ПРИМЕНЕНИЕ ПРЯМОТОЧНЫХ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ДОСТАВКИ ГРУЗОВ К КОСМИЧЕСКИМ ЛИФТОВЫМ СИСТЕМАМ

ПРИМЕНЕНИЕ ПРЯМОТОЧНЫХ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ДОСТАВКИ ГРУЗОВ К КОСМИЧЕСКИМ ЛИФТОВЫМ СИСТЕМАМ

© В.А.Леонов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2018 г.

Вывод в космическое пространство грузов с поверхности Земли в данный момент времени решается исключительно методами ракетной техники. Преодоление 1-ой космической скорости требует не только огромных энергозатрат, но и оказывает негативное экологическое влияние на земную ноосферу.

Ранее нами был представлен способ вывода в космическое пространство грузов с помощью тросовой системы «Земля-Луна» [1]. Космическая тросовая система — это комплекс искусственных космических объектов, соединенных длинными тонкими и гибкими элементами (тросами, кабелями, шлангами и пр.), совершающих орбитальный полет. Однако в тросовой системе «Земля-Луна» мы предложили вместо искусственных космических объектов использовать уникальное природное обстоятельство – существование возле Земли массивного природного спутника – Луны, постоянно обращенного к Земле одной стороной.

Если от Луны до Земли протянуть такую тросовую систему, то под действием земного тяготения трос вытянется вдоль направления от Луны в направлении к центру Земли, при этом конец троса не должен опускаться на ее поверхность ввиду того, что Земля имеет достаточно высокую угловую скорость вращения: линейная скорость поверхности Земли на экваторе будет равна 465 м/с, на широте Санкт-Петербурга – 233 м/с. Поэтому для доставки с Земли грузов на нижний конец транспортного узла (троса) можно использовать средства авиационной техники.

Для вывода на околоземные орбиты (до 400 км) небольших грузов, не превышающих по массе 300 кг, можно использовать существующие сверхзвуковые истребители, например, МиГ-31И (Россия) или F-15 (США), которые при выполнении маневра «горка» могут подняться на высоту до 100 км с сохранением горизонтальной скорости около 400 м/с [2]. Это позволит им иметь нулевую скорость относительно конца троса. Однако стоимость обслуживания и подготовки к полету этой техники будет достаточно высока, что, скорее всего, не позволит наладить стабильный и постоянный грузопоток между Землей и Луной. Транспортные аэрокосмические системы будущего (несмотря на имеющиеся сегодня научно-технические заделы в виде систем выведения типа «Энергия», «Буран», Space Shuttle и др.) будут обходиться еще дороже.

Альтернативным вариантом доставки грузов на конец лифтовой системы можно считать беспилотный летательный аппарат (БЛА), оборудованный прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ВРД). Это один из самых простых и, следовательно, самых дешевых реактивных двигателей, он относится к типу ВРД прямой реакции, где тяга создается только за счет истекающей из сопла реактивной струи. Прямоточный ВРД имеет ряд достоинств, выгодно отличающих его от других ВРД, в частности, простота устройства (камера сгорания, диффузор, топливные форсунки и сопло) и способность работать на гиперзвуковых скоростях, а также в самых высоких и наиболее разреженных слоях атмосферы. Использование твердотопливных элементов может еще больше упростить конструкцию и стоимость такого типа ВРД.

Имеющиеся у данного типа ВРД недостатки — невозможность использования на пилотируемых самолетах ввиду нулевой тяги при неподвижности, низкая эффективность на малых полетных скоростях и необходимость ускорителя для вывода его на рабочую мощность не являются препятствием для использования их в вышеобозначенных целях [3].

В зависимости от конструктивных особенностей и скоростных характеристик прямоточные ВРД делятся на дозвуковые (для полетов на скоростях с числом Маха М от 0,5 до 1), сверхзвуковые (для полетов с М от 1 до 5) и гиперзвуковые (для полетов с М > 5). Первые обладают достаточно низкой эффективностью, последние являются экспериментальным и пока не существует образцов, прошедших летные испытания. Поэтому именно сверхзвуковые двигатели являются наиболее оптимальными для доставки грузов к лунному лифту, т.к. числа Маха, равного 1,5, вполне достаточно для достижения необходимых скоростей БЛА в разряженной среде. Кроме того, в сверхзвуковом диапазоне скоростей прямоточный ВРД существенно более эффективен, чем в дозвуковом.

Литература

1. Багров А.А., Багров А.В., Леонов В.А. Космический лифт «Земля Луна»//Материалы Межд. конф. «Человек-Земля-Космос», посв. 50 летию со дня полета в космос Ю.А. Гагарина//Калуга: ООО «Ваш домЪ», 2011. С.19.

2. Балакин В.Л., Потапов В.И. Траектории движения летательного аппарата с охлаждаемыми турбореактивными двигателями как первой ступени АКС//Вестник Самарского гос. аэрокосмич. унив. 2009. № 3 (19). С. 273-278.

3. Акимов В.М., Бакулев В.И., Курзинер Р.И., Поляков В.В., Сосунов В.А., Шляхтенко С.М. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1987. 568 с.