Космическая праща

Автор: Кэс

Содержание

Механический привод космического корабля

Использование тросовых систем разгона космических кораблей на планетах и малых космических телах

Выводы

Обсуждение - Космическая праща Кэса - это гениально!

Обсуждение - Ложка дегтя

Как известно американцы пытались осуществить в 1996 году проект "Космическая Праща". Суть проекта - разгоняемый корабль, соединённый с орбитальной станцией тросом совершает разгон, вращаясь вокруг станции, а затем, набрав необходимую скорость, отрывается от троса и уходит в самостоятельный полёт. Проект закончился неудачей - трос оборвался. Кроме того, идея не вполне идеальна - при запуске корабля, станция теряет скорость. Сама суть идеи, как говорится, лежит на поверхности - древнейший вид оружия - праща.

Я задумался о возможности использования тросовых систем для космических аппаратов в начале 90х годов, находясь в абсолютном неведении относительно каких либо подобных проектов, в том числе американских. Потом, наткнувшись на американскую разработку начал искать подобные проекты, но нигде не обнаружил копий своих идей.

Механический привод космического корабля

В средней части корабля расположены штанги противовращающихся выпускных тросовых систем, оснащённые механизмами подачи груза, играющего роль рабочего тела. Штанги приводятся во вращение системой двигатель-генераторов через маховики-гироскопы и муфты сцепления. Энергия для привода двигатель-генераторов может поступать от различных источников, например солнечных батарей или ядерного реактора. Механизмы подачи груза устанавливают грузы в управляемые захваты тросовых систем, после чего тросы, приводясь штангами во вращение, начинают разматываться.

При длине выпущенного троса 3 км, и 60 оборотах в минуту (например) угловая скорость на концах тросовых систем составит 10 км/сек, после чего управляемые захваты с помощью системы прецизионного управления в противоположных точках пространства выпускают грузы. Соответственно корабль получает импульс и двигается в противоположном направлении. В данном случае ускорение, полученное кораблём, соответствует применению РД (ракетного двигателя) со скоростью истечения продуктов сгорания 10 км/сек, что уже равносильно применению ядерного, ЭРД, либо ионного двигателей и превосходит возможности химических РД.

Механический привод может варьировать в широчайшем диапазоне параметры своей работы, можно менять массы грузов рабочего тела, длину выпуска тросов, количество оборотов за единицу времени, возможно, даже жизнеспособен вариант с непрерывной подачей грузов рабочего тела к управляемым захватам на концах тросовых систем, что позволяет экономить время разгона корабля.

Механический привод позволяет обойти слабые стороны двигателей с большой скоростью истечения рабочего тела (ЯРД, ЭРД, И-ПД), у которых проблема с перегревом и необходимостью громоздких и малоэффективных в условиях космического пространства систем охлаждения.

Возможности механического привода ограничены в основном только предельной прочностью тросовой системы и её привода. Не проводя точных расчётов (кому будет интересно, попробуйте сами просчитать различные варианты), можно вполне достоверно утверждать, что скорость сброшенных рабочих грузов может достигать 100 км/сек. Это в свою очередь позволяет строить корабли с соотношением масс корабль/топливо, как 1/1, либо при классической схеме (1/30) достигать больших скоростей полёта, например до 300 км/сек.

Время разгона до оптимальной скорости корабля с механическим приводом примерно сопоставимо со временем разгона на ЭРД, то есть значительно больше, чем при применении химических ракет. КПД механического привода высок, так как сам привод является в условиях космического вакуума отличным рекуператором энергии, которую можно использовать как на нужды самого корабля, так и для следующих рабочих циклов.

К мощности энергетической установки корабля при этом типе привода так же снижаются требования, так как механический привод может значительное время накапливать энергию для очередного импульса.

Есть ещё один интересный момент, имеющий место при использовании механического привода. Как известно современные энергетические установки не в состоянии обеспечить корабль таким количеством энергии, которое необходимо для разгона с ускорениями, которые дают ЖРД. Есть также минимальный порог мощности двигателя, ниже которого применение двигателя для разгона корабля теряет всякий смысл (примерно 3 см/ сек.). Механический привод позволяет скомбинировать положительные моменты двух способов разгона корабля, а именно производя импульсы тягой больше массы корабля через более значительные промежутки времени.

Корабли с механическим приводом обеспечат приемлемые сроки полётов кораблей на Марс и в систему Юпитера, ( имеется в виду пилотируемые полёты), а так же более длительные полёты к Сатурну и значительно упростят посылку зондов к дальним планетам и к ближним к солнцу планетам, да и к Солнцу так же. Транспортная система Земля-Луна станет вполне экономичной, при условии, что с Земли в космос доставляются только пассажиры и самые необходимые грузы, а топливо поставляется на орбиту с Луны.

Использование тросовых систем разгона космических кораблей на планетах и малых космических телах

Атмосфера Земли создаёт значительные трудности для использования тросовых разгонных систем космических аппаратов. Однако в некоторых случаях позволяет значительно сэкономить на количестве необходимого для разгона аппарата топлива, а значит на себестоимости запуска и цене самой ракеты. При некоторых технических ухищрениях вполне возможно придать разгоняемому аппарату скорость до 1 км/сек, но даже 300 м/ сек, полученные аппаратом при старте с использованием тросовой системы разгона, без затрат собственного горючего дают огромную экономию топлива. Даже если не вполне будет оправдан запуск с помощью тросовой системы пилотируемых аппаратов, то беспилотные запускать гораздо выгоднее, чем с поверхности или с воздушного старта. Для упрощения работы тросовой системы запуска (балансировка) можно использовать груз, уравновешивающий нагрузку на ось системы, который оснащается тормозными устройствами (парашютом).

Картина значительно меняется, когда тросовая система разгона применяется на планетах с меньшей силой тяжести и плотностью атмосферы, а тем более на космических телах вообще лишённых её. На Марсе уже вполне без проблем работоспособна тросовая система разгона, придающая кораблю скорость 1 км/сек. При возможности принудительного охлаждения корпуса корабля и той части троса, которая испытывает тепловые перегрузки скорость можно довести до 2-х км/сек, что позволит экономить до 50% стартовой массы.

Применение тросовой системы разгона космических аппаратов на поверхности Луны вообще ограничено только перегрузками и прочностью самого троса, в любом случае возможно выведение пилотируемого корабля на орбиту Луны и даже на межпланетную трассу, без затрат топлива самого корабля.

Возможно, осуществима становится транспортная система Луна - спутники Марса и обратно, при этом корабли будут тратить топливо только на коррекцию траектории полёта и торможение, что значительно поднимает массу транспортируемой полезной нагрузки. Запуск автоматических кораблей будет ещё более эффективным. Энергию достаточную для работы тросовой системы разгона вполне может давать солнечная электростанция на поверхности Луны, либо ЯЭУ на большем удалении от Солнца.

Может быть тросовая система сможет применяться и для посадки кораблей на малые космические тела, в данном случае корабль синхронизирует низкоорбитальный полёт с вращающейся тросовой системой, стыкуется с ней и переходит с орбиты на центробежную траекторию, а затем постепенно тормозится. Аппарат не падает на поверхность планеты из-за центробежной силы. Как вариант - на корабле может быть установлен "гарпун" на поворотной платформе с системой отбора энергии и "лебёдкой" сматывающей трос. Конечно, такая система посадки имеет весьма ограниченные технические параметры (длина троса должна быть достаточно велика)

Выводы

Мне не удалось обнаружить (ещё раз повторяю) аналогичных этим конструкциям идей где либо, и поэтому считаю, что первым разработал их я. Приняв некоторые меры предосторожности, предлагаю их на обсуждение и критику. Если это что-то новое, то очень приятно, ну а если нет, то прошу не слишком донимать упрёками. По моему мнению, идеи вполне технически реализуемые и экономически оправданные.

Обсуждение - Космическая праща Кэса - это гениально!

Уважаемые дамы и господа!

В моем восклицании нет прикола. Снимаю перед Кэсом шляпу и считаю за честь первым поздравить его с раскруткой замечательной идеи. Я воистину горжусь тем, что такие замечательные люди, как Кэс, являются моими современниками. Пусть потом говорят, что идея космического праща не нова, что этим способом запуска пользовались еще дикари - такое гнусавить - удел бездарей. Ради такого дня, как сегодняшний, мне стоило родиться, потому что мне посчастливилось сегодня дополнить на этом благословенном форуме прекрасную идею Кэса. Смотрите друзья.

Два челнока на околоземной орбите в период, когда они находятся в состыкованном состоянии (для обмена грузами и людьми), настраивают полиспастную тросовую систему. После расстыковки они расходятся друг от друга на необходимое расстояние в заданной плоскости. Затем включают одновременно реактивно-вакуумные двигатели, которые создают вращательное движение всей связке из обоих челноков в заданной плоскости за счет смерчевого характера выброса газов (см. "Ракета наоборот"). Вращение челноков набирает угловую скорость друг относительно друга. В определенный момент, когда вектор линейной скорости челнока, летящего к Земле, направлен в противоположную сторону линейного вектора скорости орбитальной, а вектор линейной скорости челнока, летящего к Луне (или к другой планете), направлен в сторону вектора скорости орбитальной - связка отстреливается. Один челнок, потеряв первую космическую скорость, начинает падать на Землю, а другой - летит по кривой в сторону Луны. В чем выигрыш?

Появляется реальная возможность получить силу тяготения на каждом из челноков после раскрутки в условиях невесомости (т.е. на орбите). Это очень важный элемент обустройства в жизнеобеспечении и работоспособности каждого из челноков, особенно для того, который летает к Луне и обратно. Но это другая большая тема для разговора.

А сейчас, уважаемые дамы и господа, давайте дружно скажем "Браво" Кэсу - покорителю космоса.

С уважением, Salter

Обсуждение - Ложка дегтя

Уважаемый КЭС!

Я думаю что у вашей конструкции есть один недостаток - прочность троса.

Возмем например спутник весом в 1 кг. По беглым расчетам на конце провода, при угловой скорости в 1 км/с (при условии связывания центра тяжести со спутником), будет усилие в 1000 Н или его вес увеличится до 1 тонны (Н=кг*м/с²). Сила тяжести в этом спутнике станет 1000 м/с² / 9,8 = 102g

Здесь нет просчета прочности троса, но цифры уже огромные.

Повторяю это беглые расчеты, взятые из головы без справочника, и я могу ошибаться.

Алексей Верига