Raketų lėktuvų atgalinis skaičiavimas

Vos 3700 gyventojų turintis saulės kaitintas Mohave miestelis, Kalifornijoje, gali pasigirti oro uostu, užimančiu beveik tiek pat ploto, kiek ir Los Andželo tarptautinis. Didžiulėje, izoliuotoje vietoje, esančioje kalnų apsuptoje didelės dykumos lygumos pakraštyje, buvo įsikūrusios kelios nuostabios aviacijos ir kosmoso kompanijos. Čia atsirado itin lengvas lėktuvas „Voyager“, kuris 1986 m. tapo pirmuoju be sustojimo aplink pasaulį be degalų papildymo. Dabar, nepretenzingame žemame pastate oro uosto pakraštyje, tikriausiai gimsta kosminio transporto ateitis.

Atminkite, kad tokia ateitis kol kas nelabai atrodo: mažytis dvivietis lėktuvas, panašus į reaktyvinį naikintuvą su nupjauta uodega ir prie nosies įtaisytais sunkiais sparnais. Praėjusių metų liepą šis lengvas laivas, pavadintas EZ-Rocket, pasiekė naują aviacijos etapą, kai pilotas Dickas Rutanas, kuris taip pat pilotavo „Voyager“, sujungė savo dvigubus raketų variklius ir pradėjo manevrą: pakilo, išjungė variklius, nusileido, vėl užvesdami variklius ir kildami nesustodami. Tai buvo naujas aukšto vandens lygio ženklas, suteikiantis raketomis varomiems laivams lėktuvams būdingo lankstumo ir valdomumo, o tai turi didesnę reikšmę po to, kai Space Shuttle Columbia katastrofa iškėlė naujų klausimų dėl JAV vyriausybės pilotuojamos kosmoso programos gyvybingumo.

Kiekvienas iš šių dviejų skrydžių truko mažiau nei 15 minučių ir niekada nepasiekė didesnio nei 3000 metrų aukščio. Tačiau jie parodė, kad „Xcor Aerospace“, bendrovė, kurianti EZ-Rocket, gali turėti geriausius rezultatus, kad iš tikrųjų pasauliui suteiktų daugkartinio naudojimo raketų lėktuvus, į raketų pasaulį panašias operacijas ir sumažintų paleidimo išlaidas dešimtadalis tos, kurios paleidžiamos erdvėlaivį ir šiandienines nebenaudojamas raketas. Toks laivas per kelerius metus galėtų leisti pigiai dislokuoti palydovus moksliniams tyrimams ir ryšiams bei kosminio turizmo pradžiai. Per ilgesnį laikotarpį įpėdinis laivas gali atlikti keleivinį skrydį Niujorke Tokijuje, kuris trunka mažiau nei tris valandas. Ir kadangi išsivadavimas nuo Žemės gravitacijos yra didžiausia kiekvienos kosminės misijos kaina, pigesni paleidimai yra esminė sąlyga tokioms vizionieriškoms įmonėms kaip kosminiai saulės kolektoriai, kurie 24 valandas per parą spinduliuotų energiją į Žemę, ir tauriųjų metalų gavyba iš asteroidų.

Žinoma, žmonės dešimtmečius bandė įgyvendinti daugkartinio naudojimo raketinio lėktuvo viziją, tačiau nesėkmingai. Raketų mokslas tapo pažangių technologijų sinonimu, tačiau faktas yra tas, kad nuo septintojo dešimtmečio pradžios buvo labai mažai naujų raketų kūrimo būdų, sako Xcor Aerospace prezidentas Jeffas Greasonas, buvęs „Intel“ vadovas. Jis ir kiti sako, kad dabar kitaip yra tai, kad dar prieš Kolumbijai iširus vasario 1 d., žmonės iš tikrųjų pradėjo kurti ir išbandyti naujus projektus. Iš tiesų, daugiau nei dvi dešimtys kompanijų visame pasaulyje, jau nekalbant apie NASA ir kitas nacionalines kosmoso agentūras, aktyviai kuria raketinius lėktuvus. Ir praradus Kolumbiją, žuvus septyniems astronautams ir vėlesniems likusių šaudyklų įžeminimui, greičiausiai augs kūrėjų skaičius ir jų užduoties skubumas. Greasonas sako, kad poreikis rasti būdą gauti naujų technologijų ir naujų požiūrių į kosminį transportą tikriausiai yra daug aiškesnis nei buvo anksčiau.

Daugelį privačių žaidėjų skatina galimybė laimėti 10 milijonų dolerių X prizą. Ši dovana, kurią siūlo Sent Luiso valstijoje esantis fondas, finansuojamas iš kosminio turizmo skatintojų, bus įteiktas pirmajam privačiai finansuojamam raketiniam laivui, gabenusiam tris žmones į kosmoso kraštą (mažiausiai 100 kilometrų aukštyje). saugiai nukeliauti į Žemę ir viską pakartoti per dvi savaites. Jau dabar užsiregistravo 24 žaidėjai.

Tačiau 10 milijonų dolerių yra lašas, palyginti su tikru prizu – kosminiu turizmu. Praėjusiais metais NASA užsakymu atlikta apklausa padarė išvadą, kad jei būtų prieinami patikimi laivai, 15 000 turtingų jaudulio ieškotojų kasmet užsiregistruotų suborbitiniams skrydžiams, kurių kiekvienas kainuoja apie 50 000 USD. Tai sudaro 750 milijonų dolerių rinką. Ir nors tai neprilygtų šiandieniniam pagrindiniam palydovų paleidimo verslui kosmose – 2001 m. 39 paleidimai visame pasaulyje atnešė beveik 3,3 milijardo dolerių pajamų – tai gali reikšti kažko daug didesnio pradžią. Kosmoso turizmas gali išaugti į didelę naują pramonės šaką, tokią pat svarbią kaip civilinė aviacija, sako Patrickas Collinsas, Azabu universiteto Fučinobėje (Japonija) ekonomistas ir ilgametis kosmoso komercializavimo šalininkas. Artimiausiu metu jis priduria: „Nėra kito kosmoso pritaikymo, kurio potencialas būtų nors kiek panašus. Ir nesvarbu, ar tokia rinka greitai pasitvirtins, ar ne – gali būti, kad šiurpinantys Kolumbijos skilimo vaizdai būsimus kosmoso turistus kels nerimą ateinančiais metais – pati technologija akivaizdžiai bręsta. Praėjusį lapkritį JAV aviacijos ir kosmoso pramonės prezidentinės komisijos ataskaitoje teigiama, kad daugkartinio naudojimo raketos, kurios bent jau galėtų žymiai sumažinti palydovų išleidimo į kosmosą sąnaudas, šį dešimtmetį puikiai suvokiame.

Nesėkmės istorija

Daugkartinio naudojimo raketų lėktuvų kūrimas turėjo būti NASA darbas. Tačiau NASA pastangos – X-33 – ambicinga daugkartinio naudojimo raketinio lėktuvo koncepcija, kuri iki 2005 m. turėjo parodyti technologijas, kurios ilgainiui galėtų pakeisti erdvėlaivių programą – tapo didžiausiu baltuoju drambliu, kada nors sukurtu pagal JAV kosmoso programą. 1997–2001 m. vandeniliu varomam laivui buvo išleista beveik 1,3 mlrd. Deja, NASA pasirinko planą, kuriame buvo panaudota daugybė techniškai sudėtingų (skaityti: rizikingų) technologijų, įskaitant unikalius raketų variklius, degalų bakus ir šilumos skydus, ir sudėtingą transporto priemonės dizainą. Kiekviena iš šių technologijų būtų turėjusi dirbti, kad aparatas galėtų sėkmingai išjungti erdvėlaivių parką – jau daugiau nei du dešimtmečius senumo misijose, apimančiose astronautų perkėlimą į Tarptautinę kosminę stotį ir mokslinių krovinių, pvz., Hablo, paleidimą. Kosminis teleskopas.

Tačiau viena dalis, sudėtinis skysto ir vandenilio degalų bakas, kurį sukūrė „Lockheed Martin“, bandymų metu nepavyko. 2001 m. NASA, susidūrusi su perspektyva laukti dar metus naujos versijos, atsisakė pastangų ir pradėjo kažką naujo, sako buvusi agentūros asocijuotoji administratorė politikos ir planavimo klausimais Lori Garver. Kiekvieną kartą tai darydami prarandate pozicijas. Dabar, praėjus dvejiems metams po X-33 atšaukimo, NASA vis dar iš esmės neapibrėžtos naujos pastangos nepadės pakeisti erdvėlaivio anksčiau nei po dviejų dešimtmečių. Tačiau neabejotinai bus spaudimas po Kolumbijos paspartinti šį tvarkaraštį.

Vienas iš X-33 žlugimo rezultatų buvo rimtai suvaržyti privačias investicijas šioje srityje. Įprasta išmintis teigė, kad jei NASA negalėtų sukurti daugkartinio naudojimo raketos, niekas negalėtų, sako Collinsas. Tačiau pasauliui trūksta raketinio lėktuvo ne todėl, kad jį sunku sukurti, sako jis. Tiesiog praktiškai visus raketų tyrimus atliko monopolinė vyriausybinė agentūra. Buzzas Aldrinas, kuris 1969 m. tapo antruoju žmogumi, vaikščiojusiu Mėnulyje, teigia, kad Jungtinėms Valstijoms tiesiog trūksta nuoseklios nacionalinės programos, skirtos sukurti įperkamą daugkartinio naudojimo paleidimo technologiją. Ir nors baisus Kolumbijos likimas gali paaštrinti dėmesį, Aldrinas sako, kad kol kas vis dėlto mes esame netvarkoje.

Į šią netvarką patenka Xcor Aerospace ir jos konkurentai. Jų vizija: sukurti naujos rūšies raketą. Skirtingai nei kiekviena iki šiol paleista raketa, šis aparatas skristų į kosmosą ir grįžtų namo sveikas. (Kai kuriose konstrukcijose reikalingas dviejų etapų procesas, kurio metu raketa iš pradžių pakyla skraidindama ant reaktyvinio lėktuvo.) Netgi erdvėlaiviai, pirmasis ir vienintelis pasaulyje daugkartinis erdvėlaivis, išmeta dvigubų stiprintuvų dalis ir visas didžiules išorines raketas. degalų bakas kiekvieną kartą paleidus.

Įgyvendinti šią viziją popieriuje atrodo gana paprasta. Raketų varikliai iš esmės yra degimo kameros su siurbliais, kurie tiekia degalus ir oksidatorių-deguonį arba deguonies turtingą cheminę medžiagą, kuri leidžia kurui degti net ir erdvės vakuume. Jiems nereikia reaktyvinio variklio greitaeigių turboventiliatorių ir kompresorių, kurie tiekia deguonį iš oro degalams deginti ir sudaro apie 80 procentų variklio dydžio, svorio ir sudėtingumo. Ir dėl to raketos gali skristi kur kas aukščiau nei reaktyviniai lėktuvai, kurių aukštis negali viršyti 16 kilometrų, nes oras tampa per plonas, kad galėtų deginti aviacinį kurą ir pakelti jų sparnus.

Niekas nesako, kad tokie aukštaūgiai kaip Xcor Aerospace gali pasiekti kosmosą vienu žingsniu. Pasiekti orbitą reiškia pasiekti 27 800 kilometrų per valandą greitį, gabenti didžiulį kiekį degalų ir atlaikyti ekstremalias apkrovas. Šių iššūkių sprendimas, beje, užtruks mažiausiai dešimtmetį. Tačiau kol kas daug ko galima išmokti šaudant į daug kuklesnį tikslą: sukurti raketomis varomą aparatą, galintį pasiekti kosmoso kraštą – 100 kilometrų aukštį – iš tikrųjų neišeinant į orbitą. Norint pasiekti tokį aukštį, reikalingas maždaug 4500 kilometrų per valandą greitis, o ne daug didesnis nei didžiausias šiuolaikinių reaktyvinių naikintuvų greitis, todėl aparatų dizaineriai turėtų sugebėti pritaikyti palyginti išbandytas naikintuvų sistemas ir inžinerines procedūras prie naikintuvų. nauja užduotis.

„Xcor Aerospace“ prezidentas Greasonas sako, kad dizaino tikslą pasiekti įmanoma per ateinančius kelerius metus. Tiesą sakant, maždaug prieš šešerius metus jis paliko klestinčią mikroschemų pramonę, nes matė, kad kosmoso verslas yra ten, kur kompiuteriai buvo dar aštuntajame dešimtmetyje: kelios bendrovės kontroliavo didelės, brangios, išskirtinės aparatinės įrangos rinką, o jos pamiršo apie Permainas netrukus sukels keli apsėsti kolegijos iškritę asmenys, dirbantys garažuose, naudodami jau parduodamas dalis, kad sukurtų nuostabias naujas asmeninio kompiuterio sistemas. Tai labai panašu į pirmuosius kompiuterio laikus, sako Peteris Diamandis, X-Prize fondo pirmininkas ir įkūrėjas. Suborbitinės transporto priemonės, galinčios atlikti tūkstančius skrydžių per metus, sukurs rinką, pakeisdamos požiūrį į kosmosą: tai ne tik vyriausybėms, bet ir visuomenei.

Mažas, veržlus konkursas

„Xcor Aerospace“ EZ-Rocket yra kaip tie ankstyvieji kompiuteriai – paprasti, pagrindiniai ir įprasto aviacijos ir kosmoso verslo požiūriu, praktiškai mikroskopiniai. Jo dvigubi raketiniai varikliai, varomi alkoholiu ir skystu deguonimi, atskirai sukuria tik vieną tūkstantąją kiekvieno iš trijų pagrindinių erdvėlaivio variklių traukos. Tačiau skirtingai nuo jų kolegų šaudyklų, EZ-Rocket variklius galima visiškai valdyti ir netgi išjungti bei paleisti iš naujo skrydžio metu. Vis dėlto EZ-Rocket yra tik demonstracinė transporto priemonė. Mažytis laivas sukurtas siekiant sukaupti patirties kuriant dvivietį suborbitinį kosminį lėktuvą, vadinamą Xerus, kuris šiuo metu kuriamas.

„Xerus“ „Xcor Aerospace“ kuria raketinį variklį, kurio galia penkis kartus didesnė už „EZ-Rocket“ – variklį, kurį galima reguliuoti aukštyn ir žemyn įvairiais greičiais. Keturių ar penkių tokių variklių spiečius raketinį lėktuvą pakeltų į 100 kilometrų aukštį; tada mažesnės raketos leistų laivui išlaikyti stabilumą per kosmoso kraštą.

„Xcor Aerospace“ siekia dviejų asmenų „Xerus“, nors jis neatitiks „X-Prize“ trijų asmenų kriterijaus. Prizas ar ne, Greasonas, Rutanas ir saujelė jų bendradarbių mato daugybę rinkos paskatų. Greasonas teigia, kad „Xerus“ galėtų į žemą orbitą paleisti nedidelį, maždaug 10 kilogramų, palydovą, naudodamas palydovo stiprintuvą. Tokie maži palydovai naudojami universitetų mokslinių tyrimų projektams, kuriems dažnai tenka laukti metų metus, kol bus galima paleisti didesnį palydovą. O pats Xerus taip pat galėtų būti naudojamas tyrimams, pavyzdžiui, atmosferos duomenims rinkti arba inžineriniams eksperimentams, kuriems reikia trumpo laiko nulinės gravitacijos aplinkoje, atlikti.

Tačiau tikrasis tikslas yra turizmas. Greasonas sako, kad „Xerus“ galėtų suteikti turistams pusvalandžio pasivaikščiojimų – tris minutes nesvarumo ir galimybę pamatyti Žemės kreivumą bei kosmoso tamsą – tada nusileisti ant paprasto kilimo ir tūpimo tako. Jis sako, kad vien vienas Xerus galėtų uždirbti 24 milijonus dolerių per metus turizmo pajamų iš mažiau nei 10 milijonų dolerių plėtros išlaidų. Tokių vizijų kurstoma, „Xcor Aerospace“ tikisi per trejus metus nuskristi ir išbandyti „Xerus“ bei paruošti aparatą gamybai. Nusprendėme padaryti kuo mažiausius žingsnius, kad kuo daugiau jų gautų pajamų, aiškina Greasonas. Jis sako, kad jei „Xerus“ dirbs ir gausis turistų pelnas, įmonės kūrėjai imtųsi spręsti didžiausią užduotį – patekti į orbitą.

Mažiausių žingsnelių idėja, žinoma, turi tam tikrą istorinį atgarsį kalbant apie kosmoso technologijas. Tačiau nors „Xcor Aerospace“ daugiausia dėmesio skiria laipsniškam požiūriui, kelios konkuruojančios bendrovės jau siekia didžiosios vizijos: amato, kuris gali pakilti iki pat orbitos. Vienas žaidėjas yra „Pioneer Rocketplane“ Solvange, Kalifornijoje. Bendrovė sukūrė raketų ir reaktyvinių variklių hibridą, pavadintą „Pathfinder“, kuris kils su tradiciniais reaktyviniais varikliais. Pasiekęs maždaug 5500 metrų kreiserinį aukštį, kuro tanklaivis susitinka su Pathfinder ir pumpuoja skystą deguonį į tuščią laive esančią baką. Tada, varomas skysto deguonies ir žibalo derinio, „Pathfinder“ užges savo raketos variklį ir pakils į 139 kilometrų aukštį, kur išleis nepilotuojamą viršutinę pakopą, kad į orbitą išgabentų 2280 kilogramų naudingąjį krovinį.

Kaip ir Xcor Aerospace, Pioneer pradeda nuo mažesnės versijos – Rocketplane XP – kuri varžysis dėl X prizo. Nors nei XP, nei Pathfinder nepasiekė net prototipo stadijos, Pioneer Rocketplane laikomas rimtu žaidėju. Jos generalinis direktorius Mitchellas Burnside Clappas buvo atsakingas už į lėktuvą panašios daugkartinio naudojimo raketos, kuri vėliau išsivystė į Pathfinder koncepciją, oro pajėgų projektą. Dėl šios konstrukcijos Pioneer Rocketplane yra pagrindinis Gynybos pažangių tyrimų projektų agentūros projekto, skirto sukurti nebrangų raketinį palydovinį paleidimo įrenginį, konkurentas. (Tikimasi, kad agentūra paskelbs apie dviejų galutinių projektavimo sutarčių sudarymą kovo 1 d.)

Dauguma daugkartinio naudojimo raketų žaidėjų galvoja apie žmonių gabenimą – ir pilotus, ir turistus. Tačiau Vokietijos Astrium aiškiai atsisako žmonių krovinių. Vietoj to, ji kuria autonominį raketą „Hopper“, skirtą pigiems palydovams paleisti. Pirmas žingsnis šia kryptimi yra „Phoenix“, šeštadalio dydžio „Hopper“ versija.

„Phoenix“ daugiausia yra autonominio nusileidimo technologijos bandymų stendas. Laivo dizaineriai naudoja lazeriu pagrįstus aukščiamačius, aukščio jutiklius ir skaitmeninę pasaulinės padėties nustatymo sistemos įrangą kartu su išmaniaisiais navigacijos algoritmais, kurie leidžia laivui sklandyti tūpimo taku be žmonių ar ant žemės esančios įrangos pagalbos. Pirmieji statomos transporto priemonės bandymai laukiami kitais metais: sraigtasparnis „Phoenix“ numes iš maždaug 1400 metrų aukščio, palikdamas jam nusileisti savaime. „Astrium“ apskaičiavo, kad pilno dydžio „Hopper“ galėtų paleisti palydovus per 15–20 metų, už pusę šiandieninių paleidimo sąnaudų.

Ir NASA nesėdi nuošalyje. Nors tikslią nelemto X-33 įpėdinės programos formą vis dar rengia agentūros administratorius Seanas O'Keefe'as, perėmęs vairą 2001 m. pabaigoje, NASA pradėjo kurti ilgalaikius planus dėl didesnio, ambicingesnis amatas prieš Kolumbijos katastrofą. Orbitinis kosminis lėktuvas šiuo metu yra tik tuščias popieriaus lapas, tačiau manoma, kad iki 2012 m. jis būtų pasirengęs pristatyti įgulą ir nedidelius krovinių kiekius į Tarptautinę kosminę stotį.

Jei jis skris iki 2012 m. ar anksčiau, orbitinis kosminis lėktuvas skris virš įprastos išnaudojamos raketos. Tačiau NASA tikisi galiausiai šią raketą pakeisti daugkartine sistema. Norėdami tai padaryti, NASA Maršalo kosminių skrydžių centro Hantsvilyje, AL, tyrėjai supaprastina ir racionalizuoja raketų variklių dizainą ir įtraukia įmontuotas diagnostikos sistemas, skirtas aptikti tokias problemas kaip įtrūkimai, nutekėjimai ir užstrigę vožtuvai. Tokios sistemos leistų daug sutaupyti, palyginti su erdvėlaiviais, kurių variklius po kiekvienos misijos išmontuoja ir tikrina šimtai inžinierių. Tikslas yra įtraukti raketų variklių patikimumą į tą pačią kategoriją, kaip ir šiandieniniai reaktyviniai varikliai, sako Garry Lylesas, atsakingas už NASA programos, skirtos ateities raketų technologijoms kurti, varomąsias sistemas. Vis dėlto šiuo metu NASA planuose numatyta iki 2025 m. pakeisti visiškai pakartotinai naudojamą erdvėlaivį.

Privatus stūmimas

Nepaisant prastų rezultatų su raketiniais lėktuvais, NASA išlieka rimta ilgalaikė konkurentė. Tačiau agentūros šiek tiek neskubus tvarkaraštis paliko atvirą sritį privačiam sektoriui. Didėja susidomėjimas mažų įmonių potencialu iš tikrųjų gaminti daugkartinio naudojimo raketas. Vienos iš šių įmonių laimėjimas X prizu išsklaidytų skepticizmą ir taip pat galėtų paskatinti investicijas. Tai psichologinis žingsnis, sako aviacijos inžinierius ir konsultantas Randas Simbergas. Mažos įmonės grįžta ir daro tai, kaip turėjo būti daroma iš pradžių.

Iš tiesų, tikėdamasi mažų kompanijų galimybių atverti naujus kelius, viena įmonė užsisako turistinius skrydžius raketiniais lėktuvais, kurie šiandien egzistuoja tik popieriuje. „Space Adventures“ iš Arlingtono (VA) jau siunčia turistus skristi nulinės gravitacijos lėktuvais į Rusiją ir organizavo Rusijos kosminius skrydžius (kiekvienas kainavo po 20 mln. USD) į Tarptautinę kosminę stotį amerikiečių verslininkui Dennisui Tito 2001 m. Interneto magnatas Markas Shuttleworthas pernai. Dabar bendrovė lažinasi dėl „Xcor“: ji yra sudariusi sutartis dėl 600 „Xerus“ turistinių skrydžių ir net paėmė grynųjų pinigų indėlius iš daugiau nei 100 klientų.

Mus sužavėjo „Xcor“ žmonių komanda ir jų gebėjimas gaminti tikrą skraidančią įrangą ir surengti demonstracijas su nedideliu biudžetu, sako Ericas Andersonas, „Space Adventures“ prezidentas. Ir nors Andersonas iš pradžių baiminosi, kad dėl bauginančios Kolumbijos žlugimo kai kurie jo klientai gali susimąstyti apie keliones į kosmosą, per pirmąsias kelias dienas po to, kai buvo prarastas skrydis, nė vienas neprašė grąžinti pinigų – faktas, jo teigimu, rodo tvirtą žmogaus įsipareigojimą skrydžiams į kosmosą. . Užuot išgąsdinęs žmones, priduria jis, tai, kas nutiko Kolumbijai, bus pažadinimo skambutis. Po dešimties metų žmonės jausis saugesni, saugiau keliaus į orbitą dėl patobulinimų, kurie neišvengiamai atsiras dėl avarijos tyrimo.

„Space Adventure“ parama „Xcor“ ir kitoms raketų kompanijoms suteikia sinergiją, kuri gali būti labai svarbi įgyvendinant dešimtmečių senumo daugkartinio naudojimo raketų vizijas, sako Bruce'as Lusignanas, Stanfordo universiteto elektrotechnikos profesorius ir Tarptautinio bendradarbiavimo kosmose centro direktorius. pasaulinis universitetų konsorciumas. Jis sako, kad pajamos iš su kosmosu susijusio turizmo galėtų būti panaudotos naujos kartos turistams skirtoms nešančioms raketoms finansuoti, ir tai gali būti esminis pajėgumo kūrimo veiksnys. Tai gali būti teisingas kelias. O tai reiškia, kad EZ-Rocket – ta nepriekaištinga bandomoji transporto priemonė didžiuliame Mojave oro uoste – gali tapti pirmuoju naujojo kosminio amžiaus kompiuteriu.

paslėpti