Здравствуйте мои дорогие подписчики и случайные читатели моего канала!
В одной из своих статей я уже писала о совместном проекте НАСА и Министерства энергетики США, по созданию на геостационарной орбите Земли солнечных энергетических спутников (Solar Power Satellite-SPS) в 1970-х годах (ссылка будет ниже). Если бы на орбите был собран один из таких спутников, он весил бы в 100 раз больше, чем Международная космическая станция массой 420 тонн. Проект SPS предусматривал сборку двух таких спутников в год в период с 2000 по 2030 год, в результате чего общее количество спутников в группировке достигло бы 60 штук.
Предполагалось, что компоненты для строительства спутников SPS будут выводиться на низкую околоземную орбиту в отсеках полезной нагрузки массивных многоразовых кораблей. Одним из таких грузовых кораблей должен был стать Boeing Space Freighter, который при старте, по проекту, должен был весить около 11 000 метрических тонн и выводить на низкую околоземную орбиту около 420 метрических тонн полезной нагрузки. Для сравнения, двухступенчатая ракета "Сатурн-5", используемая для вывода 77-тонной станции "Скайлэб" на низкую околоземную орбиту, весила при старте около 2800 метрических тонн.
Космический грузовой корабль должен был стартовать вертикально со стартовой площадки. После того, как его ускоритель израсходует свое топливо, он отделялся. Ускоритель корабля должен был быть полностью многоразовым крылатым аппаратом. После отделения он должен был развернуться, запустить свои реактивные двигатели и перелететь к месту своего старта. Далее орбитальный корабль, запускал свои двигатели, и завершал подъем на низкую околоземную околоземную орбиту. На орбите корабль должен был маневрировать, чтобы сблизиться и состыковаться с большой космической станцией, и доставить на нее грузовые модули. Чтобы начать возвращение на Землю, корабль должен был отстыковаться от космической станции, затем запустить двигатели, чтобы замедлиться и понизить свою орбиту, и после вхождения в атмосферу должен был приземлиться на взлетно-посадочную полосу рядом со стартовой площадкой.
После ремонта орбитального корабля и ускорителя их вновь состыковывали, в грузовой отсек корабля загружался грузовой модуль, и корабль вновь стартовал. Для постройки двух спутников SPS, в год требовалось совершить около 240 запусков грузовых кораблей, что примерно равнялось одному запуску каждые 36 часов.
В октябре 1977 года команда из 14 инженеров компании Rockwell International изучила альтернативу грузовому кораблю от Boeing. Ей должен был стать космический самолет Star-Raker, длиной 103 метра с размахом крыльев около 93 метров. Он должен был доставить на низкую околоземную орбиту максимум 89,2 метрических тонны полезной нагрузки. Для программы SPS потребовалось бы более 1100 полетов подобных самолетов каждый год, или примерно один запуск каждые восемь часов.
Тем не менее, в своей полностью развитой форме Star-Raker имел бы важные преимущества перед кораблем Space Freighter, и они помогли бы ему осуществлять частые полеты. Например, полеты на низкую околоземную орбиту осуществлялись бы с обычной взлетно-посадочной полосы длиной от 2670 до 4670 метров практически в любом гражданском или военном аэропорту, способном обслуживать грузовые самолеты Боинг 747 или C-5A Galaxy. Никакой специализированной стартовой и посадочной площадки не потребовалось.
Не менее важно и то, что Star-Raker мог бы регулярно осуществлять перелеты между аэропортами. Команда компании Rockwell International объяснила, что такой подход сократит количество операций, необходимых для транспортировки материалов и оборудования от места их производства на Земле, до низкой околоземной орбиты. Например, рулоны одеял солнечных панелей не нужно будет доставлять поездом, баржей или самолетом на специализированную стартовую и посадочную площадку. Их нужно будет только доставить в местный аэропорт, чтобы погрузить на Star-Raker и отправить на орбиту.
Концепцию самолета Star-Raker придумал в 1968 году инженер, компании North American Rockwell (NAR), Дэвид Рид (David Reed), когда НАСА начало исследование и разработку проекта многоразового космического шаттла. Ключевые элементы концепции были предложены, а затем отвергнуты в начале 1960-х годов. Эти элементы включали в себя крылья, оснащенные легкими, цельными баками, которые должны были вмещать жидкий водород как топливо и жидкий кислородный как окислитель, а также сложную двигательную установку состоящую из реактивных и ракетных двигателей.
Исследование, проведенное в 1968-1969 годах, показало, что по мере того, как самолет набирал скорость переходя с дозвуковой скорости до скорости в 6 Махов (в шесть раз превышающей скорость звука), аэродинамическое давление на его конструкцию становилось чрезмерным. Для решения этой проблемы в конструкции самолета было применено треугольное крыло. Однако к тому времени НАСА сузило свои требования к проектированию "Спейс Шаттла", и исключило из рассмотрения проект Star-Raker. В июле 1972 года компания Rockwell продолжила свои исследования по конструированию "Спейс Шаттла" и в итоге стала генеральным подрядчиком этого проекта.
В 1976 году компания Rockwell International возобновила исследования по проекту Star-Raker, уже в рамках программы строительства спутников SPS. Это исследование началось в октябре 1977 года под руководством Дэвида Рида и проводилось для Центра космических полетов имени Маршалла НАСА (Marshall Space Flight Center - MSFC). Оно продолжалось до конца 1978 года.
Компьютерное моделирование позволило компании Rockwell еще больше усовершенствовать форму крыла и профиль полета самолета Star-Raker. В 1977-1978 годах топлива и окислителя для самолета Star-Raker - жидкого водорода и жидкого кислорода, не было в обычных гражданских аэропортах. Однако исследовательская группа, предполагала, что аэропорты будут развиваться, и к 2000 году когда должны были начаться грузовые полеты на низкую околоземную орбиту по программе SPS, заправочная инфраструктура должна была уже появится. Однако в исследовании 1977-1978 годов команда разработчиков подстраховались, предположив, что жидкое водородное топливо будет доступно в аэропортах только в количествах, достаточных для полетов Star-Raker из аэропорта в аэропорт с использованием дозвукового воздушно-реактивного двигателя.
Полеты на низкую околоземную околоземную орбиту, должны были осуществляться с взлетно-посадочной полосы в Космическом центре Кеннеди НАСА во Флориде, а также с базы ВВС Ванденберг в Калифорнии.
После прибытия загруженного самолета Star-Raker в Космический центр Кеннеди, производилась его проверка. Затем устанавливались три комплекта сбрасываемых основных стоек шасси для орбитального взлета, каждая с восемью колесами. Затем производилась заправка жидким водородом и жидким кислородом. Полностью загруженный топливом и грузом, а также с прикрепленным шасси для орбитального взлета, Star-Raker должен был весить около 1935 метрических тонн.
Star-Raker должен был взлетать со взлетно-посадочной полосы со скоростью 415 километров в час, с помощью 10 форсированных реактивных двигателей. Разработчики Rockwell предусмотрели четыре рабочих цикла для своего реактивного двигателя, начиная от обычного турбовентиляторного и заканчивая прямоточным воздушно-реактивным. Вскоре после отрыва от Земли, экипаж космического самолета должен был сбросить три комплекта шасси предназначенных для взлета (они должны были опуститься на землю на парашютах и использовались повторно). Далее убрались носовая и основная стойки шасси. Затем космический самолет переключал свои реактивные двигатели на турбовентиляторный режим, поднимался на крейсерскую высоту 6100 метров и увеличивал скорость полета до 0,85 Маха. При этом самолет летел на юг в сторону экватора в течении 1 часа и 50 минут.
Star-Raker должен был долететь до экватора и развернуться на восток. Полет до экватора был равносилен смене наклонения орбиты, что позволяло бы самолету Star-Raker достичь экваториальной низкой околоземной орбиты, не выполняя маневр по изменению наклонения уже после достижения низкой околоземной орбиты. Команда разработчиков надеялась, что это сэкономит топливо и позволит увеличить массу выводимого груза. После поворота на восток космический самолет должен был подняться на высоту 13 710 метров в режиме форсажа с наддувом, а затем начинал снижение до высоты 11 280 метров. Во время этого маневра, гравитация Земли помогала преодолеть звуковой барьер и разгоняла самолет до скорости в 1,2 Маха. После этого Star-Raker начинал подъем на орбиту с набора высоты до 29 километров. Во время этой фазы двигатели переходили в прямоточный воздушно-реактивный режим разгоняя самолет до скорости в 6,2 Маха. После достижении скорости 6,2 Маха включались три ракетных двигателя с общей тягой 3,2 миллиона фунтов. На скорости 7,2 Маха Star-Raker полностью переключался на ракетные двигатели, а реактивные двигатели выключались и закрывались воздухозаборники.
Когда Star-Raker достигал экваториальной орбиты которая составляла 51 на 556 километров, основные ракетные двигатели отключились. В апогее, высшей точке орбиты, экипаж должен был включить два двигателя системы орбитального маневрирования (Orbital Maneuvering System - OMS), чтобы поднять перигей (нижнюю точку орбиты) и сделать ее круговой. Система OMS должна была использоваться для маневрирования и сближения с грузовой космической станцией.
Масса груза, который мог бы перевозить Star-Raker, зависела от профиля его полета. Для описанного профиля выводимая масса груза, составляла бы всего около 48,6 метрических тонн. Полет к экватору, предназначенный для того, чтобы избежать маневра смены наклонения орбиты на низкой околоземной орбите, при ближайшем рассмотрении оказался неэффективным.
Чтобы выгрузить выводимый груз, Star-Raker должен был повернуть носовой отсек, в котором находился его отсек экипажа, в сторону, открыв грузовой отсек диаметром шесть метров и длиной 43 метра. Команда разработчиков Rockwell International не описала систему транспортировки груза в деталях, хотя ясно, что Star-Raker не состыковался бы со станцией в общепринятом смысле. Было кратко упомянуто о системе рельсов в грузовом отсеке, которая должна была соединиться с такими же рельсами на космической станции.
Возвращение на Землю должно было начаться с закрытия грузового отсека. После удаления от космической станции экипаж должен был развернуть космический самолет так, чтобы его хвост был обращен в направлении орбитального движения, а затем включал двигатели орбитального маневрирования для схода с орбиты. Максимальная перегрузка при входе в атмосферу под малым углом достигала бы не более 2,3 G. В целом, Star-Raker, испытывал бы более низкий нагрев при входе в атмосферу, чем орбитальный "Спейс Шаттл", хотя ожидалось, что температура носовой части и передней кромки крыла будет несколько выше.
Когда Star-Raker замедлился бы до скорости в 6 Махов, он начинал маневры, предназначенные для замедления самолета до скорости в 0,85 Маха. Затем экипаж должен был запустить реактивные двигатели. Разработчики предусмотрели что топлива на борту должно было статься на 556 км дозвукового полета и две попытки посадки. Посадочная скорость самолета должна была составить около 215 километров в час.
Команда разработчиков фирмы Rockwell International и инженеры Центра космических полетов имени Маршалла (MSFC) НАСА встретились в мае 1978 года, чтобы попытаться согласовать оценки массы. Они внесли одно важное изменение в профиль полета Star-Raker. Они отказались от дозвукового полета к экватору в пользу запуска с Космического центра Кеннеди НАСА во Флориде (KSC), и прямого выхода низкую околоземную орбиту высотой 556 км, с наклонением 28,5° (то есть широты KSC). Обе команды инженеров остановились на сухой массе Star-Raker без топлива в 330,4 метрических тонны. Взлетная же масса с топливом и грузом должна была составить 2280,5 метрических тонн. Из них масса выводимой полезной нагрузки для проекта SPS составляла бы 89,2 метрических тонны.
К сожалению этот проект был закрыт по причине того, что в 1981 году в должность президента США вступил Рональд Рейган. И хотя в августе 1981 года Управление по оценке технологий Конгресса США, опубликовало обзор работ по проекту SPS, выполненных с 1976 года, и дало проекту в целом положительную оценку, администрация Рейгана, однако, не хотела слышать о каком-то там электричестве из космоса.
Ну а на этом на сегодня всё! Спасибо за внимание! Всяческих Вам благ!
Читайте также - Проект солнечных энергетических спутников в 1970-х годах.
Также рекомендую к прочтению статью о мегаракетах.
