Новая технология в космическом транспорте
Сегодня выпуск радиожурнала «Наука и Техника» посвящен космоплаванию. В первой части передачи речь пойдет о работе американских конструкторов по созданию новых космических транспортных систем многоразового использования. Во второй части мы расскажем вам о планах европейцев по выработке единой согласованной политики в области исследования и использования космического пространства.
В этом году исполняется 50 лет со дня запуска в космос первого искусственного спутника Земли. А на пятидесятницу под девизом «50 лет исследования космоса» в американском городе Даллас в Техасе прошла «Международная конференция по космическому развитию». Одной из тем, обсуждавшихся на конгрессе, стал вопрос создания транспортных космических систем многоразового использования. Несмотря на то, что космические ракеты высоко надежны и работают исправно, устранить основные недостатки, имманентно присущие этому виду транспорта, пока что не представляется возможным. Во-первых, использовать ракеты можно обычно только один раз. Во-вторых, львиная доля всей массы ракеты составляет масса корпуса плюс масса ракетного топлива, на полезный груз остается совсем немного. Все это вкупе делает ракеты весьма дорогим удовольствием. Поэтому инженеры сегодня ломают голову над вопросом как снизить транспортные расходы, оставив саму транспортную систему на Земле. Одним из вариантов решения этой задачи мог бы стать электромагнитный ускоритель – своего рода пушка, которая бы отправляла грузы на околоземную орбиту.
Сразу после зажигания ракетного двигателя ускорение относительно невелико. Только после набора определенной высоты скорость возрастает. В случае с электромагнитным ускорителем дело обстоит иначе. Здесь процесс запуска напоминает скорее процесс, протекающий в огнестрельном оружии. Начальная скорость максимальна, затем она снижается за счет сопротивления воздушной среды. Основное достоинство электромагнитного ускорителя состоит в том, что сама пусковая установка остается на Земле, что позволяет значительно уменьшить количество топлива на борту самого летательного аппарата.
Поясняет Ян Мак-Наб (Ian McNab) из Института прогрессивных технологий при университете штата Техас в Остине. Основная задача, стоящая сегодня перед инженерами состоит в том, чтобы придать летательному аппарату ускорение, достаточное для преодоления силы притяжения Земли. Начальная скорость, необходимая для вывода снаряда на орбиту, составляет 11 километров в секунду. Чтобы придать снаряду это ускорение электромагнитная пушка должна обладать солидными размерами.
Подобная электромагнитная пусковая установка имеет вытянутую форму. Ее размеры зависят от перегрузок, которые в состоянии выдержать летательный аппарат. Если полезный груз в состоянии выдержать возникающие при большой начальной скорости перегрузки, то тогда длину ствола пушки можно уменьшить. Если же полезный груз слишком хрупок, то наоборот, длину пусковой установки придется увеличить. Мы рассчитываем на то, что в среднем длина ускорителя составит полтора километра.
За счет действия электромагнитных сил находящийся внутри ускорителя снаряд как бы парит в воздухе в подвешенном состоянии. В настоящее время Россия, Европа и Америка экспериментируют с подобного рода устройствами. Аэрокосмический и оборонный концерн EADS по заказу европейского космического агентства ЕSА проводит в Норвегии испытания системы рельсовой пушки Railgun.
Наиболее благоприятным местом для проведения наземного старта является какая-нибудь естественная возвышенность, расположенная вблизи от экватора. В этих широтах выпущенный из электромагнитной пушки снаряд сможет быстрее набрать необходимое ускорение, используя вращение Земли, скорость которого составляет 400 метров в секунду. В принципе подобную пусковую систему можно было бы установить и на борту самолета. Подняв электромагнитный ускоритель на высоту в 16 километров, можно будет практически полностью исключить эффект торможения снаряда в результате сопротивления воздушной среды.
«Нано-сателлит» – таково название, которое получил проект запуска миниатюрных спутников прямо из фюзеляжа самолета. Разработкой этой идеи занимаются в частности ученые из университета штата Вашингтон в Сиэтле. Карл Ноулин (Carl Knowlen) с аэрокосмического факультета университета в Сиэтле предлагает переделать прямоточный воздушно-реактивный двигатель в ускоритель для запуска сателлитов.
Для начала мы разгоним летательный аппарат до высокой скорости, примерно до 1000 километров в час. При этой скорости воздух, забираемый снаружи, сжимается внутри прямоточного воздушно-реактивного двигателя до необходимого уровня компрессии, за счет движения самолета. Тогда к нему добавляется топливо, и эта смесь самовоспламеняется. Возникающее при этом давление газов, используется для создания реактивной тяги и продвижения машины вперед.
Надо сказать, что подобного рода двигатели не годятся для придания первоначального ускорения, поскольку у них нет статичной тяги. Для того, чтобы их запустить, нужно чтобы летательный аппарат набрал относительно высокую скорость. Обычно их используют на скорости от двух махов и выше. Основное их отличие прямоточных воздушно-реактивных двигателей от обычных ракетных двигателей состоит в их более высокой эффективности при сжигании топлива. Дело в том, что они в качестве окислителя они используют кислород, забираемый непосредственно при движении самолета из атмосферы Земли. Это позволяет экономнее расходовать горючее. Основной минус прямоточных воздушно-реактивных двигателей состоит в том, что в безвоздушном пространстве их применение невозможно.
Американское космическое, агентство НАСА уже провело испытание двигателей такого рода на ракетных самолетах. Однако об использовании их в качестве ускорителя для запуска снарядов ранее не было и речи. В ходе первых экспериментов ученым из университета штата Вашингтон удалось разогнать 300-килограмовый снаряд до скорости в 6 километров в секунду. Этого, однако, недостаточно для того, чтобы преодолеть силу притяжения Земли. Поэтому в качестве дополнительного привода инженеры предлагают использовать обычный ракетный двигатель, который в конечном итоге и выведет полезный груз на околоземную орбиту.
А теперь к другой теме.
Более 30 лет Европа принимает активное участие в исследовании космоса. При этом успехи имеются практически во всех областях, начиная с изучения далеких планет и проведения наблюдений из космоса за Землей и заканчивая созданием новых сетей спутниковой связи и практическим применением полученных в космосе знаний на Земле. Тем не менее, вплоть до последнего времени европейские государства действовали обособленно. Теперь же у европейцев появился шанс выработать единую европейскую политику по исследованию и использованию космического пространства. В конце мая Брюссель созвал первый европейский космический саммит, который комиссар Евросоюза по вопросам промышленности Гюнтер Ферхойген охарактеризовал как важную веху на пути Европы в совместное будущее. Какие же конкретные цели ставит перед собой Европа в космосе? На этот вопрос отвечает побывавший на саммите в Брюсселе журналист Дирк Лоренцен.
Надо сказать, что пока что при разработке единой космической политики европейцы звезд с неба не хватали. Для начала речь шла о вполне банальных, земных вещах, в частности, об объединении финансовых средств, выделяемых отдельными государствами на космические исследования, для их более рационального использования. Европейские страны договорились о том, чтобы в будущем более полно учитывать интересы друг друга при разработке национальных космических проектов. Одним словом, меньше конкуренции и больше кооперации. Однако многое еще предстоит сделать. Например, имеется весьма обширная программа по глобальному мониторингу за состоянием окружающей среды в целях обеспечения безопасности.
Европа намерена проводить целенаправленные наблюдения за Землей при помощи целого ряда сателлитов. И поскольку в этой области Европа является бесспорным мировым лидером, завоеванные позиции европейцы уступать никому не намерены. Европейские страны также собираются довести до ума систему спутниковой навигации «Галилео». Ответственность за организацию работы в этом направлении несут министры транспорта европейских государств. Заседание по этому поводу состоится 22 июня в Брюсселе.
Кроме того, на космическом саммите речь шла об обеспечении гарантированного и независимого доступа Европы в космическое пространство. Несмотря на то, что французская ракета «Ариан» функционирует без нареканий, тем не менее, ее постройка пока что невозможна без государственных дотаций. Поэтому вопрос о дальнейшем развитии этой ракеты является стратегически важным вопросом, который должен быть решен при выработке единой космической политики.
А какую роль играет использование космического пространства в военных целях? Америка в прошлом году объявила о массивном расширении финансирования этой области.
Тут все пока что весьма расплывчато. Хотя в резолюции и упоминается о том, что европейское сотрудничество должно осуществляться как в военной, так и в гражданской сфере, однако на самом деле в военной области единая Европа практически ничего не предпринимает. Отдельные проекты по освоению космоса в военных целях существуют только на уровне отдельных государств. Ответственный за космоплавание Комиссар Евросоюза Гюнтер Ферхойген, на мой вопрос относительно того, как Европа намерена отреагировать на планы Америки, поджав губы, ответил, что Евросоюз сохраняет приверженность принципам мирного использования космоса. Приведу несколько цифр. Соединенные Штаты Америки более половины всех своих расходов на космические программы направляют на военные цели. Европа – менее одной пятой. Кроме того, США тратят на космические программы в пять раз больше, нежели вся Европа. В Европе на исследования космического пространства в настоящее время выделяется ежегодно 5 миллиардов евро.
Выходит, что Европа играет в космосе второстепенную роль?
Ну, нет. Пока что нет. Гюнтер Ферхойген подчеркнул, что Европа отнюдь не бедная родственница, и ей есть что предложить. Европейские сателлиты работают превосходно. Ракета Ариан в высокой степени надежна. В области коммерческого использования космического пространства доля Европы составляет 40 процентов. Это конечно отрадно. Однако без согласования действий европейских государств в этой области, картина может вскоре резко измениться.
Тем временем в других областях, Европа серьезной роли не играет.
Доля Европы в Международной космической станции составляет всего лишь 10 процентов. В области пилотируемого космоплавания Китай давно уже обошел Старый свет. Также и Индия делает ставку на исследование и использование космического пространства. Если Европейские государства не объединят своих усилий, то, в конце концов, Европа может оказаться на пятом месте после США, России, Китая и Индии.
А как на счет системы спутниковой навигации Галилео. Есть ли там какие-нибудь подвижки?
Система Галилео будет создана. Обратной дороги нет. Слишком много средств инвестировано в ее разработку. Кроме того, этот проект чрезвычайно привлекателен, как с коммерческой, так и с политической точки зрения. Однако теперь стало ясно, что идея реализации столь обширного проекта совместно с частным сектором, оказалась несостоятельной. Эксперты с самого начала предсказывали, что из этой затеи ничего путного не выйдет. Именно несогласованность космической политики отдельных европейских стран привела к задержкам в создании системы спутниковой навигации. Над общеевропейскими возобладали узко национальные интересы. Теперь остается только надеется, что в будущем благодаря принятию принципов единой европейской политики в области космоса подобные проекты будут осуществляться более последовательно и эффективно.
Ну а как, конкретно, будет происходить это сотрудничество? Ведь помимо космической программы Европейского Союза, существует также и Европейское космическое агентство Esa.
Евросоюз и Европейское космическое агентство потихоньку притираются друг к другу. Конечно, с политической точки зрения было бы лучше, если бы Esa перешла бы под эгиду Евросоюза. Поскольку выработка совместной политики в области космоса является делом важным необходимо, чтобы этим занимался единый центр в Брюсселе, а не какой-нибудь там филиал. Однако в ближайшем обозримом будущем все останется по старому. И обе организации будут существовать параллельно.
Как бы там ни было, Гюнтер Ферхойген назвал решение о выработке единой политики в области космоса важной вехой на совместном европейском пути. Однако куда ведет этот путь? Пока что все представляется довольно расплывчатым.
Теперь очередь за европейскими государствами, которым теперь придется конкретно воплощать новые принципы единой европейской политики в жизнь. Например, при решении вопроса о выделении финансовых средств на осуществление космических программ, или при сотрудничестве с Россией в области создания новых пилотируемых транспортных систем. Европейским странам следует также поддержать проект Галилео, который призван положить конец монополии американской системе спутниковой навигации GPS. Кроме того, необходимо выработать единую политику в отношении устремлений Америки и Китая по дальнейшей милитаризации космического пространства. Конкуренты наступают на пятки. И если не принять мер сегодня, то завтра Европа будет плестись в хвосте.