Kitas didelis aviacijos šuolis

Nepaisant savo kaip pažangiausios pramonės auros, aviacija sustingo dešimtmečius. Komerciniuose ir kariniuose skrydžiuose vis dar vyrauja tie patys reaktyviniai lėktuvai, kurie buvo pradėti eksploatuoti praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje. Jungtinėse Valstijose reikšmingos naujos raketų variklių programos nebuvo nuo tada, kai prieš 20 metų buvo sukurtas pagrindinis erdvėlaivio variklis. Niekas apie „Boeing 777“ nesuglumintų Eisenhowerio eros orlaivių dizainerių.





Tačiau šiandien patikimų, daugkartinio naudojimo raketų variklių prieinamumas gali leisti žengti kitą svarbų žingsnį erdvėlaivių transporte: raketinį lėktuvą. Raketų lėktuvai sujungia raketų varomąją jėgą su aviacija, todėl orlaiviai, kylantys ir besileidžiantys iš įprastų oro uostų, gali skristi aukštyn ir išeiti iš atmosferos. Raketos lėktuvai sumažins palydovo paleidimo kainą, paspartins siuntų pristatymą ir galiausiai suteiks galimybę žmonėms per valandą ar daugiau patekti iš vieno pasaulio krašto į kitą. Nors ši vizija gali atrodyti keista, technologija yra po ranka.

Raketinio lėktuvo idėja nėra nauja. Pirmasis toks lėktuvas – vokiškas Heinkel He-176 – skrido 1939 m. Būtent raketa varomame X-1 Chuckas Yeageris prieš 50 metų pernai spalį pirmą kartą įveikė garso barjerą. Devintajame dešimtmetyje ir dešimtojo dešimtmečio pradžioje NASA ir JAV Gynybos departamentas bendradarbiavo įgyvendindami Nacionalinį aviacijos ir kosmoso lėktuvų projektą – nuo ​​tada atšauktos pastangos sukurti technologijas, kurios sudarytų galimybę transporto priemonei, kuri pakiltų kaip paprastas lėktuvas, įsibėgėtų į orbitą aplinkui. žemėje, tada grįžkite per atmosferą nusileidimo taku.

Tačiau naujausi technologijų pažanga – nuo ​​efektyvesnių raketų iki patikimesnių ir tvirtesnių šiluminių skydų – priartino raketą prie praktinės realybės. Kartu auga paslaugų, kurias galėtų pasiūlyti tokia transporto priemonė, rinka. Būtinybė ekonomiškai paleisti palydovus gali būti pirmasis postūmis kurti raketinį lėktuvą. Tačiau ateityje pagrindinis šių hipergarsinių transporto priemonių naudojimas gali būti susijęs su keleivių ir vertingų paketų pristatymu visame pasaulyje.
Ne paslaptis, kodėl orlaivių dizaineriai užtruko taip ilgai, kad pritaikytų raketų variklių technologijas. Pirma, raketos yra neefektyvios, sunaudoja degalus septynis kartus greičiau nei turboreaktyvinės visos galios. Ir nors reaktyvinis variklis įkvepia orą iš atmosferos, kad sudegintų kurą, raketos sukurtos veikti kosmoso vakuume, todėl turi nešti ne tik kurą, bet ir oksidatorių – dažniausiai skysto deguonies pavidalu. Šis reikalavimas uždeda didesnę raketos svorio naštą nei reaktyvinis lėktuvas.



Antra, raketos paprastai nepasirodė tokios patikimos kaip dujų turbininiai varikliai. Šis nepatikimumas iš dalies kyla dėl to, kad šie varikliai dirba itin aukštoje temperatūroje. Be to, orlaivių dizaineriai ir inžinieriai turi palyginti mažai patirties su raketomis, palyginti su jų milijardų valandų patirtimi su reaktyviniais varikliais.

Tačiau raketos turi tam tikrą atsvarą. Nors jie ryja degalus, jie sveria tik dalį to, ką daro dujų turbinos. Geriausi šiuo metu kuriami reaktyviniai varikliai sukuria maždaug 9 kartus didesnę trauką nei variklio svoris. Priešingai, net labai sunkus raketinis variklis sukuria traukos ir svorio santykį 50. Be to, naudojant dabartinę technologiją, tik raketa gali pasiekti 25 Mach greitį, reikalingą įveikti gravitacijos vilkiką ir patekti į žemės orbitą. (1 Mach yra garso greitis ore – apytiksliai 740 mylių per valandą arba 1200 kilometrų per valandą.) Netgi greičiausiai oru kvėpuojantis reaktyvinis variklis slysta tik maždaug 4 machų greičiu.

Kelionė į laukinį juodaodį



Komerciškai sėkmingi raketiniai lėktuvai priklausys nuo dviejų pagrindinių technologijų raidos: patikimo, daugkartinio naudojimo raketos variklio ir tvirtos šiluminės apsaugos sistemos, kad būtų išvengta žalos pakartotinai įskrendant. Abiem atvejais yra pažangių sprendimų.

JAV mokslininkai sutelkė dėmesį į komponentų technologijų ir pažangių medžiagų tobulinimą, o ne į faktinių raketų variklių gaminių gamybą. Tačiau buvusioje Sovietų Sąjungoje mokslininkai ir toliau plėtojo raketų variklių šeimas. Visų pirma, sovietų erdvėlaivių programa paskatino sukurti naujos kartos pažangius daugkartinio naudojimo raketinius variklius, varomus žibalu (tai yra įprastu reaktyviniu kuru), vandeniliu arba šių dviejų deriniu. Pavyzdžiui, daugkartinio naudojimo RD-120, žibalą deginantis variklis, sukurtas kaip aukščiausios pakopos Zenit stiprintuvo variklis, jo JAV importuotojas Pratt ir Whitney patvirtino, kad jis tinka 10 skrydžių ir dar 10 po kapitalinio remonto.

Orlaivių ir kosmoso inžinieriai taip pat pripažįsta, kad erdvėlaivio šiluminės apsaugos sistema netinka tikrai tvirtai transporto priemonei. Nors šaudyklą galima naudoti daugkartiniu būdu, jo šilumos skydas lengvai pažeidžiamas. Be to, įprastos oro sąlygos, tokios kaip lietus ir vėjo varomos dulkės, pažeidžia šilumos skydą. Po kiekvieno nusileidimo erdvėlaivis turi būti brangiai ir daug laiko atnaujinamas, naudojant toksiškas chemines medžiagas ir specialias procedūras, kad būtų pakeistos prarastos ir pažeistos plytelės, kad erdvėlaivis galėtų saugiai vėl pakilti į orbitą.



NASA pastangos ištaisyti šias problemas davė įspūdingų rezultatų. Dizaineriai turi daug platesnį plytelių, antklodžių, metalinių paviršių ir pažangių kompozitų bei keramikos pasirinkimą – visa tai gali sukurti naujos kartos raketinius lėktuvus, galinčius atlaikyti vėją ir oro sąlygas, o tai per kelias minutes nuims nuo šaudyklos šilumos skydą. Viena iš naujų medžiagų – NASA Ames tyrimų centro sukurta šiluminės apsaugos plytelė AETB-TUFI-C – išliko nepažeista per bandomąjį skrydį F-15. Šis rezultatas buvo dar nuostabesnis, nes naikintuvas praskriejo per liūtį, kuri nuplovė dažus nuo jo paviršiaus.

Tokia pažanga sustiprino perspektyvas sukurti daugkartinio naudojimo raketinį lėktuvą. Tačiau kiti dizaino klausimai išlieka, kol toks amatas taps praktiškas. Pirma, norint pasinaudoti trilijonais dolerių kainuojančia esama oro uosto infrastruktūra, raketinis lėktuvas turi turėti galimybę kilti ir leistis įprastu horizontaliu būdu.

Be to, raketos variklis geriausiai veikia erdvės vakuume; kuo tankesnis oras, tuo daugiau degalų turi sudeginti raketa, kad išvystytų tą patį traukos dydį. Atmosferos tiršta oro sriuba taip pat užtraukia baudą, priversdama raketą iššvaistyti didžiulius kiekius degalų. Taigi raketomis varomam orlaiviui reikia kokių nors kitų varymo priemonių, kad pakeltų jį nuo žemės į atmosferos aukštumas; pasiekusi atmosferos pakraščius, raketa galėjo užsidegti ir išstumti laivą į kosmosą.



Aviacijos inžinieriai sukūrė tris pagrindines schemas, kaip tai pasiekti. Viename raketinis lėktuvas pritvirtintas prie reaktyvinio lėktuvo pilvo, kuris pakyla ir skrenda į didelį aukštį. Tada raketa lėktuvas nukrenta, kad užbaigtų skrydį. Chuckas Yeageris panaudojo šią techniką 1947 m., kad pasiektų pirmąją žmogaus kelionę viršgarsiniu greičiu.

Šiuolaikiniame šio požiūrio variante reaktyvinis lėktuvas tempia raketą į didelį aukštį su diržu, panašiai kaip įprasti lėktuvai paleidžia sklandytuvus. Ši schema kuriama Kelly Space and Technology, San Bernardine, Kalifornijoje. Kelly's Eclipse orlaivį Boeing 747 tempia į maždaug 14 kilometrų aukštį. Ten Eclipse paleidžia savo raketinį variklį, atsijungia nuo vilkimo linijos ir pakyla iki maždaug 150 kilometrų. Tada „Užtemimas“ nuslysta į nenaudojamą nusileidimą.

Šių dviejų technikų pranašumas yra tas, kad pačiam raketiniam lėktuvui reikia tik vieno variklio – raketos. Kita vertus, bet kuri transporto priemonė, kurios paleidimas priklauso nuo kito orlaivio, turi rimtą trūkumą. Pavyzdžiui, jei raketinis lėktuvas nusileis netinkamoje vietoje, jis turės palaukti, kol atvyks nešantis ar velkantis lėktuvas, kad vėl galėtų pakilti į orą. Be to, norint kilti tokia tandemine konfigūracija, reikėtų ilgesnių ir platesnių kilimo ir tūpimo takų nei esamuose oro uostuose. Be to, jei raketos variklis neužsidega atsijungus nuo lėktuvnešio, raketinis lėktuvas greičiausiai būtų prarastas.

Mūsų įmonė „Pioneer Rocketplane“ teikia pirmenybę kitokiai pagalbinei paleidimo sistemai. Artėjant „Pioneer“, „Pathfinder“ orlaivis pakiltų įprastu būdu ir, varomas įprastų turboventiliatorių, pakiltų iki devynių kilometrų. Ten jis susitiks su dideliu ikigarsiniu orlaiviu, pavyzdžiui, KC-135 transportu arba Boeing 747, kuris tarnautų kaip skraidantis tanklaivis. Ruošdamasis antrajai skrydžio fazei, raketinis lėktuvas prisišvartuotų prie šio tanklaivio ir iš jo išsiurbtų apie 290 000 kilogramų skysto deguonies. Tokie perpylimai yra įprasta praktika karinėje aviacijoje, nors perkeliamas raketinis kuras yra reaktyvinis kuras, o ne skystas deguonis.

Atsijungęs nuo tanklaivio, orlaivis uždegtų savo raketinį variklį ir pakiltų iki 150 kilometrų, pasiekdamas 12 machų greitį. Tada raketa skristų virš atokiausių atmosferos pakraščių, o tuo metu prie nedidelės raketos viršutinės dalies pritvirtintas palydovas. etapas galėtų būti išleistas perkelti į orbitą. Tada orlaivis nusileis atgal į atmosferą. Sulėtėjus iki ikigarsinio greičio, turboventiliatoriaus varikliai vėl įsijungdavo, nustumdami orlaivį į tūpimo lauką. Kadangi Pioneer raketinis lėktuvas galėtų pakilti iš bet kurio vidutinio dydžio aerodromo, jis suteiktų daug lankstumo pasirenkant paleidimo vietą ir nutraukimo galimybes.

Jodinėjimas raketiniu lėktuvu pramogoms ir pelnui

Pirmas dalykas, kuris daugeliui ateina į galvą galvojant apie raketinius lėktuvus, yra greitų asmeninių kelionių potencialas. Nors tokia galimybė egzistuoja, kitos programos žada pastovesnį pajamų srautą ir tikriausiai bus sukurtos pirmiausia.

Palydovų paleidimas: nepaisant gero verslo paleidžiant vyriausybinius ir komercinius palydovus, tarptautinė paleidimo į kosmosą pramonė pastaruosius du ar tris dešimtmečius patyrė beveik visiško technologinio sąstingio laikotarpį. Dauguma dabar naudojamų paleidimo sistemų, įskaitant „Delta“, „Atlas“, „Titan“, „Sojuz“, „Molniya“ ir „Proton“, septintojo dešimtmečio viduryje jau skrido daugiau ar mažiau dabartinėmis formomis. Nors per pastaruosius dešimtmečius buvo įdiegtos kelios papildomos sistemos, pvz., Europos Ariane, technologiniai patobulinimai buvo tokie nedideli, kad senesnės sistemos vis dar yra konkurencingos. Dėl to krovinių gabenimo iš žemės paviršiaus į orbitą tarifai išlieka maždaug 10 000–20 000 USD už kilogramą – tokie patys kaip septintajame dešimtmetyje. Šios nuolat didelės kainos labai stabdo komercinę kosmoso plėtrą.

Naujos kosmoso pramonės kūrimas

Kadangi raketiniai lėktuvai yra trumpalaikė technologija, plačiai taikoma komerciniais tikslais, jų kūrimą turėtų būti įmanoma finansuoti pirmiausia privačiomis investicijomis. Nepaisant to, naujų skrydžių sistemų kūrimas visada susijęs su didele verslo rizika, kurią galėtų sumažinti vyriausybės dalyvavimas.

Nuoroda į dabartinę mūsų erą kaip kosmoso amžių yra klaidinga, kaip 1910-ieji vadinami oro amžiumi. Išskyrus kariuomenę, pasaulis tikrai nepajuto oro kelionių poveikio, kol ši technologija tapo įprasta ir įprasta ir prieinama daugiau nei nedaugeliui elito. Panašiai, jei ateis tikras kosminis amžius, turi atsirasti raketų technologijų rinka, kuri paremtų erdvėlaivių komponentų gamybą ne po vieną ar du, o šimtus ar tūkstančius.

Šių lėktuvų gamintojai turės pradėti naudoti komercinėje aviacijoje įprastus gamybos metodus, o ne brangius mažų partijų gamybos būdus, kurie šiandien dominuoja kosmoso pramonėje. Be to, mums reikės pasaulinės paleidimo infrastruktūros, kuri palaikytų ne šimtus skrydžių per metus, o šimtus skrydžių per dieną. Vienintelės rinkos, pakankamai didelės, kad paskatintų investicijas į tokius gamybos pajėgumus ir paleidimo infrastruktūrą, yra siuntų pristatymas dideliais atstumais ir keleivių vežimas.

Dėl tos pačios priežasties, dėl kurios kariniai, o vėliau pašto orlaiviai buvo prieš keleivinius, palydovų paleidimo, kariniai ir greito siuntų pristatymo raketiniai lėktuvai neabejotinai bus pirmesni už keleivinius raketinius lėktuvus. Nepaisant to, tikrai ateis diena, kai tūkstančiai raketų kasdien skris per Žemės rutulį, aptarnaudami verslo ir atostogų keliautojus nuo Niujorko iki Tokijo – galbūt net į orbitą.

paslėpti