Звездолеты прошлого, Проекты межзвездных кораблей

За сегодня уже было 2 темы о космосе: одна о печальном крушении РН Фалькон 9, а другая о колонизации галактики. Решил и я внести свои 5 копеек и поделиться информацией о реально существующих проектах постройки межпланетных и межзвездных кораблей. Причем проекты не такая уж и научная фантастика ибо разрабатывались с прицелом на реально существующие технологии.

«Дедал» — проект создания автономного межзвездного космического корабля. Активная работа над проектом велась с 1973 по 1977 год силами Британского межпланетного общества. Его результатом стал подробный технический отчет и сотни сопутствующих публикаций о проекте. В отчете описывалась конструкция межзвездного зонда с обоснованием возможности его создания.
Получившийся аппарат имел весьма впечатляющие характеристики и был принципиально реализуем силами земной технологии.

Целью этого зонда была звезда Барнарда, расположенная в 5,91 световых годах от Солнца. Зонд должен пролететь мимо звезды, сделать фотографии, провести ряд измерений и отправить массу исследовательских аппаратов к гипотетическим планетам системы Барнарда. Из-за периодических колебаний этой звезды была выдвинута гипотеза о наличии возле нее планет. Что и определило цель путешествия «Дедала». Впоследствии эта гипотеза не подтвердилась, однако для зонда вполне можно выбрать и другие объекты. Например Проксиму Центавра, которая гораздо ближе (4,22 световых года).

В рамках проекта был выдвинут ряд жестких требований к конструкции корабля.
— Корабль должен завершить полет за время человеческой жизни, чтобы организаторы космической миссии смогли дожить до получения ее результатов. Изначально полет должен был уложиться в 40 лет, но впоследствии цифра выросла до 50.
— Корабль должен преодолеть за это время 5,91 световых лет или 56 тысяч миллиардов километров.
— Корабль должен проектироваться с использованием либо уже имеющихся технологий, либо ожидаемых технологий. Таких, в реализации которых уже никто не сомневается.

Последнее условие и предопределило выбор двигательной установки. Экзотические варианты вроде вроде аннигиляционного двигателя отпали сразу. Да, он принципиально возможен, но его практическую реализацию никто не мог и представить. А химические ракетные двигатели не подходили по причине своей маломощности. Ведь «Дедал» нужно было разогнать до 13% световой скорости!

Вот почему был выбран импульсный термоядерный ракетный двигатель. Принцип его работы заключается в следующем:
Камера сгорания «Делала» образована двумя соленоидами, создающими сильное магнитное поле. В центр его вбрасывались маленькие гранулы из дейтерия заполненные гелием-3. Под воздействием потока высокоэнергетических электронов гранулы взрывались и придавали кораблю ускорение. Для достижения необходимой скорости необходимо устраивать 250 термоядерных взрывов в секунду. Подача топлива осуществляется линейными ускорителями. А энергия для создания потока релятивистских электронов отбирается от индукционных соленоидов установленных в камере сгорания.


Топлива для такого двигателя нужно много — 50 000 тонн. И это в 100 раз больше предполагаемой полезной нагрузки. Размещается топливо в сферических контейнерах, которые попарно сбрасываются по мере опустошения. Здесь следует отметить, что требуемого количества гелия-3 на Земле не добыть. Вот почему авторы проекта планировали старт корабля с орбиты Луны или Юпитера, ведь там гелий-3 встречается в избытке.

Топливо распределено по двум ступеням. Первая ступень должна проработать 2,05 года, вторая — 1,76. За это время аппарат достигает крейсерской скорости в 38 400 км/с. На дальнейшей пассивной траектории полета предусмотрено две корректировки курса. За 7 лет до прибытия зонд запускает несколько автономных аппаратов к наиболее интересным объектам системы.
Помимо обычных исследовательских зондов, для «Дедала» предусматривалась пара космических аппаратов «Warden». Они предназначались для ремонта обшивки и прочих работ в космосе.

Главная заслуга проекта «Дедал» в том, что он показал принципиальную возможность создания межзвездного корабля. И если раньше это было лишь научной фантастикой, то теперь это стало трудноосуществимой реальностью. Впоследствии некоторые узлы корабля пришлось «дорабатывать». Так термоядерный двигатель оказался не так прост. Но в целом никаких принципиальный препятствий к его созданию так и не нашлось.
«Дедал» стимулировал исследования во многих областях науки, включая термоядерный синтез и физику сверхпроводимости. И дело проекта «Дедал» не было забыто и по сей день.
На его основе появилось еще две космические программы под названием «Longshot» и «Икар». Дата завершения последнего — 2014 год. 20 % скорости света — вот его цель.

(На картинке процесс расстыковки первой и второй ступеней)

Так мог бы выглядеть процесс работы маршевого двигателя "Дедала"

Проект Longshot:
Проект Longshot — концептуальный проект межзвездного космического полета, предполагающий запуск к Альфе Центавра непилотируемого зонда с ядерным ракетным двигателем. Проект разрабатывался Военно-морской академией США и НАСА с 1987 по 1988 год, строительство зонда предполагалось на орбитальной станции «Фридом». В противоположность проекту «Дедал», Longshot проектировался исключительно с использованием существующих технологий, хотя и потребовал бы некоторого их развития.

В отличие от термоядерного двигателя, который планировалось использовать на «Дедале», Longshot должен был использовать ядерный двигатель. При первоначальной мощности 300 киловатт, реактор должен был дать энергию лазерам, которые использовались бы для начала термоядерного синтеза, применяемого в двигателе как на «Дедале». Основное отличие от «Дедала» заключалось в том, что если на «Дедале» реактор, питающий двигатель, одновременно давал бы энергию кораблю, то Longshot имел бы внутренний реактор для производства энергии.

Реактор также давал бы энергию для связи с Землей. Большую часть полета для этого использовался бы минимум энергии, только для того чтобы отправлять данные о межзвёздной среде. При достижении системы Альфа Центавра вся энергия, потребляемая до этого двигателем, была бы использована для сообщения с Землей, что позволило бы создать канал связи, способный передавать информацию со скоростью 1 килобайт в секунду.

Longshot должен был иметь стартовую массу 396 тонн, включая 264 тонны гелия-3/дейтерия в качестве ракетного топлива. Полезная нагрузка, включая реактор, составила бы 30 тонн.

Разница в организации миссии состояла в том, что Longshot должен был выйти на орбиту вокруг звезды, тогда как «Дедал» совершил бы пролет мимо нее, который продлился бы довольно короткое время.

Полет до выхода на орбиту Альфа Центавра B занял бы около 100 лет. Скорость составила бы 13 411 км/с (примерно 4,5 % световой), еще 4,39 лет понадобилось бы для передачи данных на Землю.

Главная изюминка зонда «Longshot» — присутствие на корабле ядерного реактора («Дедал» получал всю энергию от термоядерного двигателя). 300-киловатный реактор использовал в качестве топлива таблетки нитрида урана, а жидкий калий играл роль теплоносителя в замкнутом цикле. Полученная турбиной механическая энергия запасалась в 8 маховиках на магнитных подшипниках, которые также помогали стабилизации курса корабля.

Проектная максимальная скорость корабля оказалась значительно ниже, чем у "Дедала" и это было одной из причин увеличения времени полета. Зонду предстояло путешествие сроком в 100 лет.

Реактор служил для запуска самоподдерживающейся термоядерной реакции в двигателе и обеспечивал энергий навигационное оборудование зонда.

Наличие реактора было продиктовано особой миссией этого аппарата. Он должен был не просто пролететь сквозь систему. Он должен был затормозить и выйти на орбиту звезды Альфа Центавра B. И по достижению своего пункта назначения, вся энергия реактора использовалась бы для связи с Землей. Для чего предусматривался 250 киловатный лазер, который теоретически должен был обеспечить передачу данных на Землю со скоростью до 1000 бит/с. Как и »Дедал», зонд был полностью автономен в своем полете и связь была исключительно односторонней.

Необходимость торможения была второй причиной, по которой полет так затягивался. (100 лет Лонгшота, против 50 лет у Дедала) В целом программа выглядела так:

1) Старт с околоземной орбиты. Запуск двигателя.

2) 33 год полета, отделение первой пары баков.

3.1) 67 год полета, отделение второй пары баков.

3.2) 71 год полета, глушение двигателя. Скорость корабля — 14,500 км/с.

3.3) Разворот зонда на 180% градусов

3.4) Запуск двигателя, начало торможения.

4) 100 год полета — прибытие в пункт назначение на скорости 15-30 км/с. Сброс баков, выход на постоянную орбиту.
Проект «Longshot» был хорошо продуман во многих деталях и в целом получился реалистичнее своего предшественника. А главным его достоинством была интересная программа полета, предусматривающая торможение. И если «Дедал» создавался без прямого расчета на практическую реализацию. То Longshot надеялись построить и запустить, например, в начале 21-го века.

Этому помешало не только отсутствие необходимого количества топлива. Слабым местом зонда оказалась двигательная установка. Впоследствии выяснилось, что использовать для разогрева мишеней лазеры практически невозможно и двигатель в таком виде не заработает никогда. И хотя зонд «Longshot» остался в прошлом, идея взрыволета с термоядерным двигателем осталась и является, пожалуй, одной из самых перспективных.

Это сообщение отредактировал Elvekings - 29.06.2015 - 13:49

Проект Orion Battleship:

«Орио́н» (англ. Orion) — проект пилотируемого ядерно-импульсного космического корабля («взрыволёт») для исследования межпланетного и межзвёздного пространства, разрабатывавшийся в США в 1950—1960-х годах.

Двигатель корабля «Орион» — ядерно-импульсный, в основу его работы положено использование энергии ядерного взрыва. Из космического аппарата, в направлении, противоположном полёту, выбрасывается ядерный заряд небольшого эквивалента и подрывается на сравнительно малой дистанции от корабля (до 100 м). Заряд сконструирован таким образом, чтобы бо́льшая часть продуктов взрыва в виде расширяющегося плазменного фронта, движущегося с релятивистскими скоростями, была направлена в хвост космического корабля: где массивная отражающая плита принимает на себя импульс и передает его кораблю через систему амортизаторов (или без них — для беспилотных версий). От повреждения световой вспышкой, потоками гамма-излучения и высокотемпературной плазмой отражающая плита защищена абляционным покрытием из графитовой смазки, возобновляемым после каждого подрыва

Слишком безумно чтобы быть реализуемым? Не спешите делать выводы. Дело в том, что в концепции “взрыволета” было здравое зерно. Химические ракеты, которые и по настоящее время являются единственным средством доставки грузов в космос отличаются убойно-низким КПД. Это связано с тем, что они имеют скорость истечения реактивной массы приблизительно 3-4 км/с, что означает, что необходимо предусмотреть n ступеней в конструкции корабля, если его надо разогнать до скорости 3n км/с. Это приводит к тому, что скажем для того, чтобы доставить спускаемый аппарат с астронавтами весом в две тонны до поверхности Луны, приходится строить трехступенчатую ракету высотой 110 м и сжигать свыше 2600 тонн горючего. Подрыв же ядерного заряда в зависимости от его мощности может дать удельный импульс от 100 до 30 000 км/с, что позволяет создать корабль, чье ТТХ радикально бы превзошло всю когда-либо созданную технику.

В рамках проекта были проведены некоторые макетные испытания. В частности, эксперимент с обычными зарядами и 100 килограммовой моделью корабля показал, что такой полет может быть устойчивым. Кроме того во время ядерных испытания на атолле Эниветок покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 метрах от эпицентра взрыва. После взрыва они были найдены неповрежденными: тонкий слой графита испарился с их поверхностей, что доказало, что предложенная схема использования графитовой смазки для защиты плиты в принципе возможна.

Кроме того, своеобразный "опыт" был проведен в августе 1957 года. Во время подземных ядерных испытания в славном штате Невада, 900 килограммовая стальная плита закрывающая шахту на дне которой был взорван ядерный заряд, была буквально выброшена ударной волной в атмосферу со скоростью примерно 66 км/с (как показали замеры с камер наблюдения). Насчет дальнейшей судьбы плиты мнения расходятся – некоторые энтузиасты полагают что она стала первым сделанным человеком объектом вышедшим в космос, более реалистичный взгляд заключается в том, что она попросту сгорела в атмосфере. В любом случае, совершенно ясно что энергия ядерного взрыва позволяла достичь скоростей, несравнимых с обычными ракетами.

Самый простой вариант “Ориона” имел бы стартовую массу в 880 тонн и мог доставлять на орбиту 300 тонн груза по цене 150 $ за килограмм и 170 тонн груза на Луну (сравните с возможностями и ценой Сатурна-5). Модификация для межпланетных полетов имела бы стартовый вес в 4000 тонны при использовании бомб мощностью 0.14 килотонн и могла бы доставлять 800 тонн полезной нагрузки и 60 пассажиров к Марсу. Как показали расчеты, полет к Сатурну с возвращением на Землю продлился бы всего 3 года.

Может возникнуть резонный вопрос – как бы запускали такую махину с Земли? Первоначально «Орион» предполагалось запускать с атомного полигона Джекесс-Флетс все в том же славном штате Невада. Корабль, имеющий форму пули, устанавливался бы на 8 стартовых башнях высотой 75 метров для того, чтобы не быть повреждённым от ядерного взрыва у поверхности. При запуске каждую секунду должен был производиться один взрыв мощностью 0,1 кт. После выхода на орбиту, калибр зарядов увеличивался.

Но стоит отметить, что создатели “Ориона” не ограничивались лишь межпланетными перелетами. Фримен Дайсон предложил несколько проектов взрыволета которые могли бы использоваться для межзвездных полетов.

Расчеты Дайсона показали, что использование мегатонных водородных бомб позволило бы разогнать корабль весом 400 000 тонн до 3,3% скорости света. Из общего веса корабля на полезную нагрузку отводилось бы 50 000 тонн – все остальное на 300 000 ядерных зарядов необходимых для полета и графитовую смазку (Карл Саган кстати предложил что такой корабль был бы отличным способом избавиться от мировых запасов ядерного оружия). Полет до Альфы Центавры занял бы 130 лет. Современные же расчеты показали, что правильная конструкция корабля и зарядов позволили бы достичь где-то 8% -10% скорости света, что позволило бы долететь до ближайшей звезды за 40-45 лет. Стоимость такого проекта на середину 60-х оценивалась в 10% тогдашнего ВВП США (где-то 2.5 триллиона долларов в пересчете на наши цены).

(Макет корабля)

Это сообщение отредактировал Elvekings - 29.06.2015 - 13:54

После создания NASA, проект еще некоторое время получал небольшое финансирование, но затем был свернут. В развернувшейся в те годы борьбе идеологий победили сторонники Вернера Фон Брауна с концепцией мощных химических ракет. С тех пор, идея использования взрыволетов никогда не пользовалась серьезной поддержкой внутри агентства, что авторы "Ориона" всегда считали большой ошибкой.

Впрочем, помимо идеологии большую роль сыграл тот фактор, что создатели во многом опередили время – ни тогда, ни сейчас у человечества пока что не возникало насущной необходимости в единовременном выводе тысяч тонн груза на орбиту. К тому же, учитывая насколько сейчас популярно экологическое движение, крайне тяжело представить что какие-то политики дадут добро на такой ядерный полет. Формальная точка в истории проекта была поставлена в 1963 году, когда СССР и США подписали договор о запрещении ядерных испытаний (в том числе в воздухе и космосе). Была предпринята попытка вставить в текст специальную оговорку для кораблей вроде “Ориона”, но СССР отказался делать какие-либо исключения из общего правила.

(Насколько мне известно по проекту "Орион" в США трудилось много различных компаний, у каждой было свое некое концептуальное видение его конструкции, снизу примеры)

Это сообщение отредактировал Elvekings - 29.06.2015 - 13:54

Я все, можно пинать.

За "смерть всем". Дедал.
Daedalus — персонаж древнегреческой мифологии, выдающийся художник и инженер, считавшийся изобретателем разных инструментов, а также построивший лабиринт на острове Крит.

При такой скорости, люди в коме 50 лет должны провести?
Это же страшные перегрузки.

"Дедал" должен был быть автоматическим зондом.

Orion от General Atomics

Еще один концептуальынй рисунок по проекту Longshot

Видео полета 900-кг плиты в студию!

пока нормального (работающего) двигателя не будет, все это фантастика чистой воды

Тащемта работающие ядерные двигатели есть. Но экологии в них никакой и они под запретом.
В США это проект NERVA, а у нас РД - 0410

осталось родить концепцию анабиозной камеры и все можно посылать))

в прошлом году узнал про взрыволет) не знаю как вставить от сюда видео, но выглядит прикольно (с использованием обычной взрывчатки)
http://krasview.ru/video/553573-Vzryvolet....y_1950-yh_godov

Это сообщение отредактировал aactor - 29.06.2015 - 14:09

пока не будут освоены технологии "летающих тарелок", раздвигающих пространство и время, ждать прорывов в технологиях не стоит

Сидел и нажимал F5 все время было интересно узнать что дальше, и такая ассоциация возникла как в мультфильме "Каша из топора": "Ну чаво, ну чаво....." .... дальше то

Ну, во-первых, про человеков на борту Дедала речи и не шло ...
Во-вторых, перегрузки ощущаются только при наборе скорости ... при выходе на марш перегрузок нет ...

Так, а что там у нас с ВАРП, так и останется фантастикой?

Это сообщение отредактировал ands6 - 29.06.2015 - 14:14

перегрузки возникают при ускорении, если разгонять плавно их не будет

Где "Сокол Тысячелетия"?

Отличный аппарат для межзвездных путешествий. Для тех, кто любит космос, звезды, и темную безграничную мглу, добро пожаловать в виртуальную реальность. Всё равно в этой жизни вы наврят ли увидете это в живую, но хоть поймете поражающие объемы вселенной.