С тех пор как люди начали выводить спутники на орбиту в 1950-х годах, мы полагались на большие и мощные ракеты, чтобы выйти из-под земного притяжения и попасть в космос. Но у больших ракет есть существенный недостаток, заключающийся в том, что они удорожают космические запуски. Показательный пример: тяжелая ракета NASA Space Launch System, первый полет которой запланирован на декабрь 2019 года, будет стоить примерно 1 миллиард долларов за запуск, согласно отчету Управления генерального инспектора НАСА (OIG) за 2017 год. По данным CNBC, затраты на запуск гораздо более экономичного Falcon Heavy от SpaceX, который был успешно запущен из Космического центра Кеннеди в феврале 2018 года, по-прежнему колеблются от 90 до 150 миллионов долларов за полностью одноразовую, максимальную версию.
Однако на протяжении десятилетий провидцы искали способы попасть в космос, не полагаясь - по крайней мере, не в первую очередь - на ракетную мощь.
Запуски «воздух-орбита»
Один из таких альтернативных подходов - запуски «воздух-орбита» - кажется, вот-вот станет реальностью. Stratolaunch, частная компания по запуску космических аппаратов, основанная соучредителем Microsoft Полом Алленом в 2011 году, имеет амбициозный план по запуску самого большого в мире самолета с размахом крыльев 385 футов (117 метров) на высоту 35 000 футов (35 000 футов). 10 668 метров). Там он будет служить высотной пусковой площадкой для небольших ракетных транспортных средств. После запуска этим кораблям не нужно будет преодолевать сопротивление, вызванное толщиной нижних слоев атмосферы, как это сделали бы ракеты наземного базирования, и они смогут выйти на орбиту, не сжигая столько топлива. В августе 2018 года компания объявила о выпуске четырех различных типов ракет-носителей. Одно транспортное средство, которое все еще находится в стадии разработки, многоразовый космический самолет, может перевозить либо груз, либо человеческий экипаж. Stratolaunch планирует начать предлагать регулярные услуги в 2020 году. Главный исполнительный директор Stratolaunch Джин Флойд заявила в пресс-релизе, что миссия компании состоит в том, чтобы сделать доступ в космос «более удобным, доступным и рутинным», и что планирование запуска спутника в конечном итоге будет легко, как бронирование авиабилета. Между тем, еще одна компания, занимающаяся полетами на орбиту, Virgin Orbit, планирует использовать модифицированный Boeing 747-400 в качестве платформы для своей ракеты LauncherOne, которая будет выводить спутники на орбиту.
Приподнятая пусковая труба
Несколько других, еще более экзотических концепций все еще остаются на чертежной доске. Джеймс Р. Пауэлл, еще в середине 1960-х один из изобретателей сверхпроводящей магнитной подвески для поездов, и его коллега-инженер Джордж Мейз годами выступали за то, чтобы эта технология также использовалась для запуска космических кораблей.
Вместо стартовой площадки в проекте Startram Project использовалась массивная приподнятая пусковая труба.«Подумайте о поезде на магнитной подушке (maglev) в вакуумном туннеле», - объясняет Пауэлл по электронной почте. «Без сопротивления воздуха, замедляющего транспортное средство, и без необходимости нести на борту большое количество топлива (как в случае с ракетами) относительно легко достичь орбитальной скорости 18 000 миль в час (2 900 километров). в час) или выше. Когда транспортное средство выходит из туннеля на большой высоте (например, на вершине высокой горы), транспортное средство будет двигаться так быстро, что в основном достигает орбитальной высоты, где используется небольшая ракета. чтобы сделать орбиту круговой. Мы также разработали несколько механизмов, чтобы сохранить вакуум в туннеле неповрежденным, когда транспортное средство выходит из туннеля, чтобы туннель можно было быстро повторно использовать для запуска следующего транспортного средства. Все основные компоненты системы StarTram уже существуют и хорошо понятны."
Пауэлл впервые задумался об использовании сверхпроводящего маглева для запуска космических кораблей по предложению коллеги из НАСА в 1992 году. Первоначально он и Мейс разработали концепцию системы стоимостью 100 миллиардов долларов, подходящей для пилотируемых космических запусков, в которой труба будет левитировать с массивными сверхпроводящими кабелями. (Вот патент, который они получили в 2001 году на эту систему.) Они также разработали уменьшенную грузовую трубную систему, которая будет простираться на 62 мили (100 километров) и подниматься на высоту не менее 13 123 футов (4000 метров).) вверх по склону высокой горы. По их оценкам, грузовая система может быть построена за 20 миллиардов долларов, что меньше, чем стоимость разработки новой ракеты тяжелого пуска НАСА.
Но однажды построенный, Startram сможет ежегодно перевозить в космос 100 000 тонн (90 718 метрических тонн) груза, что во много раз больше, чем нынешние ракеты-носители, и выводить оборудование на низкую околоземную орбиту по цене около 50 долларов за фунт (0,45 кг), говорит Пауэлл. Согласно этой статье Bloomberg за 2018 год, это будет доля от тысяч долларов за фунт, которые в настоящее время стоят космические грузы.
«Самая большая техническая проблема - это выходное окно пусковой трубы, - объясняет Пауэлл.«Труба должна оставаться в вакууме, поэтому, когда аппарат выходит из пусковой трубы во время запуска, мы должны предотвратить попадание воздуха из атмосферы». Startram будет удерживать воздух, используя паровые струи для снижения давления воздуха снаружи выхода и используя магнитогидродинамическое окно, которое будет использовать сильное магнитное поле для непрерывного удаления воздуха.
Космический лифт
Еще одна идея, которая витала в воздухе уже много лет, - это строительство космического лифта. В этой статье 2000 года на веб-сайте НАСА описывается, как высокая базовая башня возле экватора Земли будет прикреплена кабелем к спутнику на геостационарной околоземной орбите на высоте 22 236 миль (35 786 километров) над уровнем моря, который будет действовать как противовес. От четырех до шести лифтовых путей будут подниматься вверх по башне и вантовой конструкции, идя к платформам на разных уровнях. Транспортные средства с электромагнитным приводом будут подниматься по рельсам, совершая путешествие в орбитальное пространство примерно за пять часов, обеспечивая при этом захватывающий дух вид по пути.
Идея восходит к 1895 году, когда русский ученый Константин Циолковский предложил построить «небесный замок», который будет пристроен к сооружению, похожему на Эйфелеву башню в Париже. В 2005 году исследователь НАСА написал статью о том, какие технологии необходимо разработать для его создания.
С тех пор сторонники космического лифта продолжают рекламировать эту концепцию, как подробно описано в этой статье IEEE Spectrum 2015 года, и они сформировали организацию, Международный консорциум космических лифтов, который проводит конференции и публикует технические отчеты. Тем не менее, в 2016 году возможность создания космического лифта подверглась критике, когда китайские исследователи опубликовали статью, в которой подробно описали свои выводы о том, что углеродные нанотрубки, материал, на который возлагают надежды сторонники космического лифта, уязвимы из-за недостатка, который может значительно снизить их прочность..
Другие идеи, появившиеся за эти годы, включали отправку полезных грузов, вращающихся вокруг спиральной стальной гусеницы, прежде чем выводить их на низкую околоземную орбиту, и использование дирижаблей в качестве стартовых платформ.
Интересно
Концепция космического лифта была впервые популяризирована писателем-фантастом Артуром Кларком в его романе 1979 года «Фонтаны рая».
Часто задаваемые вопросы
Что такое кроссворд для ученого-ракетчика Вернера фон?
Кроссворд ученого-ракетчика Вернера фон Брауна звучит так: «БРАУН».