Космическое безракетное будущее: каким оно может быть
Борьба с гравитацией при космических запусках – задача не из простых. Обычные ракеты очень дорогие, производят много мусора и, как показывает практика, очень опасные. К счастью, наука не стоит на месте и все больше и больше появляется альтернативных способов, которые обещают нам более эффективные, менее затратные и более безопасные пути покорения космического пространства. О том, каким образом человечество будет летать в космос в будущем, сегодня и поговорим.
Но перед тем, как начать, следует указать, что химические реактивные двигатели (ХРД), использующиеся сейчас в качестве основы для всех космических запусков, являются критически важным инструментом для развития космической сферы, поэтому их использование продолжится еще не один десяток лет, пока не будет найдена и — что самое важное – не раз протестирована технология, способная обеспечить безболезненный переход на принципиально новый уровень космических запусков и полетов.
Но уже сейчас, когда стоимость запусков может составлять несколько сотен миллионов долларов, становится понятно, что ХРД – это тупик. В качестве примера можно взять новейшую разработку Space Launch System. Именно эта система рассматривается аэрокосмическим агентством NASA в качестве основы для освоения дальнего космоса. Специалисты подсчитали, что стоимость одного запуска SLS будет составлять около 500 миллионов долларов. Теперь, когда космос стал не только делом государств, но и частных компаний, стали предлагаться и более дешевые альтернативы. Например, стоимость запуска Falcon Heavy компании SpaceX будет составлять около 83 миллионов долларов. Но это все равно очень и очень дорого. И это мы еще не затрагиваем вопрос экологичности космических запусков на базе ХРД, которые, без сомнений, наносят ощутимый вред окружающей среде.
Радует то, что ученые и инженеры уже предлагают альтернативные способы и методы космических запусков, и некоторые из них действительно обладают потенциалом в течение ближайших десятилетий превратиться в эффективные технологии. Все эти альтернативные варианты можно обобщить под несколькими категориями: альтернативные виды реактивных запусков, стационарные и динамические транс
Использующиеся сейчас ракеты требуют использования огромного количества твердого или жидкого топлива, и чаще всего их дальность полета и эффективность ограничены тем, сколько этого топлива они могут с собой нести. Однако есть вариант, который в будущем позволит преодолеть эти ограничения. Решением могут стать специальные лазерные установки, которые будут отправлять ракеты в космос.
Российские физики Юрий Резунков из Института разработки оптоэлектронных инструментов и Александр Шмидт из Физико-технического института имени Иоффе недавно описали процесс "лазерной абляции", согласно которому тяга летательного аппарата будет генерироваться с помощью лазерного излучения, создаваемого лазерной установкой, находящейся вне космического аппарата. В результате воздействия этого излучения будет сжигаться материал принимающей поверхности и создаваться плазменный поток. Этот поток и будет обеспечивать необходимую тягу, способную разгонять космический корабль до скоростей в десятки раз больше скорости звука.
Если опустить всю фантастичность данного метода, перед созданием подобной системы нужно будет решить две проблемы: лазер в этом случае должен быть невероятно мощным. Настолько мощным, что будет способен в буквальном смысле испарять металл на расстоянии нескольких сотен километров. Отсюда и другая проблема – этот лазер можно будет использовать в качестве оружия уничтожения других космических аппаратов.
Стратосферные запуски и космические самолеты
Кто сказал, что метод, предложенный компанией Virgin Galactic, может использоваться только для космического туризма? Компания планирует использовать свой аппарат LauncherOne в качестве транспортировочной системы для вывода на орбиту Земли компактных спутников весом до 100 килограммов. Учитывая то, с какой скоростью происходит миниатюризация космических систем сейчас, – задумка весьма интересная.
Другими примерами системы для стратозапуска являются космический аппарат XCOR Aerospace Lynx Mark III (на изображении выше) и аппарат Orbital Sciences Pegasus II (на фото ниже).
Одним из преимуществ космических запусков из воздушного пространства является то, что ракетам не придется преодолевать отрезок очень плотной атмосферы. В результате этого на сам аппарат снизится нагрузка. Кроме того, воздушный аппарат гораздо проще запустить. Он менее подвержен атмосферным погодным изменениям. В конце концов, особенность таких запусков открывает более широкие возможности в плане выбираемого масштаба.
Еще одним вариантом являются космические самолеты. Эти многоразовые летательные аппараты будут аналогичны "вышедшим на пенсию" шаттлу и "Бурану", но, в отличие от последних, не будут требовать использования огромных ракет-носителей для вывода на орбиту. Одним из самых перспективных и передовых проектов на этот счет является британский космоплан British Skylon (на фото выше) – одноступенчатый летательный аппарат для выхода на орбиту. Реактивная тяга аппарата будет создаваться за счет двух воздушно-реактивных двигателей, которые будут разгонять его до скорости в 5 раз выше скорости звука и поднимать на высоту почти 30 километров. Однако это всего лишь 20 процентов от необходимой скорости и высоты, необходимых для выхода в космос, поэтому космоплан после набора потолка высоты будет переключаться на так называемый "ракетный режим".
К сожалению, на пути реализации этого проекта по-прежнему имеются многие технологические трудности, которые еще предстоит решить. Например, ожидается, что космопланам придется сталкиваться с незапланированным изменением траектории подъема вследствие высокого динамического давления и чрезмерных температур, которые непременно будут воздействовать на самые чувствительные части летательного аппарата. Другими словами, такие космопланы могут быть опасными.
