|
Современные пассажирские реактивные самолеты летают на высоте 10 км со скоростью примерно 950 км/час. Это факт. И на этой высоте небо достаточно загружено. А ниже и выше - свободно. Объясняется этот факт просто - на этой высоте еще достаточно кислорода для работы турбин и при этом минимальное сопротивление воздуха. Если высоту набрать - двигатели начнут задыхаться, а если лететь ниже - расход топлива резко увеличится из-за сопротивления воздуха.
Нет, есть еще турбовинтовые самолеты. Там тягу создает не столько реактивная струя, сколько пропеллер. Они используются на местных авиалиниях. У таких самолетов оптимальная высота - 7 км.
Вот в два этажа все (за редким исключением) и летают. На 10 км чуть ли не пробки, на 7 км почти пусто. Ниже - нет вообще практически никого - легкие пропеллерные самолетики, фермерская авиация, спротсмены немножко.
Нет, военные истребители имеют потолок около 20 км, легендарные разведчики добираются и до 26 км. На таких высотах для создания достаточной подъемной силы в разреженном воздухе нужно развить скорость в 3 Маха (три скорости звука). При этом двигатели дышат на пределе возможности, а элементы корпуса от трения воздуха разогреваются выше 300°С.
Еще на аэростате можно подняться почти до 40 км. Но на нем регулярные рейсы не организуешь. Так, покататься. Выше - только спутники, но они гораздо дальше. Геостационарные - 36 тыс км, спутники GPS - 20 тыс.км. Даже МКС, которая классифицируется как низкоорбитальная это - чуть выше 400 км. Ибо спутникам ниже 100 км опускаться нельзя - остатки атмосферы в течении нескольких дней или недель затормозят спутник и он сгорит в "плотных слоях атмосферы", которые начинаются с 50-70 км.
Отсюда вывод. Нужен гиперзвуковой полет, со скоростью полета порядка 30М (первая космическая скорость), достаточная для выхода на орбиту. Одна из последних представленный общественности прототипов - Skylon.
Главная проблема гиперзвукового полета - это не опора для крыльев. И не нехватка воздуха для двигателя. В конце концов, можно построить крупные воздухозаборники, которые будут разбивать гиперзвуковой поток на входе, собирать его и подавать в двигатель. Здесь-то и начинаются проблемы!
Газ при сжимании нагревается. Пользовались ручным насосом? Качнешь несколько раз, а он уже горячий. В гиперзвуковом самолета при сжатии разреженного воздуха с температурой -50°С, он разогревается примерно до 1000°С. А реактивный двигатель работает фактически за счет разницы температур входящего и выходящего воздуха, поэтому тяга падает чуть не до нуля. Для Skylon разработали новый тип двигателя, под названием SABRE. Производство его обещают к 2017 году.
Такой движок работает на водороде. Сжиженый водород имеет температуру -140°С - и должен не только сжигаться в двигателе, но и через систему тонких трубочек должен за 0.01 секунды охладить входящий воздух с 1000°С до этих самых -140°С. Тонкие трубочки - это с диаметром 0.1 мм и с толщиной стенок меньше человеческого волоса. Гланая проблема в этом случае - избегание намерзания водяного пара. Изобретатели двигателя хранят в секрете технологию ненамерзания, но испытание прототипа двигателя прошло - и прошло успешно.
Такой двигатель позволяет разогнаться только до 5.5М. Далее у разработчиков есть планы построить вариант движка, в котором после набора высоты закроется и вместо атмосферного воздуха в двигатель пойдет кислород, запасенный в баках. И вот это уже и будет орбитальный самолет. Он сможет самостоятельно взлететь с аэродрома, не теряя разгонные ступени на ходу, выйти на орбиту и приземлиться как обычный самолет.
По расчетам разработчиков Skylon стоимость вывода килограмма груза на околоземную орбиту упадет с сегодняшних 10-14 тыс долларов почти до 500 долларов. А это уже сравнимо со стоимостью дальнего рейса на самолете - то есть доступно огромным массам людей. Вот тогда-то мы и сможем слетать в космос на уик-энд.
|
