1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages

Наука и техника

Европейские космические транспортные средства: новые разработки

02.06.2008

Сегодня выпуск радиожурнала «Наука и техника» посвящен вопросам аэронавтики и космоплавания. А конкретно речь пойдет о создании новых космических транспортных средств. В связи с неизбежным снятием с эксплуатации американских космических челноков европейцы все чаще задумываются о поиске альтернативы отслужившим свой век шаттлам. Одной из таких альтернатив мог бы стать одноступенчатый космический корабль Skylon, разработкой которого занимаются инженеры британской компании Reaction Engines. Однако более реалистичным представляется проект создания общеевропейского космического корабля на базе уже проверенного в деле автоматического транспортного средства ATV, реализацией которого заняты конструкторы из аэрокосмического и оборонного концерна EADS Astrium.

Немецкий центр аэрокосмических иcследований в сотрудничестве с европейским аэрокосмическим и оборонным концерном EADS Astrium уже приступил к работе по модификации европейского космического корабля ATV. Цель конструкторов – создать транспортное средство, способное доставить материалы экспериментов с Международной космической станции на землю. В долгосрочной перспективе, по словам шефа Немецкого центра аэрокосмических исследований Яна Вёрнера (Jan Wörner), корабль сможет перевозить и пассажиров.

Мне представляется, что для начала нам следует организовать перевозку материалов с орбиты на Землю. Расчеты конструкторов и экономистов подтверждают принципиальную возможность создания капсулы, которую можно было бы отправить в космос при помощи ракеты Ариан-5. В эту капсулу мы намерены поместить полезный груз с Международной космической станции для его последующей транспортировки на Землю.

После того, как в 2010 году американское космическое агентство NASA снимет с эксплуатации космические челноки, исчезнет последняя возможность доставки результатов проведенных в космосе экспериментов на Землю. Европа могла бы решить эту проблему, указывает Эверт Дудок (Evert Dudok), шеф аэрокосмического концерна Astrium.

Мы заменим имеющийся у нас корабль ATV капсулой, которая подобно капсулам, использовавшимся при осуществлении американских лунных миссий «Аполлон», вернется на Землю. Скорость падения аппарата будет замедлена при помощи парашютов. А посадка будет произведена на воду в открытом море.

Над осуществлением этих планов космическая промышленность работает уже несколько лет. Идею перестройки автоматического транспортного средства ATV поддержал и Немецкий центр аэрокосмический исследований. По словам Яна Вёрнера, в конечном итоге, проект будет осуществляться не на национальном, а на европейском уровне.

Если этот проект заинтересует экспертов Европейского космического агентства, то вопрос о его реализации будет поставлен осенью этого года на конференции министров стран-участниц. В случае положительного решения, в ближайшие годы можно будет разработать и построить соответствующий корабль для транспортировки грузов с орбиты на Землю.

Наиболее сложная техническая проблема, стоящая перед конструкторами капсулы, касается разработки жароустойчивого щита, призванного защитить капсулу от воздействия высоких температур при прохождении через атмосферу. В этой области конструкторам уже удалось достичь значительных успехов. В последствии капсула займется транспортировкой не только материалов, но также и людей, что коренным образом изменит позиции Европу в освоении космоса. Ведь в настоящее время европейские астронавты для полетов в космос вынуждены пользоваться услугами американцев или русских. Говорит Ян Вёрнер:

Мы уже сегодня думаем о втором этапе проекта – транспортировке астронавтов. Важно, чтобы концепция космического корабля изначально предусматривала возможность дальнейшего его совершенствования и не была тупиковой. В случае успешного завершения первой фазы проекта – транспортировки материалов, мы сможем сказать: о-кей, первый шаг сделан, и теперь на основе накопленного опыта мы можем приступить ко второму этапу – транспортировке астронавтов.

Договор о сотрудничестве, который европейское космическое агентство ESA заключило с российским космическим агентством «Роскосмос», с целью создания пилотируемого космического корабля, пока что не принес желаемых результатов. Поэтому сегодня европейцам приходится полагаться на собственные силы. После завершения работ над созданием космической лаборатории «Колумбус», а также базисной версии автономного транспортного средства ATV, в бюджете европейского космического агентства ESA высвободилось около 150-200 миллионов евро в год. Этих средств достаточно для финансирования первой фазы нового проекта. Есть у Европы и подходящая ракета «Ариан-5», которая первоначально была спроектирована для доставки на орбиту космического планера «Гермес». Гермес так и не удалось построить, однако ракета Ариан-5 доказала свою надежность в ходе многочисленных запусков. В принципе, после внесения небольших изменений в конструкцию ракеты, ее можно использовать и для пилотируемых полетов. Так что с точки зрения техники, Европа в состоянии без особого труда догнать ведущие космические державы мира: Соединенные Штаты Америки и Россию. Теперь слово за политиками. Говорит Ян Вёрнер:

Реализация этих разработок свидетельствует о нашей готовности занять новую позицию в отношениях с партнерами при осуществлении будущих космических миссий. Я думаю, что нам пора сделать первые шаги в этом направлении.

Великобритания, несмотря на свое членство в Европейском космическом агентстве ЕSА, весьма сдержанно относится к начинаниям партнеров. У Объединенного королевства нет собственных астронавтов. Монархия не участвует в строительстве и эксплуатации Международной космической станции. Однако в последнее время обитатели Британских островов пересмотрели свою позицию. На недавнем заседании Британского межпланетного общества были представлены концепции как беспилотных, так и пилотируемых миссий, в осуществлении которых на общеевропейском уровне заинтересована Англия. Для реализации этих миссий британцы предлагают построить собственный космический корабль Skylon. Над этим проектом в настоящее время работают инженеры компании Reaction Engines. Слово техническому директору компании Ричарду Варвиллю (Richard Varvill).

Sk ylon – это космический корабль многоразового использования, состоящий из одной ступени. Конструкция его двигателей позволяет кораблю не только доставить полезный груз на околоземную орбиту, но и вернуться затем на землю. Его устройство напоминает устройство американского шаттла. Однако при этом Skylon намного дешевле и надежнее в эксплуатации. Полет осуществляется в автоматическом беспилотном режиме при помощи компьютера. Если же поместить на борт корабля системы жизнеобеспечения, то можно использовать его также для транспортировки астронавтов.

По сути дела Skylon является дальнейшей разработкой проекта HOTOL, финансирование которого было в свое время прекращено правительством Великобритании. Однако в конструкции нового корабля имеются существенные отличия. Напомню, что HOTOL должен был стартовать в космос со специальной железнодорожной тележки. Тем временем Skylon имеет убирающиеся в корпус корабля шасси. Эти шасси оснащены шинам высокого давления, для которых необходима и соответствующим образом усиленная стартовая полоса. Конструкторам Skylonа удалось устранить основной недостаток его предшественника – нестабильность, обусловленную тем, что на корабле HOTOL - двигатель был установлен в хвостовой части. Разместив моторы на крыльях, конструкторы добились того, что центр тяжести летательного аппарата сдвинулся вперед, что значительно улучшило его летные характеристики.

По большому счету, в идее, лежащей в основе конструкции космического корабля Skylon , ничего нового нет: это самолет, способный покинуть земную атмосферу, выйти в открытый космос и вернуться назад, без отстрела топливных баков или потери каких бы то ни было составных частей. Тем не менее, несмотря на обманчивую простоту этой идеи, пока еще никому не удалось построить одноступенчатый космический корабль. Особый интерес представляет двигатель, который забирает кислород из атмосферы, который в последствии соединяется с жидким водородом, имеющимся в топливных баках корабля.

Пока корабль не достиг скорости в пять с половиной Маха, мотор функционирует по принципу воздушно-реактивного двигателя, забирая необходимый для его работы кислород из окружающей атмосферы. Основная техническая сложность такого решения заключается в том, что на высоких скоростях атмосферный воздух, попадающий в воздушно-реактивный двигатель, нагревается до чрезмерно высоких температур, что может привести к оплавлению самого двигателя, сделанного из легкоплавких металлов. Использовать же более тяжелые жароустойчивые сплавы невыгодно, поскольку это снижает коэффициент тяговооруженности - отношения тяги двигателей к массе всего летательного аппарата.

Конструкторы двигателя SABRE решили проблему перегрева мотора следующим образом: непосредственно при заборе кислорода из атмосферы, поступающий в двигатель забортный воздух охлаждается до температуры немногим выше точки кипения при помощи сжиженного водорода, используемого в качестве второго компонента горючего. Интересно, что охлаждается воздух не непосредственно водородом, а гелием, который предварительно охлаждается жидким водородом. Зачем, спрашивается, промежуточный теплоноситель? Дело в том, что циркуляция гелия в системе теплообменников, компрессоров и турбин, вкупе с наличием предварительной камеры сгорания (где сжигается небольшая часть водорода в сжатом воздухе), обеспечивает энергией турбокомпрессор, который накачивает воздух в основную камеру сгорания. Кроме того, гелий может применяться для охлаждения частей самолёта и двигателя при полёте на скоростях, превышающих скорость звука.

Поскольку температура поступающего в двигатель воздуха остается невысокой, двигатель можно построить из легких сплавов, что позволяет вдвое сократить его вес. Кроме того, за счет забора воздуха непосредственно из атмосферы количество топлива на борту корабля не превышает одной пятой запаса, необходимого для работы обычного ракетного двигателя. Это в свою очередь позволяет использовать небольшие двигатели и обычные крылья, которые во время полета в атмосфере помогают кораблю более эффективно бороться с силой тяготения.

Двигатель Sabre способен "дышать" забортным воздухом вплоть до достижения летательным аппаратом скорости, в 5,5 раз превышающей скорость звука, или 26-километровой высоты. Дело в том, что при более высоких скоростях эффективность охлаждения мотора снижается, а на высоте 26-ти километров над уровнем моря атмосферный воздух становится слишком разреженным. Тогда забор кислорода из атмосферы прекращается, центральное тело в воздухозаборнике смещается вперёд, полностью закрывая входной канал, и двигатель переходит на чисто ракетный режим, питаясь жидким кислородом, имеющимся на борту

В этом режиме корабль в состоянии развить первую космическую скорость, которая позволяет преодолеть притяжение Земли и выйти на 400-километровую орбиту. Поразительно то, что Skylon довольствуется одним типом движка, который работает во всём диапазоне режимов – начиная с неспешного пробега по рулёжной дорожке аэродрома, и заканчивая выходом на орбиту.

После возвращения в атмосферу и прохождения самой горячей фазы спуска космоплан открывает воздухозаборники и вновь переходит на "воздушное дыхание", а затем совершает посадку на обычной полосе аэродрома.

Любопытен фюзеляж Skylonа, который конструкторы намерены выполнить из углепластика, поверх которого будет закреплена тонкая оболочка из керамики, усиленной, опять-таки, углеволокном. Эта оболочка способна защищать корпус от всех аэродинамических и тепловых нагрузок, причём её будет отделять от углепластикового фюзеляжа некий зазор, а крепиться керамика будет на упругих связях, позволяющих ей "дышать" (расширяться) во время нагрева при вхождении машины в атмосферу после космического рейса.

По своей форме фюзеляж Skylonа напоминает знаменитую сигарообразную футуристическую башню из стали, выставленную на всеобщее обозрение на выставке «Фестиваль Британии», проходившей в Лондоне в 51 году прошлого века. Длина корабля составляет 80 метров, ширина шесть. Полет осуществляется в полностью автоматическом режиме. Корабль в состоянии доставить 12 тонн полезного груза или 60 пассажиров на высоту в 400 километров над уровнем моря. Говорит Алан Бонд (Alan Bond) – глава компании Reaction Engines.

Для переоборудования грузового корабля в пассажирский необходим жилой модуль, который можно было бы поместить в транспортный отсек. В нижней части такого модуля будут находиться кислородные баллоны, системы жизнеобеспечения и багажное отделение. В верхней части предусмотрено место для пассажирского салона и туалетов. Мы убеждены, что и полностью автоматизированное судно, способно без особого риска доставить пассажиров на околоземную орбиту.

Если конструкторам корабля Skylon удастся заручиться поддержкой Европейского космического агентства, то для него найдутся многочисленные возможности применения: транспортировка грузов на околоземную орбиту, туристические полеты в космос, или доставка астронавтов на Международную космическую станцию.