В настоящее время вывод спутников на орбиту осуществляется ракетами, работающими на химическом топливе. Это дорогая и сложная техника. Причем одноразовая. Скажем, "Протон-М" при выводе на НО (низкую орбиту) до 20 тонн полезного груза имеет общий вес порядка 700 т. Может, используя тот же принцип реактивной тяги, можно будет избежать принципа "всё своё тащу с собой?". Имеется в виду, что возможно не таскать с собой топливо, насосную аппаратуру и т.д.
Может быть, возможен такой вариант. Берем разгонную трубу (РТ). Большую трубу, в которую помещается весь разгонный модуль (РМ). Труба наполнена рабочей смесью (2*H2+O2). Модуль разгоняется до минимально нужной скорости (скорости, нужной, чтобы двигатель зароботал). Способом, который будет выгоднее. Электрический, реактивный, пневматический… В двигатель будет поступать рабочая смесь из РТ. Смесь в двигателе сгорает, РМ летит вперед.
Вид Рабочей смеси. Выбрал водородно-кислородную смесь. Она самая простая и энергетически эффективная. Продукт сгорания (вода) легко может превратиться в исходные — допустим, путем электролиза. Но, в принципе, подойдет и другая. Причем ядовитость продуктов сгорания уже не существенна — от атмосферы их отделяет труба.
Наполнение РТ рабочей смесью. Рабочая смесь впрыскивается непосредственно перед РМ. "Непосредственно" тут весьма условно. Впрыскивать можно и за километры вперед перед РМ. Опасность взрыва горючей смеси практически отсутствует. Так как скорость РМ даже на ранних этапах довольно велика, то требуемая плотность горючей смеси в трубе очень небольшая, что исключает возможность взрыва.
Можно подумать, что даже в первом приближении нельзя расчитать примерные данные рабочего модуля и трубы. Однако можно попробовать. Возьмем любой реально существующий ракетный двигатель. Водородно-кислородный конечно. От него нам нужны только параметры: такой-то объект, таких-то габаритов, с такой-то тягой и т.д. Причем двигатель РМ гораздо примитивнее своего уже реально существующего аналога. Это всего лишь "труба". Система подготовки топливной смеси и впрыска его в рабочую камеру вынесено наружу, в разгонную трубу. В двигателе РМ нужна только система зажигания рабочей смеси и управления. Итак, двигатель "J2".
Почему он? Да просто первый попался в Интернете. На момент создания самый мощный кислородно-водородный реактивный двигатель. Использовался на вторых и третьих ступенях носителя "Сатурн". Используется и сейчас. Интересующие нас характеристики
Зная параметры того, что будет тянуть разгонный модуль, идем дальше. Основным лимитирующим фактором для экспресса на орбиту является длина разгонной трубы. Это самая дорогая часть системы. Чем больше ускорение разгонного модуля, тем меньше длина разгона. Значит, надо ставить как можно больше двигателей. Предлагаю такую схему
Двигателя скомпонованы в диск по 5 рядов. Конструкция модуля приобретает вид тонкого диска, в центре которого расположен полезный груз. Цифры все могут быть самыми разными, это всего лишь подсчет в первом приближении, практически "на пальцах". Если сделать диск шире то мощная тяга двигателей будет загибать края диска внутрь. В какой-то момент дополнительная тяга от двигателей не будет компенсировать увеличения массу конструкции, для преодоления изгибающего момента.
Параметры разгонного модуля (РМ)
Так, имеем даннные модуля. Теперь найдем параметры разгонной трубы (РТ)
Почти сотня км трубы диаметром не менее 30 м! И не просто трубы, а напичканной сложным оборудованием: газонаполнительным, инжекторно-откачивающим, электролизное и т.д. Реально ли это? Не слишком ли это капитальные затраты? Да и вообще, работоспособна ли данная схема… Не знаю, пока что глобальных, принципиальных факторов, которые делают эту схему невозможной, не вижу. Но выгодным экспресс на орбиту будет только при массовом выбросе грузов. Разница с нынешним положением вещей примерно как с обеспечением водой в турпоходе и на крупном промышленном предприятии. Одно дело сходить с чайником к роднику метров за 200, и совсем другое — тем же чайничком или ведрами натаскать воду для ГРЭСа. Совершенно нереально. Допустим, будет решение вынести промзону за пределы Земли. Первый кандидат — очевидно, Луна. Вытаскивать миллионы тонн грузов ракетами… Чрезвычайно дорого и неэффективно. Нужен другой способ. Может быть, возможен и этот.
Диаметр трубы При расчете диаметр трубы расчитывался "впритык" к диаметру разгонного блока. Возможно, это неправильно. Управление двигателями может быть не настолько совершенным, чтобы не допустить рывки и вихляния разгонного модуля. Может быть диаметр разгонной трубы можно сделать и полтора, и два, и три диаметра разгонного модуля. В конце концов, от трубы нам надо:
изоляция от окружающей среды
наличие в трубе топливной смеси требуемых параметров (давление, состав и т.д.)
Это можно обеспечить и при большом диаметре. А то, что часть смеси не попадет в разгонный модуль и перемешается с выхлопными газами (водяным паром), то это не страшно — можно откачать.
Есть еще препятствие. И вроде бы трудно преодолимое. На какой высоте будет конец разгонной трубы? Допустим километров 3-4. Насколько позволяет рельеф местности. Разгонная капсула вылетает на скорости 8 км/сек. А не сгорит ли она? Плотность воздуха еще велика. Спускаемые аппараты защищают весьма мощно, и такая защита весьма утяжелит и удорожит капсулу. И та скорость, которую мы достигли в разгонной капсуле, в значительной степени будет теряться.
Выход из ситуации:
1. Вынести трубу высоко. Километров так на 10-12. Но как. Джомалунгм не так уж много. В общем лучше отнести РТ куда-нибудь очень далеко. Лучше в Антарктиду. Старт с побережья. Судна с Атлантики подходят к трубе, там стартуют. В глубь континента. Там есть высоты порядка 5 км. А можно построить конструкцию высотой в 12 км? Не знаю. Если и можно, то это наверняка очень и очень дорого.
2. "Пулевой экран". А если запускать модули очень и очень часто, с интервалом порядка секунды? Первый снаряд пробивает атмосферу. Сам модуль "пробивной". Ударная волна разбрасывает воздух. Следующий модуль через секунду вылетает, но атмосфера уже разреженее, ударная волна и сопротивление воздуха уже гораздо меньше. Очень скоро вылетающий модуль окажется практически в пустоте. Его энергия будет тратиться только на разгон напирающего воздуха. Раз в секунду, тонн по 100 за раз… За год можно выкинуть 3 млрд. тонн на низкую орбиту. Перебор, наверное. Может, можно и раз в минуту, для поддержания достаточно низкого разрежения. 50 млн. тонн, вполне себе промышленные масштабы. Если скорострельность одной трубы будет недостаточной для создании достаточного разрежения, то можно создать "флейту", когда трубы пускают модули рядом.
Другой вариант. Вариант получается чересчур здоровый, глобальный. Это является следствием того, что сразу задавалась первая космическая скорость. Что понятно: желательно не заморачиваться с ракетой носителем. Но тут встают проблемы: и громадные параметры трубы, и проблема торможения в воздухе. Может, снизить скорость. Полный вес модуля пусть составит те же 100 т, но в нее будет входить и масса ракеты-носителя, что существенно уменьшит массу выводимого груза. Но данный подход имеет плюсы. Длина разгонного пути прямо пропорционально квадрату требуемой скорости. То есть если требуемую скорость снизить в 10 раз, то длина разгонной трубы уменьшится в 100 раз. Если принять скорость в 3М (990 м/с), то длина разгонной трубы составит 1480 м (при диаметре порядка 30 м). Вполне реальные цифры. Разумеется, окупается эта система только при больших масштабах переброски груза на орбиту. В данном варианте двигатель-диск разгонного модуля может использоваться многократно. При выходной скорости в 8000 м/с спасти двигателя представлеятся затруднительно.
Дополительно: таблица развиваемых скоростей, требуемых разгонных путей и плотности смеси, которая должна попадать в двигателя. Прошу обратить внимание, что в трубе царит глубокое разрежение.
