Китайские ученые совмещают электромагнитный запуск и гиперзвуковой полет, чтобы создать новый способ отправки людей в космос. Если проект будет успешным, новая технология может в разы сократить затраты на запуск грузов в космос по отношению к текущей цене. А еще этот проект осуществит мечту NASA.
По сути цель такова: использовать гигантскую электромагнитную стартовую трассу для ускорения гиперзвукового самолета до скорости 1,6 Маха (примерно 1900 км/ч). Тогда летательный аппарат отделится от направляющей, зажжет двигатель и войдет в ближний космос со скоростью, в семь раз превышающей скорость звука.
Этот космический самолет, гигант весом 50 тонн и размерами длиннее Boeing 737, является частью «проекта Tengyun», представленного в 2016 году, пишет South China Morning Post.
Если бы космический самолет пытался разогнаться до нужной скорости силой собственных двигателей, он потребовал бы огромного количества топлива. Чтобы обеспечить безопасность во время взлета на низкой скорости, ученым и инженерам пришлось пойти на компромиссы в аэродинамическом дизайне и компоновке двигателя, что влияет на эффективность высокоскоростного полета.
«Технология электромагнитного запуска является многообещающим решением для преодоления этих проблем и стала передовой стратегической технологией, разрабатываемой ведущими странами мира», — говорит команда под руководством ученого Ли Шаовея из магнитоэлектрического главного отдела Китайской аэрокосмической научно-промышленной корпорации (CASIC) Flight .
Чтобы проверить эту теорию, CASIC, один из ведущих аэрокосмических и оборонных подрядчиков Китая, построил 2-километровую высокоскоростную магнитолевитационную испытательную установку с низким вакуумом в промышленном центре Датун, провинция Шаньси.
Эта установка может двигать тяжелый объект к скорости, приближающейся к 1000 км/ч – близко к скорости звука (приблизительно 0,9 Маха). В ближайшие годы протяженность испытательной линии будет увеличена, чтобы достичь максимальной рабочей скорости 5000 км/ч.
Это самая амбициозная электромагнитная силовая установка на планете, которая готова поддерживать развитие высокоскоростных железных дорог следующего поколения и собирать жизненно важные научные и инженерные данные для проекта космического электромагнитного запуска.
Между тем, в Цзинане, столице восточной провинции Шаньдун, под наблюдением Академии наук Китая (CAS) также работает еще одна гигантская маглев-трасса для поддержки экспериментов со сверхскоростными электромагнитными санками.
Китай не первая страна, предложившая электромагнитную систему космического запуска. Такие концепции витают со времен холодной войны.
В 1990-х годах НАСА пыталось воплотить эту идею из бумаги в реальность, первым шагом было строительство мини-линии для тестирования 15 метров.
Однако из-за недостаточного финансирования и технических затруднений фактическая длина завершенной трассы была меньше 10 метров. Впоследствии проект был упразднен, а правительство и военные лидеры перенаправили ресурсы на разработку технологии низкоскоростной электромагнитной катапульты для авианосцев.
Но USS Ford, первый авианосец, оснащенный этой новой технологией, столкнулся с проблемами. Фактическая производительность электромагнитных катапульт была намного ниже эффективности их традиционных паровых аналогов.
Военно-морские силы также публично признали, что чрезмерно высокая частота отказов электромагнитной катапультной системы Ford привела к снижению боеспособности всей авианосной ударной группы.
Из-за значительных недостатков в технологии электромагнитного запуска американские военные отказались от разработки некоторых связанных проектов, таких как железнодорожные пушки, и переместили экономное финансирование на гиперзвуковые ракеты.
Теперь Китай подхватил эстафету. Тем не менее, Ли и его коллеги осторожны.
На ранних этапах своих исследований они обнаружили удивительное упущение NASA: никаких испытаний в аэродинамической трубе никогда не проводилось, чтобы убедиться в жизнеспособности отрыва космического самолета от направляющего трека.
Начальная идея NASA заключалась в том, что ускорение космического челнока лишь до 700 км/ч было бы достаточным, чтобы устранить потребность в первой ступени ракеты, но китайские ученые считают, что эта скорость слишком низкая.
Однако с увеличением скорости воздушный поток между летательным аппаратом, несущими его электромагнитными санками и землей становится очень интенсивным и сложным. Поэтому одна из первых вещей, которую команда проекта должна подтвердить, это то, что самолет сможет безопасно оторваться от трассы.
С этой целью команда Ли провела масштабное компьютерное моделирование и испытание в аэродинамической трубе. Их выводы показали, что когда самолет преодолевает звуковую скорость, многочисленные ударные волны проходят вдоль его нижней части, соприкасаясь с землей и создавая каскад отражений.
Эти ударные волны нарушают воздушный поток, создавая зоны дозвукового воздушного потока посреди самолета, электромагнитных саней и трека.
Когда санки достигают целевой скорости, отпускают летательный аппарат и резко тормозят, хаотичный воздушный поток сначала поднимает корабль, чтобы через четыре секунды перенаправить тягу вниз.
Если на борту находились пассажиры, они могли почувствовать кратковременное головокружение или состояние невесомости. Но при увеличении расстояния между самолетом и трассой интенсивность воздушного потока уменьшается до полного исчезновения. В сопровождении рева двигателя летательный аппарат переходит в фазу быстрого набора высоты.
Некоторые секции корабля нуждаются в усилении, чтобы выдержать отраженные ударные волны. Также необходимы дальнейшие тесты в реальных условиях. Но в целом этот подход безопасен и возможен, пишет команда Ли в статье.
В то время как многократные ракеты SpaceX сократили расходы по запуску спутников до 3000 долларов США/кг, некоторые ученые подсчитали, что электромагнитная система космического запуска может снизить эти расходы лишь до 60 долларов США/кг.
