Заправляем ракету пылью и песком
Инерционные реактивные двигатели на пыле и песке доставят к дальним планетам и защитят Землю от астероидов и комет
А. М. Белов
Использовать астероиды, кометы, малые планеты для пополнения реактивной расходной массы космических аппаратов предлагали уже давно. Ведь использовать материалы с этих космических тел очень заманчиво, так как вывод их в космос намного выгоднее по энергозатратам и экономически, чем доставлять их в космос с Земли.
Однако материалы, из которых сложены малые космические тела, не могут использоваться в качестве топлива для химических реактивных двигателей. Электрические и магнитные их свойства тоже очень плохие, что не позволяет использовать их в электромагнитных реактивных двигателях. Поэтому поскольку современный уровень развития техники не позволяет создать термоядерные, аннигиляционные и прочие возможные космические двигатели будущего, то остается лишь попытаться использовать механический двигатель. И первое предложение по чисто механическому ускорению каменных материалов, добытых непосредственно на астероиде, конечно, было самым очевидным - это установка непосредственно на астероиде некоего подобия пращи (см. анимацию на Рис. 1). Ведь праща была простейшим приспособлением для метания камней, известным всем народам с глубокой древности.
Рис. 1 Анимация работы простейшей пращи, установленной на астероиде
Эта конструкция имела следующие основные недостатки:
1. Несбалансированность своих вращающихся частей, что приводило с одной стороны к значительным потерям на трение, а с другой стороны ограничивало максимальную скорость вращения пращи.
2. Организация добычи каменных блоков с определенными геометрическими и массовыми параметрами.
3. Сложность процедуры заряжания пращи каменными блоками.
4. Необходимость иметь сравнительно мощный источник энергии.
5. Большие масса и габариты, как самой пращи, так и механизмов, обеспечивающих ее функционирование.
Конечно, самым существенным недостатком является низкая скорость вращения пращи, так как низкая скорость ее вращения не позволит придать большую скорость отбрасывания каменным блокам (расходной реактивной массе). А это в свою очередь приведет в конечном итоге, к потере всех преимуществ от добычи расходной реактивной массы на малых космических телах.
В статье: Кинетическое оружие на основе инерционного реактивного двигателя http://stob2.narod.ru/4i.htm был описан ряд инерционных реактивных двигателей лишенных большинства недостатков классической пращи и теоретически способных придавать отбрасываемым расходным реактивным массам необходимую скорость. Но описанные в этой статье схемы инерционных реактивных двигателей все же предполагают использование отбрасываемых грузов сравнительно сложных, как по своей конструкции, так и в изготовлении. Организация производства таких грузов из материалов малых космических тел непосредственно на космических аппаратах в настоящее время маловероятна.
Однако, если исходить из того, что двигатель использующий материалы малых космических тел не будет предназначен для вывода объектов на орбиту искусственного спутника, а будет использоваться для ускорения и маневрирования аппаратов уже находящихся в космосе, то можно будет пойти на существенное ограничение тяги и импульсный характер работы такого двигателя. В этом случае в качестве отбрасываемых реактивных масс можно будет использовать уже не массивные каменные блоки со строго определенной геометрией, а мелкий песок или практически пыль. Источником такого песка может послужить буровой шлам, образующийся при разбуривании астероида или, так называемая, лунная пыль, доставляемая в космос с поверхности Луны (см. статью: Зачем возвращаются к освоению Луны? Или военные нашли идеальное место для космического базирования кинетического оружия. http://stob2.narod.ru/21s.htm ).
Тогда и схема инерционного реактивного двигателя будет существенно отличатся, от приведенных в статье: Кинетическое оружие на основе инерционного реактивного двигателя http://stob2.narod.ru/4i.htm. Упрощенно она может выглядеть примерно, так как показано в анимации на Рис. 2.
Рис. 2 Анимация схемы работы инерционного импульсного реактивного двигателя, использующего в качестве реактивной массы песок
Работает этот двигатель следующим образом. Из питателя (на Рис. 2 показан в виде прямоугольника коричнево-красного цвета) песчинка выталкивается в зазор между двумя встречно-вращающимися маховиками (на Рис. 2 показаны в виде двух кругов серого цвета). Сцепляется с поверхностями маховиков и за время прохождения зазора между маховиками приобретает скорость равную линейной скорости вращения маховиков и выбрасывается в космическое пространство с приобретенной скоростью. При этом двигатель получает импульс, направленный в противоположную сторону от направления полета песчинки.
В процессе выбрасывания из двигателя песка скорость вращения маховиков будет постепенно замедляться. Поэтому песок из предлагаемого двигателя целесообразно выбрасывать небольшими порциями, периодически восстанавливая максимально возможную скорость вращения маховиков или, говоря иначе восстанавливая накопленную в них кинетическую энергию.
Восстанавливать кинетическую энергию маховиков можно сравнительно длительное время, используя для раскручивания маховиков маломощные электромоторы, питаемые от маломощных солнечных батарей.
Учитывая, что масса отдельных песчинок очень мала, можно практически создать двигатель с массой маховиков превышающих массу песчинки в десятки тысяч раз и при этом с вполне приемлемыми массово-габаритными параметрами всего двигателя в целом.
Предлагаемый двигатель можно устанавливать непосредственно на астероиде, траекторию движения которого необходимо изменить. Но это можно делать лишь на астероидах на изменение траектории движения, которых имеется значительное время (до нескольких лет). К тому же бурение астероида с целью получения бурового шлама сама по себе весьма непростая задача, требующая больших энергозатрат.
Поэтому более простым и надежным было бы все же организовать добычу и выделение при помощи центрифуг нужной фракции песка на Луне. С последующим выводом его без помощи ракет на лунную орбиту. О чем уже было написано в статье: Зачем возвращаются к освоению Луны? Или военные нашли идеальное место для космического базирования кинетического оружия. http://stob2.narod.ru/21s.htm ). Ради решения этой задачи на Луне можно построить космический лифт. Причем в отличие от Земли на Луне технически возможно строительство классического космического лифта.
Затем с лунной орбиты уже при помощи предлагаемого двигателя песок можно транспортировать в точки ожидания, где постепенно можно будет накапливать весьма значительные массы песка. Используя его в дальнейшем, в качестве расходной реактивной массы при осуществлении полетов к Марсу и другим дальним космическим телам либо направляя его при помощи предлагаемого двигателя к приближающимся астероидам с целью изменения их траектории движения при столкновении. Если массы песка будут значительными, то можно будет отклонять непосредственно при подлете к Земле даже большие астероиды, воздействие на которые в настоящее время считается невозможным. Если астероид не удастся совсем отклонить от Земли, то можно рассчитывать хотя бы на организацию его падения в безлюдном месте Земли или в худшем случае попытаться заменить место его падения в окрестностях Москвы на место расположенное, где ни будь в Америке, например.
Описанная выше транспортная система, вероятно, сможет обеспечить экономичность полетов к дальним планетам и перехвата астероидов, но сократить затраты времени на выполнение этих операций точно не сможет. К сожалению, не во всех случаях следует рассчитывать на достаточное время для срабатывания транспортной системы. Например, приближающийся к Земле астероид может быть обнаружен слишком поздно, или если необходима срочная доставка груза на Марс, или, наконец, если транспортная система используется в качестве компонента кинетического оружия для обстрела отдельных территорий на Земле. Во всех этих случаях необходимо иметь транспортную систему с более высоким быстродействием.
Решить эту проблему можно было бы за счет применения химических жидкостных или твердотоплевных реактивных двигателей, но в таких двигателях в принципе невозможно использовать, добытые на астероидах или Луне материалы. Поэтому конструкцию классического химического реактивного двигателя необходимо изменить. На Рис. 3 показана схема и принцип работы такого измененного реактивного двигателя в разрезе.
Рис. 3 Анимация схемы работы реактивного двигателя, использующего взрывные заряды и песок в качестве реактивной массы
На Рис. 3 синим цветом, показана рабочая камера реактивного двигателя, серым цветом - взрывной заряд и коричневым цветом - песок. В качестве взрывного заряда может использоваться жидкое или твердое взрывчатое вещество, а в целях получения запредельно высоких характеристик транспортной системы, и ядерный заряд.
Подрыв взрывного заряда в рабочей камере реактивного двигателя приводит к почти мгновенному выбросу песка из рабочей камеры с высокой скоростью. В результате чего камера реактивного двигателя вместе с полезной нагрузкой (на Рис. 3 не показана) начинает двигаться в сторону противоположную направлению движения песка.
Использовать в космических реактивных двигателях различные взрывные заряды, в том числе и ядерные заряды, предлагалось еще в прошлом веке. По ряду причин они не нашли широкого практического применения. Однако эффективность таких реактивных двигателей существенно возрастает при использовании в них в качестве реактивной расходной массы материалов добываемых на Луне или малых космических телах.
Если сам двигатель можно сделать сравнительно недорогим, то вся инфраструктура по обеспечению его работы, конечно, дешевой не получится. Зато именно тот, кто потратится, и будет определять, до момента создания более прогрессивных двигателей, кто, когда и зачем будет летать к дальним планетам, а главное определять какую часть населения Земли спасать в случае, если всю Землю защитить не удастся. Один раз нам уже повезло. Тунгусский метеорит упал в почти безлюдном районе тайги. А ведь он мог упасть и в европейской части России. Сейчас мы уже можем позаботиться о везении и при новых визитах подобных гостей.
Читайте так же статью: Инерционная транспортная система на основе канатного маховика для доставки грузов в космос без ракет (короткий космический лифт) http://stob2.narod.ru/5i.htm
январь 2012 года
|