Однако пока ни одна космическая пушка ни разу не осуществила успешный запуск объекта на орбиту. Космическая пушка сама по себе не способна доставить объект на стационарную орбиту вокруг планеты без выполнения корректировки курса объекта после запуска, поскольку сама пушка является точкой траектории, а орбита - это замкнутая траектория. То есть, снаряд всё-таки должен быть «немного ракетой».
Технические аспекты
Вывод на орбиту
Космическая пушка сама по себе не способна к размещению объекта на стабильной орбите вокруг Земли. Законы тяготения не позволяют достичь стабильной орбиты без активной полезной нагрузки, которая выполняет коррекцию полёта после запуска. Траектория может быть параболической, гиперболической (если скорость движения будет достигать или превышать скорость убегания) или эллиптической (Первая космическая скорость). Последняя заканчивается на поверхности планеты в точке запуска или в другой точке, учитывая вращение планеты и сопротивление атмосферы. Это означает, что неоткорректированная баллистическая траектория будет всегда заканчиваться падением на планету в пределах первого витка, если запуск произведен с первой космической скоростью. При запуске со второй космической скоростью снаряд выходит на орбиту вокруг Солнца, которая пересекается с орбитой Земли, однако, эта орбита, из-за возмущений от других планет, может измениться и более не пересекаться с орбитой Земли. (Гравитационный манёвр) В любом случае периоды обращения по этим орбитам Земли и запущенного снаряда будут отличаться, что приведет к отдалению момента столкновения снаряда и Земли.
Удвоение длины ствола теоретически снижает перегрузку в два раза (см.формулу). При очень больших длинах ствола (порядка 2000 км) можно получить приемлемую для человека перегрузку. В этом случае ствол лучше располагать не вертикально, а горизонтально до выхода обреза ствола на границу космоса (100 км высота).
Практические попытки
Германская программа времён Второй мировой войны по созданию суперпушки Фау-3 (менее известная, чем баллистическая ракета Фау-2 или крылатая ракета Фау-1) являлась попыткой создания чего-то близкого к космической пушке. Построенная во французском департаменте Па-де-Кале , суперпушка планировалась нацистами как самое разрушительное «оружие возмездия ». Она была уничтожена ВВС Великобритании в июле 1944 г. с помощью сейсмических бомб Толлбой .
С практической точки зрения наиболее известной является недавняя попытка сделать космическую пушку артиллерийским инженером Джеральдом Буллом по проекту «Вавилон» , который был также известен в средствах массовой информации как «иракская суперпушка». В проекте Вавилон Булл использовал свой опыт из проекта высотных исследований , чтобы создать огромную пушку для Саддама Хусейна в Ираке . Это оружие, если бы оно было завершено, было бы первой истинно космической пушкой, способной запускать объекты в космос. Однако, Булл был убит прежде, чем проект был завершён, а остатки пушки уничтожены.
После смерти Булла мало кто всерьёз пытался построить космическую пушку. Пожалуй, наиболее перспективным являлся «проект сверхвысотных исследований» в 1980-х годах в США, финансируемый в рамках разработки системы противоракетной обороны . Разработанная в Ливерморской лаборатории пушка на лёгких газах использовалась для испытания на огнестойкость объектов на скоростях до 9 . Один из ведущих разработчиков Джон Хантер позже основал компанию «Jules Verne Launcher Company» в 1996 году, но она до сих пор не смогла найти финансирования для мульти-миллиардного проекта. В настоящее время он основал компанию Quicklaunch.
В качестве альтернативы пушки на лёгких газах были также предложены ускорители типа прямоточных воздушно-реактивных двигателей. В других предложениях применяются электромагнитные методы ускорения, такие, как пушка Гаусса и рельсотрон .
В фантастике
Первой публикацией этой концепции было описание «пушечного ядра Ньютона» в 1728 г. в «Трактате о системе мироздания»
, хотя цель его в основном сводилась к мысленному эксперименту по демонстрации силы притяжения.
Наверное, самым известным описанием космической пушки является роман Жюля Верна «Путешествие на Луну » (по нему в 1902 г. поставлен немой фильм «Путешествие на Луну »), в котором астронавты полетели на Луну в космическом корабле, запущенном из пушки. Также у писателя в произведении «Пятьсот миллионов бегумы » фигурирует пушка, построенная профессором Шульце, которая (по недосмотру профессора) вместо уничтожения Франсевилля отправила снаряд на околоземную орбиту.
Другим известным примером является водородная пушка с ускорителем, используемая марсианами для вторжения на Землю в романе Герберта Уэллса «Война миров ». Уэллс использует также эту концепцию в кульминации фильма 1936 года «Облик грядущего ». Аналогичное устройство появлялось и позднее, например, в фильме 1967 г. «Ракеты на луне» .
В видеоигре Paper Mario: The Thousand Year Door компании Nintendo главный герой стреляет на Луну из большой пушки, заряжаемой от взрыва тысяч антропоморфных бомб. Это представлено в несколько комичной манере.
Кроме того, в видеоигре Halo: Combat Evolved пушка с магнитным ускорителем (пушка Гаусса) используется как оружие класса земля-воздух/космос, а также для запуска объектов в космос с поверхности планеты.
См. также
Напишите отзыв о статье "Космическая пушка"
Примечания
Ссылки
Отрывок, характеризующий Космическая пушка
Он смотрел на нее, не шевелясь, и видел, что ей нужно было после своего движения вздохнуть во всю грудь, но она не решалась этого сделать и осторожно переводила дыханье.В Троицкой лавре они говорили о прошедшем, и он сказал ей, что, ежели бы он был жив, он бы благодарил вечно бога за свою рану, которая свела его опять с нею; но с тех пор они никогда не говорили о будущем.
«Могло или не могло это быть? – думал он теперь, глядя на нее и прислушиваясь к легкому стальному звуку спиц. – Неужели только затем так странно свела меня с нею судьба, чтобы мне умереть?.. Неужели мне открылась истина жизни только для того, чтобы я жил во лжи? Я люблю ее больше всего в мире. Но что же делать мне, ежели я люблю ее?» – сказал он, и он вдруг невольно застонал, по привычке, которую он приобрел во время своих страданий.
Услыхав этот звук, Наташа положила чулок, перегнулась ближе к нему и вдруг, заметив его светящиеся глаза, подошла к нему легким шагом и нагнулась.
– Вы не спите?
– Нет, я давно смотрю на вас; я почувствовал, когда вы вошли. Никто, как вы, но дает мне той мягкой тишины… того света. Мне так и хочется плакать от радости.
Наташа ближе придвинулась к нему. Лицо ее сияло восторженною радостью.
– Наташа, я слишком люблю вас. Больше всего на свете.
– А я? – Она отвернулась на мгновение. – Отчего же слишком? – сказала она.
– Отчего слишком?.. Ну, как вы думаете, как вы чувствуете по душе, по всей душе, буду я жив? Как вам кажется?
– Я уверена, я уверена! – почти вскрикнула Наташа, страстным движением взяв его за обе руки.
Он помолчал.
– Как бы хорошо! – И, взяв ее руку, он поцеловал ее.
Наташа была счастлива и взволнована; и тотчас же она вспомнила, что этого нельзя, что ему нужно спокойствие.
– Однако вы не спали, – сказала она, подавляя свою радость. – Постарайтесь заснуть… пожалуйста.
Он выпустил, пожав ее, ее руку, она перешла к свече и опять села в прежнее положение. Два раза она оглянулась на него, глаза его светились ей навстречу. Она задала себе урок на чулке и сказала себе, что до тех пор она не оглянется, пока не кончит его.
Действительно, скоро после этого он закрыл глаза и заснул. Он спал недолго и вдруг в холодном поту тревожно проснулся.
Засыпая, он думал все о том же, о чем он думал все ото время, – о жизни и смерти. И больше о смерти. Он чувствовал себя ближе к ней.
«Любовь? Что такое любовь? – думал он. – Любовь мешает смерти. Любовь есть жизнь. Все, все, что я понимаю, я понимаю только потому, что люблю. Все есть, все существует только потому, что я люблю. Все связано одною ею. Любовь есть бог, и умереть – значит мне, частице любви, вернуться к общему и вечному источнику». Мысли эти показались ему утешительны. Но это были только мысли. Чего то недоставало в них, что то было односторонне личное, умственное – не было очевидности. И было то же беспокойство и неясность. Он заснул.
Он видел во сне, что он лежит в той же комнате, в которой он лежал в действительности, но что он не ранен, а здоров. Много разных лиц, ничтожных, равнодушных, являются перед князем Андреем. Он говорит с ними, спорит о чем то ненужном. Они сбираются ехать куда то. Князь Андрей смутно припоминает, что все это ничтожно и что у него есть другие, важнейшие заботы, но продолжает говорить, удивляя их, какие то пустые, остроумные слова. Понемногу, незаметно все эти лица начинают исчезать, и все заменяется одним вопросом о затворенной двери. Он встает и идет к двери, чтобы задвинуть задвижку и запереть ее. Оттого, что он успеет или не успеет запереть ее, зависит все. Он идет, спешит, ноги его не двигаются, и он знает, что не успеет запереть дверь, но все таки болезненно напрягает все свои силы. И мучительный страх охватывает его. И этот страх есть страх смерти: за дверью стоит оно. Но в то же время как он бессильно неловко подползает к двери, это что то ужасное, с другой стороны уже, надавливая, ломится в нее. Что то не человеческое – смерть – ломится в дверь, и надо удержать ее. Он ухватывается за дверь, напрягает последние усилия – запереть уже нельзя – хоть удержать ее; но силы его слабы, неловки, и, надавливаемая ужасным, дверь отворяется и опять затворяется.
Еще раз оно надавило оттуда. Последние, сверхъестественные усилия тщетны, и обе половинки отворились беззвучно. Оно вошло, и оно есть смерть. И князь Андрей умер.
Но в то же мгновение, как он умер, князь Андрей вспомнил, что он спит, и в то же мгновение, как он умер, он, сделав над собою усилие, проснулся.
«Да, это была смерть. Я умер – я проснулся. Да, смерть – пробуждение!» – вдруг просветлело в его душе, и завеса, скрывавшая до сих пор неведомое, была приподнята перед его душевным взором. Он почувствовал как бы освобождение прежде связанной в нем силы и ту странную легкость, которая с тех пор не оставляла его.
Когда он, очнувшись в холодном поту, зашевелился на диване, Наташа подошла к нему и спросила, что с ним. Он не ответил ей и, не понимая ее, посмотрел на нее странным взглядом.
Это то было то, что случилось с ним за два дня до приезда княжны Марьи. С этого же дня, как говорил доктор, изнурительная лихорадка приняла дурной характер, но Наташа не интересовалась тем, что говорил доктор: она видела эти страшные, более для нее несомненные, нравственные признаки.
С этого дня началось для князя Андрея вместе с пробуждением от сна – пробуждение от жизни. И относительно продолжительности жизни оно не казалось ему более медленно, чем пробуждение от сна относительно продолжительности сновидения.
Ничего не было страшного и резкого в этом, относительно медленном, пробуждении.
Последние дни и часы его прошли обыкновенно и просто. И княжна Марья и Наташа, не отходившие от него, чувствовали это. Они не плакали, не содрогались и последнее время, сами чувствуя это, ходили уже не за ним (его уже не было, он ушел от них), а за самым близким воспоминанием о нем – за его телом. Чувства обеих были так сильны, что на них не действовала внешняя, страшная сторона смерти, и они не находили нужным растравлять свое горе. Они не плакали ни при нем, ни без него, но и никогда не говорили про него между собой. Они чувствовали, что не могли выразить словами того, что они понимали.
Они обе видели, как он глубже и глубже, медленно и спокойно, опускался от них куда то туда, и обе знали, что это так должно быть и что это хорошо.
Его исповедовали, причастили; все приходили к нему прощаться. Когда ему привели сына, он приложил к нему свои губы и отвернулся, не потому, чтобы ему было тяжело или жалко (княжна Марья и Наташа понимали это), но только потому, что он полагал, что это все, что от него требовали; но когда ему сказали, чтобы он благословил его, он исполнил требуемое и оглянулся, как будто спрашивая, не нужно ли еще что нибудь сделать.
Когда происходили последние содрогания тела, оставляемого духом, княжна Марья и Наташа были тут.
– Кончилось?! – сказала княжна Марья, после того как тело его уже несколько минут неподвижно, холодея, лежало перед ними. Наташа подошла, взглянула в мертвые глаза и поспешила закрыть их. Она закрыла их и не поцеловала их, а приложилась к тому, что было ближайшим воспоминанием о нем.
«Куда он ушел? Где он теперь?..»
Когда одетое, обмытое тело лежало в гробу на столе, все подходили к нему прощаться, и все плакали.
Николушка плакал от страдальческого недоумения, разрывавшего его сердце. Графиня и Соня плакали от жалости к Наташе и о том, что его нет больше. Старый граф плакал о том, что скоро, он чувствовал, и ему предстояло сделать тот же страшный шаг.
Наташа и княжна Марья плакали тоже теперь, но они плакали не от своего личного горя; они плакали от благоговейного умиления, охватившего их души перед сознанием простого и торжественного таинства смерти, совершившегося перед ними.
Для человеческого ума недоступна совокупность причин явлений. Но потребность отыскивать причины вложена в душу человека. И человеческий ум, не вникнувши в бесчисленность и сложность условий явлений, из которых каждое отдельно может представляться причиною, хватается за первое, самое понятное сближение и говорит: вот причина. В исторических событиях (где предметом наблюдения суть действия людей) самым первобытным сближением представляется воля богов, потом воля тех людей, которые стоят на самом видном историческом месте, – исторических героев. Но стоит только вникнуть в сущность каждого исторического события, то есть в деятельность всей массы людей, участвовавших в событии, чтобы убедиться, что воля исторического героя не только не руководит действиями масс, но сама постоянно руководима. Казалось бы, все равно понимать значение исторического события так или иначе. Но между человеком, который говорит, что народы Запада пошли на Восток, потому что Наполеон захотел этого, и человеком, который говорит, что это совершилось, потому что должно было совершиться, существует то же различие, которое существовало между людьми, утверждавшими, что земля стоит твердо и планеты движутся вокруг нее, и теми, которые говорили, что они не знают, на чем держится земля, но знают, что есть законы, управляющие движением и ее, и других планет. Причин исторического события – нет и не может быть, кроме единственной причины всех причин. Но есть законы, управляющие событиями, отчасти неизвестные, отчасти нащупываемые нами. Открытие этих законов возможно только тогда, когда мы вполне отрешимся от отыскиванья причин в воле одного человека, точно так же, как открытие законов движения планет стало возможно только тогда, когда люди отрешились от представления утвержденности земли.
После Бородинского сражения, занятия неприятелем Москвы и сожжения ее, важнейшим эпизодом войны 1812 года историки признают движение русской армии с Рязанской на Калужскую дорогу и к Тарутинскому лагерю – так называемый фланговый марш за Красной Пахрой. Историки приписывают славу этого гениального подвига различным лицам и спорят о том, кому, собственно, она принадлежит. Даже иностранные, даже французские историки признают гениальность русских полководцев, говоря об этом фланговом марше. Но почему военные писатели, а за ними и все, полагают, что этот фланговый марш есть весьма глубокомысленное изобретение какого нибудь одного лица, спасшее Россию и погубившее Наполеона, – весьма трудно понять. Во первых, трудно понять, в чем состоит глубокомыслие и гениальность этого движения; ибо для того, чтобы догадаться, что самое лучшее положение армии (когда ее не атакуют) находиться там, где больше продовольствия, – не нужно большого умственного напряжения. И каждый, даже глупый тринадцатилетний мальчик, без труда мог догадаться, что в 1812 году самое выгодное положение армии, после отступления от Москвы, было на Калужской дороге. Итак, нельзя понять, во первых, какими умозаключениями доходят историки до того, чтобы видеть что то глубокомысленное в этом маневре. Во вторых, еще труднее понять, в чем именно историки видят спасительность этого маневра для русских и пагубность его для французов; ибо фланговый марш этот, при других, предшествующих, сопутствовавших и последовавших обстоятельствах, мог быть пагубным для русского и спасительным для французского войска. Если с того времени, как совершилось это движение, положение русского войска стало улучшаться, то из этого никак не следует, чтобы это движение было тому причиною.
СССР стал первым (и пока последним), кто создал и применил на орбите пушку. Но обо всем по порядку. //
Одним из ярких и запоминающихся моментов киноэпопеи Джорджа Лукаса «Звездные войны» («Star Wars»), наряду с впечатляющими батальными сценами, уничтожением целых планет, схватками на лучевых мечах, головокружительными гонками на немыслимых флайерах и громкими взрывами в безвоздушном пространстве, являются перестрелки: «хорошие» герои палят в «плохих» из странных бластеров, гибридов дамских пистолетов и подствольных гранатометов, испускающих короткие, явно видимые глазу пучки (или отрезки) лучей. Вне зависимости от того, где происходит противоборство — на планетах с атмосферой, в открытом космосе или в коридорах межзвездных кораблей, это оружие без промаха разит и солдат императорской гвардии, и боевых дроидов. Бесконечный запас зарядов, ни гильз, ни пороховой гари, ни зачастую даже следов попадания луча в стену. Технологически (и экологически) чистое оружие — красота!
Жизнь, увы, прозаичнее фантастического эпоса.
В начале славных дел (так и хочется написать: «В одной далекой галактике…»), когда ракетчики едва проторили дорожку на орбиту, а ученые только присматривались к «шестому океану», военные уже деловито строили планы выхода и закрепления на «новом боевом рубеже»: околоземный космос, еще не став ареной для сотрудничества, с одной стороны, стер границы между странами, а с другой стороны, сам превратился в границу, которую надо было зорко беречь и охранять.
Поскольку «космическая доктрина» еще только зарождалась, полководцы пытались применить навыки боя, который казался им очень близким по своей сути к «битвам в пространстве», а именно — воздушной войне. Им так и мерещились «летающие [космические] крепости» («flying space fortresses»), пилотируемые станции с многочисленным военным экипажем, несущие на борту атомные бомбы, которые они будут метать с орбиты, и ракетное (или на худой конец огнестрельное) оружие, которым они будут обороняться от наседающих на них космических истребителей или перехватчиков противника.
Проекты пилотируемых космических кораблей, вооруженных ракетными снарядами класса «космос — космос» (эдакий орбитальный ПТУРС с системой самонаведения или управления по радиолучу) и обычной ствольной артиллерией (пулеметами и пушками), рождались как за рубежом, так и в отечественных КБ. Причем если о зарубежных работах известно крайне мало (и это несмотря на гораздо большую открытость, чем у нас), то некоторые, пусть и скудные сведения об аналогичных советских проектах за годы "гласности" в печать все-таки просочились.
Тут можно вспомнить о боевых кораблях «Союз Р» и «Союз П» , разрабатывавшихся в 1962−65 годах в подлипкинском ОКБ Королева, и о таинственной «Звезде» (7К-ВИ) , создававшейся в 1965−67 годах куйбышевским СКБ Козлова, и о «наблюдательном посте на орбите» — орбитальной пилотируемой станции (ОПС) «Алмаз» , построенной реутовским ОКБ-52 Челомея. Все эти аппараты изначально должны были оснащаться боевыми средствами: «Союз П» (перехватчик) — ракетами «космос — космос», корабль 7К-ВИ — пулеметом, а станция «Алмаз» — пушкой.
О пулемете на «Звезде» трудно что-нибудь сказать. Скорее всего, это все-таки была дань моде.
//
Впоследствии более совершенную военную станцию «Алмаз-3» («Салют-5») собирались вооружить ракетами "космос-космос", имевшими дальность стрельбы - более 100 км. Это намного больше, чем у космической пушки, стрелявшей всего на 3 км. «Как и предусматривалось ранее, для обороны вместо пушки (система «Щит-1») на станцию должны были быть установлены два снаряда «космос - космос» (система «Щит-2») конструкции того же КБ, руководимого А.Э. Нудельманом», писал в «Новостях космонавтики» Владимир Поляченко, бывший в 70-е годы главным ведущим конструктором по теме «Алмаз».
Но снаряды созданы не были, а вскоре была свернута и вся пилотируемая военная программа. (пруф)
//
Предмет запрета: выведение на орбиту вокруг Земли любых объектов с ядерным оружием или любыми другими видами оружия массового уничтожения, установка такого оружия на небесных телах и размещение его в космическом пространстве каким-либо иным образом.
Основной запрещающий документ: Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела (Генеральная Ассамблея ООН)
Ратифицировало государств (на январь 2012 года): 101
На околоземной орбите летает много военных космических аппаратов — американские GPS (NAVSTAR) и российские ГЛОНАСС, а также многочисленные спутники наблюдения, разведки и связи. Но оружия на орбите пока нет, хотя попытки вывести его в космос предпринимались неоднократно. Результатом стало понимание того факта, что обычным оружием в космосе воевать можно разве что с гипотетическими инопланетными захватчиками. А размещение ядерного оружия, как и любого другого оружия массового уничтожения, было запрещено резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН. Тем не менее, несмотря на такой запрет, проекты по размещению и обычного, и ядерного оружия на околоземной орбите разрабатывались.
В начале 1960-х годов военные уже присматривались к космическому пространству, но совершенно не представляли, как будут выглядеть военные действия в космосе. По аналогии с воздушной войной представлялось нечто вроде космических крепостей с атомными бомбами, пушками и пулеметами.
Орбитальная артиллерия
В начале 1960-х никто не знал, как будет выглядеть война в космосе. Военные представляли себе «космические крепости», вооруженные бомбами (в том числе атомными), ракетами, пушками и пулеметами, окруженные роем истребителей и сходящиеся в битве на орбите (напомним, что Джордж Лукас снял свои «Звездные войны» только в 1977 году). Поэтому и в СССР, и в США вполне серьезно проектировалось космическое оружие — от управляемых ракет «космос-космос» до космической артиллерии. В СССР разрабатывались боевые корабли — разведчик «Союз Р» и вооруженный ракетами перехватчик «Союз П» (1962−1965), «Звезда» 7К-ВИ, оснащенная пулеметом (1965−1967), и даже орбитальная пилотируемая станция (ОПС) «Алмаз» с установленной на ней пушкой. Правда, ракеты «космос-космос» и космический пулемет так и не «нюхнули космоса», а вот пушке повезло больше.
Установленная на «Алмазе» авиационная скорострельная пушка конструкции Нудельмана — Рихтера НР-23 (модификация хвостового орудия реактивного бомбардировщика Ту-22) предназначалась для защиты от спутников-инспекторов и перехватчиков противника на расстоянии более 3000 м. Орудие выплевывало 950 снарядов массой 200 г каждый со скоростью 690 м/с и создавало отдачу в 218,5 кгс, которую компенсировали два маршевых двигателя тягой по 400 кгс или двигатели жесткой стабилизации тягой по 40 кгс.
Взрыв на орбите
Что будет, если взорвать в верхних слоях атмосферы (30−100 км и выше) ядерный боеприпас? Взрывной волны там нет, и основным поражающим фактором в таком случае будет являться гамма-излучение и электромагнитный импульс (ЭМИ). Мощный поток гамма-квантов вызовет ионизацию нижележащих атмосферных газов, образуя массу быстрых электронов и относительно медленных ионов. Электроны взаимодействуют с магнитным полем Земли, образуя на короткое время мощнейшие токи. Между ионизированным слоем и поверхностью Земли на несколько минут возникнет гигантская разность потенциалов (напряженность поля порядка десятков кВ/м). Все это приведет к образованию мощного электромагнитного импульса (ЭМИ), который наведет в любых проводниках в радиусе действия высокое напряжение и выведет из строя практически любую не защищенную специальным образом электронную технику, линии электросвязи, электропередач и трансформаторные подстанции, а также на длительное время (многие часы) нарушит радиосвязь. Радиус поражения ЭМИ-оружия огромен — при ядерном взрыве на высоте 500 км он, согласно оценкам, составляет более 2000 км! Недостаток ЭМИ-оружия — его «неразборчивость»: оно одинаково эффективно поражает как свою, так и чужую электронику.
В апреле 1973 года «Алмаз-1», он же «Салют-2», был запущен в космос, а в следующем году состоялся первый полет «Алмаз-2» («Салют-3») с экипажем. Хотя никаких орбитальных перехватчиков противника на орбите не было, эта станция все-таки дала первый (и последний) космический пушечный залп. Когда срок службы станции истек, 24 января 1975 года перед сводом с орбиты из пушки против вектора орбитальной скорости выпустили очередь снарядов (сгоревших в атмосфере), чтобы выяснить, как стрельба влияет на динамику ОПС. Испытания прошли успешно, но на этом век артиллерии на орбите закончился.
Орбитальный меч
В конце 1970-х в США поставили амбициозную задачу создать надежную систему ПРО, которая могла бы перехватывать высокоскоростные боеголовки баллистических ракет. В качестве идеального средства рассматривались лазеры, позволяющие перехватывать цель со скоростью света и размещенные на орбите. Чтобы кардинально уменьшить расходимость пучка и увеличить мощность, в рамках проекта «Эскалибур» в США попытались создать орбитальный рентгеновский лазер. В качестве рабочего тела он использовал полностью ионизированную плазму, в которую превращались тонкие (0,1−0,5 мм) длинные (10 м) медные или цинковые стержни при взрыве 30-кт ядерного заряда.
За 50 лет развития военно-космическая доктрина претерпела значительные изменения. Орбитальные боевые крепости остались уделом фантастики, а вот противоспутниковые ракеты стали реальностью. Ракеты SM-3 (на фото) системы Aegis, установленной на ракетных крейсерах классов Arleigh Burke и Ticonderoga, позволяют сбивать спутники на низкой околоземной орбите.
Плазма начинала расширяться со скоростью порядка 50 км/с, но для накачки и излучения короткого (менее 1 нс) лазерного импульса требовалось примерно 30 нс, так что диаметр плазмы едва успевал превысить 1−2 мм. Каждый заряд испарял и ионизировал около сотни стержней, которые должны были иметь индивидуальное наведение, обеспечивая передачу 1-нс импульса с энергией 5−6 кДж на расстояние до 100 км. Такие заряды либо размещались на орбите заранее, либо при обнаружении запусков советских ракет стартовали с субмарин.
На бумаге выходило красиво, а вот в реальности… 26 марта 1983 года в подземной шахте на полигоне в штате Невада в рамках программы Cabra был произведен первый и единственный взрыв рентгеновского лазера с ядерной накачкой мощностью в 30 кт. Все стержни были ориентированы на одну цель, энергия импульса составила 130 кДж, но высокую расходимость победить не удалось — размер пятна на расстоянии в 100 км по расчетам составлял почти десяток метров.
Запуск ракеты – самый лучший способ отправить что-то или кого-то в открытый космос. Это стало возможным благодаря работе выдающихся пионеров 20-го века таких, как Роберт Годдард, Сергей Королев, Герман Оберт, Константин Циолковский и Вернер фон Браун. Однако это далеко не единственный способ оказаться в космосе.Есть несколько альтернативных вариантов. Они и дешевле и менее технологичны и вероятность взрыва при старте не так высока. Некоторые инженеры предлагают гигантскую башню, с которой космос в нескольких метрах, а другие предлагают сделать лифт прямо в космос. Также есть ещё несколько проектов, находящихся на стадии начальной разработки, например, skyhook или массивный электромагнитный двигатель.
Все они очень сложные, но технически выполнимы. Правда есть другой простой вариант…
Почему не запустить груз в космос из гигантской пушки?
Сторонники этой идеи утверждают, что такая школьная фантазия смогла бы сэкономить нам топлива, денег и материалов. Они назвали задумку «космической пушкой» .
Пушечное ядро Ньютона
Эту концепцию Ньютон прорабатывал в свое «Трактате о системе Мира» ещё в 1728-ом году. В нем он выполняет мысленный эксперимент, где пушка размещается на самой высокой точке, где гравитация очень мала, и отсутствует сопротивление воздуха. Именно оттуда Ньютон хочет стрелять ядром в космос.
С гравитацией, путь снаряда зависит от его начальной скорости: либо он упадет обратно на Землю, либо останется на околоземной орбите, или же улетит в открытый космос. Чтобы воплотить последний сценарий, понадобится довольно высокая скорость.
Представьте себе, что пик горы находится над земной атмосферой. Представьте, что пушка, находящаяся на вершине этой горы и стреляет горизонтально. Поскольку, заряда тратится с каждым залпом все больше и больше, то снаряд будет падать на Землю все дальше и дальше от горы.
Наконец, достигнув определенной скорости, пушечное ядро не упадет на Землю, а сделает целый оборот. Достигнув достаточно высокой скорости, оно будет вращаться на околоземной орбите, при отсутствии сопротивления земной атмосферы.
The Colombiad
Этот вариант путешествия известен многим по роману Жюля Верна «С Земли на Луну». В романе астронавты летели на Луну в космическом снаряде, запушенном из пушки с поверхности Земли.
Верн очень подробно описал строительство этой громадной пушки, построенной из 62 000 000 килограмм железа, выплавляемого в 1200 печах и доставленного до Флориды на 68 баржах.
Это была пушка с 274-х метровым стволом, двухметровыми стенками и диаметром в три метра.
В романе вымышленный создатель пушки обращается к своему «пушечному клубу»:
«Я рассчитал все до мелочей, не осталось ничего, чтобы могло быть незамеченным. По неопровержимым расчетам, я полагаю, что снаряд с начальной скоростью в 12000 метров в секунду, направленный в сторону Луны, обязательно достигнет её. Поэтому, имею честь предложить вам опробовать пушку и провести испытание.»
В конце концов, снаряд запустился успешно, вот только судьба трех астронавтов осталась неизвестной. Продолжает историю книга «Вокруг Луны», 2-ая часть книги.
«С Земли на Луну» вдохновил многих на создание фильмов. Например, в 1967-ом году вышла Британская научно-фантастический комедия, в которой пушка установлена на склоне Валийской горы. А до этого, в 1902-ом году французы сняли фильм под оригинальным названием «Le Voyage dans la Lune». В 2002-ом году этот фильм был отмечен программой Всемирного наследия ЮНЕСКО. Просмотр этого творения не займет много времени:
Обратно в реальный мир
Как ни странно, произведение известного романиста в серьез обсуждалось в высших научных кругах. Но идею пушечного снаряда своими аргументами вдребезги разбил русский ученый Константин Циолковский. На сегодняшний день именно он считается отцом ракетостроения.
Своими подсчётами он объяснил, что мало того, что пушка должна быть очень длинной, так ещё и человеческий организм не выдержит таких перегрузок. Теоритически, возможно запускать людей в космос таким путем, но они не переживут путешествия.
Парижская пушка.
Об этой идеи забыли на некоторое время. А время настало в Первую Мировую. Тогда немецкие артиллерийские ученые Макс Дрёгер и Фриц Ройзенберг предложили использовать те же принципы для осадного орудия. То есть их огромная пушка была способна бомбардировать французскую столицу с расстояния в 120 километров.
Проект не выстреливал так далеко, как космическая пушка, зато это был первый снаряд, сделанным человеком, который достиг стратосферы. Благодаря правильным расчетам, снаряды преодолели силу Кориолиса.
Пушка, и планы её строительства были разрушены в конце войны, а любое подобное орудие было запрещено Версальским договором.
Война закончилась, но французы продолжили разрабатывать достойный ответ на такую массивную бомбардировку. Одна пушка смогла бы выстреливать сразу несколькими снарядами, к тому же инженеры обещали обеспечить высокую точность. Но, к сожалению, проект даже не достиг стадии разработки к концу войны и все планы были заархивированы. Но это не было концом для этой пушки.
В 1940-ом нацистские войска пересекли всю Францию в поисках этих чертежей, и когда в 1942-ом году поиски наконец увенчались успехом, лучших немецких ученых-инженеров сослали в артиллерийские литейные.
Нацисты боролись с проблемой слишком длинного дула орудия и с увеличением дальности действия, но огромные заряды взрывчатки все время грозили разрушить ствол пушки.
Один из инженеров, Кэндерс, увидел потенциал во французских планах. В соответствии с ними, снаряд бы ускорялся постепенно, а не получал огромный однократный толчок. То есть в пушке должны взорваться несколько зарядов друг за другом. Так он получил зеленый свет от Альберта Шпеера на создание оружия, которое способно было обстрелять Лондон с побережья Кале.
Пушка V-3.
Это стало так называемым «Гитлеровским V-3 орудием». V-орудие состояло из V-1 летающей бомбы, V-2 ракеты (которые впоследствии использовались в ранних опытах НАСА) и V-3 пушки.
Проект V-3 под кодовым названием «насос высокого давления» (дабы скрыть истинный планы) включал в себя 25 орудий, расположенных в крепости Mimoyecques в районе Па-де-Кале. Первая батарея должна была быть готов к стрельбам к марту 1944-го. Орудия должны были быть 105 метров в длину, должны быть направлены в сторону Лондона, а угол наклона их к горизонтам, по расчетам, должен был равняться 50 градусам. Пушки обслуживались подземной железной дорогой и огромным хранилищем боеприпасов.
Союзники ничего не знали о немецких планах и о V-2 ракетах, которые должны были ежедневно бомбардировать британскую столицу. Они определили здание крепости как единственное возможное место для установки бомбардировочных орудий и первыми обстреляли его.
Крепость была полностью уничтожена 6 июля 1944-го года знаменитой 617-ой эскадрилий, которая использовала бомбы с высоким проникающим коэффициентом. В результате массивной бомбардировки сотни рабочих в подземных туннелях были погребены заживо. А в конце войны Черчилль приказал разрушить крепость до основания, это место до сих пор рассматривается, как угроза землям Великобритании. Французы тоже не знали о планах Гитлера. Позже замок восстановили и теперь это музей
Проект V-3 оказался незавершенным. В конце 1944-го года немцы решили воплотить в жизнь хоть часть идей от грандиозного проекта, соорудив две 50-ти метровые пушки, которые использовались у реки Рувер, к юго-востоку от Трира.
Обеспечение боеприпасами такого орудия было затруднено убогим состоянием немецких железных дорог. Первые залпы прозвучали только в конце декабря 1944-го. Первый осколочно-фугасный снаряд приземлились 30-го декабря, второй залп был произведен 11 января. Орудие не считалось эффективным, поскольку от 142 снарядов погибло всего 10 человек и 35 получило ранение. Не очень впечатляющий результат для немецкой «Звезды Смерти». В конце войны пушки разобрали и отправили в США для тестирования. А потом, в 1948-ом, их разобрали окончательно и переплавили.
Новое начало.
После войны артиллерийская инженерия задремала, зато новый толчок получила авиация и космическая гонка. Ракетостроение заняло центральное место в США.
И в те времена в голову канадского инженера Джеральда Булла начали посещать идеи о более рациональном пути отправки людей в космос.
Джеральд был предпоследним ребенком в семье Джорджа и Лаброссы Булл. После смерти матери при родах и нервного срыва отца, его воспитала старшая сестра Бернис. В школу он пошел рано и уже в 16 лет её окончил. В детстве он любил строить модели самолетов собственной конструкции из пробкового дерева. И несмотря на свой молодой возраст, ему удалось убедить руководителей Авиационного Технического Университета в Торонто, принять его.
Несмотря на посредственные оценки, его пригласили в совершенно новый Институт Аэронавтики благодаря личной рекомендации его руководителя, Гордона Паттерсона, который чувствовал, что отсутствие академических талантов восполниться его энергией.
После успешного конструирования сверхзвуковой аэродинамической трубы (редкое и передовое устройство в те времена), он закончил учебу в 1950-ом и переехал для работы в Канадский Оружейный и Исследовательский Институт, где в то время занимались исследованиями сверхзвуковых технологий, ракет, снарядов и других проектов.
1 апреля 1961-го года он ушел в отставку, когда развязался очередной спор с начальством. В отчетах организации было сказано, что «… буйный характер и сильная неприязнь к администрации, а также бумажная волокита привели к серьезному недопониманию».
Но отставка не была проблемой. Вскоре, Булл был принят на работу в Университет МакГилла. Он быстро превратил местную кафедру инженерного дела в ведущий отдел в сфере изучения аэронавтики. Благодаря его трудам, появилась баллистическая лаборатория на границе США и Канады.
Порвав все связи с руководством, он, тем не менее, поддерживал контакт со своими бывшими коллегами. В дуэте с Артуром Трюдо, директором Военного центра Исследований и Развития США, они исследовали возможность использования ракетных орудий для поставки грузов в космос или, хотя бы, до орбиты Земли.
Проект HARP
В ВМС США на вооружении линкоров стоят 16-тидюймевые пушки. Управление военно-морских сил заплатило Буллу, Мерфи и Трюдо за их реконструкцию. Их контракт составил всего 2000$. А проект назвали HARP - сокращение от “high altitude research program”.
Но возникло несколько проблем, одна из которых исследовательская площадка Булла не была способна выдержать новые сверхтяжелые пушки. И станцию перенесли на Барбадос в Карибском море. Это было идеальное решение, во-первых, потому что непосредственная близость к экватору позволяла достигать второй космической скорости с меньшим сопротивлением, а во-вторых, отличная тактическая позиция.
Станция юридически принадлежала университету МакГилла в течении долгого времени, а Буллу предстояло встретиться с премьер-министром Барбадоса, Эрролом Барроу, которому нужно было убедиться в мирных целях будущей станции, чтобы разрешить ещё одной стране построить на территории его острова пушку для запуска предметов в космос.
Барроу вытянул из Булла 200000 долларов, дав добро на новую космическую пушку. Так обедневшая казна нации пополнилась, а Барроу впоследствии выступал самым ярым сторонником этого проекта, который реализовали в Фол-Бей, на юго-восточном берегу острова.
Пушку доставили к острову летом 1962-го, но из-за неровности береговой линии её не смогли доставить сразу к месту. Вместо этого, её выгрузили чуть дальше по побережью, а далее по плану была транспортировка по суше. Сотни местных жителей были задействованы в ней. Заложили временные железные пути, но в наличии оказалось только 450 метров рельсов. И после того, как состав доезжал до последнего рельса, путь демонтировали и прокладывали дальше.
К концу лета пушку доставили к месту назначения, где также было построено множество вспомогательных сооружений. Во время подготовки первого тестового выстрела, разразился Карибский кризис. Несмотря на довольно мирные цели этой станции и отдаленность от центра волнений, пришлось приостановить проект, поскольку станция не могла не привлечь внимание СССР. К счастью, все разрешилось мирно.
Пробное испытание
20 января 1963 года прогремел первый выстрел. 315-ти килограммовый снаряд из дерева поднялся на высоту в 3000 метров над поверхностью Земли, пробыл в воздухе 48 секунд и упал в километре от пушки. Это был успех. После ещё двух тестовых залпов стали готовиться к выстрелу реальным снарядом.
Этот снаряд назвали Мартлет-1. Название он получил в честь мифической птицы на гербе Университета МакГилла. Мартлет-1 пролетел 26 километров за 145 секунд.
Пару дней спустя, второй снаряд Мартлет поднялся на 27 километров с радиопередатчиком на борту, который позволил команде ученых отслеживать снаряд на протяжении всего полета.
Но первые тесты показали, что пушечный порох, используемый в таких огромных объемах, был плохого качества и не успевал полностью сгорать. Порох заменили, и в июне того же года был достигнут мировой рекорд высоты в 92 километра.
Но это было не для простого удовольствия, или чтобы поиграться. Мартлет был оснащен электроникой, химическими маркерами, которые на определенных высотах вступали в действие, оставляя дымный след для измерения ветров в верхних слоях атмосферы, для измерения магнитных полей и т.п. Булл позднее писал:
«Идея заключалась в исследовании процессов атмосферы на протяжении дня и ночи. Мы проводили метеорологические исследования для армии США. Мы хотим исследовать абсолютно все, что находится до высоты в 200 километров, вернув, таким образом, свои деньги.»
Финансирование было увеличено, что только подогрело интерес Булла. Он намеревался выстрелить прямо в космос. Увеличив длину ствола пушки, улучшив состав пороха, 18 ноября 1966-го года Мартлет-2 достиг высоты в 180 километров, установив тем самым мировой рекорд, не побитый никем до сих пор.
Скорость снаряда была меньше той, что требуется для достижения околоземной орбиты. Булл намеревался продолжать свою задумку, сконструировав более сложные Мартлет-3 и Мартлет-4. Это уже были миниатюрные ракеты с собственными двигателями. Но политическая оппозиция армии США взяла вверх и запретила проводить запуски выше 100 километров. Это означало прекращение финансирования американским правительством. Надежда ложилась на Канадские доллары.
Отношение общественности, отзывы в СМИ, критика со стороны научного сообщества и смена руководства привели к сокращению бюджета. Даже патриотические аргументы, вплоть до возведения канадского флага на орбите, не смогли спасти бедственное положение.
Так в 1967 году закончился проект HARP.
Космическая исследовательская корпорация.
Правительство обеих стран хотели полностью демонтировать пушку и все сооружения, но у Булла был козырь в рукаве. Пункт в его контракте требовал от университета вернуть все испытательные полигоны по окончании проекта в исходное состояние, что означало превращение крупного научного объекта в скудную землю с тремя пальмами. Миллионы долларов были потрачены напрасно?
Булл предложил решение: все, что он создал, должно было перейти в его собственность. Ничего другого не оставалось, кроме как согласиться. С новыми ресурсами и без давящего руководства, Булл основал Космическую Исследовательскую Корпорацию.
Корпорация нуждалась в деньгах, поэтому сразу же подписала контракт с канадским и американским правительством на разработку артиллерийского оружия, а запуски в космос пока отошли на второй план. Булл работал в качестве артиллерийского консультанта на протяжении всего 7-го десятилетия 20-го века. Он поставлял оружие в США, Израиль и Южную Африку. Из-за частых конфликтов на «Черном» континенте и возросшей критикой общества, Булл был арестован за незаконную торговлю оружием. Он признался в преступлении, и был приговорен к нескольким месяцам тюремного заключения, вместо ожидаемого штрафа.
После освобождения, он переехал в Брюссель для работы с Китайской Народной Республикой и Ираком. После пары иракских проектов оружейных проектов, он решил, что настало время вернуться к прежним мечтам. В 1988-ом году он сумел убедить Саддама Хусейна, что Ирак никогда не станет настоящей державой без возможности космических запусков. Ученый поделился своими знаниями о проекте HARP и помог построить пушку.
Хуссейн заинтересовался и дал зеленый свет. В итоге появилась 156-ти метровая пушка, весом в 2100 тонн и диаметром в 1 метр. Она была разработана для запуска 2-ухтоннго снаряда на земную орбиту.
Но иракцы видели маниакальное стремление Булла реализовать свои мечты, касающиеся космоса и, в связи с этим, добавили условие: Булл обязался сконструировать и развить ракеты дальнего действия. Этот план назвали «проект Вавилон».
Проект Вавилон
Первая пушка, названная «дитя Вавилона», была установлена горизонтально. Её ствол был длиною в 46 метров. Снаряд выстреливал на 750 километров. Ствол был похож по размерам на пушку V-3, которая угрожала снести весь Лондон во время Второй Мировой войны. Но «Вавилон» не представлял серьезной угрозы Израилю, так как был неподвижным.
Вторая пушка «Большой Вавилон» была внушительных размеров – целых 156 метров. Она привлекла пристальное внимание военных Ирана и Израиля - давних соперников Ирака. Хотя, стрельба из такого орудия была ограниченной, а сами снаряды летели довольно медленно, пушку все равно воспринимали как реальную угрозу.
Пока шла работа над проектом «Большой Вавилон», Булл параллельно работал над своей давней мечтой. В ходе работы его квартира несколько раз взламывалась, но ничего не было украдено. Несколько месяцев спустя, 20 марта 1990-го года ему в дверь позвонил неизвестный и выстрелил пять раз в голову в упор.
Официальная история такова, что это был израильский агент Моссад, который впоследствии распространял дезинформацию о том, что Булл был застрелен иракскими агентами. Другие теории возлагают ответственность за убийство ученого на иранцев, ЦРУ, МИ-6, чилийское или южноафриканское правительство. Создавая и продавая оружие чуть ли не всем подряд, Булл нажил себе немало врагов.
Проект Вавилон продолжался несколько месяцев после смерти ведущего ученого, но в апреле 1990-го года британская таможня конфисковала некоторые отправляемые из страны части пушки. Некоторые сегменты строились в Великобритании, Испании, Нидерландах и Швейцарии, а отправлялись в Ирак как «капсулы для нефтехимических веществ под давлением».
Опасаясь за свою безопасность, большая часть персонала вернулась в Канаду, и проект застопорился. После войны в Персидском заливе в 1991-ом году Хуссейн признал существование проекта «Вавилон». Оставшиеся части пушки были уничтожены инспекторами ООН, так ни разу и не выстрелив.
В 1995-ом году американской телевидение приготовило фильм под названием «Оружие Судного Дня» о жизни Джеральда Булла и его исследованиях, включая проект «Вавилон». Вы можете легко посмотреть этот фильм на YouTube, а история жизни Булла стала отправной точкой для романа Фредерика Форсайта «Кулак Аллаха».
Проект SHARP ("Super High Altitude Research Project")
Пока Булл в 1980-х совершал судьбоносные сделки с Хуссейном, другая команда исследователей претворяла свои планы в жизнь в Ливерморской Национальной лаборатории в Калифорнии.
Этот проект возглавлял ученый по имени Джон Хантер. Он вступил в игру в 1985-ом году, пытаясь отыскать способ запуска баллистических ракет с помощью электромагнитной пушки. Тогда он и понял, что газовая пушка придаст снарядам ещё большую скорость, чем это мог дать пороховой взрыв.
Такая пневматическая пушка основана на таких же принципах, как газовый пистолет. Газ освобождается под высоким давлением и отправляет снаряд высоко в космос.
Она начала работать в 1992-ом году, через год после смерти Булла. В то время это было крупнейшее устройство. Пушка имела 130 метров в длину. Теоретически, пушка была способна придать снаряду весом в 5 килограмм скорость, равную 14000 километрам в час.
Во время тестирования, смогли достигнуть только отметки в 10800 км/ч. Поэтому открылась перспектива сооружения более длинной пушки, которую назвали «Жюль Верн». «Жюль Верн» предполагался длиною в 3,5 километра и требовал миллиарды долларов. Финансирования не последовало, Хантер покинул проект, и пушку приобрела DAPRA.
Quicklaunch (Быстрый запуск)
Хантер переезжал из проекта в проект: участвовал в строительстве водонапорных станций на границе между Мексикой и Америкой, проектировал Кольцо Циклона Zing Blaster, был занят в сфере детских игрушек, но как и Булл, зациклился на запуске снарядов в космос. В 2009-ом году основал компанию Quicklaunch.
По его идее, Quicklaunch – это пушка, которую намеривались установить ниже уровня моря. Дуло пушки планировалось в 1.1 километр. В запале использовался водород в качестве рабочего газа и метан, как взрывной источник.
По утверждению компании, потребуется всего 10 минут, чтобы нагреть газ и запустить снаряд. Конструкция должна была придать снаряду начальную скорость в 6 км/с. Однако, скорость быстро уменьшается, когда снаряд попадает в атмосферу.
Позже было принято инновационное решение: вместо простой капсулы в пушку помещают ракету, придают ей начальную скорость, а потом она подключает свои двигатели, пока не достигнет орбиты. Примечательно, что стоимость доставки груза на околоземную орбиту за килограмм составляет у Quicklaunch 1100$, в то время как SpaceX’s Falcon 9 берет за свои услуги 4100$, 10 500$ - Europe’s ARIANE 5 и 13 200$ - NASA AtlasV.
Дешевая стоимость в сочетании с высокой производительностью (до 5 раз в день), делает данный способ отправки грузов идеальным. Но об отправках человека таким путем в космос говорить рано, потому что уровень перегрузок слишком велик. Человек бы при старте сжался в два раза. Как сказал Хантер в интервью журналу PopularScience в 2010-ом году: «… и это было бы действительно быстро!».
К сожалению, этот проект заглох. В 2012-ом году компания исчезла, даже домен сайта перешел в другие руки, а страница в Фейсбуке не отвечает на какие-либо попытки связаться с автором. Между тем, кажется, что Хантер разработал новую игрушку – полеты на Луну.
Сейчас, у компании статус «active» на бизнес форуме в Калифорнии, так что смею предположить, что сейчас они ищут инвесторов.
Космические пушки сегодня
Quicklaunch – это всего лишь одна компания, занимающаяся запуском грузов в космос. Есть альтернативный вариант – проект Startram, на вооружении которой технология магнитной левитации.
На сегодняшний день, ни одна пушка не достигла такого же успеха, как орудие в проекте HARP, запустившее снаряд на высоту 180 километров.
Ракеты остаются самым надежным и эффективным способом доставки людей и грузов в космос. Остальные варианты являются идеальными только в вопросе пополнения запасов сырья и т.п.
Так сможем ли мы когда-нибудь стрелять людьми в космос?
Copyright сайт © - Марсель Гарипов по статье с medium.com
Вы это искали? Быть может это то, что Вы так давно не могли найти?
Сложно представить как изменится наш мир приди в него дешевые космические запуски. Базы на других планетах и спутниках, космический туризм, орбитальные заводы и многое другое станет не просто реальностью, а обыденностью. Удешевление вывода грузов за пределы нашей колыбели это сейчас первоочередная цель всей космонавтики. Предлагаю вашему вниманию обзор самых популярных проектов по запуску грузов неракетными способами.
Космический лифт
Должно быть самый популярный и тиражируемый в СМИ способ. Космический лифт - это натянутый от поверхности Земли трос и уходящий от нее на 144.000 км в космос.
Основание
представляет собой место на поверхности планеты, где прикреплен трос и начинается подъем груза. Оно может быть как подвижным (например быть размещенным на океанском судне), так и не подвижным. Преимущество подвижного основания вполне очевидно - есть возможность уходить от ураганов и бурь, которые могут повредить трос.
Трос представляет собой очень тонкую нить (относительно своей длины конечно же) из сверхпрочного материала, проведенную за геостационарную орбиту и удерживаемый в таком положении за счет центробежной силы. В настоящее время не представляется возможным создание подобного материала, однако согласно теории, подобным материалом могут стать углеродные нанотрубки. Увы, до их производства в промышленных масштабах еще очень далеко. Прочность космического троса должна быть порядка 65-120 гигапаскалей, в зависимости от высоты (для сравнения, прочность стали не превышает 1 ГПа).
Противовес служит для того, чтобы трос всегда находился в состоянии натяжения. Им может служить любой массивный объект, будь то астероид или космическая база (что более привлекательно). Противовес находится значительно выше геостационарной орбиты, следовательно при разрыве троса он вполне может улететь на околосолнечную орбиту. Поэтому если им будет служить космическая станция, то ее необходимо снабжать собственной двигательной установкой.
Грузы на орбиту поднимаются специальным подъемником (а может быть даже не одним), и согласно расчетам ученых, путь из конца в конец должен занять около 7 суток. Не быстро конечно, но зато очень дешево. В конце концов это гораздо быстрее, чем запуск с помощью ракет, подготовка которых занимает долгие месяцы. Само собой проект такого масштаба должен быть международным, ведь ни одно государство не осилит его в одиночку. А это в свою очередь вызывает целый ряд проблем и вопросов. Во-первых, на какой территории размещать подобное сооружение? Ведь из-за его исполинских размеров, не избежать нарушения воздушного пространства нескольких государств. Во-вторых, космический лифт необходимо защитить от террористических актов и военных конфликтов.
Плюсы:
- Относительная дешевизна доставки грузов на геостационарную орбиту
- Значительная экономия средств при запуске межпланетных космических аппаратов
- Возможность реализации недорогих космических экскурсий
- В отличии от ракет, в атмосферу не выбрасывается никаких токсичных веществ
Минусы:
- Сложность реализации
- Высокие затраты на строительство
- Необходимость решения многих юридических и правовых вопросов
Да и трос должен быть изготовлен из сверхпрочного материала, которого сейчас, увы, нет.
Самый подходящий и близкий к созданию материал - углеродные нанотрубки, но прогресс в их изготовлении оставляет желать лучшего. Кроме того это не самый быстрый способ попасть на орбиту.
Надувной лифт для отправки в космос
Канадская компания Thoth Technology решила пойти менее амбициозным путем. Высота башни, патент на которую был выдан в США 21 июля 2015 года, будет составлять 20 километров, а диаметр ― около 230 метров.
Башня будет оснащена одной или несколькими палубами, с которых можно будет запускать спутники с полезными нагрузками. Возможно, 20 километров звучит не так впечатляюще, как 36 тысяч километров , однако башня Thoth всё равно будет в 20 раз выше любой другой ныне стоящей на Земле рукотворной структуры. К тому же она будет достаточно высокой, чтобы сократить затраты на космические запуски примерно на треть.
Канадские инженеры предлагают изготовить башню из армированных надувных секций с внутренним лифтом.
Гигантская надувная башня не должна раскачиваться на ветру, но само строение будет слишком высоким для использования оттяжек. По этой причине специалисты предлагают использовать систему маховиков, которые обеспечат динамическую устойчивость и будут действовать в качестве компрессоров для конструкции. Маховики смогут регулировать давление и вращение, компенсировать любой изгиб башни и будут держать её в фиксированном состоянии всё время.
Патент также предполагает, что лифт будет двигаться не на тросах (двадцатикилометровый трос не смог бы выдержать свой собственный вес без деформации). Грузы будут доставлять наверх либо по пневмотрубе, благодаря нагнетаемому давлению, либо снаружи при помощи устройств, похожих на механических пауков.
Основным предназначением башни Thoth станет запуск космических аппаратов с верхней части башни. Она будет действовать как стартовая площадка и заменит первую ступень ракеты-носителя. Также её можно будет использовать для посадки и дозаправки.
Skyhook представляет собой вращающийся спутник, который находится на околоземной орбите, и двух достаточно длинных тросов, которые расходятся от него в противоположные стороны. Спутник должен вращаться в плоскости своей орбиты, таким образом чтобы тросы соприкасались с верхними границами атмосферы при каждом обороте.
Скорость вращения конструкции будет частично или полностью компенсировать орбитальную скорость. В целом Skyhook напоминает гигантское колесо обозрения с двумя спицами по бокам, которое катится вдоль поверхности земли с орбитальной скоростью. На трос Skyhook можно подвешивать грузы с гиперзвуковых самолётов или стратостатов. При этом вся конструкция Skyhook работает как гигантский маховик - накопитель вращательного момента и кинетический энергии.
Пусковая петля
Пусковая петля или петля Лофстрома - это проект системы кабельного транспорта, предназначенного для вывода грузов на околоземную орбиту. В основе проекта лежит кабель, который непрерывно движется с огромной скоростью (12-14 км/с) внутри вакуумной трубы. Для того чтобы шнур не соприкасался со стенками трубы, они разделены между собой магнитной подвеской.
Ускорительная секция космической петли (возвратный кабель не показан).
В целом это устройство является огромное сооружение длиной около 2000 км, а сама петля должна подниматься на высоту до 80 км и удерживаться на ней за счёт момента инерции вращающегося кабеля. Вращение кабеля по сути переносит вес всего сооружения на пару магнитных подшипников, которые его поддерживают, по одному на каждом конце. Плюс этой системы в том, что она может обеспечивать запуски космических туристов, обеспечивая относительно мягкий уровень перегрузки, равный 3g.
Преимущества
Ожидается, что пусковая петля обеспечит высокий темп запусков (несколько пусков за час, вне зависимости от погоды), и эта система практически не загрязняет окружающую среду. При ракетном запуске образуются загрязнения в виде нитратов из-за высокой температуры выхлопных газов, и в зависимости от вида топлива могут выделяться парниковые газы. Пусковая петля, как разновидность электрической силовой установки, является экологически чистой, она может работать от любого источника энергии: геотермального, ядерного, солнечного, ветрового или любого другого, даже непостоянного типа, так как система имеет огромный встроенный накопитель энергии.
В отличие от космического лифта, который должен проходить через радиационный пояс в течение нескольких дней, пассажиры пусковой петли могут быть запущены на низкую околоземную орбиту, которая ниже радиационного пояса, или же пройти через него за несколько часов. Эта ситуация аналогична той, с которой сталкиваются астронавты Аполлона, для которых дозы радиации в 200 раз ниже, чем может дать космический лифт.
В отличие от космического лифта, который подвержен риску столкновения с космическим мусором и метеоритами по всей его длине, пусковая петля располагается на высотах, где орбиты нестабильны из-за сопротивления воздуха. Космический мусор там долго не сохраняется, шанс столкновения его с установкой довольно мал. В то время как период существования космического лифта составляет порядка нескольких лет, повреждения или разрушения пусковой петли могут случиться сравнительно редко. Кроме того, пусковая петля сама по себе не является значительным источником космического мусора, даже в случае аварии. Все её возможные обломки будут иметь перигей, пересекающийся с атмосферой, либо их скорости будут ниже первой космической.
Пусковая петля ориентирована на перевозки людей, потому что в ней максимальное ускорение 3g является безопасным, подавляющее большинство людей способны его выдержать. Кроме того, она даёт гораздо более быстрый способ достижения космического пространства, чем космический лифт.
Пусковая петля будет работать тихо, в отличие от ракет она не будет оказывать никакого шумового воздействия.
Наконец, низкая стоимость вывода на орбиту полезной нагрузки делает её пригодной даже для колонизации космоса .
Трудности
Раскрученная петля будет запасать огромное количество энергии в виде импульса. Поскольку система магнитной подвески будет обладать большой избыточностью, сбой на небольшом участке не повлияет на работоспособность системы. Но если случится значительное разрушение конструкции, произойдёт выделение всей запасённой энергии (1.5 петаджоуля), которая эквивалентна взрыву атомной бомбы , мощностью 350 килотонн (правда, без излучения радиации). Хотя это огромное количество энергии, маловероятно, что произойдёт уничтожение всей конструкции из-за очень больших её размеров, а также потому что при обнаружении неисправности большая часть энергии будет направлена в специально предусмотренное место. Возможно, придётся принять меры для снижения кабеля с высоты 80 км с минимальным ущербом, например, предусмотреть парашюты. Поэтому для обеспечения безопасности и по астродинамическим причинам, пусковую петлю нужно будет устанавливать над океаном в районе экватора, вдали от населённых пунктов.
Опубликованный проект пусковой петли требует электронное управление магнитной левитацией для сведения к минимуму рассеиваемой мощности и стабилизации затуханий кабеля, вызванных другими причинами. Неустойчивость будет возникать в первую очередь в поворотных секциях, а также в кабеле.
Поворотные секции потенциально неустойчивы, поскольку движение ротора по направлению от магнитов приводит к уменьшению магнитного притяжения, тогда как движение в сторону магнитов создаёт повышение притяжения. В любом случае возникает неустойчивость. Эта проблема решается с помощью систем сервоуправления, которые управляют силой магнитов. Хотя надежность сервоприводов на высокой скорости вращения ротора является предметом исследования, для сдерживания ротора в случае сбоя системы будет потеряно очень много последовательных секций сервоприводов.
Секции кабеля также разделят эту потенциальную участь, хотя силы здесь намного меньше. Однако, существует ещё одна потенциальная нестабильность, заключающаяся в том, что кабель/оболочка/ротор может подвергнуться меандрированию (как цепь Лариата), причём, амплитуда колебаний этого процесса может нарастать без ограничений (резонанс). Лофстром считает, что этой неустойчивостью также можно управлять в режиме реального времени с помощью сервомеханизмов, хотя пока что никто этого не делал.
Для поддержания вакуума в системе на приемлемом уровне, понадобится множество равномерно распределённых по длине вакуумных насосов (т.е. и на высоте 80 километров тоже) постоянно работающих на откачку, для компенсации натекания.
Сложности представляет получение необходимой электрической мощности посреди океана.
Проблемы
- Суборбитальные космические полёты начинаются с высоты примерно 100 км, при этом уже на высоте 30 км снижение плотности воздуха сводит на нет аэродинамические преимущества крыла и для дальнейшего увеличения высоты нужны ракетные технологии.
- Затруднена масштабируемость - ракеты, которые выводят хотя бы 2 тонны на орбиту, весят 100-200 тонн, что близко к пределу грузоподъемности существующих самолётов: Ан-124 поднимает 120 тонн, Ан-225 - 247 тонн.
- Проблемы структурной прочности полезной нагрузки и ракеты-носителя - спутники достаточно часто разрабатываются с требованием выдерживать только осевые перегрузки, и даже горизонтальная сборка (когда спутник лежит «на боку») для них недопустима.
- Необходимость разработки мощных гиперзвуковых двигателей. Поскольку эффективный носитель - это быстрый носитель, обычные турбореактивные двигатели плохо подходят.
При существующем уровне развития технологий аэрокосмические системы могут стать эффективным средством доставки грузов на орбиту, но только если эти грузы будут небольшими (в районе пяти тонн), а носитель - гиперзвуковым.
StarTram, орбитальная пушка (пушка Гаусса), электромагнитная катапульта и ракетные салазки .
Все эти идеи схожи с идеей запуска объектов посредством выстрела из огромного орудия рассматривалась фантастами еще в XIX веке. Со временем концепция совершенствовалась, и сегодня до сих пор рассматривается теоретиками как возможный метод доставки на орбиту. Суть данного способа безракетного запуска заключается в том, чтобы посредством электромагнитного ускорения «выстрелить» аппарат, передав ему достаточную скорость, и при достижении орбиты он использовал минимум несомого топлива, получая возможность нести максимум груза.
StarTram предлагает ускорить беспилотный корабль с перегрузкой 30g через тоннель длиной 130км, на конце которого находится окно из плазмы, предотвращее попадание воздуха в тоннель. В идеале окно должно располагаться на горной вершине высотой 6000км, где запуск будет проводиться под углом 10 градусов со скорость 8,78 км/с. Так же можно получить бонус от вращения Земли в виде дополнительной скорости, если «стрелять» на восток, что компенсирует потери от прохождения атмосферы.
Сама конструкция будет походить на огромное артиллерийское оружие, длина ствола которого может достигать нескольких километров, либо располагаться вглубь поверхности по принципу ракетной шахты.
Теоретически, такая конструкция позволит разгонять снаряд до необходимой для вывода на стационарную орбиту первой космической скорости (около 8 км/с) однако достигаемые при таком ускорении перегрузки будут огромны, порядка 100g, а сопротивление воздуха в нижних слоях атмосферы потребует сверхпрочных жаростойких материалов для оболочки «снаряда», так что разумным будет использовать такой метод запуска исключительно для грузов.
Космическая пушка сама по себе не приспособлена к выводу грузов на стабильную орбиту вокруг Земли. Законы физики не дают достичь стабильной орбиты без коррекции полёта после запуска. Траектория запуска может быть параболической, гиперболической или эллиптической (при достижении первой космической скорости).
Последняя завершается на поверхности Земли в точке запуска (плюс-минус вращение планеты и сопротивление атмосферы). А это означает, что без корректировки баллистическая траектория будет всегда заканчиваться падением на планету в пределах первого витка, при условии, что запуск произведен с первой космической скоростью. При запуске со второй космической скоростью снаряд выходит на орбиту вокруг Солнца, которая пересекается с орбитой Земли, однако, эта орбита, из-за возмущений от других планет, может измениться и более не пересекаться с орбитой Земли. Поэтому запуск из космической пушки возможен только аппаратов оборудованных своими двигателями для корректировки, к тому же им необходима серьезная термозащита для прохождения атмосферы.
Но например на Луне, где нет атмосферы, пушечная схема может оказаться оптимальной.
Лазерные двигательные системы
Лазерные двигательные системы могут передавать импульс космического аппарата двумя различными способами. Первый способ заключается в использовании давления фотонов, передавая импульс по принципу солнечных и лазерных парусов. Второй способ использует лазер для нагревания рабочего вещества космического аппарата, как и в обычной ракеты.
Так, например, для выведения спутника весом 100 кг необходим лазер мощностью не менее 1 Мвт. В настоящее время установлено, что для вышеуказанных целей наиболее эффективно может быть использован газодинамический лазер. В этом случае лазерная технология значительным образом пересекается с технологией создания современных ракет, которая за 50 лет уже достаточно хорошо развита, что и позволяет ставить подобные задачи. Кроме того, лазер должен работать в импульсно-периодическом режиме с высокой частотой повторения коротких импульсов для исключения процесса экранирования поступающего лазерного излучения плазмой, возникающей при работе двигателя, а также в целях повышения эффективности его работы. По мнению отечественных и зарубежных специалистов, подобные лазерные реактивные двигатели смогут найти применение в составе дешевых одноступенчатых средств выведения нано- микро- и мини-спутников.
Космический фонтан
Эта концепция была впервые представлена совместными усилиями Роберта Л. Форварда, Марвина Мински, Джона Маккарти, Ханса Моравеца, Родерика Хайда, и Лоуэлла Вуда. Обширный объем информации о ней можно найти в книге Роберта Л. Форварда «Indistinguishable From Magic». 
В отличие от оригинальной конструкции космического лифта, фонтан является чрезвычайно высокой башней, поскольку такая высокая башня не может поддержать свой вес с использованием традиционных материалов, планируется, что этот вес будет поддерживаться следующим образом: внутри башня будет полая, внутри этой полости находятся специальное гранулированное вещество. Это вещество, после передачи ему кинетической энергии, быстро движется вверх от нижней части башни и передает эту энергию в верхней её части, после чего под воздействием силы тяжести падает обратно, это будет удерживать башню от падения.
Космический фонтан использует непрерывный поток электромагнитно-ускоренных металлических гранул, чтобы доставить груз на запредельные высоты, используя те же основные физические принципы, которые обычный фонтан удерживает пластиковый мячик наверху вертикальной струи воды.
Небольшие металлические гранулы миллионами будут выпущены к станции «дефлектора» высоко над землей, которая будет использовать магнитное поле и ловить гранулы, пуская их по кривой электромагнитным ускорителем и возвращать их обратно на землю. Наземная станция, в свою очередь, будет использовать магнитный «совок», чтобы поймать шарики, пускать их по кривой обратно мощным электромагнитным ускорителем на станцию и все это в одном непрерывном цикле. Давление, оказываемое на магнитные поля совка и изогнутого ускорителя непрерывным потоком гранул будет поддерживать в воздухе всю конструкцию.
Ключом к пониманию космического фонтана является то, что он использует непрерывный поток гранул постоянно оказывающий давление на станцию и поднимая ее. Вспомните аналогию с фонтаном, так оно и может держать мяч, подвешенный струей воды непрерывной рециркуляцией воды: вода, которая падает обратно в фонтан всасывается в водозаборах и подается обратно в водяную струю и так до бесконечности. То же самое с металлической «струей» космической фонтана.
Кроме того, важно понимать, что гранулы и станция никогда не будут иметь физический контакт. Магнитные поля совка и изогнутого ускорителя выступают в качестве своего рода буфера, предотвращая любые повреждения от гранул мчащихся к станции со скоростью 4 км/с. Тем не менее, гранулы оказывают давление на магнитные поля, проходя через них, и эта сила, в свою очередь передаются станции, держа ее в воздухе.
Используя эту технологию фонтан мог бы поднять полностью оборудованную космическую станцию весом 40 тонн или более на любую высоту, даже на высоту космического лифта (40000 км). Однако, чем больше высота, тем больше требуется энергии (об этом ниже). Для поддержания космического фонтана около 2000 км в высоту требуется постоянная энергия сравнимая с потреблением современного города.
Но одним из преимуществ фонтана заключается в том, что после того, как будет запущена система, энергия, необходимая для поддержания будет гораздо меньше, чем энергия для его запуска. Потеря импульса от силы тяжести, когда поток гранул взлетает будет точно уравновешивается усилением импульса силы тяжести, когда поток будет падать на наземную станцию и полный импульс системы никогда не изменяется. Энтропия же диктует, что некоторое количество энергии будет в конечном счете потеряна со временем, но это легко можно компенсировать вспомогательными электростанциями, вырабатывающими небольшую часть энергии, необходимой для первоначального запуска системы. Таким образом, даже если подача энергии прервется, то фонтан будет функционировать нормально еще некоторое время. Для подвесных станций высотой от 1000 км это может занять до нескольких часов.
Еще одно преимущество космического фонтана в том, что система может быть построены с нуля. Наземная станция и дефлектор станции с их ускорителями можно полностью построить на земле и станция будет находится на вершине наземной станции с выровненными ускорителями. Тогда сила потока гранул медленно, но в конечном итоге подняла бы станцию сначала на несколько сантиметров, затем на несколько сотен метров и так километр за километром. Процесс может быть приостановлен на любой высоте, от нескольких сантиметров до нескольких тысяч метров, на неопределенный срок, что позволяет выполнять калибровки, техническое обслуживание, новое строительство и т.д.
Источник энергии для поддержания фонтана также может быть использован для поддержки боковых структур, таких как лифты или стены вдоль его длины. Электромагнитные ускорители/замедлители могут быть построены по вертикали вдоль «ручья» гранул, так фонтан может медленно строится, опираясь на силу гранул. Поскольку секции стен (и любая внутренняя структура) сами могут поддерживать себя в воздухе внутренним потоком проходящим через них, они не будут испытывать перегрузки, как было бы у обычных зданий в сотни или тысячи километров в высоту.
Таким образом космические фонтаны могут быть использованы для создания по-настоящему гигантских зданий и башен. И, в отличие от космического лифта, космический фонтан не требует никаких чрезвычайно дорогих или несуществующих в настоящее время материалов для постройки. Современные сплавы и композиционные материалы вполне подойдут для его постройки.
Наиболее очевидное применение для такого супер-высокой структуры, конечно, будет в качестве безракетного космического запуска. На наружных стенах могут быть установлены электромагнитные ускорители «выстреливающие» грузы на орбиту. Фонтан около 40 км высотой будет достаточно для запуска пассажиров на орбиту с менее чем 3g ускорения, а высотой в 100 км или выше может просто бросить груз непосредственно на орбиту без превышения даже 1g.
Башня фонтана также может быть использована в качестве огромного размера аркологии, исследовательского учреждения, промышленного центра и т.п. Фонтан 100 километров высотой и 100 метров в ширину будет иметь около 7,85 кубических километров объема. Дизайнеры и архитекторы могут использовать это пространство для чего угодно. Но ведь возможны и более широкие и вместительные башни.
Преимущества по сравнению с космическим лифтом
- Космический фонтан может быть построен с применением уже имеющихся на сегодняшний момент технологий. Он не требует экзотических материалов (таких как нанотрубки), в отличие от космического лифта.
- Космический фонтан может быть построен от Земли, а не с ГСО как в случае с космическим лифтом.
- Космический фонтан может быть построен в любой точке на земле, а не только на экваторе.
- Космический фонтан может быть построен на небесных телах с очень маленькой скоростью вращения, например: Луна, Венера.
- Космический фонтан не так сильно подвержен риску попадания в него космического мусора, из-за того, что его размер меньше, чем у космического лифта.
Недостатки по сравнению с космическим лифтом
Его основной недостаток это то, что он является активной структурой и поэтому требует постоянной энергии.
Таким образом, мы видим, что сегодня любой из представленных методов является недостижимым, что обусловлено экономической несостоятельностью, отсутствием необходимых технологий и материалов. Впрочем, необходимость добычи новых ресурсов, освоения планет и спутников рано или поздно заставит рассмотреть представленные выше методы не как измышления фантастов и теоретиков, а как реальную и необходимую альтернативу существующему сегодня ракетному запуску.
Loading...