Передайте Рогозину - англичане лунатроны кирпичом не чистят!
Сотрудник журнала «НК», ведущий со мной обсуждение проблемы транспортировки грузов с Луны в космос и на Землю, посетовал, что у него нет данных по массам лунных электромагнитных катапульт. Недоумение вызвали у него мои возражения против катапульт как очень массивных конструкций, с массами несколько тысяч тонн. Поскольку ему не симпатична катапульта с ловушкой грузов в точке Лагранжа, масса которой по современным оценкам американских разработчиков может быть сокращена до 200 тонн (но к этому прибавляется еще масса конусообразной ловушки в либрационной точке), и нравится вариант с запуском катапультой ракетных аппаратов, из-за того, что он не нуждается в системе перехвата на орбите назначения, то я выкладываю фрагмент текста Крафта А.Эрике, посвященный как раз такому варианту лунной катапульты. Здесь очевидны все недостатки такой системы и становятся понятны причины рождения проектов катапульт, которые «выстреливают» в лунное небо не сложными устройствами с собственной двигательной установкой и системой управления, но банальными кирпичами из прессованного реголита. Вообще-то, уже двадцать лет прошло, как народ наш учат экономическому мышлению, но, как видим, новые инженеры экономику в вузах не проходили. Как странно всё это…
Вот искомый текст из архивов родоначальников космонавтики:
7
Глава
ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ ЛУНЫ
…
Применение электромагнитных систем для запуска различных объектов с поверхности Луны рассматривалось и раньше. Концепция использования электромагнитных ускорителей на орбитальных станциях предлагается автором данной работы впервые.
7.4.2 ЛУНАТРОН И ОРБИТРОН
Космический корабль, приводимый в движение линейным электромагнитным ускорителем, может быть разогнан на поверхности Луны до скоростей, достаточных для выхода на селеноцентрическую орбиту или траекторию межпланетного перелета. В 1962 г. Вильям Эшер, работавший тогда в НАСА, в Центре космических полетов им. Маршалла исследовал подобную систему и присвоил ей название «Лунатрон». Исследуя возможность применения подобной системы на борту орбитальной станции, автор данной работы для названия орбитального электромагнитного ускорителя предложил другое слово «Орбитрон». А объединенной системе, включающей взаимосвязанные в функциональном отношении и поверхностные, и орбитальные ускорители, было дано имя «Астрон».
Имея в виду величину скорости, которая должна быть достигнута на космическом ускорителе, легко прийти к выводу, что здесь не обойтись без использования магнитной левитации разгоняемого объекта. Идея магнитной левитации впервые была предложена французским инженером Эмилем Бэчиле еще в 1912 г.
Итак, для создания электромагнитного ускорителя требуются две вещи: магнитная левитация и электромагнитная тяга. Использование сверхпроводимости позволит получить необходимый уровень индуцированной левитации при невысокой потребляемой мощности. Для иллюстрации возможностей сверхпроводимости можно привести такой пример. При нормальных условиях медный провод диаметром около 1,5 мм имеет ограничение по допустимой силе тока порядка 10 А. Провод того же диаметра из общепринятого сегодня сверхпроводящего материала (например, из сплава ниобий-олово) при температуре жидкого гелия (4,2 К, т.е. всего на 4,2° выше абсолютного нуля) может безнаказанно проводить в пятьсот раз больший ток, т.е. ток до 5 000 А. В космической окружающей среде сверхпроводимость на больших объектах может быть достигнута более легким путем, чем на Земле. Можно утверждать, что генерировать магнитное поле с нужной напряженностью не будет слишком трудно. В условиях Луны аппарат с пассажирами сможет двигаться и при давлении порядка 70 кПа (0,7 кгс/см²). Для создания такого давления нужно магнитное поле в 3,4 кГс (с каждой стороны аппарата), а это всего вдвое больше, чем у игрушечного магнита.
Рассмотрим движение аппарата поверх токопроводящих рельсов за счет магнитного привода. Течение тока в рельсах создает подобие магнитного отталкивания аппарата, снабженного электромагнитами. Электрическое сопротивление в проводнике действует подобно магнитному сопротивлению. Таким образом, в случае когда проводник неидеальный (т.е. не сверхпроводник), помимо магнитной подъемной силы имеется магнитное сопротивление. Это сопротивление может быть преодолено какой-либо движущей силой (тягой). Однако если и магниты на аппарате и рельсы будут сверхпроводниками, сопротивление упадет практически до нуля и никакой тяги для его преодоления не потребуется. (Потребность в тяге останется для преодоления инерции самого разгоняемого аппарата.) Наиболее подходящим устройством для создания тяги представляется линейный синхронный двигатель, который, грубо говоря, генерирует бегущую магнитную волну, толкающую разгоняемый аппарат вперед. Здесь можно провести приблизительную аналогию с доской для серфинга, которая толкается вперед бегущим к берегу водяным валом, если эту доску необходимым образом поместить на подходящий склон волны. Чтобы минимизировать массу присоединенных силовых контуров («петель»), через которые магнитное поле генерирует бегущую волну («водяной вал» по вышеприведенной аналогии), а также и массу магнитов на разгоняемом аппарате (который аналогичен в рассмотренной иллюстрации доске для серфинга), система в целом должна функционировать при температурах сверхпроводимости. В реальном процессе разгона движущаяся сила возникает благодаря разнице между скоростью бегущей магнитной волны и скоростью аппарата (так называемое «линейное проскальзывание»). Величина движущей силы ограничена тем обстоятельством, что по мере роста линейного проскальзывания эффективность передачи энергии от двигателя к разгоняемому аппарату падает. Поскольку скорость аппарата растет, должна расти и скорость бегущей магнитной волны - чтобы поддерживать разгон аппарата при оптимальной величине проскальзывания. Увеличение скорости бегущей волны достигается путем изменения частоты переменного тока в линейном синхронном двигателе или за счет прогрессивного изменения величины интервала между индукционными катушками (силовыми петлями), в которых генерируется бегущая магнитная волна.
Тремя главными элементами разгонной системы являются: источник энергии, преобразователь энергии, рельсовый путь и тележка-носитель (несущая разгоняемый аппарат). Роль этой тележки может играть и сам космический аппарат, если вся необходимая сверхпроводящая аппаратура будет установлена на его борту; естественно, что такой космический аппарат должен быть рассчитан на многократное применение. После схода такого многоразового корабля с ускорителя никаких дополнительных работ на ускорителе не требуется. В случае применения тележки-носителя, после старта с нее космического корабля, она тормозится электродинамическим способом (при этом кинетическая энергия тележки превращается обратно в электроэнергию, которая может запасаться какими-либо аккумуляторами) и возвращается к стартовому концу ускорителя для последующего использования. Поскольку на тележке-носителе смонтировано дорогостоящее оборудование (датчики, сверхпроводниковые цепи, холодильные системы и пр.) она также должна быть многоразовой. Таким образом, необходимо выбрать: либо монтировать все необходимое оборудование на борту каждого транспортного космического корабля, либо построить дополнительный участок рельсового пути, необходимый для торможения тележки-носителя.
Очевидно, что вместо единичного корабля (или тележки) можно разгонять сцепку («поезд») из нескольких объектов. Это может быть поезд из небольших транспортных кораблей, запускаемых совместно, или сцепка тележек-носителей, каждая из которых несет один транспортный корабль. В последнем случае по достижении сцепкой необходимой скорости все космические корабли одновременно отделятся от тележек.
Рельсовый путь оборудуется силовыми петлями и другой аппаратурой, необходимой для разгона и направления тележек. Специальная силовая энергостанция обеспечивает разгонную систему необходимой энергией, а кибернетическое оборудование поддерживает заданные режимы по частоте, напряжению и силе тока. В зависимости от расчетного ускорения, массы и конечной скорости разгоняемого объекта, потребная мощность системы может меняться в пределах от сотен до нескольких тысяч МВт. Если принять, в качестве примера, что расчетное ускорение равно g (9,81 м/с²), масса тележки-носителя (или поезда транспортных кораблей) 100 т, а потребная конечная скорость разгона 1700 м/с (это минимальная начальная скорость, необходимая для выхода на низкую селеноцентрическую орбиту), получим, что требуемая в конце разгона мощность составит 1670 МВт. При коэффициенте полезного действия тяговой системы в 65%* потребная мощность силовой электростанции должна быть не менее 2570 МВт. При этом длина рельсового пути ускорителя составит 144,5 км. Если используются тележки-носители, длина рельсового пути должна быть удвоена.
Эти цифры свидетельствуют, что упомянутые преимущества транспортной системы Астрон достанутся не даром. Энергетические потребности такой системы могут быть удовлетворены только за счет большой внеземной энергостанции. Большой интерес представляют в этом смысле маховые колеса, которые хорошо приспособлены к развитию больших начальных мощностей при ускорении разгоняемых объектов, когда силовая энергостанция приближается к выдаче своей полной расчетной мощности, а также к приему возвращаемой энергии при торможении тележки-носителя. Как показано, длина разгонного пути велика, конечные скорости объектов тоже. Для осуществления принципа магнитной левитации нужно решить одну принципиальную проблему: обеспечение динамической устойчивости разгоняемого объекта при больших скоростях движения. Рельсовый путь должен быть чрезвычайно гладким и прямым. Неизбежные отклонения рельсов от оси пути должны контролироваться лазерной аппаратурой с целью обнаружения и устранения имеющихся чрезмерных искривлений. Современные лазерные системы контроля способны обнаруживать отклонения или неровности менее 0,7 мм на 1 км пути. Чтобы обеспечить статическую установку частей рельсового пути с точностью до одного миллиметра на километр, конструкция пути должна органически включать специальные датчики, распределенные вдоль рельсов и способные взаимодействовать с высокочастотными лазерными установочными системами.
ИСТОЧНИК
Ночью выложил текст лоукостовского проекта снабжения лунной базы и лунного промышленного центра на этапе развертывания. Ознакомиться с текстом можно здесь, а посмотреть анимацию (первую часть) вот здесь.
.
.
UPD
Да, есть еще иллюзии, что успех в деле создания военного рельсотрона тождественен успеху в создании лунного рельсотрона промышленного значения. Надеяться на это, в виду очень малой живучести супер короткого ствола военного ускорителя, все равно что пропагандировать доставку руды от карьера к заводу выстрелами из пушки - живучесть ствола танковой пушки, обеспечивающей выброс снаряда со скорость 1500 м/с порядка 500 выстрелов. Рельсотроны, уже метающие снаряды в диапазоне скоростей 2500-3500 м/с, хотя не используют давление газов для разгона снарядов, но испытывают не меньшие разрушительные нагрузки. Так что, долгоживущий лунный рельсотрон, выбрасывающий в течение своего срока службы такую массу грузов, что она на порядки больше его собственной массы - это пока еще фантазия.