Искусственные внешние ресурсы для освоения космоса - Алексей Леонидович Полюх

бегом. Когда тот отбежит настолько, что резинка натянется, отпускает БЛА. Идеально было бы, конечно, чтобы рядовой Иванов двигался под углом вверх, или хотя бы влез на дерево. Или, можно сначала прикрепить конец резинки (без Иванова) к верхушке дерева или столба, и пятиться вдвоём до тех пор, пока сила растяжения резинки не станет достаточной для запуска.

Возможны более гуманные, и грузоподъёмные, варианты: трос можно привязать к едущему автомобилю, или скоростной лебёдке; в качестве лебёдки может использоваться вращающееся колесо автомобиля, блок, привязанный к едущему автомобилю, и т. д. При минимуме фантазии, можно запустить предмет весом до 1 тонны со скоростью 50 м/с.

9.8 Лунный вертолёт IV типа (с круговым движением груза).

До сих пор мы рассматривали передачу импульса от балластного груза ускоряемому аппарату в основном вдоль самого вектора импульса: либо при растяжении резинки, либо вдоль троса при его вытягивании с очень значительным изменением длины. Это самый прямой и быстрый способ передать импульс от одного тела другому, но не единственный. Минус такой схемы в том, что во время обмена импульсом кинетическая энергия системы значительно изменяется, и избыток этой энергии либо должен где-то временно накапливаться в другой форме, что требует наличия массивных вспомогательных устройств, либо рассеиваться в тепло, что тоже требует специальных устройств, хотя и меньшей массы.

То есть, ранее рассмотренная схема оптимальна с силовой точки зрения, но плоха с энергетической.

Возьмём теперь 2 тела равной массы, и соединим их жёстким тросом, причём они сразу будут находится на максимальном расстоянии друг от друга, то есть трос сразу растянут на всю длину и жестко прикреплён к обоим телам. Пусть вначале оба тела лежат на горизонтальной плоскости.

Посередине троса прицепим жёлтый флажок, обозначив центр масс.

Придадим одному грузу толчком импульс, направленный перпендикулярно тросу; собственно, подбросим его вверх. Мы знаем, что это можно сделать либо с помощью стационарной пушки или катапульты, со скоростью более 1 км/с, (либо груз может подпрыгнуть "сам", но тогда скорость будет на порядок меньше).

Общий импульс системы будет вначале сосредоточен в первом грузе, и центр масс (жёлтый флажок) станет подниматься вертикально вверх, со скоростью в половину начальной скорости первого груза (если пренебрегать массой троса). Если не рассматривать пока внешние силы, то движение жёлтого флажка всегда будет равномерным и прямолинейным, с постоянной скоростью. Грузы же начнут тянуть друг друга вдоль троса, антисимметрично изменяя как (поначалу) только горизонтальную составляющую скорости, так и, далее, вертикальную, испытывая, таким образом, центростремительное ускорение, и через него обмениваясь импульсом. То есть, будут равномерно вращаться вокруг общего центра масс с половиной начальной линейной скорости первого груза. Причём, через 1/2 оборота они полностью обменяются импульсом, так что первый груз остановится, а второй приобретёт максимальную скорость. Если теперь просто отцепить первый груз вместе с тросом, то он останется на месте (можно так подобрать соотношение масс, что и трос тоже останется почти неподвижен), а второй продолжит полёт с максимальной начальной скоростью, и (почти) всей первоначальной кинетической энергией).

С силовой точки зрения, вариант с круговым движением хуже рассмотренного вначале прямолинейного: при той же линейной скорости и длине троса, ускорение в 4 раза больше, и непостоянно по направлению, а время полного обмена импульсом больше втрое. Но зато, нет потерь кинетической энергией, так как она вообще не изменяется, и нет устройств для сматывания-разматывания троса, так как он всегда натянут во всю длину. С точки зрения сохранения энергии, эта система идеальна.

Для пассажиров более комфортным будет линейный вариант; но для достижения максимальной скорости более эффективен круговой, так как он позволяет максимально использовать прочность троса. При прочности 10ГПа можно разогнать второй груз до 2–2,5 км/с, и не только вывести его на орбиту вокруг Луны, но и отправить на Землю. Это уже вполне взрослый племянник орбитального лифта.

По сути, только что мы рассмотрели старт лунного самолёта;

Если же говорить про машины для длительного горизонтального полёта на небольших высотах и скоростях ("вертолёты"), то для них тоже можно эффективно применить "прыгунов" с круговыми движениями на жёстких тросах постоянной длины, только их должно быть чётное количество, не менее 4, и они попарно должны, синхронно и антисимметрично, прыгать навстречу друг другу с противоположных сторон от курса движения машины. Подъёмная сила грузов, при той же скорости и массе, будет вдвое меньше, чем при прямолинейном движении вверх-вниз, но зато никаких потерь энергии во время полёта грузов (только при их контакте с грунтом), и масса бортовых устройств равна 0.

На Земле такую машину тоже можно построить, хотя эффективность будет снижена из-за аэродинамического сопротивления воздуха. Тем не менее, она сохраняет все ранее перечисленные преимущества в пункте 9.6: большую грузоподъёмность, экономичность и проходимость. В условиях Земной атмосферы можно реализовать и более экзотические гибридные варианты с планерами, вертолётами и шагающими машинами, но это сильно выходит за рамки нашего рассмотрения.

…Пожалуй, пора заканчивать эту главу.

Здесь мы в основном рассматривали низкоскоростные кинетически-инерционные системы, в которых передача энергии и взаимодействие между компонентами осуществляется механически посредством тросов. Для таких систем предельная скорость определяется прочностью имеющихся материалов, и не превышает 2–3 км/с.

Возможны системы передачи движения за счёт использования кинетической энергии внешних тел и при много больших скоростях, десятки км/с и более, но их мы рассмотрим в следующих разделах.

Глава III.

Двигательные системы для освоения планет Солнечной системы, удельный импульс 20–50 км/с. Термокинетические, газокинетические, плазмо-магнитокинетические.

1. Как попасть в монетку

Как уже можно было догадаться, я сторонник использования "искусственных внешних ресурсов" — то есть подачи энергии и/или вещества извне, без необходимости хранения всего этого в ракете. Причина очевидна: вне ракеты можно хранить бесконечное количество вещества и энергии, притом без привлечения таких фантастических вещей, как антивещество, ядерные изомеры, кристаллы из замороженных атомов и т. п.

Сравните эффективность и стоимость троллейбуса, и аккумуляторного электромобиля. Везде, где только можно, использование подачи энергии извне приносит прибыль, по сравнению с автономным хранением.

Для ракет и дальних межпланетных/межзвёздных перелётов это тем более необходимо, поскольку внутри ракеты много ресурсов не запасёшь, и если лететь далеко и долго — то рано или поздно кончится любой запас, будь это даже антивещество. Поэтому, насколько возможно, прежде всего надо использовать возможности внешних ресурсов, а автономные способы передвижения оставлять для тех ситуаций, где иначе уже никак не обойтись.

Конечно, при разведке и первых посадках на далёкие планеты автономные аппараты необходимы, но для массовой и регулярной перевозки грузов