A rakéta nélküli térben

A rakéta nélküli térben

Vitaly Egorov
"Népszerű Mechanika" №3, 2018

Amint az ember rájött, hogy rakéták segítségével elhagyhatja a Földet, elkezdett keresni olyan eszközöket, amelyek nélkülözhetik őket. A fantasztikus alkotások közül ezek az ötletek a kulans tervezőihez költöztek.

Az alternatív kozmonautika kétféle módon fejlődött ki: a nem-rakéta vagy nem reaktív eszközök létrehozása az alacsony földi pályára való bejutáshoz és segédeszközök létrehozásához, amelyek megkönnyítik a rakéta térbeli elérését. Az elsőt az óriási fegyverek, a nukleáris robbanások, az orbitális felvonó, a "hyperpetlu" tulajdonítják; a második repülőgéppel és repülőgéppel, nukleáris hiperszonikus "gurkollettel", elektromágneses és vasúti gyorsítókkal stb.

Az ágyútól a holdig

A folyékony hajtóanyagú rakétamotorok megjelenése előtt a tüzérséget az egyetlen módja annak, hogy belépjen a világűrbe. Isaac Newton alapvető munkájában, a "Természetfilozófia matematikai elvei" szerint a kozmikus sebességek fogalmát egy olyan fegyver segítségével magyarázza, amely tovább és tovább mozog. Bár még akkor is világossá vált, hogy még ha az óriás ágyú is épülne, az induló túlterhelések megölnék a legénységet.Jules Verne fantasztikus munkájában ez a probléma megoldódott, de a való világban nincs megoldás a mai napig.

Azonban a fegyver csak bolygóközi vagy csillagközi próbák küldésére alkalmas, amelynek sebessége meghaladja a második vagy harmadik helyet. Közel-földi műholdak elindítása az első kozmikus sebességnél egy rakéta szakaszra van szükség, hiszen a lövedék pályája a kiindulási ponton halad át, és elkerülhetetlenül összeomlik a Földbe. Ez elkerülhető a pályának a kozmikus szegmensre való pályájának kijavításával, vagyis a fegyver csak segédeszköznek tekinthető, és egyáltalán nem lesz lehetőség rakéták nélkül.

Az 1940-es években a harmadik birodalomban megpróbálták megvalósítani a Jules Verne ötleteit: a V-3 program által létrehozott óriási ágyút, amelyet száz méteres mélységbe ástak, arra tervezték, hogy Londonot bombázzák Franciaországból. A héjak 150 km-t fedeztek, de a brit csatorna építését brit repülőgépek pusztították el.

1961-1967-ben az űrkorszak hajnalán ágyon kísérletek folytatódtak az Egyesült Államokban. A "Magassági kutatás projektje" (Magaslati kutatási projekt, HARP) különböző kaliberű fegyvereket hoztak létre, amelyek 180 km magasságig terjedtek.Az űrprogram nyilvánvaló sikerei és a fegyverek segítségével történő űrhajózás lehetetlensége miatt azonban a projektet lecsökkentették.

Az 1980-as években Irakban megpróbálták a tüzérségi ballisztikus rakétákkal kapcsolatos képességeket. A projektet az amerikai mérnök, Gerald Bull vezette, aki korábban a HARP-n dolgozott. Egy 1 m-es kaliberű pisztolyt egy 600 kilométeres lövedékkel kellett elindítani 1000 km-enként. Azonban nem jött el a gyakorlatban: a Bull meghalt. Az amerikai erők megsemmisítették a hiányos rendszert az Operation Desert Storm során.

pisztoly

A tüzérségi fegyverrel lőtt lövedéken belül Jules Verne regényének hősei a Holdra repültek, de a valóságban a nagy túlterhelések miatt az emberek nem tudtak lőni az űrbe. Mindazonáltal nem lehet kizárni egy ilyen módszert az alkatrészek és anyagok pályára állítására. A legjobb, ha egy űrsikrot helyezsz a tengerbe.

Az 1990-es években fegyverekkel végzett kísérleteket folytattak az Egyesült Államokban, közel kozmikus sebességek elérése érdekében. A Lawrence California laboratóriumán alapuló SHARP (Super HARP) projekt egy könnyű gáz ágyúval végzett kísérleteket végzett, és 5 kilogramm lövedék sebessége 3 km / s volt. A könnyű gázok – a hidrogén vagy a hélium – pisztolyai pneumatikus alapon működnek, csak a kis sűrűségű gázt használják a levegő helyett.Az ilyen fegyverek, amelyek 6-7 km / s lövedéksebességet mutatnak, szimulálják az ütközéseket meteoritokkal vagy űrszemetekkel. A kísérletek eredménye a pisztoly projektje volt, amely képes felgyorsítani a lövedéket 11 km / s-ra, de az ötlet végrehajtásához szükséges milliárd dollárt nem osztották ki.

Vannak fizikai korlátozások is: például a lövedéknek csak a hordóban való mozgás során kozmikus sebességet kell elérnie. Ennek a sebességnek magasabbnak kell lennie, mint az orbitális, hogy kompenzálja a légkör lassulását. Néhány kilométer per másodperc sebesség mellett a lövedék külső felületét súrlódással hevítik fel a levegő és a lökéshullám kialakulása miatt. Vagyis a lövedéknek nemcsak a hatalmas dinamikus terhelésnek, hanem a hőmérsékletnek is ellen kell állnia. Azonban már megtanulták, hogyan kell megbirkózni az aerodinamikai fűtéssel, amikor ballisztikus rakétákat és űrhajókat indítanak, de még nem sikerült megkerülni a túlterhelést.

Elméletileg az orbitális tüzérségi rendszer a leginkább a tengeren helyezkedik el, merülő hordó formájában, majd áthelyezhető és elküldhető az égbolt bármely pontjára, amely nem kötődik a szárazföldi szállításhoz.Másrészt a hegyekben való építés segítene megszabadulni a légkör gátló hatásainak egy részétől. Egy űrpuska egyszerű terhelést tudna gyártani ipari méretekben, például építőanyagokat vagy nyersanyagokat a termeléshez, de eddig még nincs szükség ilyen indításokra a távoli jövőben, ezért senki nem épít fegyvereket.

Az elektromágneses pisztoly a levegőmentes környezetben – az orbitális állomásokon vagy a Holdon keresztül történő indítás egyik lehetséges eszköze. A túlterheléseket nem lehet elkerülni, de alacsonyabbak lesznek.

Orbital lift

Konstantin Tsiolkovsky "Álmok a Földről és az ég és a világhatások hatásairól" 1895-ben írt esszéjén egy vékony torony formájú, a centrifugális erő miatt felfüggesztett térbeli felvonó fogalmát fogalmazta meg. A szovjet mérnök, Yury Artsutanov 1960-ban kifejlesztette ezt az elképzelést azzal, hogy a kábelt az űrállomásról a Földre csökkentette. Az állomásnak az egyenlítő síkjában körülbelül 36 ezer km magasságban kell geostacionárius pályán forgatni. A Földtől távolabb az ellensúlynak forognia kell, ami centrifugális erővel egyensúlyozza az egész rendszert. Egy ellensúly szerepében egy olyan aszteroidát vagy még masszívabb állomást használhatnánk, amely alkalmas lenne a bolygóközi űrhajók és űrhajók elindítására.

Eddig az ötlet megvalósításának legfontosabb technológiai akadálya az, hogy nincs elegendően erős, kis sűrűségű anyag, amelyből kábelt lehetne készíteni. A kábelnek meg kell felelnie saját súlyának, geostacionárius állomásnak és ellensúlynak. Ezenkívül a kábelnek ki kell elégítenie az áruk mozgásával, a keringési korrekcióval, a Coriolis erővel, a napfény nyomásával és a Hold, a Nap és a bolygók gravitációs hatásával járó dinamikus terheléseket. Elméletileg a szén nanocsöveknek meg kell felelniük a szükséges erősségnek, bár a megfelelő minőségű és hosszúságú csövek gyártásához még nem hoztak létre technológiát.

A következő feladat, amely közelít egy űrfeljáró megvalósításához, egy lift fejlesztése. Mivel a helyiségemelő több kábel és kábel rendszerét nem veszi igénybe, mint egy normál felvonóban, helyet kell biztosítani a térre, amely önmagában is megmászható. Az emelendő energiát át kell adni a kábel mentén vagy lézersugárral. Ilyen emelést lehet tenni most, és 2006 óta, a különböző országokban, vannak versenyek a fejlesztők.2006-2010-ben ilyen versenyeket tartottak az Egyesült Államokban a NASA részvételével, de akkor elvesztették az érdeklődésüket, mert a térkötél kialakításában nem történt előrelépés. A versenyzők olyan eszközöket terveztek, amelyek akár 5 m / s sebességgel emelkedhetnek. Ezután a térlift felvonulásait Japánban, Németországban és Izraelben felvetették, ahol a lift robotra is koncentráltak. Japán építőipari vállalat Obayashiamely épületek, hidak és alagutak építésére specializálódott, 2050-ig tervez egy űrliftet.

Azonban, hogy hozzon létre egy kábelt és a lift – a fele a csata. Még mindig sok a probléma. Például egy feszített kábel, amely a világűrön keresztül nyúlik ki, túlságosan sérülékeny az űrszemét célpontja számára. Most a Közel-Föld térében több mint félmillió 1 cm-nél nagyobb szeméttörmelék repül, akár 8 km / s sebességgel. Egy ütközés ilyen sebességgel még egy kis fémdarab esetében is egyenértékű egy páncéltörő lövedékkel. A számítások azt mutatják, hogy az űrrétegek jelenlegi sűrűségének fenntartása mellett a centiméternyi törmelék ütközésének valószínűsége 5 cm széles kábellel napi körülbelül 1/1000, azaz 3 évente egyszer.A terrorcselekmény veszélye nem kizárt: a terroristák fegyverzetében megjelentek a trójaiak.

Lift

Egyszerre megvalósulhat Tsiolkovszkij, Artsutanov és Arthur Clarke régi ötlete, de ez új anyagokat igényel majd, és folyamatosan valamilyen pályára kell szállítani. Nos, az űrszemét problémája, amely képes vágni a kábelt, nem lehet lecsökkenteni.

Ne felejtsd el a kozmikus sugárzást. A Van Allen sugárzási hevederek hatása 1000 és 17 000 km közötti magasságban a legerősebb az egyenlítői síkon, ahol a felvonónak emelkednie kell. A legalacsonyabb, legveszélyesebb protonhegy leküzdése 100 m / s sebességgel 17 órát vesz igénybe. Összehasonlításképpen, hajók Apolloa holdra repülve 10-11 perc alatt 10-11 km / s sebességgel kihagyta, és megpróbált távol tartani az egyenlítői síktól, közel a sugárzónák epicentrumához.

Végső soron a helymegállító fő problémája továbbra is gazdasági megvalósíthatósága. Eddig az emberiség egyszerűen nem igényel ilyen intenzív teherátadást olyan térrel, amely a felvonó tőkeszükségletét eredményezné – magas kockázattal, óriási fenntartási költséggel és érthetetlen perspektívával.Talán reménykedik az aktív bányászat kezdetén az aszteroidákon vagy a Holdon, de amíg az emberiségnek nincs szüksége ezekre a forrásokra, ugyanez a helyzet a Földön.

Lofstrom hurok

Az űrpisztoly és a kozmolift hátrányai nem rendelkeznek a 1981-ben Keith Lofstrom mérnök által javasolt kezdő hurok kialakításával. Ez az elgondolás magában foglalja a már létező és elsajátított technológiák használatát, különösen az elektromágneses levitációt (Maglev), azonban a mozgó dinamikus szerkezet folyamatos megőrzését igényli az alak megőrzése érdekében.

A kiindulási hurok alapja egy hurkolt fém rugalmas kábel, amely két állomás között húzódik meg a Földön, 2 ezer km távolságban. A kábel a csőben lévő gyűrűs mágnesek között felfüggesztésre kerül, és az állomások között lazul. A forgó kábel tehetetlenségi idejének következtében a teljes szerkezetnek 80 km magasságig kell felemelkednie a levegőbe. A nyújtható vezetékeknek a föld felszínével párhuzamos ív részét kell képezniük. Így egy hatalmas ív alakul ki, amely lehetővé teszi, hogy felemelje a rakományt a Föld felszíne fölé közel-kozmikus térré, és a Maglev-elv alapján épített útmutatók mentén felgyorsítsa őket.

A hurok

Nagyon hipotetikus jármű az űrhajók pályára állítására. Az eszközök egy hurokkötelet dobnak a térben, folyamatosan 12-14 km / s sebességgel mozognak mágneses mezőben. A probléma a magas energiafogyasztás és a folyamatos pályára állítás szükségessége hiánya.

Annak ellenére, hogy a technológia nyilvánvalóan rendelkezésre áll, ez a projekt még kevésbé valós, mint egy fegyver vagy lift. A probléma még a kezdeti beruházásban sem szerepel – a fejlesztő becslései szerint elegendő 10 milliárd dollár, de a szerkezeti állapot működőképességének fenntartásáért. Egy ilyen rendszer szükségessé teszi a rakomány végtelen áramlását a világűrbe és a magas megbízhatóságot, ami nem teszi lehetővé az állásidőt sem.

Sokat javasolták az alternatív térbeli eszközöket. Mindazonáltal mindannyian elveszítik a rakétákat, mert összetettségük és valóságos szükségük hiányzik. Az emberiségnek nem kell tartósan több száz tonna mennyiségű rakományt szállítania az űrbe és az űrből, és a rakéták még nem merítették ki a költségcsökkentő erőforrást.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: