Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 09

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»

НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ

№ 9 сентябрь 2004

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

КУРЬЕР «ЮТ»

Самолет для… Марса?

Всего три месяца назад мы рассказали вам о любопытном проекте профессора Эйгена (или Ойгена) Зенгера, предложившего еще во время Второй мировой войны космический самолет, способный облететь вокруг земного шара (см. «ЮТ» № 6 за 2004 г.). И вот повод продолжить тему: в Москву прибыла специализированная выставка, экспозиция которой была развернута в Государственном центральном музее современной истории (бывший Музей Революции). В двух залах были выставлены любопытные экспонаты, рассказывающие об этапах и проблемах создания космического самолета.

Новая волна интереса к космическому самолету поднялась в 70-е годы XX века, когда в США была создана Spase Shuttle System, или «космический челнок». В СССР, по примеру американцев, примерно в то же время был возрожден утраченный было интерес к секретному проекту «Спираль», согласно которому первоначально планировалось запустить космический самолет еще в начале 60-х годов, вскоре после памятного всем полета Ю.А. Гагарина. Первым на этом космическом самолете должен был полететь Г.С. Титов.

Проект по разным причинам несколько раз откладывали. И хотя, в конце концов, в СССР все же была создана многоразовая воздушно-космическая система «Энергия-Буран», ее законсервировали после первого же полета советского «челнока». Одна из причин тому — стоимость полета оказалась не ниже, как предполагали, а гораздо выше, чем, скажем, на обычной ракете типа «Союз» с одноразовым космическим кораблем.

Те же финансовые причины и множество нерешенных технических проблем привели и к консервации английского космического самолета «Хоттол», и немецкой авиационно-космической системы «Зенгер».

В идеале космический самолет должен взлетать с обычного аэродрома, подобно рейсовому авиалайнеру. Однако в отличие от обычного самолета, комбинированная двигательная установка такого корабля должна была с одинаковым успехом работать как в атмосфере, на начальном этапе полета, так и в безвоздушном пространстве.

Такой установки нет и по сей день — слишком уж сложна оказалась задача, поставленная перед специалистами: они так и не смогли создать двигатель, имеющий ресурс тысячи и тысячи часов, как самолетный, но способный работать при этом в космосе так же эффективно, как ракетный.

Инженерам пришлось пойти на компромисс. Появились гибридные авиационно-космические системы. Скажем, в одном из вариантов проекта «Зенгер» космический самолет должен был стартовать с земли на «спине» могучего транспортного самолета Ан-225 «Мрия» («Мечта» в переводе с украинского).

На взлетной полосе или в полете европейскую авиационно-космическую систему можно увидеть пока лишь на экране компьютерного монитора.

Идет подготовка к очередному этапу аэродинамических испытаний уменьшенных моделей космического самолета.

Но Советский Союз распался, Украина стала самостоятельным государством, а «Мрия» — безработной. Для столь огромного самолета на территории Украины нет достаточного простора, и Ан-225 законсервирован. Схожая судьба постигла и многоразовую авиационно-космическую систему (МАКС) разработки Г.Е. Лозино-Лозинского. Главный конструктор умер, так и не увидев свое детище в небе. А недавняя катастрофа «Колумбии» поставила ныне на прикол и три оставшихся американских «челнока». Возобновление их полетов после глубокой модернизации планируется лишь в 2005 году. И сколько они еще продержатся?.. Ведь корабли находятся в эксплуатации уже третий десяток лет.

Тем не менее, как показала экспозиция, специалисты и НАСА, и Российского авиационно-космического ведомства, и Европейского космического агентства не хотят окончательно ставить крест на создании космического самолета. Работы продолжаются.

Так, в большой плазменной аэродинамической трубе немецкого Центра авиации и космонавтики, где создается температура до 20 000 °C, идут испытания материалов для космических конструкций. Причем особое внимание уделяется теплозащитным материалам, которые должны спасти конструкцию от перегрева при возвращении корабля в плотные слои атмосферы. Пока лучше других показал себя композит на основе карбида кремния и углеродных волокон.

Буксировка на тросе за вертолетом и сброс прототипа будущих «челноков».

Спускаемый аппарат экспедиции MIRKA.

Продолжаются и натурные испытания уменьшенных моделей различных видов космических кораблей. Их сбрасывают с самолетов и вертолетов, наблюдая, как они самостоятельно садятся на аэродром.

Еще в октябре 1997 года с помощью российской ракеты «Союз» была успешно осуществлена западноевропейская «миссия с обратным входом в атмосферу» (MIRKA), в ходе которой на спускаемом аппарате в условиях реального космоса были проверены технические решения, обеспечивающие планируемый спуск аппарата в заданном районе.

Создаются все новые схемы комбинированных двигателей, которые должны с равным успехом работать как в атмосфере, так и в космосе…

Возвращение с орбиты и заход на посадку — самые сложные этапы экспедиции — тоже проверялись в эксперименте.

Однако надеяться на скорое завершение исследований не приходится. Космические исследования — удовольствие дорогое. И практичные европейцы, поколебавшись немного между выбором в пользу немецкого или английского космического самолета, предпочли все же французскую ракету «Ариан». Она построена по традиционной схеме одноразового носителя, но стоит дешевле авиационно-космической системы. Кроме того, ракета хоть и с переменным успехом, но испытана на практике. Наконец, в качестве полезной нагрузки на нее может быть установлен «челнок», уменьшенный вариант которого тоже проходит испытания.

Маленький «шаттл» не годится для дальних космических экспедиций — например, для полета на Марс, — но европейцы, похоже, к этому и не стремятся. Далекой перспективе исследования и освоения других планет они предпочитают довольствоваться запуском околоземных спутников для обеспечения работы телевидения и связи, метеонаблюдений.

Станислав ЗИГУНЕНКО

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Над чем работал доктор Зенгер?

В начале 30-х годов XX века ученые СССР, Германии, Австрии и других стран делают первые шаги к реальной космонавтике. Начинаются работы по созданию жидкостных реактивных двигателей (ЖРД). ЖРД, напомним, представляет собой камеру в форме кувшина, куда впрыскиваются жидкое топливо и окислитель. Здесь они сгорают, а продукты сгорания, вытекая из камеры, создают реактивную тягу. Она и движет ракету.

Однако ракета и ее двигатель — это сложная взаимозависимая система. Чтобы развить необходимую скорость, важна не только тяга, но и то, каким образом она создается, с какой скоростью вытекают из двигателя продукты сгорания. Если увеличить эту скорость вдвое, то расход топлива при разгоне упадет в 7,5 раза! Неудивительно, что борьба сегодня идет за малейшую, порою измеряемую десятками метров в секунду, прибавку к скорости истечения продуктов сгорания.

Такая же ситуация была и в 30-е годы. Немецкий инженер Вернер фон Браун с большим трудом довел скорость истечения продуктов сгорания двигателя своей знаменитой «Фау-2» до 2000 м/с. А в то же время австрийский ученый Ойген Зенгер уже работал с двигателем, дававшим скорость 3048 м/с, на десятилетия опередив американских и советских ученых.

Как же Зенгеру это удалось?

Для получения высоких скоростей истечения температура продуктов сгорания должна быть не ниже 3000 °C, а давление в камере сгорания — десятки и сотни тысяч атм. В первых экспериментах оба этих фактора почти мгновенно разрушали стенки двигателя. Не спасали самые жаропрочные материалы. Охлаждать стенку — это значит отнимать у нее тепло. А отнятое тепло нужно куда-то девать. И это, как ни странно, довольно разорительно. При охлаждении, например, стенок цилиндра автомобильного двигателя в атмосферу выбрасывается треть тепла сгорающего в нем топлива!

В 1903 г. К.Э.Циалковский предложил заключить двигатель в особую охлаждающую рубашку и между ее стенками прокачивать топливо или окислитель. Забрав у стенок тепло, они нагреются, а затем, попав в камеру сгорания, возвратят отнятое тепло двигателю. Такой способ охлаждения называется регенеративным. Но на первых порах создание охлаждающей рубашки многим конструкторам показалось излишне сложным. Они предложили просто поместить двигатель в бак с топливом.