Недавно мы разбирали различные космические проекты безракетного запуска аппаратов и грузов на орбиту Земли. В этой статье мы рассмотрим ещё несколько вариантов. Начнём с более простого и понятного.
Космопланы и космолёты
Почему бы не полететь в космос на самолёте? Подняться выше линии Кармана, используя движение реактивной струи. Затем произвести хорошо управляемый полёт (в отличие от "катапультного" ракетного полёта), например, сделать круг по орбите и спланировать обратно, приземлившись на аэродром. На обычном самолёте едва ли получится сделать что-то подобное, ведь самолётные двигатели работают за счёт нагнетания и окисления воздуха из атмосферы. Но уже есть проекты самолётов, которым не нужен воздух для полёта. Они являются управляемыми и многоразовыми ракетами. И подвижки в этом направлении есть не только в лабораториях компании Space-X.
Разберемся в том, чем космопланы отличаются от космолётов. Единственная разница – в способе взлёта. Если транспортному средству нужен другой самолёт или ракета, чтобы выйти на околоземную орбиту, то это космплан. А если оно способно самостоятельно взлетать и садиться, это уже космолёт.
Так, к космопланам можно отнести «Буран», а также американские шаттлы. И пусть они могут стартовать с самолётов, зачастую именно ракеты отправляли летательные аппараты этой программы, а потому их едва ли можно считать безракетными.
На данный момент не существует аппаратов, способных совмещать функции самолёта и космического корабля. Всё из-за сложностей с эффективным перемещением в двух кардинально разных средах. Самый быстрый путь в верхние слои атмосферы - вертикально вверх с помощью ракеты. Именно поэтому космопланы были реализованы раньше космолётов.
А вот самостоятельный аппарат должен взлетать плавно, постепенно набирая высоту. И только затем он может пересекать границу Космоса, где должен иметь базовую возможность и достаточно топлива, чтобы продолжать управляемый полёт. Обеспечить такой взлёт – крайне сложная задача для инженеров.
Сейчас мы имеем только суборбитальные космические аппараты подобного типа. Они способны поднять человека в верхние слои атмосферы, но границу Космоса не пересекут. Оба проекта, к слову, американские. Первый – военный экспериментальный самолёт Х-15, представляющий собой управляемую ракету горизонтального взлёта, вроде самолётов He 162 и БИ 1, появившихся на исходе второй мировой войны. Второй же – суборбитальный космолёт SpaceShipOne, частной компании Scaled Composites LLC. Это экспериментальный самолёт для космического туризма.
Трамвай Земля - Космос
В предыдущем материале шла речь о поездах с магнитной левитацией. Они называются маглевами и представляют собой поезд, перемещающийся по магнитному полотну, не касаясь его. Благодаря отсутствию трения о поверхность, такие транспортные средства могут развивать скорость до 7000 км/ч. В теории вполне можно запускать из вакуумной трубы космические аппараты, разогнанные с помощью магнитов. Есть несколько способов реализовать подобный проект.
Начнём с разрабатываемого НАСА проекта StarTram, так как он довольно близок к реализации. Суть: груз разгоняется в вакуумном тоннеле длинной 130 километров, расположенном под небольшим углом. Нижняя точка трубы находится в низине, а верхняя – на горной вершине высотой 6000 метров, чтобы груз выходил под углом в 10 градусов, чтобы затем по дуге достигнуть околоземной орбиты. Конечно, кораблю придётся преодолевать сопротивление воздуха, но даже его можно компенсировать, "пуляя" аппарат на восток, чтобы придать ему дополнительную скорость относительно вращения Земли.
Конечно, всё это в идеальных условиях. Мест на нашей планете, где можно было бы реализовать нечто подобное, не так много. Да и перегрузка в 20g не позволяет пока говорить о том, что мы сможем запускать на орбиту пилотируемые аппараты без значительной доработки этой схемы. Но ведь самое важное, сделать первый шаг на пути к звёздам?
Кроме того, если строить подобные структуры на планетах с разреженной атмосферой, то мы сможем использовать гораздо более короткие трубы с гораздо меньшим уклоном. И тут мы плавно переходим от реализуемого прямо сейчас проекта пусковой вакуумной трубы к огромному рельсотрону для доставки грузов с Луны или Марса.
Благодаря практически отсутствующей атмосфере и слабой гравитации, мы избавимся сразу от двух проблем: нагрев из-за трения воздуха и притяжение планеты. Это значит, что мы можем гораздо меньше заботиться о том, чтобы объект, который мы запускаем, был не слишком быстрым и не слишком медленным. Да и на той же Луне царствует космический вакуум, а значит, не надо изолировать трубу от воздуха с помощью плазменных окон и воздушных затворов.
А если пойти дальше и снабдить космический корабль подобным ускорителем? Конечно, взлететь это ему не поможет, но при наличии достаточно мощного источника питания, вроде ядерного реактора, мы сможем быстро перемещаться в вакууме посредством реактивного движения. Поскольку ускоритель может стрелять практически чем угодно, то появляется широкий выбор топлива. Например, если используем нагретый ионизированный газ, то получим очень экономичный ионный двигатель. Их, к слову, уже сейчас довольно широко применяют в спутниках, в основном в качестве маневровых двигателей.
Как главные двигатели, ионные ускорители используются в аппаратах, призванных бороздить просторы дальнего космоса. Долго и постоянно разгоняясь, космические корабли с такими двигателями развивают огромную скорость. Так что именно ионные установки являются ключом к межсистемным перелётам.
В целом, человечество прошло внушительный путь от идеи поместить поезд в вакуумную трубу и первых экспериментов с магнитной левитацией до ионных двигателей. Не менее удивительный путь был проделан и от первых неловких шагов в сфере обуздания реактивного движения до космолётов. И всё это всего за одно-два столетия!
Так что, в будущем, мы, вероятно, увидим ещё немало удивительных транспортных проектов, в том числе и космических. Может быть, некоторые из тех невероятных идей, что мы разобрали, будут реализованы. Иные же почти наверняка будут забыты. Однако стоит признать, что человечество не стоит на месте и вскоре невероятное будущее станет обыденным настоящим. И в этом настоящем королями логистики будут те, кто первым видел и реализовал инновационные возможности, сделав ставку на то, что ранее считали невозможным.
Автор Артём Рудик