Китайські вчені поєднують електромагнітний запуск і гіперзвуковий політ, щоб створити новий спосіб відправлення людей у космос. Якщо проект буде успішним, нова технологія може в рази скоротити витрати на запуск вантажів в космос відносно поточної ціни. А ще цей проєкт здійснить мрію NASA.
По суті, мета така: використовувати гігантську електромагнітну стартову трасу для прискорення гіперзвукового літака до швидкості 1,6 Маха (приблизно 1900 км/год). Тоді літальний апарат відокремиться від направляючої, запалить двигун і увійде в ближній космос зі швидкістю, яка в сім разів перевищує швидкість звуку.
Цей космічний літак, гігант вагою 50 тонн і розмірами довший за Boeing 737, є частиною «проекту Tengyun», представленого в 2016 році, пише South China Morning Post.
Якби космічний літак пробував розігнатися до потібної швидкості силою власних двигунів, він потребував би величезної кількості палива. А щоб забезпечити безпеку під час зльоту на низькій швидкості, науковцям та інженерам довелося піти на компроміси в аеродинамічному дизайні та компонуванні двигуна, що впливає на ефективність високошвидкісного польоту.
«Технологія електромагнітного запуску є багатообіцяючим рішенням для подолання цих проблем і стала передовою стратегічною технологією, яку розробляють провідні країни світу», — каже команда під керівництвом вченого Лі Шаовея з магнітоелектричного головного відділу Китайської аерокосмічної науково-промислової корпорації ( CASIC) Flight Vehicle Technology Research Institute.
Щоб перевірити цю теорію, CASIC, один із провідних аерокосмічних і оборонних підрядників Китаю, побудував 2-кілометрову високошвидкісну магнітнолевітаційну випробувальну установку з низьким вакуумом у промисловому центрі Датун, провінція Шаньсі.
Ця установка може рухати важкий об’єкт до швидкості, яка наближається до 1000 км/год – близько до швидкості звуку (приблизно 0,9 Маха). У найближчі роки довжина випробувальної лінії буде збільшена, щоб досягти максимальної робочої швидкості 5000 км/год.
Це найамбітніша електромагнітна силова установка на планеті, яка готова підтримувати розвиток високошвидкісних залізниць наступного покоління та збирати життєво важливі наукові та інженерні дані для проекту космічного електромагнітного запуску.
Тим часом у Цзінані, столиці східної провінції Шаньдун, під наглядом Академії наук Китаю (CAS) також працює ще одна гігантська маглев-траса для підтримки експериментів із надшвидкісними електромагнітними санчатами.
Китай не перша країна, яка запропонувала електромагнітну систему космічного запуску. Такі концепції витають з часів холодної війни.
У 1990-х роках НАСА намагалося втілити цю ідею з паперу в реальність, першим кроком було будівництво міні-лінії для тестування 15 метрів.
Однак через недостатнє фінансування та технічні труднощі фактична довжина завершеної траси була менше 10 метрів. Згодом проект було скасовано, а уряд і військові лідери перенаправили ресурси на розробку технології низькошвидкісної електромагнітної катапульти для авіаносців.
Але USS Ford, перший авіаносець, оснащений цією новою технологією, зіткнувся з проблемами. Фактична продуктивність електромагнітних катапульт була набагато нижчою за ефективність їхніх традиційних парових аналогів.
Військово-морські сили США також публічно визнали, що надмірно висока частота відмов електромагнітної катапультної системи Ford призвела до зниження боєздатності всієї авіаносної ударної групи.
Через значні недоліки в технології електромагнітного запуску американські військові відмовилися від розробки деяких пов’язаних проектів, таких як залізничні гармати, і перемістили заощаджене фінансування на гіперзвукові ракети.
Тепер Китай підхопив естафету. Тим не менш, Лі та його колеги обережні.
На ранніх етапах своїх досліджень вони виявили дивовижне упущення NASA: жодних випробувань в аеродинамічній трубі ніколи не проводилося, щоб переконатися в життєздатності відриву космічного літака від направляючого треку.
Початкова ідея NASA полягала в тому, що прискорення космічного човника лише до 700 км/год було б достатнім, щоб усунути потребу в першому ступені ракети, але китайські вчені вважають, що ця швидкість занадто низька.
Однак зі збільшенням швидкості повітряний потік між літальним апаратом, електромагнітними санчатами, що його несуть, і землею стає дуже інтенсивним і складним. Тому одна з перших речей, яку команда проекту повинна підтвердити, це те, що літак зможе безпечно відірватися від траси.
З цією метою команда Лі провела масштабне комп’ютерне моделювання та випробування в аеродинамічній трубі. Їхні висновки показали, що коли літак долає звукової швидкості, численні ударні хвилі проходять уздовж його нижньої частини, стикаючись із землею та створюючи каскад відображень.
Ці ударні хвилі порушують повітряний потік, створюючи зони дозвукового повітряного потоку серед літака, електромагнітних саней і треку.
Коли санки досягають цільової швидкості, відпускають літальний апарат і різко гальмують, хаотичний повітряний потік спочатку піднімає корабель, щоб лише через чотири секунди перенаправити тягу вниз.
Якщо на борту були пасажири, вони могли відчути короткочасне запаморочення або стан невагомості. Але зі збільшенням відстані між літаком і трасою інтенсивність повітряного потоку зменшується до повного зникнення. У супроводі реву двигуна літальний апарат переходить у фазу швидкого набору висоти.
Деякі секції корабля потребують посилення, щоб витримати відбиті ударні хвилі. Також необхідні подальші тести в реальних умовах. Але в цілому цей підхід безпечний і можливий, пише команда Лі в статті.
У той час як багаторазові ракети SpaceX скоротили витрати на запуск супутників до 3000 доларів США/кг, деякі вчені підрахували, що електромагнітна система космічного запуску може знизити ці витрати лише до 60 доларів США/кг.
