Космическая пушка стреляет спутником из глубины океана
Мечту Жюля Верна — отправиться из пушки на Луну — многие вычисляют забавной, но в течении десятилетий к ней снова и снова возвращаются учёные и инженеры. Пускай людей запускать в космос таким методом никак не окажется, маленькие спутники в полной мере смогут выдержать перегрузки при выстреле. Так что ещё рано сказать, кто будет «смеяться прекрасно».
Космические пушки (space gun), разные варианты которых в фантазиях изобретателей всплывали неоднократно и не два, сулят сокращение цены доставки грузов на низкую околоземную орбиту приблизительно на порядок. Само собой, для для того чтобы экзотического запуска подойдут не каждые предметы, но его примерная стоимость в $550 за килограмм достаточно заманчива, дабы постараться воплотить давешнюю идею в судьбу.
Так думает Джон Хантер (John Hunter), инженер и американский учёный, президент и один из основателей компании Quicklaunch, поставившей собственной целью организовать вывод маленьких аппаратов в космос при помощи пушки длиной… 1,1 километра.
Основная изюминка новой совокупности – морское базирование, оно несёт с собой массу преимуществ (иллюстрация John Hunter/Quicklaunch/Гугл Tech Talks).
Как видим, ствол пушки со запасными совокупностями обязан плавать в морской пучине под некоторым углом к горизонту. Нижний край всей конструкции по идее находится на глубине приблизительно 490 м, а срез ствола — в нескольких метрах над водой.
Таковой приём изящно решает проблему искривления ужасного ствола под собственным весом (вздумай инженеры выстроить подобную пушку на суше). Заодно облегчается наведение установки по азимуту (что нужно для трансформации наклонения орбит). Кроме этого пушку легко будет отбуксировать в любое желаемое место на экваторе (оптимальном для запуска космических аппаратов).
Одним из вариантов применения космической пушки может стать доставка ракетного горючего на околоземную орбиту. Пускай в каждом пуске его удастся забрать с собой мало, но дешевизна одного выстрела разрешит направить вверх целую флотилию снарядов, каковые «припаркуются» у станции-заправщика.От неё уже смогут приобретать собственное горючее межпланетные суда, отправляющиеся к Луне либо Марсу.
Это снизит, со своей стороны, массу нужной нагрузки, которую нужно поднимать наверх для реализации таких проектов (иллюстрация John Hunter/Quicklaunch/Гугл Tech Talks).
А вот то, чего, возможно, не знал Жюль Верн: достигнуть приличных скоростей с пороховым зарядом нереально, сколько его в орудие ни заталкивай. Боеприпас не полетит стремительнее, чем способны расширяться тёплые газы данного состава, а данный параметр зависит от скорости звука в рабочем теле. Как раз исходя из этого некогда были изобретены легкогазовые пушки (Light gas gun): в них боеприпас толкает расширяющийся гелий (или водород). Их низкая молекулярная масса — ключ к успеху.
Как раз к этому семейству относится космическая пушка от компании Quicklaunch.
Тут нужно заявить, что на легкогазовых пушках Хантер собаку съел. В национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе (Lawrence Livermore National Laboratory) он управлял проект самой большой легкогазовой пушки в мире — SHARP (Super High Altitude Research Project), удачно проработавшей с 1992 по 1995 год.
В первой секции (калибром 36 см и длиной 82 м) данной L-образной установки сжигался метан, продукты его сгорания толкали однотонный металлический поршень, что сжимал водород, расположенный по другую собственную сторону. В то время, когда давление достигало 4 тысяч воздухов, разрушался особый предохранитель, водород поступал во второй ствол (10 см на 47 м), разгоняя в нём боеприпас весом в 5 кило до 3 километров в секунду.
По окончании 1995 года пушку SHARP иногда задействовали для опробований миниатюрных моделей гиперзвуковых аппаратов (фотографии daviddarling.info, astronautix.com, John Hunter/Quicklaunch/Гугл Tech Talks).
В будущем эту пушку собирались модифицировать, научив её стрелять вверх (вообще-то она лежала горизонтально) и заодно подняв скорость снарядов до семи километров/с, что разрешило бы сказать уже о космических запусках. Но эти замыслы не были реализованы, по большей части по денежным обстоятельствам.
Нужно подметить, что легкогазовые пушки намного меньшего размера и со боеприпасами намного меньшей массы получали и громадных скоростей — до 11 км/с. Но тут уж о практическом применении для космических запусков и сказать не приходится, разве что вам внезапно потребуется вывести на орбиту металлическую детальку весом в пара граммов.
Данным орудиям, но, космос ни при каких обстоятельствах и не снился. Изучение обтекания тел на гиперзвуке, поведения материалов при температурах и огромных давлениях (развиваемых в момент удара скоростного боеприпаса в мишень), моделирование эрозии космических аппаратов при действии микрометеоритов и подобные научные испытания — это и имеется работа существующих сейчас легкогазовых пушек. Дабы перевоплотить такие в пушки космические, потребовалось заметно пересмотреть их устройство.
Схема новой пушки Хантера: 1 – боеприпас, 2 – клапан, 3 – камера сгорания (она же теплообменник), 4 – водород (иллюстрация Popular Science).
В Quicklaunch Хантер избавился от поршня. В новой совокупности газ сгорает в особой камеры-теплообменника, которая окружена второй камерой — с водородом. Тепло передаётся через стены, в следствии чего температура водорода вырастает до 1430 градусов Цельсия.
Когда давление достигнет требуемой величины, особый сдвижной клапан раскрывается и тёплый водород начинает разгонять боеприпас по стволу.
По окончании вылета аппарата на финише ствола срочно перекрывается диафрагма, сводя к минимуму утраты водорода, — его позже опять охладят и сожмут, дабы применять в следующем запуске.
Сдвижной клапан продемонстрирован светло-красным (иллюстрация John Hunter/Quicklaunch/Гугл Tech Talks).
По расчётам его соратников и Джона, орудие Quicklaunch должно «швырять» 450-килограммовые аппараты со скоростью шесть километров в секунду. И не смотря на то, что перегрузка при выстреле достигнет 5000 g, уже на данный момент в полной мере реально создавать маленькие спутники, электроника которых переживёт таковой старт.
Помимо этого, одним из грузов в пушечном запуске смогут стать самые простые и не требующие ласкового обращения материалы снабжения для космических станций (пресная вода, в частности).
Траектория подъёма будет достаточно пологой, но очень сильно нагреться от трения о воздушное пространство боеприпасы суперпушки не успеют, поскольку покинут воздух менее чем через 100 секунд. Помимо этого, Хантер обдумывает вариант защиты с нанесением на внешнюю поверхность аппаратов сгорающей обмазки.
До первой космической скорости эти аппараты должны разгонятся уже наверху. На высоте 100 км таковой боеприпас скинет обтекатели и включит личный миниатюрный ракетный двигатель.
Схема полёта подкалиберного космического боеприпаса, выпущенного из пушки Quicklaunch. В данном варианте в воздухе аппарат защищает сбрасываемая оболочка (иллюстрации John Hunter/Quicklaunch/Гугл Tech Talks).
То, что боеприпас с высокой начальной скоростью без забот преодолеет первый участок пути с плотной воздухом а также выйдет в космос, было доказано ещё во второй половине 60-ых годов двадцатого века. Тогда американо-канадская исследовательская суперпушка из проекта HARP установила всемирный рекорд высоты траектории пушечного боеприпаса, выстрелив экспериментальным аппаратом серии Martlet практически вертикально вверх аж на 180 километров (рекорд не побит до сих пор).
При вылете из ствола оперённый подкалиберный боеприпас весом 84 килограмма (это не считая сбрасываемой оболочки, которая весила порядка 100 кг) владел скоростью 3,6 километра в секунду.
В ходе проекта HARP были выстроены три весьма родные по размерам и конструкции установки, первая на Барбадосе (на снимке), вторая в Канаде, третья в Соединенных Штатах (она-то и поставила всемирный рекорд). Калибр орудий HARP составлял 406 мм, а протяженность ствола – порядка 40 метров (фото с сайта astronautix.com).
Примечательно, что конечной целью изучений в рамках HARP было именно создание работоспособного способа запуска миниатюрных космических аппаратов при помощи пушек. Она не была достигнута. Но вовсе не из-за технических неприятностей: развивавшийся пара лет проект был преждевременно свёрнут по политическим обстоятельствам.
А для Quicklaunch – идеологического наследника HARP и SHARP – всё лишь начинается. В феврале 2010 года Хантер собирается испытать в бассейне трёхметровый прототип собственной космической пушки. Полноразмерный же пример, он утвержает, что возможно выстроен в течение семи лет, в случае если лишь Quicklaunch отыщет нужные для этого $500 миллионов.
Тогда-то и станет светло, кто будет смеяться последним.
Добавим, что в первый раз концепцию собственной пушки Хантер опубликовал в октябре 2009 года в Бостоне на конференции Space Investment Summit, а 15 декабря состоялась громадная презентация проекта для Гугл Tech Talks, её возможно взглянуть в этом ролике.
