Технические науки /4. Транспорт

Научный руководитель: Жумабаев Б.С.

Нурмагамбетов А.М.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Космический транспорт

Начало каждого века характеризуется освоением новых видов транспортных средств. Если в начале XIX-го века наблюдалось интенсивное развитие теплотехники и как следствие паровозостроения, то начало XX-го века ознаменовалось появлением воздухоплавания и развитием авиации.

В начале XXI-го века в мире резко возрос интерес к разработке принципиально новых транспортных средств, в частности, использующих неизвестные ранее эффекты взаимодействия с гравитационным полем планеты. Высокая сложность эксплуатации и катастрофы, сопровождающие полеты кораблей многоразового пользования, снизили их экономическую эффективность до уровня морально устаревших ракет одноразового применения. Это сдерживает эффективное освоение космического пространства и развитие новых видов авиационного транспорта. Поэтому актуальность разработки принципиально новых способов полета достаточно высока [1].

Многообразие типов созданных ракет-носителей с грузоподъемностью от нескольких сот килограммов до более 100 т, а также опыт их эксплуатации позволяют проследить прогресс в достижении и совершенствовании характеристик ракет-носителей и одновременно недостатки, присущие этим транспортным средствам. За период развития ТКС существенно повысилась их массовая отдача по полезной нагрузке. Если первые высотные метеорологические ракеты расходовали многие сотни килограммов топлива на каждый килограмм полезной нагрузки, то ракета «Скаут» периода 1950-х годов расходовала уже 115 кг твердого топлива на 1 кг выводимого полезного груза, а ракета-носитель «Сатурн-5» сократила расход топлива до 20 кг на 1 кг полезного груза [1].

Факторами, препятствующими широкому использованию ракетно-космической техники, продолжают оставаться высокая стоимость как средств выведения, так и самой полезной нагрузки, а также необходимость в привлечении больших производственных мощностей для их изготовления. Кроме того, при эксплуатации современных ракет-носителей требуется иметь зоны отчуждения, т. е. свободные от судоходства акватории Мирового океана или неиспользуемые территории суши, предназначенные для падения отработавших ступеней, что со временем становится все более затруднительным из-за интенсивно развивающейся хозяйственной деятельности человека, захватывающей все новые территории [2].

Еще одной проблемой является засорение околоземного космического пространства отработавшими верхними ступенями ракет-носителей и окончившими свой срок активного существования космическими аппаратами. В настоящее время в космосе находится несколько тысяч таких объектов, число их растет, и возрастающая засоренность космоса начинает вызывать беспокойство. От падающих остатков таких космических объектов нас защищает плотный слой атмосферы, в котором они сгорают. Но они становятся опасными для авиации, особенно для сверхзвуковых транспортных реактивные самолетов, летающих на больших высотах (до 18 км), где кинетическая энергия падающих обломков еще не успевает рассеяться.

На основании анализа истории и особенности развития космического транспорта можно выделить следующие основные недостаточно разрешенные вопросы:

1. Недостаточно изучены методы, позволяющие снизить концентрацию вредных компонентов отработавших газов энергетических установок;

2. Практически отсутствуют эффективные рекомендации по снижению загрязнения атмосферы вредными веществами отработавших газов энергетических установок транспортной техники.

Вариант запуска ракеты с космодрома имеет внушительное количество недостатков. Одной из главных проблем является огромный объём топлива, необходимого для преодоления ракетой земного притяжения и ускорения свободного падения, равного у Земли приблизительно 9,8 м/с2. Во время подъёма ракеты на первые 10 километров, тратится половина её топливной энергии. К тому же, при сгорании топлива, в состав которого входит много нефтепродуктов (керосин, водород и др.), выделяется громадное количество веществ (газообразных выбросов), загрязняющих окружающую среду, и образуются твердые отходы в виде отработавших элементов конструкции. Разработка новых способов выведения космических аппаратов на орбиту актуален вообще и в частности для центрального Казахстана, в котором находится космодром Байконур.

Ракета-носитель серии "Протон" относится к тяжелому классу и имеет три ступени разгона. Стартовая масса - 700 тонн. В качестве компонентов топлива во всех ступенях ракеты используется несимметричный диметилгидразин (НДМГ, также известный как гептил). Гептил (1,2-несимметричный диметилгидразин, НДМГ) представляет из себя токсин 1-го класса опасности. При содержании в воздухе количества гептила 0,01 мг/л через несколько минут возникает тяжелое отравление. Таким образом, идет постепенное загрязнение всеми компонентами ракетного топлива окружающей среды вдоль трасс полета ракет. Загрязнение огромных территорий нарастает с каждым запуском [3].

Вариант запуска ракеты с космодрома уже постепенно теряет свою рентабельность и необходимость, как единственный вариант запуска. Необходимо что-то более мобильное, дешёвое, актуальное и перспективное.

Литература:

1. Скуридин Г.А. Космическая физика и космические аппараты. – М.: Знание, 1970.

2. Пронин Л.Н. Ракеты для космических исследований. – М.: Воениздат, 1973.

3. Успехи СССР в исследовании космического пространства. – М.: Наука, 1968.