Искусственные внешние ресурсы для освоения космоса - Алексей Леонидович Полюх

пор не используется из-за очень большого ускорения, заведомо смертельного для человека.

По сути, это "катапульта наоборот", которая катапультирует сама себя. При этом затраты энергии меньше, чем у обычной стационарной катапульты, за счёт повторной утилизации и использования энергии при прыжках.

Попытки создать подобный транспорт предпринимались ещё 100–120 лет назад, но для перевозки пассажиров он абсолютно непригоден. Уже для прыжка на 3 метра требуется ускорение до 10g, которое человек не переносит. Из-за этого данное направление прочно забыто, но в связи с появлением мобильных роботов и автономных транспортных устройств, а также новых материалов и технологий, о нём не мешает вспомнить.

При наличии эффективного газового амортизатора, мобильный робот мог бы совершать прыжки с начальной скоростью 200–300 м/с, что для Луны даст дальность прыжка 20–30 километров при высоте подъёма 10–15 км. Правда, при длине штока амортизатора в 1 м, ускорение при прыжках превысит 1000g, но это не запредельно много. Для перевозки грузов этот транспорт не очень удобен, но для разведки практически безальтернативен.

На Земле прыгающие мобильные роботы могли бы прыгать на 1–2 км; а при последующем планировании по принципу кузнечика, до 10 км, что ставит их вне конкуренции с большинством существующих аппаратов, особенно в труднопроходимой и горной местности. С военной точки зрения, такие машины могут иметь исключительное сочетание эффективности и трудноуязвимости для существующих средств обнаружения и перехвата.

9.6 Лунный вертолёт с бесконечной дальностью полёта (тип III).

Во всех предыдущих вариантах машина должна была периодически садиться на грунт, чтобы опираться на него в тот момент, когда подбрасывает вверх груз, передавая ему импульс, достаточный для последующего полёта всей системы в течении десятков или сотен секунд.

Но теперь у нас есть прыгуны — по сути, грузы, способные подбрасывать себя сами. Они, конечно, должны в этот момент опираться на грунт, но самой машине больше не требуется касаться грунта, никогда.

Возьмём вагончик, весом 800 кг, и прицепим к нему длинными тросами два прыгохода весом по 100 кг, способных подпрыгивать на лунном грунте с начальной скоростью 100 м/с, и при каждом следующем прыжке повторно утилизировать 90 % своей кинетической энергии с помощью газового амортизатора.

Пусть для удержания веса машины при её равномерном движении на заданной высоте в любой момент времени используется только один груз; (второй в это время "отдыхает" на грунте или летит по инерции, без тянущего усилия, приложенного к тросу).

Тогда "рабочий" груз будет испытывать направленное вниз ускорение 10*Л ≈ 20 м/с2, (где Л — ускорение свободного падения на Луне).

При начальной скорости 100 м/с, груз имеет удельную кинетическую энергию 5 кДж/кг, и при массе 100 кг начальную энергию 500 кДж, придаваемую ему активным газовым амортизатором. При этом, безвозвратно теряется только 10 % этой энергии, то есть 50 кДж за 1 цикл использования груза.

При свободном полёте груз летел бы вверх более 50 секунд, но при ускорении 20 м/с2, полёт вверх и вниз займёт 5+5 = 10 секунд, и высота подъёма составит всего 250 метров (соответственно, потребуется трос такой длины).

За эти 10 секунд затрачивается энергия 50 кДж, т. е. расходуемая машиной в полёте мощность составляет 5 кВт. При общей массе в тонну.

5 Вт/кг массы машины, верьте своим глазам.

Мы здесь считаем, что сначала, при торможении груза и вытягивании троса, энергия без потерь накапливается приводом лебёдки, потом снова сообщается грузу при его ускорении в низ, и потом частично (на 90 %) утилизируется и повторно используется активным амортизатором при ударе о грунт и новом прыжке.

Даже в том случае, если торможение троса осуществляется полностью пассивно (то есть с безвозвратным рассеиванием энергии в тепло), и общий расход энергии на 1 цикл возрастёт в 10 раз, то есть до 500 кДж/цикл, потребляемая мощность в полёте составит всего 50 Вт/кг веса машины, что всё ещё на порядок меньше, чем у летательных аппаратов с воздушными винтами в земной атмосфере.

Отчасти такое малое энергопотребление объясняется меньшей гравитацией, но, помимо этого, сам принцип передвижения в какой-то мере ближе к шагающим машинам, нежели к летающим, и поэтому экономичнее.

В наиболее экономичном варианте, то есть при расходуемой мощности порядка 10 Вт/кг веса машины в полёте, высоте полета до 100 м и скорости горизонтального перемещения 50–70 м/с, такой аппарат сможет лететь на одной зарядке аккумулятора до 10 часов, и пролетит 2–3 тысячи километров.

Если увеличить начальную скорость грузов (прыгунов) до 200–300 м/с, то горизонтальная скорость полёта тоже возрастёт в 2–3 раза. Время одного цикла увеличится до 20–30 секунд, а высота полёта до 500-1000 м.

При этом кинетическая энергия грузов, и соответственно расход энергии на 1 цикл, возрастут в 5-10 раз, пропорционально квадрату скорости; но расход энергии в единицу времени увеличится только в 2–3 раза (пропорционально скорости в 1 степени). Соответственно, такой аппарат сможет на одной зарядке аккумулятора пролететь те же 2–3 тысячи километров, но за 3–5 часов.

На Земле использование таких машин тоже возможно, и они могут занять нишу сверхтяжёлых вертолётов для ряда применений в транспорте и строительстве. У них не только на порядок ниже энергопотребление в полёте, чем у машин с воздушными винтами; важно также то, что удельное энергопотребление на единицу массы вообще не зависит от массы машины. Совсем не зависит. Не входит в выражение. 1000 тонн, 10 тысяч, тоннаж океанского сухогруза или танкера — фактически предела нет, выдержала бы поверхность опоры, (площадь которой можно увеличить, а нагрузку равномерно распределить по времени, так что "опираться" можно даже на водную поверхность, при желании). Это один из реальных вариантов океанского корабля, который при необходимости сможет пересечь континент, с гораздо меньшими разрушениями, чем при использовании воздушной подушки, меньшим энергопотреблением и шумом. Для опоры на грунт ему потребуется цепочка относительно небольших площадок с расстоянием несколько сотен метров между ними, примерно как для очень длинноногой шагающей машины, но корпус при этом может находиться на высоте метров 500, так что такая машина сможет пересекать леса, водоёмы и холмы среднего размера, не касаясь их.

Грустно признавать, но военное применение тоже возможно.

9.7 Катапультный лифт (дедушка орбитального лифта).

От автономных аппаратов вернёмся снова к стационарной катапульте. Как бы нам кого-нибудь всё-таки запустить из пушки, несмотря на 10000g…

Наверняка такая идея когда-то высказывалась. Над ней даже смеялись сатирики 18–19 века, и хотя сам первоисточник до нас не дошёл, он явно был.

Суть в том, что мы не можем выстрелить из пушки человека. Но если сначала выстрелить массивным ядром, а потом привязать к нему верёвочку — либо достаточно длинную и эластичную (вариант 1), либо