Dalam ruang tanpa roket

Dalam ruang tanpa roket

Vitaly Egorov
"Mekanik Popular" №3, 2018

Sebaik sahaja lelaki sedar bahawa dia boleh meninggalkan Bumi dengan bantuan roket, dia mula mencari jalan untuk melakukan tanpa mereka. Daripada karya-karya yang hebat, idea-idea ini telah berpindah ke perancang kulans.

Kosmonotika alternatif telah berkembang dalam dua cara: penciptaan kaedah bukan peluru berpandu atau tidak reaktif memasuki orbit Bumi rendah dan penciptaan alat bantu yang memudahkan pencapaian roket ruang. Yang pertama boleh dikaitkan dengan senjata gergasi, letupan nuklear, lif orbital, "Hyperpet"; kepada pelancaran pesawat dan aerostat yang kedua, "gurkollet" hipersonik nuklear, pemecut elektromagnetik dan kereta api, dan sebagainya.

Dari meriam ke bulan

Sebelum kemunculan enjin roket cecair, artileri dianggap satu-satunya cara masuk ke luar angkasa. Dalam karya asas Isaac Newton, "Prinsip-prinsip Matematik Falsafah Asal," konsep halaju kosmik dijelaskan dengan bantuan pistol, yang menaikkan lebih jauh dan lebih jauh. Walaupun walaupun sudah jelas bahawa walaupun meriam raksasa itu boleh dibina, beban yang lebih besar akan membunuh mana-mana krew.Dalam karya hebat Jules Verne, masalah ini telah diselesaikan, tetapi di dunia nyata tidak ada penyelesaian untuk hari ini.

Walau bagaimanapun, pistol hanya sesuai untuk menghantar proplan antar planet atau interstellar, kelajuan yang melebihi ruang kedua atau ketiga. Untuk melancarkan satelit berhampiran bumi pada halaju kosmik pertama, tahap roket akan diperlukan, kerana orbit peluru itu akan berjalan melalui titik permulaan, dan ia pasti akan menabrak Bumi. Ini dapat dielakkan dengan membetulkan orbit pada segmen kosmik trajektori, iaitu senjata hanya dapat dianggap sebagai alat bantu, dan tidak mungkin dilakukan tanpa rudal sama sekali.

Percubaan untuk melaksanakan idea-idea Jules Verne telah dilakukan pada tahun 1940-an di Reich Ketiga: sebuah meriam raksasa yang dihasilkan oleh program V-3, digali ke kedalaman seratus meter, direka untuk mengebom London dari Perancis. Cangkerang itu meliputi 150 km, tetapi pembinaan di Saluran Inggeris dimusnahkan oleh pesawat British.

Pada awal usia angkasa pada 1961-1967, eksperimen meriam terus di Amerika Syarikat. Dalam perjalanan "Projek penyelidikan ketinggian" (Projek Penyelidikan Ketinggian Tinggi, HARP) telah diwujudkan beberapa senjata api yang berkaliber, menembak sehingga ketinggian 180 km.Tetapi kerana kejayaan program ruang angkasa yang jelas dan kemustahilan untuk melancarkan ruang dengan bantuan senjata, projek itu telah dikurangkan.

Satu percubaan untuk mendapatkan keupayaan rudal balistik dari artileri dibuat di Iraq pada tahun 1980-an. Projek itu diketuai oleh jurutera Amerika Gerald Bull, yang sebelum ini mengetuai kerja di HARP. Pistol dengan berkaliber 1 m sepatutnya melancarkan projektil 600 paun setiap 1000 km. Walau bagaimanapun, ia tidak datang kepada amalan: Bull terbunuh. Sistem yang tidak lengkap telah musnah oleh tentera Amerika semasa Operasi Desert Desert.

Cannon

Di dalam peluru itu dipecat dari senapang artileri, wira-wali novel Jules Verne terbang ke Bulan, namun pada hakikatnya, disebabkan beban yang tinggi, orang tidak dapat menembak ke angkasa. Walau bagaimanapun, kaedah seperti meletakkan bahagian dan bahan ke orbit tidak dapat dikesampingkan. Ia adalah yang terbaik untuk meletakkan pistol angkasa di laut.

Pada tahun 1990-an, eksperimen dengan senjata terus di Amerika Syarikat untuk mencapai halaju berhampiran kosmik. Projek SHARP (Super HARP), berdasarkan laboratorium Lawrence California, melakukan eksperimen dengan meriam gas ringan, memberikan kecepatan peluru 5 kilogram 3 km / s. Senjata api pada gas ringan – hidrogen atau helium – beroperasi pada prinsip pneumatik, hanya gas berkepadatan rendah, bukan udara, dimampatkan sebelum menembak.Senjata sedemikian, yang menceritakan kelajuan projektil hingga 6-7 km / s, digunakan untuk mensimulasikan perlanggaran dengan meteorit atau puing-puing ruang. Hasil percubaan adalah projek pistol, yang mampu mempercepatkan peluru hingga 11 km / s, tetapi bilion dolar yang diperlukan untuk pelaksanaan gagasan ini tidak diperuntukkan.

Terdapat juga batasan-batasan fizikal: contohnya, peluru mesti mendapat kelajuan kosmik hanya semasa pergerakan di tong. Kelajuan ini mestilah lebih tinggi daripada orbital untuk mengimbangi penurunan dalam atmosfera. Dengan kelajuan beberapa kilometer sesaat, permukaan luar peluru dipanaskan oleh geseran terhadap udara dan pembentukan gelombang kejutan. Artinya, peluru itu mesti menahan bukan hanya beban dinamik yang besar, tetapi juga suhu. Walau bagaimanapun, mereka telah belajar bagaimana untuk mengatasi pemanasan aerodinamik ketika melancarkan peluru berpandu balistik dan kapal angkasa, tetapi masih belum dapat memintas beban.

Secara teorinya, sistem artileri pelancaran orbit yang terbaik diletakkan di laut, dalam bentuk laras tenggelam, maka ia boleh dipindahkan dan dihantar ke mana-mana titik langit, tidak terikat dengan pengangkutan darat.Sebaliknya, bangunan di pergunungan akan membantu menghilangkan sebahagian daripada kesan penghambatan atmosfera. Pistol angkasa boleh meletakkan beberapa beban sederhana pada skala perindustrian, seperti bahan binaan atau bahan mentah untuk pengeluaran, tetapi setakat ini tidak perlu pelancaran sedemikian walaupun pada masa depan yang jauh, oleh itu tiada siapa yang membina senjata.

Pistol elektromagnetik dianggap sebagai cara yang mungkin dilancarkan dalam persekitaran tanpa udara – dari stesen orbital atau Bulan. Kelebihan beban tidak dapat dielakkan di sana, tetapi mereka akan lebih rendah.

Lif orbit

Konsep lif angkasa dalam bentuk menara nipis, tergantung di langit akibat daya sentrifugal, digariskan oleh Konstantin Tsiolkovsky dalam eseinya "Impian Bumi dan langit dan kesan dunia" pada tahun 1895. Jurutera Soviet Yury Artsutanov pada tahun 1960 telah membangunkan idea ini dengan mencadangkan untuk menurunkan kabel dari stesen angkasa ke Bumi. Stesen itu harus berputar di dalam pesawat khatulistiwa di orbit geostasioner pada ketinggian kira-kira 36 ribu km. Lebih jauh dari Bumi, pengimbang mesti berputar, yang akan mengimbangi keseluruhan sistem dengan daya sentrifugal. Dalam peranan yang seimbang, seseorang boleh menggunakan asteroid atau stesen yang lebih besar yang akan sesuai untuk melancarkan kapal angkasa antara kapal terbang dan kapal angkasa.

Setakat ini, halangan utama teknologi untuk merealisasikan idea ini adalah ketiadaan bahan berkepadatan rendah yang cukup kuat dari mana ia dapat dilakukan untuk membuat kabel. Kabel mesti menahan berat badannya sendiri, stesen geostasioner dan penimbang. Di samping itu, kabel perlu menahan beban dinamik yang berkaitan dengan pergerakan barang, pembetulan orbit, daya Coriolis, tekanan cahaya matahari dan pengaruh graviti Bulan, Matahari dan planet-planet. Secara teori, nanotube karbon perlu mempunyai kekuatan yang diperlukan, walaupun teknologi belum dihasilkan untuk menghasilkan tiub yang berkualiti dan panjang.

Tugas seterusnya, menghampiri pelaksanaan lif angkasa, adalah pembangunan angkat. Oleh kerana lif angkasa tidak menganggap sistem beberapa kabel dan kabel, seperti dalam lif biasa, ruang diperlukan untuk ruang, yang boleh mendaki sendiri. Tenaga untuk mengangkat sepatutnya dihantar melalui kabel itu sendiri atau melalui pancaran laser. Peningkatan sedemikian boleh dilakukan sekarang, dan sejak tahun 2006, di negara yang berlainan, terdapat pertandingan pemaju.Pada 2006-2010, pertandingan itu diadakan di Amerika Syarikat dengan penyertaan NASA, tetapi kemudian mereka kehilangan minat kerana kekurangan kemajuan dalam penciptaan tali ruang. Pesaing mempunyai alat yang direka untuk meningkatkan kelajuan pada kelajuan sehingga 5 m / s. Kemudian idea-idea angkat angkasa itu dijemput di Jepun, Jerman dan Israel, di mana mereka juga berpusat pada robot lif. Syarikat pembinaan Jepun Obayashiyang mengkhususkan diri dalam pembinaan bangunan, jambatan dan terowong, merancang untuk mengembangkan lif angkasa pada tahun 2050.

Walau bagaimanapun, untuk mewujudkan kabel dan lif – adalah separuh pertempuran. Masih banyak masalah. Contohnya, kabel tegang yang dilepaskan melalui angkasa lepas terlalu rentan menjadi sasaran serpihan ruang. Sekarang di ruang bumi berhampiran, lebih daripada setengah juta serpihan sampah lebih besar daripada 1 cm terbang dengan kelajuan sehingga 8 km / s. Perlanggaran pada kelajuan sedemikian walaupun dengan serpihan logam kecil bersamaan dengan projektil menindik perisai. Pengiraan menunjukkan bahawa dengan mengekalkan kepadatan semasa puing-puing ruang, kebarangkalian pelanggaran runtuhan sentimeter dengan kabel lebar 5 cm adalah lebih kurang 1/1000 sehari, iaitu sekali setiap 3 tahun.Bahaya aksi pengganas tidak dikecualikan: drone telah muncul dalam senjata pengganas.

Lif

Idea lama Tsiolkovsky, Artsutanov dan Arthur Clarke suatu hari nanti akan direalisasikan, tetapi ini memerlukan bahan-bahan baru, serta keperluan untuk sentiasa membawa sesuatu ke orbit. Nah, masalah serpihan ruang, yang boleh memotong kabel, tidak boleh didiskaunkan.

Jangan lupa tentang sinaran kosmik. Kesan sabun radiasi Van Allen pada ketinggian dari 1,000 hingga 17,000 km adalah yang paling kuat di dalam pesawat khatulistiwa, di mana lif mesti dipanjat. Mengatasi tali pinggang proton yang paling berbahaya pada kelajuan 100 m / s akan mengambil masa 17 jam. Sebagai perbandingan, kapal Apolloterbang ke bulan, melangkau dia dalam masa kurang dari 10 minit pada kelajuan 10-11 km / s dan cuba untuk menjauh dari pesawat khatulistiwa, dekat dengan pusat radiasi sabuk.

Akhirnya, masalah utama ruang angkasa tetap menjadi kelayakan ekonomi. Setakat ini, manusia semata-mata tidak memerlukan apa-apa pertukaran kargo intensif dengan ruang yang akan menjadikan pembinaan modal lif yang menguntungkan – dengan risiko tinggi, kos penyelenggaraan yang besar dan perspektif yang tidak dapat difahami.Mungkin harapan akan muncul pada awal perlombongan aktif di asteroid atau Bulan, tetapi selagi manusia tidak memerlukan sumber-sumber ini, perkara yang sama ada di Bumi.

Lofstrom gelung

Kelemahan senapang angkasa dan kosmolift tidak mempunyai reka bentuk gelung permulaan, yang dicadangkan oleh jurutera Keith Lofstrom pada tahun 1981. Ide ini melibatkan penggunaan teknologi yang sedia ada dan menguasai, terutamanya, levitation elektromagnetik (Maglev), bagaimanapun, ia memerlukan penyelenggaraan berterusan struktur dinamik dalam gerakan untuk memelihara bentuk.

Asas gelung permulaan adalah kabel fleksibel logam bergelombang, yang membentang di antara dua stesen di Bumi pada jarak 2 ribu km. Kabel digantung di antara magnet cincin di dalam paip dan berehat di antara stesen. Oleh kerana moment inersia kabel berputar, struktur keseluruhan mesti naik ke udara ke ketinggian 80 km. Panduan regangan perlu membentuk sebahagian daripada busur sejajar dengan permukaan bumi. Oleh itu, gerbang raksasa akan berubah, membolehkan anda mengangkat kargo di atas permukaan Bumi ke dalam ruang angkasa dekat dan menetapkan pecutan di sepanjang panduan, juga dibina mengikut prinsip Maglev.

Gelung itu

Kenderaan yang sangat hipotesis untuk melancarkan kapal angkasa ke orbit. Peranti akan membuang kord gelung di ruang angkasa, bergerak secara terus pada kelajuan 12-14 km / s dalam medan magnet. Masalahnya ialah penggunaan tenaga yang tinggi dan ketiadaan keperluan untuk pelancaran berterusan ke orbit.

Walaupun terdapat teknologi yang jelas, projek ini bahkan kurang nyata daripada senapang angkasa atau lif. Masalahnya walaupun dalam pelaburan awal – menurut anggaran pemaju, $ 10 bilion sepatutnya mencukupi, tetapi dalam kos mengekalkan struktur dalam keadaan kerja. Sistem sedemikian memerlukan aliran kargo yang tidak berkesudahan ke luar angkasa dan kebolehpercayaan yang tinggi, yang tidak membenarkan downtime.

Projek-projek alternatif untuk mencapai ruang telah banyak dicadangkan. Walau bagaimanapun, mereka semua kalah kepada peluru berpandu kerana kerumitan mereka dan kekurangan keperluan sebenar untuk mereka. Kemanusiaan tidak memerlukan lalu lintas kargo yang berterusan untuk beratus-ratus tan ke angkasa lepas dan dari angkasa, dan roket belum lagi menghabiskan sumber pemotongan kos.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: