Кольцевой магнитный ускоритель для запуска спутников

Что-то подобное мы слышали уже не раз. Ведь идея восходит ещё к жюль-верновскому роману «Из пушки на Луну». Но теперь всё серьёзно. Американские ВВС финансируют проект системы запуска сверхлёгких спутников на орбиту при помощи гигантского наземного ускорителя.

Разрабатывает эту систему американская компания LaunchPoint. Правда, при ближайшем рассмотрении выясняется, что Magnetic satellite launch system — вовсе не пушка, а огромное кольцо, схожее по устройству с ускорителями частиц, которые помогают физикам раскрывать тайны природы. Только вместо частиц это кольцо будет разгонять небольшой контейнер со снарядом, внутри которого будет находиться 10-килограммовый спутник.
Идея электромагнитного запуска космических аппаратов далеко не нова. Но во время предыдущих попыток исследователи сосредоточивались на анализе прямолинейных ускорителей, фактически — электромагнитных пушек. Изготовление таких орудий, в принципе, возможно, но для этого необходимо решить ряд проблем. В их числе — высочайшие перегрузки при старте (мало какой спутник их выдержит), а также колоссальная электрическая мощность, которая потребуется для совершения выстрела.

Иглоподобный снаряд будет разгоняться внутри специального контейнера, призванного воспринимать силы от магнитных полей (иллюстрация LaunchPoint).

Заметим, что речь идёт не о суммарной энергии, а о том, что реализовать её нужно будет за сотые доли секунды. А значит, потребуются сотни тонн конденсаторов и сверхнадёжные проводники, способные выдержать колоссальный импульс тока.

Кольцевой ускоритель решает эту проблему. Так, разгон контейнера в нём может продолжаться хоть несколько часов, а значит, установку можно будет просто включить «в розетку», не опасаясь перегрузить сеть.

Предварительный анализ идеи уже проведён, а теперь ВВС США (USAF) выделили деньги на следующий этап — более подробную разработку стартового комплекса. Возглавляет этот проект Джеймс Фиске (James Fiske) из LaunchPoint, давно работающий совместно со специалистами из компании MagTube над различными системами магнитной подвески.

Позже, возможно, инженеры построят масштабный прототип системы с кольцом диаметром около 50 метров. А в окончательном виде система должна представлять собой кольцо диаметром 2 километра с комплексом сверхпроводящих электромагнитов для удержания и разгона контейнера со спутником.

Спутник предполагается заключить внутрь конусного снаряда, состоящего из очень массивного вольфрамового наконечника (на рисунке — №1), отсека для полезной нагрузки (2), баков для горючего и окислителя (3 и 4) и сопла ракетного двигателя (5).


Снаряд для запуска спутника. Его центр тяжести будет смещён вперёд, что обеспечит конусовидному снаряду стабилизацию в полёте. Пояснения к цифрам — в тексте (иллюстрация LaunchPoint).

Двигатель нужен для коррекции полёта снаряда и для более точного его выведения на орбиту. Но вот первой космической скорости аппарат достигнет прямо в кольце. Более того, там снаряд предполагается разгонять даже до 10 километров в секунду, чтобы был запас на потери в «пушке» и атмосфере.

«Пушка» в данной системе — это ответвление кольца, плавно заворачивающее вверх и выбрасывающее снаряд под углом 30 градусов к горизонту.

По замыслу LaunchPoint, в момент прохождения развилки на кольце быстродействующая электроника приведёт в действие некие «лазерные и пиротехнические устройства», которые сбросят внешний контейнер (служащий «вагончиком» для этой магнитной «дороги») и направят уже один снаряд в ответвление.

Очевидно, что трение в «пушке» будет чудовищным, особенно в том месте, где она загибается вверх. Но авторы системы полагают, что эта проблема разрешима. Они даже уверены, что можно добиться относительно благополучного полёта снаряда в нижних слоях атмосферы со скоростью, превышающей скорость звука в 23 раза. Хотя легко представить, как сильно нагреется наконечник конуса в первую же секунду.

Впрочем, создатели системы напоминают, что сходная задача успешно решена разработчиками боеголовок межконтинентальных ракет. Правда, там интенсивный нагрев идёт не при старте, а при входе боеголовки в атмосферу из космоса и на скорости несколько километров в секунду.


По устройству эта система близка к ускорителям частиц. Но поперечное сечение кольца будет намного скромнее (иллюстрация LaunchPoint).

Относительно разворота всей системы по азимуту в описании проекта ничего не сообщается, однако, наверное, и эту задачу можно как-то решить. Тогда можно будет варьировать и наклонение орбиты спутника. А ещё — превратить эту систему в оружие.

Ведь пушка, выбрасывающая снаряд с первой космической скоростью (или чуть меньшей), способна доставить боеприпас практически в любую точку планеты. А система коррекции полёта снаряда на нисходящей ветви параболы (хотя бы раскладные управляемые стабилизаторы) обеспечит приемлемую точность попадания.

Об этом возможном применении кольца говорит специалист по аэронавтике Алан Эпштейн (Alan Epstein) из Массачусетского технологического института (MIT). Эпштейн не входит в команду создателей системы и скептически относится к возможности её практического использования.

Но представим, что технические проблемы решены. И тогда главным вопросом будет уже не «как запускать?», а «что запускать?» — за исключением уже упомянутых боеголовок.

Легко посчитать, что в конце разгона по кругу на спутник будет действовать центростремительное ускорение в 10 тысяч g. Однако электроника в управляемых гаубичных снарядах выдерживает при выстреле 20 тысяч g. Так что вполне можно создать крошечные спутники, способные перенести такую перегрузку.

Кроме того, с помощью кольцевого ускорителя на орбиту можно доставлять простые грузы, выдерживающие большое ускорение, — капсулы с водой, кислородом, пищей для обитателей космической станции. И чем больше будет таких запусков, тем дешевле обойдётся каждый из них. Тут кольцевой ускоритель потенциально может опередить ракеты-носители.

По оценкам разработчиков, при 300 запусках в год кольцо сможет забрасывать полезные грузы на орбиту при затратах $745 за килограмм. Если бы количество стартов достигло 3 тысяч в год, цена упала бы до $189 за килограмм, то есть стала бы на два порядка меньше нынешних расценок.

Но найдётся ли столько грузов? Разработчики комплекса полагают, что по мере снижения стоимости этой услуги свои лёгкие спутники захотят запустить очень многие.

Однако Эпштейн предостерегает: если суперкольцо всё же будет построено, оно может стать целью для нападений — из-за своего военного потенциала. «Кольцо тогда станет одной из самых важных целей на планете», — говорит учёный.

Пока, впрочем, судьба кольца неясна. Деньги выделены лишь на первые фазы проекта. Но если всё сложится так, как рассчитывают инженеры и учёные из LaunchPoint, полномасштабный образец кольцевого ускорителя спутников может появиться в 2012-2014 годах.

Источник: Membrana.ru
  • 0
  • 20 сентября 2010, 12:25
  • Kuasar

Комментарии (0)

RSS свернуть / развернуть

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.


Рай электрика: Выключатель дифференциальный тока и многое другое по выгодным ценам!