Многоразовый космический корабль
Запуск первого космического спутника состоялся 4 октября 1957 года. Полет человека – 12 апреля 1961 года, первый выход в открытый космос – 18 марта 1965 года. Все эти запуски были осуществлены ракетами и одноразовыми орбитальными кораблями. Но орбитальный корабль узкоспециализированный. Из-за своих небольших размеров и грузоподъемности ракетоносителя он может перевозить людей или грузы. Большие маневры в космосе и вывод спутников ему не доступен. Но это поможет исправить корабль многоразового использования.
Изучив конструкцию и полет космического корабля «Буран», мы видим, что он опередил свое время, но, используя наработки и опыт предыдущих моделей и современные технологии, можно проработать и создать более совершенную машину. Из недостатков конструкции «Бурана» выделяются: невозможность самостоятельного старта с поверхности земли, наличие массивной и хрупкой теплозащиты от разогретых газов при возвращении из космоса. К плюсам относятся: многоразовое использование корабля, его грузоподъемность.
Современные технологии позволят, не снижая качества изделия, снизить вес конструкции. В частности, такую роль может сыграть печать на 3D-принтере (рис. 1). Ее преимущество в том, что можно создавать сложные по конструкции детали. При стандартных методах производства деталь гнут, вырубают и используют разные способы крепления: сварку, заклепки и болты. При использовании 3D-печати можно обойтись почти без стандартных методов сборки и сделать конструкцию легче и более цельной. Это позволит сэкономить массу аппарата.
На 3D-принтере уже был распечатан такой сложный и высоконагруженный элемент ракеты, как ракетный двигатель. Сложнейшую конструкцию смогли создать без использования сварки, что сделало ее более монолитной. И речь не только о результатах сборки, но и о самой структуре материала.
Также этот метод производства позволяет сделать сложную внутреннюю конструкцию для охлаждения камеры сгорания и сопла, что иногда без применения технологии 3D-печати невозможно или практически невозможно. В процессе гибки или сварки могут образовываться дефекты конструкции в местах изгибов или соединения элементов конструкции. В качестве примера был напечатан элемент конструкции крыла на 3D-принтере из пластика (рис. 2).
Проблемы старта с поверхности будут решены в будущем, на данном уровне технологий есть два варианта без использования большой ракеты для старта космоплана: 1) высотный старт с самолета носителя; 2) использование на космоплане комбинированных двигательных установок, на первом этапе взлета используются турбореактивные двигатели, а уже на высоте, где они не эффективны, включаются ракетные двигатели для разгона и вывода на орбиту корабля.
По первому варианту создается самолет-носитель, способный поднять аппарат с топливом и грузом на высоту старта, примерно 15–25 тыс. м. Далее после расстыковки космического корабля с самолетом-носителем производится запуск ракетных двигателей для подъема на орбиту с уже начальной скоростью около 1000 км/ч, что позволит, имея первоначальную скорость, дополнительно сэкономить топливо или увеличить массу полезного груза.