Орбитальные извозчики. 4 способа доставки грузов в космос

Многоступенчатая ракета с химическим реактивным двигателем

 — самый старый способ попасть в космос, ему почти 60 лет. Но эта технология до сих пор остаётся наиболее надёжной и эффективной. Впервые идею об использовании внешних топливных баков, которые питают реактивные двигатели и отбрасываются по мере необходимости, высказал американский инженер Роберт Годдард, а несколькими годами позже её развил Константин Циолковский в своей работе «Космические ракетные поезда».

Технология многоступенчатых ракет не раз совершенствовалась и модифицировалась, но обширный список её недостатков практически не изменился. Главный из них — колоссальный расход топлива, которое кораблю приходится поднимать вместе с собой в дополнительных ступенях. Вес полезной нагрузки в таких системах составляет всего 1,5–2% от общей массы ракеты.

Несовершенство этой технологии для большинства учёных очевидно, поэтому во многих институтах и конструкторских бюро не перестают работать над новыми способами полётов в космос. После того как к «космической гонке» подключились частные компании, процесс ускорился. Кто может составить конкуренцию многоступенчатым ракетам в ближайшие годы и десятилетия?

«Воздушный старт» орбитального самолёта

Стараниями компании Virgin Galactic и её владельца сэра Ричарда Брэнсона идея суборбитальных космических полётов набирает всё большую популярность. Система Бёрта Рутана, главного инженера компании, использует метод «воздушного старта». На высоту 15 километров космический корабль SpaceShipOne поднимает специальный самолёт-разгонщик White Knight, после чего корабль отделяется и переходит на свои ракетные двигатели. После разгона до скорости в 3500 км/ч подача топлива отключается, и весь дальнейший путь к нижней границе космоса корабль проходит за счёт инерции, достигая высоты более 100 километров.

Корабль уже совершил три успешных полёта на подобную высоту. Одно такое путешествие обойдётся любителям космоса в 200 000 долларов.

SpaceShipOne конструировался как туристический челнок и не предназначен для рейсов на околоземную орбиту, но сама технология для этого вполне пригодна. Наглядное тому доказательство — проект компании Sierra Nevada, космоплан Dream Chaser. Используя метод «воздушного старта» с того же самого самолёта-разгонщика White Knight, он в теории способен совершать рейсы на низкую околоземную орбиту. Первый испытательный полет Dream Chaser запланирован на третий квартал 2016 года.

Космолёт Skylon

Этот проект космического аппарата может многократно снизить стоимость орбитальных перелётов. Особенность Skylon в том, что он не использует внешних топливных баков, которые в ходе полёта обычно отбрасываются и сгорают в атмосфере, увеличивая расходы на обслуживание корабля. Главная технологическая находка проекта — турбореактивные двигатели SABRE. Они не только разгоняют корабль до скорости свыше 6000 км/ч, но и позволяет заметно экономить топливо.

Двигатели Skylon оснащены инновационной системой охлаждения и во время полёта дольше, чем аналогичные установки, могут использовать атмосферный воздух вместо сжиженного кислорода из топливных баков. Это позволяет существенно снизить стартовый вес корабля и отказаться от использования дополнительных ступеней.

К тому же Skylon не требует специально оборудованной стартовой площадки и способен взлетать и приземляться как обычный самолёт — с любой горизонтальной взлётной полосы. По словам конструкторов Skylon, все эти меры позволят снизить стоимость орбитальных перелётов в 15–20 раз.

Skylon заинтересовалось Европейское космическое агентство, совместно с британским правительством инвестировавшее в Reaction Engines около 100 миллионов долларов. По прогнозам аналитиков, первые тестовые полёты Skylon состоятся не раньше 2020 года.

Космический лифт

Одним из первых идею создания космического лифта высказал Константин Циолковский в 1895 году. На сегодняшний день существует много разных вариантов его конструкции, но принципы их работы отличаются только деталями. Центральный элемент сооружения — трос длиной в 35 000 километров, по которому с помощью электромоторов скользит подъёмник с грузом или пассажирами. Один конец троса закреплён на земле, второй — на платформе, которая выведена на геостационарную орбиту Земли.

Основная проблема проекта — до сих пор не найден материал, из которого будет сделан многокилометровый трос. По самым скромным подсчётам, он должен обладать прочностью в 80–120 гигапаскалей, а это в разы больше, чем у стали или кевлара. Главный фаворит — углеродные нанотрубки, но работы над ними ещё далеки от завершения.

На первый взгляд проект выглядит фантастическим, тем не менее многие из нас имеют шанс увидеть космический лифт своими глазами. Над разными частями будущего лифта работают несколько инженерных групп, исследования которых финансируются NASA и ведущими научными организациями мира. Было учреждено несколько грантов на создание прототипов лифта, проводятся ежегодные конкурсы, например Space Elevator Games, а на Kickstarter собираются средства на постройку отдельных элементов его конструкции. В 2012 году о намерениях построить космический лифт заявила японская корпорация Obayashi. Согласно планам компании, конструкция из углеродных нанотрубок и подъёмника на электродвигателях должна заработать не позже 2050 года. Примерно такие же сроки называют и остальные разработчики.

Статья подготовлена по материалам из следующих источников:

• Официальный сайт компании SpaceX: http://www.spacex.com/.
• Официальный сайт NASA: http://www.nasa.gov/.
• Официальный сайт компании Reaction Engines: http://www.reactionengines.co.uk/.
• http://science1.nasa.gov/.
• http://www.spaceelevatorblog.com/.
• http://www.bbc.com/.
• http://abcnews.go.com/.
• http://www.space.com/.
•