Реалистичный дизайн



Есть множество дизайнов, основанных на реальности. Основной их недостаток - слишком уж "негероичный" вид. На следующей странице вы найдёте вымышленные и более увлекательные дизайны. Очевидно также, что разработки NASA предназначены для межпланетных исследований, а потому не очень-то пригодны для межпланетного боя.


Антиматерия

Это изображение типичной ракеты на антиматерии, собственность NASA.


Avatar ISV Venture Star

ISV Venture Star - межпланетный космический транспорт из фильма Аватар - один из самых правильных с научной точки зрения дизайнов космических аппаратов, которые я когда-либо видел в кино. Когда я читал описание корабля, я заметил что-то знакомое. Корабль с двигателями в носовой части, за которой всё остальное тянется на привязи как водный лыжник? Минуточку, да это же Валькирия Чарльза Пеллегрино и Джима Пауэлла!

Ну, как выясилось, не без причины. Джеймс Камерон любит научную точность в кино. Вот он и нашёл учёного, который обладал некоторым опытом в дизайне космических аппаратов. Далеко ходить не пришлось. С одним из таких людей, доктором Пеллегрино, Кэмерон уже работал. Так вышло, что Пеллегрино - один из лучших экспертов по "Титанику".

Нажмите для увеличения рисунка

На схеме выше зелёная стрелка возле носа корабля (сам корабль длиной в полтора километра) указывает направление полёта. В момент отлёта батарея фотонных лазеров направляет свои лучи на парус 16 километров диаметром на носу корабля (на схеме парус не показан). Зеркальный щит на корме не даёт лазерам повредить корабль. Лазеры служат для разгона корабля на 1.5g на протяжении 0.46 года. В конце периода разгона корабль движется на скорости в 70% от скорости света. (210,000 км/с).

Учтите, что батарея лазеров - чертовски большая штука, если вы собираетесь разгонять солнечный парус на 1.5g. Это не какие-то малоразмерные спутники на земной орбите.

Я не могу вычислить точное значение в отсутствие данных по массе корабля. Само уравнение Vs = (2 * Ev) / (Ms * c) где Vs - скорость корабля, Eb - энергия луча, Ms - масса корабля и c - скорость света в вакууме. Доктор Джеффри Лэндис сказал, что речь идёт о примерно 6.7 ньютон за гигаватт

В тексте доктора Роберта Форварда полёт стрекозы (также известной как Rocheworld), солнечный парус его корабля подсвечивался композитным лазерным лучом в 1500 тераватт. Это придавало кораблю ускорение в 0.01g (примерно в 150 раз слабее, чем у корабля из фильма "Аватар"). Луч порождала тысяча лазеров у Меркурия (где нет проблем с легкодоступной энергией). Каждая энергостанция давала 1.5 тераватт, до общей суммы в 1500. Для сравнения, в 2008 году вся наша планета использовала около 15 тераватт электроэнергии. Поскольку в фильме "Аватар" корабль заметно больше и тяжелее при заметно большей скорости разгона - речь идёт о куда большем количестве лазеров.

Неплохо также помнить о Законе Джона для авторов НФ. и урок Кзинов. Хотя с технической стороны лазер не оружие, а компонент двигательной системы, на практике у него вряд ли будут проблемы с испарением флота межпланетных захватчиков. Или флота землян, если вдруг понадобится (поскольку само определение враждебности зависит в основном от человека на кнопке). Как сказала коммандер Сьюзен Иванова из сериала Вавилон 5 в эпизоде "Deathwalker", "Наше оружие нацелено на ваш корабль, и мы откроем огонь как только вы окажетесь в зоне поражения. У вас останется несколько секунд, чтобы удивиться нашей огневой мощи."

В любом случае, после завершения периода лазерного разгона, парус складывается по линиям сгиба служебными роботами и убирается на склад. Следующие 5.83 года корабль летит к Альфа Центавра.



На Альфа Центавра нет лазерных батарей, так что затормозить с помощью солнечного паруса не выйдет. Вместо этого работают два гибридных термоядерных двигателя на материи/антиматерии. Их не используют при разгоне от Солнца, потому что это в четыре раза увеличит потребный запас горючего. Двигатели работают 0.46 года на 1.5g, понижая скорость корабля до нуля.

Материя и антиматерия аннигилируют, и энергия высвобождается в виде фотонов и разогретого водорода. Термальные щиты закрывают корабль от избыточного тепла. Двигатели находятся под некоторым углом к кораблю, чтобы не поджарить его выхлопом (направление выхлопа указано красными стрелками на большом рисунке в начале раздела). Это несколько уменьшает эффективность двигателей, но такая цена приемлема.

Почему основная часть корабля находится за двигателями? Потому что это снижает общую массу корабля. Если речь идёт о 70% скорости света, важен каждый грамм. В обычных кораблях можно поместить двигатель в корму и нагромоздить сверху целый небоскрёб. В этой же схеме двигатели находятся в голове и остальная часть корабля тянется за ними. Это позволяет заметно снизить общую массу корабля.

На двигателях смонтированы монументальные теплорадиаторы для отвода избыточного тепла реакции материи с антиматерией. Согласно описанию, после отключения двигателей радиаторы остаются раскалены докрасна ещё целых две недели.



Сразу за двигателями - грузовой отсек. Он состоит из четырёх блоков по четыре модуля, на 6 грузовых контейнеров каждый. Мобильный транспортёр с погрузочным манипулятором передвигается вдоль грузового отсека для погрузки и разгрузки челноков.


Два челнока "Валькирия", шаттлы класса "поверхность-орбита". Они соединены герметичными коридорами с жилым блоком. Каждый способен переносить два грузовых контейнера и 100 пассажиров или шесть грузовых контейнеров без пассажиров.



Далее. Жилой модуль. Содержит в анабиозе пасажиров всё время перелёта. Создан в основном из неметаллических материалов, чтобы уменьшить количество вторичной радиации порождаемой космическим излучением.

Система жизнеобеспечения жилого модуля поддерживает бодрствующих пассажиров лишь ограниченное время. С этим нет проблем, когда пассажиры проснулись, чтобы отбыть на челноках на поверхность планеты. Но если система анабиоза накроется в середине многолетнего полёта - не будет никакого пробуждения. Скорее имеет смысл говорить об эвтаназии.



Далее идёт пара дежурных модуля экипажа. Они вращаются на длинных штангах для создания искусственной силы тяжести. При разгоне они сложены так, чтобы сила тяжести действовала в правильном направлении.



Ну и теперь поговорим о щите. Когда корабль разгоняется лазерами, щит закрывает корабль (но не парус) от лазерных лучей. После разгона корабль разворачивается так, чтобы щит смотрел в направлении полёта. Конструкция щита выглядит следующим образом, и надёжно защищает от межпланетной пыли.

На 70% c, каждая пылинка обладает 4,900,000,000 долбаных Риков вреда. Это значит, что межпланетная пылинка массой в 4 x 10-6 грамм рванёт как 20 килограмм тротила, или как четыре противотанковых мины.

Когда же корабль отбывает к Солнцу от Альфа Центавра, он заполняет свои баки для антиматерии и реактивной массы на местных станциях и с помощью двигателей на материи-антиматерии разгоняется до 70% скорости света для нового пятилетнего перелёта с торможением в точке прибытия лазерной батареей.


Дискавери II

Это дизайн ядерного двигателя из доклада NASA TM-2005-213559 за авторством Крэйга Эйч Вильямса, Леонарда А. Дадзински, Стэнли К. Боровски и Альберта Джей Юхаца из исследовательского центра Гленна (2005). Цель работы - современный дизайн космического аппарата Дискавери из фильма "2001". В докладе содержатся интересные подробности о том, где дизайн из фильма верен, и где менялся в угоду художественным требованиям. Главные замечания - отсутствие радиаторов и слишком маленький размер центрифуги. Артур Кларк знал об этих недостатках, но был вынужден уступить мнению съёмочной группы.

Нажмите для увеличения.

Газодинамическое зеркало

Проблемы с безопасным удержанием ионизированной плазмы вынуждают использовать крайне длинную тонкую трубу, по которой перемещается плазма. Главный недостаток здесь в том, что эта труба должна быть очень длинной.


HOPE - Пилотируемое Исследование Внешних Планет.

Этот космический аппарат должен использовать ядерный реактор для обеспечения энергией магнитоплазмодинамического (MPD) двигателя. Информация получена из доклада NASA TM-2003-212349 за авторством Мелисс Л. МакГвайр, Стэнли К. Боровски, Ли М. Мэйсона и Джеймса Гилланда (2003). Проект разработан для гипотетической задачи перелёта к луне Юпитера - Каллисто. Предполагается наличие трёх космических аппаратов - одноразового танкера, одноразового грузового корабля и пилотируемого корабля, рассчитанного на перелёт в обе стороны. Обратите внимание, что пилотируемый корабль использует надувной модуль TransHab окружённый топливными баками для защиты от радиации.

Нажмите для увеличения.
Нажмите для увеличения.
Нажмите для увеличения.
Нажмите для увеличения.
Нажмите для увеличения.
Нажмите для увеличения.

Обратите внимание на сходство с марсианской ионной ракетой 1962 года Эрнста Штулингера


ICAN-II

Эта разработка использует антипротонный катализатор термоядерной реакции и принадлежит университету Пеннсильвании. Нажмите для увеличения.


Космический буксир NASA

Это проект 1970ых. Модульный космический буксир с разгонной ядерной термальной ракетой. Механические "руки" на отсеке экипажа достаточно интересны. Картинки - собственность NASA. Обложка журнала - художник David Hardy. Две картинки после обложки нарисовал Robert McCall. Нажмите для просмотра в полном размере.


Ядерная ракета DC-X

Из докладной записки AFRL-PR-ED-TR-2004-0024 Advanced Propulsion Study (2004) - изучение персективных двигательных систем. Записка посвящена одноступенчатому космическому аппарату для доставки грузов на орбиту с двигателем типа LANTR. Оценочная стоимость доставки 100 метрических тонн на орбиту - $150 за килограмм. Подробности вы можете прочитать в документе по ссылке.


PARTS Плазменная Транспортная Система Повторного Использования

P.A.R.T.S. является результатом работ в Embry-Riddle Aeronautical University в 2002ом году по разработке многоразового грузового космического аппарата для перелётов Земля-Марс с помощью двигателя типа VASIMR с питанием от размещённого на борту ядерного реактора. В докладе содержится много интересного, особенно в том, что касается реактора. Спасибо Уильяму Сини за ссылку.

Две ступени PARTS
Маневровые двигатели на грузовом отсеке (два не показаны)
Раскрытие грузового отсека
Типичный элемент конструкции (крепления не показаны)
Двигатель типа VASIMR
Вращающийся мультимегаваттный реактор на жидком металле (RMBLR I)
Компоненты стыковочного узла
(нажмите для увеличения)

Прочее

Ernst Stuhlinger. Ионный привод и двигатель типа NERVA
Mini-Mag Orion
Hosted by uCoz