21 088
13 декабря 2021 в 8:00
Автор: Виталий Олехнович

А что, если раскрутить ракету и, как камень, метнуть в небо? Таким может быть будущее космонавтики

Разыгрываем Playstation и Dyson в приложении Каталог Onlíner каждую пятницу

Что нового можно выдумать в ракетной отрасли? Заполняем несколько ступеней топливом, ставим на стартовый стол, поджигаем и надеемся, что все это не развалится в полете и доставит на орбиту целой и невредимой полезную нагрузку. Так человечество делает со времен запуска первого советского спутника. Американский стартап SpinLaunch предлагает метать ракеты с помощью высокотехнологичной пращи.

Этот космический стартап существует с 2014 года. В последние несколько лет завеса тайны над ним стала приподниматься, а нынешней осенью покров сорвали окончательно: в действии показали внутреннюю разработку — огромную вакуумную центрифугу, которая выплюнула в небо над американским штатом Нью-Мексико тестовую ракету.

В обычных ракетах бóльшая часть массы при взлете — это топливо. Очень много топлива, чтобы вывести совсем немного полезной нагрузки на орбиту. Подход SpinLaunch направлен на то, чтобы перевернуть «ракетное уравнение» с ног на голову. В итоге это драматично уменьшит размер ракеты, а также ее сложность и стоимость. Пока — в значительной степени лишь в теории, конечно же.

Забрасывать ракеты на орбиту собираются с помощью кинетической энергии вращения, которая в свою очередь генерируется благодаря электричеству, вырабатываемому ветром и солнцем.

Тут стоит сделать отступление и сказать, что те объемы топлива, которые сжигает ракета, чтобы оторваться от поверхности на первые десятки километров, это максимальное расточительство, с чем согласны буквально все. Есть разные идеи, как миновать этот этап, сделав запуск дешевле. Можно, например, доставлять ракету на высоту с помощью самолета-разгонщика, как это делает Virgin Galactic.

Другой пример, более близкий к нашим нынешним героям, — это проект HARP. Его в начале 1960-х годов запустили в США. Речь об огромных пушках, которые выстреливали ракеты в небо. Самая большая такая пушка, расположенная на Барбадосе, имела 40-метровый ствол и стреляла 180-килограммовыми снарядами на высоту до 180 км. Удивительная и совсем непростая штука, о которой стоит поговорить в отдельном ролике.

Тем не менее через несколько лет этот проект закрыли. Но идея с помощью кинетической энергии забрасывать ракеты на высоту не пропала.

Всю конструкцию величают суборбитальным ускорителем. Нынешняя версия — это всего лишь треть в диаметре от запланированной окончательной установки для коммерческих пусков. Но уже сейчас высота ускорителя, составляющая более 50 метров, внушает уважение. Авторы проекта говорят, что это тот размер, при котором компания может по-настоящему испытать свою технологию.

Внутри ускорителя в вакуумной камере находится вращающийся рычаг. На одном его конце закрепляют ракету с полезной нагрузкой, на другом — противовес, чтобы система не ушла в разбалансировку во время запуска. Все-таки раскручивать ракету приходится довольно долго, до очень высоких потенциальных скоростей. И если что-то в процессе раскрутки пойдет не так, и самой центрифуге, и близлежащим постройкам может грозить серьезная опасность.

Утверждается, что во время первого суборбитального полета тестовая ракета использовала около 20% мощности ускорителя и достигла испытательной высоты «в десятки тысяч футов». Формулировка размытая. Это может быть диапазон высот от 3 до 27 км.

Представители SpinLaunch не раскрыли четкой информации о том, с какой скоростью снаряд покинул вакуумную комнату. Но в теории коммерческие пуски будут осуществляться на скорости до 8000 км/ч. Как только вырвавшаяся из центрифуги ракета достигнет высоты в 61 км, включится двигатель, который разгонит ее до 28 000 км/ч — барьер первой космической скорости, за которым и лежит успешный вывод на орбиту.

На первой испытательной ракете не было двигателя. Его, как и другие внутренние системы, добавят в более поздних версиях. Говорят даже, что ракеты можно будет использовать повторно. Первую, мол, нашли, и она вполне подходит для дальнейших полетов и испытаний. А их в ближайшие полгода запланировано более 30. Все на суборбитальных высотах.

В теории система сможет доставлять на орбиту около 200 кг полезной нагрузки — несколько небольших спутников. А когда (и если) проект докажет свою коммерческую целесообразность, где-нибудь на американском побережье вырастет целая артиллерийская батарея центрифуг, которые будут выполнять по несколько десятков пусков в день. Звучит максимально амбициозно, но первый контракт с подразделением оборонных инноваций Пентагона на экспериментальный запуск на орбиту уже подписан. Правда, случится это еще не скоро.

Согласно прогнозам, такая система могла бы снизить стоимость вывода на орбиту космических аппаратов в 20 раз, до каких-то жалких $500 000.


цитата
Генеральный директор SpinLaunch Джонатан Яни:

«Это радикально другой способ ускорения снарядов и ракет-носителей до гиперзвуковых скоростей с использованием наземной системы. Речь идет о создании компании и системы космических запусков, которые будут выходить на коммерческие рынки с наименьшими затратами в отрасли для запуска»

Один из самых важных вопросов, который встал перед разработчиками архитектуры SpinLaunch на самом раннем этапе, — защита полезной начинки ракет от перегрузок. Специалисты изучали существующие промышленные образцы датчиков и систем с высоким ускорением. Среди них — беспилотные летательные аппараты с артиллерийским запуском, оборудованные выдвигающимися крыльями, силовой установкой и оптикой.

Не обошлось без практики. На 12-метровом прототипе, который был способен развивать нагрузку в 20 000 g, оценивали различные комплекты оборудования на ускорении в 10 000 g. Именно такие перегрузки в теории будет испытывать начинка во время запуска. Авторы системы утверждают, что испытуемые показали впечатляющую способность справляться с центростремительной средой.

Естественно, стандартные спутниковые системы придется адаптировать к таким нагрузкам, но материалы и процессы, которые используются в их производстве, подходят для кинетических запусков. Механизмы, батареи, силовые установки и даже солнечные панели можно юзать.

В тестах пошли дальше. По утверждениям самой компании, проверить которые нет возможности, даже немодифицированные смартфоны, экшен-камеры и объективы телескопов сохранились в итоге без повреждений.


Цитата
SpinLaunch о своих тестах:

«Из-за относительно небольшой массы резисторов, конденсаторов и электронных микросхем многие существующие конструкции можно эксплуатировать без каких-либо существенных модификаций».«Из-за относительно небольшой массы резисторов, конденсаторов и электронных микросхем многие существующие конструкции можно эксплуатировать без каких-либо существенных модификаций».

Другой важный нюанс — сопротивление воздуха. На выходе из вакуумной комнаты ракета встречается со средой, насыщенной атомами и молекулами. Для быстро движущегося объекта это как удар неудачного прыгуна в воду плашмя о ее поверхность. К счастью, ракеты не запускают плашмя, специальная аэродинамическая конструкция не дает им уничтожиться чересчур рано. Нижние слои атмосферы снаряд пересекает на чрезвычайно высокой скорости, неизбежно при этом разогреваясь.


цитата
SpinLaunch o тепловой нагрузке на ракету:

«Хотя ракета не повреждается при входе в атмосферу, мы спроектировали ее таким образом, чтобы она могла выдержать временные высокие температуры. Верхушка конструкции действует как теплоотвод, поглощая любые аэротермические нагрузки, которые возникают во время полета. Тепловая нагрузка меньше, чем в других промышленных примерах высокоскоростного полета».

Если все так просто, почему запускать ракеты, раскручивая их в центрифугах, не додумались раньше? Ну во-первых, человека в такую все-таки лучше не сажать. А во-вторых, только на нынешнем этапе развития науки и техники появились углеродное волокно и миниатюрная электроника, подходящие для кинетических запусков.

Надеемся, что спустя полгода тестовых запусков SpinLaunch сможет поделиться более детальной информацией о результатах своих тестов, поведении ракеты, достигнутых высотах и стабильности работы центрифуги. Мы продолжаем следить за проектом.


гирлянда, длина 20 м, 200 ламп, контроллер, IP20, провод прозрачный ПВХ
гирлянда, длина 20 м, 200 ламп, контроллер, IP20, провод прозрачный ПВХ
бахрома, 2.4x0.9 м, 186 ламп, контроллер, свечение динамическое, IP20, провод прозрачный ПВХ
дождь (занавес), 3x2 м, 300 ламп, контроллер, свечение динамическое, IP20
Нет в наличии

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ng@onliner.by

Автор: Виталий Олехнович