Враховуючи досвід бойового застосування крилатих ракет, що охоплює шість з половиною десятиліть, їх можна розглядати як зрілу технологію, що добре зарекомендувала себе. За час їхнього існування відбувся значний розвиток технологій, що використовуються при створенні крилатих ракет, що охоплюють планер, двигуни, засоби подолання ППО та системи навігації.

Завдяки технологіям створення, планери ракети ставали все більш і більш компактними. Тепер їх можна розмістити у внутрішніх відсіках і зовнішніх підвісках літаків, корабельних пускових установках трубного типу або торпедних апаратах підводних човнів. Двигуни змінилися від простих пульсуючих повітряно-реактивних двигунів через турбореактивні і рідкопаливні ракетні двигуни або прямоточні повітряно-реактивні двигуни (ПВРД) до нинішньої комбінації турбореактивних двигунів для дозвукових тактичних крилатих ракет або турбовентиляторних змішаних турбореактивних /ракетних конструкцій для надзвукових тактичних крилатих ракет

Засоби подолання ППО виникли в 1960-х роках, коли системи протиповітряної оборонинабули більшої ефективності. До них відносяться низька висота польоту з огинанням рельєфу місцевості або політ ракети на гранично малій висоті над поверхнею моря з метою сховатися від радарів і все частіше форма підвищує малопомітність і радіопоглинаючі матеріали, покликані знизити помітність радіолокації. Деякі радянські крилаті ракети були обладнані передавачами перешкод оборонного призначення, покликаних зірвати перехоплення зенітно-ракетних комплексів.

Нарешті, за цей період значно розвинулася та урізноманітнилася система навігації крилатих ракет.

Проблеми навігації крилатих ракет
Основною ідеєю всіх крилатих ракет є те, що це може бути запущено в ціль поза межами досяжності систем протиповітряної оборони противника з метою не піддавати стартову платформу атаці у відповідь. Це створює серйозні проблеми проектування, першою з яких стає завдання змусити крилату ракету надійно переміститися на відстань до тисячі кілометрів у безпосередню близькість до наміченої мети - і як тільки вона перебуватиме в безпосередній близькості до мети, забезпечити бойовій частині точне наведення на ціль, щоб зробити запланований. військовий ефект.

Перша бойова крилата ракета FZG-76/V-1

Першою бойовою крилатою ракетою була німецька FZG-76/V-1, понад 8000 яких було застосовано, причому переважно в цілях у Великій Британії. Якщо судити за сучасними мірками, то її система навігації була досить примітивною: автопілот на базі гіроскопа витримував курс, а анемометр відстань до мети. Ракета виставлялася за наміченим курсом перед запуском і на ній виставлялася розрахункова відстань до мети і як тільки одометр вказував, що ракета знаходиться над метою, автопілот відводив її в круте пікірування. Ракета мала точність близько милі і це було достатньо для бомбардування великих міських цілей, таких як Лондон. Головною метою бомбардувань було тероризування цивільного населенняі відволікання військових сил Великобританії від наступальних операційта спрямування їх на виконання завдань ППО.

Перша американська крилата ракета JB-2, що є копією німецької V-1.

У безпосередньо післявоєнний періодСША та СРСР відтворили V-1 та почали розвиток своїх власних програм крилатих ракет. Перше покоління театру військових дій та тактичної ядерної зброї викликало створення крилатих ракет серії Regulus ВМС США, серії Mace/Matador ВПС США та радянських серій Комета КС-1 та Комета-20 та подальшого розвитку технології навігації. Всі ці ракети спочатку використовують автопілоти на основі точних гіроскопів, але також можливості коригування траєкторії ракети каналами радіозв'язку так, що ядерна боєголовка могла бути доставлена ​​якомога точніше. Промаху в сотні метрів може бути достатньо, щоб зменшити надлишковий тиск, вироблений ядерною боєголовкою, був нижчим від летального порога укріплених цілей. У 1950-х роках на озброєння надійшли перші конвенційні післявоєнні тактичні крилаті ракети, насамперед як протикорабельна зброя. У той час як на маршовому ділянці траєкторії наведення тривало на основі гіроскопа, а іноді і коригувалося по радіозв'язку, точність наведення на кінцевій ділянці траєкторії забезпечувалася ГСН з РЛС малої дальності дії, напівактивної на ранніх версіях, але незабаром витісненої активними радарами. Ракети цього покоління зазвичай летять на середніх та великих висотах, пікіруючи при атаці на ціль.

Міжконтинентальна крилата ракета Northrop SM-62 Snark

Наступний важливий етап у технології навігації крилатих ракет був із прийняттям на озброєння міжконтинентальних крилатих ракет наземного базування Northrop SM-62 Snark, призначених для автономного польоту над полярними регіонами для атаки великими. ядерними боєголовкамицілей біля Радянського Союзу. Міжконтинентальні відстані представили перед конструкторами новий виклик - створити ракету здатну вражати мети з відривом удесятеро більше, ніж це могли зробити ранні версії крилатих ракет. На Snark була встановлена ​​належна інерційна навігаційна система, яка використовувала гіростабілізовану платформу і точні акселерометри для вимірювання руху ракети в просторі, а також аналоговий комп'ютер, що використовується для накопичення вимірювань та визначення положення ракети в просторі. Однак незабаром виявилася проблема, дрейф в інерційній системі був занадто великий для оперативного використання ракети, а помилки інерційної системи позиціонування виявилися кумулятивними - таким чином, похибка позиціонування накопичувалася з кожною годиною польоту.

Вирішенням цієї проблеми став інший пристрій, призначений для виконання прецизійних вимірів географічне положенняракети на траєкторії її польоту і здатне виправити або прив'язати помилки генеровані в інерційній системі. Це фундаментальна ідея і сьогодні залишається центральною у конструкції сучасної керованої зброї. Так, накопичені помилки інерційної системи періодично зводяться до помилки вимірювального позиційного приладу.

Крилата ракета Martin Matador

Для вирішення цього завдання була застосована астронавігаційна система або орієнтація по зірок, автоматизований оптичний пристрій, що здійснює кутові вимірювання відомого положення зірок і використовує їх для розрахунку положення ракети в просторі. Астронавігаційна система виявилася досить точною, але й досить дорогою у виробництві та складною в обслуговуванні. Також потрібно, щоб ракети, оснащені цією системою, летіли на великій висоті, щоб уникнути впливу хмарності на лінію візування до зірок.

Менш відомо, що успіх астронавігаційних систем повсюдно послужив поштовхом у розвитку в даний час супутникових навігаційних систем, таких як GPS та ГЛОНАСС. Супутникова навігація ґрунтується на аналогічній астронавігації концепції, але замість зірок використовуються штучні супутники Землі на полярних орбітах, а замість природного світла штучні НВЧ сигнали, а також використовуються виміри псевдо-діапазону, а не кутові виміри. У результаті ця система значно знизила витрати і дозволила здійснювати визначення місця розташування на всіх висотах у будь-яких погодних умовах. Незважаючи на те, що технології супутникової навігації були винайдені на початку 1960-х років, вони почали оперативно використовувати лише в 1980-і роки.

У 1960-ті роки відбулися суттєві покращення точності інерційних систем, а також збільшилася вартість такого обладнання. В результаті це призвело до суперечливих вимог щодо точності та вартості. Як результат виникла нова технологія в галузі навігації крилатих ракет, заснована на системі визначення місцезнаходження ракети шляхом зіставлення радіолокаційного відображення місцевості з еталонною картографічною програмою. Ця технологія надійшла на озброєння крилатих ракет США в 1970-і роки. радянських ракету 1980-ті. Технологія TERCOM (система цифрової кореляції з рельєфом території блоку наведення крилатої ракети) було використано, як і система астронавігації, для обнулення сукупних інерційних системних помилок.

Крилата ракета Комета

Технологія TERCOM відносно проста за задумом, хоч і складна в деталях. Крилата ракета безперервно вимірює висоту місцевості під траєкторією свого польоту, використовуючи для цього висотомір радіолокації, і порівнює результати цих вимірювань з показаннями барометричного висотоміру. Навігаційна система TERCOM також зберігає в собі цифрові карти висот місцевості, над якою вона має летіти. Потім за допомогою комп'ютерної програми профіль місцевості, над яким пролітає ракета, порівнюється зі збереженою в пам'яті цифровою картою висот з метою визначити найкращу їх відповідність. Як тільки профіль узгоджено з базою даних, можна з великою точністю визначити положення ракети на цифровій карті, що використовується для виправлення сукупних помилок інерційної системи.

TERCOM мала величезну перевагу перед астронавігаційними системами: вона дозволяла крилатим ракетам здійснювати політ на гранично низькій висоті необхідної для подолання ППО противника, вона виявилася відносно дешевою у виробництві і дуже точною (до десятка метрів). Це більш ніж достатньо для 220 кілотонної ядерної боєголовки і достатньо для 500 кілограмової конвенційної боєголовки, що застосовується проти безлічі типів цілей. І все ж TERCOM не була позбавлена ​​недоліків. Ракета яка повинна була пролетіти над унікальною горбистій місцевістю, що легко порівнюється з профілем висоти цифрових карт, мала чудову точність. Однак TERCOM виявилася неефективною над водною поверхнею, над місцевістю, що сезонно змінюється, такий як піщані дюни і місцевістю з різною сезонною відбивною здатністю радара, такий як сибірська тундра і тайга, де снігопади можуть змінити висоту місцевості або приховати її особливості. Обмежена ємність пам'яті ракет часто ускладнювала зберігання достатньої кількості картографічних даних.

Крилата ракета Boeing AGM-86 CALCM

Будучи достатньою для оснащених ядерними боєголовками КР Томагавк RGM-109A ВМФ та AGM-86 ALCM ВПС, TERCOM була явно недостатньою для знищення звичайної боєголовки окремих будівель або споруд. У зв'язку з цим ВМС США оснастили TERCOM крилатих ракет Томагавк RGM-109C/D додатковою системою, заснованою на так званій технології кореляції, відображення об'єкта з його еталонним цифровим чином. Ця технологія була використана в 1980-і роки на балістичних ракетах Першінг II, радянських КАБ-500/1500Кр та американських високоточних бомбах DAMASK/JDAM, а також на останніх китайських керованих протикорабельних. ракетних комплексах, призначених для боротьби з авіаносці.

При кореляції відображення об'єкта використовується камера для фіксації місцевості перед ракетою, а потім інформація з камери порівнюється з цифровим зображенням отриманим за допомогою супутників або повітряної розвідки та ракети, що зберігається в пам'яті. Вимірюючи кут повороту та зсув, необхідні для точного збігу двох зображень, прилад здатний дуже точно визначити помилку розташування ракети та використовувати її для корекції помилок інерційної та TERCOM навігаційних систем. Блок цифрової кореляції системи наведення крилатих ракет DSMAC використовуваний на кількох блоках КР Томагавк були дійсно точними, але мав побічні оперативні ефекти схожі на TERCOM, яку необхідно було програмувати на політ ракети над місцевістю, що легко впізнається, особливо в безпосередній близькості від мети. У 1991-му році під час операції Буря в пустелі, це призвело до того ряд шосейних розв'язок в Багдаді були використані як такі прив'язки, що в свою чергу дозволило військам протиповітряної оборони Саддама розмістити там зенітні батареї і збити кілька Томагавків. Так само як і TERCOM блок цифрової кореляції системи наведення крилатих ракет чутливий до сезонних змін контрасту місцевості. Томагавки, оснащені DSMAC, також несли лампи-спалахи для освітлення місцевості в нічний час.

У 1980-ті роки в американські крилаті ракети були інтегровані перші GPS-приймачі. Технологія GPS була приваблива, оскільки вона дозволяла ракеті постійно виправляти свої інерційні помилки незалежно від рельєфу місцевості та погодних умовА також вона діяла однаково як над водою, так і над землею.

Ці переваги були зведені нанівець проблемою слабкої помехозащищенности GPS, оскільки сигнал GPS за своєю природою дуже слабкий, сприйнятливий до ефекту " повторного зображення " (коли сигнал GPS відбивається від рельєфу місцевості чи будинків) і зміні точності залежно кількості прийнятих супутників тощо Як вони розподілені по небу. Всі американські крилаті ракети на сьогоднішній день оснащені приймачами GPS і пакетом інерційної системи наведення, причому наприкінці 1980-х і на початку 1990-х років технологію механічної інерційної системи замінили дешевшою і точнішою інерційною навігаційною системою на кільцевих лазерних гіроскопах.

Крилата ракета AGM-158 JASSM

Проблеми, пов'язані з основною точністю GPS, поступово вирішуються шляхом введення широкодіапазонних методів GPS (Wide Area Differential GPS), при яких корекційні сигнали дійсні для даного географічного положення транслюються на приймач GPS по радіоканалу (у випадку американських ракет використовується WAGE-Wide Area GPS Enhancement). Основними джерелами сигналів цієї системи є радіонавігаційні маяки та супутники на геостаціонарній орбіті. Найбільш точні технології, розроблені в США в 1990-і роки, здатні виправити помилки GPS до декількох дюймів у трьох вимірах і є досить точними, щоб потрапити ракетою у відкритий люк бронемашини.

Проблеми з стійкістю до перешкод і "повторним зображенням" виявилися найбільш важко вирішуваними. Вони привели до впровадження технології про "розумних" антен, як правило, заснованих на "цифровому формуванні променя" в програмному забезпеченні. Ідея, що стоїть за цією технологією, проста, але як водиться складна в деталях. Звичайна GPS антена приймає сигнали з усієї верхньої півсфери над ракетою, таким чином, включаючи супутники GPS, а також ворожі перешкоди. Так звана антена з керованою діаграмою спрямованості (Controlled Reception Pattern Antenna, CRPA) за допомогою програмного забезпечення синтезує вузькі пучки, спрямовані до передбачуваного розташування супутників GPS, в результаті чого антена виявляється "сліпа" у всіх інших напрямках. Найбільш просунуті конструкції антен цього типу виробляють так звані "нулі" в діаграмі спрямованості антени, спрямовані на джерела перешкод для подальшого придушення їх впливу.

Крилата ракетаТомагавк

Більшість проблем, що набули широкого розголосу на початку виробництва крилатих ракет AGM-158 JASSM, були результатом проблем з програмним забезпеченнямприймача GPS, внаслідок яких ракета втрачала супутники GPS і збивалася зі своєї траєкторії.

Просунуті приймачі GPS забезпечують високий рівеньточність і надійну перешкодостійкість до джерел перешкод GPS, що розташовані на земній поверхні. Вони менш ефективні проти складних джерел перешкод GPS розгорнутих на супутниках, безпілотних. літальних апаратахабо аеростатах.

Останнє покоління американських крилатих ракет використовує GPS-інерційну систему наведення, доповнює її встановленою в носовій частині ракети цифровою тепловізійною камерою, яка має на меті забезпечити можливості подібні до DSMAC проти нерухомих цілей з відповідним програмним забезпеченням і можливістю автоматичного розпізнавання образів і проти рухливих цілей, таких як зен ракетні системи чи ракетні пускові установки. Лінії передачі даних, як правило, походять від технології JTIDS/Link-16, що впроваджується для забезпечення можливості перенацілювання зброї у випадку, коли рухома мета змінила місце розташування під час знаходження ракети на марші. Використання цієї функції головним чином залежить від користувачів, які мають розвідку та можливості виявлення таких переміщень мети.

Довгострокові тенденції у розвитку навігації крилатих ракет призведуть до їхньої більшої інтелектуальності, більшої автономності, більшої різноманітності в датчиках, підвищеної надійності та зниження вартості.

Який пристрій багатоступінчастої ракетирозберемо на класичному прикладі ракети для польоту до космосу, описаному в працях Ціолковського, родоначальника ракетобудування. Саме їм першим було опубліковано принципову ідею виготовлення ракети багатоступінчастої.

Принцип дії ракети.

Для того щоб подолати земне тяжіння, ракеті необхідний великий запас палива, при цьому чим більше палива ми беремо, тим більше виходить маса ракети. Тому зменшення маси ракети їх будують на принципі багатоступінчастості. Кожен ступінь можна розглядати як окрему ракету із власним ракетним двигуном та запасом палива для польоту.

Влаштування ступенів космічної ракети.

Перший ступінь космічної ракетинайбільша, в ракеті для польоту космос двигунів 1-го ступеня може бути до 6 і більш ніж важкий вантаж необхідно вивести в космос, тим більше двигунів у першому ступені ракети.

У класичному варіантіїх три, розташовані симетрично по краях рівнобедреного трикутника, що ніби оперізує ракету по периметру. Цей щабель найбільший і потужний, саме він відриває ракету. Коли паливо в першому ступені ракети витрачено весь ступінь відкидається.

Після цього рухом ракети керують двигуни другого ступеня. Їх іноді називають розгінними, оскільки саме за допомогою двигунів другого ступеня ракета досягає першої космічної швидкості, достатньої для виходу на навколоземну орбіту.

Так може повторюватися кілька разів, при цьому кожен ступінь ракети важить менше попередньої, оскільки з набором висоти сила тяжіння Землі зменшується.

Скільки разів повторюється цей процес стільки і щаблів містить космічна ракета. Останній ступінь ракети призначений для маневрування (маршеві двигуни для корекції польоту є в кожному щаблі ракети) та доставки корисного вантажу та космонавтів до місця призначення.

Ми розглянули пристрій та принцип дії ракети, Так само влаштовані і принципово не відрізняються від космічних ракет балістичні багатоступінчасті ракети, страшна зброя несе ядерну зброю. Вони здатні повністю знищити як життя по всій планеті, і саму .

Багатоступінчасті балістичні ракети виходять на навколоземну орбіту і вже звідти вражають наземні цілі боєголовками, що розділилися, з ядерними зарядами. При цьому щоб долетіти до найвіддаленішої точки їм достатньо 20-25 хвилин.

Складно уявити, як зміниться наш світ, прийди в нього дешеві космічні запуски. Бази на інших планетах і супутниках, космічний туризм, орбітальні заводи та багато іншого стане не просто реальністю, а буденністю. Здешевлення виведення вантажів за межі нашої колиски – це зараз першочергова мета всієї космонавтики. Пропоную вашій увазі огляд найпопулярніших проектів із запуску вантажів неракетними способами.

Космічний ліфт

Має бути найпопулярніший і тиражований у ЗМІ спосіб. Космічний ліфт - це натягнутий від поверхні Землі трос і 144.000 км, що йде від неї, на космос.
Заснуванняє місцем на поверхні планети, де прикріплений трос і починається підйом вантажу. Воно може бути рухомим (наприклад бути розміщеним на океанському судні), так і не рухомим. Перевага рухомої основи цілком очевидна - є можливість уникати ураганів і бур, які можуть пошкодити трос.

Тросє дуже тонкою ниткою (щодо своєї довжини звичайно ж) з надміцного матеріалу, проведену за геостаціонарну орбіту і утримується в такому положенні за рахунок відцентрової сили. В даний час не можливе створення подібного матеріалу, проте згідно теорії, подібним матеріалом можуть стати вуглецеві нанотрубки. На жаль, до їхнього виробництва в промислових масштабах ще дуже далеко. Міцність космічного троса має бути близько 65-120 гігапаскалів, залежно від висоти (для порівняння, міцність сталі не перевищує 1 ГПа).

Противагаслужить у тому, щоб трос завжди був у стані натягу. Їм може бути будь-який масивний об'єкт, чи то астероїд чи космічна база (що привабливіше). Противага знаходиться значно вище геостаціонарної орбіти, отже при розриві троса він може полетіти на навколосонячну орбіту. Тому якщо їм служитиме космічна станція, то її необхідно постачати власною руховою установкою.

Вантажі на орбіту піднімаються спеціальним витягом (а може бути навіть не одним), і згідно з розрахунками вчених, шлях із кінця в кінець має зайняти близько 7 діб. Не швидко звичайно, але дуже дешево. Зрештою, це набагато швидше, ніж запуск за допомогою ракет, підготовка яких займає довгі місяці. Само собою проект такого масштабу має бути міжнародним, адже жодна держава не здолає його самотужки. А це, у свою чергу, викликає цілу низку проблем і питань. По-перше, на якій території розміщувати таку споруду? Адже через його велетенський розмір, не уникнути порушення повітряного простору кількох держав. По-друге, космічний ліфт необхідно захистити від терористичних актів та військових конфліктів.

Плюси:

• Відносна дешевизна доставки вантажів на геостаціонарну орбіту
• Значна економія коштів під час запуску міжпланетних космічних апаратів
• Можливість реалізації недорогих космічних екскурсій
• На відміну від ракет, в атмосферу не викидається жодних токсичних речовин

Мінуси:

• Складність реалізації
• Високі витрати на будівництво
• Необхідність вирішення багатьох юридичних та правових питань

Та й трос має бути виготовлений із надміцного матеріалу, якого зараз, на жаль, немає.

Найкращий і близький до створення матеріал - вуглецеві нанотрубки, але прогрес у їх виготовленні залишає бажати кращого. Крім того, це не найшвидший спосіб потрапити на орбіту.

Надувний ліфт для відправлення в космос

Канадська компанія Thoth Technology вирішила піти менш амбітним шляхом. Висота вежі, патент на яку було видано у США 21 липня 2015 року, становитиме 20 кілометрів, а діаметр ― близько 230 метрів.

Вежа буде обладнана однією або декількома палубами, з яких можна буде запускати супутники з корисними навантаженнями. Можливо, 20 кілометрів звучить не так вражаюче, як 36 тисяч кілометрів, проте вежа Thoth все одно буде в 20 разів вище будь-якої іншої рукотворної структури, що нині стоїть на Землі. До того ж, вона буде досить високою, щоб скоротити витрати на космічні запуски приблизно на третину.

Канадські інженери пропонують виготовити вежу з армованих надувних секцій із внутрішнім ліфтом.

Гігантська надувна вежа не повинна розгойдуватися на вітрі, але сама будова буде надто високою для використання відтяжок. Тому фахівці пропонують використовувати систему маховиків, які забезпечать динамічну стійкість і будуть діяти як компресори для конструкції. Маховики зможуть регулювати тиск та обертання, компенсувати будь-який вигин вежі та триматимуть її у фіксованому стані весь час.

Патент також передбачає, що ліфт рухатиметься не на тросах (двадцятикілометровий трос не зміг би витримати свою власну вагу без деформації). Вантажі будуть доставляти нагору або по пневмотрубі, завдяки тиску, що нагнітається, або зовні за допомогою пристроїв, схожих на механічних павуків.

Основним призначенням вежі Thoth стане запуск космічних апаратів із верхньої частини вежі. Вона діятиме як стартовий майданчик та замінить перший ступінь ракети-носія. Також її можна буде використовувати для посадки та дозаправки.

Skyhook являє собою супутник, що обертається, який знаходиться на навколоземній орбіті, і двох досить довгих тросів, які розходяться від нього в протилежні сторони. Супутник повинен обертатися в площині своєї орбіти, таким чином, щоб троси стикалися з верхніми межами атмосфери при кожному обороті.

Швидкість обертання конструкції частково або повністю компенсуватиме орбітальну швидкість. Загалом Skyhook нагадує гігантське колесо огляду з двома спицями з обох боків, яке котиться вздовж поверхні землі з орбітальною швидкістю. На трос Skyhook можна підвішувати вантажі з гіперзвукових літаків чи стратостатів. При цьому вся конструкція Skyhook працює як гігантський маховик – накопичувач обертального моменту та кінетичний енергії.

Пускова петля

Пускова петля або петля Лофстрому - це проект системи кабельного транспорту, призначеного для виведення вантажів на навколоземну орбіту. В основі проекту лежить кабель, який безперервно рухається із величезною швидкістю (12-14 км/с) усередині вакуумної труби. Для того, щоб шнур не стикався зі стінками труби, вони розділені між собою магнітною підвіскою.

Прискорювальна секція космічної петлі (поворотний кабель не показано).

В цілому цей пристрій є величезне споруда довжиною близько 2000 км, а сама петля повинна підніматися на висоту до 80 км і утримуватися на ній за рахунок моменту інерції кабелю, що обертається. Обертання кабелю по суті переносить вагу всієї споруди на пару магнітних підшипників, які її підтримують, по одному на кожному кінці. Плюс цієї системи в тому, що вона може забезпечувати запуски космічних туристів, забезпечуючи відносно м'який рівень навантаження, що дорівнює 3g.

Переваги

Очікується, що пускова петля забезпечить високий темп запусків (кілька пусків за годину незалежно від погоди), і ця система практично не забруднює навколишнє середовище. При ракетному запуску утворюються забруднення у вигляді нітратів через високої температуривихлопних газів і залежно від виду палива можуть виділятися парникові гази. Пускова петля як різновид електричної силової установки є екологічно чистою, вона може працювати від будь-якого джерела енергії: геотермального, ядерного, сонячного, вітрового або будь-якого іншого, навіть непостійного типу, оскільки система має величезний вбудований накопичувач енергії.

На відміну від космічного ліфта, який повинен проходити через радіаційний пояс протягом кількох днів, пасажири пускової петлі можуть бути запущені на низьку навколоземну орбіту, яка нижча за радіаційний пояс, або ж пройти через нього за кілька годин. Ця ситуація аналогічна до тієї, з якою стикаються астронавти Аполлона, для яких дози радіації в 200 разів нижчі, ніж може дати космічний ліфт.

На відміну від космічного ліфта, який схильний до ризику зіткнення з космічним сміттям і метеоритами по всій його довжині, пускова петля розташовується на висотах, де орбіти нестабільні через опір повітря. Космічний сміття там довго не зберігається, шанс зіткнення його з установкою досить малий. У той час як період існування космічного ліфта складає близько декількох років, пошкодження або руйнування петлі можуть статися порівняно рідко. Крім того, пускова петля сама по собі не є значним джерелом космічного сміття, навіть у разі аварії. Всі її можливі уламки матимуть перигей, що перетинається з атмосферою, або їх швидкості будуть нижчими за першу космічну.

Пускова петля орієнтована на перевезення людей, тому що в ній максимальне прискорення 3g безпечне, переважна більшість людей здатні його витримати. Крім того, вона дає набагато швидший спосіб досягнення космічного простору, ніж космічний ліфт.

Пускова петля працюватиме тихо, на відміну від ракет вона не надаватиме жодного шумового впливу.

Зрештою, низька вартість виведення на орбіту корисного навантаження робить її придатною навіть для колонізації космосу.

Проблеми

Розкручена петля запасатиме велика кількістьенергії у вигляді імпульсу. Оскільки система магнітної підвіски буде мати надмірність, збій на невеликій ділянці не вплине на працездатність системи. Але якщо трапиться значне руйнування конструкції, відбудеться виділення всієї запасеної енергії (1.5 петаджоуля), яка еквівалентна вибуху атомної бомби потужністю 350 кілотонн (щоправда, без випромінювання радіації). Хоча це величезна кількість енергії, малоймовірно, що відбудеться знищення всієї конструкції через дуже великі її розміри, а також тому, що при виявленні несправності більша частинаенергії буде направлено у спеціально передбачене місце. Можливо, доведеться вжити заходів для зниження кабелю з висоти 80 км з мінімальними збитками, наприклад, передбачити парашути. Тому для забезпечення безпеки і з астродинамічних причин пускову петлю потрібно буде встановлювати над океаном в районі екватора, далеко від населених пунктів.

Опублікований проект пускової петлі вимагає електронне управління магнітною левітацією для мінімізації розсіювання потужності і стабілізації загасань кабелю, викликаних іншими причинами. Нестійкість виникатиме насамперед у поворотних секціях, а також у кабелі.

Поворотні секції потенційно нестійкі, оскільки рух ротора у напрямку магнітів призводить до зменшення магнітного тяжіння, тоді як рух у бік магнітів створює підвищення тяжіння. У будь-якому випадку виникає нестійкість. Ця проблема вирішується за допомогою систем сервоуправління, які керують силою магнітів. Хоча надійність сервоприводів високої швидкості обертання ротора є предметом дослідження, для стримування ротора у разі збою системи буде втрачено дуже багато послідовних секцій сервоприводів.

Секції кабелю також розділять цю потенційну долю, хоча сили тут набагато менші. Однак, існує ще одна потенційна нестабільність, що полягає в тому, що кабель/оболонка/ротор може зазнати меандрування (як Ларіат ланцюг), причому, амплітуда коливань цього процесу може наростати без обмежень (резонанс). Лофстром вважає, що цією нестійкістю також можна управляти в режимі реального часу за допомогою сервомеханізмів, хоча поки що ніхто цього не робив.

Для підтримки вакууму в системі на прийнятному рівні, знадобиться безліч рівномірно розподілених по довжині вакуумних насосів (тобто і на висоті 80 кілометрів теж), що постійно працюють на відкачування, для компенсації натікання.

Складнощі є отримання необхідної електричної потужності серед океану.

Проблеми

• Суборбітальні космічні польоти починаються з висоти приблизно 100 км, причому вже на висоті 30 км зниження щільності повітря зводить нанівець аеродинамічні переваги крила і для подальшого збільшення висоти потрібні ракетні технології.
• Утруднена масштабованість – ракети, які виводять хоча б 2 тонни на орбіту, важать 100-200 тонн, що близько до межі вантажопідйомності існуючих літаків: Ан-124 піднімає 120 тонн, Ан-225 – 247 тонн.
• Проблеми структурної міцності корисного навантаження і ракети-носія - супутники досить часто розробляються з вимогою витримувати лише осьові навантаження, і навіть горизонтальне складання (коли супутник лежить «на боці») їм неприпустима.
• Необхідність розробки потужних гіперзвукових двигунів. Оскільки ефективний носій – це швидкий носій, звичайні турбореактивні двигуни погано підходять.

За існуючого рівня розвитку технологій аерокосмічні системи можуть стати ефективним засобомдоставки вантажів на орбіту, але якщо ці вантажі будуть невеликими (близько п'яти тонн), а носій - гиперзвуковым.

StarTram, орбітальна гармата (гармата Гауса), електромагнітна катапульта та ракетні санки.

Всі ці ідеї схожі з ідеєю запуску об'єктів у вигляді пострілу з великої зброї розглядалася фантастами ще в XIX столітті. Згодом концепція вдосконалювалася, і сьогодні досі розглядається як теоретиками як можливий методдоставки на орбіту. Суть даного способу безракетного запуску полягає в тому, щоб за допомогою електромагнітного прискорення «вистрілити» апарат, передавши йому достатню швидкість, і при досягненні орбіти він використовував мінімум пального, отримуючи можливість нести максимум вантажу.

StarTram пропонує прискорити безпілотний корабель з перевантаженням 30g через тунель довжиною 130км, на кінці якого знаходиться вікно з плазми, що запобігає попаданню повітря в тунель. В ідеалі вікно має розташовуватися на гірській вершині заввишки 6000 км, де запуск проводитиметься під кутом 10 градусів зі швидкістю 8,78 км/с. Також можна отримати бонус від обертання Землі у вигляді додаткової швидкості, якщо «стріляти» на схід, що компенсує втрати від проходження атмосфери.

Сама конструкція буде схожа на величезну артилерійську зброю, довжина стовбура якої може досягати кількох кілометрів, або розташовуватись углиб поверхні за принципом ракетної шахти.

Теоретично, така конструкція дозволить розганяти снаряд до необхідної для виведення на стаціонарну орбіту першої космічної швидкості (близько 8 км/с). снаряда», тому розумним буде використовувати такий метод запуску виключно для вантажів.

Космічна гармата сама собою не пристосована до виведення вантажів на стабільну орбіту навколо Землі. Закони фізики не дають досягти стабільної орбіти без коригування польоту після запуску. Траєкторія запуску може бути параболічною, гіперболічною або еліптичною (при досягненні першої космічної швидкості).

Остання завершується на поверхні Землі в точці запуску (плюс-мінус обертання планети та опір атмосфери). А це означає, що без коригування балістична траєкторія завжди закінчуватиметься падінням на планету в межах першого витка, за умови, що запуск здійснено з першої космічної швидкістю. При запуску з другою космічною швидкістю снаряд виходить на орбіту навколо Сонця, яка перетинається з орбітою Землі, проте ця орбіта, через обурення від інших планет, може змінитися і більше не перетинатися з орбітою Землі. Тому запуск із космічної гармати можливий тільки апаратів обладнаних своїми двигунами для коригування, до того ж їм необхідний серйозний термозахист для проходження атмосфери.

Але, наприклад, на Місяці, де немає атмосфери, гарматна схема може виявитися оптимальною.

Лазерні рухові системи

Лазерні рухові системи можуть передавати імпульс космічного апарату двома у різний спосіб. Перший спосіб полягає у використанні тиску фотонів, передаючи імпульс за принципом сонячних та лазерних вітрил. Другий спосіб використовує лазер для нагрівання робочої речовини космічного апарату, як і звичайної ракети.

Так, наприклад, для виведення супутника вагою 100 кг необхідний лазер потужністю щонайменше 1 МВт. В даний час встановлено, що для зазначених цілей найбільш ефективно може бути використаний газодинамічний лазер. У цьому випадку лазерна технологія значним чином перетинається з технологією створення сучасних ракет, яка за 50 років вже досить добре розвинена, що дозволяє ставити подібні завдання. Крім того, лазер повинен працювати в імпульсно-періодичному режимі з високою частотою повторення коротких імпульсів для виключення процесу екранування лазерного випромінювання надходить плазмою, що виникає при роботі двигуна, а також з метою підвищення ефективності його роботи. На думку вітчизняних та зарубіжних фахівців, подібні лазерні реактивні двигуни зможуть знайти застосування у складі дешевих одноступеневих засобів виведення нано-мікро- та міні-супутників.

Космічний фонтан

Ця концепція була вперше представлена ​​спільними зусиллями Роберта Л. Форварда, Марвіна Мінська, Джона Маккарті, Ганса Моравця, Родеріка Хайда, та Лоуелла Вуда. Великий обсяг інформації про неї можна знайти в книзі Роберта Л. Форварда "Indistinguishable From Magic".

На відміну від оригінальної конструкції космічного ліфта, фонтан є надзвичайно високою вежею, оскільки така висока вежа не може підтримати свою вагу з використанням традиційних матеріалів, планується, що ця вага підтримуватиметься таким чином: усередині вежа буде порожниста, всередині цієї порожнини знаходяться спеціальна гранульована речовина . Ця речовина після передачі йому кінетичної енергії швидко рухається вгору від нижньої частини вежі і передає цю енергію у верхній її частині, після чого під впливом сили тяжіння падає назад, це буде утримувати вежу від падіння.

Космічний фонтан використовує безперервний потік електромагнітно-прискорених металевих гранул, щоб доставити вантаж на помірні висоти, використовуючи самі основні фізичні принципи, які звичайний фонтан утримує пластиковий м'ячик нагорі вертикального струменя води.

Невеликі металеві гранули мільйонами будуть випущені до станції «дефлектора» високо над землею, яка використовуватиме магнітне поле і ловитиме гранули, пускаючи їх кривою електромагнітним прискорювачем і повертавши їх назад на землю. Наземна станція, у свою чергу, використовуватиме магнітний «совок», щоб упіймати кульки, пускати їх по кривій назад потужним електромагнітним прискорювачем на станцію і все це в одному безперервному циклі. Тиск на магнітні поля совка і вигнутого прискорювача безперервним потоком гранул буде підтримувати в повітрі всю конструкцію.

Ключем до розуміння космічного фонтану є те, що він використовує безперервний потік гранул, що постійно чинить тиск на станцію і піднімаючи її. Згадайте аналогію з фонтаном, так воно і може тримати м'яч, підвішений струменем води безперервною рециркуляцією води: вода, яка падає назад у фонтан, всмоктується у водозаборах і подається назад у водяний струмінь і так до нескінченності. Те саме з металевим «струменем» космічного фонтану.

Крім того, важливо розуміти, що гранули та станція ніколи не матимуть фізичного контакту. Магнітні поля совка і вигнутого прискорювача виступають як свого роду буфер, запобігаючи будь-яким ушкодженням від гранул мчаться до станції зі швидкістю 4 км/с. Тим не менш, гранули чинять тиск на магнітні поля, проходячи через них, і ця сила, у свою чергу, передаються станції, тримаючи її в повітрі.

Використовуючи цю технологію, фонтан міг би підняти повністю обладнану космічну станцію вагою 40 тонн або більше на будь-яку висоту, навіть на висоту космічного ліфта (40000 км). Проте, що більше висота, то більше потрібна енергії (про це нижче). Для підтримки космічного фонтану близько 2000 км у висоту потрібна постійна енергія, порівнянна зі споживанням сучасного міста.

Але однією з переваг фонтану є те, що після того, як буде запущена система, енергія, необхідна для підтримки, буде набагато меншою, ніж енергія для його запуску. Втрата імпульсу від сили тяжіння, коли потік гранул злітає буде точно врівноважується посиленням імпульсу сили тяжіння, коли потік падатиме на наземну станцію і повний імпульс системи ніколи не змінюється. Ентропія ж диктує, що деяка кількість енергії буде зрештою втрачена з часом, але це легко можна компенсувати допоміжними електростанціями, що виробляють невелику частину енергії, необхідної для початкового запуску системи. Таким чином, навіть якщо подача енергії перерветься, фонтан буде функціонувати нормально ще деякий час. Для підвісних станцій висотою від 1000 км це може тривати кілька годин.

Ще одна перевага космічного фонтану в тому, що система може бути побудована з нуля. Наземна станція та дефлектор станції з їх прискорювачами можна повністю побудувати на землі і станція буде на вершині наземної станції з вирівняними прискорювачами. Тоді сила потоку гранул повільно, але зрештою підняла б станцію спочатку на кілька сантиметрів, потім на кілька сотень метрів і так кілометр за кілометром. Процес може бути припинений на будь-якій висоті, від кількох сантиметрів до кількох тисяч метрів, на невизначений термін, що дозволяє виконувати калібрування, технічне обслуговування, нове будівництво тощо.

Джерело енергії для підтримки фонтану також може бути використане для підтримки бічних структур, таких як ліфти або стіни вздовж його довжини. Електромагнітні прискорювачі/сповільнювачі можуть бути побудовані по вертикалі вздовж «струмка» гранул, тому фонтан може повільно будуватися, спираючись на силу гранул. Оскільки секції стін (і будь-яка внутрішня структура) самі можуть підтримувати себе в повітрі внутрішнім потоком, що проходить через них, вони не відчуватимуть перевантаження, як було б у звичайних будівель сотні або тисячі кілометрів у висоту.

Таким чином, космічні фонтани можуть бути використані для створення по-справжньому гігантських будівель і веж. І, на відміну від космічного ліфта, космічний фонтан не вимагає ніяких надзвичайно дорогих матеріалів, що не існують нині, для будівництва. Сучасні сплави та композиційні матеріали цілком підійдуть для його побудови.

Найбільш очевидне застосування для такого супер-високої структури, звичайно, буде як безракетний космічний запуск. На зовнішніх стінах можуть бути встановлені електромагнітні прискорювачі«Вистрілюють» вантажі на орбіту. Фонтан близько 40 км заввишки буде достатньо для запуску пасажирів на орбіту з менш ніж 3g прискорення, а заввишки 100 км або вище може просто кинути вантаж безпосередньо на орбіту без перевищення навіть 1g.

Башта фонтану також може бути використана як величезний розмір аркології, дослідницької установи, промислового центру і т.п. Фонтан 100 кілометрів заввишки та 100 метрів завширшки матиме близько 7,85 кубічних кілометрів об'єму. Дизайнери та архітектори можуть використовувати цей простір для чого завгодно. Але ж можливі й ширші та місткі вежі.

Переваги порівняно з космічним ліфтом

• Космічний фонтан може бути побудований із застосуванням вже існуючих на сьогоднішній момент технологій. Він вимагає екзотичних матеріалів (таких як нанотрубки), на відміну космічного ліфта.
• Космічний фонтан може бути побудований від Землі, а не з ДСО як у випадку з космічним ліфтом.
• Космічний фонтан може бути побудований у будь-якій точці на землі, а не лише на екваторі.
• Космічний фонтан може бути збудований на небесних тілах з дуже маленькою швидкістю обертання, наприклад: Місяць, Венера.
• Космічний фонтан не так сильно схильний до ризику попадання в нього космічного сміття, через те, що його розмір менший, ніж у космічного ліфта.

Недоліки порівняно з космічним ліфтом

Його основним недоліком є ​​те, що він є активною структурою і тому вимагає постійної енергії.

Таким чином, ми бачимо, що сьогодні будь-який із представлених методів є недосяжним, що обумовлено економічною неспроможністю, відсутністю необхідних технологій та матеріалів. Втім, необхідність видобутку нових ресурсів, освоєння планет і супутників рано чи пізно змусить розглянути наведені вище методи не як вигадування фантастів і теоретиків, а як реальну і необхідну альтернативу ракетному запуску, що існує сьогодні.

ракетні двигуни, що викидають язики полум'я, виводять космічний корабельна орбіту навколо Землі. Інші ракети виводять кораблі межі Сонячної системи.

У всякому разі, коли ми думаємо про ракети, то уявляємо собі космічні польоти. Але ракети можуть літати і у вашій кімнаті, наприклад, під час святкування вашого дня народження.

Ракети будинку

Звичайний повітряну кулькутакож може бути ракетою. Яким чином? Надуйте кульку і затисніть її горловину, щоб повітря не виходило назовні. Тепер відпустіть кульку. Він почне літати по кімнаті абсолютно непередбачувано і некеровано, що штовхається силою повітря, що виривається з нього.

Ось інша простенька ракета. Поставимо на залізничну дрезину – гармату. Направимо її назад. Припустимо, що тертя між рейками та колесами дуже мало і гальмування буде мінімальним. Вистрілимо з гармати. У момент пострілу дрезина рушить уперед. Якщо почати часту стрілянину, то дрезина не зупиниться, а з кожним пострілом набиратиме швидкість. Вилітаючи з гарматного ствола назад, снаряди штовхають дрезину вперед.

Матеріали на тему:

Як сплять космонавти у космосі?

Сила, що при цьому створюється, називається віддачею. Саме ця сила змушує рухатися будь-яку ракету як у земних умовах, так і в космосі. Які б речовини або предмети не вилітали з предмета, що рухається, штовхаючи його вперед, ми матимемо зразок ракетного двигуна.

Ракета набагато краще пристосована для польотів у космічній порожнечі, ніж у земній атмосфері. Щоб вивести ракету в космос, інженерам доводиться конструювати потужні ракетні двигуни. Свої конструкції вони ґрунтують на універсальних законах світобудови, відкритих великим англійським вченим Ісааком Ньютоном, який працював наприкінці 17 століття. Закони Ньютона описують силу тяжкості та те, що відбувається з фізичними тілами, коли вони рухаються. Другий і третій закони допомагають чітко зрозуміти, що являє собою ракета.

Рух ракети та закони Ньютона

Другий закон Ньютона пов'язує силу предмета, що рухається, з його масою і прискоренням (зміною швидкості в одиницю часу). Таким чином, для створення потужної ракети треба, щоб її двигун викидав великі маси згорілого палива з великою швидкістю. Третій закон Ньютона свідчить, що сила дії дорівнює силі протидії і спрямована в протилежний бік. У разі ракети сила дії - це розпечені гази, що вириваються із сопла ракети, сила протидії штовхає ракету вперед.

Коротка історія ракет

Загальний принцип реактивного польоту, який ліг в основу всіх ракет, простий - від тіла відокремлюється якась частина, що приводить все інше в рух.

Хто першим реалізував цей принцип – невідомо, але різні припущення та домисли доводять генеалогію ракетобудування аж до Архімеда. Достовірно про перші подібні винаходи відомо, що ними активно користувалися китайці, які заряджали їх порохом і за рахунок вибуху запускали в небо. Таким чином вони створили перші твердопаливніракети. Великий інтерес до ракет з'явився у європейських урядів на початку

Другий ракетний бум

Ракети чекали свого часу і дочекалися: у 1920-х роках почався другий ракетний бум, і пов'язаний він насамперед із двома іменами.

Костянтин Едуардович Ціолковський - вчений-самоучка з Рязанської губернії, незважаючи на труднощі та перешкоди, сам дійшов до багатьох відкриттів, без яких неможливо було навіть говорити про космос. Ідея використання рідкого палива, формула Ціолковського, яка розраховує необхідну для польоту швидкість, виходячи із співвідношення кінцевої та початкової мас, багатоступінчаста ракета – все це його заслуга. Багато в чому під впливом його праць створювалося та оформлялося вітчизняне ракетобудування. У Радянському Союзі почали стихійно виникати товариства та гуртки з вивчення реактивного руху, серед яких ГІРД - група вивчення реактивного руху, а в 1933 під патронажем влади з'явився Реактивний інститут.

Костянтин Едуардович Ціолковський.
Джерело: Wikimedia.org

Другий герой ракетних перегонів - німецький фізик Вернер фон Браун. Браун мав відмінну освіту і живий розум, а після знайомства з іншим світилом світового ракетобудування, Генріхом Обертом, він вирішив докласти всіх своїх сил до створення та вдосконалення ракет. У роки Другого Світового фон Браун фактично став батьком «зброї відплати» Рейху – ракети «Фау-2», яку німці почали застосовувати на полі бою в 1944 році. «Крилатий жах», як називали її в пресі, приніс руйнацію багатьом англійським містам, але, на щастя, на той момент крах нацизму був уже справою часу. Вернер фон Браун разом зі своїм братом вирішив здатися в полон до американців, і, як показала історія, це був щасливий квиток не тільки не стільки для вчених, скільки для самих американців. З 1955 Браун працює на американський уряд, і його винаходи лягають в основу космічної програми США.

Але повернемося у 1930-ті. Радянський уряд гідно оцінив прагнення ентузіастів на шляху до космосу і вирішив використати його у своїх інтересах. У роки війни себе добре показала «Катюша» - система залпового вогню, яка стріляла реактивними ракетами Це була багато в чому інноваційна зброя: «Катюша» на базі легкої вантажівки «Студебекер» приїжджала, розверталася, обстрілювала сектор та їхала, не даючи німцям схаменутися.

Закінчення війни підкинуло нашому керівництву нове завдання: американці продемонстрували світові всю потужність ядерної бомби, і стало очевидним, що на статус наддержави може претендувати тільки той, хто має щось схоже. Але тут була проблема. Справа в тому, що, крім самої бомби, нам потрібні були засоби доставки, які змогли б обійти ППО США. Літаки для цього не годилися. І СРСР вирішив зробити ставку на ракети.

Костянтин Едуардович Ціолковський помер у 1935 році, але йому на зміну прийшло ціле покоління молодих учених, яке відправило людину в космос. Серед цих учених був Сергій Павлович Корольов, якому судилося стати «козирем» Рад у космічній гонці.

СРСР взявся за створення своєї міжконтинентальної ракети з усією старанністю: були організовані інститути, зібрані кращі вчені, у підмосковних Підлипках створюється НДІ з ракетного озброєння, і робота кипить на повну силу.

Тільки колосальна напруга сил, засобів та умів дозволила Радянському Союзув найкоротший термінзбудувати свою ракету, яку назвали Р-7. Саме її модифікації вивели у космос «Супутник» та Юрія Гагаріна, саме Сергій Корольов та його соратники дали старт космічній ері людства. Але із чого складається космічна ракета?