Метановые ракетные двигатели и многоразовые космолеты

Сейчас ведется много разговоров о многоразовых космических ракетах, но при этом из внимания часто упускается главное — то, что такие ракеты пока еще только создаются. Потому что слово «многократный» подразумевает «много раз», а не «несколько раз», как это достигнуто на данный момент. В настоящее время можно говорить только о возвращении отдельных ракетных блоков для их повторного использования, как в американской ракете Falcon 9. По существу, ракетная техника находится в начале пути, который приведет ее сначала к частичной, а затем — к полноценной многоразовости и, наконец, она уподобится в этом плане авиационной технике и даже автомобильному транспорту. Именно тогда мы сможем создавать не ракеты, но автомобили, летающие в космос. Как это происходит и будет происходить — в статье на Автомалиновке.

Почему до сих пор не созданы многоразовые космические ракеты?

Ответ следует искать в технологиях ракетных двигателей 60-х годов. К этому времени в США были созданы ракеты, использующие высокоэффективное кислородно-водородное топливо. Не без оснований считалось, что водородные ракетные двигатели (РД) могут быть усовершенствованы для многократного использования — поэтому их выбрали в качестве основных маршевых РД для системы Space Shuttle. Но у жидкого водорода есть существенный недостаток — низкая плотность, из-за чего водородные ракетные ступени получаются громоздкими. Поэтому водород обычно применяется только на верхних ступенях. Чтобы решить проблему габаритов, «шаттл» оборудовали тяжелыми твердотопливными ускорителями, которые тоже полагались многоразовыми — но на практике их восстановление стоило не намного меньше повторного изготовления. С водородной частью «шаттла» тоже не все получилось хорошо — в орбитальный самолет поместились только ракетные двигатели RS-25, а громоздкий топливный бак пришлось сделать внешним и одноразовым. При этом подготовка ракетных двигателей к повторному полету занимала два месяца вместо первоначально ожидаемых двух недель. И многократность их использования оказалась меньше, чем обещалось — примерно 10 раз вместо ожидаемых 25 раз.

В итоге многоразовой оказалась только орбитальная ступень. И это было большое достижение! Хотя ее приходилось слишком долго готовить к повторному полету, восстанавливая ракетные двигатели и теплозащитное покрытие. В целом шаттл оказался экономически неэффективным по сравнению с одноразовыми ракетами-носителями — подробный анализ опыта этой программы содержится в нашей статье:
Время крылатых гигантов

Следующая итерация оказалась более удачной, поскольку при создании частично возвращаемой ракеты удалось добиться ее экономической рентабельности. Для создания ракеты Falcon 9 в SpaceХ использовали практичные кислородно-керосиновые РД, отказавшись и от водорода, и от твердотопливных ускорителей. Об этом подробно рассказано в нашей статье
Частный космос Илона Маска

Falcon 9 стал успехом, который сейчас намереваются использовать в других керосиновых ракетах — например, в сверхмалой РН «Электрон». Есть только одно но — при работе керосиновых РД образуется сажа, которая не позволят использовать их большое число раз. Пределом для керосиновых РД считается их 10-кратное использование, а реально достигнуто только 5-кратное (причем в рекордном полете 18 марта 2020 года произошел отказ одного РД). Этого маловато для того, чтобы считать керосиновые РД многоразовыми. Поэтому в проектах новых многоразовых ракет планируется заменить керосин на СПГ — сжиженный природный газ, метан.

Чем метановые ракеты отличаются от керосиновых?

Если вкратце, то перевод керосиновой ракеты на метан походит на перевод автомобиля с бензина на природный газ. Керосиновые ракетные двигатели могут быть модернизированы для работы для метане, при этом прекращается выделение сажи и улучшается основная характеристика РД — его удельный импульс (УИ), соотношение тяги к массовому расходу ракетного топлива. Правда, при этом приходится увеличивать размер бака горючего, поскольку СПГ менее плотен, чем керосин (0.41 кг/литр против 0.8 кг/литр). В итоге более эффективное, но менее плотное ракетное горючее дает примерно такие же характеристики ракеты, как и керосин.

Массовое соотношение кислорода к горючему и объем ракетного топлива

Горючее	O2 гор	плотность	объем на ед. массы	УИ вак	объем на ед. тяги
Водород	6	0.07	2.754	455	0.00780
Метан	3.5	0.415	1.214	356	0.00378
Керосин	2.6	0.798	0.981	337	0.00317

Плотность жидкого кислорода — 1.14

Применение метана вместо керосина рассматривалось на заре космонавтики — но было решено, что особых преимуществ у СПГ нет. Ситуация изменилась именно с появлением многоразовых ракет, благодаря упомянутому отсутствию сажи при сгорании метана. А еще одно преимущество метана состоит в том, что его, как и кислород, можно добывать на многих планетах солнечной системы, например, на Марсе. Т.е. при полете метановой ракеты на Марс топливо надо брать только на путь туда, а для возврата на Землю организовать ее «заправку» на Марсе — конечно, при наличии на Марсе соответствующего оборудования, которое должно быть доставлено туда заблаговременно. Это в несколько раз снижает массу марсианского космолета.

Других преимуществом метана является возможность использования газообразного метана для наддува хранящегося в баке горючего жидкого метана — эта схема дешевле, чем применяемый наддув гелием. Близость температур кипения жидкого метана и кислорода 109К и 77К помогает в организации оптимального хранения топлива.

Благодаря своим вновь открывшимся преимуществам метан был объявлен топливом будущего, а исторически сложившееся применение керосина стало считаться неперспективным. Даже возникло такое выражение — «керосиновый тупик», которым характеризуется нынешнее состояние ракетной техники, когда в космос все еще летают «ракетные поезда» образца 60-годов прошлого века.

Российская программа создания метановых РД

Разработка российских метановых РД выполняется в КБХА (Конструкторское бюро химавтоматики, Воронеж) под руководством профессора Виктора Дмитриевича Горохова. Двигатель с 200-тонной тягой начал создаваться в 2002 году для ЕКА (Европейского космического агентства) по проекту «Волга». В 2006 году он получил российское название РД-0162.

Двигатель РД-0162 строится по замкнутой схеме газ-газ с дожиганием окислительного генераторного газа (ДОГГ) и восстановительным безгенераторным контуром (жидкий метан испаряется в рубашке охлаждения камеры сгорания и подается на вход турбины). Давление в камере сгорания намного ниже, чем у энергомашевских РД-191 — всего 169 атм, но по проекту обеспечиваются более высокие характеристики — земной УИ 321 с, высотный УИ 356 с, масса РД 2100 кг, земная тяга 2000 кН (~204 тс). Метановый ракетный двигатель рассчитан на 25, по другим данным — на 50 или даже 100 полетов. Для обеспечения отказоустойчивости в составе 4-двигательной установки он форсируется по тяге до 133%.

К настоящему времени испытан 40-тонный демонстратор РД-0162Д2А и ведется разработка 85-тонного метанового демонстратора РД-0177. По этому перспективному РД проведены испытания модельного газогенератора с форсуночными головками многократного использования. Это демонстратор создается для проекта «Крыло-СВ», предусматривающем создание многоразовой ракеты легкого класса с крылатой первой ступенью. А серийный РД-0169 с тягой 100 тонн планируется применить в многоразовой РН среднего класса Союз-СПГ.

Что касается 200-тонного РД-0162, то он продолжает оставаться конечной целью работ и предназначается для более мощных ракет-носителей тяжелого и сверхтяжелого класса.

Перспективная ракета-носитель Союз-СПГ

Работы по РН Союз-СПГ начинаются сейчас и для нее пока еще даже не определен окончательный облик. Поэтому мы даем ее условное изображение. Известно, что ракета будет двухступенчатым тандемом. На ее первую ступень будут установлены пять метановых РД-0169 суммарной тягой 500 тонн. Она будет садиться «по Маску» — вертикально на центральном РД. Вторая ступень оснащается одним РД-0169 с высотным соплом и тягой 95 тонн.

Стартовая масса РН Союз-СПГ запланирована около 360 тонн, а предполагаемая максимальная полезная нагрузка составит 12.5 тонн — очевидно, без учета затрат топлива на возвращение первой ступени, которые оцениваются в 6% от ее общей заправки в 220 тонн. Вторая ступень невозвращаемая, но ее предложено сделать с очень высоким конструктивным совершенством КС=14 (5.5 тонн при заправке 77 тонн).

Скорее всего, реальная ПН Союз-СПГ будет ближе к 10 тоннам, что тоже вполне достаточно — т.к. данная РН предназначена для замены устаревших средних РН Союз-2, ПН которых составляет около 8-9 тонн. Первый полет этой средней ракеты намечен на 2025 год. По своим габаритам и стартовой массе РН Союз-СПГ подходит для применения c «морского старта«. В пользу инновационной ракеты говорит малое число ракетных блоков (2 против 6 у Союза-2) и высокий коэффициент повторного использования первой ступени. Поэтому она выглядит очень перспективной в плане снижения стоимости выведения даже в сравнении c Falcon-9.

Американский метановый РД ВЕ-4

Ракетный двигатель ВЕ-4 (Blue Engine-4) начали создавать в 2012 году в компании Blue Origin, принадлежащей хозяину Amazon мультимиллиардеру Джеффу Безосу. В нем также применяется популярная замкнутая схема ДОГГ, а проектные параметры таковы — земная тяга 250 тс и давление в камере сгорания 132 атм. УИ не разглашается, поскольку они у данного РД сравнительно невысокие, а основная цель разработки состоит в обеспечении высокой надежности работы. Заявленная кратность использования РД ВЕ-4 — 25.

Двигатель BE-4 предназначен для применения на первой ступени собственной тяжелой ракеты Безоса New Glenn 45-тонного класса (вторая ступень — водородная) и для применения на первой ступени РН Vulcan Centaur, создаваемой на замену РН Atlas-5 с российским РД-180. Поэтому этот будущий РД играет ключевую роль в американской программа «импортозамещения» — с одной стороны, он обеспечивает независимость от поставок российских РД-180, а с другой — участвует в некой альтернативе керосиновым ракетам SpaceX. В 2019 году были построены стенды для испытаний данного РД при тяге 2200 кН, т.е. по факту это самый мощный на данный момент метановый РД.

Только что первый демонстратор BE-4 поставлен в ULA (United Launch Alliance) для проведения намеченных на 2021 год испытаний в составе РН Vulcan Centaur. Еще один РД BE-4, необходимый для первой ступени этой ракеты будет поставлен в июле. Полезной нагрузкой для дебютного старта ракеты Vulcan Centaur выступит лунный посадочный модуль Peregrine от компании Astrobotic.

Ракета-носитель Vulcan Centaur

Ракета Vulcan Centaur создается американскими ракетчиками по традиционному для них принципу «сборной солянки». Она имеет метановую первую и водородную вторую ступень, а также может использовать до 6 твердотопливных ускорителей (ТТУ). Диаметр ракеты составляет 5.4 метра, высота с обтекателем 61.2 метра, стартовая масса — от 226.3 до до 546.7 тонн. Полезная РН Vulcan Centaur в зависимости от наличия и числа ТТУ составляет 10.6-27.2 тонны на низкой околоземной орбите (НОО) и 2.9-13.6 тонн на геопереходной орбите (ГПО).

На первой метановой ступени ракеты Vulcan Centaur применяется пара новых РД BE-4, а на второй водородной ступени трудится пара ветеранов американского ракетостроения — РД RL-10. Каждый ТТУ GEM-63XL от Northrop Grumman имеет массу 53.4 тонны и тягу 206.6 тонн.

Надо сказать, что создание ракет и ракетных двигателей пока не приносит доход мультимиллиардеру. Его многоразовая суборбитальная ракета Blue Shepard создавалась для туристических суборбитальных полетов и была испытана — но не совершает рейсы с пассажирами. Почему-то желающих слетать на Гавайи оказывается неизмеримо больше, чем желающих побывать на высоте 100 км в космосе. И у орбитальной программы перспективы тоже непонятно какие, поскольку ракетные проекты Безоса пока выглядят, как частное приложение к американской государственной космической программе.

По базовой ПН ~10 тонн Vulcan Centaur аналогична будущей российской метановой РН Союз-СПГ, а с навесными ТТУ будет конкурировать с тяжелой Ангарой-А5. Создатели обещают, что их детище будет дешевле «Ангары», но все дело в том, что «Ангара» сама по себе является самой дорогой в своем классе. Тем не менее, именно Vulcan Centaur собирается стать первой ракетой, которая улетит в космос на метане.

Ракета-носитель New Glenn

А также Vulcan Centaur проложит путь к созданию тяжелой частной ракеты New Glenn, в первой ступени которой будут установлены уже 7 РД BE-4 и будет реализована полноценная многоразовость. На второй водородной ступени применяется ваккумная версия РД BE-3, разработанного ранее для суборбитальной ракеты New Shepard. Ввиду большой тяговооруженности первой ступени ТТУ ускорители ракете New Glenn не потребуются. Высота ракеты составит 98 метров, диаметр — 7 метров, полезная нагрузка на НОО — 45 тонн, на ГПО — 13 тонн.

Raptor для Super Heavy и Starship

Метановый РД Raptor и ракета, для которой он предназначен — это самый амбициозный проект, который во многом напоминает лунную ракету H-1 Л3 С.П.Королева, но, конечно, на более высоком техническом уровне. Как в свое время НК-15, Raptor создается для получения предельных характеристик по эффективности. Это связано с необходимостью создать двухступенчатую сверхтяжелую ракету с обеими возвращаемыми ступенями — разгонной ступени Super Heavy и орбитального космолета Starship. А цель создания системы Super Heavy/Starship состоит — ни много ни мало — в колонизации Марса! Конечно, для более близких лунных дел и на околоземных орбитах она тоже должна пригодиться.

Raptor — это ракетный двигатель с предельными характеристиками, построенный по самой сложной схеме с полной газификацией компонент. У этого РД два газогенератора и две турбины, первая из которых работает на окислительном газе c избытком кислорода, а вторая — на восстановительном газе с избытком метана. Такая схема позволяет поднять надежность по сравнению с схемой ДОГГ за счет исключения протечки газа вдоль общего вала турбины, на котором расположены насосы окислителя и горючего.

Давление в камере сгорания планируется поднять до рекордных 296 атмосфер. Целевой земной УИ составляет 330 с, УИ с высотным соплом — 380 с, что весьма близко к параметрам, обеспечиваемым водородным РД J-2 ракеты Сатурн-5. Проектная масса РД «Раптор» составляет 1500 кг, земная тяга — 2000 кН (~204 тс). В 2019 году было достигнуто давление 254 атм — это чуть выше, чем у знаменитых российских ракетных двигателях РД-180, что стало предметом особой гордости инженеров SpaceX. Тяга «Раптора» составила 172 тонны.

Для «Раптора» заявлен высокий коэффициент повторного использования — 50 и фантастические показатели экономической эффективности. Новый ракетный двигатель SpaceX должен быть в 12.5 раза дешевле вдвое более мощного и более простого по конструкции РД-180 и за счет многоразовости быть в 330 раз дешевле в эксплуатации.

Оценивая представленные SpaceX данные по цене Raptor, надо учитывать, что все ее ракетные двигатели «торгуются» только внутри самой компании — поэтому Маск может назначать им любую цену, которую считает подходящей для пиара своей космической программы и деморализации своих конкурентов.

Заметим также, что методы работы SpaceX в корне отличаются от принятой в космической отрасли широкой кооперации c переговорами о ценах. Маск ни с кем не кооперируется и, в том числе благодаря этому, может держать низкие цены на свои услуги. И раз SpaceX продает исключительно конечную услугу по полетам в космос, то «сведения» из ее внутренней бухгалтерии не имеют содержательного смысла.

Сверхтяжелая ракета Super Heavy и орбитальный космолет Starship

Сверхтяжелая ракета Super Heavy (прежде — Big Falcon Rocket, BFR), имеет длину 70 метров, диаметр 9 метров и стартовую массу 3680 тонн, из которых 3400 тонн приходится на топливо. На ней планировалось установить 37 двигателей Raptor, из которых 7 центральных оснащаются системой управления вектором и величиной тяги, а 30 периферийных РД закрепляются жестко. Но последнее обновление планов в мае 2020 года предусматривает только 31 РД, тягу каждого из которых решено поднять до 250 тонн.

Космолет Starship имеет длину 50 метров и стартовую массу 1320 тонн, из которых 1200 тонн приходится на топливо. На нем установлены 3 РД Raptor с земными соплами и 3 РД Raptor с высотными соплами. Наличие РД c земными соплами существенно, потому что космолет садится на Землю в режиме вертикального торможения двигателями. Проектная полезная нагрузка на низкой околоземной орбите составляет 100 тонн, что в 4 раза превосходит возможности американской частично многоразовой системы Space Shuttle и всех ныне существующих ракет-носителей, за исключением созданной в той же компании SpaceX ракеты Falcon Heavy. Возращаемый на Землю груз может составлять до 50 тонн. Объем грузового отсека Starship составляет 1100 куб. метров — это в 3 раза больше чем у Боинга-747 и МКС.

Считается, что появление Starship сделает МКС рудиментом уходящей эпохи одноразовых носителей. Огромный космолет является сам себе носителем и полноценной орбитальной станцией. Как летающий космический дом, он будет находиться на орбите столько времени, сколько потребуется для работы продолжительной экспедиции — а по завершению ее работы доставит свой экипаж на Землю.

Суммарная стартовая масса системы Super Heavy/Starship составляет ровно 5000 тонн, без учета полезной нагрузки — в 2.5 раза больше, чем у Space Shuttle. Суммарная тяга всех РД на старте составляет 7342 тонны. А суммарная длина — 120 метров, что на 10 метров выше комплекса Сатурн-Аполлон. Естественно, что для столь грандиозной ракеты надо создавать специальные стартовые площадки. А для обеспечения возвращения всех ступеней на Землю принято беспрецедентное техническое решение — они делаются из тугоплавкой нержавеющей стали, поэтому блестят на Солнце, как огромные самовары и вообще походят на ракеты из наивных фантастических фильмов начала 20-го века. Теплоизоляция Starship во время входа в атмосферу будет делаться по новому методу с помощью газовой подушки из метана.

Луна, Марс и далее везде

Как мы уже упоминали, конструкция и параметры Super Heavy/Starhip заставляет вспомнить неудавшийся проект С.П.Королева — лунно-марсианскую ракету H1-Л3. Та же самая исходная марсианская цель, нестандартная конструкция и аномально большое число высоконапряженных РД с предельными характеристиками. Кажется, что для достижения оптимальной надежности лучше использовать ракету полегче, как, например, уже обсуждавшуюся выше New Glenn.

Но есть и отличия в лучшую сторону, которые позволяют рассчитывать на успех столь амбициозного проекта. Создатели H1-Л3 работали в условия тотальной спешки и нехватки средств, не имея возможности протестировать первую ступень сверхтяжелой ракеты на стенде и даже сделать контрольный прожиг ее двигательной установки на стартовой площадке. В отличие от советских инженеров 60-х годов, Маск имеет возможность многократно испытать свою многоразовую технику перед первым полетом на орбиту, в том числе путем «подскоков» в беспилотном режиме с управляемой посадкой на Землю.

В 2019 году именно так испытали уменьшенный прототип Starship — т.н. Starhopper («звездный кузнечик»). Это смешной аппарат стал первым реактивным аппаратом, который оторвался от земли на метановом горючем! Вот так — давно уже ездим по Земле в автомобилях на метане, но в воздух поднялись — впервые!

Сейчас прототипы Starship проходят испытания, в ходе которых уже было разрушено пять аппаратов. В основном это были испытания на прочность путем накачки баков жидким азотом. В мае 2020 года была предпринята попытка первого испытательного полета Starship на высоту 150 метров, которая закончилась взрывом. Дальнейшие достижения должны быть следующими:

• Полет в космос грузового беспилотного варианта Starship Cargo намечен на 2022 год. К этому времени должна быть готова и испытана ракета SuperHeavy, доставляющая Starship в верхние слои атмосферы и обеспечивающая его первоначальный разгон.
• Уже в 2024 году пилотируемый Starship Crew планировалось задействовать в американской лунной программе Artemis.
• Под эту же лунную программу создается специальный вариант Starship для полетов между поверхностью Луны и окололунной орбитой.
• Впоследствии должен появиться Starship Tanker для дозаправки топливом на орбите — его дедвейт составит 150 тонн жидкого кислорода и метана, а до этого в роли заправщиков будет выступать остальные модификации Starship.

Но все эти сроки следует воспринимать с поправкой на последующую коррекцию — так, всего несколько лет назад Маск обещал полет на Марс уже в 2022 году, о чем сейчас не может быть и речи.

О надежности Starship

Орбитальная ступень Starship будет использоваться SpaceX для полетов к Луне и Марсу, а ее размеры и грузоподъемность позволяют разместить там экипаж до 100 человек. При этом, как и на «шаттле», не предусматривается система аварийного спасения, т.е. ставка снова делается на высокую надежность американской техники.

Да, американцы снова собирается наступить на те же самые шаттловские грабли! Space Shuttle, на котором в двух катастрофах погибло 14 человек, был опасной системой, но SuperHeavy/Starship выглядит не менее проблемно. Что стоит Маску сократить экипаж Starship Crew, скажем, до 50 человек, но оборудовать его катапультируемой капсулой с абляционным покрытием и парашютной системой? Неужели мы все уже переселяемся на Марс и надо отправлять туда по 100 человек за раз? На Марсе холодно, пыльно и маловоздушно, для жизни человечества надо проводить его длительное терраформирование — а до этого вполне хватит небольшой колонии.

Тем не менее, Маск намерен сделать полеты для колонизации Марса даже более дешевыми, чем полеты на околоземную орбиту. И он настаивает на том, что система аварийного спасения его будущему космолету не нужна. Наверное,.. его все-таки заставят пойти на попятную, поскольку допуск к космическим полетам человека выдается в НАСА. А вопрос о статистической надежности Starship будет проясняться во время его эксплуатации. В любом случае, надо дождаться его первых орбитальных полетов, которые могут состояться уже в середине 20-х годов.

Видео по марсианской программе SpaceX (на англ. языке)

От космолетов к космическим автомобилям

Мы рассмотрели три линии по созданию метановых космических ракет будущего, две из которых осуществляются уже сейчас, а третья — Союз-СПГ намечена для разработки в 20-е годы.

Будущее российского проекта зависит от многих факторов. Его размерность, выбранная по принципу «design to cost» попадает в наиболее востребованную нишу на рынке пусковых услуг, а полноценная многоразовость первой ступени придает суперконкурентные свойства. К сожалению, именно эта суперконкурентность делает Союз-СПГ весьма нежелательным гостем на мировом и внутреннем рынке. Судьба подобных проектов бывает очень непростой.

Не следует думать и о том, что у американских проектов все «долларом намазано». Свои специфические проблемы есть и в «системном» проекте Blue Origin, и во внесистемном проекте SpaceX. Тем не менее, ралли метановых проектов близится к своему завершению и неизбежному переформатированию работы космической отрасли — которое можно отсрочить в интересах отставших от жизни участников рынка, но нельзя отменить.

Заявленные характеристики метановых ракетных двигателей и будущих метановых ракет собраны нами в сводных таблицах.

Метановые РД

проектные характеристики	РД-0162	BE-4	Raptor
масса	2100 кг	—	1500 кг
земная тяга	204 тс	250 тс	204-250 тс
УИ	земной	321 c	—	330 с
высотный	356 c	—	380 с
давление в КС	169 атм	132 атм	296 атм
кратность использования	25	25	50

Метановые РН

РН	Союз-СПГ	Vulcan Centaur	New Glenn	Super Heavy Starship
1 ступень
число и тип РД	5 РД- 0169А	2 BE-4	7 BE-4	31 Raptor
тяга	500 т	500 т	1750 т	7750 т
масса конструкции	25.4	—	—	280 т
масса топлива	220 т	—	—	3400 т
КС	8.66	—	—	12.14
2 ступень
число и тип РД	1 РД- 0169B	2 RL-10	2 BE-3U	3+3V Raptor
тяга	95 т	21.6 т	144.8 т	—
масса конструкции	5.5 т	—	—	120 т
масса топлива	77 т	—	—	1200 т
КС	14	—	—	10
характеристики РH
стартовая масса	359.4 т	226.3 т	—	5000 т
длина	48.8 м	61.2 м	98 м	120 м
диаметр	4.1 м	5.4 м	7 м	9 м
ПН на НОО	12.5 т	10.6 т	45 т	100 т

В будущем автомобильная и космическая техника будут работать на одном и том же топливе — СПГ. Здесь сходятся воедино требования экологической чистоты и экономической эффективности. Вероятно, что многоразовые метановые ракеты проторят дорогу для создания частной космической техники. Например, Starship по своей грузоподъемности можно считать огромным космическим «БелАЗом«, только без колес. Есть проекты куда меньшего масштабы, например, Крыло-СВ с крыльями и колесами для посадки на аэродром. Еще больше могут походить на автомобили лунные лэндеры-квадроциклы, о которых мы тоже напишем.

В общем, Маск недаром запустил свою «Теслу» к орбите Марсу. Шальная выхода миллиардера является намеком о том, куда движется мир. Вслед за нынешними летающими автомобилями когда-нибудь появятся — космические автомобили, как практичная техника для полетов в космос.

Сокращения:
РН — ракета-носитель
РД — ракетный двигатель
УИ – удельный импульс
ПН — полезная нагрузка
КС — конструктивное совершенство
ТНА — турбонасосный агрегат
ДОГГ — дожигание окислительного генераторного газа
ТТУ — твердотопливный ускоритель

С другими статьями Автомалиновки по освоению космоса можно познакомиться здесь:
Беспилотный космический грузовик от ГРЦ Макеева — проект КОРОНА
Автомобили будущего сегодня и какими они будут: электромобиль-планетоход
Американское прошлое и российское будущее космодрома «Морской старт»
Космические гонки XX и XXI века, часть 1: полет Гагарина
Космические гонки XX и XXI века, часть 2: несбывшаяся мечта Королева
Космические гонки XX и XXI века, часть 3: лунные автоматы СССР
Космические гонки XX и XXI века, часть 4: лунные экспедиции Америки
Космические гонки XX и XXI века, часть 5: время крылатых гигантов
Космические гонки XX и XXI века, часть 6: возвращение на Луну
Космические гонки XX и XXI века, часть 7: сверхтяжелые ракеты России
Космические гонки XX и XXI века, часть 8: частный космос Илона Маска

Все материалы на космическую тематику

https://www.ao.by/articles/articles_1454.html

Триллион кадров в секунду: ученые сняли на видео движение света

National Geographic Россия 18 июня 2020

Фото: geralt/pixabay.com 49 1278 70 При помощи высокоскоростной камеры ученым удалось заснять движение самой быстрой во Вселенной силы – света.

В Массачусетском технологическом институте была создана (2015) камера, которая может снимать один триллион кадров в секунду, что почти в 42 миллиарда раз быстрее, чем обычная кинокамера, скорость которой — 24 кадра в секунду.

На видео показана экспериментальная съемка движения фотонов в воде со скоростью 966 миллионов км/ч. В реальном времени это длилось наносекунду. Для сравнения: наносекунда соотносится к секунде также, как секунда — к 31,7 годам. Человеческий глаз не может заметить движения объекта с такой скоростью, поэтому камера замедлила съемку до 20 секунд. «Если бы таким же способом был снят полет пули, то полученное в результате видео длилось бы три года», — объясняет Джон Маркофф (John Markoff) из New York Times.Native Ttarget

В 2014 году ученые из Токийского университета и Университета Кейо создали камеру, которая работает со скоростью 4,4 триллиона кадров в секунду.

https://nat-geo.ru/science/trillion-kadrov-v-sekundu-uchenye-snyali-na-video-dvizhenie-sveta/

Плазменный ракетный двигатель. Что заказал «Росатом»?

Источник контента: https://naukatehnika.com/plazmennyj-raketnyj-dvigatel.html?utm_referrer=https%3A%2F%2Fzen.yandex.com&utm_campaign=dbr
naukatehnika.com

«Росатом» заказал испытания новейших моделей космических двигателей нового поколения. Их проведение запланирована на текущий год. Речь идет о лабораторных моделях так называемых ионного и холловского двигателей. Новые двигатели должны обеспечить тягой автоматические, а также пилотируемые межпланетные космические корабли. В техническом задании отмечается, что для реализации данной задачи требуются силовые установки большой мощности. Испытания лабораторных моделей новых, так называемых ионного и холловского двигателей для космоса, как планируется, должны пройти в нынешнем году.  

Как отмечается в техзаданиях, многие страны исследуют вопросы создания автоматических и пилотируемых межпланетных кораблей с использованием электрических ракетных двигательных установок (ЭРДУ) большой мощности (свыше 100 кВт). Сейчас появились практические разработки по ядерным реакторам космического базирования мегаваттного класса, которые могут обеспечить энергией такие двигатели. Заказанные ТРИНИТИ работы направлены на создание лабораторных моделей ионного и холловского двигателя нового поколения с повышенными характеристиками, которые будут основой для создания кластерного ЭРДУ большой мощности. Плазменный двигатель — разновидность электрического ракетного двигателя (ЭРД), расходуемое вещество которого получает ускорение в состоянии плазмы (ионизированного газа).

В отличие от жидкостных двигателей, такие системы не предназначены для вывода грузов на орбиту, поскольку могут работать только в вакууме и сейчас используются, например, для удержания спутников на так называемой точке стояния. Кроме того, за счет уменьшения запасов рабочего тела при сравнительно высокой скорости его истечения, они рассматриваются как возможный способ совершения быстрых космических перелетов.

Ионный и холловский двигатели дают возможность разогнать космический аппарат в невесомости до скоростей, недоступных химическим двигателям. Двигатель на эффекте Холла — разновидность электростатического ракетного двигателя, в котором используется эффект Холла. При равных размерах с другим типом электростатического ракетного двигателя — ионным, холловский двигатель обладает большей тягой.

Испытания лабораторных моделей новых, так называемых ионного и холловского двигателей для космоса, как планируется, должны пройти в нынешнем году.

Ионный двигатель работает, используя в качестве рабочего тела, как правило, ионизированный инертный газ (аргон, ксенон), иногда и ртуть. Газ подается в ионизирующую камеру двигателя, где нейтральные молекулы становятся положительно заряженными ионами, которые ускоряются в электростатическом поле. Если в ионном двигателе ускоряются только положительные ионы, то в холловском двигателе задействовано все рабочее тело (то есть еще и отрицательные электроны). Поэтому холловский двигатель дает более высокую плотность тяги и, соответственно, большее ускорение.

Схема холловского двигателя. cyclowiki.org

Как отмечается в техзаданиях, у ионных и холловских двигателей сейчас наивысший уровень технической готовности и подтвержденные ресурсные характеристики в десятки тысяч часов (как при наземной отработке, так и при летной эксплуатации), однако у них есть недостатки. Основной из них ограничение по мощности единичного двигателя, снятие которого требует принципиально иных подходов к организации рабочих процессов в двигателях и соответствующих научных исследований. Отмечается, что на данный момент известны результаты испытаний ионного двигателя мощностью 35 кВт со скоростью истечения 70 км/с и КПД 75%.

Схема действия ионного двигателя. cyclowiki.org

Согласно техническим заданиям, до конца нынешнего года предстоит разработать, изготовить и провести испытания лабораторных моделей ионного двигателя мощностью до 20 кВт и холловского двигателя мощностью до 15 кВт. Цель работ — проверка основных технических решений с целью обеспечения создания прототипов плазменных ракетных двигателей с повышенными параметрами тяги и удельного импульса.   Государственный научный центр «Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований» входит в научный дивизион «Росатома». Выполняет исследования в области управляемого термоядерного синтеза, физики плазмы, лазерной физики и техники. Уникальная экспериментально-стендовая база ТРИНИТИ позволяет получать результаты, имеющие важное научное и прикладное значение.

Ионный, холловский и магнитоплазмодинамический — три типа плазменных двигателей, уже нашедших практическое применение. За последние десятилетия исследователями предложено много перспективных вариантов. Разрабатываются двигатели, работающие в импульсном и в непрерывном режиме. В одних плазма создается с помощью электрического разряда между электродами, в других — индуктивным способом с помощью катушки или антенны. Различаются и механизмы ускорения плазмы: с использованием силы Лоренца, путем введения плазмы в создаваемые магнитным способом токовые слои, или с помощью бегущей электромагнитной волны. В одном из типов даже предполагается выбрасывать плазму через невидимые «ракетные сопла», создаваемые с помощью магнитных полей.

Во всех случаях плазменные ракетные двигатели набирают скорость медленнее обычных. Тем не менее благодаря парадоксу «чем медленнее, тем быстрее» они позволяют достичь далеких целей в более короткий срок, так как в итоге разгоняют космический аппарат до скорости значительно большей, чем двигатели на химическом топливе при той же массе топлива. Это позволяет избежать траты времени на отклонения к телам, обеспечивающим эффект гравитационной рогатки.

Источник контента: https://naukatehnika.com/plazmennyj-raketnyj-dvigatel.html?utm_referrer=https%3A%2F%2Fzen.yandex.com&utm_campaign=dbr
naukatehnika.com

Российские менеджеры в упор не видят и не принимают моих технологий и предложений, запатентованных в России и опубликованных в двух дюжинах докладов и презентаций на международных конференциях и моем сайте, и тянут российскую космонавтику в тупик.

Енисей или SLS – кто станет лучшим

Освоение Луны не за горами, небольшими, но уверенными шагами космические агентства приближаются к старту. Постепенно составляются дорожные карты, проектируются космические корабли, прорабатываются проекты лунной орбитальной станций и конечно же разрабатываются ракеты-носители.

Без хорошего носителя достигнуть Луны не получится, необходимо создать мощный и эффективный носитель, который сможет разом вывести внушительный груз на орбиту, иначе обеспечение лунной программы обернется финансовой катастрофой и многократно усложнит отправку грузов к спутнику.

Как всегда, если речь идет о космических технологиях в дело вступают Россия и США, в этот раз обе державы настроены серьезно и уже сегодня заявляют свои права на те или иные ресурсы и территории спутника Земли. Конечно, споры насчет пренадлежности Луны скорее юридические, однако чтобы этой самой Луны достигнуть и начать добывать на ней ресурсы нужен тот самый носитель, иначе все подобные заявления – пустой звук, но у России и США есть чем аргументировать свои заявления.

Первыми озаботились созданием сверхтяжелого носителя США, после закрытия программ «Создвездие» и «Спейс-Шаттл», НАСА приступило к реализации программы «Артемида», которая в свою очередь подразумевала постройку нового носителя. Новую ракету назвали «SLS» (Spase Launch System – Система Космических запусков), для экономии времени и средств, многие ключевые элементы конструкции были позаимствованы у «Шаттлов». Так, «SLS» будет приводиться в движение четырьмя двигателями RS-25 и двумя перезаряжаемыми твердотопливными ускорителями, которые когда-то отправляли в небо «Спейс-Шаттлы».

«SLS» выглядит как обычная классическая ракета с технологиями из «Секонд-Хенда», но с внушительными характеристиками. Первый запуск SLS намечен на начало следующего года, в качестве груза, в космос отправится беспилотный вариант корабля «Орион», чей полёт ознаменует начало программы «Артемида».

Чем ответит Россия? – стремлением называть новые ракеты именами крупных российских рек (Шутка), а ответит Россия сверхтяжелым носителем «Енисей». Российский носитель скорее всего увидит свет намного позже чем американский, но взамен обещает быть куда более интересной ракетой. О чем идет речь? — О модульной конструкции. «Енисей» разрабатывается как масштабируемый носитель, т.е в зависимости от задачи, добавляя или убирая модули, мы получим ровно столько мощности, сколько требуется – явное преимущество перед SLS.

Приводить всю эту конструкцию в движение будет весьма известный и многими любимый двигатель РД-170\171. Не новинка конечно, но его параметры, на сегодняшний день, дадут фору любому существующему двигателю – как говорится дешево и сердито.

У «Енисея», возможно, будет еще одно важное преимущество перед SLS, а именно стоимость. Обычно постройка и запуск российских ракет обходится несколько дешевле чем у западных, а если учитывать затраты на лунную программу в целом, такое преимущество может оказаться и решающим.

К сожалению, ни одна из ракет не построена до конца и это сильно усложняет сравнение, остается только ждать начало их эксплуатации и честной конкуренции, тогда можно будет выделить явного лидера.

Выразить своё мнение насчет «Енисея» и «SLS» вы можете в комментариях https://zen.yandex.ru/media/yourspace/enisei-ili-sls—kto-stanet-luchshim-5ea1debe3fdcda291b79bea1?&utm_campaign=dbr

К гигантскому отставанию США от России по космическим запускам с людьми добавляется многоразовая Ангара и плазменный двигатель

«Вот как бывает…», — пели в Советском Союзе, грустно посматривая на отстающую на всех парах Америку. Да и теперь, в нынешней России, ситуация с американской космонавтикой не лучше, если не сказать, что много хуже.

В те времена, хотя бы фильмы про посадку на Луне снимали, а сейчас монтажом уже никого не удивишь, вмиг раскусят.

Оказывается, преуспевающая во всех отраслях Россия, обогнала Америку на многие годы вперёд не только по запускам космических кораблей с людьми (за 9 лет у США только один запуск, Карл, всего один!), но и с покорением Луны, прекрасной ракетой и новейшим ракетным двигателем.

«Адепты», не падайте в обморок, сейчас всё по пунктам разложу. Ведь вам же по-другому нельзя, знаний-то ноль! А аргументировать и вовсе, не умеем.

Первое.
По запускам, надеюсь, всё ясно и вопросов нет? Нет, конечно, на всех пиндоресурсах радостно подсчитывают кучу запусков SpaceX в укор России. Так там запускают спутники для армии США, а простым людям до этого интернета, как до Луны. С таким же успехом Маск мог бы просто порожняком гонять свои Флаконы и тупо ставить галочки в статистических отчётах.

Нееет, адептики, так не пойдёт! Космос для мужчин, то бишь космонавтов. Хотя нечто среднее NASA и запускает на орбиту, но это пусть будет на совести их толерантности.

С другой стороны, в достопочтимой Великобритании в Сент-Олбанском соборе на алтаре уже появилась картина, вариация на тему знаменитой фрески Леонардо да Винчи «Тайная вечеря», только с Иисусом Христом негром?!

Куда катится мир?!

Если бы Христос вовремя не ожил бы, то наверно сто раз бы в гробу перевернулся, узнай он об таких «вариациях»!

Но запуски мы считаем только с людьми, ибо именно они продвигают мировую космонавтику вперёд. А что там Маск, какое-то «оно» запускает, или вовсе гоняет ракеты порожняком, так это его личные проблемы. Хоть сто порций!

Второе.
С Луной всё много прощее: без энергии никакие лунные прожекты не состоятся. Правда? У американцев пока никаких идей насчёт того, где на Луне взять энергию, нет. Правда, как-то мелькала информация, что строить лунную базу они будут из естественных человеческих выделений. Ну, так что с того? Если тыковка не варит, чтобы придумать что-либо стоящее, остаётся только использовать естественные человеческие выделения, то бишь «оно». И потом, здесь речь идёт о стройке и материале, а не об энергии!

А где на все эти придумки взять энергии-то?

Вооот! А мы, то бишь Россия как раз только-только с пылу с жару разработали и запатентовали энергетическую установку для поддержания работы на лунной базе.

Что, господа американцы, будете к нам чаёк заваривать бегать, а?

Третье.
«Ангара»! Вот скажите, удивил, мы и так всё об ней родимой знаем. Неее… Этого ещё не знаете: «Ангару» снабдят возвращаемыми ступенями!

Разницу почувствовали? Не возвращаемой первой ступенью, а возвращаемыми ступенями!

Новая версия госконтракта на опытно-конструкторскую работу (ОКР) «Амур», в который во вторник [30-го июня] был внесен ряд изменений, предусматривает модернизацию ракеты-носителя (РН) «Ангара», в том числе изучение вопроса о создании многоразовых ступеней.

Вам мало?

Но и это ещё не всё!

Четвёртое.
Как говорят в России — «контрольный»!

Новейший, мощнейший, и много чего «ейший» ракетный двигатель!

«Росатом» готовит испытания прототипа плазменного ракетного двигателя.

Да, на таком двигателе набитые всяким «оном» Флаконы на орбиту не погоняешь, поскольку работать он может только в вакууме, но такие двигатели рассматриваются как возможный способ совершения быстрых космических перелетов!

Ни больше ни меньше!

Пока Маск, будет забивать орбиту Земли спутниками для армии США, и придумывать, как сделать туалет на Драконе отдельной кабинкой, мы уже не только на Марсе высадимся, но и в Альфу Центавру сгоняем, аж на все три ихних звезды.

Как тебе такое, Маск?

Какие технологии станут основой будущей пилотируемой космонавтики

Сегодняшняя пилотируемая космонавтика, это исключительно обслуживание МКС. До недавнего времени конечно, можно вспомнить полеты на Луну или к телескопу Хаббл. Но сегодняшние космические корабли, необходимы для доставки астронавтов, или грузов на космическую станцию.

Разработкой и созданием космических кораблей в мире занимаются несколько стран, поскольку это самая затратная отрасль, которая под силу сильной экономике.

Конечно человечество стремится к дальнему космосу, и хочет хотя бы долететь до Марса. Но уже сейчас, становится понятным, за какими технологиями будущее, в строительстве космических кораблей.

Будущие космические корабли, будут конструироваться, с максимальной радиационной защитой для преодоления радиации, которая в космосе на каждом шагу.

Единственный выход достичь необходимых скоростей, станут ядерные двигатели. Данная технология известна человеку, есть определенные результаты и надежность, и вопреки мерам экологии, такие корабли полетят в космос.

Будут замкнутые системы жизнеобеспечения. Астронавтам, необходим кислород, вода, еда, медикаменты на протяжении всего полета. Испытания уже успешны.

В ближайшие годы уже наступит революция в этой отрасли, Россия создаст корабль Федерация, от США уже в этом году полетят Dragon и Boeing. Не за горами испытания космических кораблей Индии и Китая.

Современная космонавтика спит на протяжении последних лет тридцати, пора уже ее разбудить.

https://zen.yandex.ru/media/zona_51/kakie-tehnologii-stanut-osnovoi-buduscei-pilotiruemoi-kosmonavtiki-5e9547cd2d34573bbda1cac0?&utm_campaign=dbr

Полетит ли наш «Орел» к Луне?

Корабль Crew Dragon уже в космосе, как же обстоят дела у отечественных разработок? Как известно, космический корабль «Союз» достался России в наследство от Советского Союза, базовая его модификация была создана в 1967 году.

Последние десятилетия показывают глубокий системный кризис в космической отрасли России. Четкой программы нет, сроки разработок постоянно переносятся и отодвигаются, финансирование выделяется по непонятным алгоритмам, и, скажем так, не совсем прозрачно. Есть ли у России шанс не потерять космос окончательно?

Главной российской космической надеждой сейчас является корабль «Орел», который изначально назывался «Федерация». Почему потребовалось менять название? Глава «Роскосмоса» пару лет назад заявил, что корабль должен иметь другое, мужское имя вместо женского «Федерация». Хочется верить, что название — это единственная проблема строящегося корабля.

К истории создания корабля «Орел»

Пилотируемый корабль «Орел» разрабатывается для полетов к Луне. Разрабатывается уже 11 лет, с 2009 года.

Даты запуска назывались разные, на сегодняшний день они такие: первый полет «Орла» в беспилотном режиме к МКС должен состояться в сентябре 2024 года, пилотируемый — через год, в сентябре 2025 года.

Хотя это будут по большому счету только испытания — «Орел» предназначен, прежде всего, для полетов за пределы околоземных орбит — к Луне, к Марсу. На околоземную орбиту запускать такой корабль слишком дорого.

В случае успешных испытаний в 2028 году «Орел» примут в эксплуатацию. В 2029 году запланирован облет Луны, 2030 году — высадка космонавтов на спутник. Для этих полетов нужна сверхтяжелая ракета, но с ней очень долго и витиевато определялись. Хотя вся история космонавтики показывает, что космический корабль проектируют под ракету. Поэтому, насколько может успешно разрабатываться «Орел» без понимания характеристик ракеты, которая будет его транспортировать, пока непонятно.

Характеристики корабля

«Орел» — пилотируемый космический корабль со спускаемым модулем. Кабина корабля рассчитана на 6 космонавтов (при полетах к Луне — на 4 космонавтов). Продолжительность автономного полета — до 30 суток. Длина корабля — 6,1 м, максимальный диаметр корпуса — 4,5 м. Объем герметичного отсека — 18 куб.м.

Хочется верить, что несмотря ни на какие трудности, связанные с внутренними кадровыми проблемами РКК «Энергия», управленческими ошибками, корабль «Орел» все же будет создан. И пройдет все необходимы испытания. И на нем можно будет безопасно летать как минимум в ближний космос.

https://zen.yandex.ru/media/id/5e83712d5a232e3422b26698/poletit-li-nash-orel-k-lune-5ed926e4df920913e2cafcee?&utm_campaign=dbr

Проект ядерного космического буксира закрыт.

14 мая

За новостями о Covid-19 как то буднично прошла новость о том, что главный космический проект России, да и не побоюсь человечества— космический буксир с ядерным двигателем — все. При/остановлен.

Что представлял из себя ядерный буксир? Революционная штука. Берется ядерный реактор мегаваттного класса и питает сверхмощные ионные двигатели повышенной мощности ИД-500. Вся эта конструкция позволяет развивать невиданную доселе скорость при межпланетных перелетах или миссия к Луне. К примеру, полет к Марсу с использованием этого корабля занял бы не более двух месяцев вместо 8.

По сути, это был последний, но очень важный козырь российской космонавтики.

Теперь все. Роскосмос аннулирует заключенный в 2016 году контракт с Центром Келдыша.

Контракт в рамках госзаказа предусматривал несколько этапов, завершающим из которых должно было стать постройка стендово-испытательной базы Центра Келдыш- строения номер 12.

В назначенное время, строение было не готово, за что Роскосмос оштрафовал своего подрядчика не несколько миллиардов рублей, а контракт был разорван.

По информации источников, данное строение было необходимо для проведения испытаний в условиях вакуума.

Почему речь идет не о приостановке, а по сути о прекращении проекта?

Начнем с того, что НИИ Келдыша — это узкоспециализированное предприятие, аналогов которому в сути своей нет. Это и ракетчики и космические энергетики в одном флаконе.

Во-вторых, нельзя просто взять документацию и перенести ее в другое НИИ. Так не делается. Это обнулит проект. Очевидно, что в Роскосмосе это знают, а значит проект закрыт.

Вот так и завершился этот славный проект. Спасибо Дмитрию Олеговичу.

• Вулкан. Советская ракета для покорения Марса
• Россия утратила технологии водородных ЖРД
• Китай запускает новейший космический корабль и выходит на новую ступень космонавтики

https://zen.yandex.ru/media/space_for_you/proekt-iadernogo-kosmicheskogo-buksira-zakryt-5ebc391ee49ceb1a8333bfcd?&utm_campaign=dbr

https://ru.wikipedia.org/wiki/ИсследовательскийцентримениМ.В._Келдыша

Точечный старт: может ли реактивный истребитель взлететь с места

В советское время автопутешественников удивляло неожиданное улучшение убитых автодорог и увеличение их ширины. Такие роскошные дороги вдруг появлялись, например, в безлюдной степи и так же непонятно исчезали через несколько километров.

Служба в авиации дала ответ на эту загадку: участки автодорог, создаваемые по военным технологиям, служили взлетно-пасадочными полосами на случай будущей войны, в которой мало кто сомневался. Всем было понятно, что главной целью первого удара станут аэродромы. А как взлетать и садиться без них? Усиленные автодороги и были одним из ответов на этот вопрос. При каждой авиадивизии были специальные инженерные и аэродромные мобильные службы, готовые в кратчайшие сроки развернуть мобильные аэродромы в самых неожиданных местах. Существовали и более фантастические решения, например разгонные реактивные тележки. Их собирался использовать для старта своих гигантских сверхзвуковых реактивных бомбардировщиков один из самых смелых отечественных авиаконструкторов — Владимир Мясищев.

Трудный взлет

В начале 1950-х годов КБ Мясищева приступило к проектированию уникального стратегического сверхзвукового бомбардировщика М-50. Конструкторам пришлось решить массу задач, ранее не встречавшихся в авиастроении, — до Ту-144 или Ту-160 было еще очень далеко. Про любую из них можно написать целую статью, но мы сосредоточимся только на проблеме взлета. Дело в том, что большой дальнточости на сверхзвуковых скоростях для бомбардировщика весом 265 т в те времена добивались за счет увеличения длины разбега. И даже при установлении взлетной дистанции 3 км для М-50 планировалось обязательное применение ракетных ускорителей. Расчеты показывали, что для взлета без ускорителей с полной бомбовой нагрузкой стратегическому бомбардировщику требовалась взлетная полоса 6 км! Для сравнения: ВПП для космического «Бурана» на Байконуре имеет длину 3,5 км. Но и трехкилометровых бетонных взлетных полос в СССР почти не было. Поэтому в КБ Мясищева одновременно с проектированием самолета приступили к разработке экзотических стартовых устройств: стартовой тележки с шинными колесами, тележки на рельсовом пути, гидротележки, «летающего шасси» и системы точечного старта.

Плюсы: возможность эксплуатации с облегченной ВПП (толщина плит около 20 см)
, возможность маневрирования с изделием вплоть до мест рассредоточения. Минусы: ограничение применимости по скоростям (до 450 км/ч)
, трудность фиксации направления взлета
, трудность останова и организации движения тележки после отрыва самолета
, большая суммарная длина пробега тележки.

Нерешенная проблема взлета такой махины, безусловно, и была одной из причин, по которой Макетная комиссия 1955 года завернула проект с формулировкой: «Заданная постановлением Совмина СССР длина разбега самолета 3000 м без применения стартовых ускорителей не выполняется… Для эксплуатации самолета с существующих аэродромов необходимо обеспечить длину разбега со стартовыми ускорителями не более 2500 м. Предлагаемые ОКБ-23 МАП другие способы взлета самолета — точечный старт, взлет с гидротележки — представляют интерес для ВВС как более экономичные и обеспечивающие лучшее боевое рассредоточение самолетов стратегической авиации. Указанные новые способы взлета требуют детальной конструктивной проработки и проверки летными испытаниями». Но, учитывая особую важность создания сверхзвукового стратегического бомбардировщика, инженеры КБ Мясищева занялись доработкой самолета по проекту «50».

На тележке

Наибольший интерес ВВС вызвала система старта с гидротележки — гигантской 160-тонной отделяемой поплавковой глиссирующей системы с собственными разгонными двигателями, успешные модельные испытания которой были проведены в ЦАГИ. Никаких теоретических проблем с созданием полноразмерного образца не было найдено, и, кроме того, военных привлекала возможность расширить районы базирования сверхзвуковой стратегической авиации. Большим плюсом водного базирования было и то, что оно давало возможность подвозить топливо и боекомплект средствами флота, а только керосина для одного самолета нужны были сотни тонн. Однако у Мясищева не оказалось специалистов с опытом проектирования глиссирующих корпусов (в отличие, например, от КБ Туполева, разрабатывавшего и выпускавшего в годы войны глиссирующие торпедные катера). Идею с гидротележкой пришлось отложить в сторону.

Плюсы: непоражаемость водного аэродрома, возможность широкого маневрирования и перебазирования тележки с изделием, возможность материально-технического обеспечения (топливо, боекомплект) средствами флота. Минусы: отсутствие опыта проектирования, строительства и эксплуатации стартовых устройств такого типа, необходимость проведения комплекса экспериментальных исследований.

Вторая идея базировалась на создании 35-тонной тележки, оснащенной двигателями с ускорителями. Плюсов у этой схемы было только два: возможность взлета с облегченных взлетно-посадочных полос с толщиной плит до 20 см и возможность маневрирования с установленным самолетом вплоть до мест рассредоточения. Недостатков было гораздо больше. Например, скорость отрыва М-50 должна была составлять около 450 км/ч. Сравните с максимальной скоростью болидов F1 — 372,6 км/ч. Трудно представить 35-тонный тягач с установленным 265-тонным самолетом, разогнанный до таких скоростей. Не меньшей проблемой была и дальнейшая остановка разогнанного сверхтяжелого тягача: тормозной путь значительно увеличивал длину ВПП вместо ее сокращения. К тому же возникали опасения по поводу способности пилота тягача удержать прямой курс на таких скоростях да еще с таким грузом сверху.

Некоторое решение этих проблем представлял третий вариант — 25-тонная разгонная тележка на рельсовом пути. Во‑первых, сама собой решалась проблема курсовой устойчивости при взлете. Во‑вторых, по идее, строительство нескольких километров рельсовых путей должно было обойтись гораздо дешевле полноценной взлетно-посадочной полосы. Сложность была в том, что не только в СССР, но и в мире не было технологий строительства столь скоростной железной дороги с такой точностью укладки полотна и с таким высоким удельным давлением на грунт. Последним оставался вариант так называемого точечного старта.

Плюсы: простота пилотирования на взлете благодаря направленности взлета, надежный останов тележки после отделения самолета (зажимные тормоза), относительная дешевизна постройки пути и меньшая уязвимость с воздуха. Минусы: трудность создания усиленного железнодорожного пути с повышенной точностью укладки, ограниченные районы обслуживания.

Старт. И точка

Идее старта с места почти столько же лет, сколько и авиации — первые прототипы еще нелетающих самолетов в конце XIX века стартовали при помощи катапульт. Уже в 1916 году 30-метровые катапульты для гидросамолетов были установлены на трех американских крейсерах. Вторую жизнь в идею безаэродромного старта вдохнули крылатые ракеты, или, как их называли в 1950-е годы, самолеты-снаряды. Собственно, первые крылатые ракеты самолетами и являлись, только беспилотными. И первоначально они запускались не из вертикальных контейнеров, как сейчас, а с пологих направляющих. Успех запусков первых крылатых ракет и натолкнул авиаконструкторов на мысль запускать таким же образом реактивные самолеты-перехватчики. В СССР такую систему разрабатывало КБ Микояна на базе усиленного истребителя-перехватчика МиГ-19С с твердотопливным ракетным ускорителем. Испытания в 1957 году прошли успешно, было выполнено восемь стартов, но проект закрыли: как раз в это время подоспели зенитно-ракетные комплексы, которые гораздо эффективнее решали эти задачи.

Плюсы: мобильность переброски тележки для обслуживания различных аэродромов. Минусы: дорогостоящее сооружение при неясном процессе взлета, необходимость бетонных покрытий, трудность обеспечения безопасного расцепа, ограничение применимости по скоростям (до 450 км/ч).

Но одно дело запустить в воздух 8-тонный МиГ-19С, другое — 200-тонный бомбардировщик. Поэтому была выбрана другая схема точечного старта — без рельсовой направляющей. По сути, самолет поднимался в воздух как ракета, на жидкостных ракетных двигателях. Стартовая позиция же состояла из маятниковой конструкции, отводящей самолет от земли в самом начале движения, подъемников для установки М-50 на маятник, ямы и отражательных устройств для факелов ракетных двигателей. Две основные опоры маятника воспринимали 98% нагрузки, остальная приходилась на хвостовую опору.

Точно так же устанавливались и ракетные ускорители: два основных под крыльями и один в хвостовой части фюзеляжа. Два подкрыльевых ускорителя с восемью соплами тягой 136 т каждый, ставившиеся под углом 55 градусов, создавали вертикальную силу, превосходящую взлетную массу самолета, а горизонтальная составляющая тяги помогала турбореактивным двигателям разгонять самолет. Хвостовой ускоритель убирал вертикальное рыскание, а поперечное регулировалось газовыми элеронами, установленными в струях основных двигателей. Взлет должен был выполняться следующим образом. Первыми запускались основные турбореактивные двигатели, и самолет стабилизировался автопилотом. Взлетные ускорения были настолько велики, что весь процесс взлета был полностью автоматизирован, пилот в состоянии, близком к обмороку, вряд ли мог чем-то помочь. После чего запускались хвостовой ракетный двигатель и основные подкрыльевые ракетные ускорители, снимались стопоры и самолет поднимался на маятнике на высоту 20 м, где и происходило рассоединение. После достижения расчетной скорости 450 км/ч самолет переходил в штатный режим взлета, а отработанные ускорители сбрасывались на парашютах.

Проверочная работа

Увидеть в действии эти уникальные системы нам не удалось. После успешных запусков королевской баллистической ракеты Р-7 с дальностью полета 12 000 км, которая к тому же была неуязвима для систем ПВО той эпохи, все работы по сверхзвуковым стратегическим бомбардировщикам свернули. Но в технической осуществимости подобного проекта сомневаться не приходится. В 1980 году идею на практике проверили американцы.

Плюсы: взлет с места стоянки, любое рассредоточение мест старта, возможность хорошей маскировки, малый объем строительных работ при небольшом расходе бетона, возможность одновременного вылета большого числа самолетов, уменьшение веса взлетно-посадочных устройств. Минусы: необходимость газовых органов управления и стабилизации.

Для освобождения заложников в захваченном американском посольстве в Тегеране был придуман фантастический план с посадкой на футбольном поле в центре города 70-тонного транспортного самолета C-130. Поле, надо сказать, к тому же было огорожено 9-метровой бетонной стеной. Так что садиться и взлетать C-130 должен был практически вертикально. Для этого транспортный самолет, получивший обозначение YMC-130H, был буквально напичкан мощными ракетными двигателями: восемь двигателей от противолодочных ракет RUR-5 АSROС в носовой части для торможения, восемь от противорадиолокационных ракет AGM-45 Shrike в нижней части для подъема, восемь в хвостовой части от ракет средней дальности морского базирования RIM-66 Standard MR для ускорения взлета, еще две от АSROС для предотвращения удара хвоста о землю при резком взлете и еще четыре таких же двигателя на пилонах крыла для устранения поперечного рыскания! Были проведены испытательные полеты, которые сильно напоминали китайский фестиваль фейерверков, но самолет взлетал и садился почти с места.

Правда, в ставшем последним испытательном полете произошло рассогласование включения носовых тормозных и вертикальных подъемных двигателей, самолет остановился слишком высоко над полосой, потерял устойчивость и рухнул. Однако несколько взлетов-посадок прошли успешно. Впрочем, в дальнейшем работы по YMC-130H, как и по точечно взлетающим М-50, были свернуты. Тем не менее они остаются великолепным памятником дерзким, почти сумасшедшим идеям авиаконструкторов XX века. Статья « Точечный старт» опубликована в журнале «Популярная механика» (№6, Июнь 2018).

https://www.popmech.ru/weapon/427292-tochechnyy-start-mozhet-li-reaktivnyy-istrebitel-vzletet-s-mesta/?mindbox-click-id=e82c36b2-64dc-477d-b27b-e0bc1512af11&utm_source=email_popmech&utm_medium=email&utm_campaign=20200621_weekly&utm_content=586e7055853b605305e93a2fb5b28077

ГНЦ РФ — ИМБП РАН

Самостоятельно вылечить разболевшееся горло или зуб смогут теперь российские члены Международной космической станции при помощи специальной компьютерной программы и прилагаемой к ней медицинской укладке с лекарственными средствами. Ученые Института медико-биологических проблем РАН запустили на МКС многолетний эксперимент «ЛОР». Подробности рассказала старший научный сотрудник ИМБП РАН и постановщик эксперимента Ирина Попова.

– Полное название эксперимента, который проходит под шифром «ЛОР», звучит, как: «Исследование состояния лор-органов, пародонта и твердых тканей зубов у космонавтов в условиях космического полета», — поясняет Попова. — Мы начали его в апреле, когда прилетел нынешний российский экипаж — Анатолий Иванишин и Иван Вагнер. Через два-три дня мы уже провели первый сеанс.

К слову, этот эксперимент родился не на пустом месте». В 2006 году ИМБП, по словам Поповой, уже проводил исследование под кодовым названием БИМС (Бортовая интегрированная медицинская система), которое было посвящено изучению лор-органов, кожных покровов и частично — стоматологии. В нем специалисты впервые отрабатывали методики, аппаратуру. Все это показало свою эффективность. В процессе того эксперимента довелось даже по-настоящему полечить зубы и уши нашим космонавтам на борту. Теперь по результатам прежнего эксперимента появилось более узкопрофильное оборудование для лечения лор-органов и пародонта (комплекса тканей, окружающих зубы, самих зубов, слизистой рта). В «ЛОРе» впервые используется только российское оборудование и свое же программное обеспечение.

– Наверняка, у американцев тоже есть подобное оборудование?
– Есть. Но наше не хуже, а некоторые его компоненты даже превосходят западные аналоги. Например, интерфейс нашей программы гораздо удобнее, мы делали его сами с учетом того, чтобы космонавтам было интересно, просто и понятно с ним работать.

– Расскажите, как космонавт может сам себя обследовать?
– С учетом того, что в последнее время наши ребята могут летать по одному, мы действительно обновили систему с расчетом на самостоятельное обследование полости рта, горла, носа и уха. Аппаратура, как в кабинете обычного лор-врача, снабжена хорошей светодиодной подсветкой. То, что «видит» камера, появляется на мониторе. Только не в обычном масштабе, а в увеличенном, чтобы видно было все возможные нюансы. Видеофайл и снимки предположительно пострадавших органов тут же отправляются на Землю. В случае выявленной патологии космонавту на борт по закрытому каналу незамедлительно отправляется письмо с рекомендацией по поводу того, какие лекарства надо извлечь из бортовой аптечки и полечиться.

– Как часто экипаж прибегает к системе в полете?
– Согласно плану эксперимента, это должно происходить примерно раз в месяц. Но в случае, если член экипажа почувствует какой-то дискомфорт, воспаление, он должен обследоваться незамедлительно. Когда в предыдущие годы мы только отрабатывали стоматологическую самопомощь, экипаж очень часто пользовался аппаратно-программной системой, чтобы рассматривать свои зубы. Хорошо, что они честно мне в этом признались в разговоре, и мы вовремя отправили на орбиту запасную галогеновую лампу.

– Насколько часто и почему страдают зубы и пародонт в условиях космического полета?
– Зубы и пародонт очень зависят от состояния всей костной системы, которая, как известно, одной из первых страдает в условиях невесомости. Поэтому чаще, чем на Земле, нарушается эмаль, выпадают пломбы, возникает кариес.

– Космонавты могут даже пломбировать себе зубы?
– Раньше в укладке был пломбировочный материал. Теперь это не приветствуется, все-таки закрытие полости зуба, выполненное не профессионалами, чревато воспалением.
Эксперимент рассчитан на несколько лет — до 2024 года. Если программа по обслуживанию МКС будет продлена, то будет продолжен и «ЛОР».

Беседу вела Наталья Веденеева, газета «Московский комсомолец».
Ссылка: https://www.mk.ru/science/2020/06/19/na-mks-startoval..