Европейское космическое агентство поддержало проект уникального космолёта

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

Челнок Skylon на автоматической орбитальной станции (иллюстрация Reaction Engines).

Reaction Engines уже пару лет работает над проектом автоматического многоразового галлактического самолёта Skylon. Он должен доставлять на околоземную орбиту 12 тонн груза.

Самое же необычное — эта машина, по идее, сумеет взмывать как самолёт с обыденного аэродрома, без помощи других набирать высоту и скорость, достигать «первой галлактической», а после выполнения задания — приземляться на том же аэродроме.

При всем этом Skylon не будет использовать ни наружные баки и ускорители (как это делает шаттл), ни 1-ые/2-ые ракетные ступени, ни какие-либо самолёты-разгонщики (как это было предвидено в проектах, не раз появлявшихся в различных странах за последние лет так 40). Skylon от начала и до конца полёта будет стопроцентно самостоятелен и самодостаточен.

Более того, как при разбеге по взлётной полосе, так и при наборе высоты, как при предстоящем разгоне до орбитальной скорости, так и при маневрирующем полёте в атмосфере по возвращении на Землю – английский суперчелнок будет использовать одни и те же движки.

Ничего подобного до сего времени не было даже в проектах. Но план английской компании реален, хотя и сложен. В этом убеждены многие: кроме ESA компания Reaction Engines получила поддержку из ряда других источников на общую сумму в $8,6 миллиона, а в оценке разных качеств проекта учавствуют спецы из известной EADS Astrium, Германского государственного аэрокосмического центра (DLR) и института Бристоля (Bristol University).

Алан Бонд (Alan Bond), глава Reaction Engines и одна из главных фигур в разработке Skylon, именовал эту технологию «Святым Граалем», нужным для преобразования экономики доступа в космос, пояснив, что классические ракеты-носители, в силу накладности, являются тормозом данного рынка.

Но каким образом Skylon сумеет летать, как будто космолёты из умопомрачительных кинофильмов?

Об этой машине, её родственнике (300-местном гиперзвуковике A2), многорежимных движках Sabre, их предыстории, развитии и, естественно, механизмах работы мы детально ведали. Тут же только поясним, что основная мысль Skylon заключается в использовании атмосферного кислорода для сжигания горючего не только лишь сначала полёта (подобно обыденным реактивным лайнерам), да и на очень огромных высотах и очень огромных скоростях.

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

Модель мотора Sabre и Skylon над планеткой (фото и иллюстрация Reaction Engines).

Чтоб это стало вероятным, Бонд изобрёл мощнейший теплообменник, который на гиперзвуке способен охладить входящий в движок воздух с 1000 градусов Цельсия до минус 130 градусов за одну сотую секунды. 1-ые элементы этого главного узла Sabre уже обкатываются на щитах, а средства ESA позволят выстроить и испытать полномасштабный эталон.

В течение 10 лет эта работа может привести к возникновению «живого» Skylon, способного значительно уменьшить издержки на вывод полезного груза на орбиту.

Тем временем Reaction Engines глядит в будущее ещё далее — она накидала наброски орбитальной станции Orbital Base Station, способной принимать у себя сходу четыре аппарата Skylon.

Этот форпост, рассуждают англичане, понадобится для сборки в космосе огромных межпланетных комплексов и их заправки, к примеру для полёта на Марс.

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

На Orbital Base Station должна быть предусмотрена высочайшая степень автоматизации, но план предполагает возможность включения в состав станции и помещений для экипажа (сборщиков) (иллюстрация Reaction Engines).

Внимание к маленьким личным компаниям, устремившимся туда, где в течение десятилетий властвовали промышленные гиганты и муниципальные структуры, — это тенденция. Скажем, не так давно стало понятно, что грузы NASA на МКС будут доставлять личные компании.

========================

Движок Бонда переведёт лайнеры на гиперзвуковые скорости

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

Научиться перевозить 300 пассажиров из Брюсселя в Сидней менее чем за 4 часа — к таковой заманчивой цели стремятся инженеры, работающие над новым глобальным гиперзвуковым самолетом. Любопытно, что машина эта ведёт свою родословную от давнешнего проекта уникальной (по принципу деяния) аэрокосмической системы.

Только представьте, как поменялся бы мир авиаперевозок с возникновением лайнера, способного преодолеть без посадки 20 тыщ км с крейсерской скоростью в 5 скоростей звука. Хоть какой пассажир с радостью затратил бы всего 4 часа (даже с учётом взлёта, разгона и посадки) на полёт через половину земного шара. Ведь кандидатура — изматывающее путешествие на классическом самолете, занимающее 22 часа. Даже если б билеты на гиперзвук стоили в два раза дороже обыденных, их отрывали бы с руками. А за равную стоимость… Но мы забегаем вперёд.

Кстати, самый дальнобойный лайнер в мире может преодолеть без посадки (с 300 пассажирами на борту) 17,5 тыщ км. А его мировой рекорд (для магистральных лайнеров), установленный в особом маркетинговом рейсе Гонконг-Лондон – 21601 километр, которые он пропархал за 22 часа 42 минутки.

Но практически день в воздухе? Помилуйте. Это пытка (разве исключительно в спальном салоне). Вот полёт на скорости 5,5-5,8 тыщ км в час – другое дело. Конкретно таковой станет штатская авиация, если произведет свои планы английская компания Reaction Engines, возглавляемая Аланом Бондом (Alan Bond).

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

Необыкновенный английский лайнер должен летать на высоте 25 км (иллюстрация Reaction Engines).

Компания участвует в трансъевропейском проекте LAPCAT, управляемом ESA и финансируемом Евросоюзом. LAPCAT – это Long-Term Advanced Propulsion Concepts and Technologies, другими словами длительные концепции и технологии передовых систем привода. Проект призван создать и оценить разные методы высокоскоростных трансокеанских воздушных и (может быть) галлактических путешествий. Здесь сгодятся и прямоточные гиперзвуковые движки, и чисто ракетные технологии.

У Reaction Engines своё видение, как решить эту задачку. В своем проекте LAPCAT она разрабатывает 300-местный гиперзвуковой лайнер A2, о свойствах которого мы гласили выше.

Но до того как подробнее поведать о лайнере и его необыкновенных движках, необходимо возвратиться малость в прошедшее.

Как-то в 1950-1960-х годах южноамериканские инженеры поразмыслили, что трудности сотворения гиперзвукового аэрокосмического самолёта (либо челнока, способного без помощи других выходить на орбиту) почти во всем обоснованы большущим весом окислителя, который он обязан таскать на борту (предполагалась пара водянистый кислород и водянистый водород, из которых кислород намного тяжелее).

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

Вам внешний облик A2 ничего не припоминает? Верно: сверхзвуковой ракетоносец Мясищева М-50 1959 года (на кадре понизу он снят в музее в Монино). Крыло, правда, у англичанина размещено понизу, да к тому же A2 изготовлен по схеме утка, а у М-50 — обыденное хвостовое оперение. Но размещение движков и общий вид — сходны. Законы аэродинамики? Возможно. Вот только М-50 развивал 1950 км в час, а A2 замахивается приблизительно на 5700 км/ч (иллюстрация Reaction Engines, фото с веб-сайта fas.org).

Было очень интригующе использовать (при полёте в атмосфере) атмосферный же воздух, но тогда выходило, что необходимо было иметь два, а то и три различных типа мотора на машине – турбореактивный для начала полёта, реактивный прямоточный для разгона и ракетный для космоса. Это и трудно, и ненадёжно, и масса машины выходит очень велика.

Здесь и выдумали: нужно бросить только один ракетный движок, но его кислородный бак пополнять из атмосферы, захватывая и сжижая воздух на ходу за счёт холода, припасённого в водянистом водороде (горючем). Точнее – сжиженный воздух было надо здесь же делить на составляющие и кислород направлять прямо в движок.

В космосе движок питался бы от маленького кислородного бака, весящего в разы меньше обычного. Так появилась концепция LACE (liquid air cycle engine – движок с циклом на водянистом воздухе).

Настолько непростую систему воплотить было очень трудно. Но здравое зерно, заложенное в ней, многим не давало покоя. И вот в 1982 году английский инженер Алан Бонд выдумал вариацию системы LACE под заглавием SATAN.

Никакого сжижения не надо, но входящий в гиперзвуковой воздухозаборник и очень нагревающийся воздух нужно вправду пропускать через теплообменник, в каком курсирует водянистый водород из топливного бака, а уже позже этот прохладный воздух можно сжимать в компрессоре турбореактивного движка, на что уйдёт куда меньше энергии, чем в классическом моторе.

По такому принципу можно было делать и ракеты, и суборбитальные машины, и всяческие гиперзвуковые летающие штучки.

Приблизительно в это время компания British Aerospace, сейчас вошедшая в BAE Systems, и Rolls-Royce соединили свои усилия в проекте гиперзвукового аэрокосмического самолёта HOTOL. В качестве движков для него Rolls-Royce предложила сделать вариацию мотора Бонда под наименованием RB545. Алан здесь же подключился к этому проекту и, фактически, сыграл в нём ведомую роль, запатентовав этот самый RB545.

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

HOTOL не был доведён до конца, но породил богатое инженерное наследство. На рисунках — разные варианты HOTOL (в том числе — разрез машины и её сопоставление с шаттлом, стоящим на спине Боинга). На фото: тесты модели Interim HOTOL (она же HOTOL 2) в аэродинамической трубе на спине модели самолёта Ан-325. Мы не обмолвились — движков у него думало 8 (смотрите внимательнее), против 6 у Ан-225, от которого и планировали произвести эту модель. 325-й был задуман для обеспечения воздушного старта английского аппарата (иллюстрации и фото с веб-сайтов reactionengines.co.uk и aerospaceweb.org).

Проект развивался очень бурно (была проработана конструкция мотора, даже создавались рабочие макеты самолётов). Будучи финансируемым правительством, он просуществовал пару лет. Но энтузиазм правительства и, соответственно, средства кончились внезапно. HOTOL так и не был доведён до конца.

Бонд решил, что нужно создавать аэрокосмический самолёт своими силами, но патент на движок имени себя к тому времени он использовать не мог: его выкупила у Алана компания Rolls-Royce. Инженер, но, не сдался, и выдумал предстоящее развитие этой технологии в таком виде, что он мог обойти ограничения патента.

С тем Бонд и сделал свою фирму Reaction Engines (в 1989 году), сманив в неё из Rolls-Royce инженеров Джона Скотта-Скотта (John Scott-Scott) и Ричарда Вэрвилла (Richard Varvill), которые ранее совместно с ним работали над RB545, будучи одними из главных фигур этого проекта.

В итоге к истинному времени друзья окончили подготовительную фазу проектирования уникального двухрежимного мотора Sabre (Synergic Air BReathing Engine – синергический воздушно-реактивный) и орбитального космоплана Skylon.

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

Знакомьтесь: воздушно-космический автоматический челнок Skylon. Длина — 82 метра, вес пустого — 41 тонна. Полный взлётный вес — 275 тонн, из их на горючее приходится 220 тонн, а на нужный груз — до 12 тонн. Наибольшая скорость — 1-ая галлактическая, наибольшая «высота полёта», другими словами высота радиальный орбиты — 460 км (с полезным грузом 9,5-10,5 тонн) (иллюстрации Reaction Engines).

Cейчас компания занята уточнением разных технических, производственных и экономических деталей данной разработки. Более того – она выстроила стенды, где уже испытывает некие составляющие собственного чудо-мотора, а именно, теплообменник – охладитель воздуха.

Skylon – это многоразовый беспилотный аппарат с 2-мя движками Sabre на концах крыльев, способный без помощи других выходить на околоземную орбиту (без ракеты-носителя и твердотопливных ускорителей). Взлетая по самолётному, Skylon начинает разгон в атмосфере, питаясь водянистым водородом и очень охлаждённым воздухом из атмосферы.

Главная особенность мотора Sabre – остывание поступающего забортного воздуха до температуры немногим выше точки кипения. При всем этом он всё же остаётся газом и дальше очень сжимается в турбокомпрессоре. Любопытно, что охлаждается воздух гелием, который за ранее охлаждается водянистым водородом.

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

Огромную часть фюзеляжа Skylon занимают баки с водянистым водородом. Баки с водянистым кислородом очень малы для машины, которая выходит на орбиту без помощи других, взлетая с аэродромной полосы. Это награда двухрежимных движков Sabre (показан понизу), значительную часть «дороги» дышащих воздухом из атмосферы (иллюстрации Reaction Engines).

Для чего здесь промежный теплоноситель? Циркуляция гелия в «накрученной» системе из нескольких теплообменников, компрессоров и турбин, вместе с наличием подготовительной камеры сгорания (где сжигается маленькая часть водорода в сжатом воздухе), обеспечивает энергией тот турбокомпрессор, что поставляет воздух в основную камеру сгорания. Гелий же может применяться для остывания частей самолёта и мотора при полёте на гиперзвуке.

Sabre способен «дышать» забортным воздухом от нулевых высоты и скорости полёта, и прямо до скорости в 5,5 М (скоростей звука). После этого центральное тело в его воздухопоглотителе сдвигается вперёд, стопроцентно закрывая входной канал, и Sabre перебегает на чисто ракетный режим, питаясь водянистым кислородом из бака.

Так машина добивается первой галлактической скорости, доставляя 12 тонн полезного груза на радиальную орбиту высотой 300 км. Представляете – Skylon наслаждается всего одним типом движка (в количестве пары штук) во всём спектре режимов – от медленного пробега по рулёжной дорожке аэродрома до орбиты и назад!

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

И опять A2. Тут англичане его ассоциируют с Airbus А380 — наибольшим пассажирским самолетом в мире (иллюстрация Reaction Engines).

После возвращения в атмосферу и прохождения самой жаркой фазы спуска космоплан открывает воздухопоглотители и вновь перебегает на «воздушное дыхание», приземляясь на обыкновенной полосе аэродрома.

Любопытен фюзеляж Skylon. Его Алан хочет выполнить из углепластика, поверх которого будет закреплена узкая (всего 0,5 мм) оболочка из керамики, усиленной, снова же, углеволокном. Эта оболочка будет принимать аэродинамические и термические нагрузки, причём её будет отделять от углепластикового фюзеляжа некоторый зазор, а крепиться керамика будет на упругих связях, позволяющих ей «дышать» (расширяться) во время нагрева при вхождении машины в атмосферу после галлактического рейса.

Дюралевые баки будут также подвешены снутри фюзеляжа на упругих связях.

Создание Skylon востребует ещё 10 лет и кучи средств, считают английские инженеры, а поэтому Алан и его команда решили распространить данную технологию и на другие аппараты.

Так компания и подключилась к европейскому проекту LAPCAT, и так у Бонда с компаньонами родилась мысль пассажирского глобального лайнера A2, также — гиперзвукового турбореактивного движка для него по имени Scimitar.

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

Схема мотора Scimitar (иллюстрация Reaction Engines).

Это упрощённая вариация Sabre, которой уже не требуется ракетный режим и выход в космос. Но тут также применена мысль подготовительного (перед компрессором) остывания атмосферного воздуха до температуры, близкой к криогенной.

Это обеспечит высокие характеристики движка по тяге, весу и экономичности и, таким макаром, станет ключом к далекому гиперзвуковому полёту.

Мультислойная обшивка лайнера будет содержать систему активного остывания (использующую холод от баков с водянистым водородом), которая не позволит ей перенагреваться во время четырёхчасового полёта в атмосфере на скорости 5 махов (другими словами приблизительно 5,5-5,8 тыщи км в час).

Европейское галлактическое агентство поддержало проект уникального космолёта

В таком ракурсе A2 припоминает обыденный лайнер. Но его экологическую чистоту (горючее — водород всё-таки) можно именовать самым малозначительным различием этой разработки от нынешних самолётов (иллюстрация Reaction Engines).

Reaction Engines проанализировала массу качеств эксплуатации такового суперлайнера, в том числе – различные варианты получения водорода для него, и сделала вывод, что билет на борт A2 (при массовых полётах таких машин) может стоить приблизительно столько же, сколько на данный момент стоит место в бизнес-классе в трансконтинентальном авиарейсе.

Так как A2 проще, чем Skylon, от которого он происходит, 300-местная машина может быть реализована в металле ранее орбитального автоматического челнока. А фуррор A2 принесёт английской компании средства, которые необходимы для окончания проекта Skylon.

Если всё так и получится, мир обогатится сходу и гиперзвуковой трансконтинентальной пассажирской машиной, и многоразовым галлактическим аппаратом, способным очень понизить цена выведения грузов на орбиту (кстати, Skylon англичане проектируют в расчёте на 200 полётов для каждого экземпляра и планируют эксплуатировать парк из 30 таких машин).

Таковой вот дуплет.

http://www.membrana.ru/articles/technic/2007/08/30/205600.html

Другие статьи:
Интернет журнал НЛО МИР

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

*

code

Редакция рекомендует

x