(бывший ведущий инженер конструктор (разработчик))

Можно ли преодолеть тупик в космонавтике?

Что пишут?

В настоящее время существует много художественных фильмов о начале переселения на другие планеты. Целый ряд государств декларирует в своих космических программах создание обитаемых станций на Луне, Марсе. Принимаются законы о разрешении добычи полезных ископаемых на астероидах и на планетах Солнечной системы. Осуществляют продажу Лунных и Марсианских участков. На большом количестве интернет сайтов обсуждают, как все необходимо сделать. У обычного человека складывается впечатление, что вот- вот что-то произойдет. И масса людей ринутся в космос для осуществления экономической деятельности в далеких уголках Солнечной системы и создании там поселений. Начинающийся процесс исчерпания земных ископаемых ресурсов будет преодолен за счет неограниченных ресурсов Солнечной системы. На земле прекратятся локальные войны, конечная цель которых распоряжение земными ресурсами. Наступит время благоденствия на земле.

Что в реальности?

Попробуем по-другому посмотреть на то, что происходит в космонавтике, сняв розовые очки. Наиболее крупная программа связана с международной космической станцией (МКС). Станция находится на расстояние ~ 400 км от поверхности земли. Доставку 3-х человек осуществляет ракета носитель и космический корабль. При возвращении на землю доставляется 3 человека. Спускаемая капсула повторно не может быть использована. Доставленная масса для повторного использования ~0.5 тонны, в основном это космонавты. Так происходит космический полет с использованием ракеты "Союз" массой ~300 тонн. Стоимость запуска с массой космического корабля ~10т колеблется от 40 - 60 миллионов долларов, или по курсу 60 к 1, 2400 - 3600 млн. рублей. Возьмем среднюю стоимость запуска 3000милионов рублей.

С другой стороны если читатель приобретает машину за 1милион рублей, то ему не составляет труда проехать 400 км туда и обратно. Стоимость топлива для одной поездки ничтожна по сравнению со стоимостью машины. При этом машина сохраняется целиком и сохраняет возможность многократного дальнейшего использования.

То есть при одинаковой задаче перемещения и возврата экипажа на расстояние 400 км имеем:

-для космического полета уничтожение 310 тонн сложно-технологического оборудования и материалов стоимостью 3000млн. рублей.

-для поездки на автомобиле 1млн. рублей, автомобиль в последующем может многократно использоваться.

Несомненно, каждый из читателей скажет, почему все не просто и почему сравнение не корректно. Да со многими доводами я заочно соглашусь. Но ведь вначале мы говорили о том, что некоторые страны собираются заниматься экономической деятельностью в достаточно далеком космосе, даже не на орбите земли.

Если на орбите земли был бы золотой астероид вместо МКС и космонавты привезли бы 200 кг золота. То по цене 2500руб за 1 грамм стоимость груза была всего 500 млн. рублей. С экономической точки зрения чрезвычайно убыточное предприятие. Стоимость затрат в 6 раз больше стоимости результата.

С экономической точки зрения это тупик!

В чем причина?

Причина банальна, это принцип реактивного движения за счет только собственных ресурсов космической ракеты. В природе, по крайней мере на Земле и в Солнечной системе, для перемещения этот принцип не используется.

Посчитаем энергетическую эффективность. Топлива на ракете союз ~155тонн керосина, с энергосодержанием 4,3 *10^7 Дж/кг. Итого энергии на старте имеем 666*10^10 Дж. Кинетическая энергия космического корабля массой 10 тонн со скоростью 7.5 км/сек равна 28 *10^10 Дж, что составляет 4.2% или примерно 1/24 часть от исходной энергии. Это в два раза больше, чем у печально известных ракет ФАУ-2.

В автомобильных бензиновых двигателях энергия топлива используется на 20-30 % при преобразовании в кинетическую энергию. Что в 5-7 раз больше. В некоторых дизельных двигателях достигает 50%. На ряде тепловых станций энергия топлива используется до 70% при преобразовании в электрическую энергию.

Если бы иметь космический двигатель (движитель) с таким же свойством как у дизеля, то в этом случае доставка золота с орбиты уже была бы прибыльной. Так как при такой эффективности движителя затраты меньше результата по стоимости.

Какой выход?

Продвинутые читатели скажут, никакой новизны не написано, это давно известно. С этим полностью надо согласиться. Правда нет никакой новизны и в том, что альтернатива давно известна. Первым про это говорил Н.Тесла, но он считал это опасным для человечества и деталей не раскрывал. Для этих целей он предполагал использовать радиоэлектронные устройства.

Многие скажут фантастика. Нет не фантастика. Большинству людей одно из таких устройств знакомо, это антенна. Если излучающая антенна имеет свойства направленности, то она обладает и свойством ракетного движителя. Другое устройство -лазерная указка. И то и другое устройство работает на принципе реактивного движения. Многие специалисты будут не согласны, но если рассматривать происходящие процессы по существу, то они в конечном итоге соглашаются. Но эффективность этих движителей, применяющих другую физическую основу, значительно хуже, чем у ракетных двигателей. Казалось бы снова тупик.

Но ведь мы, на самом деле, увидели подобие, и многие не могут понять, что это очень существенно.

Один принцип реактивного движения реализуется устройствами, построенными на разной физической основе. А раз это так, то возможно построить аналоги других движителей, не применяющих принцип реактивного движения. Вот это пытался сказать Н.Тесла в своей публичной статье в начале прошлого века. Были и его последователи. В конце советского периода такие устройства (не антенны) начали реализовывать в виде макетов для демонстрации возможности. Например: пондеролет Игнатьева Г.Ф., построенный на электромагнитных эффектах и являющийся аналогом воздушного винта в гидродинамике. С развалом СССР почти все было забыто, хотя остались еще старые специалисты, понимающие в каком направлении нужно двигаться.

По их оценке, для некоторых конструкций, можно ожидать эффективность преобразования электрической энергии в кинетическую стремящуюся к 100%.

С учетом преобразования химической энергии в электрическую, общий результат может быть около 50%. А это уже другое качество движителя для нужд космонавтики, которое приоткрывает дверь для экономической деятельности в Солнечной системе.

Почему не делаем?

Вопрос по существу. Чтобы воспользоваться новым принципом, надо сформировать целое направление инженерно-конструкторской и научной деятельности. Создание нового вида космического транспорта, это задача сравнимая с планом ГОЭЛРО в начале прошлого века. План ГОЭЛРО стал основой стремительного экономического роста на многие десятилетия по разным направления народного хозяйства СССР.

Что бы ответить на вопрос, надо понять, а это кому надо?

Крупные предприниматели (по старой классификации капиталисты) могут заинтересоваться? Нет! Так как прибыль нельзя ожидать в ближайшие годы. Иначе бы уже большинство населения ездило на современных Ё-мобилях.

Может нужно государству? Потенциально - да, так как растут внешние вызовы, а по существу нет. Оно себя заформализовало различными законами так, что может принять решение только если что-то произойдет. Например "жареный петух" клюнет.

Может запад нам поможет? Может быть. В открытой печати опубликовано, что в НАСА, Китае и Германии такие работы проводятся. Пока только эффект подтвержден. Как говорил один специалист, им мешает теория струн, но они ведь могут и без теории нащупать направление в котором надо двигаться. Что тогда будем делать? Ясно что, опять будем догонять. Правда, различные приоритеты уже будут не за нами.

Что делать?

Извечный русский вопрос и ответа я не знаю. Я знаю другое, что начались процессы которые приведут к тому, что в учебниках знания будут заменяться на информацию, а затем информация на сказки. В отдельных странах этот процесс идет ускоренно. Если это не приостановить, то и сделать ничего через некоторое время будет невозможно.

Может мудрый и энергичный читатель знает что делать?

Используемые источники.

Гейгель. Наука логики. Москва. Мысль. 1970г. перевод.

Максвелл Д.К. "Трактат об электричестве и магнетизме". Москва. Наука. 1989г. перевод.

С.Г. Калашников. Электричество. 1956г.

Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Справочник по физике. Наука. Москва. 1968г.

Милн-Томпсон. Теоретическая гидродинамика. Мир. Москва. 1964г. перевод.

Переводы трудов Николы Тесла.

ru.wikipedia.org

lenta.ru

другие интернет сайты и книги.