Искусственные внешние ресурсы для освоения космоса - Алексей Леонидович Полюх

направления, так и кривизны траектории, проходящей через станции, так как мы можем выпускать снаряды с разной начальной скоростью (соответственно вдоль траекторий с разной кривизной), а сам разгоняемый аппарат может двигаться под некоторым углом к ним, так что точка пересечения траекторий снарядов и аппарата будет постоянно смещаться вдоль траектории разгона аппарата, а сами траектории снарядов будут при этом постепенно поворачиваться по мере изменения взаимного расположения пушки и цепочки корректировочных станций.

Я полагаю, что даже в таких условиях без затрат топлива можно добиться того, чтобы приемлемое расположение корректировочных станций сохранялось в течении нескольких минут вдоль отрезка (контролируемо изменяемой) кривой длиной порядка 1000 км, что достаточно для разгона беспилотного аппарата до 15 км/с и более.

Если разместить пушку и корректировочные станции на более высоких орбитах, с периодом обращения 24 часа и апогеем 40–70 тыс. км, то соответственно и время их нахождения на нужной траектории можно будет увеличить на порядок. Это позволит создать в пределах ближнего околоземного пространства одну или несколько траекторий разгона длиной до 20–30 тысяч километров и временем стабильности десятки минут, конфигурация которых будет ежедневно точно повторяться над одним и тем же регионом Земли. Это позволит запускать пилотируемые аппараты.

Также, можно разместить станции на орбитах с равным периодом и разным эксцентриситетом, при этом лежащих в разных плоскостях. Тогда траектория движения снарядов может "протыкать" эти плоскости почти перпендикулярно им, и возможно, что такая конфигурация будет сохраняться дольше, чем при размещении на орбитах в одной плоскости.

В общем, очень хорошая задача для компьютерного моделирования.

Задачу удержания корректировочных станций на траектории движения снаряда можно радикально упростить, если число станций будет не более 3х. Через 3 точки всегда можно провести <прямую> гиперболу с изменяемой кривизной, при условии, что мы можем произвольно менять начальную скорость и направление полёта снаряда. Тогда подходящая конфигурация расположения станций будет сохраняться очень долго.

Правда, 3 промежуточных точки контроля это мало; но можно использовать более гибкий гибридный вариант, когда непосредственно вблизи пушки находятся 1–2 первых кольца, ещё 2–3 промежуточных где-то посередине траектории, и ещё 1 или 2 привязаны, на длинном тросе, непосредственно к разгоняемому аппарату. Здесь, правда, потребуется большая точность корректировок скорости снаряда.

Зато в межпланетном пространстве, при отсутствии значительных приливных сил, можно практически бесконечно сохранять произвольные конфигурации взаимного расположения тысяч объектов на расстояниях в миллионы километров друг от друга.

Есть ещё одна очень хорошая возможность очень сильно увеличить время нахождения корректировочных колец на любой заданной кривой с точностью менее 1 мм.

Но для этого надо вспомнить, что нам, на самом деле, не надо, чтобы центры масс корректировочных станций постоянно находились в точно определённом месте. Нас интересует только положение конкретно центра корректировочного кольца. А центр масс пусть гуляет где хочет, хоть за 100 километров. "Но ведь это одно и тоже" — скажет тот, кто не читал про лунный самолёт, из II главы данного опуса. Но мы читали, вспомнили, и теперь знаем, как это сделать. (Вот так, даже не знаешь заранее, где что понадобится. Это называется "синергия технических идей"). В данном случае потребуется не менее 3 балластных грузов, но скорость вращения может быть небольшой.

Теперь мы можем размещать станции где хотим, в пределах сотен километров от их собственных центров масс, и произвольно перемещать в этих пределах без затрат топлива; правда, сами центры масс систем всё же должны подчиняться Ньютоновой механике. При таких условиях, требуемую траекторию расположения корректировочных колец в пространстве можно поддерживать в течении часов, или даже постоянно.

В крайнем случае, всё это можно будет использовать как очень большой детектор гравитационных волн (поскольку, существуй они на самом деле, они будут периодически нарушать точность траекторий…)

В общем, я считаю, что обе эти задачи — разгон снарядов весом в 1 грамм до 20–30 км/с, и их наведение в цель с точностью до 1 <см> мм на любом расстоянии — можно решить при современном уровне техники, и такая система будет небольшой и не дорогой.

Теперь посмотрим, что с этим делать дальше…

2. Космический фонтан ("мячиковый" упруго-кинетический двигатель)

(Идея хорошая, настолько, что Википедия приводит имена сразу 6 авторов).

В основе всё выглядит просто: если взять сковородку из прочного материала, и стрелять в неё снизу из ружья, то она может взлететь.

Правда, в исходном варианте предлагался не самый рациональный вариант использования — просто для удержания на весу груза (башни или платформы), для чего, видимо, существуют менее затратные способы.

Но сам принцип эффективен: передать телу импульс от другого тела, у которого он уже есть. Эффективность передачи кинетической энергии при некоторых условиях может достигать 100 %.

В простейшем варианте, мы можем просто взять металлические шарики (или лучше упругие мячики), и стрелять ими в идеально упругую преграду; тогда преграде будет передаваться удвоенный импульс шарика, а коэффициент использования энергии будет зависеть от соотношения начальной и конечной скорости шарика, и если шарик после столкновения остановится, то 100 % энергии перейдёт к разгоняемому телу.

Разогнать шарик мы можем, и презнатно; попасть в цель, как мы теперь знаем, тоже не слишком сложно. Так что все варианты сводятся к тому, как, собственно, организовать силовое взаимодействие между снарядом и целью.

Мы уже упоминали, что есть 2 основных варианта — с использованием только импульса внешних тел ("упругое взаимодействие"), без затрат внутреннего запаса вещества; и с использованием энергии внешних тел для получения импульса от рабочего тела, находящегося на борту ракеты. (на самом деле, большинство вариантов будут гибридными, с преобладанием того или иного принципа в разной степени).

Вначале мы рассмотрим "чисто упругие" варианты, то есть вообще без затрат бортового запаса топлива, (хотя понятие "упругого взаимодействия" здесь надо понимать весьма условно, просто как факт обмена импульсом, при этом физический посредник такого взаимодействия может быть любым).

Если рассматривать в качестве посредника при обмене импульсом твердые (упругие) тела, например тросы или наполненные газом оболочки, то при прочности материала 10 ГПа можно, видимо, упруго отражать снаряды при скорости примерно до 2 км/с. Можно представить себе такую большую бадминтонную ракетку, с сеткой из нитей, натянутых по принципу тетивы лука, и прикреплённых к упругим элементам, которая отражает мячики, состоящие из прочной эластичной оболочки, наполненной лёгким газом. Для такой системы предел скорости упругого отражения может быть около 2 км/с, так что мы будем ориентироваться на это значение.

Рассмотрим в начале самый простой вариант, когда снаряды догоняют ракету (в данном случае, скорее, ракетку…) с постоянной разностью