|
Три варианта возвращения
В настоящее время известны (и опробованы) три способа спуска корабля из космоса, с орбиты. Первое - это торможение окружной скорости в космосе и почти прямой спуск, вход в атмосферу "на всех парах". Второе - аэродинамический спуск. Третье - по самолетному, с крыльями, с программной посадкой на заданном аэродроме. Все "три" имеют очень много отрицательных моментов.
А теперь вариант четвертый
Принадлежности спуска: шар-поплавок, соединительный тормозной трос, космический корабль. Космический корабль содержит отсек, в котором в сложенном виде находятся шар-поплавок, трос и баллон сжатого газа. Таких отсеков может быть несколько.
При спуске и перед входом космического корабля в атмосферу соответствующий отсек открывается и из него выбрасывается шар-поплавок, соединенный тросом с кораблем. Под давлением поданного из баллона газа шар-поплавок принимает заданную форму, оставаясь соединенным с кораблем.
Система шар - поплавок - трос - корабль подготовлены к входу в атмосферу. При входе такой системы в атмосферу корабль погружается в её верхние слои, а гигантский шар-поплавок тормозится, его скорость снижения падает. Однако шар-поплавок и корабль связаны между собой тросом. Поэтому под усилиями, направленными от шара и от корабля, трос удлиняется, выходя из тросовой камеры корабля. Корабль и шар-поплавок при этом снижаются с существенно разными скоростями.
Одновременно выход троса тормозится тормозным устройством, что создает дополнительные усилия, действующие как на шар-поплавок, так и на корабль. Тормозным устройством и под противодействием шара-поплавка и корабля эти усилия увеличиваются, прикладываются к кораблю и тормозят его. Скорость корабля в атмосфере снижается.
При сниженной на некоторую величину скорости корабля усилия противодействия уменьшаются - в пределе при скорости, равной нулю, усилий нет - однако тормозное устройство их вновь увеличивает (по определенному алгоритму), скорость корабля вновь снижается. При этом увеличивается время полета.
Непрерывно увеличивается длина троса. Шар-поплавок остается наверху, чуть погружаясь в атмосферу, корабль с замедлением идет вниз. Алгоритм гашения скорости (самой скорости) выбирается из условий высоты полета (плотности атмосферы) и допустимой температуры нагрева поверхности корабля, связанной со скоростью спуска.
Примечание: Без ввода в действие тормозного устройства (при постоянной выбранной длине троса-связки) скорость системы шар-корабль будет также падать (по другому алгоритму) за счет противодействия атмосферы на шар, входящий в атмосферу, имеющем значительно большие размеры, чем корабль.
Шар-поплавок может иметь форму конуса, остриё которого направлено вниз. Регулирование усилий, действующих на шар и корабль, производится при изменении длины троса и действия тормозного устройства.
Масса корабля, входящего в атмосферу, изменяется (уменьшается) за счет "выброшенной" массы наполненного шара и постепенно массы троса.
Некоторый антианалог этому - процесс торможения самолёта на ВПП, когда самолетный крюк зацепил цепь, постепенно выходящую из колодца, наращивая массу системы цепь-самолет. Тем самым снижается скорость движения этой системы (и самолета).
В системе шар-корабль масса системы остается постоянной, однако, массы частей системы (как и усилия) разделены и находятся в разных скоростных и атмосферных категориях. Торможение производится там, где легче тормозить.
Атмосферное торможение на корабле по известным причинам неэффективно. Корабль тормозится усилиями, развиваемыми (передаваемыми) тросом. Атмосферное торможение на шаре - значительно и эффективно. Его масса значительно меньше массы корабля, а поверхность больше. Для торможения меньшей массы требуется, естественно, меньше усилий. Однако тормозящее действие атмосферы в наибольшей степени зависит от поверхности тела и его поперечного размера - оно по сравнению с действием на корабль достаточно велико. Кроме того, когда шар замедлит свою скорость, вступает в действие его достаточно большая плавучесть, подъемная сила.
Поэтому наступает баланс сил, действующих на шар и на корабль. На корабль действие атмосферы мало, но велико действие усилий, развиваемых тросом. На шар действие от атмосферы велико, и это действие он передает (тросом) на корабль.
Таким образом, при постоянной массе системы шар - трос - корабль торможение происходит эффективнее за счет разделения массы тел, их поверхности и разделения расстояния между ними (разделения атмосферных условий).
Последующий спуск (после погашения критической скорости в атмосфере) происходит на шаре, играющем роль парашюта (при низких скоростях снижения).
Прямой аналог этому - торможение самолета на ВПП после выпуска тормозного парашюта. Система самолет - трос - парашют тормозится под действием сил торможения, создаваемых парашютом и передаваемых тросом (фалом) на самолет. Так происходит при относительно низких скоростях посадки и пробега. Поэтому части системы (парашют - трос - самолет) сохраняют относительное положение при своем действии - при действии на них атмосферы - постоянным. Если эти посадочные скорости увеличить (гипотетически), не рассматривая механизм работы шасси, части системы при вводе её в действие не сохраняются, торможение срывается.
В этих условиях необходимо после ввода тормозного парашюта уменьшить его скорость, сохраняя тормозной эффект на самолет. В этих условиях (до соответствующего снижения скорости) необходим ввод удлинения фала-троса, с сохранением его действия на самолет и снижения скорости тормозного парашюта. Таким образом, центр масс системы свою скорость постепенно понизит, но с соответствующим (безопасным) распределением по пути и по времени. Скорости движения (торможения) на этом участке самолета и парашюта будут относительно друг друга различными.
В этих "скоростных" условиях такая система торможения на ВПП есть аналог, во многом приближенный к принципу спуска из космоса на системе связок шар - трос - корабль. Отличие лишь в том, что на отрезке спуска резко изменяются атмосферные условия. Однако система связки шар - трос - корабль позволяет учесть изменение этих условий. Например, регулирующим действием изменения длины троса и соответствующим приложением к нему (в это время) тормозных усилий.
Такой принцип спуска позволит не применять планирующий спуск - он более сложен как аппаратно, так и функционально, и, кроме того, требует ВПП, несет в себе "лишнюю" необходимую массу, в общем-то, не требующуюся при спуске.
Принцип системы шар - трос - корабль эти "моменты" снимает. Одновременно такая система обеспечивает многоразовость использования корабля гораздо меньшей массы (!), что существенно.
Такой принцип спуска обеспечивает спуск в любую точку земли.
Его экспериментальная (макетная) проверка в настоящих условиях не представляет технических (и организационных) трудностей. Такой спуск (без планирующего корабля - его запуска и возвращения) будет возможен как отдельно, так и при отделении от космической станции. В этих условиях нужно вспомнить о сложнейшем аппаратурном обеспечении кораблей планирующего спуска.
Тормозной космический трос может представлять из себя не только систему с одним оконечным шаром. Он может содержать несколько как оконечных шаров, так и их распределение по длине троса. Размеры шаров при этом уменьшаются, торможение может стать более плавным, - вновь появляется аналог нагружения массой звеньев цепи. Здесь эти тормозные звенья представляются в виде распределенных по тросу шаров. Там тормозит постепенный ввод массы, здесь - постепенный ввод поверхностей. Причем, как звенья цепи, так и оболочки шаров могут быть заранее прикреплены к тросу.
Немного фантазии и...
Далее следует некоторая фантастическая конструкция. Трос может быть такой длины, что проходит через всю физическую атмосферу. На его верхнем конце находится огромный шар, плавающий на поверхности атмосферы или несколько в неё погруженный. Нижний конец троса касается поверхности земли (и укреплен относительно земли).
Запуск такого гигантского троса, несущего сверху шар огромных размеров, может быть произведен специальным кораблем-спутником, который предназначен только для этой цели, и, отработав свое, больше не используется - он содержит только устройство выпуска троса и шара.
Например, 1 м троса весит 50 г, тогда 1 км - 50кг, 10 км - 500 кг и 50 км - весят 2,5т.
Соорудив такую космическую конструкцию, можно продлить трос до космической станции (или до другого объекта), подхватив его управляемым кораблем. В условиях невесомости вес соединительных верхних частей троса "значения не имеет".
Появляется еще одна возможность - это регулируемый, управляемый спуск по тросу.
И еще. Вероятно, возможен подъем объекта по тросу. Иначе он выполняет только функцию спуска. Поднявшись до тросового шара, плавающего наверху троса, объект приобретает соответствующий радиус от земли и окружную скорость вращения вместе с землей, некоторую часть невесомости, "потерю" массы. Для подъема нужно прикладывать силу, обеспечивающую подъем. Эта сила P=mg.
Например, вес объекта на земле, его масса 1 т. Подъем у земли производится с силой в 1 т. Сила прикладывается относительно троса и объекта. Такое действие удерживается шаром, он чуть более утопает в верхних слоях атмосферы.
Создать такую силу можно, например, с помощью электродвигателя, работающего по тросу (через редуктор). На маховике с радиусом 0,01 м нужен момент в 10 кгм - относительно троса им создается сила, равная 1т. Передаточное число редуктора i=1000. Такой редуктор с одной ступенью создать можно. Момент на валу электродвигателя будет 0,01 кгм, на выходе редуктора - 10 кгм, т.е. то, что нужно.
Такие электродвигатели есть. Момент, развиваемый на валу электродвигателя, равен, как указывалось 0,01 кгм (1000 гсм). Номинальная скорость вращения, например, 8000об/мин. Тогда на тросе 8 об/мин. При радиусе условного маховика, действующего относительно троса, 1 см, получаем 6,28х8=50 см/мин. Тогда длину троса в 50 км объект пройдет примерно за 100000 минут, т.е. за 70 суток. При этом электродвигатель затратит на это ничтожную мощность в 100 вт!
По известным причинам трос удерживается вертикально. Например, на высоте 10 км на нем можно устроить смотровую площадку (с ограждением по краям). Выйдя из подъемного механизма (в скафандре) можно полюбоваться видом Земли сверху. Не нужно строить тяжелые башни, например Останкинскую, высота которых ничтожна. Здесь же без опоры на землю смотровые площадки, укрепленные на тросе, и телевизионные антенны могут быть на любой высоте.
Относительно земли трос можно перемещать. Он занимает все время вертикальное положение. Его верхний конец с шаром отследит перемещение по земле, передвинется по траектории его нижнего конца по земле. Не обязательно нижний конец троса удерживать (фиксировать) относительно неподвижной точки на земле. Если закрепление снять и не прикладывать к нему усилие перемещения, он будет дрейфовать, возможно, по всему миру.
Можно нижний конец троса подрезать, например, до высоты 100 м. Прикрепив к нему самолет (без крыльев) - "тросолет" - запустив двигатель, можно летать (с дозаправкой) по всему миру. Скорость полета не ограничена. Можно перевозить любые грузы и людей. Это будет максимально экономично. Космос станет помогать нашей хозяйственной деятельности. Не то, что сегодня - тратим средства, только чтобы там побыть. Зачем?
"С тросом" все неэкономические вопросы отпадают. Нельзя себе представить событие лучше, чем это представляется при применении "космического троса". В этом случае, затратив энергию на доставку троса и шара в космос, получаем в последующем бесплатную "выгодность" космического дела. Использование космической "подвески" шар - трос приобретает гигантские масштабы. Почище, чем персональный компьютер и интернет, роль которых только информативная. "Шар с тросом" обеспечивают всё!
Уйдут в прошлое железные дороги, самолеты, сегодняшняя радиосвязь, доступ в интернет. Теперь эти два монстра помогут друг другу и завоюют весь мир. Единственная забота в будущем - это охрана шара. Если он пробит - катастрофа, трос падает на землю. Однако для защиты есть множество мер. Одна из них - это непробиваемый "вечный" шар.
|
