Kosminė aviacija. Pagrindinis svoris - kuras

Šiandien nieko nenustebinsite „Shuttle“. Tačiau mažai žmonių žino, kad pirmieji „kosminiai lėktuvai“ buvo sukurti beveik prieš keturiasdešimt metų. Išsamus tyrimas galimybės sukurti orbitinį orlaivį, galintį paleisti ir nusileisti kaip paprastas lėktuvas, buvo pradėtos dar 1965 m.

MiG-105-11 / Nuotrauka: www.flickr.com

Jose dalyvavo Korolevas ir Tupolevas, o patį erdvėlaivį planavo pastatyti MiG KB. Projektas oficialiai buvo pradėtas 1966 m. Birželio 26 d. Tuo pat metu jie pradėjo formuoti specialią kosmonautų grupę, kuri turėjo pakelti erdvėlaivį į orą. Po dešimties metų, 1976 m. Spalio mėn., Pirmą kartą pakilo naujas lėktuvas, pavadintas EPOS (eksperimentinis keleivinis orbitinis lėktuvas).

Tiesa, jis pakilo žemai - tik 560 metrų ir taip, „žemai, žemai“, nuskrido 19 kilometrų - į bandymų centro aerodromą. Žukovskis.

Po metų, 1977 m. Lapkričio 27 d., „MiG-105-11“ (taigi dabar jis tapo žinomas kaip „EPOS“) pirmą kartą paleido orą-erdvėlaivis buvo pakeltas į 5000 metrų aukštį. Tu-95K. Po sėkmingo skrydžio „MiG-105“, kaip eksperimento dalis, nusileido ant žemės kilimo ir tūpimo tako (be specialios dangos).

Aštuntasis erdvėlaivio skrydis (1978 m. Rugsėjo mėn.) Pasirodė paskutinis: nusileidimo metu įvyko avarija, prietaisas buvo smarkiai apgadintas ir buvo nutrauktas. Kadangi iki to laiko šalies vadovybė nusprendė sukurti sunkesnius, daugkartinius daugkartinio naudojimo erdvėlaivius (būsimus „Burans“), „MiG-105-11“ nebuvo pradėta serijinė gamyba.

Projektas buvo uždarytas, tačiau prototipas apskritai buvo pripažintas labai sėkmingu, todėl daugelis jo konstruktyvių ir technologinius sprendimus vėliau panaudotas kuriant naujos kartos „erdvėlaivius“.

MiG-105-11 turėjo būdingą siluetą / Nuotrauka: www.buran.ru

MiG-105-11 bandymo metu / Nuotrauka: www.buran.ru

Perjungiant į žemesnio garso greitį, sparnai buvo nustatyti įprastoje horizontalioje padėtyje, o tai padidino pakėlimą. Transporto priemonė buvo valdoma naudojant vertikalų vairą, sparnus sparnų galuose ir sklendes, esančias viršutinėje kėbulo dalyje, arčiau uodegos.

MiG-105-11 atviroje automobilių stovėjimo aikštelėje / Nuotrauka: www.buran.ru

„MiG-105-11“ pastatytas Monine / Nuotrauka: www.buran.ru

Buvo planuojama naudoti „Vostok“ raketas „MiG-105-11“ paleidimo variklio pavidalu. Patį erdvėlaivio varomąją sistemą sudarė RD-36-35-K turboreaktyvinis variklis, sveriantis 2,3 tonos. Kuro atsargos buvo 500 kg, o tai suteikė 10 minučių skrydžio maksimalia trauka.

Paprastai šis variklis buvo naudojamas „ratų“ paleidimams, įskaitant iš lauko kilimo ir tūpimo takų (be specialios dangos).

Struktūrinis ir technologinis analoginio orlaivio „105.11“ lėktuvo korpuso padalijimas / Nuotrauka: www.buran.ru

Nuotraukoje skaičiai rodo:

1. fiuzeliažo nosis
2. kairė priekinė važiuoklė
3. priekinė dešinė važiuoklė
4. važiuoklės skydai
5. užpakalinis fiuzeliažas
6. dešiniojo sparno konsolė
7. kairiojo sparno konsolė
8. sparnų konsolių apmušalai
9. vairo kilis
10. galinė dešinė važiuoklė
11. galinė kairioji važiuoklė
12. šilumos skydas
13. galvos sujungimo petnešos
14. užpakalinis fiuzeliažas

Orbitinį variklį sudarė pagrindinis variklis (kurio traukos jėga 1500 kgf) ir du pagalbiniai (po 40 kgf). Be jų, „MiG-105-11“ turėjo šešis variklius, skirtus kryptims koreguoti (po 16 kgf), ir dešimt manevravimo variklių (po 1 kgf). Šių variklių degalų bakai buvo orlaivio centre.

Nuostabu, kad tiek sudėtingų ir protingų technologijų buvo „supakuota“ į gana kuklaus dydžio dėklą - 8,5 metro ilgio ir 2,8 metro pločio. Iki šiol buvo atskleistos toli gražu ne visos beveik prieš keturiasdešimt metų vykdomo projekto paslaptys.

Taigi, pavyzdžiui, nepaisant „keleivio“ santrumpos (EPOS), žinoma, kad „MiG-105-11“ buvo laikomas naikintuvo kosminiu prototipu. Kokius ginklus jis turėjo nešiotis ir kam pulti - priešo lėktuvus ir dirbtinius palydovus, o gal jo žemės objektus - kol kas lieka paslaptis ...

„MiG-105-11“ schema / Nuotrauka: www.buran.ru

Iš atmosferos į kosmosą. Orlaiviai ir erdvėlaiviai - ateities transportas

Netolimoje ateityje intensyviai tiriant beveik Žemės erdvę, smarkiai padidės orbitiniai krovinių srautai. Iš esmės naujos kosminio transporto sistemos gali būti sukurtos remiantis kosminiais orlaiviais (VKS) su kombinuota jėgaine. Pradiniame greitėjimo etape VKS naudoja orą, kad sukurtų pakėlimą, ir atmosferos deguonį kuro oksidacijai, kaip ir įprastas orlaivis. Tai leidžia žymiai sumažinti degalų sąnaudas ir paleisti masę, palyginti su įprasta raketų sistemos.

Skrydžio viršgarsiniu greičiu trukmė tokiam orlaiviui kelia specialius reikalavimus, nes jis yra veikiamas galingo atmosferos šiluminio ir jėgos poveikio. Vienas iš sprendimų, kaip sumažinti aerodinaminį pasipriešinimą, yra aktyvus orlaivio srauto valdymas, tiekiant šilumą gaunamam viršgarsiniam srautui naudojant lazerį ar mikrobangų spinduliuotę.

Žemės erdvės naudojimo perspektyvos yra milžiniškos. Ryšių ir navigacijos sistemos, aplinkos stebėjimas, mineralų žvalgymas, klimato valdymas, naujų medžiagų gamyba ir daug, daug daugiau. Visai šiai veiklai reikės sukurti ir eksploatuoti daugiafunkcines kosmines stotis, o tai reiškia didelio kiekio krovinių pristatymą į beveik Žemės orbitą. Užduotis grąžinti sugadintas ir išnaudotas konstrukcijas iš kosmoso tampa vis skubesnė, nes jos „užsikimšimas“ kelia rimtų komplikacijų. Todėl skubiai reikia sukurti iš esmės naujus erdvėlaivius, kurie artimiausiu metu sugebės susidoroti su padidėjusiais transporto srautais.

Šiandien egzistuojančios raketų sistemos nesugeba užtikrinti didelių krovinių judėjimo į mažos žemės orbitą. To priežastys yra ne tik didelės išlaidos, bet ir ilgas pasirengimo paleidimui laikas bei nedidelis paleidimo kompleksų skaičius.

Remiantis tuo, galima sukurti iš esmės naujas transporto sistemas kosminiai orlaiviai(VKS) su kombinuota jėgaine, įskaitant ramjet variklis(„Ramjet“ variklis), veikiantis vandeniliu ir skysto raketinio kuro raketinis variklis(LRE). Naudojant orą pakelti ir atmosferos deguonį deguoniui oksiduoti didžiojoje pagreičio trajektorijos atmosferos atkarpoje, galima žymiai sumažinti degalų sąnaudas ir VKS paleidimo masę. Toks aviacijos ir kosmoso orlaivis gali pristatyti krovinius į beveik Žemės orbitą, kurios svoris yra 3-5% kilimo svorio. Tuo pačiu metu, pasak ekspertų, vieneto pristatymo kaina bus 20–50 kartų mažesnė nei naudojant raketas.

Aviacijos ir kosmoso pajėgos, kaip orlaivis, turi daug kitų pranašumų prieš raketų sistemas. Jis gali prasidėti horizontaliai iš bet kurio aerodromo (nereikia sudėtingų ir brangių paleidimo kompleksų), o pasiruošimas startui užima žymiai mažiau laiko. VKS sugeba patekti į norimą Žemės orbitą manevruodamas atmosferoje, o ne erdvėje, o tai reikalauja kur kas mažesnių degalų sąnaudų. Jame praktiškai nėra raketoms būdingos atskirties zonos, į kurią patenka panaudoti konstrukciniai elementai. Dėl šių privalumų VKS gali būti naudojamas greitoms gelbėjimo operacijoms.

Tačiau tokiam „universaliam“ orlaiviui keliami specialūs reikalavimai. Iš tiesų, priešingai nei daugkartiniai erdvėlaivių skyriai, aviacijos ir kosmoso pajėgos turi atlikti pakankamai ilgą skrydį atmosferoje hipergarsiniu greičiu, naudodamos nuolat veikiančią varomąją sistemą. Todėl pagrindiniai sunkumai kuriant tokį orlaivį pirmiausia kyla dėl atmosferos šiluminio ir jėgos poveikio struktūros.

Skrydžio metu didžiausias slėgis transporto priemonei yra proporcingas gaunamo srauto greičio kvadratui, o šiluminė apkrova kritiniame transporto priemonės lanko taške, atitinkanti srauto sąstingio tašką, yra greičio kubas. Dėl to, esant hipergarsiniam skrydžio greičiui (M *> 6), šiluminė apkrova padidėja beveik dešimt kartų ar daugiau, palyginti su viršgarsiniu greičiu (M ≤ 3), o orlaivio izoliuoto korpuso pusiausvyros temperatūra yra beveik tris kartus .

Norint išspręsti šias problemas kuriant hipergarsinius orlaivius, projektavimo inžinieriai turi ieškoti iš esmės naujų mokslinių ir techninių idėjų, visų pirma medžiagų, aerodinamikos ir šilumos perdavimo srityse.

Pagrindinis svoris - kuras

Nuo praėjusio amžiaus vidurio daugelyje užsienio šalių (JAV, Prancūzijoje, Vokietijoje, Japonijoje, Kinijoje, Australijoje) buvo atlikti hipergarsinio skrydžio su raketiniu varikliu, naudojančiu vandenilį, technologijų kūrimo tyrimai. SSRS, kur buvo sukurtos dvi hipergarsinės sistemos - spiralė „Ir„ Buran “.

Nepaisant reikšmingų pasiektų sėkmių kuriant vaizdo konferencijų technologijas, daugelis problemų liko neišspręstos. Pirmasis šioje serijoje yra tarpusavyje susijusios variklio ir paties orlaivio konfigūracijos problemos, nes degalų sąnaudas paleidžiant į orbitą daugiausia lemia elektrinės charakteristikos ir orlaivio išdėstymo aerodinaminė kokybė.

Remiantis Rusijos mokslų akademijos Sibiro filialo teorinės ir taikomosios mechanikos instituto eksperimentinių modelių, atliktų orlaivių konfigūracijų aerodinaminės kokybės ir specifinio impulsinio variklio impulso tyrimais, kuro masė, reikalinga pagreitinti VKS iki 1 -ojo kosminio greičio **. Paaiškėjo, kad tai turėtų būti apie 70% pradinės masės. Skaičiavimai parodė, kad pradinės masės vertė yra labai jautri santykinio kuro masės svyravimams. Pavyzdžiui, sumažėjus (padidėjus) degalų sąnaudoms 1%, atitinkamai pasikeis orlaivio paleidimo masė 25%.

Todėl nenuostabu, kad pačios VKS struktūros masei nustatyti labai griežti apribojimai. Santykinai didelė konstrukcijos masė leidžiama tik daugiapakopėms sistemoms, visų pirma, jei tam tikrose skrydžio trajektorijos dalyse išleidžiami panaudoti konstrukciniai elementai. Tačiau daugiapakopių sistemų eksploatavimo sąlygos tampa sudėtingesnės, o išlaidos atitinkamai didėja.

Šildome orą

Degalų sąnaudas galima sumažinti padidinus aerodinaminę kokybę (t. Y. Aerodinaminio pakėlimo ir aerodinaminio pasipriešinimo santykį) ir specifinį jėgainės impulsą (variklio traukos ir degalų sąnaudų santykis). Daugybė eksperimentinių hipersoninių orlaivių aerodinaminių charakteristikų tyrimų rodo, kad jų maksimali aerodinaminė kokybė hipergarsiniame greičio diapazone turi ribotą ribą realiais Reinoldso skaičiais (dinaminės jėgos ir trinties jėgos santykis). K maks ≈ 6.

Kadangi šio rodiklio neįmanoma padidinti naudojant aerodinaminę konstrukciją, šiuo metu daug dėmesio skiriama aktyviai srauto aplink kūnus valdymo problemai spręsti, naudojant energiją ir (arba) jėgos poveikį krintančiam srautui. ypač tiekiant šilumą viršgarsiniam srautui priešais kūną. Techniniam šios idėjos įgyvendinimui siūloma naudoti lazerio ir mikrobangų spinduliuotę.

Daugelyje šių teorinių ir eksperimentinių tyrimų svarstoma aerodinaminio pasipriešinimo mažinimo problema. Šis poveikis daugiausia susijęs su dujų tankio sumažėjimu kritimo sraute, tai patvirtina skaičiavimai ir tiesioginiai matavimai. Tam tikrą vaidmenį taip pat gali atlikti srauto režimo pokyčiai dėl Macho skaičiaus ar Reinoldso skaičiaus pasikeitimo, taip pat srauto jonizacija.

Naudojant hipergarsinio dujų srauto aplink trapecijos formos aerodinaminį sluoksnį pavyzdį, buvo parodyta, kad aerodinaminei traukos ir kėlimo jėgai gali turėti įtakos pakopinis temperatūros pasiskirstymas gaunamame sraute (kuris atitinka pakopinį dujų tankio pasiskirstymą). Šį efektą galima pasiekti, pavyzdžiui, pakartotinai impulsiniu srauto kaitinimu derinant lazerio ir mikrobangų spinduliuotę. Tuo pačiu metu aukščiausia aerodinaminė kokybė pasiekiama planavimo režimu, kai skrydis vyksta didelio ir mažo tankio terpės sąsajoje.

Funkciniai modeliai

Patikrinti vieną ar kitą įeinančio oro srauto valdymo būdą galima naudojant vadinamąjį funkcinį modeliavimą. Šia prasme orlaivis - sudėtinga hierarchinė sistema - gali būti pavaizduotas kaip tarpusavyje sujungtas įvairių posistemių rinkinys, nulemtas funkcinių savybių.

Matematinis modelis orlaivį sudaro keli vienetai: aerodinaminės charakteristikos, traukos jėga ir specifinis variklio impulsas, skrydžio trajektorija, funkciniai apribojimai, optimalus valdymas. Taigi jis atspindi elementų funkcines charakteristikas ir jungtis kaip visumą, be standaus susiejimo su konkrečiais realizavimo prietaisais.

Naudojant tokį modelį, galima įvertinti ir esminę galimybę pasiekti užsibrėžtą tikslą, ir specifines charakteristikas (efektyvumą, kritinius veikimo būdus ir kt.). Pakeitus pagrindines atskirų elementų charakteristikų vertes, galima nustatyti jų poveikį visos sistemos funkcinėms savybėms ir nustatyti leistinų trikdžių dydį - sukurti parametrų matavimo tikslumo reikalavimus. .

Funkcinio modeliavimo ypatumas yra tas, kad objekto sintezė ir analizė atliekama su nedideliu pradinės informacijos kiekiu. Tai pirmiausia reiškia, kad matematinio modelio konstravimas yra kartotinis, o tai reiškia nuolatinį proceso koregavimą, atsižvelgiant į jau gautus rezultatus. Antra, modelis numato minimalų nurodytų įvesties parametrų skaičių, o tai sumažina netikrumo laipsnį nustatant orlaivio charakteristikas.

Antroji aplinkybė skatina ieškoti naujų, labiau apibendrintų funkcinių elementų savybių vaizdavimo formų. Natūralu, kad jie turi atitikti daugybę galimų specifinių įrenginių. Tačiau pačių prietaisų parinkimas ir tobulinimas jau yra kitas darbo etapas.

Degimas viršgarsiniu srautu

Svarbiausia VKS elektrinės dalis yra ramjetinis variklis, kurio teorinis ir eksperimentinis tyrimas buvo daugelio darbų objektas.

„Ramjet“ variklio naudojimo skrydžiui hipgarsiniu greičiu koncepcija numato, kad degalai variklio kanale turi būti deginami viršgarsiniu oro srautu. Šiuo atveju degimo kuro kiekis turi būti pakankamas, kad būtų pasiekta reikiama trauka. Garsus italų fizikas, pirmojo viršgarsinio vėjo tunelio kūrėjas A. Ferri pasiūlė kelis degalų įpurškimo į srautą metodus ir aprašė galimas šiuo atveju kylančių srautų schemas. Tačiau nėra informacijos apie jų praktinį įgyvendinimą.

Apskritai, kuro deginimo metu susidarančių srautų diagnostika yra labai sunki dėl netolygaus srauto parametrų pasiskirstymo ir nesubalansuotų procesų. Iki šiol nėra patikimų eksperimentinių duomenų, rodančių, kad viršgarsinis srautas iš tikrųjų palaikomas variklio kanale, kai jis „kaitinamas“ dėl kuro deginimo, atsižvelgiant į tai, kad statinė dujų temperatūra šiuo atveju neturėtų viršyti 2500–2700 ° K. Šis apribojimas, svarbus hipergarsiniam skrydžiui, yra susijęs su poreikiu apriboti degimo produktų disociacijos laipsnį, nes dėl to sumažėja dujų srauto veikimas ir dėl to sumažėja variklio traukos jėga.

Norint nustatyti „Ramjet“ variklio charakteristikas pagal esamus metodus, reikia nustatyti tam tikrą apibrėžiančių verčių rinkinį, kuris priklauso nuo variklio dujų dinaminių ir geometrinių parametrų ir paprastai nustatomas eksperimentiškai. Todėl šie metodai mažai naudojami funkciniame modeliavime, kai reikia nustatyti minimalų pagrindinių parametrų rinkinį, kuris sistemos veikimo metu kinta palyginti nedaug (ir nuspėjamai).

Remiantis šiuo metodu, ITAM buvo sukurtas funkcinis matematinis jėgainės modelis, leidžiantis gauti impulsinio variklio ir raketinių bei raketinių variklių derinio traukos koeficiento ir specifinio impulso įvertinimus. Šiuo atveju atsižvelgiama į tai, kad dalis degimo produktų energijos bus panaudota išoriniam srautui aplink orlaivį valdyti.

Įvertinus išorinio srauto valdymo efektyvumą kaitinant orą prieš orlaivį, paaiškėjo, kad skrendant viršgarsiniu greičiu, vadinamasis Breguet diapazono koeficientas *** žymiai padidėja - iki trečdalio, priklausomai nuo skrydžio Macho skaičiaus - didinant aerodinaminę kokybę.

Kuro sąnaudų pagreičiui palyginus su oro šildymu prieš VKS ir be šildymo palyginimas buvo atliktas optimaliais skrydžio takais, kai naudojamas kombinuotas variklis. Degalų ekonomija pagreičio trajektorijoje sudarė 3% orlaivių kilimo svorio. Tai, pirma, reiškia, kad lengviau išspręsti dizaino problemas. Antra, kad yra galimybė žymiai padidinti erdvėlaivio naudingąją apkrovą.

Įvairiais skaičiavimais, į orbitą paleistos naudingos apkrovos svoris yra 3–5% orlaivio paleidimo svorio - šie skaičiai palyginami su apskaičiuota degalų taupymo verte kontroliuojant lėktuvo srautą. Taigi akivaizdu, kad VKS srauto valdymas šildant gaunamą srautą bus labai efektyvus tiek kreiserinio, tiek greitėjimo metu.

Reikalinga šiluminė apsauga

Kuriant aviacijos ir kosmoso orlaivius, reikia išspręsti keletą konkretesnių, nors ir ne mažiau svarbių problemų. Vienas iš jų yra intensyvus aerodinaminis šildymas, kurį orlaivio korpuso konstrukcija turi atlaikyti ilgą laiką, nes šilumos srautas į orlaivio paviršių yra proporcingas skrydžio greičiui iki trečiosios galios. Šis šiluminis efektas yra tikra kliūtis, kurią reikia įveikti kuriant hipergarsinius orlaivius.

Praktiškai visų orlaivio paviršiaus sričių aukšta temperatūra neleidžia jo gamybai naudoti tradicinių metalų (aliuminio, titano, plieno). Galimi būdaiŠiluminės apsaugos paviršiai skirstomi į pasyvius ir aktyvius, taip pat jų derinius. Pirmieji apima, pavyzdžiui, sunaikinamų medžiagų, spinduliuojančių dangų, mažo šiluminio sklaidos dangų, kurioms būdingas mažas temperatūros išlyginimo greitis, naudojimą. Aktyvūs šiluminės apsaugos metodai numato priverstinį aušinimo skysčio tiekimą į karštą paviršių, kuris, galbūt, prasiskverbs į išorinio oro srauto ribinį sluoksnį.

Anglies vandenilio kuro, kuris iš dalies gali pakeisti skystą vandenilį, terminio konversijos metodas atrodo labai perspektyvus. Šiuo atveju angliavandenilių kuro mišinys su vandeniu tiekiamas per kanalus po karštais paviršiais. Veikiant šilumos srautui, vyksta endoterminė sintezės dujų (anglies monoksido ir vandenilio mišinio) susidarymo reakcija, kuri tęsiasi sugeriant šilumą.

Reakciją lydi intensyvus konvekcinis terpės judėjimas, kuris užtikrina pakankamai dideles šilumos perdavimo koeficiento vertes ir mažą šiluminę varžą tarp terpės ir šildomos sienos. Dėl to paviršiaus temperatūra nukris. „Premija“ šiuo atveju bus kuro energijos padidėjimas dėl išorinio šilumos srauto sugerties.

Kitas vaizdo konferencijų sistemų šiluminės apsaugos taktinis metodas yra sumažinti paviršių, kurie turi būti apsaugoti nuo aukštos temperatūros, plotą. ITAM SB RAS buvo sukurta konvergencinio oro įsiurbimo ir skirtingo purkštuko koncepcija, kurie yra kompaktiškesni nei įprasti. Tokio orlaivio modelis buvo išbandytas instituto impulsiniame vėjo tunelyje M = 7,8 su veikiančiu vandenilio varikliu, o eksperimentiniai rezultatai sutapo su prognozuojamais apskaičiuotais duomenimis.

Skrendant viršgarsiniu greičiu, orlaivio sukeltos smūgio bangos pasiekia žemės paviršių. Slėgio kritimas per smūgio bangą sukuria vadinamąjį garsinį bumą. Slėgio kritimo poveikis ausų membranoms gali būti labai skausmingas; smūgio jėga gali būti tokia, kad net langų stiklai sulaužys. Galima sumažinti garso bumą dėl specialaus orlaivio išdėstymo, pasirinktos trajektorijos ir skrydžio režimo, taip pat dėl ​​aktyvios įtakos smūginių bangų struktūrai netoli orlaivio.

Netgi trumpa čia pateikta apžvalga parodo precedento neturintį vieno etapo kosminio lėktuvo kūrimo sudėtingumą. Tačiau eksponentinis beveik Žemės erdvės tyrinėjimo greičio augimas yra galingas stimuliatorius, spartinantis jos kūrimo darbus.

Atlikti visą darbų spektrą (tyrimai, projektavimas, gamyba prototipas, eksperimentinis tikslinimas, operatyvinių struktūrų kūrimas) reikalauja milžiniškų žmogiškųjų, materialinių ir finansiniai ištekliai... Tikriausiai šį planą bus galima įgyvendinti tik bendromis daugelio šalių pastangomis. Tačiau tikslas to vertas, nes tolesni kosmoso tyrinėjimai turėtų prisidėti prie sėkmingo ir taikaus žmogaus civilizacijos vystymosi.

Literatūra

Burdakovas V. P., Danilovas Yu. I. Išoriniai ištekliai ir kosmonautika. Maskva: „Atomizdat“, 1976 m.

Georgievskii P. Yu., Levinas V. A. Srauto aplink įvairius kūnus valdymas vietiniu energijos tiekimu viršgarsiniam incidentui // Izv. RAS. MGH. 2003. Nr. 5. S. 154-167.

Latypovo AF Apie skraidančių transporto priemonių matematinį modeliavimą koncepcijos kūrimo etape // ChMMSS, 1979. V. 10, Nr. 3. P. 105-110.

Latypov, A. F. ir Fomin, V. M., Šilumos tiekimo prieš kūną energijos vartojimo efektyvumo įvertinimas viršgarsiniu srautu, J. Appl. 2002. T. 43, Nr. 1. S. 71-75.

Latypovo AF Šilumos tiekimo prieš kūną energijos vartojimo efektyvumo įvertinimas pagreitinto skrydžio metu. 1 dalis. Matematinis modelis // Šiluminė fizika ir aeromechanika, 2008. V. 15, Nr. 4. P. 573-584. 2 dalis. Trajektorijos greitėjimo atkarpos matematinis modelis.

Skaičiavimo rezultatai // Šiluminė fizika ir aeromechanika, 2009. T. 16, Nr. 1. P. 1-12.

Latypov A. F., Fomin V. M. Viršgarsinio pulsuojančio variklio ir viršgarsinio pulsuojančio variklio veikimo metodas // RF patentas Nr. 2347098, 2009 m.

Sabelnikovas A. V., Penzinas V. I. Apie tyrimų greitųjų greitųjų raketinių variklių srityje istoriją Rusijoje. M .: TsAGI im. prof. N. E. Žukovskis, 2008 m.

* Macho skaičius - oro srauto greičio ir garso greičio santykis

** Mažiausias greitis, reikalingas kūnui paleisti į Žemės orbitą

*** Breguet diapazono koeficientas Br = VKI, kur V- skrydžio greitis, K- aerodinaminė kokybė, Aš- specifinis variklio impulsas

SSRS lakūnas-kosmonautas, du kartus Sovietų Sąjungos didvyris, technikos mokslų kandidatas, aviacijos generolas majoras V. Šatalovas

Paviršinio oro ir kosmoso plėtros schema.

Sparnuotų orlaivių galimo aukščio ir skrydžio greičio koridorius.

JAV Nacionalinės aeronautikos ir kosmoso administracijos eksperimentiniai orlaiviai, skirti tirti problemas, susijusias su hipergarsinio skrydžio greičio plėtra ir daugkartinio naudojimo kosminio transporto priemonės sukūrimu.

Lėktuvas B-52, kurio fiuzeliaže pakabinamas eksperimentinis lėktuvas X-15.

Skrydžio schema šiuolaikinis kovotojas primena kuriamos daugkartinio naudojimo erdvėlaivio skrydžio schemą.

Kovotojo su miltelių stiprintuvais kilimas.

Kovotojai, turintys papildomą degalų baką po korpusu.

Mokslas ir gyvenimas // Iliustracijos

Mokslas ir gyvenimas // Iliustracijos

Mokslas ir gyvenimas // Iliustracijos

Kai skrendate šiuolaikiniu viršgarsiniu naikintuvu, lipate į pačias „lubas“, iki maksimalaus aukščio, atrodo, kad automobilio nepakanka, kad išsiveržtų iš traukos traukos ir patektų į orbitą. Grįžęs iš kosminio skrydžio ir laivas patenka į tankią atmosferos atmosferą, nevalingai pagalvoji, kaip būtų gerai, jei jis turėtų lėktuvo savybes: galėtum atlikti reikiamą manevrą ir įprastai nusileisti aerodrome. .

Deja, kol kas nei lėktuvas, nei erdvėlaivis neturi tokių savybių. Tačiau esu giliai įsitikinęs, kad tai laikinas dalykas.

Aviacija parengė mokslinius ir techninius pagrindus šioje srityje elektrinės, transporto priemonių, borto sistemų, prietaisų ir įrangos, kurios buvo pagrindas raketų technologijai kurti, dizainas, skirtas astronautikos gimimui. Ir nors kosminiai laivai iki šiol mažai panašūs į lėktuvą, o jų skrydis nėra labai panašus į lėktuvo skrydį, vis dėlto jų konstrukcijoje ir įrangoje yra daug sparnuotų mašinų.

Aviacija pagrįstai vadinama kosmonautikos lopšiu: tik įvaldžiusi skrydį dideliu greičiu ir aukštyje, išmokusi sukurti tobulą orlaivių dizainą ir galingus reaktyvinius variklius, žmonija sugebėjo užpulti kosmosą. Daugelis mokslininkų ir dizainerių, dalyvaujančių kosminės erdvės tyrimuose ir tyrinėjimuose, buvo glaudžiai susiję su aviacija. Neatsitiktinai pirmieji kosmoso tyrinėtojai buvo pilotai.

Tuo pačiu metu svarbu išspręsti daug problemų, susijusių su raketų ir kosminių technologijų plėtra, ir daugybė tyrimų rezultatų, gautų vykdant kosminius skrydžius. tolimesnis vystymas aviacija. Tai yra konstrukcijos šiluminė apsauga, terminis reguliavimas, biologinė apsauga nuo kosminės spinduliuotės ir daug daugiau.

Stebėdami aviacijos ir kosmoso technologijų pažangą, turime teisę užduoti sau tokį klausimą: ar šios sritys ateityje susilies, ar jos vystysis skirtingai? Yra rimtų priežasčių manyti, kad artimiausiu metu pastebimas aviacijos ir astronautikos suartėjimas.

Tolesnė aviacijos pažanga daugiausia siejama su dviem kryptimis; sukūrus oro autobusus - didelius orlaivius, galinčius skraidinti kelis šimtus keleivių, ir pereinant prie dar didesnio skrydžio greičio.

V pastaraisiais metais keleivių srautas oro linijose, jungiančiose didelius miestus su masinio turizmo vietomis ir kurortais, labai sparčiai auga. Ir kadangi didelę eismo dalį dabar vykdo maži ir vidutiniai lėktuvai, kai kurie oro uostai yra labai užimti.

Aviacijos dizaineriai mato išeitį iš šios situacijos kurdami oro autobusus - didelius orlaivius, skirtus mažo ir vidutinio ilgio linijoms aptarnauti. Tai bus trečiosios kartos reaktyvinių keleivinių lainerių atstovai. Didelė naudingoji apkrova, didelis kreiserinis greitis, mažos degalų sąnaudos kilometrui, mažos kainos Priežiūra, ilgas orlaivio, variklių ir visų agregatų tarnavimo laikas - tai turėtų būti oro autobusų privalumai.

Sovietų Sąjungoje Sergejaus Vladimirovičiaus Iljušino dizaino biuras kuria orlaivį „Il-86“. Jis galės gabenti 350 keleivių 950 kilometrų per valandą greičiu iki 4600 kilometrų.

Skrydžių Žemėje greičio riba žinoma - balistinės raketos ir dirbtiniai Žemės palydovai ją jau pasiekė. Tai pirmasis kosmoso greitis - 7,9 km / sek. Aviacija dar toli nuo jos - pasaulio orlaivių greičio pasiekimai yra kažkur 3-4 tūkstančių kilometrų per valandą regione, tai yra 1 km / sek.

Kas trukdo aviacijai pasiekti didelį skrydžio greitį?

Aviacija savo kilmę ir vystymąsi lėmė planetos oro apvalkalas. Oras sukuria palaikymą skrendančiam orlaiviui, leidžia manevruoti erdvėje, jis taip pat naudojamas varikliams „kvėpuoti“. Tačiau tuo pačiu metu oras taip pat sukuria aerodinaminį pasipriešinimą, įveikiant didelę variklio galią, o padidėjus greičiui, šis pasipriešinimas smarkiai padidėja. Be to, oras kelia daug slenksčių kliūčių ir kliūčių kelyje į didelį skrydžio greitį. Tai dabar gerai žinomas garso barjeras. Ją jau įveikė ne tik karinė, bet ir civilinė aviacija. Tačiau tai nebuvo lengva ir ne iš karto. Tai taip pat yra šiluminis barjeras - nepriimtinas orlaivių įkaitimas skrendant tris ar daugiau kartų greičiau nei garsas. Karo aviacija prie šios kliūties priartėjo prieš kelerius metus. Eksperimentiniai orlaiviai už jos ribų daro skrydžius. Tačiau kol kas tai tik jėgų išbandymas.

Pakeliui norėčiau pastebėti, kad pats pavadinimas „barjeras“ aviacijai nėra visiškai sėkmingas. Tai nėra kliūtys įprasta to žodžio prasme - įveiktas, o paskui vėl lengvas kelias. Tai veikiau linija, kurioje aviacija susiduria su naujais rimtais sunkumais ir, vieną kartą pasirodžiusi, nebeišnyksta, bet reikalauja nuolatinio dėmesio.

Lėktuvas, viršijęs garso greitį, perlaužęs garso barjerą, visą laiką tarsi nešioja save smūgio bangos pavidalu ir tampa savotišku nenutrūkstamo, be galo ištempto sprogimo šaltiniu. Ta pati situacija su terminiu barjeru.

Vystantis aviacijai, dizaineriai turi spręsti vis sudėtingesnes problemas.

Jei, pavyzdžiui, esant mažam skrydžio greičiui atmosferoje, aerodinaminiai skaičiavimai atliekami nepriklausomai nuo šiluminių, tai skrendant viršgarsiniu greičiu aerodinaminiuose skaičiavimuose reikia atsižvelgti į šilumos perdavimą, išspręsti šiluminės apsaugos problemą transporto priemonė, tai yra, išspręskite tipinę šilumos ir masės perdavimo teorijos problemą.

Šiuolaikiniai laineriai paprastai skraido 8-10 kilometrų aukštyje maždaug 900 kilometrų per valandą greičiu. Esant tokioms sąlygoms, aerodinaminis šildymas yra nereikšmingas ir į jį neatsižvelgiama. Jei lėktuvas skrenda šiame aukštyje 3 tūkstančių kilometrų per valandą greičiu, tada, kaip rodo paprasčiausi skaičiavimai, sulėtėjusio oro srauto - oro sluoksnių, plaunančių lėktuvo paviršių - temperatūra bus plius 280 laipsnių Celsijaus. Esant hipergarsiniam greičiui (viršijus garso greitį penkis ar daugiau kartų), jis viršys tūkstantį laipsnių. 10 tūkstančių kilometrų greičiu temperatūra jau sieks 3600 laipsnių,

Kosmoso technologijų kūrėjai jau susidūrė su sudėtingomis terminės apsaugos užduotimis. Buvo sukurtos vadinamosios abliacijos dangos, kurių šilumą saugančios savybės grindžiamos medžiagos perėjimu iš kietos būsenos į dujinę būseną, apeinant skystąją fazę. Abliacijos dangos apsaugo erdvėlaivio nusileidimo transporto priemonę, kuri lėtėja nusileidimo Žemės atmosferoje metu, nuo 6–8 tūkstančius laipsnių siekiančių šilumos srautų. Tačiau tokių dangų poveikis yra susijęs su masiniu nuolydžiu, taigi ir su dangos formos pasikeitimu, o tai visiškai nepageidautina transporto priemonėms, kurios skrydžio metu naudoja sparnų ir korpuso kėlimo jėgą ir turi aerodinaminius valdiklius. .

Bet net jei būtų įmanoma sukurti patikimą šiluminę apsaugą, tai būtų nepelninga dėl ekonominių priežasčių esant hipergarsiniam greičiui įvaldytame aukštyje - energijos suvartojimas aerodinaminiam oro pasipriešinimui įveikti būtų per didelis.

Štai kodėl skristi dideliu greičiu galima tik retos atmosferos sąlygomis. Čia aparato šiluminės apsaugos užduotis galima išspręsti turimomis priemonėmis. Kitaip tariant, reikia pakilti į dar neįvaldytų aukštumų regioną, į viršutinės atmosferos regioną, esantį tarp 30 ir 150 kilometrų aukščio. Lėktuvai čia negali skristi dėl nepakankamo oro srauto variklio sparnų pakėlimo ir traukos, o erdvėlaivio orbitinis skrydis tokiame aukštyje neįmanomas dėl didelio aerodinaminio stabdymo. Ši retos atmosferos sritis vis dar skiria aviaciją ir astronautiką, neleidžia užmegzti glaudesnės jų sąveikos.

Ar reikalinga tokia sąveika? Taip reikia. Žemės erdvėje beveik neįmanoma išsiversti be jos. Toliau plečiant žmogaus veiklą šioje srityje, visas paslaugas tarp Žemės ir beveik žemės orbitų akivaizdžiai turės perimti lėktuvo tipo transporto priemonės.

Ar yra kokių nors įrodymų, kad aviacija ir astronautika siekia įsisavinti viršutinės atmosferos erdvę?

Yra ... Ir jau daug.

Visų pirma, eksperimentiniai pilotuojami orlaiviai su skystojo kuro raketiniais varikliais, paleisti Jungtinėse Valstijose iš vežėjų orlaivių, pasiekė daugiau nei 80 kilometrų aukštį ir skrido apie 6 tūkstančius kilometrų per valandą. Atsiskyręs nuo vežėjų, orlaivis įsibėgėjo ir įvažiavo į balistinę trajektoriją.Kad valdytų už tankios atmosferos ribų, jie vietoj aerodinaminių naudojo reaktyvinius vairus. Tačiau ribotas degalų tiekimas leido orlaiviui atlikti tik tam tikrą šuolį aukštyn, po kurio jie planavo ir nusileido.

Eksperimentinių raketinių orlaivių skrydžiuose mokslininkams ir dizaineriams pavyko gauti atsakymus į daugelį klausimų. Visų pirma jie daug sužinojo apie hipersoniniu greičiu skrendančių transporto priemonių aerodinamiką ir stabilumą, apie aerodinaminio šildymo poveikį jų konstrukcijai ir sistemų veikimui, apie patekimo į tankius atmosferos sluoksnius ypatumus dideliu greičiu naudojant keltuvą. .

Aviacija artėja prie neišvystyto aukščio zonos iš apačios, astronautika - iš viršaus.

Kaip žinote, „Vostok“ ir „Voskhod“ laivų nusileidimas vyko balistine trajektorija. Tokio nusileidimo metu išsisklaidymas (kitaip tariant, netikslumo pataikymo į apskaičiuotą nusileidimo tašką rodiklis) ir perkrovos buvo gana reikšmingi, nes prietaisas buvo visiškai atiduotas elementų galiai - jo valdyti nebuvo įmanoma.

Mažesnes g jėgas nusileidimo metu ir žymiai didesnį nusileidimo tikslumą buvo galima pasiekti tik valdant nusileidimą, tai yra, esant tokiam nusileidimui, kai laivo nusileidimo trajektorija yra valdoma atmosferoje. Taip nusileidžia „Sojuz“. Tiesa, šis nusileidimo iš orbitos metodas reikalavo įveikti nemažai techninių sunkumų. Pirma, nusileidžiančiai transporto priemonei reikėjo suteikti tokią formą, kuri suteiktų jai aerodinaminę kokybę. (Ši charakteristika, kilusi iš aviacijos, yra aparato kėlimo gurkšnio ir jo pasipriešinimo dydžio santykis.) Be to, reikėjo sukurti sistemą, valdančią erdvėlaivį tiek skrendant ne atmosferoje, tiek atmosferoje segmentus ir išspręsti daugybę kitų problemų. Tačiau, kita vertus, kontroliuojamas nusileidimas leido 2-3 kartus sumažinti G jėgas (nuo 8-10 iki 3-4 vienetų) ir žymiai sumažinti nusileidimo taško sklaidą.

Nuo kontroliuojamo erdvėlaivio nusileidimo iki kontroliuojamo skrydžio viršutinėje atmosferoje atstumas, žinoma, yra milžiniškas. Tačiau nepaisant to, galima manyti, kad astronautai padarė tam tikrą žingsnį šia kryptimi.

Pastaraisiais metais sovietų mokslininkai atliko daugybę kitų eksperimentų, kurie yra svarbūs ateities itin didelės ir didelės spartos aviacijai. Turiu omenyje eksperimentus automatinėse jonosferos laboratorijose „Yantar“.

Šiose laboratorijose, paleistose naudojant geofizines raketas, buvo sumontuoti elektriniai varomieji varikliai. Bandymai parodė gana stabilų šių variklių veikimą skirtingais aukščiais ir skirtingais režimais. Pažymėtina, kad laive nebuvo nei degalų, nei oksidatoriaus. Tačiau atmosferos azotas, iš anksto jonizuotas, tarnavo kaip darbinis skystis. Taigi buvo įrodyta reali galimybė naudoti elektrinius reaktyvinius variklius transporto priemonėms, skrendančioms viršutinėje atmosferos dalyje.

Aviacijos ir astronautikos įsiskverbimo procesas prasidėjo seniai, o pastaruoju metu vyksta ypač aktyviai. Jei prieš dešimt metų vis dar buvo sunku kalbėti apie prietaisus, apjungiančius erdvėlaivio ir lėktuvo savybes, tai dabar situacija pasikeitė. Tokių prietaisų išvaizda pasirodo gana aiškiai. Ir ne tik todėl, kad buvo atlikta daug fundamentalių tyrimų. Svarbiausia, kad jų kūrimo tikslai tapo konkretesni, konkretesni.

Astronautikos ateitis daugiausia susijusi su ilgalaikėmis kosminėmis stotimis ir laboratorijomis įvairiems tikslams. Sovietų mokslas jų kūrimą laiko pagrindiniu žmogaus keliu į kosmosą.

Sovietinės „Salyut“ ir amerikiečių „Skylab“ orbitinių stočių kūrimo ir eksploatavimo patirtis parodė, kad šiuolaikinė kosmonautika jau sugeba atlikti tokią užduotį.

Tačiau pačios stotys yra tik dalis kosmoso sistemos. Norint juos valdyti - keičiant įgulą, tiekiant maisto atsargas, degalus varikliams ir kitas medžiagas - reikalingi transporto laivai, kurie reguliariai skraidytų maršrutu Žemė -orbita -Žemė.

Ši sistemos grandis pasirodė silpniausia iki šiol. Šiuolaikinės raketinės ir kosminės transporto priemonės yra santykinai brangios, nepakankamos keliamosios galios ir ilgai ruošiasi startui. Visi erdvėlaiviai (pilotuojami ir nepilotuojami) dabar paleidžiami į kosmosą naudojant vienkartines raketas. Kompleksiniai erdvėlaiviai taip pat yra skirti tik vienam skrydžiui.

Ar įmanoma susitaikyti, pavyzdžiui, su tuo, kad kelerius metus statomas didelis vandenyno laineris skirtas vienai kelionei? Ir astronautikoje tai yra būtent taip.

Paimkime, pavyzdžiui, amerikiečių nešančiąją „Saturn 5“ raketą, kuri teikė „Apollo“ misijas į mėnulį. Šis milžinas, kurio aukštis didesnis nei 100 metrų ir sveria beveik 3 tūkstančius tonų, iš tikrųjų nustojo egzistuoti praėjus kelioms minutėms po starto. Tačiau kiekviena tokia raketa kainuoja net 280 mln. Po 10-12 dienų iš visos sudėtingos Saturno-Apollo sistemos, kurioje įgula grįžo į Žemę, liko tik maža nusileidimo kapsulė, sudeginta atmosferoje ir praktiškai netinkama tolesniam darbui. Pergalingas kosmonautikos kelias nusėtas perdegusių raketų fragmentų, erdvėlaivių blokų ir į orbitą išmestų palydovų.

Toks technologijų „vienkartiškumas“ virsta rimtu tolesnio astronautikos vystymosi stabdžiu ir kosmoso tyrinėjimas... Iš pradžių, kai nebuvo tiek daug paleidimų, o tyrimai nebuvo šienaujami tokiu mastu, tai buvo galima toleruoti. Ateityje tokios atliekos taps neįmanomos.

Ekspertai mato išeitį iš šios situacijos kuriant iš esmės naujas kosminio transporto priemones. Yra daug įvairių projektų, tačiau visi tokie laivai, kaip sumanė dizaineriai, turėtų „sugebėti“ skristi atmosferoje, patekti į žemos orbitos orbitą, ilgai joje pasilikti ir tada nusileisti kaip lėktuvas. jų aerodromas. Ir, svarbiausia, išsaugokite kuo daugiau sistemos elementų pakartotiniam naudojimui.

Kad atitiktų šiuos reikalavimus, nauji erdvėlaiviai turi gerokai skirtis nuo dabartinių. Bet kokiu atveju jų orbitiniai etapai turėtų turėti daug ką šiuolaikinio orlaivio.

Ieškant naujo kosminio transporto laivo schemos, mokslinė ir techninė mintis nuėjo ilgą ir sunkų kelią. Idealus laivo dizainas, atitinkantis griežčiausius reikalavimus, dabar laikomas dviejų pakopų projektu su lygiagrečiu laiptelių išdėstymu. Abi pakopos, atgaunamos, pilotuojamos, turi sparną; kaip lėktuvas, jie pakyla iš aerodromo ir nusileidžia aerodrome. Toks laivas gali būti pavaizduotas dviejų plokštumų pavidalu: apačioje yra didelis - stiprintuvas, o ant jo - mažesnis. Didysis pakyla iš aerodromo, o pasiekus projektinį greitį, mažesnis nuo jo atsiskiria ir savo variklių pagalba patenka į orbitą. Tuo tarpu stiprintuvas vėl grįžta į aerodromą. Baigęs užduotį, orbitinis lėktuvas palieka orbitą ir taip pat nusileidžia aerodrome.

Daugkartinio naudojimo erdvėlaiviui pageidautina paleisti horizontalų arba lėktuvo paleidimą, nors raketos paleidimas sukuria didelę naudingąją apkrovą. Horizontalus paleidimas leidžia atlikti šoninį manevrą atsitraukus erdvėlaiviui ir beveik bet kuriuo metu paleisti antrąjį etapą, neribojant azimuto. Tai reiškia, kad transporto sistema su horizontalia pradžia yra manevringesnis.

Tačiau įgyvendinti tokį projektą šiandien dar per sunku. Tai lenkia savo laiką ir apima daug neišspręstų problemų.

Iki šiol priimtiniausias yra transporto laivo projektas, kurio pirmasis etapas yra nepilotuojamas, iš dalies atgaunamas pakartotiniam naudojimui, o antrasis - pilotuojamas, orlaivio tipo. Nukrypimas nuo „idealios“ schemos pirmiausia reiškia grįžimą prie vertikalaus raketų paleidimo, kai kurių sistemos elementų praradimą skrydžio metu. Pastaba: prarasta ne visa paleidimo priemonė ir ne visas laivas, koks yra dabar, o tik kai kurie elementai.

Jungtinėse Valstijose kuriamas kosminis transporto laivas, vadinamas „Shuttle“ („Shuttle“). Jame yra dviejų pakopų lygiagretus žingsnių išdėstymas, abu žingsniai yra grąžinami; pakopų varomosios sistemos įjungiamos vienu metu. Pirmąjį etapą sudaro du gelbėjimo (ty grįžimas į Žemę ir perdirbami) nepilotuojami raketų vienetai, varomi kietu kuru. Antrasis etapas yra sparnuotas, pilotas, aprūpintas vandenilio deguonies raketiniais varikliais ir prieš įeinant į orbitą numestą degalų baką. Ši schema naudoja raketų pranašumus, visų pirma naudoja daug energijos naudojančius degalus ir vertikalų paleidimą. Vienintelė sistemos dalis, kuri bus prarasta skrydžio metu, yra antros pakopos degalų bakas.

Visa ši sistema šiek tiek primena naikintuvą, kuriame yra papildomas ventralinis degalų bakas ir du miltelių stiprintuvai. Tokio orlaivio kilimas ne kartą buvo demonstruojamas oro paraduose. Tik priešingai nei jis, kosminis transporto laivas turės didžiulį degalų baką, beveik dvigubai didesnį už patį laivą. Vietoj kompaktiškų miltelių stiprintuvų - du dideli gelbėjimo kietojo kuro raketų vienetai.

Atkreipdami dėmesį į esamų pilotuojamų erdvėlaivių trūkumus, įvardijome du: vienkartiškumą ir nepakankamą keliamąją galią. Realybėje yra daug daugiau trūkumų, visų pirma, dabartiniai laivai nėra labai manevringi, jie atlieka tik kelionę parašiutu, o jų nusileidimo transporto priemonių paieškai ir evakavimui reikalinga speciali tarnyba. Nors jie visi skraido „sunkiomis“ orbitomis, jie nelaviruoja orbitos plokštumos, nes toks manevras yra susijęs su didžiulėmis degalų sąnaudomis. Dėl to laivai negali nusileisti į tam tikrą zoną, jei pro ją nepraeina kita kilpa.

Sukūrus aparatą, pasižymintį dideliu manevringumu orbitoje, būtų gerokai išplėstos visos beveik žemės astronautikos perspektyvos. Nebuvo galima paleisti, o tiesiog pristatyti palydovus ne orbitoje laivo krovinių skyriuje, prižiūrėti ir remontuoti juos erdvėje, grįžti į Žemės tyrimų ir stebėjimo medžiagą, kurią sukūrė palydovai, ir net palydovus, jei jie nepavyks. Tam nebereikėtų spręsti sudėtingų problemų, visų pirma susijusių su nosies kūgių atskyrimu, antenų, saulės kolektorių diegimu. Orbitoje, prieš atskiriant palydovą nuo erdvėlaivio, galima patikrinti jo įrangos veikimą. Į orbitą paleisto erdvėlaivio kūrimo išlaidos būtų gerokai sumažintos, nes jų svorio ir matmenų apribojimai būtų ne tokie griežti. Be to, galima atsisakyti kompleksinių apsaugos priemonių nuo didelių perkrovų, vibracijos ir triukšmo.

Manevruojant pilotuojamas transporto priemones, galima organizuoti veiksmingą pagalbos tarnybą kosmose.

Šiandien gelbėjimo laivas gali priartėti prie nelaimės ištikusio laivo tik tuo atveju, jei jis yra paleistas tuo metu, kai nelaimės ištikusio laivo orbita pereina virš paleidimo vietos. Ir tai kartojama tik kartą per dieną.

Dabar įsivaizduokime, kad būtina skubiai evakuoti orbitinės stoties įgulą ir kad erdvėje jau yra tam tinkamas laivas, tačiau jos orbitos nuolydžio kampas žemės pusiaujo plokštumos atžvilgiu nėra toks pat kad stoties orbita. Dabar tokioje situacijoje nieko negalima padaryti, kad suartėtų laivas ir stotis. Tačiau aerodinaminės kokybės transporto laivas sugeba atlikti reikiamą manevrą. Norėdami tai padaryti, jis turės pasinerti į atmosferą, atlikti būtinas evoliucijas ir tada grįžti į orbitą. Pakartotinai panardinus į atmosferą, erdvėlaivio orbitos plokštuma gali būti gerokai pakeista. Žinoma, tam reikia ir degalų sąnaudų, tačiau daug mažiau nei manevravimui orbitoje, nes atmosfera padeda tokiam laivui atlikti manevrą.

Kai, atsižvelgiant į naujus reikalavimus skrydžiams į kosmosą, pradedate galvoti: ką reikia patobulinti - modernų erdvėlaivį ar modernų orlaivį, neišvengiamai priimate išvadą, kad kelias į naują erdvėlaivį iš aviacijos , arčiau nei iš astronautų. Šio laivo orbitinėje stadijoje turėtų būti viskas, ką turi orlaivis: pakankamai ilgas korpusas, sparnai, artėjimo sistema, važiuoklė, aerodinaminiai valdikliai.

Tačiau tokio laivo (jį galima pagrįstai vadinti aviacijos ir kosmoso lėktuvu) kūrimas nėra lengva užduotis. Kai kurios mokslinės ir techninės problemos, išspręstos anksčiau, susijusios su astronautikos poreikiais, turi būti išspręstos iš naujo. Paimkime, pavyzdžiui, orbitinės stadijos šiluminę apsaugą, kai patenka į tankius atmosferos sluoksnius. Būtina sukurti naujus šilumos apsaugos metodus ir naujas šilumą apsaugančias medžiagas.

Priešingai nei erdvėlaivio nusileidimo transporto priemonė, orlaivio orlaivio orlaivio stadija turi išsklaidyti didelę kinetinės energijos dalį ne tankioje atmosferoje, bet dideliame aukštyje, todėl jo šildymą pirmiausia lems patekimo į atmosferą kampas. Orbitinės stadijos šiluminį režimą, patekus į tankius atmosferos sluoksnius, gali palengvinti jo nusileidimas dideliais atakos kampais. Tada tik apatiniai laiptelio paviršiai bus tiesiogiai paveikti kritimo srauto, kurio plotas yra maždaug trečdalis viso paviršiaus. Tai reiškia, kad daugumai orbitos sistemos paviršiaus nereikės sudėtingos šiluminės apsaugos. Ir svarbiausia, kad nebus vietų, kuriose yra labai aukšta temperatūra, o tai pastebima mažais atakos kampais.

Skrydžio trukmė naujo erdvėlaivio nusileidimo atmosferos atkarpoje gali padidėti nuo dešimties minučių, taip yra dabar, iki valandos ar daugiau. Esant tokioms sąlygoms, daugumos, jei ne visos aparato konstrukcijos, temperatūra bus artima pusiausvyros spinduliuotės temperatūrai, o tai leis nenaudoti abliacinių medžiagų šilumai apsaugoti.

Tačiau projektuojant radiacija aušinamą konstrukciją reikia tiksliai žinoti vietinius šilumos srautus per visą paviršių. Medžiagos turėtų būti pasirinktos be klaidų, kurios yra priimtinos naudojant storesnį ablatyvinės medžiagos šilumos skydą. Kadangi šilumos srautai yra susiję su slėgio pasiskirstymu, aparato geometrinės formos pasirinkimas yra labai svarbus.

Kai tiria skirtingos formos kosminių orlaivių, ypatingas dėmesys skiriamas jų manevringumui hipergarsiniu greičiu ir aerodinaminės kokybės vertei. Kuo geresnė tokio orlaivio aerodinaminė kokybė, tuo mažiau jam teks laukti, kol deorbavimo momentas grįš į tam tikrą Žemės rutulio regioną. Esant pakankamai didelei aerodinaminei kokybei, transporto priemonė bet kuriuo metu gali pasiekti bet kurį žemės paviršiaus tašką ir nusileisti iš orbitos.

Technologijos jau turi patirties kuriant universalias transporto priemones, pavyzdžiui, plaukiojančius ir skraidančius automobilius ar amfibinius orlaivius. Daugeliu atvejų skirtingos mašinos yra mechaniškai sujungtos ir veikia nepriklausomai. Pavyzdžiui, plaukiojančiame automobilyje vis dar yra viskas, ko reikia norint judėti sausumoje, taip pat neperšlampamas dėklas, sraigtas ar vandens srovė. Amfibijos orlaivis yra valtis ar katamaranas ir lėktuvas.

Norint skristi dviem skirtingomis terpėmis, tokiomis kaip atmosfera ir kosminis vakuumas, naująjį erdvėlaivį reikės aprūpinti ir aerodinaminiais, ir su dujomis reaguojančiais valdikliais. Pirmasis (kilis, vairas, elevonai) bus skirtas skraidyti tankiuose atmosferos sluoksniuose, antrasis (reaktyvinių variklių arba dujų purkštukų grupės) - skrydžiui erdvėje ir viršutinėje reto atmosferoje. Šis derinys technikoje laikomas priverstiniu, nepageidaujamu, bet neišvengiamu,

Iš esmės naujas aparatas galėtų būti aprūpinti tik dujų srauto valdymo elementais - reaktyvinė traukos jėga yra universali abiem terpėms, tačiau tokiu atveju reikėtų atsisakyti daugelio atmosferos privalumų, kad būtų kuro ar dujų tiekimas daug didesnis, ir turėti šį rezervą iki skrydžio pabaigos.

Šoninis manevras ir nuotolio manevras (pavyzdžiui, pasirenkant nusileidimo tašką), kosminis lėktuvas veiks sąskaita aerodinaminės jėgos pakeisdami savo banko kampą ir atakos kampą. Šoninio diapazono vertė (didžiausias nuokrypis į dešinę ir į kairę) priklauso nuo orbitinės stadijos aerodinaminės kokybės: kuo ji didesnė, tuo didesnis šoninis diapazonas. Pavyzdžiui, norint pasiekti ± 2 000 km šoninį atstumą, orbitos pakopos aerodinaminė nusileidimo kokybė turi būti apie 1,3.

Mums būtų veltui svarstyti visas problemas, susijusias su naujo tipo erdvėlaivio sukūrimu - jų yra labai daug. Tai yra transporto priemonės stabilumas ir valdomumas, ypač patekus į atmosferą ir nusileidžiant, tai varomosios sistemos, skirtos abiem etapams, degalų pildymui ir degalų laikymui. Naujajam erdvėlaiviui reikės nedidelio dydžio energijos šaltinių - ant jo nėra kur montuoti saulės kolektorių. Negalima apsieiti be vadovavimo ir matavimo komplekso tobulinimo, naujų kosmonautų gelbėjimo sistemų kūrimo visuose skrydžio etapuose, neišsprendus daugelio veiklos problemų. Tačiau visų šių problemų sprendimas yra šiuolaikinio mokslo ir technologijų galioje. Kosminio lėktuvo sukūrimas yra labai realus dalykas, ir akivaizdu, kad ne už ilgo laikas, kai būsime pirmojo jo skrydžio liudininkai.

Šioms pažangioms mokslo ir technologijų sritims artima aviacijos ir astronautikos partnerystė bus naudinga ne tik astronautikai. Aviacijos pasiekimai artimiausiu metu gali būti ne mažiau įspūdingi. Viršgarsinio greičio ir didelio aukščio plėtra suteiks impulsą hipergarsiniams orlaiviams kaip transporto priemonei kurti. Lėktuvai, kurie pakeis šiuolaikinius viršgarsinius lėktuvus, per kelias valandas galės pristatyti žmones ir krovinius į bet kurią pasaulio vietą.

Atnaujinto Kosmoso paviljono (Nr. 32-34) atidarymas VDNKh buvo suplanuotas taip, kad sutaptų su Kosmonautikos diena. Ceremonijoje dalyvavo Rusijos Federacijos prezidentas.

Paviljone darbą pradėjo didžiausias ekspozicijų muziejus - Kosmonautikos ir aviacijos centras. Viduje buvo atkurtos originalios mozaikos ant sienų. Po kupolu sumontuota penkiakampė liustra-žvaigždė (Maskvos Kremliaus Trejybės bokšto žvaigždės kopija). Rekonstrukcijos procese dalyvavo apie 1500 specialistų.

Kosmoso paviljono istorija

Pirmojoje tautinės ekonomikos pasiekimų parodoje paviljonas vadinosi „Mechanizacija“. Jo užduotis buvo parodyti sėkmę plėtojant žemės ūkio technologijas. Dviejuose angaro aukštuose buvo demonstruojami traktoriai, kombainai, plūgai ir tt Po 15 metų eksponatų skaičius pastebimai išaugo. Svetainės pavadinimas pakeistas į „Mechanizacija ir elektrifikacija Žemdirbystė". 60 -aisiais ekspozicijos tema pasikeitė. Atsiveria nauja kryptis „Erdvė“.

90 -ųjų pradžioje „Cosmos“ paviljonas išgyveno užmaršties laikotarpį. Edukacinės svetainės panaikintos, jų vietoje - prekystaliai su prekėmis sodininkams. 2017 metais situacija keičiasi į gerąją pusę. Maskvos savivaldybė pradeda restauravimo darbus, kad atkurtų kosminę parodą. Darbas truko šiek tiek daugiau nei metus. Nuo 2018 metų Kosmonautikos ir aviacijos centras pradėjo priimti pirmuosius svečius.

Naujasis centras išpopuliarėjo tarp maskviečių ir miesto svečių. Muziejuje savo smalsumą gali patenkinti ir suaugusieji, ir vaikai.

Ekspozicija

Kosmonautikos ir aviacijos centre yra viena didžiausių istorijai skirtų ekspozicijų Rusijos kosmonautika... Viskas, pradedant idėja užkariauti erdvę. Paviljono svečiai gali apmąstyti milžiniškus erdvėlaivių modelius ir karinės pramonės įrangą. Jų yra per 120.

Taip pat galima apžiūrėti mūsų galaktiką ir susipažinti su dviem tūkstančiais retų nuotraukų, vaizdo medžiagos, dokumentų pavyzdžių, susijusių su kosmoso programos kūrimo projektais. Parodos erdvė suskirstyta į: „Kosminis bulvaras-1“, „Dizaino biuras-2“ ir „Ateities kosmodromas-3“.

KB-1. „Cosmic Boulevard“ pristatomi didžiausi paviljono eksponatai: orbitinių stotelių „Mir“ ir „Almaz“ maketai, raketinis variklis RD-170, paleidimo priemonė N-1, „GLONASS-K“, „Express-1000“, erdvėlaivis „Soyuz“, Mėnulio roveris Luna-17 ir daug daugiau.

Orbitinės stoties „Mir“ modelio svoris yra daugiau nei 30 tonų.

Zona KB-2. Dizaino biuras “labiau primena mokslinę laboratoriją. Lankytojai galės sužinoti apie kosmoso medicinos ir biologijos tyrimus ir plėtrą. Atskirą vietą užima projektas „Žmonės erdvėje“. Jis kalba apie pirmųjų kosmonautų žygdarbius.

Zonoje „KB-3. Ateities kosmodromas „5D kino teatras„ Kosmoso sfera “, kurį galima aplankyti. Jame rodomi teminiai filmai. Taip pat po kupolu sumontuoti skrydžio treniruokliai, su kuriais galite aplankyti tolimas planetas ir žvaigždes.

Centras taip pat užsiima edukacinė veikla... Šiuo tikslu tarp jo sienų dirba vaikų ir jaunimo tyrimų būreliai.

Ekskursijos

Apžvalginės ekskursijos organizuojamos Kosmonautikos ir aviacijos centre nuo antradienio iki sekmadienio. Jie vyksta kiekvieną valandą nuo 11.30 iki 20.30 be išankstinio susitarimo. Ekskursija trunka apie 1 valandą. Bilietus galima įsigyti tik „Cosmos“ paviljono kasoje. Įėjimo bilietą reikia įsigyti atskirai.

Paviljono „Cosmos“ darbo laikas

VDNKh kosmonautikos ir aviacijos centras dirba nuo antradienio iki sekmadienio nuo 11:00 iki 22:00, pirmadienis yra techninė diena. Įeiti į paviljoną galima tik užsiėmimais: 11: 00-13: 00; 13: 00-15: 00; 15: 00-17: 00; 17: 00-19: 00; 19: 00–21: 00.

Bilietų į kosmoso paviljoną kainos VDNKh

Įėjimo bilietas: 500 rublių, nuolaida - 250 rublių.

Apžvalginė ekskursija: 300 rublių, lengvatinė - 200 rublių.

Nuolaidos bilietas išduodamas paviljono bilietų kasoje pateikus reikiamus tapatybės dokumentus. Bilietai parduodami paviljono kasoje ir oficialioje centro svetainėje.

Kaip patekti į Kosmonautikos ir aviacijos centrą

Kosmonautikos ir aviacijos centras yra „VDNKh“ 32–34 „Cosmos“ paviljonuose. Atstumas nuo pagrindinio įėjimo iki jo užtruks apie 15 minučių. Turite judėti tiesiai palei Centrinę alėją iki raketos „Vostok“ išdėstymo. Taip pat galite važiuoti autobusu numeriu 533. Iki VDNKh galite nuvykti viešuoju transportu arba taksi.

Viešasis transportas

Metro: Kaluzhsko-Rizhskaya linijos VDNKh stotis (oranžinė linija). Kelias iš Maskvos centro į VDNKh bus įveiktas per 20 minučių. Į liniją bus galima perkelti iš Koltsevye, Sokolnicheskaya, Tagansko-Krasnopresnenskaya, Zamoskvoretskaya filialų.

Autobusai: М9, Т13, 15, 33, 56, 76, 85, 93, 136, 154, 172, 195, 244, 266, 311, 378, 379, 496, 544, 834, 803, 903, Н6.

Autobusas VDNKh teritorijoje: Nr. 533, iki stotelės „Vestuvių rūmai“.

Monorail: sustoja „Parodų centras“ ir „Sergejaus Eizenšteino gatvė“.

Troleibusai: Nr. 14, 36, 73, 76.

Tramvajai: 11, 17, 25.

Taksi

Į VDNKh galite patekti taksi naudodami programas: „Yandex. Taksi, „Uber“, „Gett“, „Maxim“.