Министерство образования Республики Башкортостан
МКУ отдел образования АМР Бижбулякский район
МОБУ средняя общеобразовательная школа № 2 с. Бижбуляк
Историко-исследовательская работа на тему
« Какое будущее у аэрокосмического транспорта? »
SpaceX — Дорога в будущее
Об истории и перспективах развития компании SpaceX
Выполнил: Аглеев Линар, 10 класс
МОБУ СОШ № 2 с. Бижбуляк
МР Бижбулякский район
Республика Башкортостан
Адрес школы:
452040 Республика Башкортостан,
МР Бижбулякский район,
с. Бижбуляк, ул. Центральная, 72
Телефон: 8 347 43 2 17 21
Факс: 8 347 43 2 17 21
Руководитель: Гибатов И.Р.
с. Бижбуляк, 2015
Введение
Глава 1. Проект SpaceX
- 1.1 История проекта
- 1.2. Перспективы ракетоносителей SpaceX
- 1.3. Двигатели, разработанные в компании SpaceX
- 1.4. Reusable — Многоразовость
- 1.5. Dragon
Заключение
Использованная литература
Приложения
Введение
Мы сейчас живем на грани колоссального события —
такого, как переселение жизни на другие планеты.
Илон Маск
Познакомившись с положением об олимпиаде Можайского, меня заинтересовал вопрос: «Какое будущее у аэрокосмического транспорта?» Я решил поискать на него ответ. В результате поиска я узнал о проекте частной компании SpaceX, которая мечтает о создании Марсианского Колониального Транспорта и удешевлении стоимости космических полетов.
Я выдвинул гипотезу: в будущем можно будет использовать проекты SpaceX для аэрокосмического транспорта.
Цель работы : выяснить, можно ли для развития аэрокосмического транспорта использовать проект Space X
Задачи:
- Изучить историю проекта
- Изучить эволюцию ракетоносителей SpaceX, их двигателей и их преимущества
- Изучить перспективы проекта SpaceX
Методы исследования :
- Изучение и анализ литературы и соответствующих сайтов в сети Интернет
- Анализ отчетов компании
Объект исследования: частная космическая компания SpaceX
Глава 1. Проект SpaceX
1.1. История проекта
Я узнал, что история компании SpaceX начинается с 2001 года. Её руководитель Илон Макс всю свою жизнь увлекался космосом. Он мечтал создать свой проект по созданию ракет. Этот проект он назвал SpaceX — Space Exploration Systems.
Первая ракета, которую разработали в компании, называлась Falcon 1, так как на ней использовался один двигатель Merlin. Эта ракета имела незаурядные характеристики, ракета легкого класса (см. приложение 1). Полезная нагрузка составляла всего до 600 килограмм. Во время испытаний, двигатели то выключались, то взрывались.
К 2004 году двигатели стали работать стабильно.
В 2006 году состоялся первый запуск ракетоносителя Falcon 1. Ракета поднялась, стремительно устремилась в небо и на 25 секунде взорвалась. Упала недалеко от стартового стола. Причина была в разрушении гайки, к которой крепился топливопровод к двигателю.
Во время второго запуска, первая ступень отработала идеально. После разделения ступеней включился двигатель второй ступени. Но во время выработки топлива, топливо внутри баков начало плескаться, ступень начала раскачиваться и разрушилась.
Третий запуск был совершен в августе 2008 года. Во время третьего запуска, во время разделения ступеней, первая ступень не отошла от второй. Всё это произошло из-за того, что на третьей ракете был установлен двигатель с другим типом охлаждения.
Четвертый запуск был произведен спустя месяц после третьего запуска. В качестве полезной нагрузки, в отличие от первых запусках, не использовали спутник — в этом запуске использовался массогабаритный макет груза. В сентябре 2008 года первая и вторая ступень отработали идеально и вывели этот массогабаритный груз на орбиту с перигеем в 500 километров и апогеем в 700 километров вокруг Земли.
Следующим эволюционным шагом в компании SpaceX была ракета Falcon 9, которая использовала 9 двигателей Merlin в своих технологиях. И первая ракета из семейства Falcon 9 была ракета версии 1.1. (см. приложение 2). Falcon 9 (v 1.0) имела девять двигателей, которые располагались рядно. Ракета управлялась распределением тяги между двигателями по периметру. Двигатели не вращались, не использовалось управление за счет поворота двигателя. Система распределяла тягу, тем самым управляя движением. Таких ракет было построено 5 штук. После этого начали использовать новую версию ракеты Falcon 9 (v 1.1) В версии 1.1 были увеличены баки, самым заметным отличием был переход от рядного расположения двигателей к кольцевому расположению (см. приложение 3,5). Кольцевое расположение позволило разместить центральный двигатель на подвесе, за счет чего управление стало осуществляться поворотом центрального двигателя. Это было нужно для того, чтобы в дальнейшем возвращать ступень на Землю. Таких ракет из 19 запусков на текущий момент — 5 запусков версии 1.0, а остальные 14 — версии 1.1.
Следующая стадия — версия 1.2 (Falcon 9 v 1.2). Коренное отличие ракеты — это использование переохлажденного окислителя кислорода. Криогенный кислород пропускают через специальное устройство, через жидкий азот, за счет чего он охлаждается примерно до температуры около -215 градусов по Цельсию. Это увеличивает плотность окислителя на 7%, соответственно позволяет поместить в ракету больше окислителя по массе. Топливо теперь тоже охлаждается до температуры -30 градусов по Цельсию — это увеличивает эффективность системы охлаждения ракеты. Falcon 9 версии 1.2 планируется в трех вариантах (см. приложение 6). Первая версия — версия с кораблем Dragon 1, вторая — версия с кораблем Dragon 2, конструируемым сейчас и третья версия — версия с обтекателями для полезной нагрузки, чтобы выводить спутники на орбиту. Новая версия позволила увеличить массу полезной нагрузки примерно на 30%. Это нужно для того чтобы выводить тяжелые грузы на орбиту, и в каждый запуск устанавливать систему возврата ступени, которая занимает определенную массу и определенное топливо.
1.2. Перспективы ракетоносителей Space X
Продолжая знакомиться с проектом SpaceX, я выяснил, что следующим, не только качественным, но и количественным развитием ракет компании SpaceX является ракетоноситель Falcon Heavy (см. приложение 7). Ракета сверхтяжелого класса, центральный блок — Falcon 9 плюс два дополнительных разгонных блока, которые являются первыми ступенями ракеты. Все три части будут возвращаемыми на Землю. Первые две ступени планируется возвращать на берег, на посадочные площадки, третья ступень будет улетать немного дальше по своей баллистической траектории и поэтому планируется ее сажать на плавучий космодром — на баржу. Также в этой ракете будет использована уникальная система перекрестной подачи топлива. В чем она заключается — во время старта работают все три блока — это 27 двигателей (3х9), но топливо и окислитель берутся из двух крайних блоков, центральный остается целым до отстыковки крайних блоков. Во время их отстыковки топливо начинает расходоваться из центральной части и это позволяет улучшить характеристики ракеты. Самыми значительными изменениями в ракете является масса, которую она может выводить на орбиту. На низкоопорную орбиту это составляет 53 тонны — невероятная масса. На Марс — 13,2 тонны. Falcon Heavy будет способна доставить полностью загруженный корабль Dragon на Марс, и частично загруженный на Юпитер.
1.3. Двигатели, разработанные в компании SpaceX
Я узнал, что в компании SpaceX разработали простые двигатели Merlin, которые используют открытый цикл (см. приложение 9,12) Это означает то, что часть топлива и окислителя используется для нагнетания топлива в камеру сгорания. Используется газогенератор, в котором сгорает часть топлива и окислителя, раскручивая турбины, которые подают топливо под высоким давлением в камеру сгорания, а отработанные газы выходят через патрубок. В первой версии Falcon 1 изменение вектора этого выхлопа использовалось для управления ракетой.
Схема открытого цикла проста, надёжна, она недорогая в создании и использовании. Потому что в ней используется невысокое давление в камере сгорания — и это, с большим заделом на будущее, способствует использованию многоразовых систем.
Я выяснил, что двигатели Merlin имеют не такую уж и высокую тягу, как наш легендарный двигатель РД-108, и не самый высокий удельный импульс, который показывает эффективность работы двигателя (см. приложение 10)
Однако они имеют преимущество - тяговооруженность (см. приложение 11). Тяговооруженность - это сколько собственных масс двигатель может поднять. 157 единиц — для двигателя такой схемы это рекорд. Выше бывает только у ракет, которые используют токсичные виды топлива. Планируется, что двигатели будут возвращаться и использоваться повторно.
1.4. Reusable — многоразовость
Исследуя ракетоносители и двигатели компании, я узнал о проекте возвращаемой первой ступени ракетоносителей компании SpaceX (см. приложение 13). На самом деле, эта теория многоразового использования имеет как много сторонников, так и много противников. Но именно эта функция существенно удешевляет стоимость запусков РН компании SpaceX. Я выяснил, что таким способом стоимость запуска снижается на ~60%. И эти средства компания может вложить в свои будущие разработки и перспективы.
Работы над многоразовостью начали вестись в 2011 году на полигоне МакГрегор в штате Техас компании SpaceX. С использованием испытательного стенда, который назывался Grasshopper (Кузнечик ). Эта ракета, которая, по сути, представляла собой первую ступень РН Falcon 9. Почему Кузнечик? Кузнечик, потому что эта ракета «подпрыгивала», она делала подскоки и отрабатывала момент посадки ступени за счет изменения тяги двигателя и его вектора.
В 2014 году систему возврата начали ставить на действующие ракетоносители, которые запускались в рамках миссий SpaceX. В апреле 2014 года была предпринята первая попытка посадки ступени — не на поверхность, а просто в океан. Ракета подошла к поверхности воды на необходимой скорости, замедлилась и погрузилась в воду.
В 2015 году начались испытания с посадкой ступени на плавучую баржу-космодром, которая находилась в океане. На ней использовалось четыре дизельных двигателя, которые удерживали баржу в определенной точке, с точностью до нескольких метров и ступень садилась на эту баржу. Случай, когда была произведена попытка посадки, был в апреле 2015 года, тогда «почти получилось»: ракета подошла хорошо, она попала куда нужно, но в результате небольшого сноса она опрокинулась и взорвалась.
22 декабря был произведен запуск Falcon 9 v.1.2 FT, запуск был осуществлен впервые после аварии, произошедшей в июне 2015 года. В этот раз SpaceX впервые удалось осуществить управляемый спуск на землю нижней ступени ракеты-носителя Falcon 9 (см. приложение 13). Таким образом, компания смогла сохранить ее для повторного использования. Я узнал, что в данный момент ракета проходит необходимые тестирования для определения ее состояния после запуска и посадки. Данная ракета уже не полетит снова, — Илон Маск заявил, что они сохранят ее для собственного музея.
Подобные проекты пытались создать и наши соотечественники. В ГКНПЦ им. Хруничева совместно с НПО «Молния» разрабатывали «Байкал» (см. приложение 15) — проект многоразового ускорителя первой ступени ракеты-носителя Ангара. Основная идея проекта состояла в том, чтобы выполнивший задачу ракетный ускоритель, отделившись от носителя, автоматически возвращался к месту старта и приземлялся на самолётную взлётно-посадочную полосу как крылатый беспилотный летательный аппарат. Но, к сожалению, наш проект так и остался на стадии разработки. Разработчики показали макет ускорителя в 2001 году, на авиакосмическом салоне «МАКС - 2001».
1.5. Dragon
В 2004 году компания начала разрабатывать корабль Dragon, свой первый полёт он совершил в декабре 2010 года. Полезный объем составляет 11 кубических метров, также он способен перевозить груз в «багажнике», объем которого составляет 14 м 3 (см. приложение 16).
Я выяснил, что уникальность Dragon заключается в возможности возвращать грузы с МКС на Землю и это первый корабль, произведенный частной компанией, который пристыковался к МКС.
Dragon V2 - вторая версия корабля. В нем используется двигатели Super Draco, полностью напечатанные на 3D принтере. Два двигателя объединены в 1 кластер. Всего используется 4 кластера. Используя эти двигателя, корабль будет способен самостоятельно приземляться, не используя парашютов (см. приложение 17).
Я узнал, что в перспективе корабля Dragon — миссия «Mars 2020», в которой марсоход, созданный по аналогу существующего Curiosity , будет собирать в ёмкость образцы марсианского грунта, после чего доставит её к точке взлёта-посадки корабля Dragon, который доставит их на орбиту, а далее на Землю.
Заключение
Изучив информацию о проекте Space X, я выяснил, что перспективой проекта является использование новых двигателей Raptor, о которых пока ничего не известно. Эта ракета будет полностью многоразовой, первая и вторая ступени будут использоваться повторно. А доставлять на орбиту она будет Марсианский Колониальный Транспорт (см. приложение 18), который будет использоваться для доставки на Марс людей — на одном корабле будут помещаться около ста человек. На основании всех приведенных материалов я пришел к выводу, что в будущем можно будет использовать проект SpaceX для аэрокосмического транспорта.
Список использованной литературы и источников
1. Эшли Вэнс — Илон Маск. Tesla, SpaceX и дорога в будущее. (Издательство: Олимп-Бизнес; 2015 г.; ISBN 978-5-9693-0307-2, 978-0-06-230123-9, 978-59693-0330-0);
2. В.А. Афанасьев — Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов (Издательство: М.: Изд-во МАИ.; 1994 г.; ISBN: 5-7035-0318-3);
3. В. Максимовский — «Ангара-Байкал. О разгонном ракетном модуле многоразового использования »;
4. Официальный сайт SpaceX — ссылка ;
5. Официальный YouTube-канал SpaceX — ссылка ;
6. Материал из Википедии — ссылка .
Приложение
Приложение 1. Falcon 1.
Приложение 2. Эволюционный путь РН Falcon.
Приложение 3. Схема расположения двигателей Falcon9 v1.0 (слева) и v1.1 (справа).
Приложение 4. Falcon 9 версии 1.0 и 1.1.
Приложение 5. Расположение двигателей в версии 1.1.
Приложение 6. Falcon 9. трех типов: с космическим кораблем Dragon 1, космическим кораблем Dragon 2 и с обтекателем ПН.
Приложение 7. Falcon Heavy.
Приложение 8. Эволюция ракетоносителей компании SpaceX.
Приложение 9. Двигатель Merlin.
Приложение 10. Сравнение тяги двигателей Merlin 1, Vulcain, RS-25 и РД-108.
Приложение 11. Тяговооруженность Merlin 1D.
Приложение 12. Merlin 1D Vacuum.
Приложение 13.
Приложение 13.1.
Приложение 14. Схема полета и посадки ракеты.
Приложение 15 . МРУ "Ангара-Байкал"
Приложение 16. Космический корабль Dragon V1.
Приложение 17. Космический корабль Dragon V2.
Приложение 18. Арт-концепт Big Falcon Rocket.
Кузьминова Анастасия Олеговна
Возраст:
14 лет
Место учёбы:
г.Вологда, МОУ "СОШ №1 с углубленным изучением английского языка"
Город:
Вологда
Руководители:
Чуглова Анна Брониславовна
, педагог физики в старших классах МОУ "СОШ №1 с углубленным изучением английского языка";
Кузьминов Олег Александрович
.
Историко-исследовательская работа по теме:
КАКОЕ БУДУЩЕЕ У АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА?
План:
- 1. Введение
- 2. Основная часть
- 2.1 История развития аэрокосмических кораблей;
- 2.2 Перспективные транспортные корабли будущего;
- 2.3 Основные направления использования и развития перспективных транспортных систем (ПТС) ;
- 3. Вывод
- 4. Источники информации.
1.Введение
Впервые программу освоения космоса сформулировал К.Э.Циолковский, в которой ключевая роль принадлежит транспортным космическим системам. В настоящее время аэрокосмический транспорт используются для: научного исследования планет и космического пространства, решения военных задач, запуска искусственных спутников земли, строительства и обслуживание орбитальных станций и производств, транспортировки грузов в космосе, а так же в развитии космического туризма.
Космический корабль - это летательный аппарат, предназначенный для полета людей и перевозки грузов в космическом пространстве. Космические корабли для полета по околоземным орбитам, называют кораблями-спутниками, а для полета к другим небесным телам — межпланетными кораблями. На начальном этапе, транспортные космические корабли демонстрировали возможности космической техники и решения отдельных прикладных задач. В настоящее время перед ними стоят глобальные практические задачи, направленные на эффективное и рентабельное использование космоса.
Для достижения этих целей, необходимо решить следующие задачи:
Создание универсальных, многоразовых космических кораблей;
Использование силовых установок с более эффективными и недорогими видами топлива;
Увеличение грузоподъемности ПТС;
Экологическая и биологическая безопасность кораблей.
Актуальность:
Создание аэрокосмического транспорта будущего, позволит:
- летать, на сверхдальние, практически не ограниченные расстояния;
- активно осваивать околоземное пространство и другие планеты;
- укреплять обороноспособность нашего государства;
- создание космических электростанций и производств;
- создание крупных орбитальных комплексов;
- добывать и перерабатывать полезные ископаемые Луны и других планет;
- решение экологических проблем Земли;
- вывод искусственных спутников земли;
- развивать аэрокосмический туризм.
Цели и задачи:
- изучить историю развития космических кораблей России и США;
- сделать сравнительный анализ использования аэрокосмического транспорта будущего;
- рассмотреть основные направления использования ПТС (перспективных транспортных систем);
- определить перспективы развития транспортных систем.
2.Основная часть.
2.1 История развития аэрокосмических кораблей.
В 1903 году российский ученый К.Э.Циолковский спроектировал ракету для межпланетных сообщений.
Под руководством Сергея Павловича Королева, была создана первая в мире ракета Р-7 («Восток») , которая 4 октября 1957 года запустила в космос первый искусственный спутник Земли, а 12 апреля 1961 года, космический корабль совершил первый полет человека в космос.
На смену ракетам «Восток» пришло новое поколение одноразовых космических кораблей: «Союз», «Прогресс» и «Протон», их конструкция оказалась простой, надежной и дешевой, она применяется до сегодняшнего дня, и будет использоваться в ближайшем будущем.
«Союз» сильно отличался от ракеты «Восток» большими размерами, внутренним объемом и новыми бортовыми системами, которые позволяли решать задачи, связанные с созданием орбитальных станций. Первый запуск ракеты состоялся 23 апреля 1967 года. На базе космического корабля «Союз» была создана серия транспортным беспилотных грузовых космических кораблей « Прогресс», которая обеспечивала доставку грузов на космическую станцию. Первый запуск состоялся 20 января 1978 года. «Протон» - ракета-носитель (РН) тяжёлого класса, предназначена для выведения в Космос орбитальных станций, пилотируемых космических кораблей, тяжелых спутников Земли и межпланетных станций. Первый запуск осуществился 16 июля 1965 года.
Среди американских космических кораблей хотелось отметить «Аполлон» - единственный на данный момент космический корабль в истории, на которых люди покидали пределы низкой околоземной орбиты, преодолевали притяжения Земли, совершали успешную посадку астронавтов на Луну и возращение их на Землю. Корабль состоит из основного блока и лунного модуля (посадочная и взлетная ступени), в которой астронавты совершают посадки и стартуют с Луны. С 1968 по 1975 было запущено в небо 15 космических кораблей.
В далеких 70-х годах инженеры мечтали создать космические корабли будущего, которые в состоянии были бы перевозить грузы и людей на орбиту, а затем благополучно возвращаться на Землю, и заново быть в строю. Американской разработкой был многоразовый транспортный корабль «Спейс Шаттл», который планировалось использовать, как челнок между Землей и околоземной орбитой, доставляя полезные грузы и людей туда и обратно.Полеты в космос осуществлялись 135 раз с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года.
Советско-российской разработкой стал многоразовый транспортный крылатый космический корабль «Буран». Важным шагом на пути освоения космического пространства стала разработка универсальной ракетно-космической системы многоразового использования «Энергия-Буран». Которая состоит из сверхмощного ракетоносителя «Энергия» и орбитального многоразового корабля «Буран».
Данный корабль способен доставлять на орбиту до 30 тонн груза. Орбитальный корабль «Буран» предназначен для выполнения транспортных и военных задач, а так же орбитальных операций в космосе. После выполнения задач, корабль способен самостоятельно производить спуск в атмосфере, и горизонтальную посадку на аэродром. Первый полет совершил 15 ноября 1988 года. Проекты многоразовых космических кораблей дорогостоящие, и в настоящее время ученые совершенствуют и снижают эксплуатационные затраты, которые эффективно позволят использовать данный тип космических кораблей в будущем при создании космических производств, многоразовые корабли будут экономически эффективны, так как потребуется интенсивная эксплуатация транспортных систем.
2.2 Перспективные транспортные корабли будущего.
В настоящее время космическая отрасль не стоит на месте, и создается много новых и перспективных транспортных кораблей будущего:
Космический ракетный комплекс «Ангара» - семейство разрабатываемых перспективных ракет-носителей модульного типа с многоразовыми кислородно-керосиновыми двигателями. Ракеты предполагаются 4-х классов (лёгкий, средний, тяжелый и сверхтяжелый). Мощность этой ракеты реализуется с помощью различного числа универсальных ракетных модулей (от 1 до 7), в зависимости от класса ракеты. Первый запуск ракеты, легкого класса состоялся 9 июля 2014 года. Запуск ракеты тяжелого класса «Ангара-5» состоялся 23 декабря 2014 года.
Достоинства ракетоносителя Ангара:
- быстрая сборка ракеты из готовых модулей, в зависимости от требуемой грузоподъемности;
- запуск ракеты адаптирован с российских космодромов;
- ракета полностью производится из российских комплектующих;
- используется экологически чистое топливо;
- в перспективе, планируется выпуск двигателя первой ступени в многоразовом исполнении.
Многоразовые транспортные системы («Русь»). Перспективная пилотируемая транспортная система (ППТС) «Русь»- многоцелевой пилотируемый многоразовый космический корабль. ППТС будет выполнен в модульном исполнении базового корабля в виде функционально законченных элементов - возвращаемого аппарата и двигательного отсека. Корабль планируется бескрылым, с многоразовой возвращаемой частью усечено-конической формы. Первый запуск планируется к 2020 году.
Создан для выполнения следующих задач:
- обеспечение национальной безопасности;
- беспрепятственный доступ в космос;
- расширение задач космических производств;
- полет и посадка на Луну.
Пилотируемый многоразовый космический корабль «Орион» (США).
Корабль планируется бескрылым, с многоразовой возвращаемой частью усечено-конической формы. Предназначен для доставки людей и грузов в космос, а так же для полетов к Луне и Марсу. Первый запуск осуществился 5 декабря 2014 года. Корабль удалился на расстояние 5,8 тысяч км, а затем вернулся обратно на Землю. При возращении, корабль прошел плотные слои атмосферы со скоростью 32 тысячи км\ч, а температура поверхности корабля достигала 2,2 тысяч градусов. Все испытания космический аппарат выдержал, а значит пригоден для полетов с людьми на дальние расстояния. Начало полетов к другим планетам планируется на 2019-2020 г.
Многоразовый транспортный космический корабль « Dragon Space X » (США).
Предназначен для транспортировки полезных грузов и людей. Первый полет состоялся 1 декабря 2010 года. На борту может находиться экипаж до 7 человек и 2 тонны полезных грузов. Длительность полетов: от 1 неделе до 2 лет. Успешно эксплуатируется и планируется выпуск транспортного корабля в различных модификациях. Основным недостатком является дорогостоящая эксплуатация данного типа космических кораблей. В ближайшем будущем на «Dragon Space X» планируется многократное использование первой и второй ступени, что существенно позволит удешевить космические запуски.
Рассмотрим перспективные транспортные космические корабли, которые будут летать на сверхдальние расстояния .
Межпланетный космический корабль «Пилигрим». В США создана программа NASA (национальное управление по воздухоплаванию и следованию космического пространства) по проектированию межпланетного космического корабля, на базе миниатюрного ядерного реактора. Планируется, что силовая двигательная установка будет комбинированная и атомный реактор начнет работать, когда корабль покинет орбиту земли. Кроме того после выполненной миссии корабль будет выведен на траекторию, на которой он будет удаляться от нашей земли. Такой тип энергоустановки является очень надежным и не окажет негативного влияния на окружающую среду земли.
Наша страна является мировым лидером в области космической энергетики. В настоящее время разрабатывается транспортно-энергетический модуль на основе ядерно-энергетической силовой установки мегаваттного класса. Над данной программой работают практически весь научный потенциал России. Запуск космического корабля с ядерной энергоустановкой планируется в 2020 году. Такой вид энергоустановки сможет работать длительное время без заправки топливом. Транспортные корабли с АЭУ (атомной энергоустановкой) смогут летать на сверхдальние, практически не ограниченные расстояния, и позволят освоению дальнего космоса.
Сравнительная таблица перспективных космических кораблей.
|
Космический корабль |
Страна |
Дальность полета |
Двигатель |
Грузоподъемность |
Дата первого запуска |
|
|
Космический ракетный комплекс «Ангара» |
Ракета-носитель (многоразовый) |
Кислородно-керосиновый |
От 1,5 до 35 т |
|||
|
Многоразовые транспортные системы «Русь» |
Пилотируемый, многоразовый |
планетная; Луна, Марс |
топливный |
|||
|
«Орион» |
Пилотируемый, многоразовый |
Луна, Марс |
||||
|
« Dragon Space X » |
Пилотируемый, многоразовый |
|||||
|
«Пилигрим» |
Многоразовый |
планетная |
Ядерный, комбинированный |
|||
|
Транспортно-энергетический модуль |
многоразовый |
дальние расстояния |
Ядерный, комбинированный |
Наиболее перспективным транспортным кораблем будущего, является корабль с атомной энергосиловой установкой, т.к. он имеет энергоемкий двигатель, и может летать на сверхдальние расстояния. Ядерная система превосходит в 3 раза обычные установки. После решения вопросов с безопасной эксплуатацией, данный тип кораблей сможет сделать прорыв в изучении космического пространства.
2.3 Основные направления использования и развития ПТС (перспективных транспортных систем)
|
Основные направление использования ПТС |
||||||||
|
Научное |
Промышленное |
Туристическое |
Военное |
|||||
|
Исследование космоса и др. планет |
Исследование и научные работы в космосе |
Вывод грузов и спутников Земли на околоземную орбиту |
Строит-во и обслуживание орбитальных комплексов |
Создание и обслуживание космических электростанций и производств |
Перемещение полезных грузов с других планет |
|||
Для создания аэрокосмического транспорта будущего, необходимо решить следующие задачи:
- силовые установки ТС должны быть оснащены более емкими источниками энергии, по сравнению с используемым сейчас топливом (ядерные энергосиловые установки, плазменные и ионные двигатели);
- перспективные силовые установки должны быть модульного исполнения, в зависимости от дальности полетов. Силовые установки должны выполняться малой, средней и большой мощности. Малая - для обслуживания околоземных орбит, средняя - транспортировка грузов на Луну и др. ближних планет, большая - для полетов межпланетных комплексов на Марс и др. дальние планеты. Межпланетные пилотируемые комплексы на дальние расстояния, из-за большого веса, должны собираться из модулей на околоземной орбите. Стыковка этих модулей должна производиться автоматически, без участия человека.
- перспективные системы должны обладать высокой степенью надежности, для обеспечения экологической безопасности;
Космические корабли должны выполняться в пилотируемых и беспилотных режимах, с возможностью дистанционного управления с Земли. Для выполнения пилотируемых полетов космические межпланетные корабли должны иметь все виды защит, для нормального существования всех членов экипажа.
3. Вывод
В работе приведены примеры последних перспективных разработок транспортных систем России и США, которые будут строиться по следующим принципам:
Универсальное модульное исполнение;
Использование энергоэффективных силовых установок;
Возможность сборки модулей в космосе;
Высокая степень автоматизации ТС;
Возможность дистанционного управления;
Экологическая безопасность;
Безопасная эксплуатация корабля и членов экипажа.
После решения этих задач, ПТС позволят активно осваивать космическое пространство, создавать производства в космосе, развивать космический туризм, решать научные и военные задачи.
Несмотря на то, что удалось собрать немало информации, работу хотелось бы продолжить по следующим направлениям:
Применение новых видов топлива на ПТС;
Совершенствование систем безопасной эксплуатации комических кораблей будущего.
4. Источники информации:
1. Ангара - ракета-носитель, - Википедия - свободная интернет энциклопедия, https://ru.wikipedia.org/wiki/ангара_(ракета-носитель), дата обращения 29.11.2014;
2. Грязнов Г.М. Космическая атомная энергетика и новые технологии (Записки директора), -М:ФГУП «ЦНИИатоминформ», 2007;
3. Емельяненков А. Буксир в невесомость, - Российская газета, http://www.rg.ru/2012/10/03/raketa.html, дата обращения 01.12.2014;
4. Королев Сергей Павлович, - Википедия - свободная энциклопедия, https://ru.wikipedua.org/wiki/Королев,_Сергей Павлович, дата обращения 28.11.2014;
5. Космический корабль «Орион», - Объектив Х, за гранью видимого, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskiy_korabl_orion.html, дата обращения - 02.12.2014;
6. Космический корабль Русь, - Объектив Х, за гранью видимого, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskij-korabl-rus.html, дата обращения 02.12.2014;
7. Легостаев В.П., Лопота В.А., Синявский В.В. Перспективы и эффективность применения космических ядерно-энергетических установок и ядерных электроракетных двигательных установок, - Космическая техника и технология №1 2013 г., Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П Королева, http://www.energia.ru/ktt/archive/2013/01-01.pdf, дата обращения 23.11.2014;
8. Перспективная пилотируемая транспортная система, -Википедия - свободная интернет энциклопедия, https://ru.wikipedia.org/wiki/перспективная_пилотируемая_тринаспортная_система, дата обращения 24.11.2014;
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ
Аэрокосмический
транспорт к V Л VI11Р ГП
Мощным толчком ракета вертикально поднимается со стартовой площадки и уходит ввысь... Эта привычная с 1960-х гг. картина в скором времени может кануть в Лету. На смену одноразовым космическим системам и «челнокам» должно прийти новое поколение аппаратов - воздушно-космические самолеты, которые будут обладать способностью взлетать и приземляться горизонтально, подобно обычным авиалайнерам
Ч - . , " Л* „ - , (/
3. КРАУЗЕ. А. М. ХАРИТОНОВ
КРАУЗЕ Эгон - заслуженный профессор, СП 973 по 1998 гг. - директор Аэродинамического института Рейн-Вестфапьской технической высшей школы (ГОАШ^" (Ах^н, Германия). Лауреат премии Общества Макса Дланка, по.ч®ный доктор Сибирского отделения РАН ~
XAPMTOHCJP Анатолий. Михайлович - доктор технических наук, профёссдИглабный научный сотрудник Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН (Новосибирск). Заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии Совета Министров СССР (1985). Автор и соавтор около 150 научных работ и 2 патентов
альнейшее развитие космонавтики определяется необходимостью интенсивной эксплуатации космических станций, развития систем глобальной связи и навигации, мониторинга окружающей среды в планетарном масштабе. Для этих целей в ведущих странах мира ведутся разработки воз-дуишо-космических самолетов (ВКС) многократного использования, которые позволят существенно снизить стоимость доставки грузов и людей на орбиту. Это ¡будут системы, характеризующиеся возможностями, [наиболее актуальные из которых следующие:
Многоразовое использование для вывода на орбиту производственных и научно-технических грузов с относительно небольшим промежутком времени между повторными вылетами;
Возвращение аварийных и отработавших конструкций, засоряющих космос;
Спасение экипажей орбитальных станций и космических кораблей в аварийных ситуациях;
Срочная разведка районов стихийных бедствий и катастроф в любой точке земного шара.
В странах с развитыми авиационно-космическими
технологиями достигнуты большие успехи в области высоких скоростей полета, которые определяют потенциальную возможность создания широкого спектра гиперзвуковых воздушно-реактивных самолетов. Есть все основания полагать, что в будущем пилотируемая авиация освоит скорости от чисел Маха М = 4-6 до М = 12-15 (пока держится рекорд М = 6,7, установленный еще в 1967 г. американским экспериментальным самолетом Х-15 с ракетным двигателем).
Если говорить о гражданской авиации, то освоение больших скоростей чрезвычайно важно для интенсификации пассажирских перевозок и деловых связей. Гиперзвуковые пассажирские самолеты с числом Маха 6 смогут обеспечить малоутомительную продолжительность перелета (не более 4 часов) на международных маршрутах с дальностью около 10 тыс. км, таких как Европа (Париж) - Южная Америка (Сан-Паулу), Европа (Лондон) - Индия, США (Нью-Йорк) - Япония. Вспомним, что время полета сверхзвукового «Конкорда» от Нью-Йорка до Парижа составляло около 3 часов, а «Боинг-747» затрачивает на этом маршруте около 6,5 часа. Самолеты будущего с числом Маха 10
СЛОВАРЬ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ
Число Маха - параметр, характеризующий, во сколько раз скорость летательного аппарата (или газового потока) больше скорости звука Гиперзвуковая скорость - нестрогий термин для обозначения скорости с числом Маха, превышающим 4 5 Число Рейнольдса - параметр, характеризующий соотношение между силами инерции и силами вязкости в потоке
Угол атаки - наклон плоскости крыла к линии полета Скачок уплотнения (ударная волна) - узкая область течения, в которой происходит резкое падение скорости сверхзвукового газового потока, приводящее к скачкообразному увеличению плотности Волна разрежения - область течения, в которой происходит резкое уменьшение плотности газовой среды
Схема модели двухступенчатой аэрокосмической системы Е1_АС-ЕОЭ. Эти аппараты будут взлетать и садиться горизонтально, подобно обычным самолетам. Предполагается, что длина полномасштабной конфигурации составит 75 м, а размах крыла - 38 м. По: (Рейбл, Якобе, 2005)
за 4 часа смогут преодолеть 16-17 тыс. км, совершив беспосадочный перелет, например, из США или Европы в Австралию.
ГТайа маоТай
Для гиперзвуковых самолетов необходимы новые технологии, совершенно отличные от тех, которые присущи современным самолетам и вертикально взлетающим космическим аппаратам. Конечно, ракетный
двигатель производит большую тягу но он расходует горючее в огромных количествах, и к тому же ракета должна нести окислитель на борту. Поэтому использование ракет в атмосфере ограничивается кратковременными полетами.
Стремление решить эти сложные технические задачи привело к разработке различных концепций космических транспортных систем. Принципиальным направлением, которое активно исследуется ведущими аэрокосмическими фирмами мира, является одноступенчатый В КС. Такой воздушно-космический самолет, взлетая с обычного аэродрома, может обеспечить доставку на околоземную орбиту полезной нагрузки, составляющей около 3% от взлетного веса. Другая концепция многоразовых систем - двухступенчатые аппараты. В этом случае первая ступень оснащается воздушно-реактивным двигателем, а вторая - является орбитальной, и разделение ступеней осуществляется в диапазоне чисел Маха от 6 до 12 на высотах около 30 км.
В 1980-1990 гг. проекты ВКС разрабатывались в США (NASP), Англии (HOTOL), ФРГ (Sänger), Франции (STS-2000, STAR-H), России (ВКС НИИ-1, «Спираль», Ту-2000). В 1989 г. по инициативе Немецкого исследовательского общества (DFG) начались совместные исследования трех германских центров:
Рейн-Вестфальской технической высшей школы в Ахене, Технического университета Мюнхена и Университета Штутгарта. Эти центры, спонсируемые DFG, провели долгосрочную программу исследований, включающую изучение фундаментальных вопросов, необходимых для проектирования космических транспортных систем, таких как общая разработка, аэродинамика, термодинамика, механика полета, двигатель, материалы и пр. Значительная часть работ по экспериментальной аэродинамике была выполнена в сотрудничестве с Институтом теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН. Организация и координация всех исследовательских работ осуществлялись комитетом, который в течение десяти лет возглавлял один из авторов настоящей статьи (Э. Краузе). Мы предлагаем вниманию читателя ряд наиболее наглядных визуальных материалов, иллюстрирующих некоторые результаты, полученные в рамках этого проекта в области аэродинамики.
Полет двухступенчатой системы ELAC-EOS должен охватывать широчайший диапазон скоростей: от преодоления звукового барьера (М = 1) до отделения орбитальной ступени (М = 7) и выхода ее на околоземную орбиту (М = 25). По: (Рейбл, Якобе, 2005)
Звуковой барьер Число Маха
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ
Большая модель ELAC 1 (длиной более 6 м) в рабочей части германско-голландской аэродинамической трубы DNW малых скоростей. По: (Рейбл, Якобе, 2005)
Aaóóñóó"i áí^áóáy ñeñóálá ELAC-EOS
Для исследований была предложена концепция двухступенчатого аэрокосмического аппарата (несущая ступень называлась по-немецки ELAC, орбитальная - EOS). Топливо - жидкий водород. Предполагалось, что полномасштабная конфигурация ELAC будет иметь длину 75 м, размах крыла - 38 м и большой г/гол стреловидности. При этом длина ступени EOS составляет 34 м, а размах крыла - 18 м. Орбитальная ступень имеет эллиптическую носовую часть, центральный корпус с полуцилиндрической верхней стороной и один киль в плоскости симметрии. На верхней поверхности первой ступени имеется углубление, в котором размещена орбитальная ступень при наборе высоты. Хотя оно неглубокое, при гиперзвуковых скоростях во время разделения (М = 7) оказывает существенное влияние на характеристики потока.
Для проведения теоретических и экспериментальных исследований были спроектированы и изготовлены несколько моделей несущей и орбитальной ступеней в масштабе 1:150. Для испытаний при малых скоростях в германско-голландской аэродинамической трубе DNW была сделана большая модель исследуемой конфигурации в масштабе 1:12 (длина более 6 м, масса около 1600 кг).
Aegóáeegáóey ñaáSógaóeá
Полет со сверхзвуковой скоростью представляет для исследователя большую сложность, поскольку сопровождается формированием ударных волн, или скачков уплотнения, а летательный аппарат в таком полете проходит несколько режимов обтекания (с различными локальными структурами), сопровождающихся ростом тепловых потоков.
Эта задача в проекте ELAC-EOS исследовалась и экспериментально, и численно. Большинство экспериментов было проведено в аэродинами-
Маслосажевая картина линий тока на поверхности модели ELAC 1, полученная в аэродинамической трубе Т-313 Института теоретической и прикладной механики СО РАН. По: (Krause et al., 1999)
Сравнение результатов численного моделирования вихревых структур на подветренной стороне модели Е1.АС 1 (справа) и экспериментальной визуализации методом лазерного ножа (слева). Результаты численного расчета получены решением уравнений Навье-Стокса для ламинарного течения при числе Маха М = 2, числе Рейнольдса Йе = 4 10е и угле атаки а = 24°. Расчетные вихревые картины похожи на наблюдаемые экспериментально; имеются различия в поперечных формах отдельных вихрей. Заметим, что набегающий поток перпендикулярен плоскости картинки. По: (ЭКотЬегд е? а/., 1996)
ческой трубе Т-313 ИТПМ СО РАН в Новосибирске. Число Маха набегающего потока в этих экспериментах изменялось в диапазоне 2 < М < 4, число Рейнольдса - 25 106 < Ие < 56 106, а г/гол атаки - в диапазоне - 3° < а < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация линий тока на поверхности модели.
Полученные результаты в числе прочего ясно демонстрируют образование вихрей на подветренной стороне. Панорамные картины течений на поверхности модели визуализировались посредством покрытия специальными жидкостями или маслосажевой смесью. В типичном примере маслосажевой визуализации видно, как поверхностные линии тока сворачивают внутрь от передней кромки крыла и стекаются в линию, ориентированную приблизительно в направлении течения. Наблюдаются также другие полосы, направленные в сторону центральной линии модели.
Эти четкие следы на подветренной стороне характеризуют поперечное течение, трехмерную структуру которого можно наблюдать с помощью метода лазерного ножа. С увеличением угла атаки поток воздуха перетекает с наветренной поверхности крыла на подветренную, формируя сложную вихревую систему. Отметим, что первичные вихри с пониженным давлением в ядре вносят положительный вклад в подъемную силу аппарата. Сам метод лазерного ножа основан на фотографировании когерентного излучения, рассеянного
Вихревой пузырь в переходном состоянии
Полностью развившаяся вихревая спираль
Процессы распада вихрей на подветренной стороне конфигурации ELAC 1 визуализировались посредством впрыска флуоресцентной краски. По: (Stromberg, Limberg, 1993)
¡Я ГОРИЗОНТЫ НАУКИ
на вводимых в поток твердых или жидких микрочастицах, распределение концентрации которых обусловливается структурой исследуемых течений. Когерентный источник света формируется в виде тонкой световой плоскости, что, собственно, и дало название методу. Интересно, что с точки зрения обеспечения необходимой контрастности изображения очень эффективными оказываются микрочастицы обычной воды (туман).
При определенных условиях ядра вихрей могут разрушаться, что уменьшает подъемную силу крыла. Этот процесс, называемый срывом вихря, развивается
по типу «пузырь» или «спираль», визуальные различия между которыми демонстрирует фотография, сделанная с помощью впрыска флуоресцентной краски. Обычно пузырьковый режим срыва вихря предшествует распаду по спиральному типу.
Полезную информацию о спектрах сверхзвукового обтекания летательных аппаратов дает теневой метод Теплера. С его помощью визуализируются неоднородности в газовых потоках, при этом особенно хорошо видны скачки уплотнения и волны разрежения.
Линзы основного объектива Проекционный объектив Экран (фотокамера)
Источник света V г Ч Неоднородность Нож Фуко " I
ТЕНЕВОЙ МЕТОД ТЕПЛЕРА
Еще в 1867 г. немецкий ученый А. Теплер предложил метод обнаружения оптических неоднородностей в прозрачных средах, который до сих пор не потерял актуальности в науке и технике. В частности, он широко применяется для исследования распределения плотности воздушных потоков при обтекании моделей летательных аппаратов в аэродинамических трубах.
Оптическая схема одной из реализаций метода представлена на рисунке. Пучок лучей от щелевого источника света системой линз направляется через исследуемый объект и фокусируется на кромке непрозрачной ширмы (так называемый нож Фуко). Если в исследуемом объекте нет оптических неоднородностей, то все лучи задерживаются ножом. При наличии неоднородностей лучи будут рассеиваться, и часть их, отклонившись, пройдет выше кромки ножа. Поставив за плоскостью ножа Фуко проекционный объектив, можно спроектировать эти лучи на экран (направить в фотокамеру) и получить изображение неоднородностей.
Рассмотренная простейшая схема позволяет визуализировать градиенты плотности среды, перпендикулярные кромке ножа, градиенты же плотности по другой координате приводят к смещению изображения вдоль кромки и не меняют освещенности экрана. Существуют различные модификации метода Теплера. Например, вместо ножа устанавливается оптический фильтр, состоящий из параллельных полосок разных цветов. Или используется круглая диафрагма с цветными секторами. В этом случае при отсутствии неоднородностей лучи из разных точек проходят через одно и то же место диафрагмы, поэтому все поле окрашено в один цвет. Появление неоднородностей обусловливает отклонение лучей, которые проходят через разные секторы, и изображения точек с различным отклонением света окрашиваются в соответствующие цвета.
Головной скачок уплотнения
Веер волн разрежения
Скачок уплотнения
Эта теневая картина обтекания модели ЕЬАС 1 получена оптическим методом Теплера в сверхзвуковой аэродинамической трубе в Ахене. По: (Нэпе! е? а/., 1993)
Теневая фотография обтекания модели Е1.АС 1 с воздухозаборником в гиперзвуковой ударной трубе (М = 7,3) в Ахене. Красивые радужные сполохи в правой нижней части снимка представляют собой хаотические течения внутри воздухозаборника. По: (Оливье и др., 1996)
Теоретическое распределение чисел Маха (скоростей) при обтекании двухступенчатой конфигурации Е1_АС-ЕОЭ (число Маха набегающего потока М = 4,04). По: (Брейтсамтер и др., 2005)
Наблюдалось хорошее согласие между расчетными и экспериментальными данными, что подтверждает надежность численного решения при прогнозировании гиперзвуковых течений. Пример расчетной картины распределения чисел Маха (скоростей) в потоке во время процесса разделения представлен на этой странице. На обетЖ^гФенях видны скачки уплотнения и локальные разрежения. У задней части конфигурации ЕЬАС 1С в реальности разрежения не будет, поскольку там разместится гиперзвуковой прямоточный воздуш-но-реактивный двигатель.
Разделение несущей и орбитальной ступеней - одна из самых трудных задач, рассмотренных в ходе работы над проектом ELAC-EOS. В целях безопасности маневрирования этот этап полета требует особенно.тщательного изучения. Численные исследования его * различных фаз были проведены в центре SFB 255 при Техническом университете Мюнхена, а вся экспериментальная работа выполнена в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН. Испытания в сверхзвуковой аэродинамической трубе Т-313 включали в себя визуализацию обтекания полной конфигурации и измерения аэродинамических характеристик и поверхностных давлений в процессе разделения ступеней.
Модель нижней ступени ELAC 1С отличалась от первоначального варианта ELAC 1 отсеком небольшой глубины, в котором должна располагаться орбитальная ступень во время взлета и набора высоты. Компьютерное моделирование проводилось при числе Маха набегающего потока М = 4,04, числе Рейнольдса -Re = 9,6 106 и нулевом угле атаки модели EOS.
целом можно сказать, что исследования аэродинамической концепции двухступенчатой систем ÜiELAC-EOS , инициированные Немецким исследовательским обществом DFG, оказались успешными. В результате обширного комплекса теоретических и экспериментальных работ, в которых участвовали научные центры Европы, Азии, Америки и Австралии, был выполнен полный расчет конфигурации, способной к горизонтальному взлету и посадке в стандартном аэропорту, решены аэродинамические
задачи полета с низкими, сверхзвуковыми и особенно гиперзвуковыми скоростями.
В настоящее время ясно, что создание перспективного аэрокосмического транспорта требует еще детальных исследований по разработке гиперзвуковых воздуш-но-реактивных двигателей, надежно работающих в широком диапазоне скоростей полета, высокоточных систем управления процессами разделения ступеней и посадки орбитального модуля, новых высокотемпературных материалов и т.д. Решение всех этих сложных научно-технических задач невозможно без объединения усилий ученых разных стран. И опыт данного проекта только подтверждает: долговременное международное сотрудничество становится неотъемлемым элементом аэрокосмических исследований.
Литература
Kharitonov А.М., Krause Е., Limberg W. et al.//J. Experiments in Fluids. - 1999. - V. 26. - P. 423.
Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. //J. Experiments in Fluids. - 2000. - V. 29. - P. 592.
Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. et al. // Proc. at X Int. Conference on the Methods of Aemphysical Research. Novosibirsk. - 2000. -V.1.- P. 53.
Krause E., Brodetsky M.D., Kharitonov A.M. // Proc. at WFAM Congress. Chicago, 2000.
Бродецкий М.Д., Краузе Э., Никифоров С.Б. и др. // ПМТФ. - 2001. - Т. 42. - С. 68.
Чуда не произошло, как и в начале третьего тысячелетия, когда мы, по Рэю Брэдбери, должны были колонизировать Марс. Часто говорят о пророчествах научной фантастики, но не нужно забывать и о неудачных прогнозах - катастрофически красивых, но все-таки провалах.
Где же летающие автомобили?
Техника под таким названием есть, но на деле это только гибрид машины с самолетом. И, хотя последние образцы выглядят футуристично , они весьма и весьма затратны и мало похожи на антигравитационный транспорт в «Пятом элементе». Ещё дальше от него другие разработки, схожие по устройству с вертолетом , или вовсе оснащённые парашютом и задним пропеллером . Тут скорее на ум приходит другая фантастика - Карлсон, который живет на крыше. Обаятельно, но инновационностью здесь и не пахнет.
В фильмах и компьютерных играх мелькала и другая версия индивидуального транспорта - реактивный ранец. Его, например, показывали в «Звездных войнах» и «Робокопе». Но и тут до массового употребления дело не дошло, и вряд ли скоро дойдёт - топлива хватает всего на полминуты полёта, причём эти объёмы обходятся в круглую сумму.
Сами мы, видимо, уже настолько не ждём чудес, что радуемся даже такому творению китайского инновационного гения, как «портальный автобус» . Зато он реален, как и монорельс в Москве или японский поезд, развивающий скорость до 603 км/ч .
И всё же, для человеческого воображения границы недопустимы. Научная фантастика прошлого, да и просто фантазии наших предков на тему будущего обрели особое очарование и новое наименование - «ретрофутуризм». Романтическая, восторженная любовь к технологиям и желание предвосхитить будущие открытия - это может сегодня и умилять, и вдохновлять.
Переизобрести колесо
Еще до того, как автомобиль захотели «поднять в воздух», возникали идеи его усовершенствовать. Причём в самом главном - изобрести колесо по-новому! Японский журнал в 1936 году представил концепт авто с шарами вместо обычных шин: по мнению авторов, эта идея обеспечила бы транспорту плавный ход. Не такая уж бессмысленная задумка, по мнению даже современных инженеров. В 2016 году подобную разработку представила американская компания Goodyear , крупнейший производитель шин.
Гигантомания родила другое воображаемое чудо техники - корабль на огромных колесах, который должен был, по мысли изобретателя, бороздить пески Сахары и решить проблему с транспортом в регионе. Борьба с самумами и прочими бедствиями пустынь, включая жару, была предусмотрена конструкцией, и инженер обещал «поездку, которая превратится в приятное путешествие по тем местам, где тысячи поколений боролись тщетно со стихийными силами и гибли в неравной борьбе». Так об этом писал журнал «Вокруг света» в 1927 году . Неизвестно, насколько удачной была идея - до воплощения дело все равно не дошло. Хотя можно предполагать, что на обещанное кондиционирование такой машины, да еще и на преодоление песков зубчатыми колесами уходила бы уйма ресурсов.
Для общественного пользования, правда, предлагались как раз компактные модели. В 1947 году инженер Эдуард Верейкен из Брюсселя запатентовал дицикл - самоходную коляску , состоявшую из двух огромных колес и открытой кабины посередине. Сам изобретатель утверждал, что транспорт может разгоняться до 185 км/ч - но верится в это с трудом. Да и безопасность пассажиров остается под вопросом. Только в шведском аналоге 1999 года за авторством Йонаса Бьеркхольтца были учтены все проблемы конструкции. Но используют его сейчас только для развлечения публики.
Поезда были другой излюбленной темой инженеров и мечтателей. Много надежд возлагали на монорельсы, хотя представляли их довольно необычно - например, так или вот так . Но и обычные поезда видели куда более совершенными в будущем - комфортабельными, просторными, да ещё и с видом на звёзды .
«Корабль пустыни» по версии 1927 года.
Каждому человеку - по вертолету!
Где фантазия разворачивалась на полную - так это летающий транспорт. Воображение наших предков породило и тарелочного вида самолёты , и самолёты с крыльями внизу и турбодвигателями в носовой части , и даже самолёты-подлодки . Всего не упомянешь - вы можете и самостоятельно посмотреть галереи на Reddit или подборки по ключевым словам на Pinterest .
Но что особенно трогает во всех этих проектах, так это вера в общедоступность транспорта будущего. Человек только-только покорил воздух, а американские журналы пишут: «Helicopters for Everybody!» («Вертолеты в каждый дом!»). И среди всех этих вырезок из прессы почти вековой давности можно увидеть рисунки личных самолетов. Тогда и правда ждали от будущего только стремления вверх, и научного прогресса, и качества жизни каждого.
Верится ли теперь в это, когда стоишь в час пик в пробке? Или когда трясёшься на верхней полке плацкартного вагона? Зажимая в руке смартфон, вычислительные мощности которого, как известно, выше оборудования NASA в 1969 году?
XXI век ещё не состоялся - уж точно не состоялся таким, как его ждали поклонники технического прогресса. Но будущее, как выяснилось, непредсказуемо. Медленными темпами, но оно приходит - предлагаем ознакомиться с футуристическим транспортом настоящего.
Сегодняшнее будущее
Сегвей стал одним из самых модных видов личного транспорта за последнее время, технологичным конкурентом для велосипедов и самокатов. В чем его футуристичность? «Рулить» вам придётся исключительно своим телом: гироскоп и другие датчики в его устройстве реагируют на наклон. И только поворачивать придется рукояткой или специальной колонкой. Полностью интуитивным является управление гироскутером и моноциклом - надо сказать, именно эти разновидности сегодня и популярны.
В Набережных Челнах и Москве сегвей использует даже полиция. Во многих городах появились пункты проката, где можно на время стать обладателем двухколесной «самоходной коляски» или моноцикла. На рынке моноцикл может стоить до полумиллиона рублей, но за 20-30 тысяч вполне реально купить заполучить моноцикл, выдерживающий без подзарядки 15 километров.
Другой представитель современного электротранспорта - электромобиль. Будучи изобретен ещё раньше привычных нам авто, работающих на топливе, он все ещё остаётся символом будущего. Причин тому много: и экономия ресурсов, и экологичность, и независимость от конъюнктуры нефтяного рынка. Прокатиться на электромобиле сегодня проще всего, особенно для жителей Москвы и Санкт-Петербурга: достаточно обратиться в службу такси, в автопарке которой есть такие модели. В Яндекс.Такси, например, не так давно появился одним из наиболее совершенных электрокаров, Tesla Model S. Возможности его впечатляющие: буквально за несколько секунд он способен разогнаться до 100 км/ч, при этом ход практически бесшумен.
Самый инновационный транспорт, который известен россиянам - это, конечно, московский монорельс, «тринадцатая ветка метро». В полной мере он начал функционировать еще в 2008 году, но даже сейчас не все жители регионов о нём слышали. Будто сошедший с тех же ретрофутуристических вырезок из журналов, но адаптированный к реалиям, монорельс - любимец публики. Поражает воображение и расположение дороги - это эстакада, то есть путь поезда полностью проходит над Москвой. Маршрут проходит от станции «Тимирязевская» до улицы Сергея Эйзенштейна. Правда, в последнее время ведутся разговоры о демонтаже пути, хотя последним словом пока остается предложение сделать из него «туристический объект» . С окупаемостью, как выяснилось, у этой экспериментальной дороги возникли серьезные проблемы.
Вот так, преодолевая трудности современного устройства мира, будущее все-таки медленно приближается. Ждут ли нас в ближайшие десятилетия левитирующие авто каждому и будка для телепортации в каждом дворе? Вряд ли. Будет ли транспорт будущего похож на то, что мы себе можем представить? Тоже вряд ли. И не так уж это и плохо.
Мы уже давно привыкли к наличию остановок общественного транспорта неподалеку от дома, к ежедневному отправлению от ближайшего вокзала десятков поездов, вылету из аэропортов самолетов. Пропади общедоступный транспорт - и привычный нам мир попросту рухнет! Но, привыкнув к удобству, мы начинаем требовать еще большего! Какое развитие нас ожидает?
Шоссе - трубы
Жуткий трафик - одна из ведущих проблем всех мегаполисов. Причиной их нередко является не только плохая организация транспортных развязок и магистралей, но и метеоусловия. Зачем ходить далеко: российские снегопады нередко приводят к коллапсам на дорогах.
Одно их наиболее эффективных решений - сокрытие основной части потоков транспорта под землей. Количество и размеры автомобильных туннелей с годами лишь растет. Но обходятся они дорого, да и ограничены в развитии ландшафтом. Эти проблемы можно решить, заменив тоннели на трубы!
Генри Лью, инженер и строитель из Америки, уже предложил свою разработку трубопровода для транспорта. По нему можно будет пересылать движимые электричеством крупные грузовые контейнеры. Рассматривали его проект для применения в Нью-Йорке, известном своими огромными пробками. Лишь в этом городе перенос грузовых перевозок в трубы сократит движение автомобилей лишь за год на десяток миллиардов миль. В итоге улучшится экологическая обстановка, снизится нагрузка на трассы мегаполиса. Про сохранность и своевременность доставки грузов также не следует забывать.
Перевозить в таких трубопроводах возможно также и людей. Подобную пассажирскую транспортную систему предложил Элон Маск, американский миллионер. В «Гиперпетлю» Маска войдет система трубопроводов, размещенных на эстакадах, диаметр которых превысит пару метров. В них планируется поддерживать низкое давление. В трубах планируется перемещение капсул, парящих чуть выше дна благодаря закачанному туда воздуху. Скорость капсул, благодаря электромагнитному импульсу, может достигать шести сотен километров за полчаса.
Полеты в поезде
Поезда будут развиваться, становясь все более вместительными и скоростными. Уже обсуждают невероятный по размаху проект трассы от Лондона до Пекина, подготовленный китайцами. Суперскоростную дорогу длиной в восемь - девять тысяч километров хотят построить к 2020-му году.
Поезда проедут под Ла-Маншем, далее - через Европу, Россию, Астану, Дальний Восток и Хабаровск. Оттуда - финальный переезд в Пекин. На всю дорогу потребуется пара суток, предел скорости - 320 км/ч. Отметим здесь, что российский «Сапсан» разгоняется лишь до 250 км/ч.
Но и эта скорость - не предел! Поезд «Маглев», названный от словосочетания Magnetic Levitation, запросто достигает скорости движения 581 км/ч. Поддерживаемый магнитным полем в воздухе, он летит над рельсами, а не едет по ним. В настоящее время эти поезда - редкая экзотика. Но в будущем такую технологию можно и развивать.
Автомобиль под водой: нереально, но он есть!
Революцию ждут и в водном транспорте. Эксперты исследуют проекты подводных скоростных аппаратов, а также подводных мотоциклов. Что уж говорить об индивидуальных подводных лодках!
Организованный в Швейцарии проект под названием sQuba создан для разработки оригинального автомобиля, умеющего съезжать в воду прямо с трассы и, двигаясь по волнам, даже погружаться в них! Затем машина может запросто вернуться на сушу, продолжив движение по дороге.
Конструкторы новинки были вдохновлены одной из кинолент о Джеймсе Бонде. Реальный подводный автомобиль, выставлялся в Женевском автосалоне в виде открытого спорткара. Эта модель очень легкая и позволяет экипажу покидать авто в случае опасности.
Движение под водой обеспечивается парой винтов, находящихся под задним бампером, а также - парой поворотных водометов около передних колесных арок. Все это работает при помощи электромоторов. Конечно, придется добавлять в модель водоустойчивый колпак, чтобы водитель и пассажиры не промокали.
Готовы отправляться в космос?
Авиация, не отставая от прочих видов транспорта, активно развивается. Отказавшись от сверхзвуковых лайнеров вроде «Конкорда», она решилась выйти в открытый космос. Британские конструкторы работают над космолетом, или иначе - орбитальным самолетом, под названием «Скайлон».
Он сможет подниматься на гибридном двигателе с аэродрома и достигать гиперзвуковой скорости, она превышает звуковую более, чем в пять раз. Добравшись до высоты в 26 километров, он перейдет на питание кислородом из своих же баков, а затем выйдет в космос. Приземление - подобно приземлению самолета. То есть никаких внешних ускорителей, разгонных ступеней или топливных сбрасываемых баков. На весь рейс понадобится лишь пара двигателей.
Работают пока над беспилотной версией «Скайлона». Такой космический носитель сможет вывести на орбиту 12 тонн груза. Заметим здесь, что «Союз», российская ракета, справляется лишь с семью тоннами. Использовать же космолет, в отличие от ракеты можно и многократно. В итоге стоимость доставок снизится в 15 раз.
Параллельно конструкторы размышляют над пилотируемым вариантом. Изменив конструкцию грузового отсека, создав системы безопасности и сделав иллюминаторы можно перевезти три сотни пассажиров. За четыре часа они обогнут всю планету! Экспериментальную модель запустят уже в 2019-ом году.
Удивительно, но все перечисленные нами виды транспорта футурологи описывали еще на заре двадцатого столетия. Они надеялись, что реализация их не за горами. Со сроками они ошиблись, пока все находится на стадии разработки. Но у нас есть отличная возможность - стать в будущем пассажиром одного из вышеперечисленных чудес техники.
