Понедельник, 22.10.2018, 08:32
Приветствую Вас Гость | RSS
Шестнадцатая олимпиада
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Пятнадцатая олимпиада (2017/18 уч.год)

Какое будущее у аэрокосмического транспорта

Примечание модератора: Автор работы не смог разместить изображения на сайте олимпиады. Доступ членов жюри к изображениям не гарантирован.

Содержание


Введение
1. Историческое исследование вопроса
2. Перспективные двигатели будущего
3. Перспективность частных компаний в аэрокосмическом направлении
Заключение
Список использованной литературы

 

ВВЕДЕНИЕ

Благодаря развитию технологий в мире жизнь начала мчатся ускоренными темпами. Сейчас технологии сильно развились - даже вычислительные машины нашего времени в сравнении с машинами 20-30 летней давности стали настолько мощнее что даже не верится. За относительно короткое время технологии развились до уровня, который мы даже не представляли.

Благодаря развитию информационных и других технологий в других направлениях тоже произошли большие изменения. Например, авиация, если посмотреть - какая она была раньше и сейчас - это большая разница, она стала сложнее, мощнее, более безопасная для перелетов.

Но что же будет дальше, какое нас ждет будущее?

В наше время развиваются технологии в сторону аэрокосмического транспорта. Говоря про аэрокосмический транспорт, я представляю, что мы в скором времени уже начнем вплотную изучать космическое пространство полетами на большие космические дистанции.

Целью работы является рассмотрение вопроса – какое будущее у аэрокосмического транспорта?
В связи с этим в работе поставлены следующие задачи:

  • выполнить историческое исследование вопроса;
  • рассмотреть перспективные двигатели будущего;
  • изучить перспективность частных компаний в аэрокосмическом направлении.

 

1. ИСТОРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСА

Впервые в реальность полёта к дальним мирам прогрессивное человечество поверило в конце 19 века. Именно тогда стало понятно, что, если летательному аппарату придать нужную для преодоления гравитации скорость и сохранять её достаточное время, он сможет выйти за пределы земной атмосферы и закрепиться на орбите. 

4 октября 1957 года началась новая, а точнее первая, эра в освоении космоса - запуск первого искусственного спутника Земли «Спутник-1» (рис 3), с помощью ракеты Р-7 (рис 1,2), спроектированной под руководством Сергея Королёва. Первый спутник был микроскопическим, чуть более полуметра в диаметре и весил всего 83 кг. Полный виток вокруг Земли он совершал за 96 минут. 

Всего через месяц после запуска «Спутника-1» на борту второго искусственного спутника Земли на орбиту отправилось первое животное - собака Лайка (рис 4). Цель у неё была - проверить выживаемость живых существ в условиях космического полёта. Запуск и вывод спутника на орбиту прошли успешно, но после четырёх витков вокруг Земли из-за ошибки в расчётах температура внутри аппарата чрезмерно поднялась, и Лайка погибла. Сам же спутник вращался в космосе ещё 5 месяцев, а затем потерял скорость и сгорел в плотных слоях атмосферы.

 Лайка - первое животное выведенное на орбиту Земли (рис 4)

Первыми лохматыми космонавтами, по возвращении приветствовавшими своих «отправителей» радостным лаем, стали Белка и Стрелка (рис 5), отправившиеся покорять небесные просторы на пятом спутнике в августе 1960 г. Их полёт длился чуть более суток, и за это время собаки успели облететь планету 17 раз. По итогам запуска также был доработан и окончательно утверждён сам космический корабль - всего через 8 месяцев в аналогичном аппарате в космос отправится первый человек.

Белка и Стрелка (рис 5)

День 12 апреля 1961 г. первый человек покоривший космос -  Юрий Гагарин на космическом корабле «Восток-1». Нужно отметить, что условия полёта были далеки от тех, что предлагаются ныне космическим туристам: Гагарин испытывал восьми-десятикратные перегрузки, был период, когда корабль буквально кувыркался, а за иллюминаторами горела обшивка и плавился металл.

Юрий Гагарин (рис 6)

Вслед за полётом Гагарина знаменательные вехи в истории освоения космоса посыпались одна за другой: был совершён первый в мире групповой космический полёт (рис 8), затем в космос отправилась первая женщина-космонавт Валентина Терешкова (1963 г) (рис 7), состоялся полёт первого многоместного космического корабля, Алексей Леонов (рис 10) стал первым человеком, совершившим выход в открытый космос (1965 г). Наконец, 21 июля 1969 г состоялась первая высадка человека на Луну (рис 9)

        Первое определение авиационно-космической техники появилось в 1958 году. Определение объединяло атмосферу Земли и космическое пространство в единую сферу и объединила в себя оба термина: самолеты (аэро) и космические аппараты (космос). В ответ на первый запуск СССР первого спутника Земли в космос 4 октября 1957 года, инженеры аэрокосмической отрасли США запустили первый американский спутник 31 января 1958 года.[3]

 

Для удобства космические корабли (КК) разделяют на 3 поколения

 

ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ

Первое поколение следует считать советский «Восток» и американский «Меркурий». Они должны были решить только одну задачу: доказать, что человека можно вывести на околоземную орбиту, что в космосе можно жить, и можно вернутся на Землю живым и здоровым.

 

КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ «ВОСТОК»

 

Трехступенчатая ракета-носитель состоит из четырех боковых блоков (I ступень), расположенных вокруг центрального блока (II ступень). Над центральным блоком помещена III ступень ракеты. На каждом из блоков I ступени был установлен четырех-камерный жидкостно-реактивный двигатель РД-107, а на II ступени — четырехкамерный реактивный двигатель РД-108. На III ступени был установлен однокамерный жидкостно-реактивный двигатель с четырьмя рулевыми соплами.

 Ракета-носитель «Восток»
1 — головной обтекатель;
2 — полезный груз;
3 — кислородный бак;
4 — экран; 5 — керосиновый бак;
6 — управляющее сопло;
7 — жидкостный ракетный двигатель (ЖРД);
8 — переходная ферма;
9 — отражатель;
10 — приборный отсек центрального блока;
11 и 12 — варианты головного блока 
(с АМС «Луна-1» и с АМС «Луна-3» соответственно).
 


 

 

Корабль «Восток» состоял из соединенных вместе спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека. Масса корабля около 5 т.
Спускаемый аппарат (кабина экипажа) был выполнен в виде шара диаметром 2,3 м. В спускаемом аппарате было установлено кресло космонавта, приборы управления, система жизнеобеспечения. Кресло располагалось таким образом, чтобы возникающая при взлете и посадке перегрузка оказывала на космонавта наименьшее действие.

Капсула после приземления (рис 14)

 

ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ

Главная задача второго поколения – отработка систем для кораблей следующих поколений.
На «Восходе» была отработана система посадки. Отказ от системы катапультирования позволил без большой переработки корабля увеличить его вместительность.

 
КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ «ВОСХОД»

Космический корабль «Восход-2» (рис 15)

Расширяются задачи космических полетов и соответственно совершенствуются космические корабли. 12 октября 1964 г. сразу три человека поднялись в космос на корабле «Восход»: В. М. Комаров (командир корабля), К. П. Феоктистов (ныне доктор физико-математических наук) и Б. Б. Егоров (врач).

Космический корабль «Восход-1» (рис 16)
 
Новый корабль существенно отличался от кораблей серии «Восток». Он вмещал трех космонавтов, имел систему мягкой посадки. «Восход-2» имел шлюзовую камеру для выхода из корабля в открытый космос.
Полет корабля «Восход-2» состоялся 18 марта 1965 г. После выхода космического корабля на орбиту была раскрыта шлюзовая камера. Шлюзовая камера развернулась с наружной стороны кабины, образовав цилиндр, в котором мог разместиться человек в скафандре.

 

 

 

Космический корабль «Восход-2» и схема шлюзования на корабле

1,4,9, 11 — антенны;

2 — телевизионная камера;

3 — баллоны со сжатым воздухом и кислородом;

5 — телевизионная камера;

6 — шлюз до наполнения;

7 — спускаемый аппарат;

8 — агрегатный отсек;

10 — двигатель системы торможения;

 

 

А — наполнение шлюза воздухом;

Б — выход космонавта в шлюз (люк открыт);

В — выпуск воздуха из шлюза наружу (люк закрыт);

Г — выход космонавта в космос при открытом наружном люке;

Д — отделение шлюза от кабины.
 

 

 

 

 

 

 

ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ

КК «Союз» и «Аполлон» – данные корабли предназначались для полёта на Луну и соответственно могли войти в атмосферу земли со второй космической скоростью.

КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ «СОЮЗ» 

Космический корабль «Союз» (рис 17)

Корабль «Союз» состоит из орбитального отсека, спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека.
В кабине спускаемого аппарата расположены кресла космонавтов. Форма кресла позволяет легче переносить перегрузки, возникающие при взлете и посадке. Специальный амортизатор смягчает удары, возникающие при посадке.
На «Союзе» имеются две автономно действующие системы жизнеобеспечения: система жизнеобеспечения кабины и система жизнеобеспечения скафандра.


 

 

 

Ракета-носитель «Союз»
 
Стартовая масса, т - 300
Масса полезного груза, кг
«Союз» - 6800
«Прогресс» - 7020
Тяга двигателей, кН
I ступени - 4000
II ступени - 940
III ступени - 294
Максимальная скорость, м/с 8000
 
1— система аварийного спасения (САС); 
2 —пороховые ускорители; 
3 — корабль «Союз»; 
4 — стабилизирующие щитки; 
5 и 6 — топливные баки III ступени; 
7 — двигатель III ступени; 
8 — ферма между II и III ступенями;
9 — бак с окислителем I ступени; 
10 — бак с окислителем I ступени; 
11 и 12—баки с горючим I ступени; 
13 — бак с жидким азотом; 
14 — двигатель I ступени; 
15 — двигатель II ступени; 
16 — камера управления; 
7 — воздушный руль.
 
 

 

 

 

 

 

Ракета-носитель «Союз» (рис 18)

Космический корабль «Союз Т» создан на базе корабля «Союз». «Союз Т-2» впервые выведен на орбиту в июне 1980 г. Новый корабль создан с учетом опыта разработки и эксплуатации КК «Союз». Стартовая масса корабля 6850 кг. Расчетная продолжительность автономного полета 4 суток, в составе орбитального комплекса 120 суток.[4]

 

Варианты головного блока (рис 19)

I — с кораблем «Восход-2»;

II—с кораблем «Союз-5»;

III — с кораблем «Союз-12»;

IV — с кораблем «Союз-19»
 

 

 

 

 

ОТВЕТВЛЕНИЕ: ГРУЗОВЫЕ КОРАБЛИ

При разработке орбитальных станций второго поколения (станции рассчитаны на пополнение расходных материалов во время полёта) встал вопрос о доставке на орбитальные станций грузов. Для этого у нас был разработан корабль «Прогресс»


ГРУЗОВОЙ КОРАБЛЬ «ПРОГРЕСС»

Стыковка грузового корабля «Прогресс М-27М» с МКС (рис 19)

«Прогресс» — серия транспортных беспилотных грузовых космических кораблей (ТГК), выводимых на орбиту с помощью ракеты-носителя «Союз». Разработана в СССР для снабжения орбитальных станций.
Разработка нового корабля на базе космического корабля «Союз» под кодом 7К-ТГ была начата в 1973 году. Первый «Прогресс» вышел на орбиту 20 января 1978 года.

Разработчиком и изготовителем кораблей семейства «Прогресс» с 1970-х и по настоящее время является Ракетно-космическая корпорация «Энергия».

Транспортный грузовой корабль «Прогресс М1-10» (рис 20)

Первый грузовой корабль «Прогресс-1» был запущен к орбитальной станции «Салют-6» 20 января 1978 года. Контролировали ход операции Центр управления полётом и космонавты Юрий Романенко и Георгий Гречко, находившиеся на станции «Салют-6». 22 января в автоматическом режиме корабль был состыкован со станцией.[5]

 


ОТВЕТВЛЕНИЕ: МНОГОРАЗОВЫЕ ЧЕЛНОКИ

Этот тип кораблей выделю в ответвление. Так как они являются альтернативой орбитальным станциям.

 

«КОСМИЧЕСКИЙ ЧЕЛНОК»

Космический челнок — многоразовый транспортный космический корабль. Подразумевалось, что шаттлы будут «сновать, как челноки» между околоземной орбитой и Землёй, доставляя полезные грузы в обоих направлениях.

Космический челнок после посадки (рис 21)

Программа по созданию космических челноков разрабатывалась компанией North American Rockwell и группой ассоциированных подрядчиков по поручению НАСА с 1971 года. Разработка и опытно-конструкторские работы велись в рамках совместной программы НАСА и ВВС. Всего было построено пять шаттлов (два из них погибли в катастрофах) и один прототип. Полеты в космос осуществлялись с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года.

Космический челнок при запуске (рис 22)

В 1985 году НАСА планировало, что к 1990 году будет совершаться по 24 старта в год, и каждый из кораблей совершит до 100 полётов в космос. На практике же они использовались значительно меньше — за 30 лет эксплуатации было произведено 135 пусков (в том числе две катастрофы).

 

Взлет челнока к МКС

30 октября 1968 года два головных центра NASA обратились к американским космическим компаниям с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы, что должно было снизить затраты космического агентства при условии интенсивного использования.

Космический челнок «Буран» (рис 23)

Было решено настаивать на создании шаттла, но подать его не как транспортный корабль для сборки и обслуживания космической станции , а как систему, способную приносить прибыль и окупить инвестиции за счёт выведения на орбиту спутников на коммерческой основе.[6]


 

2. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛЕЙ БУДУЩЕГО

Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Рассмотрим основные идеи двигателей из этой области.

 

EmDrive
 

Двигатель EmDrive (рис 24)

EmDrive (Electro Magnetic Drive, электромагнитный двигатель) использует электромагнитные микроволновые полости для прямого преобразования энергии в тягу без необходимости использовать топливо. Конструкция представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны.

Схема работы двигателя EmDrive (рис 25)

 Впервые предложенный британской исследовательской компанией концепт EmDrive был отвержен большей частью научного сообщества как нарушающий законы физики, в том числе и закон сохранения импульса.

Уайт предположил, что тяга EmDrive порождается виртуальными частицами в квантовом вакууме, которые ведут себя как ионы топлива в магнито-гидродинамических двигательных системах, добывающих «топливо» из самой ткани пространства-времени и устраняющих необходимость использования топлива. Хотя многие ученые раскритиковали теоретическую модель Уайта, другие считают, что он хотя бы указывает в правильном 

Физика — экспериментальная наука, и тот факт, что EmDrive работает, подтвержден в лаборатории, но природа наблюдаемой тяги по-прежнему остается неясной.

Испытание двигателя EmDrive

Учитывая плюсы EM Drive, нетрудно понять, почему люди хотят видеть его в работе. Теоретически он мог бы вырабатывать достаточно тяги, чтобы долететь до Луны за четыре часа, до Марса — за 70 дней, до Плутона — за 18 месяцев, и все это без капли топлива. К сожалению, эта двигательная установка основана на принципах, нарушающих закон сохранения импульса.

В докладе также признается необходимость дальнейшего тестирования, чтобы исключить другие возможные причины. И если удастся исключить также внешние причины, будущие испытания поставят задачу повысить производительность EM Drive.

Градиент распространения температур на поверхности (рис 26)

Вдобавок ко всему этому, IB Times отмечает, что в посте доктора были информация из выдержки из статьи:
«Данные в ходе испытаний передней, обратной и нулевой тяги в режиме TM212 при менее 8106 мм рт. ст. показали, что система последовательно демонстрирует тягу с коэффициентом мощности в 1,2 +/- 0,1 мН/кВт».[8][9]

 


Солнечный парус

Солнечный парус (рис 27)

Планетарное общество запустило проект под названием «Световой парус» (LightSail) для изучения возможности разработки космического аппарата, работающего полностью на солнечной энергии и ускоряемый исключительно солнечным светом. 

Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь.

После нескольких неудачных попыток программы LightSail 1 в 2015 году все же удалось успешно завершить пробный запуск и раскрытие солнечного паруса. Новый вариант солнечного паруса, LightSail 2, планируется вывести на орбиту Земли с помощью ракеты SpaceX Falcon Heavy в 2018 году.[10]


 

Электрический парус

Солнце излучает не только фотоны, но также и электрически заряженные частицы вещества: электроны, протоны и ионы. Все они формируют так называемый солнечный ветер, ежесекундно уносящий с поверхности светила около одного миллиона тонн вещества. 
Солнечный ветер распространяется на миллиарды километров и ответственен за некоторые природные явления на нашей планете.
Солнечный ветер, как и ветер воздушный, вполне пригоден для путешествий, надо лишь заставить его дуть в паруса. Проект электрического паруса, созданный в 2006 году финским ученым Пеккой Янхуненом. Этот двигатель состоит из нескольких длинных тонких тросов, похожих на спицы колеса без обода..
 

Принцип действия электрического паруса (рис 28)

Принцип, на котором работает HERTS, — это обмен импульсов между массивом длинных проводов под напряжением и протонами солнечного ветра, которые радиально текут от Солнца на скорости от 300 до 700 км/с. Высоковольтные положительно заряженные провода, ориентированные на поток солнечного ветра, отражают текущие протоны, в результате чего возникает реактивная сила в проводах — направленная также радиально от Солнца. За месяцы эта небольшая сила разгонит космический аппарат до гигантских скоростей — порядка 100-150 км/с (от 20 до 30 а. е. в год).[11]

 


Ионный двигатель

Ионный двигатель (рис 29)

Поток заряженных частиц вещества, то есть ионов, излучают не только звезды. Ионизированный газ можно создать и искусственно. В обычном состоянии частицы газа электрически нейтральны, но, когда его атомы или молекулы теряют электроны, они превращаются в ионы. В общей своей массе такой газ все еще не имеет электрического заряда, но его отдельные частицы становятся заряженными, а значит, могут двигаться в магнитном поле.

В ионном двигателе инертный газ ионизируется с помощью потока высокоэнергетических электронов. Они выбивают электроны из атомов, и те приобретают положительный заряд. Далее получившиеся ионы ускоряются в электростатическом поле до скоростей порядка 200 км/с, что в 50 раз больше, чем скорость истекания газа из химических реактивных двигателей. Тем не менее современные ионные двигатели обладают очень маленькой тягой – около 50–100 миллиньютонов. Такой двигатель не смог бы даже сдвинуться со стола. Но у него есть серьезный плюс.

Большой удельный импульс позволяет значительно сократить расходы топлива в двигателе. Для ионизации газа используется энергия, полученная от солнечных батарей, поэтому ионный двигатель способен работать очень долго – до трех лет без перерыва. За такой срок он успеет разогнать космический аппарат до скоростей, которые химическим двигателям и не снились.

Ионные двигатели уже не раз бороздили просторы Солнечной системы в составе различных миссий, но обычно в качестве вспомогательных, а не основных.
 

 

Недавние испытания ускорителя X3 (разновидность двигателя Холла) показали, что установка способна работать при мощности более 100 кВт и генерировать 5,4 ньютона силы, что на данный момент стало высшим показателем эффективности для любого ионного плазменного двигателя. [12]


Термоядерный двигатель
 

Термоядерный двигатель (рис 30)

Укротить энергию термоядерного синтеза люди пытаются с середины ХХ века, но пока что сделать это так и не удалось. Тем не менее управляемый термоядерный синтез все равно очень привлекателен, ведь это источник громадной энергии, получаемой из весьма дешевого топлива – изотопов гелия и водорода.

Термоядерный синтез происходит, когда два атома водорода сталкиваются и создают больший атом гелия-4, который испускает энергию в процессе этого.

Синтез может происходить только в условиях крайне горячей среды, температура которой измеряется миллионами градусов. Звезды, состоящие из плазмы, представляют собой единственные природные объекты, достаточно горячие для создания реакции термоядерного синтеза. Плазма, которую часто называют четвертым состоянием вещества, представляет собой ионизированный газ, состоящий из атомов, лишенных некоторой части электронов. Реакция синтеза отвечает за создание 85 % энергии Солнца.

Высокий уровень тепла, необходимый для создания этого типа плазмы, приводит к тому, что ее нельзя заключить в контейнер из любого, известного нам вещества. Тем не менее, плазма хорошо проводит электричество, что позволяет удерживать, управлять и ускорять ее с помощью магнитного поля.

Двигатель на синтезе может обладать удельным импульсом в 300 раз большим, чем обычные химические двигатели. Обычный химический ракетный двигатель обладает импульсом примерно 1300 секунд, что означает следующее: двигатель выдает 1 килограмм тяги на 1 килограмм топлива за 1300 секунд. Ракета на синтезе может обладать импульсом в 500 000 секунд.

В настоящий момент существует несколько проектов конструкции реактивного двигателя на энергии термоядерного синтеза. Термоядерный реактор в таком двигателе будет представлять собой негерметичную цилиндрическую камеру размером 100–300 метров в длину и 1–3 метра в диаметре. В камеру должно подаваться топливо в виде высокотемпературной плазмы, которая при достаточном давлении вступает в реакцию ядерного синтеза. Располагающиеся вокруг камеры катушки магнитной системы должны удерживать эту плазму от контакта с оборудованием.

Зона термоядерной реакции располагается вдоль оси такого цилиндра. С помощью магнитных полей экстремально горячая плазма проистекает через сопло реактора, создавая огромную тягу, во много раз большую, чем у химических двигателей.[13]

 


Двигатель на антиматерии
 

Все окружающее нас вещество состоит из фермионов – элементарных частиц с полуцелым спином. Это, к примеру, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также электроны. При этом у каждого фермиона есть своя античастица. Для электрона таковой выступает позитрон, для кварка – антикварк.

Античастицы имеют ту же массу и тот же спин, что и их обычные "товарищи", отличаясь знаком всех остальных квантовых параметров. Теоретически античастицы способны составлять антивещество, но до сих пор нигде во Вселенной антивещество зарегистрировано не было. Для фундаментальной науки является большим вопросом, почему его нет.
Но в лабораторных условиях можно получить некоторое количество антивещества. К примеру, недавно был проведен эксперимент по сравнению свойств протонов и антипротонов, которые хранились в магнитной ловушке.

При встрече антивещества и обычного вещества происходит процесс взаимной аннигиляции, сопровождаемый выплеском колоссальной энергии. Соответственно, возникает желание использовать эту энергию для космических перемещений путем создания фотонного двигателя, похожего на солнечный парус, только в данном случае свет будет генерироваться внутренним источником.

 

3. ПЕРСПЕКТИВНОСТЬ ЧАСТНЫХ КОМПАНИЙ

В АЭРОКОСМИЧЕСКОМ НАПРАВЛЕНИИ

В последние годы государственные космические агентства разных стран утратили монополию за полеты за пределы Земли. Все чаще происходят успешные запуски частных летательных аппаратов, отправляющихся на орбиту или в суборбитальное пространство. Об перспективности частных компаний я бы хотел рассказать на примере SpaceX.

SpaceX


SpaceX - компания начавшая свою деятельность в 2002 году, основатель Илон Маск. Основной целью SpaceX которой является сократить расходы на полёты в космос и открывая путь к колонизации Марса. 

Компания разработала ракеты-носители Falcon 1 и Falcon 9, с самого начала преследуя цель сделать их многоразовыми, и космический корабль Dragon (выводимый на орбиту теми же Falcon 9), предназначенный для пополнения запасов на Международной космической станции. Пассажирская версия корабля Dragon V2 для транспортировки астронавтов на МКС находится в финальной фазе разработки.

SpaceX успешно разработала и запустила в космос ракету-носитель легкого класса Falcon 1 и среднего класса Falcon 9; ракета-носитель тяжёлого класса Falcon Heavy находится в разработке, первый запуск планируется в январе 2018 года.[15]
 

Falcon 1

Falcon 1 (рис 31)

Первый старт ракеты-носителя от SpaceX произошел 24 марта 2006 года. Космический аппарат Falcon 1 имел в длину 21,7 метра, а также стартовый вес в 38555 килограммов, из которых 670 кг приходилось за полезную нагрузку. Однако запуск окончился провалом еще на этапе работы первой ступени.

Также неудачными для SpaceX оказались второй и третий старты ракеты Falcon 1. Причем, в последнем случае космический аппарат уже нес в себе полезную нагрузку: один американский военный спутник, два малазийских коммерческих микроспутника, а также прах умерших для захоронения в Космосе.

Инвесторы, которые присматривались к амбициозной компании, теряли к ней интерес, а личные средства Илона Маска стремительно заканчивались.

И тогда Маск решил пойти ва-банк. Буквально через два месяца после третьего падения Falcon 1, 28 сентября 2008 года был осуществлен четвертый старт ракеты, который оказался удачным. При этом сам директор SpaceX утверждает, что в случае провала этого запуска, компания перестала бы существовать.

 

Запуск ракета-носителя Falcon 1

Falcon 9

Ракета-носитель Falcon 9 (рис 32)

Впервые эта ракета-носитель отправилась на орбиту 4 июня 2010 года. На данный момент, осуществлено 18 запусков Falcon 9, все – успешные.
 

Falcon 9 — семейство одноразовых и частично многоразовых ракет-носителей тяжёлого класса серии Falcon американской компании SpaceX. Falcon 9 состоит из двух ступеней и использует в качестве компонентов топлива керосин марки RP-1 (горючее) и жидкий кислород (окислитель). Цифра «9» в названии обозначает количество жидкостных ракетных двигателей Merlin, установленных на первой ступени ракеты-носителя.

Ракета-носитель с момента первого запуска прошла через две существенные модификации. 

Falcon 9 v1.0, запускалась пять раз с 2010 по 2013 год,
Falcon 9 v1.1, пришла ей на смену выполнившая 15 запусков; использование её было завершено в январе 2016 года.
Falcon 9 Full Thrust (FT), последняя версия, впервые запущенная в декабре 2015 года, использует сверхохлаждённые компоненты топлива и максимальную тягу двигателей для увеличения производительности ракеты-носителя на 30 %.

Falcon 9 v1.1 (рис 33)

Первая ступень Falcon 9 может быть повторно использована, на неё установлено оборудование для её возврата и вертикального приземления на посадочную площадку или плавающую платформу autonomous spaceport drone ship. И если первые старты ракеты Falcon 9 не подразумевали ее многоразового действия, то сейчас компания SpaceX постепенно начала отработку технологии многократного использования первой ступени ракеты. А ведь именно эта ее часть является самой дорогой статьей расхода при космических пусках.

 

Запуск ракета-носителя и приземление первой ступени Falcon 9

22 декабря 2015 года, после запуска на орбиту 11 спутников Orbcomm-G2, первая ступень ракеты-носителя Falcon 9 FT впервые успешно приземлилась на площадку Посадочной зоны. 

8 апреля 2016 года, в рамках миссии SpaceX CRS-8, первая ступень ракеты Falcon 9 FT впервые в истории ракетостроения успешно приземлилась на морскую платформу «Of Course I Still Love You». 
30 марта 2017 года, та же ступень, после технического обслуживания, была запущена повторно в рамках миссии SES-10 и снова успешно приземлилась на морскую платформу.

Falcon 9 используется для запусков геостационарных коммерческих спутников связи, научно-исследовательских космических аппаратов, грузового космического корабля Dragon в рамках программы Commercial Resupply Services по снабжению Международной космической станции, а также будет использоваться для запуска его пилотируемой версии Dragon V2.[16]
 

 

Falcon Heavy

Falcon Heavy (рис 34)

Сейчас компания SpaceX ведет разработку космического аппарата Falcon Heavy, который станет самой мощной в истории ракетой-носителем. При стартовой массе в 1463 тонны она сможет нести до 53 т полезной нагрузки. Ожидается, что при помощи именно этих ракет компания SpaceX будет осуществлять свои миссии на Марс.

По состоянию на 2017 год ракета Falcon Heavy компании SpaceXявляется самой мощной ракетой в мире, которая способна выводить в космос как минимум в два раза больше полезной нагрузки чем любое действующее средство выведения космического назначения. Ракета была специально разработана для возобновления пилотируемых полетов на Луну, а также выполнить первые полеты к Марсу.

Эта ракета способна выводить на орбиту более 54 метрических тонн (119 000 фунтов), что в массовом эквиваленте можно прировнять к 737-му авиалайнеру Boeing с пассажирами, экипажем, багажом и топливом. На геопереходную орбиту Falcon Heavy будет способен выводить до 22,2 метрических тонн, а к Марсу будет способна отправлять отправить около 13,6 тонн.
Falcon Heavy может поднять более чем в два раза больше полезной нагрузки чем самая мощная действующая ракета-носитель Delta IV Heavy компании United Launch Alliance (ULA).
 

Запуск ракета-носителя и приземление его ступеней

Первая ступень вместе с ускорителями образует мощную связку с 27 ракетных двигателей, которые вместе генерируют более 5 миллионов фунтов тяги при старте, что можно прировнять примерно с восемнадцатью самолетами Boeing 747.
В верхней части первой ступени находится специальная промежуточная структура (interstage), которая вмещает двигатели второй ступени и специальное оборудование расстыковки.

Первая ступень ракеты Falcon Heavy оснащена системой многоразового использования для контролируемого возвращения и посадки первой ступени и ее боковых ускорителей в три разных посадочных места.

Учитывая тот факт, что для возврата первой ступени на посадочную площадку придется снизить массу выводимой полезной нагрузки, в связи с этим скорей всего почти все ее посадки будут выполняться на плавающую платформу autonomous spaceport drone ship. А вот боковые ускорители напротив будут возвращаться к месту старту на посадочные площадки.

Вторая ступень точно такая же, как и у РН Falcon 9. Она оснащена одним двигателем Merlin 1D Vacuum, который рассчитан на то, чтобы гореть около шести минут и производимой тягой 934 кН, может быть выключен и перезапущен несколько раз по мере необходимости для доставки различных полезных нагрузок на разные орбиты.[17]
 

 

Dragon


Челнок Dragon (рис 35)

Dragon — частный многоразовый транспортный космический корабль компании SpaceX, разработанный по заказу NASA в рамках программы Commercial Orbital Transportation Services (COTS), предназначенный для доставки и возвращения полезного груза и, в перспективе, людей на Международную космическую станцию. Он может доставлять на орбиту до 3310 килограммов полезного груза и забирать оттуда до 2500 кг.

Необходимость в новых грузовых кораблях возникла у США по причине прекращения полётов Шаттлов.

На 2017 год, и начиная с 2012 года, Dragon является единственным в мире действующим грузовым космическим кораблем, способным возвращаться на Землю.

SpaceX начала разработку космического корабля Dragon в конце 2004 года.

Корабль Dragon стал первым частным космическим кораблём, пристыкованным к Международной космической станции

Согласно контракту, заключенному между NASA и «SpaceX» по программе Commercial Resupply Services, последняя должна была осуществить 12 штатных миссий на МКС, но в марте 2015 года NASA приняла решение продлить контракт ещё на три миссии в 2017 году. Сумма контракта с NASA около 1,6 млрд долларов (увеличилась до около 2 млрд после продления).[18]

 

Dragon V2

Dragon V2 (рис 36)

Dragon V2 — это новая, усовершенствованная версия космического челнока Dragon от SpaceX, разработанный по заказу НАСА в рамках программы Commercial Crew Development (CCDev), предназначенный для доставки людей на Международную космическую станцию и возвращения их на Землю. Будет выводиться на орбиту ракетой-носителем Falcon 9 со стартового комплекса LC-39A в Космическом центре Кеннеди. Пассажирская версия космического корабля Dragon была представлена 30 мая 2014 года Илоном Маском.

Dragon V2 изнутри (рис 37)

Dragon V2 представляет собой усовершенствованную пилотируемую версию многоразового аппарата Dragon, которая позволит экипажу добираться до МКС и возвращаться на Землю с полным управлением приземлением. В капсуле Dragon V2 одновременно смогут находиться до семи астронавтов. В отличие от грузовой версии, он будет стыковаться с МКС самостоятельно, без использования манипулятора станции. Стоимость полёта в расчёте на одного космонавта будет составлять 20 млн долларов.

Анимация полета Dragon V2

Первоначально в мае 2014 года предполагалась управляемая посадка на двигателях (парашютная схема в качестве резерва), опоры для мягкой посадки. По словам разработчиков, благодаря двигателям SuperDraco аппарат способен приземляться практически в любом месте с точностью вертолёта, а возможность управляемой посадки сохраняется при отказе 2 из 8 двигателей. В случае отказа двигателей посадка выполняется на парашютах. SuperDraco являются первыми двигателями в космической промышленности, изготовление которых возможно по технологии 3D-печати. В дальнейшем было принято решение, что в первых полётах корабль будет приземляться в океан при помощи парашютов, а посадка на землю при помощи двигателей будет использоваться в будущих полётах после завершения процесса сертификации.

Космический челнок Dragon V2 был официально представлен весной 2014 года. На данный момент идут его технические тесты и запуски, однако не в полноценном режиме.

     Тесты Dragon V2

Продолжением линейки Dragon может в скором будущем стать космический челнок Red Dragon. Он будет создан непосредственно для Марсианской миссии. Однако подробности этого проекта широкой общественности пока что неизвестны.[19]

 

Big Falcon Rocket

    Big Falcon Rocket (рис 38)

Big Falcon Rocket — так называется универсальная транспортная система, состоящая из многоразовой сверхтяжёлой ракеты и корабля, способного вместить до ста человек. По словам Маска, такую связку можно будет использовать не только для марсианских и лунных миссий, но и для доставки грузов на МКС. А ещё с помощью BFR можно будет доставлять людей из одной точки земного шара в другую
будет способна вывести на низкую опорную орбиту до 150 тонн полезного груза.

       Big Falcon Rocket в космосе (рис 39)

Первую ступень носителя собираются оснастить 31 двигателем Raptor. По словам главы SpaceX, в будущем BFR может заменить все существующие ракеты, производимые компанией, так как станет универсальным средством для перевозки грузов и космонавтов. Внутри BFR будет 825 кубических метров свободного пространства, разделённого на 40 кабин и зоны общего пользования. В длину корабль будет около 48 метров, а его вес составит почти 85 тонн. Первые два беспилотных полёта BFR на Марс планируется осуществить уже к 2022 году, а спустя ещё два года в SpaceX собираются отправить на Красную планету людей.[20]

       Анимация полета Big Falcon Rocket

 


      Строение Big Falcon Rocket (рис 40)

Ракета BFR очень большая и если ее просто поставить в городе, то будет примерно вот это

       Со постановление размеров Big Falcon Rocket  (рис 41)

Будучи 130 метров в высоту, это по сути 40-этажный небоскреб. Будучи 13 метров в диаметре, она будет также в три раза тяжелее и мощнее с точки зрения тяги гигантской Saturn V — ракеты миссии «Аполлон» — которая пока что остается самой большой ракетой, построенной людьми.

Вот так она выглядит рядом с другими ракетами:

      Со постановление Big Falcon Rocket с другими ракетами  (рис 42)

Разница становится еще более разительной, если сравнивать ее с ракетами с позиции массы полезного груза (грузоподъемности груза и людей), которую они могут выводить на орбиту.

      Со постановление Big Falcon Rocket с другими ракетами с позиции массы полезного груза  (рис 42)

Один двигатель «Раптор» выдает 310 тонн тяги, а у BFR их 42 что в сумме выходит 13 033 тонны тяги.[21]

 

Ракетные двигатели

С момента основания SpaceX в 2002, компания разработала несколько ракетных двигателей:

 

  • Kestrel — для второй ступени Falcon 1,
  • Merlin — для первой ступени Falcon 1 и обеих ступеней Falcon 9 и Falcon Heavy,
  • Draco — маневровые двигатели для корабля Dragon и второй ступени Falcon 9 v1.0,
  • SuperDraco — для системы аварийного спасения и управляемой посадки корабля Dragon V2.
  • Также в стадии разработки находится двигатель Raptor, который будет использоваться для будущих полётов на Марс.


Технология посадки на плавучую платформу

        Первая ступень ракета-носителя Falcon 9 (рис 47)

 

Для снижения себестоимости запусков SpaceX использует управляемую посадку первой ступени ракеты-носителя на плавучую платформу — Autonomous spaceport drone ship.
На платформе нет экипажа, она функционирует полностью в автономном режиме, также может управляться дистанционно, с корабля поддержки.
По оценке представителя компании, ожидаемый шанс на успешное возвращение первой ступени составляет 75-80 % для НОО и ГПО 50-60 %.

Схема приземления первой ступени на платформу (рис 48)

Первая успешная посадка первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 на плавучую платформу состоялась в апреле 2016 года в рамках миссии SpaceX CRS-8, через месяц SpaceX сумела повторить этот успех, посадив ступень впервые после запуска на геопереходную орбиту спутника связи JCSAT-14. Профиль возвращения ступени в последней миссии был связан с высокими температурными нагрузками при входе в плотные слои атмосферы, вследствие чего ступень получила наибольшие повреждения по сравнению с двумя вернувшимися ранее. В компании приняли решение использовать эту ступень для проведения интенсивных наземных испытаний, как вернувшуюся в наиболее сложных условиях, в качестве ориентира для других посаженых ступеней. Первую севшую на платформу ступень запустили повторно в конце марта 2017 года.

Успешная посадка 1 ступени Falcon 9 на плавучую платформу

 

Неудачная посадка 1 ступени Falcon 9 на плавучую платформу

 

Факторы успеха компании SpaceX

Надо признаться, что нынешние успехи компании SpaceX оказались достаточно непредсказуемыми для мирового технического сообщества. Мало кто верил, что Илон Маск сможет достичь желаемого результата – успешного в техническом и коммерческом плане предприятия по частному освоению Космоса.

Среди основных факторов успеха специалисты выделяют следующие пункты:

1. Частный характер компании SpaceX.
Опыт последнего десятилетия показал, что бизнес практически на всех уровнях является куда более эффективным собственником, чем государственные структуры. Касается это и космической отрасти.

Частная компания SpaceX куда сильнее нацелена на достижение окончательного результата как можно быстрее и дешевле, чем государственное агентство NASA. Последнее многократно критиковалось за раздутые бюджеты, созданные исключительно для их освоения.

2. Низкая себестоимость космических полетов
С самого начала своего существования компания SpaceX планировала использовать многоразовые космические аппараты. Это позволит снизить себестоимость каждого пуска почти в два раза.

Также на себестоимость космических полетов сильно влияет малое количество сотрудников в компании SpaceX. На данный момент, оно исчисляется тремя с половиной тысячами человек. Для сравнения, в NASA числится более 18 тысяч сотрудников.

3. Инновационность
Компания SpaceX видит свой успех в максимальном внедрении инновационных технологий. Частная фирма имеет возможность привлекать к сотрудничеству лучших в мире специалистов в тех или иных сферах деятельности. Работать в фирме Илона Маска – это мечта для миллионов инженеров, программистов и администраторов. Все они нацелены на успех, на максимально стремительное и безграничное развитие.

4. Государственная поддержка
Однако успеха частной компании SpaceX не было бы и без поддержки со стороны государства. К примеру, агентство NASA вложило в проекты этого детища Илона Маска сотни миллионов долларов, называя их оплатой за будущие старты. Это происходило даже в те моменты, когда никто не мог гарантировать успешность инициатив SpaceX.[14]

 

Заключение

Смотря на перспективные разработки аэрокосмического транспорта в наше время, можно сказать что будущее уже наступило! То о чем люди мечтали многие годы начинают сбываться. Уже через какие то 5-10 лет люди начнут колонизировать марс это стало возможным из за возвращаемых ступеней ракета-носителей что существенно сократит расходы на перевозку и даст путь к колонизации но и не только, это также даст возможность расширению космических станций, уменьшение цены на запуск искусственных спутников и становление доступности полетов обычным людям. Это все очень вдохновляет делать что-либо! Меня вдохновило написать данную статью, которая может разжечь искру в других и вдохновить сделать что-то еще. Для того что бы изменить мир в лучшую сторону нужно всего лишь начать с себя и тогда мир вокруг тебя изменится сам. Смотря на компанию SpaceX и на то что делает Илон Маск какие грандиозные проекты, он воплощает в жизнь можно проверить что возможно все!

 

Список использованной литературы:

  1. История и характеристики космического транспорта
  2. Аэрокосмическая техника
  3. Космический транспорт
  4. Три поколения космических кораблей, СССР
  5. Прогресс (космический корабль)
  6. Спейс шаттл
  7. 7 космических двигателей будущего
  8. Ученые не могут найти подвох в «невозможном» двигателе EmDrive
  9. «Невозможный» двигатель NASA прошел рецензирование
  10. Таким в разное время виделось будущее межзвездных путешествий
  11. Концепт электрического паруса получил развитие
  12. Ионный двигатель NASA показал новый рекорд производительности
  13. Как будет работать двигатель на термоядерном синтезе
  14. История успеха SpaceX
  15. SpaceX
  16. Falcon 9
  17. Подробно о ракете-носителе Falcon Heavy
  18. Dragon
  19. Dragon V2
  20. Big Falcon Rocket: Новая ракета и сроки запуска экспедиции на Марс
  21. «Big Falcon Rocket» SpaceX: большая полная история

 


 

 

 

Категория: Пятнадцатая олимпиада (2017/18 уч.год) | Добавил: Service (31.12.2017) | Автор: Ермолаев Константин Алексеевич E W
Просмотров: 1170 | Комментарии: 3 | Рейтинг: 3.4/77
Всего комментариев: 3
3  
Извини! Не заметил сразу данных на картинке.

2  
В начале работы должна быть информация об авторе! -
Автор:
Возраст:
Место учебы:
Город, регион:
Руководитель:

1
1  
Картинки расположены симпатично, но не на нашем ресурсе. Их доступность членам жюри мы гарантировать не можем. Пожалуйста, разместите картинки правильно. Инструкция здесь

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК ОТКРЫТ!
ТЕСТИРОВАНИЕ НАЧАТО!
ПРИЁМ РАБОТ ОТКРЫТ!

Календарь
Google+
Их многие читают
Нет материалов
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2018