100 к 1. Что летает в космосе?
Какие правильные ответы в игре "100 к 1"?
100 к 1. Что летает в космосе?
Как говорят специалисты, на орбите вокруг Земли летает не только масса спутников и космическая станция, но и огромное количество космического мусора.
А вот какие ответы будут правильными в игре:
Космос. Что мы о нём знаем? Вот и спросили у прохожих, что там летает, а те и рассказали все тайны МинОбороны.
Итак Что они знают, большинство считает что космос наполнен летающими:
РАКЕТАМИ
Ну и конечно же:
СПУТНИКАМИ
А также космос забит как и наша земля космическим:
МУСОРОМ
Ну и кроме людских творений в космосе летают и природные объекты:
МЕТЕОРИТЫ
КОМЕТЫ
и аппараты наших братьев по разуму:
Люблю всё, что связано с космосом. Просмотрела наверное все только возможные полёты ракет, снятые на видео. Последним, что смотрела — новый фильм про Гагарина. И там были кадры, когда отдельные ступени, т.е. части корабля отстёгивались и оставались в орбите. Сколько ракет было запущено уже в космос! И сколько мусора вокруг нашей земли, на орбите!
Так что, в космосе как минимум много разного мусора с земли.
Самый лучший эрудит — конечно же игра "100 к 1" и только она знает правильные ответы на вопросы, особенно на те, которые даже наука не силах ответить. Но что бы выйграть надо отвечать так: первой в космосе летает "комета", за ней скромно летит "ракета" с "мусор"ом, среди которого есть "спутник", их догоняет "метеорит", движимый "НЛО".
Все что вы хотели знать о спутниках, но боялись спросить
Мы редко задумываемся о том, как сильно наша жизнь зависит от спутников. А ведь без них многие давно вошедшие в повседневный обиход вещи, начиная от долгосрочных прогнозов погоды и заканчивая навигаторами, были бы невозможны. Спутники также навсегда изменили картину современной войны. Они позволяют заглянуть за линию фронта и отследить перемещения вражеской техники, обеспечивают доступ к Интернету в зоне боевых действий, а также дают возможность задокументировать следы военных преступлений.
Источник: Geospatial World
Но при всей важности спутников среднестатистический обыватель зачастую слабо разбирается даже в базовых вещах, связанных с ними. Поэтому мы подготовили материал, посвященный ответам на самые часто задаваемые вопросы о спутниках.
Что такое спутник?
Спутником называют искусственный объект, запущенный в космос с достаточной скоростью, чтобы он мог оставаться на постоянной орбите вокруг небесного тела. В случае с Землей эта скорость (также называемая первой космической) составляет примерно 7,8 км/с.
Копия «Спутника-1» — первого в истории космического аппарата, вышедшего на околоземную орбиту в 1957 году. Источник: NSSDC
Сколько действующих спутников находится в космосе?
По последним оценкам, на начало 2022 года в космосе находилось порядка пяти тысяч действующих космических аппаратов. Примерно половина из них — это спутники Starlink и OneWeb, предназначенные для предоставления услуг глобального интернета.
Спутники Starlink в представлении художника. Источник: SpaceX
На каких высотах летают спутники?
В зависимости от предназначения, спутники могут находиться на орбитах высотой от нескольких сотен км до сотен тысяч км. Нижняя граница высоты полета спутников определяется земной атмосферой. Чем она ближе к поверхности Земли, тем сильнее будет тормозить аппарат.
Шаттл Endeavour на фоне «среза» земной атмосферы. Источник: NASA
На практике, находящиеся на высоте 200 км аппараты без постоянных коррекций курса сойдут с орбиты всего за несколько дней. Средняя продолжительность существования объектов на 400-километровой орбите (на такой высоте летает МКС) составляет примерно один год. Спутники, находящиеся на орбитах, высота которых превышает 800 км, практически не подвергаются воздействию земной атмосферы и потому смогут оставаться в космосе в течение многих тысяч лет.
Каковы размеры спутников?
Размеры спутников определяются грузоподъемностью ракет-носителей и габаритами их грузового отсека. На сегодняшний день масса наиболее тяжелых коммерческих аппаратов на околоземной орбите составляет порядка 7 — 8 тонн (без учета МКС и китайской орбитальной станции). Как правило, это коммуникационные спутники и космические телескопы. По некоторым данным, масса последних модификаций американских спутников оптической разведки KH-11 может достигать 17 — 19 тонн.
Envisat — один из крупнейших в истории спутников, чья масса превышала 8 тонн. Источник: ESA
В то же время на каждый подобный «гигант» приходится куда большее количество меньших по размерам аппаратов. Например, спутники системы Starlink (наиболее массовые серийные космические аппараты в истории) имеют массу 260 — 300 кг в зависимости от модификации.
Фемтоспутник Sprite. Источник: NASA
Но это далеко не предел. Последние достижения в области миниатюризации и электроники позволили серьезно уменьшить габариты спутников, сделав возможным создание работоспособных аппаратов размером с печатную плату. В качестве примера можно привести фемтоспутники Sprite. Их масса составляет 4 грамма при диаметре 3,5 см и стоимости менее 100 долларов.
Почему у спутников разные орбиты?
Орбита спутника определяется его функциональным предназначением. Например, аппараты, предназначенные для съемки земной поверхности, располагаются на низких орбитах, что позволяет добиться наиболее высокого разрешения снимков. Для спутников систем глобального позиционирования обычно выбираются орбиты высотой порядка 19 — 21 тыс. км. Коммуникационные спутники и аппараты, предназначенные для мониторинга погоды, как правило, размещают на геостационарных орбитах. Более подробно о существующих видах околоземных орбит вы можете прочитать здесь.
Различные виды орбит. Источник: Wikipedia.org
Почему геостационарная орбита так важна?
Геостационарной называют круговую орбиту над земным экватором, пролегающую на высоте примерно 35 тыс. км. Расположенный на ней спутник обращается вокруг Земли со скоростью, равной ее скорости вращения вокруг своей оси. То есть с точки зрения наземного наблюдателя он всегда находится в одной и той же точке неба, что позволяет направить на него фиксированную антенну наземной станции. Благодаря этому геостационарная орбита идеальна для размещения аппаратов, предназначенных для ретрансляции телевизионных и радиосигналов, мониторинга погоды, а также солнечной активности.
Находящийся на геостационарной орбите спутник Intelsat-901 (фото сделано космическим буксиром MEV-1). Источник: Northrop Grumman
В то же время, в отличие от большинства других орбит, «ресурс» геостационарной орбиты ограничен. Спутники, использующие сходные или близкие частотные диапазоны, должны находиться на значительном удалении друг от друга, иначе их сигналы могут наложиться. Согласно международным нормам, каждое государство на Земле имеет собственный участок геостационарной орбиты. При этом оно может как самостоятельно использовать его, так и продать или сдать в аренду. Многие страны так и поступают, используя его в качестве источника пополнения бюджета.
Как спутники получают энергию?
Ранние спутники оснащались химическими аккумуляторами. Но вскоре инженеры перешли на использование солнечных батарей. Сейчас практически все космические аппараты оснащены ими. Также стоить сказать, что в прошлом некоторые советские разведывательные аппараты оборудовались ядерными реакторами, но позже эта практика была прекращена.
Одна из панелей солнечных батарей МКС. Источник: NASA
Что происходит с прекратившими работу спутниками?
Они становятся космическим мусором, создающим потенциальную опасность для других космических аппаратов. Это не так страшно в случае со спутниками на низких орбитах, ибо со временем они сгорят в атмосфере. Однако если речь идет об аппаратах на высоких орбитах, все значительно усложняется.
Космический мусор в представлении художника. Источник: Intelligent Living
В случае с геостационарной орбитой существующие правила предписывают спутниковым операторам по завершению срока эксплуатации уводить старые аппараты на более высокую орбиту (она называется орбитой захоронения), где они не будут создавать угрозу для своих соседей.
С каким разрешением могут снимать спутники?
Разрешение спутниковых снимков зависит от множества факторов, начиная от высоты орбиты и заканчивая возможностями камеры. В настоящее время наибольшее разрешение, обеспечиваемое коммерческими спутниками, составляет порядка 25—30 см. Но этот предел связан не с техническими, а с законодательными ограничениями. Например, в США установлен запрет на публикацию спутниковых снимков с разрешением больше 25 см.
Фотография места взрыва иранской ракеты, сделанная американским спутником-шпионом. Источник: Donald Trump
Что касается военных аппаратов, то максимально возможное разрешение их камер является тайной. Но, по некоторым оценкам, американские разведывательные спутники серии KH-11 могут делать снимки с разрешением как минимум 10 см.
Как долго может работать спутник?
Все зависит от его орбиты, предназначения и количества топлива на борту. Но в целом современные спутники отличаются высоким уровнем надежности. Зачастую их эксплуатацию приходится прекратить не из-за отказов оборудования, а по причине исчерпания запасов топлива, необходимого для удержания рабочей орбиты. Именно поэтому многие компании сейчас работают над созданием специализированных космических заправщиков, способных продлить срок службы старых аппаратов.
Космический буксир MEV-1, предназначенный для продления срока службы старых спутников. Источник: Northrop Grumman
Можно ли сбить спутник?
Да, его можно сбить с помощью противоспутниковой ракеты. За последние годы четыре страны (россия, США, Китай и Индия) провели испытания такого оружия, закончившиеся поражением цели на орбите.
Пуск ракеты SM-3, способной поражать цели на орбите. Источник: U.S. Navy
Для уничтожения спутников могут использоваться и иные методы. Например, в СССР существовала программа «Истребитель спутников», в рамках которой в космос выводились аппараты-«камикадзе». В случае получения соответствующего приказа они должны были вплотную сблизиться с вражеским спутником и взорваться, поразив его осколками.
На крыльях в космос
Многоразовые воздушно-космические системы давно кажутся перспективной заменой ракетам.
Более полувека прошло с момента первого полета человека в космос. Но, чтобы подняться на орбиту, мы все еще используем ракеты. Способ надежный и проверенный, но дорогой и оставляющий космос только избранным, число которых едва превысило 500 человек. Многоразовые воздушно-космические системы давно кажутся перспективной заменой ракетам. Только представьте: вы садитесь в самолет-космолет и летите не на курорты Краснодарского края, а, допустим, в орбитальную гостиницу или на Луну. Мы подготовили для вас обзор проектов таких крылатых машин. Некоторые из них были реализованы и поставили рекорды высоты, остальные, возможно, только ждут своего часа.
Собственно, а где это – космос?
В самом деле, как высоко нужно подняться, чтобы по возвращении сказать, что ты побывал в космосе? В США астронавтом считается каждый, кто поднялся над Землей на высоту свыше 50 миль (80 км 467 м). В других странах, которые придерживаются определения Международной федерации аэронавтики (ФАИ), космическим считается полет, высота которого превышает 100 км над уровнем моря – линию Кармана. Эта условная линия названа в честь Теодора фон Кармана, который первым определил, что на такой высоте разреженность атмосферы достигает уровня, когда аэродинамическая авиация становится невозможной.
Чем выше поднимается самолет, тем большая скорость ему необходима, чтобы поддерживать полет при все понижающейся плотности атмосферы. В итоге на высоте 100 км для создания достаточной подъемной силы летательный аппарат должен иметь скорость, превышающую первую космическую – приблизительно 7,9 км/с (28 440 км/ч). Но ее уже достаточно, чтобы объект стал искусственным спутником нашей планеты, то есть совершал движение по орбите вокруг Земли. Спутникам, как известно, крылья не нужны. На самом деле, как граница между атмосферой Земли и космосом, линия Кармана достаточно условна. Атмосфера не заканчивается на высоте 100 км. Внешняя часть верхней атмосферы планеты (экзосфера) распространяется вплоть до высоты около 100 тыс. км.
Это, кстати, и позволяет некоторым скептикам утверждать, что человечество якобы так и не вышло в космос, а все еще болтается в верхних слоях атмосферы. Орбита МКС, например, сейчас находится на высоте около 400 км над Землей. Из-за потери высоты в результате трения о разреженную атмосферу орбиту станции постоянно приходится поднимать. Поэтому на орбиты, близкие к линии Кармана, спутники практически никогда не запускают. Иначе после нескольких витков спутник опустился бы слишком низко и в итоге сгорел в атмосфере.
Но и самолеты не подбираются к этой отметке. 90 процентов атмосферы планеты лежит в пределах 15–16 км от поверхности. Потолок пассажирских авиалайнеров, летающих с дозвуковой скоростью, – 12,5 км. Сверхзвуковые «Конкорд» и ТУ-144 могли подниматься до 18,3 и 20 км соответственно. Практический потолок боевых сверхзвуковых истребителей – 17–22,5 км. Максимальная высота полета стратегического сверхзвукового разведчика ВВС США Lockheed SR-71 Blackbird составляла около 29 км.
Почему же ракеты поднимаются гораздо выше, а самолеты нет? Во-первых, ракете для подъема не нужно «опираться на воздух», как это делают самолеты. Во-вторых, ракета кроме топлива со старта везет с собой и окислитель. Например, ракета-носитель «Союз» использует в качестве топливной пары реактивный керосин и жидкий кислород. В отличие от ракеты, самолет берет кислород из атмосферного воздуха. На большой высоте его уже просто не хватает для работы двигателя, ведь с ростом высоты плотность атмосферы уменьшается. Опять же не стоит забывать, что для выхода на орбиту нужно разогнаться до первой космической скорости.
North American X-15
Спустя два года после того, как Юрий Гагарин стал первым человеком, полетевшим в космическое пространство, а Алан Шепард стал первым американцем, совершившим суборбитальный космический полет, Джозеф Уокер поднялся выше линии Кармана на экспериментальном самолете-ракетоплане North American X-15. Схожий по некоторым летно-техническим и массогабаритным характеристикам с немецкой баллистической ракетой «Фау-2», его ракетоплан был оснащен жидкостным ракетным двигателем и стартовал с самолета-носителя – бомбардировщика NB-52A.
Но, в отличие от «Фау‑2», разработанной будущим «отцом» американской лунной программы Вернером фон Брауном и принятой на вооружение вермахта в конце Второй мировой войны, X-15 использовал как ракетное топливо аммиак, а не этанол. В качестве окислителя в обоих случаях выступал жидкий кислород. Главной задачей проекта было изучение возможности создания пилотируемого суборбитального гиперзвукового бомбардировщика.
В первом рекордном полете 19 июля 1963 года Уокер поднялся до высоты 106 009 м, а через месяц, 22 августа, – до 107 960 м. Отцепка от самолета-носителя, летящего со скоростью 900 км/ч, происходила на высоте 13,5–15 км. После чего всего на 85 секунд включался жидкостный ракетный двигатель. К моменту его выключения ракетоплан уже испытывал перегрузку в 4 g (39 м/с²), а максимальная скорость достигала 7 274 км/ч. Так X-15 поднимался до высоты 50 км, после чего летел по баллистической траектории, в апогее которой и пересекал линию Кармана. Его скорость была примерно в четыре раза меньше первой космической, и ракетоплан не выходил на орбиту. Такой полет называется суборбитальным. Последующее приземление на авиабазе самолет осуществлял самостоятельно. Продолжительность полета от момента отделения от самолета-носителя до посадки составляла 12–15 минут.
SpaceShipOne
Рекорд, установленный Джозефом Уокером, продержался 41 год. В наше время появились новые цели, ради которых стоило бы достигнуть космоса, а именно космический туризм. Но нового рекорда, наверное, не было бы, если бы не фонд X Prize и объявленное им вознаграждение в размере 10 000 000 долларов тому, кто совершит два пилотируемых суборбитальных космических полета на одном многоразовом космическом аппарате в течение двух недель. Первоначальные условия X Prize были объявлены 18 мая 1996 года.
Прошло восемь лет, и 4 октября 2004 года аппарат SpaceShipOne, пилотируемый Брайаном Бинни, в своем втором полете поднялся на высоту более 112 км и успешно опустился на Землю. Так же как и X-15, он отделялся от самолета-носителя. Для этого компания Scaled Composites LLC помимо самого космического корабля SpaceShipOne спроектировала и построила для него «воздушный космодром» – уникальный самолет-носитель WhiteKnight.
После отстыковки SpaceShipOne включал ракетный двигатель и в апогее параболической баллистической траектории выходил в космос. В отличие от предшественника, он был рассчитан на 3-х человек, а в качестве топливной пары использовал полибутадиен и оксид азота (I). После получения приза его создатели сконцентрировались на следующей версии частного космического корабля – SpaceShipTwo.
Rockwell X-30
4 февраля 1986 года 40-й президент США Рональд Рейган обратился с ежегодным посланием к Конгрессу. В своей речи, которая была произнесена всего через несколько дней после гибели шаттла «Челленджер», он объявил о постройке нового «Восточного экспресса» – пассажирского лайнера, который, вылетев из столичного аэропорта им. Даллеса, всего за 2 часа смог бы долететь до Токио. Имея при этом возможность разогнаться до скорости в 25 раз выше звуковой, пилотируемый космоплан мог бы выйти на орбиту.
Речь шла о Rockwell X-30 – проекте воздушно-космического самолета с горизонтальными стартом и посадкой. Так же как и X-15, он относился к самолетам серии X (от слова еxperimental – «экспериментальный»). Так в США называют летательные аппараты, предназначенные для отработки перспективных технологий.
Проект предусматривал установку на космоплан прямоточных гиперзвуковых двигателей. Конфигурация планера Х-30 была рассчитана для обеспечения их работы. Небольшие крылья были нужны только для управления траекторией полета и улучшения устойчивости. Вот только для полета с дозвуковыми скоростями, а также взлета и посадки, такая конфигурация оказалась не совсем удачной. Да и минимальная рабочая скорость гиперзвукового прямоточного двигателя составляла примерно 7–8 Махов (1 Мах равен скорости звука в воздухе), так как он нуждался в постоянном проходящем через него сверхзвуковом воздушном потоке. А значит, нужно было искать способ для разгона самолета до этой скорости. Проект так и не довели даже до создания прототипа и в 1992 году окончательно закрыли.
Но работу над прямоточным реактивным двигателем продолжили по программе NASA Hyper-X. Созданный в рамках программы беспилотный гиперзвуковой летательный аппарат X-43 использует для достижения нужной скорости и высоты разгонный блок крылатой ракеты-носителя легкого класса Pegasus. При этом разгонный блок с закрепленным на нем аппаратом X-43 сбрасывается с самолета-носителя B-52 Stratofortress. На сегодняшний день X-43 – самый быстрый самолет. 16 ноября 2004 года в третьем испытательном полете им был установлен рекорд скорости – 11 850 км/ч (9,6 Маха). XCOR Lynx
Проект частной американской компании XCOR Aerospace изначально был рассчитан только на применение ракетных двигателей. Запас горючего и окислителя находился на борту и использовался с самого начала полета.
Рассчитанный только на одного пассажира и пилота ракетоплан Lynx должен был найти применение в сфере космического туризма. Аппарат стартовал бы горизонтально как самолет, но сразу после отрыва от взлетно-посадочной полосы резко взмывал вверх. Основные двигатели – только ракетные, работающие на топливной паре: керосин и жидкий кислород. Вот только до заветной высоты в 100 км летательный аппарат добраться не смог бы. Максимальная высота полета Lynx Mark I – 61 км. Впрочем, и здесь уже есть на что посмотреть. Практически вся атмосфера уже осталась внизу, поэтому небо над головой черного цвета, видны яркие звезды, а край планеты, окаймленный голубой атмосферой, имеет характерное закругление.
При этом четыре двигателя выключались бы уже на высоте 42 км, когда ракетоплан достигнет скорости в 2 Маха. Дальше полет должен был продолжаться по инерции. При этом в апогее полета пассажир и пилот испытывали бы состояние невесомости, что делало полет еще более «космическим».
Проект был приостановлен в мае 2016 года. При этом XCOR Aerospace не отказалась от Lynx: работу продолжат позже. Сейчас, как было заявлено, компания решила сосредоточиться на разработке ракетного двигателя для United Launch Alliance.
Ту-2000
Разрабатывали воздушно-космические самолеты и в нашей стране. Советские конструкторы не отставали от заокеанских коллег. Созданный туполевским ОКБ-156 проект воздушно-космического самолета Ту‑2000 предусматривал силовую установку, включающую в себя несколько двигателей разных типов. Четыре турбореактивных двигателя находились в хвостовой части самолета. Под фюзеляжем, в задней его части, располагался основной разгонный прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Для маневрирования в космическом пространстве предназначались два жидкостных ракетных двигателя, размещенные в хвостовой части между турбореактивными.
Каждому типу двигателей отводилась своя роль. ТРД предназначались для взлета и полета на малых скоростях. Их скоростной диапазон – от 0 до 2,5 Махов. Прямоточный ВРД обеспечивал разгон до 20–25 Махов. Ракетные разгоняли самолет до орбитальной скорости.
Ту-2000 должен был иметь треугольное крыло малого удлинения и относительно небольшой площади. Основная роль в создании подъемной силы была отведена фюзеляжу с плоской нижней поверхностью. В нем размещались топливные баки с жидким водородом, который предназначался для питания всех двигателей самолета. В хвостовой части фюзеляжа находились баки с окислителем – жидким кислородом, необходимым для работы ракетных двигателей.
Предполагалось три варианта самолета: стратегический бомбардировщик с дальностью 10 000 км, многоразовый воздушно-космический самолет с возможностью вывода грузов на орбиту высотой 200 км и пассажирский гиперзвуковой лайнер. АКС «Спираль»
Из всех советских проектов наибольшую проработку получила авиационно-космическая система «Спираль», задуманная в 60-х годах прошлого века. Мини-шаттл, внешне похожий на Lynx, только появившийся гораздо раньше, должен был стартовать с гиперзвукового самолета-разгонщика, а далее для выхода на орбиту разгоняться ракетой. Самолет для осуществления воздушного старта также предстояло создать с нуля. Поэтому рассматривали два варианта: с двигателями на жидком водороде и на керосине. В первом случае орбитальный самолет с ракетным ускорителем отделялся бы от разгонщика на высоте 28–30 км и скорости 6 Махов. Во-втором – на высоте 22–24 км и скорости 4 Маха. Выводиться космический самолет должен был на достаточно низкую орбиту высотой 130 км. По этой причине он мог осуществить только 2–3 витка вокруг планеты.
Для орбитального маневрирования предусматривали жидкостный ракетный двигатель, а для полета на дозвуковых скоростях и посадки – турбореактивный. Космический самолет мог использоваться как для вывода грузов на орбиту, так и для военных нужд, в частности для разведки, поражения наземных и космических целей. Разработкой системы занималось ОКБ-155 А. И. Микояна. Для проведения испытательных полетов сделали несколько беспилотных аппаратов меньшего размера. Создали и пилотируемый аналог орбитального самолета, стартовавший из-под фюзеляжа бомбардировщика Ту-95К.
Разработка проекта многоцелевой авиационно-космической системы (МАКС) велась с начала 1980-х годов. Одно время после полета советского «шаттла» систему МАКС даже назвали новым «Бураном». Стартовать орбитальный ракетоплан должен был с самолета-носителя Ан-225 «Мрия». К слову, причиной постройки транспортного самолета сверхбольшой грузоподъемности была необходимость создания авиатранспортной системы для проекта многоразового космического корабля «Буран». «Мрия» могла перевозить как сам «Буран», так и элементы ракеты «Энергия».
Было предусмотрено три варианта реализации проекта. В пилотируемом варианте ракетоплан взлетал с помощью собственных ракетных двигателей. Топливо и окислитель размещались в одноразовом внешнем топливном баке. В этом МАКС был больше похож на американский многоразовый транспортный космический корабль Space Shuttle, чем на советскую систему «Энергия–Буран». Беспилотный вариант предполагал размещение топлива и окислителя внутри ракетоплана. В третьем варианте для вывода груза на орбиту и вовсе использовали одноразовую ракетную ступень.
HOTOL
В Британии попытки создать воздушно-космический самолет предпринимали с 80-х годов. Закрытый сейчас проект HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing) предусматривал создание ВКС с горизонтальными взлетом и посадкой. При полете в нижних слоях атмосферы двигатель такого самолета использовал бы в качестве окислителя забортный атмосферный кислород, а поднявшись выше, – жидкий кислород из своих баков. В качестве топлива выступал жидкий водород, который также был задействован в непосредственном предварительном охлаждении поступающего в двигатель воздуха.
Что интересно, один из вариантов проекта – HOTOL-2 – предусматривал возможность старта с самолета-носителя. Им должен был выступить Ан-325 – восьмидвигательный вариант известного нам Ан-225. Но проект оказался неэффективен по сравнению с традиционными ракетами. В то же время труд инженеров не пропал даром.
Skylon и двигатель SABRE
В 1989 году один из разработчиков HOTOL – Алан Бонд – создал компанию Reaction Engines Limited (REL), которая приступила к разработке проекта аэрокосмической системы Skylon. И хотя с момента работы над проектом прошло уже достаточно много времени, а действующий прототип так и не был создан, сегодня это самый многообещающий и наиболее реальный проект. Предполагается, что его реализация должна снизить стоимость вывода грузов на орбиту примерно в 15–50 раз.
Проект недавно получил положительную оценку экспертов ESA (Европейского космического агентства), а компания – деньги на продолжение исследований. В обмен на 20-процентную долю в компании BAE Systems инвестирует в Reaction Engines 20,6 миллиона фунтов стерлингов. В сентябре прошлого года Reaction Engines уже заявила, что перешла к окончательному этапу разработки полнофункционального прототипа двигателя для Skylon.
Так же как и HOTOL, Skylon использует топливную пару водород–кислород. Взлетать и садиться будет как обычный самолет. Причем, начиная с рулежки по аэродрому и заканчивая выходом на орбиту, он будет пользоваться одними и теми же двигателями – уникальными SABRE (Synergetic Air-Breathing Rocket Engine), способными работать как в атмосфере, так и в космосе. Они совмещают в себе все преимущества воздушно-реактивного и ракетного двигателей. После достижения скорости 5,14 Маха и высоты 26 км конус воздухозаборника закрывается, двигатель переходит полностью в ракетный режим и получает окислитель из двух собственных баков.
У SABRE два режима работы. При этом реализация первого – воздушно-реактивного – является наиболее сложной частью проекта. На этапе работы двигателя в этом режиме он потребляет кислород из атмосферного воздуха. Но проблема в том, что воздух, поступающий на высокой скорости в двигатель, раскален до температуры 1000 °C и требует предварительного охлаждения. Именно теплообменник-охладитель, разработанный компанией Reaction Engines, является особенностью двигателя SABRE. Он охлаждает воздух до температуры –150 °C за одну сотую долю секунды. Это позволяет уберечь от высокой температуры элементы двигателя и максимально сжать воздух перед подачей в основные камеры сгорания, которых у двигателя четыре. Поступающий в них из турбокомпрессора воздух сжат до давления в 140 атмосфер. Для охлаждения воздуха используется гелий. Сам он, циркулируя в замкнутом контуре, охлаждается жидким водородом, находящимся на борту в качестве топлива.
Охлаждение поступающего воздуха позволило отказаться от тугоплавких и тяжелых сплавов на основе меди или никеля, и сделать двигатель и, соответственно, самолет легче. Водород, испарившийся при охлаждении гелия, попадает уже во вспомогательные прямоточные камеры сгорания, расположенные вокруг основных и дающие дополнительную тягу.
Skylon сможет доставлять на низкую орбиту грузы массой от 11 (800 км) до 15 тонн (300 км). Для вывода груза на более высокую орбиту, например, геостационарную высотой 35 786 км, предусмотрен дополнительный отделяющийся модуль, который предполагается как многоразовым, так и одноразовым, если вес груза превышает 6,4 тонны.
Сможет Skylon доставлять на орбиту и пассажиров. Для этого придумано оригинальное решение: в грузовом отсеке разместят обитаемый модуль – SPLM (Skylon Payload & Logistics Module). Он будет включать в себя салон для пассажиров, место для размещения багажа и грузов, а также стыковочный узел. Для того чтобы люди могли полюбоваться видом Земли из космоса, в верхней части обитаемого модуля предусмотрены иллюминаторы. Правда, взглянуть на планету пассажиры смогут только после подъема на орбиту. Тогда створки грузового отсека можно будет открыть, а сам космолет повернуть «окнами» к Земле.
Технологии Reaction Engines произведут революцию и в авиаперевозках в пределах Земли. В рамках программы LAPCAT (Long-Term Advanced Propulsion Concepts and Technologies), финансируемой Евросоюзом, компания ведет разработку глобального гиперзвукового пассажирского авиалайнера А2 и воздушно-ракетного двигателя Scimitar. Взяв на борт 300 пассажиров, А2 с четырьмя двигателями Scimitar сможет преодолеть расстояние от Брюсселя до Сиднея менее чем за 4 часа. Полет будет проходить на высоте более 25 км. Обычный «дозвуковой» аэробус пролетает это расстояние за 22 часа.
Солнечная революция в космосе: НАСА и Aerojet Rocketdyne начали испытывать самые мощные электрические двигатели в истории
Кто сказал, что для полёта в космос нужно много топлива?
НАСА и компания Aerojet Rocketdyne начали многолетние испытания самых мощных солнечно-электрических двигателей, которые, по мнению специалистов, кардинально изменят принципы движения в космосе. Об этом сообщает пресс-релиз космического агентства.
Долгое время исследования космоса опирались на химическую тягу, которая создавала миллионы тонн тяги и позволяла строить всё большие и мощные ракеты для дальних полётов. Но это не самый эффективный способ перемещаться в космосе.
Химическая тяга требует, чтобы космические аппараты несли с собой большое количество топлива, особенно если они должны возвращаться на Землю. В то же время электрическая тяга может значительно сократить расход топлива и увеличить скорость полёта, что делает её критически важной для будущих миссий.
Что такое солнечно-электрическая тяга?
В электрической системе тяги электричество используется для ионизации инертных газов, таких как ксенон или криптон. Затем магнитное или электростатическое поле ускоряет эти ионы и выталкивает их из двигателя, создавая высокую скорость. Это может не выглядеть зрелищно без огненных эффектов, которые мы привыкли видеть у ракетных двигателей, но это всё равно потрясающее зрелище.
Интересно, что электричество, необходимое для ионизации газов, можно получать от солнечного света, который изобилен во всей солнечной системе.
Электрические двигатели также позволяют космическим аппаратам менять свою скорость и траекторию во время миссии.
СЭТ на Gateway
НАСА уже экспериментировало с СЭТ на своей миссии Dawn, но теперь готовится продемонстрировать самую мощную версию, которая будет установлена на элементе питания и тяги (PPE) на Gateway — своей станции, которая будет орбитировать вокруг Луны.
Gateway — это космический аппарат класса 60 кВт, из которых 50 кВт будут посвящены тяге. Компания Aerojet Rocketdyne разработала электрическую систему тяги, которая получила название Advanced Electric Propulsion System (AEPS).
Мощность AEPS составляет 12 кВт, что в два раза больше, чем у самой продвинутой электрической системы тяги. Но перед тем, как стать частью PPE на Gateway, AEPS должна пройти испытания на соответствие требованиям.
Для этого НАСА и Aerojet начали годовые испытания одного из образцов для проверки, который идентичен двигателям, которые будут летать на Gateway в 2025 году. После подтверждения того, что двигатель собран правильно, инженеры подвергают его экстремальным ударам, вибрации и температурам, имитируя условия во время запуска и полёта миссии Артемида.
Ещё один образец для проверки будет готов в 2024 году и пройдёт испытания, имитирующие манёвры подъёма на орбиту и перехода на лунную орбиту. Все испытания проводятся в огромных вакуумных камерах в центре НАСА имени Гленна.
“Эта кампания по испытаниям — большое дело”, — сказал Рохит Шастри, главный инженер AEPS. “Это своего рода последний этап перед тем, как мы протестируем двигатели, которые будут летать на Gateway”.
Всестороннее испытание будет включать 23 000 часов работы двигателей за четыре года. Двигатели, которые будут установлены на PPE Gateway, на самом деле будут запущены до завершения износостойких испытаний.
“Для миссий НАСА даты запуска очень важны”, — сказал Клейтон Кашеле, менеджер проекта AEPS в центре НАСА имени Гленна, в пресс-релизе. “В этом случае НАСА пытается ускорить процесс, и мы делаем это разумно. Мы завершим несколько тысяч часов износостойких испытаний, чтобы доказать успешную работу до запуска PPE. Затем мы завершим оставшиеся 15 000 часов или около того, чтобы полностью квалифицировать AEPS для будущих клиентов”.