоэтажной высоте. Сброс отработанных газов при запуске и форсаже ракетных двигателей - для этого под стартовым комплексом строят еще один - отводной, бетонной фактурой и формой, а главное размерами напоминающий Днепрогэс. Но даже с ним, - показывает киносъемка, - отработанные газы обволакиват ракету на старте “по самые уши”. И это-то вокруг криогенной “бомбы”, притаившейся за тончайшей оболочкой! Удивляться приходится не тому, что эта махина летит, а как она вообще летает.
(2.6.29.)
По иному происходит вывод на орбиту и спуск с нее аэрокосмического модуля “Взлет”. Чтобы устранить стартовые ракетные проблемы, АКМ начинает полет с квазивертикального взлета при горизонтальном положении корпуса (1). Его вихревые подъемные системы распределены по широкой плоскости, поэтому управляющие моменты минимальны и обеспечиваются не дополнительными управляющими двигателями как у современных ракет, а дифференциальным изменением тяги периферийныз вихревых систем - модуль взлетает как сказочный “ковер-самолет”. Его конструкция не требует защиты от пожара или термоизоляции как у “Шаттла”, поскольку вихревые системы генерируют только холодные воздушные вихри. Более того, модуль взлетает только с полезной нагрузкой, то есть, без рабочего тела, которым, как мы увидим в дальнейшем, является... дистллированная вода. Взлет без главного “утяжелителя” - ракетного топлива, неимоверно облегчает и удешевляет вертикальный взлет. Для справки; вес топлива у магистрального самолета достигает половины его взлетного веса, у космической ракеты он зашкаливает за 90%!.
Но откуда потом взять эту воду? А очень просто - из воздуха. Достигнув безопасной высоты вертикального взлета, АКМ переходит в горизонтальный полет на относительно малой скорости (2) для забора атмосферной воды. При этом работают все его вихревые под.емно-тяговые системы, обеспечивая, с одной стороны, непосредственно вертикальный взлет, с другой - формирование “виртуальных крыльев” для экономичного полета (об этом ниже), ну а с третьей, - доставляя к осушительной системе объем воздуха, достаточный для извлечения из него требуемого для дальнейшего полета количества пресной воды. По заполнении водяных баков, АКМ последовательно переходит к атмосферному полету на дозвуковой и сверхзвуковой скорости (3) с использованием эжектируемого атмосферного воздуха. Гиперзвуковой полет (4) - вплоть до выхода на орбитальную скорость - осуществляется с помощью встроенного в АКД ракетного двигателя с оптимальной скоростью истечения паровой струи. В процессе полета на орбите (5) АКМ производит подзарядку гипермаховиков от гелиоэлектрической системы, приемные элементы которой (термогенераторы) размещены на верхней поверхности его корпуса. Тормозной импульс для спуска АКМ с орбиты (6) создается не путем поворота на 1800 всего корпуса, как обычно, а только “опрокидыванием” на тот же угол его атмосферно-космических двигателей с последующим разворотом их в исходное положение. Прецизионно управляемый спуск в атмосфере (7), обеспечиваемый гипермазовиками-стабилизаторами, выполняется с преобразованием принимаемой от внешних теплообменников тепловой энергии в электрическую и накоплением ее в тех же гипермаховиках. По завершении спуска АКМ переходит на полет с дозвуковой скоростью (8) для подлета к месту посадки, которая может быть совмещена со стартом. Здесь АКМ совершает вертикальную посадку (9) по-самолетному, то есть, опять с горизонтальным положением корпуса.
(2.6.30.)
И в этом, возможно, главное преимущество вертикального взлета по-самолетному: космические взлет и посадка осуществляются практически в любом месте Земли без дорогостоящих стартовых комплексов и пятикилометровых посадочных полос. Горизонтальное положение корпуса АКМ на взлете, совместно с особым профилем полета, помимо существенного улучшения экономических и экологических показателей космического взлета, позволяет снизить уровень полетных перегрузок до величины, обеспечивающей запуск в космос обычных, нетренированных пассажиров, в том числе и при регулярных пассажирских перевозках.
И, наконец, особенности облика данных аэрокосмических аппаратов, определяемых в основном именно вертикальным взлетом по-самолетному и гиперзвуковой скороростью при спуске, позволяет формировать из них на орбите, в отличие от современных “карандашных” конструкций, космическую станцию в виде диска большого диаметра и толщины, удобного как для размещения на нем приемников солнечной энергии большой мощности, так и для создания внутреннего объема, оптимального для нормальной жизнедеятельности и работы людей на орбите - космических заводов, спортивных комплексов, жилых зон, оранжерей, бассейнов и прочего.
(2.6.31.)
Ну, а полет в атмосфере - это особый разговор. Два приведенных здесь рисунка без лишних комментариев показывают схемы обтекания аэрокосмического модуля при полете в воздухе (см. бизнес-самолет, крыло малого удлинения) и планирующем спуске с гиперзвуковой скоростью.
2.6.8. Подходы к оценке космических ракетных систем с разделенными
рабочим телом и энергией
Космический корабль, вступающий в борьбу с самой мощной - космической силой природы - земным притяжением, должен обладать энергоресурсом, обеспечивающим преодоление этой силы с наименьшими затратами взлетной массы и, соответственно, стоимости. Учитывая, что его движущую силу создает не только энергия, но и отбрасываемая масса, в аэрокосмическом модуле применен отличный от применяемого в силовых ракетных двигателях современных ракет подход к энерго-массовым показателям, условно говоря, применяемого “топлива” Это позволяет создать двухсредную, экологически чистую силовую установку, определяющую уникальные свойства АКМ. Речь идет о принципе “разделения массы и энергии”, чрезвычайно условным примером которого может служить детская игрушка - водяная ракета, в которую сначала заливается вода (рабочее тело), а затем закачивается воздух, обладающий потенциальной энергией сжатия. При открытии клапана, сжатый воздух, отбрасывая водяную массу, “выстреливает” ракетку до высоты 4 - 5-го этажа.
(2.6.32.)
Известен ряд факторов, повышающих эффективность космических ракетных систем. Не касаясь чисто конструкторских, таких как разделение единой ракеты на несколько ступеней или варьирование режимов горения топлива, отметим те из них, которые связаны с физической сущностью веществ и процессов, используемых для преодоления земного тяготения.
1. (2.6.33.) Ракета как летательный аппарат определяется двумя основными параметрами: относительной начальной массой (W/w), то есть отношением ее начальной массы (W) к конечной (w) и характеристической (конечной) скоростью Vк, определяемой по формуле Циолковского. Из нее следует, что оба параметра впрямую зависят от качества применяемого топлива, иными словами, для повышения конечной скорости ракеты Vк, в первом приближении, необходимо (см. рисунок), с одной стороны, увеличивать относительную начальную массу за счет облегчения конструкции, то есть топливных баков, эту конструкцию, собственно, и составляющих, а с другой - увеличивать удельный импульс за счет применения более высокоэнергетического топлива или, как было сказано выше, введения в инертное, оптимальной плотности рабочее тело такое количество энергии, которое обеспечивает оптимальную скорость его истечения.
2. Следующим важным параметром, определяющим эффективность ракетного двигателя, является его тяга, отнесенная к секундному расходу рабочего тела. Это удельный импульс тяги (УИТ), который при пересчете на килограмм тяги численно равен скорости истечения реактивной струи, м/с. Иными словами, в соответствии с третьим законом Ньютона, УИТ равен секундному количеству движения, поэтому в общем виде тягу ракетного двигателя определяет секундная масса рабочего тела, помноженная на скорость его истечения.
3. Большая плотность рабочего тела (г/см3) уменьшает объем и вес топливных баков, следовательно, и относительную начальную массу конструкции ракеты. Поэтому при равной тяге, увеличение плотности топлива повышает тяговооруженность (отношение тяги к весу) ракеты, что позволяет увеличить ее полезную нагрузку. Важность снижения веса конструкции видна на примере столь долгого осуществления “голубой мечты” конструкторов космической техники - создать одноступенчатый космический носитель. Для этого нужно обеспечить минимум два условия: достичь высокого удельного импульса тяги, то есть разработать очень эффективный ракетный двигатель и иметь малую массу конструкции. Такой носитель появился лишь в начале 90-х годов. Это была малоизвестная широкой общественности экспериментальная ракета DC-X (“Дельта Клипер”) (США) с конструкцией из легких сплавов и композитов. Именно она дала толчок для перехода от “шаттлов” к “синглам” - одноступенчатым носителем, поскольку ее разработка показала, что космическая ракета с малой относительной начальной массой в принципе возможна при использовании самых эффективных на сегодня топливных компонентов - жидких кислорода и водорода. Однако на примере Х-33 мы видим, что “жидкость” этих криогенных компонентов, то есть попытка искусственно увеличить их плотность, дается дорогой ценой и, вероятнее всего, не позволит достичь желаемого.
4. У ракет с жидкостным (ЖРД) и твердотопливным (РДТТ) ракетным двигателем, которые относятся к химическим ракетным двигателм (ХРД), рабочим телом являются горючее и окислитель, участвующие в создании тяги, то есть источник энергии и рабочее тело совмещены в ракетном топливе. Его энергетические возможности, как и любого другого топлива, определяются отнесенным к единице его массы высшей (ВМТС) и низшей (НМТС) массовой теплотой сгорания. Первая из них соответствует количеству теплоты, выделившейся при полном сгорании топлива. НМТС меньше этой величины на количество теплоты, затрачиваемой на испарение воды, содержащейся в топливе до сгорания и образовавшейся во время горения. Для нефтепродуктов разница между ВМТС и НМТС составляет 5-10%.
5. ВМТС топлива тем выше, чем больше в нем содержание водорода. В авиационных углеводородных топливах его содержится от 9 до 16%, что изменяет их НМТС на 1700-2500 кДж/кг (400-600 ккал/кг). Для реактивных углеводородных топлив НМТС в среднем 43 МДж/кг (10.300 ккал/кг). Наибольшей теплотой сгорания обладает водород; его ВМТС 144 МДж/кг (34.500 ккал/кг), НМТС 119 МДж/кг (28.550 ккал/кг).2.47,559 Однако водород и кислород хранятся в ракете в жидком (криогенном) виде и до процесса горения должны быть нагреты до нормальной температуры, что также уменьшает ВМТС.
6. (2.6.34.) На рисунке представлены результаты анализа энергетических возможностей и плотностей ряда ракетных топлив, выполненного “Аэроджет Ликвид Рокет”.2.59,189 Высший показатель для ЖРД, работающего на водороде и кислороде составляет 450-500 н*с/кг (4,5 - 5 км/с).
7. Помимо ХРД известны также ядерные (ЯРД) и электрические ракетные двигатели (ЭРД), которые можно отнести к единому виду ракетных двигателей с “разделенными рабочим телом и энергией (РТЭРД). Их общее свойство, как и в аэроклсмическом модуле “Взлет”, состоит в том, что для создания тяги какое-либо инертное, но оптимальное по другим параметрам вещество, нагревается электричеством (ЭРД) или теплом ядерного распада (ЯРД). Пример первого из них - ионный двигатель, в котором высоковольтная дуга ионизирует рабочее тело (аргон или пары ртути), а электрическое поле ускоряет образовавшиеся ионы. Пример второго - разрабатываемый по программе NERVA (США) графитовый реактор, нагревающий жидкий водород и выбрасываюший его через ракетное сопло. Удельный импульс ЭРД, в зависимости от конструкции и используемого рабочего тела, достигает 5.000 с. Однако тяга ионных двигателей мала (от 0,02 до 0,03 Н). Их устанавливают на геостационарные спутники для создания постоянного, хотя и небольшого управляющего импульса. ЯРД должен был развивать тягу 1100 кН и иметь удельный импульс 800 с, что почти вдвое превышает соответствующий показатель для химических двигателей”.2.60,177
8. Поскольку в ракетном топливе для ХРД масса рабочего тела органично связана с определенным количеством энергии (п. 4-5), нет уверенности, что создаваемая его НМТС (п. 4) скорость истечения оптимально соответствует классической формуле третьего закона Ньютона P*dt = m*dV, а исходная плотность топлива (п. 2) оптимальна для подъема максимальной полезной нагрузки.
9. В этой связи представляется целесообразным применить для тяговых ракетных двигателей идею разделения рабочего тела и энергии подобно тому, как это делается в управляющих ЭРД (п. 6) с целью достижения оптимального для земных условий значения УИТ (п. 1), соответствующего оптимальной скорости истечения реактивной струи Vист opt., а не ее величины, как это делается сейчас, которая получаетсяя в результате конкретных химических реакций.
10. В качестве объекта исследования был взят гипотетический одноступенчатый орбитальный ракетоплан - аэрокосмический модуль (АКМ) “Взлет”, источником энергии для которого служат электромеханические накопители энергии - гипермаховики. Для сопоставимости результатов с химическими источниками энергии, принято, что их удельная массовая энергоемкость эквивалентна НМТС водородно-кислородного ракетного топлива.
11. В качестве рабочего тела выбрана вода, которая, с одной стороны, позволяет обеспечить сопоставимость результатов, так как сама является продуктом сгорания водородно-кислородного топлива, а с другой, уникально отвечает комплексу требований по минимальной стоимости, распространенности в природе, неядовитости, негорючести, взрывобезопасности и экологической чистоте. Кроме того, вода имеет более высокую плотность, чем все известные ракетные топлива (см. рисунок выше). Это, согласно п. 2, уменьшает массу топливных баков, а следовательно, повышает тяговооруженность ракетного устройства. Характеристики последнего - по сравнению с углеводородным и криогенным топливом - улучшаются в еще большей степени с учетом негорючести и взрывобезопасности воды, поскольку для последней не нужны системы пожаротушения, а термоизоляция может быть заменена внутренним подогревом. Немаловажным является и то, что вода в виде пара постоянно присутствует в атмосфере, что позволяет применить указанную выше технологию заправки аэрокосмического модуля после его вертикального взлета путем сбора атмосферной воды на входе в вихревые подъемно-тяговые устройства.
12. (2.6.35.) Результаты предварительной оценки космического устройства с разделением рабочего тела и энергии представлены на графике Gi = f (Vист). Этот график носит качественный характер, поскольку неизвестны удельные показатели гипермаховика и атмосферно-космического двигателя (АКД), в котором происходит “соединение” энергии с рабочим телом, однако общие подходы с точки зрения физики явления позволяют расширить его результаты и на космические носители с химическими ракетными двигнателями. График построен в относительных величинах, поэтому масса ракеты 1 во всем диапазоне скоростей истечения сохраняет единичное значение. Суть графика состоит в том, что при увеличении скорости истечения уменьшается потребная масса рабочего тела с соответствующим уменьшением массы конструкции ракеты за счет уменьшения объема топливных баков. Одновременно возрастает масса силовой установки 2 пропорционально кубу скорости истечения Vист. Кривая 3 суммирует изменение полезной нагрузки в результате действия этих противоположных факторов. Она дает хорошо выраженный минимум в районе Vист ” 10 км/с. Иными словами, оптимальная скорость истечения газовой струи численно соответствует значению ускорения свободного падения в земных условиях, а самая лучшая из имеющихся на Земле пара “топливо-окислитель” - криогенные водород и кислород, применяемые сейчас для космических ракет, существенно неоптимальна для земных условий. С учетом отмеченной общности результатов, здесь же показана зона полезной нагрузки, которую могут поднимать как многоступенчатая ракета “Спейс Шаттл”, так и одноступенчатый ракетоплан Х-33 “Венчур Стар”. Эта зона находится на периферии оптимальных значений полезной нагрузки, поэтому и говорится только о “принципиальной возможности создания одноступенчатого космического носителя”. Результаты реальной конструкторской проработки указанного аппарата подтверждают справедливость этой осторожной оценки. Более того, учитывая гигантский объем этой проработки и уже реализованную наивысшую скорость истечения криогенных компонентов ракетного топлива, можно утверждать, что полезная нагрузка, отмеченная на графике жирной чертой 5, является пракиическим пределом для ракетных систем, впрямую использующих для движения химическую реакцию горения. Параметры показанного там же АКМ “Взлет”, напротив, рассчитаны с учетом полученного физического оптимума, поэтому они столь разительно отличны от традиционных ракет. В общем, как в русской сказке: “Большие, да дурные, мал, да удал”.
Таким образом, проведенная в первом приближении оптимизация конструкционных и весовых характеристик одноступенчатого космического устройства показала, что оптимальная скорость истечения рабочего тела должна быть увеличена примерно вдвое по сравнению с величиной, которую можно получить, используя для этой цели наилучшие из имеющихся на Земле компоненты - криогенные водород и кислород, создающие струю водяного пара с предельной скоростью истечения 5 км/с.
В силовой установке, построенной по принципу “разделения массы и энергии”, в которой в качестве топливных компонентов используются вода и электрическая энергия, имеется принципиальная возможность варьировать в широком диапазоне скорость истечения струи того же водяного пара, в том числе с плавным регулированием ее в диапазоне оптимальной скорости истечения. Именно этим во многом определяются существенно улучшенные характеристики АКМ “Взлет” по сравнению с традиционными существующими и перспективными космическими транспортными устройствами.
Зная все это, можно оценить современные перспективы мировой космонавтики: “... Индийская ракета GSLV вывела спутник весом 1,5 тонны на геостационарную орбиту. Таким образом, Индия с помощью России стала шестой в элитарном космическом клубе, члены которого способны выводить спутники. ... Маршевые двигатели третьей ступени ракеты разработаны КБ химического машиностроения им. Исаева в Королеве. ... Двигательная установка работает на жидком криогенном топливе - водороде и кислороде. Мировой, и в частности, российский, опыт не знает случаев использования криогенных двигателей для ракет этого класса. ... В дальнейшем криогенный ... двигатель будет использоваться в России на новой ракете “Ангара”.2.76
Мало кто знает, что улучшение массогабаритных показателей автомобильного двигателя при переходе от парового к двигателю внутреннего сгорания сначала произошло путем замены водяного пара керосиновым, пока Отто не догадался, что последний содержит в себе несравненно больше энергии, чем статическое давление керосинового парового котла...
2.6.9. Врожденный порок “Шаттла”
В трагедии 1 февраля 2003 года рухнул не только космический челнок “Коламбия”, но и еще один - научно-технический - символ Америки. О политических последствиях этого события я уже писал в предыдущей главе (см. разд. 1.6.4 и 1.6.5.), здесь же рассмотрим техническую сторону вопроса: почему произошла эта катастрофа.
(2.6.36.)
Собственно, о ее причине ТВ-дикторы сказали сразу, буквально по “горячим следам”: сначала на левом крыле отказал наружный датчик температуры, затем там же - датчик внутренней температуры, потом резко повысилось, а затем полностью упало давление в левом колесе основного шассии. Это означало, что раскаленная плазма с температурой порядка 17000 С, которая обволакивает ворвавшийся в земную атмосферу космический корабль, добралась до живой конструкции и разрушила ее.
Все произошло быстрее, чем только что сказано; эпическое повествование об этой катастрофе невозможно, оно абсолютно не соответствует действительности. По ТВ через несколько дней показали восстановленную видеопленку, на которой запечатлены последние секунды жизни экипажа: астронавты, улыбаясь, весело переговариваются, начиная готовиться к посадке - надевают перчатки и шлемы. В иллюминаторе в это время видно, что плазма уже беснуется на передней кромке крыла...
Чтобы восстановить как все было, представим для начала, что мы поднесли зажженный газовый резак к самолетному крылу. Почти сразу металл начнет плавиться и расползаться, потому что температура от газовой горелки примерно та же, что и у атмосферной плазмы, то есть сушественно превышает температуру плавления материалов, из которых делают авиационные конструкции - алюминия, титана, стали. А теперь мысленно увеличим мощность нашей горелки, скажем, в 100 или даже в 1000 раз. Конструкция, которую мы подвергаем испытанию, мгновенно расплавится, испарится, исчезнет как дым...
“Такого не может быть, - скажете вы, - Космический корабль покрыт термоизоляцией”.
Совершенно верно, его носовая часть и передние кромки крыльев обклеены термозащитными плитками из, пардон, абляционного материала. Абляция - это процесс сухой возгонки вещества, аналогичный сушке белья на морозе - лед, минуя жидкую фазу, превращается в пар, который уносится ветром. Термозащитный облицовочный материал “Шаттла” также испаряется всухую, защищая его конструкцию от перегрева.
(2.6.37.)
Посмотрим теперь на схему сравнения формы и габаритов космического корабля “Спейс Шаттл” и аэрокосмического модуля “Взлет”. Их носовые части (6) существенно отличны: у “Шаттла” нос заострен, в то время как носовая оконечность “Взлета” имеет сферическую форму, в которую удобно вписывается один из силовых гипермаховиков (см. компоновку выше). Такая форма характерна для отделяемых головок баллистических ракет. Рядом приведены теневые спектры обтекания обоих “носов” сверхзвуковым потоком, полученные в экспериментальных исследованиях ЦАГИ.3.2 Видно, что у сферического тела (фото I) головная волна отходит вперед и двигается широким фронтом не касаясь модели. У заостренного тела (фото II) головная волна “прилипает” по всей боковой поверхности тела. Именно поэтому, если посмотреть на фотографии “Шаттла”, вся его боковая поверхность передней части и передние кромки крыльев интенсивно черного цвета, поскольку они облицованы плиточным абляционным материалом.
Теперь проделаем второй мысленный эксперимент: начиная от носа, “съедем” по боковой поверхности вертикально стоящего “Шаттла” как с вершины горы. В первый момент мы будем “лететь” почти отвесно, но в районе пристыковки крыла (отмечен красным кружком) получим мощнейший удар по “пятой точке”, а дальше наше движение замедлится, так как мы будем “прилипать” к пологой передней кромке крыла. Именно так - и по нашим мысленным ощущениям, и по данным строгих аэродинамических исследований (см. фото II) движется тепловой поток вдоль корпуса “Шаттла”, когда он несется “вниз головой” к земле. И точно в том месте, где мы получили свой воображаемый “шлепок”, на конструкцию “Шаттла” обрушивается мощный тепловой удар. Вогнутый переход к крылу или, как ее в шутку называют аэродинамики, “впуклость” конструкции является концентратором тепловых нагрузок; недаром именно здесь, в критической точке, были установлены отказавшие температурные датчики, о которых в первую очередь сообщили все телеграфные агентства.
Но если разработчики “Шаттла” знали об этом “гиблом” месте, им нужно было позаботиться о его дополнительной защите. Наверное позаботились, во всяком случае на фотографиях теплозащита здесь выглядит наиболее толстой. Почему же тогда произошел прорыв газов? Не знаю. По первым и более обстоятельным поздним сообщениям винят отвалившуюся на старте теплозащиту водородного бака, которая при взлете ударила по передней кромке крыла. Учитывая, что во время старта во Флориде шли дожди, кусок пористой обшивки, пропитанный водой, которую заморозил криогенный водород, мог представлять опасность, но тогда как он отвалился, если так сильно примерз? В сорокаградусный мороз в Новосибирске я однажды видел как скалывают лед с тротуаров тяжеленным ломом с приваренным к нему снизу топором. Это очень трудная работа, здесь же “мороз” раз в шесть крепче.
Говорят и о каком-то “неопознанном объекте”, который заметили в телескоп вблизи вышедшего на орбиту корабля, но тот улетел “в таинственные глубины Вселенной”, оставив исследователям одну лишь “таинственность”. О том, что руководители полета, несмотря на их заявление о незначительности первого инцидента, были обеспокоены им, косвенно говорит тот факт, что хотя “американские челноки рассчитаны на десятитидневные полеты, нынешняя экспедиция продолжалась 16 дней - это почти рекорд. Запасы топлива, провизии, воды были уже на исходе. Максимум, сколько еще могла пробыть на орбите “Коламбия”, - сутки, чуть больше”.2.112
Мне же, несмотря на показанную по ТВ компьютерную мультипликацию как теплозащитный “кирпич” бьёт хрупкую конструкцию, представляется, что все обстояло гораздо проще. Именно в этом месте, отмеченном на схеме красным кружком, проходит стык крыла с фюзеляжем. Несмотря на то, что “Шаттл” является кораблем многоразового использования, его теплозащита рассчитана только на один полет, поэтому каждый раз должна заменяться новой. Обклейка конструкции абляционным материалом - это сложный технологический процесс, который также требует сильного нагрева в тепловой камере. Скорее всего, корабль нагревают в ней по частям, то есть с отстыкованными крыльями. И именно в этом, возможно, кроется причина катастрофы: кто может дать гарантию, что при наклейке сорока тысяч термоизоляционных плиток не был допущен совсем незначительный брак и в месте стыковке крыла с фюзеляжем не образовался малюсенький, совсем незаметный зазор в один, даже в половину миллиметра? А если это так, то севший в этом месте интенсивный температурный скачок, мощностью в 100 или даже в 1000 газовых горелок “отслайстал” крыло с легкостью горячего ножа в куске сливочного масла.
Похоже, не только я думаю так. “В Росавиакосмосе разделяют точку зрения НАСА, что причиной аварии “Шаттла” “Колумбия” не мог быть теракт. “Судя по траектории полета обломков - в одну сторону – это естественное (?! - И.К.) разрушение конструкции”, - сказал официальный представитель Росавиакосмоса Вячеслав Михайличенко, добавив, что аналогичная картина наблюдалась при затоплении российской орбитальной станции “Мир”. В Росавиакосмосе высказывают предположение, что гибель “Шаттла”, скорее всего, связана с каким-то технологическим дефектом изготовления (подчеркнуто мной, - И.К.)”.2.110
(2.6.38.)
Мы оставили улыбающихся астронавтов в момент, когда они надевали шлемы перед посадкой. Как ни кощунственно это звучит, они счастливые люди: взлетели победителями в небо и погибли не зная того, с улыбками на губах.
С полвека назад я видел как от четверки истребителй, слаженно отрабатывавшей на малой высоте фигуры высшего пилотажа, вдруг тихо скользнул вниз замыквющий в “ромбе”. Самолет врезался в высокий берег Москвы-реки, метрах в пятистах от моего дома. Потрясение вылилось в стихотворение.
Когда открыв фонарь своей машины,
Он потянулся, разгоняя лень,
Пилот не знал, глазами синь окинув,
Что он погибнуть должен в этот день...
Когда в секунду выверив решенье,
Он заложил вираж бесстрашно-крут,
Он и тогда, в последние мгновенья,
Не знал, что жить осталось пять минут...
Когда как знак смертельного удара
Над самолетом вырос взрыва гриб,
Обугливаясь и дымясь от жара,
Пилот не знал, что он уже погиб...
Авиационные катастрофы, как правило, быстротечны. На гиперзвуке - тем более. Миг - и челнок развернуло отгрызенным крылом вперед, подставив ревущему потоку ничем незащищенный металл. Сорвало крышу кабины, сдуло уже надетые шлемы (шлем командира нашли на удалении 120 километров от места падения кабины), оторвало головы (они “летят” при скорости воздушного потока выше 500 км / час, здесь раз в 40 больше), опалило доменным жаром тела, вырвало из сидений уде безжизненные тела, рванул остаток топлива - и пошла молотилка, растрепавшая изящно пригнанную конструкцию на бесформенные куски. В многократно прокручиваемых кадрах на ТВ это вылилось во множественные инверсионные следы компактно несущихся к земле обломков.
“На месте падения шаттла “Columbia” обнаружены сильно обгоревшие останки ... одного из астронавтов. ... Джордж Буш объявил в штатах Техас и Луизиана чрезвычайное положение в связи с падением в этих районах обломков космического корабля. ... В воздухе еще находится огромное облако из мелких фрагментов “Шаттла” длиной до 150 километров”.2.111
“Сегодня в лесу на востоке американского штата Техас была найдена носовая часть потерпевшего катастрофу шаттла “Columbia”. ... При падении космического корабля он вошел глубоко в землю. ... К настоящему времени уже обнаружены останки всех семерых погибших астронавтов. Эксперты надеются их идентифицировать”.2.112
Я думаю, что специалисты, изучающие сейчас эту катастрофу, восстановят именно такую картину и сделают вывод, что основная причина трагелии - неверная аэродинамическая компоновка спускаемой части “Спейс Шаттл” - порок, заложенный в ее конструкцию изначально. Ну, а что конкретно послужило причиной перегрева - небрежная сборка, отвалившийся кусок теплоизоляции или “неопознанный летающий объкет” в открытом космосе - это уже детали.
В этой связи мне вспоминается вычитанный когда-то в детстве эпизод из конструкторской деятельности А.Н.Туполева. Во время войны его остановил в Наркомате некий изобретатель и показал разработанный им проект самолета. Чтобы отвязаться, Туполев что-то буркнул ему, но после войны настырный дилетант отловил его снова, напомнив о своем проекте и той давней встрече. “Что я Вам тогда сказал? - спросил Туполев. - Вы ткнули пальцем в проект и сказали: Здесь он у Вас сломается. - Что дальше? - Знаете, Андрей Николаввич, я все-таки тот самолет построил. - Ну и что? - Сломался, проклятый, и в том самом месте”.
Если “проклятое место” “Шаттла” будет официально определено, кто решится после такого заключения специалистов сесть в челнок для потенциально самоубийственного полета? Да и кто решится выпустить его в полет?
Теперь снова посмотрим на схему сравнения формы и габаритов “Спейс Шаттл” и аэрокосмического модуля “Взлет” и также мысленно “съедем” с “вершины” последнего. Никаких жестких ударов при этом мы не получим, а просто “улетим” в никуда во второй части “спуска”. Именно такой - выпуклый! - характер обтекания был изначально заложен в его аэродинамическую форму. Выше я уже говорил, что “будущее американской космической программы” - одноступенчатый корабль многоразового использования Х-33 имеет практически такую же аэродинамическую компоновку, однако торчащие из него крылья с еще более выраженным, чем у “Шаттла” “седлом” уже приготовили ему незадачливую судьбу “Коламбии”.
Далее, на АКМ термозащита устанвлена не только в головной части корпуса (6), но и на боковых, выступающих частях (1), на которые может “сесть” вторичный ударный скачок. Более того, за пассивной тепловой защитой размещены раскрывающиеся теплообменники (5), дополнительно защищающие корпус от аэродинамического нагрева. Да и сами “пассивные” части теплозащиты (1) и (6) - суть теплообменники, через которые выделяющееся при спуске тепло преобразуется в электричество и поступает в гипермаховики-накопители. Это второе принципиальное отличие АКМ - корабля постоянного применения (КПП) от КМИ “Шаттл” и Х-33 - кораблей многоразового использования, то есть с одноразовой тепловой защитой. Третья особенность АКМ “Взлет” - он совершает управляемый спуск, причем управляется очень точно, прецизионно. Напротив, все “Шаттлы”, в том числе и погибшая “Коламбия”, несмотря на всю свою высокотехнологичную начинку, при спуске летят по так называемой “траектории булыжника”, то есть как неуправляемые болванки, вбрасываемые из космоса в атмосферу. Ни “земля”, ни экипаж при прохождении “гиперзвуковой части входа” не может ни на йоту изменить его траекторию, наперед заданную предварительным расчетом. Потому-то, чтобы, как обычно объявляют у нас, “корабль совершил посадку в заданном районе”, его двигатели должны “отработать тормозной импульс в расчетной точке траектории спуска”. Далее - на кого Бог пошлет. Именно поэтому поисковые бригады иногда долго не могут найти “объект” в “заданном районе”. У “Шаттла” в этом смысле есть небольшое преимущество - он становится управляемым как обычный самолет уже на сверхзвуке, а потом на дозвуковой скорости дотягивает до аэродрома посадки. Но и у него, в виду ограниченности маневра в атмосфере, “расчетная точка спуска” должна быть заранее выбрана исключительно точно.
Все это обрекает “Шаттлы” на воздействие максимально высоких температур на входе в атмосферу при, повторяю, полном отсутствии возможности выхода из губительного режима в случае возникновения угрожающих, запредельных параметров полета. Возвращаясь к катастрофе “Колумбии” можно сказать, что даже если бы наземный персонал успел зафиксировать нерасчетное повышение температуры на левом крыле, он мог бы лишь только на несколько секунд раньше других осознать, что это конец...
Иное дело АКМ “Взлет”. Силовые гипермаховики обеспечивают ему внутреннее инерционное управление, поэтому он никак не зависит от состояния окружающей его атмосферы. Маховики позволяют исключительно точно войти в “коридор входа”, регулировать уровень принимаемой тепловой энергии, выходить из угрожающего режима в любой точке траектории и обеспечивать сколь угодно долгий подлет к точке вертикальной посадки по-самолетному. Именно высокий уровень безопасности, обеспечиваемый на АКМ, совместно с возможностью рекуперации энергии при посадке, позволяют говорить о его применимости для регулярных пассажирских перевозок через Космос.
P.S. Все, что выше, было написано сразу после катастрофы, и я вполне отдавал себе отчет, что выводы комиссии могут не совпасть с моими. Так оно и вышло. “Установлена окончательная причина гибели шаттла “Колумбия”. Американские инженеры, расследующие обстоятельства катастрофы сообщили, что “Колумбия” была обречена уже на старте. Эксперты НАСА провели эксперимент, подтвердивший одну из версий гибели корабля. В лабораторных условиях был обстрелян один из аналогичных шаттлов кусками термоизоляционного покрытия. Пена пробила в крыле огромную дыру (о-го-го! - И.К.), и это, по словам одного из ученых, - то самое звено цепи, которого недоставало, чтобы с уверенностью говорить о причинах катастрофы. ... Таким образом, причиной катастрофы стал кусок изолирующей пены, ударившийся о крыло челнока. Эксперты считают, что этого оказалось достаточно для разгерметизации крыла “Колумбии” и проникновения в его полость раскаленных газов. Корабль начал разваливаться на части еще в небе над штатом Калифорния. Полностью шаттл распался на части над штатом Техас. ... ”.2.115
Таким образом (по другой информации (НТВ 27.08.03), Государственная комиссия в составе 170 человек плюс 10.000 добровольцев, собиравших обломки “Шатла”, за полгода работы истратила 20 млн долларов и установила, что “Коламбия” разрушилась по двум причинам:
Падения на переднюю кромку левого крыла куска теплоизоляционной обшивки с образованием сквозного разрушения, через которое горячие газы проникли внутрь конструкции.
Формального отношение руководства NASA к своим обязанностям, выразпвшееся в том, что несмотря на поступавшие сигналы специалистов, оно не подвергло “Шаттл” дополнительному осмотру в космосе.
Довольно большая дыра, образовавшаяся в крыле при экспериментальном обстреле его куском пенопласта неоднократно демонстрировалась на ТВ в компьютерном исполнении.
По второму пункту было сказано, что инженеры NASA подали своему руководству три служебные записки о необходимости дополнительного визуального обследования “Шаттла”, однако эти сигналы не были приняты руководством во внимание, поскольку отрывы обшивки случались и ранее и не привели к катастрофическим последствиям.
Из этих выводов следует, что после замены теплоизоляции криогенных баков “Шатла” и непутевых руководителей NASA запуск челноков может быть продолжен. О руководстве государственными учреждениями поговорим в 7-ой главе, так как в данном случае это не столь важно. Поэтому пока вернемся к чисто техническим вопросам.
Выше я уже рассматривал версию с пропиткой теплоизоляции дождевой водой. На самом деле это невозможно по двум причинам:
Теплоизоляция топливных баков ракеты осуществляется пенным материалом типа пенопласта, при нанесении которого образуется твердая корочка, обеспечивающая уменьшение аэродинамического сопротивления и препятствующая попаданию воды внутрь этого материала.
Размеры ракеты таковы, что в случае пропитки теплоизоляции водой ее взлетная масса увеличится на несколько десятков тонн, что исключает выполнение полетного задания.
Отрыв ледяной глыбы от криогенной стенки, как было показано выше, тоже проблематичен. Но даже если не кусок льда, а такая же по размерам железяка сорвется с самого верха ракеты и ударит по передней кромке крыла, сможет ли она пробить дыру, которую демонстрировала всему миру американская госкомиссия? Уверяю вас, нет! В бытность свою студентом Московского авиационного института я не раз “курочил” бывшие летательные аппараты. Закаленный дюраль (алюминиевый сплав, из которого делают обшивку самолетов), да еще с большой кривизной, как это обычно бывает на передней кромке крыла - это очень жесткий материал, на котором даже удар со всего маху кувалдой оставляет лишь небольшую вмятину. А он еще как правило изнутри подкреплен сотовым заполнителем, да, не забудьте, сверху покрыт термозпщитной керамикой. Хоть из пушки в него куском теплоизоляции пали - все равно, что куриными яйцами по автомобилю. Чего, справшивается, там разглядывать многоопытной администрации NASA, тем более, что такое уже не раз было.
Ой, чудится мне, не госкомиссия это вовсе, а “чудише обло, огромно, озорно, стозевно и лайя”. Что-то она хотела скрыть за нападками на руководство и стрельбой из пушки пенопластом по монолиту. Придумала версию, в которой расставлены нужные слова, вполне понятные неискушенному населению, но не наполнила эти слова содержанием, доказательным для искушенных. Скрыть же она хотела одно - то, что я вынес в заголовок этого раздела - врожденный порок “Шаттла”. Концентрацию тепловых напряжений именно в этом месте. Технологический дефект на стыке крыла и фюзеляжа при переклейке плиток термозащиты аккурат в этом же место. Ибо если бы комиссия обнародовала это, всем бы стало ясно, что “Шаттлы” обречены не только при рождении, они обречены навсегда. А у Америки нет больше ни средств для продолжения космической программы, ни идей для начала новой. Это заявил сам председатель этой комиссии:
Вопрос о “Шаттле” заключается не в том, что он снова сломается, а в том, когда это произойдет.
На сегодняшний день NASA неспособна к фундаментальным работам в космосе.
Других средств выхода в космос, кроме “Шаттла”, у Америки нет.
Это очень серьезно. Гораздо серьезней, чем артиллерийские развлечения членов комиссии за государственный счет. Это значит прощай и Х-33 - по презентации вице-президента Гора в 1997 году, “принципиально новый космический корабль Америки XXI века”, и Х-34 - судорожная попытка восстановления послевоенного Х-15.
А что же будет с оставшимися “Шаттлами”? Свой прогноз я уже сказал в феврале, сразу после случившегося (см. выше). Однако неофициально говорят, что в марте-апреле следующего года их снова запустят. Вопрос только куда? Скорее всего создадут новую государственную комиссию, которая, потратив еще 20 государственных миллионов, скажет, что некоторые агрегаты четвертьвековой давности челноков по времени выработали свой ресурс и восстановлению не подлежат. А вот и первая ласточка. “Национальное агентство по аэронавтике и исследованиям космического пространства США (NASA) не сможет возобновить полеты космических кораблей-“челноков” в марте 2004 года, как предполагало ранее. ... Задача доставки космонавтов и грузов на Международную космическую станцию целиком легла на Россию. ... В итоге полеты могут быть отложены до середины лета 2004 года в связи с необходимостью более тщательной технической подготовки. ...”.2.116 В то же время “Росавиакосмос” добивался от США и Европы дополнительного финансирования в размере 50 миллионов долларов ... на постройку дополнительных космических кораблей из-за моратория на полеты американских “шаттлов”. НАСА на просьбу России ответила отказом. Комментируя это, глава “Росавиакосмоса” Юрий Коптев заявил: “Если Россия не сможет одна поддерживать МКС, то станцию придется консервировать”.2.117
И, наконец, “Совет NASA по вопросам безопасности полетов в полном составе ушел в отставку под огнем критики, вызванной гибелью космического корабля Columbia. Все 9 членов и 2 сотрудника аппарата направили директору NASA Шону О'Кифу письма с просьбой освободить их от занимаемых должностей. ... О'Киф сообщил, что удовлетворил их просьбу. ... Во время расследования в адрес совета звучали серьезные нарекания со стороны независимой комиссии и конгресса США, и входившие в него эксперты оказались в трудной психологической ситуации. В свое оправдание они говорят, что в ежегодных докладах неоднократно указывали на проблемы безопасности шаттлов, однако NASA их игнорировало. ... ”.2.118
И в самом деле... На кой черт им надо отдуваться за чужие грехи...
2.6.10. Авиационная электрическая силовая установка
Для реализации новых физических принципов осуществления космических полетов, заложенных в идеи “вихревой подъемной силы” и “разделенной массы и энергии”, требуется принципиально новая силовая установка, которую, учитывая двухсредность ее работы и преимущественное использование электрической энергии, можно определить так, как она записана в названии этого раздела. Ее качественное отличие от традиционных авивционных силовых установок, использующих углеводородное топливо, - практически полная экологическая чистота и высокая экономическая эффективность. В то же время, не раскрывая “ноу-хау”, можно сказать, что и АКМ, и его силовая установка базируются на хорошо известных материалах и отработанных в производстве технологиях. Поэтому АЭСУ, как говорится, прямо сейчас открывает принципиально новые возможности для создания экологически чистых и безопасных космических аппаратов постоянного применения, создает реальную основу для экономичных и массовых гиперзвуковых и космических полетов.
Именно возросшие экологические требования, необходимость улучшения экономических показателей коммерческой авиации - в идеале, рекуперация энергии, обеспечение вертикального взлета тяжелых транспортных самолетов и космических кораблей с вертикальным взлетом по-самолетному, диктуют необходимость перехода к электрической тяге авиационной и космической техники. Мировой опыт более чем тридцатилетних исследований в этой области показал, что ни одна из известных традиционных силовых установок не отвечает этим требованиям, что, при явной экономической и социальной потребности привело, так сказать, к “наличию отсутствия” коммерческих СВВП. В космической технике прямое - путем сгорания в камере ракетного двигателя - использование различных видов природного топлива приводит к непомерно большому стартовому весу возвращаемых космических кораблей, малой полезной нагрузке и прочим, ее хорошо известным недостаткам. Обобщая, можно сказать, что прямое использование природных топлив для создания ракетной тяги достигло своих пределов и практически не имеет резервов для дальнейшего развития.
(2.6.39.)
Блок-схема АЭСУ для вихревых СВВП и космических кораблей постоянного применения показывает взаимодействие составляющих ее силовых агрегатов. В некоторых случаях, как было показано выше, эти агрегаты могут быть использованы в качестве самостоятельных силовых устройств для привода электромобилей, легкой авиационной техники, модулей скоростных транспортных систем и прочее. Кроме того, учитывая, что авиационные, а тем более космические летательные аппараты являются потребителями больших и очень больших мощностей, соизмеримыми с городскими потребностями, элементы АЭСУ могут быть применены в наземном варианте как компактные и экономичные устройства генерации электрической энергмм с большим ресурсом безаварийной работы. Все они являются оригинальными разработками НТЦ “Взлет” и ниже перечисляются в порядке их нумерации в блок-схеме.
I. Гелиоэлектрический нагреватель (ГЭН). В его состав входят тепловые элементы, типа “абсолютно черного тела”, концентратор солнечной энергии, элементы электрического нагревателя, размещенные в сверхпрочном прозрачном корпусе, который обеспечивает получение перегретого (“сухого”) пара. ГЭН может быть использован самостоятельно в качестве источника объемного нагревания рабочего тела для паровых турбин, или основного элемента дистиллятора соленой воды (см. разд. 2.7.).
II. Высоковольтный термоэлектрогенератор (ВТЭГ). Производит прямое преобразование тепловой энергии в электрическую с эффективностью до 95%. В наземном варианте пригоден для промышленного производства электрической энергии высокого напряжения, которая без промежуточных преобразований готова для передачи на дальние расстояния.
III. Паровая турбина высокого давления (ПТВД). Представляет альтернативу известным тепловым двигателям, поскольку эффективность преобразования тепловой энергии в механическую составляет порядка 90%. Может быть также использована для стационарных электростанций, в качестве силового элемента судовых паровых установок, привода экологически чистых электромобилей, например, турбомобилей (см. выше).
Электрогенератор с бесконтактной подвеской ротора (ЭГБП). Обладая свервысокой частотой вращения способен работать при прямом подключении к ПТВД (III). Используемый в нем тип подвески ротора обеспечивает минимальный магнитный зазор между ротором и статором, что повышает его КПД и позволяет утилизировать выделяемое в процессе его работы тепло. Это приближает эффективность преобразования энергии в нем к 99% при практисески безресурсном режиме работы. Электромашины общего назначения, построенные на указанных принципах, могут обеспечить снижение потребления энергии в промышленности примерно
IV. в 2 раза по сравнению с существующим уровнем.
V. Силовой высоковольтный трансформатор (СВТ). Предназначен для преобразования высокого напряжения в силовое рабочее. Может применяться в дополнение к ВТЭГ (II) в наземных условиях.
VI. Электромеханический накопитель энергии (гипермаховик) (ЭМН). Принципы его работы и применение в земных условиях рассмотены выше в разделе “Экомобили”, В АЭСУ питает электрической энергией вихревые подъемно-тяговые системы (ВПТС) летательных аппаратов вертикального взлета, а также рассматриваемый ниже атмосферно-космический двигатель (АКД) при неработающих ВТЭГ и ЭГБП. Он также прецизионно стабилизирует полет космического корабля при его управляемом спуске в атмосфере и аккумулирует избыточную электрическую энергию, поступающую, например, через теплообменники или при работе указанных агрегатов в орежиме рекуперации.
VII. Пароструйный насос (ПСН). Этот агрегат не относится к АЭСУ, но при добавлении к ней позволяет создать эффективную гелиоэлектрическую установку для опреснения морской или грунтовой воды.
Несмотря на то, что возможности использования уникальных свойств АЭСУ не ограничиваются приведенными примерами, следует сказать, что эта силовая установка скомбинирована из некоторых элементов более сложной, здесь не рассматриваемой “интоэнергетической двухсредной силовой установки”, которая обеспечивает разнообразие рабочих режимов АКМ на всех участках его полета, в частности:
n вертикальный - при горизонтальном положении корпуса - взлет с земли до, как минимум, безопасной высоты вертикального взлета;
n висение и эффективное маневрирование в воздухе в диапазоне указанных высот;
n крейсерский полет в атмосфере на любой дозвуковой скорости;
n разгон в разреженных слоях атмосферы до гиперзвуковой скорости с использованием окружающего воздуха для создания подъемной силы и тяги;
n разгон в ближнем космосе до орбитальной скорости;
n неограниченно долгий полет по круговой орбите с дозаправкой электриеской энергии за счет тепловой солнечной, свободным маневрированием и коррекцией, при необходимости, скорости и высоты;
n разгон в дальнем космосе до второй, а при необходимости, третьей космической скорости (с дозаправкой рабочим телом);
n накопление энергии в космическом полете, достаточной для его продолжения;
n прецизионно-управляемый спуск на землю с орбиты с рекуперацией и накоплением энергии, выделяемой при торможении в атмосфере, достаточной для повторного взлета;
n подлет на дозвуковой скорости к точке старта при любом ее удалении от точки входа в плотные слои атмосферы;
n управляемую вертикальную - при горизонтальном положении корпуса - посадку практически в любой точке Земли, в том числе, в месте старта;
n готовность к повторному взлету и полету по полной, представленной выше программе, практически сразу после посадки, то есть, после минимальной предполетной подготовки.
В НТЦ “Взлет” имеются также другие схемы экономически эффективного получения экологически чистой электрической энергии, которые могут не только смягчить, но и устранить возникший к концу века энергетический кризис. Поскольку они впрямую не относятся к летательным аппаратам, здесь они не рассматриваются. В то же время нужно сказаит, что при дальнейшей разработке рассмотренной АЭСУ и ее элементов, они могут не только стать основой для разнообразного скоростного транспорта, но и смягчить, а в перспективе и устранить возникшую к концу ХХ-го века острейшую проблему нехватки пресной воды. Именно этому, с первого взгляда парадоксальному по отношению к авиации и космонавтике вопросу, но жизненно важному для 2/3 населения Земли и посвящен следующий раздел.