Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Полная версия статьи: DOCX; PDF
Аннотация: В данной статье будет рассмотрен способ использования ударного кинетического двигателя для вывода грузов на околоземную орбиту. Разгон космического аппарата осуществляется за счет использование импульса и кинетической энергии специальных управляемых зондов. Эти зонды выбрасываются с поверхности Луны при помощи метательных устройств и движутся в направлении Земли. Под действием силы тяготения Земли скорость зондов возрастает. В результате, в околоземном пространстве формируется группировка зондов, которые движутся с очень высокой скоростью, и могут быть использованы для вывода грузов на околоземную орбиту, при помощи ударного кинетического двигателя. Космический аппарат поднимается над поверхностью Земли на высоту порядка нескольких десятков или сотен километров при помощи многоразового носителя. После этого многоразовый носитель возвращается на поверхность Земли, а космический аппарат начинает свой разгон за счет захвата лунных зондов.
Ключевые слова: космонавтика, космический, аппарат, корабль, многоразовый, носитель, полет, кинетический, реактивный, двигатель, рабочая, камера, зонд, мишень, взрыв, Земля, Луна, освоение, колонизация, лунная, база, орбита, пространство, груз, транспортная, система.
Одной из основных задач современной космонавтики и важнейшим ключевым условием эффективного освоения космического пространства является доставка грузов с поверхности Земли на околоземную орбиту. В настоящее время эта задача решается при помощи мощных термохимических двигателей, применение которых сопровождается высокой стоимостью доставки и ограниченностью величины грузопотока. Для решения этой проблемы существует ряд перспективных проектов, реализация которых может снизить стоимость вывода грузов в космическое пространство и увеличить грузопоток. В частности с нашей точки зрения одним из наиболее интересных проектов является проект транспортной системы без использования ракет-носителей в виде космического лифта «Земля – Луна» А.В. Багрова [1]. В дополнение к существующим проектам в нашей статье будет предложен еще один способ совершения космических полетов в околоземное пространство, и рассмотрена проблема организации массовой доставки грузов с поверхности Земли на околоземную орбиту с точки зрения реализации проекта ударного кинетического двигателя [2, 3, 4, 5]. Ударный кинетический двигатель является одним из представителей нового класса реактивных двигателей, принцип действия которых основан на захвате и торможении внешнего потока вещества [6, 7]. В нашей статье будут рассмотрены некоторые частные случаи работы предлагаемого ударного кинетического двигателя, для организации грузопотока с поверхности Земли на околоземную орбиту, в рамках программ создания лунной базы и освоения лунной поверхности.
Необходимым условием для работы ударного кинетического двигателя является наличие группировки специальных управляемых зондов, которые движутся относительно космического аппарата с большой скоростью. Для формирования такого дискретного потока вещества (группировки управляемых зондов) движущегося с высокой скоростью в окрестностях Земли целесообразно использовать метательные устройства различных типов, расположенные на поверхности Луны. Это могут быть: пороховые пушки (при условии дополнительного разгона зондов микрореактивными двигателями), пневматические метательные устройства [8], электромагнитные катапульты [3, 4] и т.д.
Вторая космическая скорость для Луны составляет ≈ 2400 м/с. Если лунное метательное устройство обеспечит разгон зондов до второй космической скорости, то эти зонды покинут поверхность Луны и начнут приближаться к Земле. Возможен также разгон зонда до более значительных значений скорости, однако особой потребности в этом пока что не существует. Минимальное расстояние Луны от Земли составляет 356 400 км (перигей), а максимальное расстояние равно 406 700 км (апогей). Некоторый выигрыш можно получить при запуске зондов в момент нахождения Луны в точке апогея. В этом случае, запускаемые с Луны зонды будут приобретать возле Земли максимальную скорость. При запуске зондов с лунной поверхности их скорость на небольшом расстоянии от поверхности Земли (порядка 100 км) составит примерно 11 200 м/c.
Необходимо особо остановиться на возможности применения пневматических метательных устройств [8]. Принцип действия таких устройств основан на использовании сжатого до очень высоких давлений кислорода (или смеси кислорода с другими газами). При сжигании в сжатом кислороде металлического сгорающего элемента выделяется очень большое количество энергии. Причем, лишь часть кислорода (или кислородной смеси) вступает в химическую реакцию, а оставшаяся часть давит на снаряд, разгоняя его в канале ствола. Такие метательные заряды могут иметь очень высокое удельное тепловыделение (значительно превышающее удельную теплоту сгорания пороха). За счет этого можно рассчитывать на достижение очень высокой начальной скорости снаряда, превышающей вторую космическую скорость на поверхности Луны. Кроме того, все необходимые элементы для изготовления таких метательных зарядов (кислород, металлы) в больших количествах содержатся в лунных породах [9]. Это обстоятельство позволяет организовать производство метательных зарядов из лунного сырья при условии создания и доставки на Луну соответствующего промышленного оборудования.
Данную технологию пневматических метательных устройств целесообразно использовать на первых этапах освоения лунной поверхности. Но в процессе дальнейшего развития лунной промышленной базы более целесообразным будет переход к электромагнитным ускорителям. Применение таких электромагнитных устройств, которые будут способны обеспечивать скорость метания лунных зондов порядка десятков км/с [3, 4] в комплексе с развитыми технологиями кинетических двигателей, позволит активно осуществлять космические полеты к дальним планетам Солнечной системы, и даже за ее пределы.
Полная версия статьи: DOCX; PDF
База на Луне может использоваться в качестве платформы для создания глобальной космической транспортной системы будущего. Ключевым элементом данной транспортной системы является технология кинетического двигателя. Использование технологии кинетического двигателя в рамках космической транспортной системы, позволяет уменьшить затраты энергии на вывод грузов на околоземную орбиту в несколько десятков (!) раз. Данная система может развиваться в рамках программы создания лунной базы и освоения лунной поверхности. Причем при ее реализации будет проявляться обратная связь. Данная обратная связь заключается в том, что освоение лунной поверхности позволит увеличивать поток грузов на Луну, а увеличение потока грузов на Луну позволит еще более активно осваивать лунную поверхность. Создание космической транспортной системы на основе лунной базы и с применением ударного кинетического двигателя, может оказаться «волшебным» ключом для получения взрывного роста темпов освоения космического пространства в обозримом будущем.
Литература: