Как построить космический корабль дома

Как построить космический корабль… в одиночку

В маленьком городке, затерянном в пустынном районе Калифорнии, никому не известный любитель-одиночка пытается тягаться со знаменитыми на весь мир миллиардерами и корпорациями за право строить космические корабли для отправки грузов на околоземную орбиту. У него не хватает помощников и недостаточно ресурсов. Но, несмотря на все трудности, он собирается довести свое дело до конца.

Дейв Мастен внимательно смотрит на экран своего компьютера. Его палец на мгновение завис над кнопкой мыши. Дейв знает, что вот-вот он откроет письмо от агентства DARPA, и это письмо изменит его жизнь независимо от того, что там написано. Он либо получит финансирование, либо будет вынужден навсегда расстаться со своей мечтой.

Две новости

Это настоящая поворотная точка — ведь на кону вопрос об участии в программе XS-1, финансируемой DARPA, цель которой — строительство многоразового беспилотного космоплана, способного выдержать десять запусков за десять дней, разгоняться до скорости свыше 10 М и с помощью дополнительной ступени доставлять на низкую околоземную орбиту полезный груз весом более 1,5 т. При этом стоимость каждого запуска не должна превышать $5 млн. Дейв Мастен — вечный аутсайдер, беженец из Кремниевой долины, предприниматель-отшельник в области космической индустрии — еще никогда не был столь близок к созданию полноценной космической системы, как в этот раз. Если его компания станет одним из трех участников проекта XS-1, Дейв тут же получит грант в размере $3 млн и дополнительные финансовые вливания в следующем году. А стоимость будущего контракта может превысить $140 млн!

В случае отказа компания Дейва так и останется никому не известной мелкой фирмой, влачащей жалкое существование и лелеющей хрупкую мечту о строительстве орбитальных космических аппаратов. Но, что еще хуже, будет упущена редкая возможность воплотить в жизнь задумку Мастена. Государственные программы космических полетов исторически отдавали предпочтение (по сути, это было требованием) космическим аппаратам, которым для посадки необходим аэродром либо огромный парашют. Мастен предложил создать ракету с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой — такую, что при возвращении на Землю ей не понадобится ни посадочная полоса, ни парашют. Программа XS-1 представила удачный шанс осуществить эту идею, но если удача вдруг отвернется и шанс участвовать в ней выпадет другому, то кто знает, откроет ли правительство новые источники финансирования в будущем.

Итак, одно электронное письмо, два совершенно разных пути, один из которых ведет прямиком в космос. Мастен кликает мышкой и начинает читать — медленно, вникая в каждое слово. Закончив, он поворачивается к инженерам, собравшимся у него за спиной, и с невозмутимым выражением лица объявляет: «У меня две новости — хорошая и плохая. Хорошая новость в том, что нас отобрали для участия в XS-1! Плохая — что нас отобрали для участия в XS-1».

Кластер у космопорта

Местность на севере пустыни Мохаве больше напоминает кадры из фильма-катастрофы: заброшенные заправочные станции, изрисованные граффити, и разбитые дороги, на которых кое-где встречаются тушки сбитых животных, лишь подкрепляют это впечатление. Горы, красующиеся вдали на горизонте, неумолимый солнечный зной и кажущееся бесконечным безоблачное голубое небо.

Однако эта сбивающая с толку пустота обманчива: на западе Соединенных Штатов расположена авиационная база Эдвардс (R-2508) — главный испытательный полигон в стране. 50 000 квадратных километров закрытого воздушного пространства то и дело рассекают боевые самолеты. Именно здесь 68 лет назад Чак Йегер стал первым летчиком, превысившим скорость звука в управляемом горизонтальном полете.

Запрет на полеты пассажирских и частных самолетов, однако, не распространяется на резидентов расположенного неподалеку аэрокосмического порта в Мохаве, в 2004 году получившего статус первого коммерческого космопорта в стране. В том же году сюда перебрался и Мастен — сразу после того, как стартап, в котором он работал инженером-программистом, был куплен коммуникационным гигантом Cisco Systems. Из нескольких пустующих зданий, предложенных Дейву при переезде, тот остановил свой выбор на заброшенных казармах морской пехоты, построенных в 1940-х годах. Здание нуждалось в серьезном ремонте: крыша текла, а стены и углы были густо украшены паутиной. Для Дейва это место оказалось идеальным: благодаря высоким шестиметровым потолкам тут могли уместиться все летательные аппараты, которые он и трое его работников конструировали в то время. Еще одним плюсом стала возможность «застолбить» несколько стартовых площадок и осуществлять с них пробные пуски.

На протяжении нескольких лет о существовании компании Masten Space Systems знало лишь несколько специалистов в области космических технологий и несколько соседей-резидентов космопорта, среди которых числятся признанные гиганты индустрии вроде Scaled Composites, положившей начало частным инвестициям в космос, Virgin Galactic Ричарда Брэнсона и Vulcan Stratolaunch Systems Пола Аллена. Их просторные ангары буквально напичканы сложным оборудованием, которое стоит дороже, чем вся MSS вместе взятая. Однако подобная конкуренция не помешала детищу Мастена в 2009 году выиграть $1 млн в устроенном NASA соревновании по строительству лунного посадочного модуля. После этого о компании вдруг заговорили, и Дейв начал получать заказы — кроме NASA, его ракеты стали пользоваться популярностью у известных университетов страны и даже в министерстве обороны — для проведения высотных научных экспериментов и исследований.

Компьютерный макет космического корабля XS-1 с вертикальными взлетом-посадкой, проектируемого компанией Masten Space Systems

После официального включения в программу XS-1 авторитет MSS вырос еще сильнее — в соперничестве с корпорацией Boeing и крупной военно-промышленной компанией Northrop Grumman Мастен выглядел весьма солидно. Помимо этих гигантов индустрии через партнерство с Boeing в проекте задействована Blue Origin — частная аэрокосмическая компания, принадлежащая Джеффу Безосу, а также уже упоминавшиеся Scaled Composites и Virgin Galactic, сотрудничающие с Northrop Grumman. Сама же MSS решила объединить усилия с еще одной небольшой компанией из Мохаве — XCOR Aerospace. Итак, в гонке по созданию многоразового космического грузовика Дейву предстояло схлестнуться с самыми маститыми и отлично обеспеченными корпорациями. До следующего этапа — оценки промежуточных результатов и принятия решения о дальнейшем финансировании — оставалось всего лишь тринадцать месяцев.

Лучше, чем в «Боинге»

Здание MSS находится в таком же состоянии, как и тогда, когда его занял Мастен. Крыша все так же течет, и можно случайно наткнуться на ядовитого паука. По периметру расставлены ящики с инструментами. Кроме баннеров с названием компании, доски, исписанной уравнениями, и американского флага на стенах ничего нет. Центр ангара занимает ракета Xaero-B, она держится на четырех металлических ножках, над которыми находятся два объемных бака сферической формы. Один из них заполняется изопропиловым спиртом, в другой заливается жидкий кислород. Чуть выше по кругу располагаются дополнительные баки с гелием. Они необходимы для работы двигателей реактивной системы управления, предназначенной для контроля пространственного положения корабля. Двигатель в нижней части ракеты крепится в кардановом подвесе, чтобы обеспечить управляемость этой странной насекомоподобной конструкции.

Читайте также:  Дом построить небольшой для постоянно

Несколько сотрудников заняты подготовкой Xaero-B к совместному с Университетом Колорадо (Боулдер, США) эксперименту, в котором планируется проверить, сможет ли корабль поддерживать связь с наземными телескопами и участвовать в поиске экзопланет.

Компания Мастена привлекает определенный тип инженеров-механиков, настоящих фанатов своего дела. «Я проходил практику в Boeing в отделе двигателей для модели 777, — рассказывает 26-летний инженер Кайл Ниберг. — Boeing — очень хорошая компания. Но если честно, мне не по душе сидеть в офисе днями напролет. Я представил, что следующие 40 лет моей жизни пройдут так, и здорово перепугался. В небольшой частной компании вроде MSS инженеры могут испытать всю гамму эмоций при воплощении в жизнь своих задумок — от эйфории до полного разочарования. Такое редко где встретишь».

Заправка в точке Лагранжа

Основным направлением деятельности Мастена всегда было создание ракеты, предназначенной для перевозки грузов, а не астронавтов, своего рода «рабочей лошадки». Такие корабли обязательно понадобятся, например, для транспортировки кислорода и водорода с лунной поверхности до заправочной станции, которую однажды поместят в одной из точек Лагранжа между Землей и Луной. Именно поэтому Мастен закладывает в свои разработки принцип вертикального взлета и посадки. «Это единственный из известных мне способов, который сработает на поверхности любого твердого тела в Солнечной системе, — объясняет он. — Ведь самолет или шаттл на Луне не посадишь!»

Кроме того, вертикальные взлет-посадка упрощают повторное использование космического корабля. Некоторые ракеты Мастена уже совершили несколько сотен полетов, подготовка к повторному пуску занимает не более одного дня. По условиям программы XS-1 нужно осуществить десять стартов в течение десяти дней — для MSS это давно стало обычным делом. Здесь Дейв сильно опередил своих конкурентов, которым пока что не удалось сделать это ни разу.

Скромность и трудолюбие

Итак, агентство DARPA объявило, что все три участника программы XS-1 допущены до фазы 1B, на осуществление которой каждая компания получит дополнительно $6 млн. Основными задачами фазы 1 были проведение проектных работ и подготовка инфраструктуры — другими словами, надо было продемонстрировать, что компания сможет работать в XS-1. В фазе 1B участники должны перейти к пробным пускам, собрать соответствующие данные и продолжить совершенствование конструкции, чтобы показать, как они планируют достичь финальной цели. Результаты фазы 1B необходимо предоставить следующим летом, а первый полет XS-1 на орбиту запланирован на 2018 год.

Неважно, каков будет итог этого соревнования, но сам факт, что Дейву удалось продвинуться настолько далеко, может в корне перевернуть индустрию частных космических проектов. «Это полностью меняет условия игры, — полагает Ханна Кернер, исполнительный директор Space Frontier Foundation, бывший инженер NASA. — Агентство DARPA не просто предоставило частным компаниям возможность участвовать в государственной космической программе, но и признало в недавно возникших небольших компаниях потенциально серьезных игроков». Даже если на мгновение забыть об участии в XS-1, MSS все равно сложно назвать компанией-аутсайдером. В августе у нее открылся новый офис на мысе Канаверал — в космическом центре в штате Флорида, который с недавнего времени начал функционировать как хаб для коммерческих запусков в космос. В этом же бизнес-центре, находящемся неподалеку от Космического центра Кеннеди, расположился офис компании SpaceX.

Несмотря на это, у MSS по‑прежнему не хватает людей и ресурсов, и она все так же представляет собой группу инженеров-романтиков, которые сверлят, долбят молотками и паяют в своем ангаре по соседству с богатыми крупными компаниями. И невольно начинаешь за них болеть — хочется, чтобы у них все получилось.

«Я думаю, мы обязательно потягаемся с нашими конкурентами», — вот и все, что ответил Мастен на вопрос о шансах на успех в XS-1. Он не видит смысла обещать золотые горы, хотя у многих его коллег по цеху это уже вошло в привычку. Многие добиваются успеха, потому что умеют красиво говорить. Дейв не из их числа — он спокоен, трудолюбив, скромен, но так же, как и его соперники, неистово жаждет осуществить свои задумки.

Статья «В тени гигантов» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№12, Декабрь 2015).

Источник

allcatscanfly

Представим что ты хочешь стать писателем-фантастом, написать фанфик или сделать игру про космос. В любом случае придется выдумать свой космический корабль, придумать как он будет летать, какие у него будут возможности, характеристики и постараться не наделать ляпов в этом не простом деле. Ведь ты желаешь сделать свой корабль реалистичным и правдоподобным, но при этом способным не только на полет до Луны. Ведь все космические капитаны спят и видят как они колонизируют Альфу Центавра, сражаются с пришельцами и спасают мир.

Итак, для начала разберемся с самыми вопиющими заблуждениями про космические корабли и космос. И самое первое заблуждение будет следующим :

Космос это не океан!

Я как мог пытался сместить это заблуждение с первого места, чтобы не быть похожим на Atomic Rockets  но это просто совсем не в какие ворота не лезет. Все эти бесконечные Галактики, Энтерпрайзы и прочие Ямато.
Космос это и близко не океан, в нем нет трения, нет верха и низа, враг может приближаться откуда угодно, а корабли, после набора скорости, могут лететь хоть боком, хоть задом на перёд. Бой будет происходить на таких дистанциях, что врага видно только в телескоп. Использовать дизайн морских кораблей в космосе — идиотизм. Например, в бою корабельный мостик, выпирающий из корпуса, отстрелят в первую очередь.

«Низ» у космолета там, где двигатель.

Запомни раз и навсегда — у космического корабля «низ» там, куда направлен выхлоп работающих двигателей, а «верх» в той стороне, в какую он ускоряется! Ты когда-нибудь чувствовал как вдавливает в сидение автомобиля при наборе скорости? Вдавливает всегда в противоположную движению сторону. Только на Земле дополнительно действует планетарная гравитация, а в космосе ускорение твоего корабля станет аналогом силы притяжения. Длинные корабли будут больше похожи на небоскрёбы с кучей этажей.

Истребитель в космосе

Любишь смотреть как летают истребители в сериале Звездный крейсер Галактика или в Звёздных войнах? Так вот это всё настолько глупо и не реалистично, насколько это вообще возможно. С чего бы начать?

  • в космосе не будет никаких самолетных маневров, отключив двигатели можно лететь как угодно и что бы оторваться от преследователя достаточно повернуть корабль носом назад и расстрелять врага. Чем больше ваша скорость, тем труднее менять курс — никаких мертвых петель, ближайшая аналогия — загруженный грузовик на льду.
  • Пилот, подобным истребителям, нужен примерно так же как космическому кораблю нужны крылья. Пилот — это лишний вес самого пилота и системы жизнеобеспечения, лишние затраты на зарплату пилоту и страховку в случае гибели, ограничение манёвренности из-за того что люди не очень хорошо переносят перегрузки, снижение боеспособности — компьютер видит на 360 градусов сразу, обладает мгновенной реакцией, никогда не устает и не паникует.
  • Воздухозаборники тоже не нужны. Требования для атмосферных и космических истребителей настолько разные, что либо космос либо атмосфера, но не то и другое вместе.
  • Истребители в космосе бесполезны. Как так-то?!! Даже не пытайся возражать. Я живу в 2016 году и даже сейчас средства ПВО уничтожают абсолютно любой самолет без исключения. На маленькие истребители не поставить ни вменяемой брони ни хорошего оружия, а на большом вражеском корабле запросто поместится крутой радар и лазерная установка на пару сотен мегаватт с эффективной дальностью в миллион километров. Враг испарит всех твоих бравых пилотов вместе с их истребителями до того, как они вообще поймут что случилось. В какой-то степени это можно наблюдать уже сейчас, когда дальность противокорабельных ракет стала больше, чем дальность палубной авиации. Печально но все авианосцы сейчас лишь груда бесполезного металла.
Читайте также:  Как можно построить пристройку к дому

Прочитав последний пункт, ты можешь очень возмутиться и напомнить мне про невидимки.

В космосе не бывает стелса!

Нет, то есть совсем не бывает и точка. Дело тут не в радио незаметности и стильном черном цвете, а во втором законе термодинамики, о чем ниже. Например обычная температура космоса — 3 Кельвина, температура замерзания воды 273 Кельвина. Космолет светится теплом как новогодняя елка и сделать с этим ничего нельзя, совсем ничего. Например работающие маневровые двигатели Шаттла видны с расстояния примерно 2 Астрономические единицы или 299 миллионов километров. Выхлоп ваших двигателей никак не спрячешь, а если сенсоры врага увидели его, то у вас большие проблемы. По выхлопу вашего корабля можно определить:

  1. Ваш курс
  2. Массу корабля
  3. Тягу двигателя
  4. Тип двигателя
  5. Мощность двигателя
  6. Ускорение корабля
  7. Поток реактивной массы
  8. Скорость истечения

Совсем не как в Стартреке, правда?

Космическим кораблям иллюминаторы нужны так же как и подводным лодкам.

Иллюминаторы ослабляют жесткость корпуса, пропускают радиацию, уязвимы к повреждениям. Человеческие глаза в космосе мало что увидят, видимый свет составляет мизерную часть от всего спектра электромагнитного излучения, которым наполнен космос, а сражения будут проходить на колоссальных дистанциях и в окно врага видно только через телескоп.

. Зато вполне можно ослепнуть от попадания вражеского лазера.  Современные экраны вполне подходят для имитации окон абсолютно любого размера, да и если потребуется компьютер может показать то что человеческому глазу увидеть не дано, например какую нибудь туманность или галактику.

В космосе звука нет.

Для на начала что такое звук? Звук это упругие волны механических колебаний в жидкой твёрдой или газообразной среде. А раз в вакууме нет ничего значит и звука нет? Ну от части правда, в космосе обычных звуков вы не услышите, но космическое пространство не пустое. Например на расстоянии 400 тысяч километров от земли (Лунная орбита) в среднем семь миллионов частиц на кубический метр.

Вакуум пустой.

Ой забудь об этом. В нашей вселенной с её законами такого быть не может.  Прежде всего что имеется ввиду под вакуумом? Есть технический вакуум, физический, ложный, Эйнштейновский вакуум. Например если создать контейнер из абсолютно непроницаемого вещества, убрать из него абсолютно всю материю и создать там вакуум, то контейнер всё равно будет наполнен излучениями вроде электромагнитного и прочими фундаментальными взаимодействиями.

Ну хорошо, а если экранировать контейнер, что тогда? Мне, конечно не совсем понятно как можно экранировать гравитацию, но допустим. Даже тогда контейнер не будет пустым, в нём, по всему объёму будут постоянно появляться и исчезать виртуальные квантовые частицы и флуктуации. Да, просто так, из ниоткуда появляются и в никуда исчезают — квантовой физике абсолютно плевать на твою логику и здравый смысл. Эти частицы и флуктуации — неустранимы. А существуют эти частицы физически или это просто математическая модель — вопрос открытый, но эффекты эти частицы создают вполне себе реальные.

Какая, к чёрту, температура в вакууме?

Межпланетное пространство имеет температуру около 3 градусов Кельвина из-за Реликтового излучения, разумеется возле звёзд температура повышается. Это загадочное излучение — отголосок Большого Взрыва, его эхо. Оно распространилась по всей вселенной и  измеряют его температуру с помощью «черного тела» и черной научной магии. Интересно, что самая холодная точка нашей Вселенной находится в земной лаборатории, температура её составляет 0.000 000 000 1 К или ноль целых одна миллиардная градуса по Кельвину. Почему не ноль? Абсолютный ноль в нашей вселенной недостижим.

Радиаторы в космосе

Меня очень сильно удивило, что некоторые не понимают как в космосе работают радиаторы и  «Зачем они нужны, в космосе же холодно». В космосе действительно холодно, но вакуум идеальный теплоизолятор и одна из самых главных проблем космолёта — как не расплавить самого себя. Энергию радиаторы теряют за счет излучения — светятся тепловым излучением и охлаждаются, как и любой объект нашей вселенной с температурой выше абсолютного нуля. Особенно умным напоминаю — тепло нельзя преобразовать в электричество, тепло вообще ни во что нельзя преобразовать. Согласно второму закону термодинамики — тепло нельзя уничтожить, преобразовать или бесследно поглотить, только отвести в другое место. Термоэлектрический генератор преобразовывает в электричество разницу температур, а так как его КПД далёк от 100%, то у тебя появится ещё больше тепла чем изначально было.

На МКС антигравитациянет гравитациимикрогравитация?

Нет на МКС, ни антигравитации, ни микрогравитации, ни отсутствия гравитации — всё это заблуждения.  Сила притяжения на станции равна, примерно, 93% от силы притяжения на поверхности Земли. Как они там все летают? Если у лифта оторвется трос, то все внутри будут испытывать ту же самую невесомость, что и на борту МКС. Разумеется пока не разобьются в лепёшку. Международная Космическая Станция постоянно падает на поверхность Земли, но промахивается мимо. Вообще у гравитационного излучения нет пределов дальности и оно действует всегда, но подчиняется закону обратных квадратов.

Вес и масса

Сколько людей насмотревшись фильмов думают: «Вот будь я на Луне, то мог бы поднимать многотонные булыжники одной рукой». Так вот забудь об этом. Возьмем какой-нибудь пяти килограммовый игровой ноутбук. Вес этого ноутбука, это сила с которой он давит на опору,на тощие коленки очкарика-задрота например. Масса — это сколько в этом ноутбуке вещества и она всегда и везде постоянна, разве что он не двигается, относительно тебя, на скорости близкой к световой.

Читайте также:  Евген бро как построить дом

На Земле ноутбук весит 5 кг, 830 грамм на Луне, 1.89 кг на Марсе и ноль на борту МКС, но масса везде будет пять килограмм. Так же масса определяет количество энергии необходимое для изменения положения в пространстве какого-либо объекта, обладающего этой самой массой. Чтобы сдвинуть с места 10 тонный камень нужно затратить колоссальное, по человеческим меркам, количество энергии, всё равно что толкнуть огромный Боинг на взлетной полосе. И если ты, раздосадованный, пнёшь со злости этот злополучный камень то, как объект значительно меньшей массы, улетишь далеко-далеко. Сила действия равна противодействию, не забыл?

Без скафандра в космосе

Не смотря на название «взрывная декомпрессия» взрыва не будет, а без скафандра можно находиться в космосе около десяти секунд и даже не получить необратимые повреждения. При разгерметизации, у человека моментально испарится слюна изо рта, вылетит весь воздух из лёгких, желудка и кишечника — да, пукан бомбонёт очень знатно. Скорее всего, космонавт умрет от удушья раньше чем от радиации, или декомпресии. Всего прожить можно около минуты.

Чтобы летать по космосу нужно топливо.

Наличие на корабле топлива — необходимое, но недостаточное условие. Люди часто путают топливо и реакционную массу. Сколько раз я вижу в фильмах и играх: «мало топлива», «капитан, топливо на исходе», показатель топлива на нуле» — Нет! Космические корабли это не автомобили, то куда вы можете долететь не зависит от количества топлива.

Сила действия равна противодействию и чтобы лететь вперёд нужно с силой выбрасывать что-нибудь назад. То что ракета выбрасывает из сопла называется  реакционная масса, а источником энергии для всего этого действа является топливо. Например у ионного двигателя топливом будет электричество, реакционной массой будет газ аргон, у ядерного двигателя топливом выступает уран, а реакционной массой — водород. Вся путаница из-за химических ракет, где топливо и реакционная масса это одно и тоже, но ни кому, в здравом уме, не придет в голову летать на химическом топливе дальше лунной орбиты из за очень низкой эффективности.

Максимальной дистанции полёта не существует

В космосе нет трения, а максимальная скорость корабля ограничена только скоростью света. Пока двигатели работают, космолёт набирает скорость, когда они выключатся — он сохранит набранную скорость до тех пор пока не начнешь разгоняться в другую сторону. По этому бессмысленно говорить о дальности полета, разогнавшись, ты будешь лететь пока Вселенная не погибнет, ну или пока не врежешься в планету или во что по хуже.

Лететь на Альфу Центавра можно хоть сейчас, через пару миллионов лет долетим. К слову, тормозить в космосе можно только развернув корабль двигателем вперед поддав газу, торможением в космосе называют разгон в противоположную сторону. Но будь осторожен —  что бы замедлиться с, допустим, 10 км/с до нуля, нужно потратить времени и энергии столько же, что и на разгон до этих самых 10 км/с. Иными словами — разогнался, а в баках топлива/реакционной массы не хватает для торможения?  Тогда ты обречен и будешь летать по галактике до скончания времён.

Пришельцам нечего добывать на нашей планете!

На земле нет таких элементов, которых нельзя было бы накопать в ближайшем поясе астероидов. Да, наша планета и близко не обладает чем-нибудь хоть сколько-то уникальным. Например вода — самое распространенное вещество во вселенной. Жизнь? Спутники Юпитера, Европа и Энецелад вполне могут поддерживать жизнь. Никто не будет тащиться через пол галактики ради жалкого человечества. Зачем? Если достаточно построить на ближайшей необитаемой планете или астероиде добывающую станцию и не надо переться за тридевять земель.

Ну всё с заблуждениями вроде как разобрались, а если что-то и пропустил то объясню в следующий раз.

Источник