โอลิมปิก All-Russian เกี่ยวกับประวัติศาสตร์การบินและการบิน: ปัญหาที่เป็นปัญหา การขนส่งแห่งอนาคตจะเป็นอย่างไร? งานวิจัยเชิงประวัติศาสตร์ในหัวข้อ

งานวิจัยเชิงประวัติศาสตร์ในหัวข้อ

« อนาคตของการขนส่งทางอากาศและอวกาศจะเป็นอย่างไร?»

สเปซเอ็กซ์- เส้นทางสู่อนาคต

เกี่ยวกับประวัติและแนวโน้มการพัฒนาของบริษัทสเปซเอ็กซ์

ที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์: Gibatov Ildar Rafisovich ครูสอนประวัติศาสตร์ โรงเรียนมัธยม MOBU หมายเลข 2 หมู่บ้าน บิซบุลยัค.

สมมติฐานการวิจัย:ในอนาคตจะสามารถใช้โครงการ SpaceX เป็นการขนส่งอวกาศสากลได้

เป้าหมายของการทำงาน: ค้นหาว่าโครงการ Space X สามารถใช้ในการพัฒนาการขนส่งทางอากาศได้หรือไม่

งาน:

ศึกษาประวัติของบริษัท
สำรวจวิวัฒนาการของยานอวกาศ SpaceX
สำรวจโอกาสของโครงการ

วิธีการวิจัย:

การศึกษาและวิเคราะห์วรรณกรรมและเว็บไซต์อินเทอร์เน็ตที่เกี่ยวข้อง
การวิเคราะห์รายงานของบริษัท
เปรียบเทียบกับแนวคิดในประเทศ

วัตถุประสงค์ของการศึกษา:บริษัทอวกาศเอกชน เทคโนโลยีสำรวจอวกาศ

โครงการสเปซเอ็กซ์ประวัติโครงการ

จากการศึกษาวรรณกรรมและแหล่งข้อมูลบนอินเทอร์เน็ต ฉันได้เรียนรู้เกี่ยวกับโครงการ SpaceX ผู้ก่อตั้ง และประวัติของบริษัท ในระหว่างการวิจัย ฉันศึกษายานพาหนะสำหรับปล่อยและนำพวกมันมา ข้อมูลจำเพาะฉันวิเคราะห์สาเหตุของการเปิดตัวที่ไม่สำเร็จ

แนวโน้มสำหรับการเปิดตัวยานพาหนะสเปซเอ็กซ์

เพื่อทำความคุ้นเคยกับ SpaceX อย่างต่อเนื่อง ฉันพบว่าการพัฒนาจรวดครั้งต่อไปคือยานปล่อย Falcon Heavy ซึ่งเป็นจรวดระดับหนักพิเศษ โดยจะสามารถส่งยานอวกาศ Dragon ที่บรรจุกระสุนเต็มไปยังดาวอังคารหรือดาวพฤหัสบดีได้ ฉันยังได้เรียนรู้ว่ามันจะใช้ระบบเชื้อเพลิงแบบป้อนข้ามที่เป็นเอกลักษณ์

เครื่องยนต์ที่พัฒนาขึ้นภายในบริษัทสเปซเอ็กซ์

SpaceX ใช้เครื่องยนต์ Merlin ของตัวเองในยานปล่อยจรวด ซึ่งทำงานตามการออกแบบวงจรเปิด โครงการนี้เรียบง่าย เชื่อถือได้ และราคาไม่แพงในการสร้างและใช้งาน อีกทั้งยังมีศักยภาพที่ดีสำหรับอนาคตและส่งเสริมการใช้ระบบที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ฉันนำเสนอการเปรียบเทียบแรงขับของเครื่องยนต์กับรุ่นอื่นพร้อมราคา และคำนวณอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์

นำกลับมาใช้ใหม่ได้ - นำกลับมาใช้ใหม่ได้

ในขณะที่ค้นคว้าเกี่ยวกับยานพาหนะและเครื่องยนต์ที่ใช้ส่งของบริษัท ฉันได้เรียนรู้เกี่ยวกับโครงการยานพาหนะสำหรับส่งในขั้นแรกกลับเข้ามาใหม่ของ SpaceX ฉันพบว่าวิธีนี้ช่วยลดต้นทุนการเริ่มต้นได้ประมาณ 60% และบริษัทสามารถลงทุนกองทุนเหล่านี้ในการพัฒนาและแนวโน้มในอนาคตได้

ในปี พ.ศ. 2547 บริษัทได้เริ่มพัฒนายานอวกาศ Dragon ซึ่งทำการบินครั้งแรกในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2553 ความพิเศษของ Dragon อยู่ที่ความสามารถในการขนส่งสินค้าจากสถานีอวกาศนานาชาติมายังโลก และเป็นเรือลำแรกที่ผลิตขึ้น บริษัท เอกชนซึ่งเทียบท่ากับ ISS ฉันพบว่าในอนาคตของเรือมีภารกิจพิเศษ “ดาวอังคาร 2020”

บทสรุป

จากวัสดุทั้งหมดที่นำเสนอ ฉันสรุปได้ว่าในอนาคตจะเป็นไปได้ที่จะใช้โครงการ SpaceX สำหรับการขนส่งทางอากาศ

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

แอชลีย์ แวนซ์ - อีลอน มัสก์ Tesla, SpaceX และถนนสู่อนาคต (ผู้จัดพิมพ์: Olimp-Business; 2015; ISBN 978-5-9693-0307-2, 978-0-06-230123-9, 978-59693-0330-0)
วีเอ Afanasyev - การทดสอบยานอวกาศทดลอง (สำนักพิมพ์: M.: สำนักพิมพ์ MAI; 1994; ISBN: 5-7035-0318-3)
V. Maksimovsky -“ Angara-Baikal เกี่ยวกับ โมดูลเสริมจรวดแบบใช้ซ้ำได้»
เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ SpaceX - http://spacex.com
ช่อง YouTube อย่างเป็นทางการของ SpaceX - https://goo.gl/w6x3gW
วัสดุจากวิกิพีเดีย - https://ru.wikipedia.org/wiki/SpaceX

การขนส่งทางอากาศแห่งอนาคต

ด้วยแรงผลักดันอันทรงพลัง จรวดจะลอยขึ้นในแนวตั้งจากฐานปล่อยจรวดและขึ้นไป... ภาพที่คุ้นเคยนี้อาจจมลงสู่การลืมเลือนในไม่ช้า ระบบอวกาศแบบใช้แล้วทิ้งและ "รถรับส่ง" ควรถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์รุ่นใหม่ - เครื่องบินการบินและอวกาศซึ่งมีความสามารถในการขึ้นและลงจอดในแนวนอนได้เช่นเดียวกับเครื่องบินโดยสารทั่วไป ผู้เข้าร่วมในโครงการวิจัยระดับนานาชาติแนะนำให้ผู้อ่านได้รู้จักกับวัสดุภาพบางส่วนที่แสดงถึงแนวคิดของการขนส่งทางอากาศและอวกาศสองขั้นตอนแห่งอนาคต

การพัฒนาด้านอวกาศเพิ่มเติมนั้นพิจารณาจากความจำเป็นในการแสวงหาผลประโยชน์อย่างเข้มข้น สถานีอวกาศการพัฒนาระบบการสื่อสารและการนำทางระดับโลก การตรวจสอบสิ่งแวดล้อมในระดับดาวเคราะห์ เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ การพัฒนากำลังดำเนินการในประเทศชั้นนำของโลก เครื่องบินการบินและอวกาศ(VKS) ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนในการขนส่งสินค้าและผู้คนขึ้นสู่วงโคจรได้อย่างมาก สิ่งเหล่านี้จะเป็นระบบที่โดดเด่นด้วยความสามารถซึ่งมีความเกี่ยวข้องมากที่สุดดังต่อไปนี้: การใช้งานซ้ำสำหรับการเปิดตัวการผลิตและสินค้าทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคขึ้นสู่วงโคจรด้วยระยะเวลาค่อนข้างสั้นระหว่างเที่ยวบินซ้ำ การคืนโครงสร้างที่เสียหายและใช้แล้วซึ่งทิ้งขยะ ช่วยเหลือลูกเรือสถานีโคจรและ ยานอวกาศวี สถานการณ์ฉุกเฉิน; การสำรวจพื้นที่อย่างเร่งด่วน ภัยพิบัติทางธรรมชาติและภัยพิบัติใดๆ ในโลก

ในประเทศที่มีเทคโนโลยีการบินและอวกาศที่พัฒนาแล้ว มีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านการบินด้วยความเร็วสูง ซึ่งกำหนดศักยภาพในการสร้างเครื่องบินหายใจด้วยความเร็วเหนือเสียงที่หลากหลาย มีเหตุผลทุกประการที่เชื่อได้ว่าในอนาคตเครื่องบินควบคุมจะเชี่ยวชาญความเร็วจากเลขมัค M = 4–6 ถึง M = 12–15 (บันทึกของ M = 6.7 ซึ่งย้อนกลับไปในปี 1967 โดยเครื่องบินทดลองของอเมริกา X-15 ด้วย เครื่องยนต์จรวด)

ถ้าจะพูดถึง การบินพลเรือนดังนั้นการพัฒนาความเร็วสูงจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความหนาแน่นของผู้โดยสารและการเชื่อมต่อทางธุรกิจ ไฮเปอร์โซนิก เครื่องบินโดยสารด้วยเลขมัค 6 จะสามารถให้ระยะเวลาการบินที่เมื่อยล้าต่ำ (ไม่เกิน 4 ชั่วโมง) สำหรับ เส้นทางระหว่างประเทศด้วยระยะทางประมาณ 10,000 กิโลเมตร เช่น ยุโรป (ปารีส) - อเมริกาใต้ (เซาเปาโล) ยุโรป (ลอนดอน) - อินเดีย สหรัฐอเมริกา (นิวยอร์ก) - ญี่ปุ่น ให้เราจำไว้ว่าเวลาบินของเครื่องบิน Concorde ความเร็วเหนือเสียงจากนิวยอร์กไปปารีสนั้นใช้เวลาประมาณ 3 ชั่วโมง และเครื่องบินโบอิ้ง 747 ใช้เวลาประมาณ 6.5 ชั่วโมงบนเส้นทางนี้ เครื่องบินแห่งอนาคตที่มีเลขมัค 10 จะสามารถครอบคลุม 16-17,000 กม. ใน 4 ชั่วโมง ทำการบินแบบไม่หยุดหย่อน เช่น จากสหรัฐอเมริกาหรือยุโรปไปยังออสเตรเลีย

แนวทางใหม่

เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงต้องการเทคโนโลยีใหม่ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากเทคโนโลยีที่มีอยู่ในเครื่องบินสมัยใหม่และยานอวกาศในการยกในแนวตั้ง แน่นอนว่าเครื่องยนต์จรวดสร้างแรงผลักดันได้มาก แต่ต้องใช้เชื้อเพลิงปริมาณมหาศาล และนอกจากนี้ จรวดยังต้องบรรทุกตัวออกซิไดเซอร์บนเรืออีกด้วย ดังนั้นการใช้จรวดในชั้นบรรยากาศจึงจำกัดอยู่เพียงเที่ยวบินระยะสั้นเท่านั้น

พจนานุกรมคำศัพท์เกี่ยวกับอากาศพลศาสตร์

หมายเลขมัค– พารามิเตอร์ที่แสดงลักษณะจำนวนเท่าของความเร็วของเครื่องบิน (หรือการไหลของก๊าซ) มากกว่าความเร็วของเสียง
ความเร็วเหนือเสียง– คำหลวมสำหรับความเร็วที่มีเลขมัคมากกว่า 4 5
หมายเลขเรย์โนลด์ส– พารามิเตอร์ที่แสดงลักษณะความสัมพันธ์ระหว่างแรงเฉื่อยและแรงหนืดในการไหล
มุมโจมตี– ความเอียงของเครื่องบินปีกถึงเส้นการบิน
คลื่นกระแทก (คลื่นกระแทก)– บริเวณการไหลแคบซึ่งมีความเร็วของการไหลของก๊าซความเร็วเหนือเสียงลดลงอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ความหนาแน่นเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน
คลื่นการหักเหของแสง– บริเวณการไหลซึ่งมีความหนาแน่นของตัวกลางก๊าซลดลงอย่างรวดเร็ว

ความปรารถนาที่จะแก้ไขปัญหาทางเทคนิคที่ซับซ้อนเหล่านี้ได้นำไปสู่การพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับอวกาศที่หลากหลาย ระบบขนส่ง. ประเด็นพื้นฐานที่บริษัทการบินและอวกาศชั้นนำของโลกกำลังวิจัยอย่างจริงจังคือการประชุมผ่านวิดีโอแบบขั้นตอนเดียว เครื่องบินการบินและอวกาศดังกล่าวซึ่งบินขึ้นจากสนามบินทั่วไป สามารถส่งมอบไปยังวงโคจรโลกต่ำโดยมีน้ำหนักบรรทุกประมาณ 3% ของน้ำหนักบินขึ้น แนวคิดอีกประการหนึ่งสำหรับระบบที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้คืออุปกรณ์สองขั้นตอน ในกรณีนี้ระยะแรกจะติดตั้งเครื่องยนต์หายใจและระยะที่สองคือวงโคจรและการแยกระยะจะดำเนินการในช่วงเลขมัคตั้งแต่ 6 ถึง 12 ที่ระดับความสูงประมาณ 30 กม.

ในปี พ.ศ. 2523-2533 โครงการ VKS ได้รับการพัฒนาในสหรัฐอเมริกา (NASP), อังกฤษ (HOTOL), เยอรมนี (Snger), ฝรั่งเศส (STS-2000, STAR-H), รัสเซีย (VKS NII-1, Spiral, Tu-2000) ในปี 1989 ตามความคิดริเริ่มของสมาคมวิจัยเยอรมัน (DFG) การวิจัยร่วมกันเริ่มต้นขึ้นระหว่างศูนย์เยอรมันสามแห่ง: RWTH Aachen, มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิก และมหาวิทยาลัยสตุ๊ตการ์ท ศูนย์ที่ได้รับการสนับสนุนจาก DFG เหล่านี้ได้ดำเนินโครงการวิจัยระยะยาวที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาประเด็นพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการออกแบบระบบการขนส่งในอวกาศ เช่น วิศวกรรมทั่วไป อากาศพลศาสตร์ อุณหพลศาสตร์ กลศาสตร์การบิน การขับเคลื่อน วัสดุ ฯลฯ ส่วนใหญ่ งานเกี่ยวกับอากาศพลศาสตร์ทดลองได้ดำเนินการโดยความร่วมมือกับสถาบันทฤษฎีและกลศาสตร์ประยุกต์ที่ตั้งชื่อตาม เอส.เอ. คริสเตียโนวิช เอสบี ราส. การจัดองค์กรและการประสานงานทั้งหมด งานวิจัยดำเนินการโดยคณะกรรมการซึ่งนำโดยผู้เขียนบทความนี้คนหนึ่ง (E. Krause) เป็นเวลาสิบปี เรานำเสนอสื่อภาพที่มีภาพประกอบมากที่สุดแก่ผู้อ่านซึ่งแสดงให้เห็นผลลัพธ์บางส่วนที่ได้รับในกรอบของโครงการนี้ในสาขาอากาศพลศาสตร์

ระบบ ELAC–EOS สองขั้นตอน

สำหรับการวิจัย มีการเสนอแนวคิดของยานพาหนะการบินและอวกาศสองขั้นตอน (เวทีพาหะเรียกว่า ELAC ในภาษาเยอรมัน ระยะการโคจรเรียกว่า EOS) เชื้อเพลิงเป็นไฮโดรเจนเหลว การกำหนดค่า ELAC เต็มรูปแบบคาดว่าจะมีความยาว 75 ม. ปีกกว้าง 38 ม. และขนาดใหญ่ มุมกวาด. ในเวลาเดียวกัน ความยาวของสเตจ EOS คือ 34 ม. และปีกกว้าง 18 ม. สเตจออร์บิทัลมีจมูกทรงรี ซึ่งเป็นลำตัวตรงกลางที่มีด้านบนกึ่งทรงกระบอกและมีครีบหนึ่งอันอยู่ในระนาบสมมาตร บนพื้นผิวด้านบนของระยะแรกจะมีช่องซึ่งระยะการโคจรตั้งอยู่ระหว่างการปีน แม้ว่าจะตื้น แต่ที่ความเร็วเหนือเสียงในระหว่างการแยก (M = 7) จะมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อลักษณะการไหล

เพื่อทำการศึกษาเชิงทฤษฎีและเชิงทดลอง ได้มีการออกแบบและผลิตแบบจำลองพาหะและระยะการโคจรหลายแบบที่มีอัตราส่วน 1:150 สำหรับการทดสอบที่ความเร็วต่ำในอุโมงค์ลม DNW ของเยอรมัน-ดัตช์ แบบจำลองขนาดใหญ่ของโครงร่างที่ศึกษาถูกสร้างขึ้นในอัตราส่วน 1:12 (ความยาวมากกว่า 6 ม. น้ำหนักประมาณ 1,600 กก.)

การแสดงภาพความเร็วเหนือเสียง

เที่ยวบินจาก ความเร็วเหนือเสียงแสดงถึงความยากลำบากอย่างมากสำหรับนักวิจัยเนื่องจากมีการก่อตัวของคลื่นกระแทกหรือ คลื่นกระแทกและเครื่องบินในเที่ยวบินดังกล่าวต้องผ่านระบบการไหลหลายอย่าง (โดยมีโครงสร้างในท้องถิ่นที่แตกต่างกัน) พร้อมด้วยกระแสความร้อนที่เพิ่มขึ้น

ปัญหานี้ได้รับการศึกษาทั้งเชิงทดลองและเชิงตัวเลขในโครงการ ELAC–EOS การทดลองส่วนใหญ่ดำเนินการในอุโมงค์ลม T-313 ของ ITAM SB RAS ในโนโวซีบีสค์ หมายเลขมัคสตรีมอิสระในการทดลองเหล่านี้แปรผันในช่วง 2< М < 4, หมายเลขเรย์โนลด์ส – 25 10 6 < Re < 56 10 6 , а มุมโจมตี– ในช่วง – 3°< α < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация เส้นปัจจุบันบนพื้นผิวของแบบจำลอง

ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการก่อตัวของกระแสน้ำวนที่ด้านใต้ลม รูปแบบการไหลแบบพาโนรามาบนพื้นผิวของแบบจำลองถูกมองเห็นได้ด้วยการเคลือบด้วยของเหลวพิเศษหรือส่วนผสมของน้ำมันและเขม่า ในตัวอย่างทั่วไป การถ่ายภาพน้ำมันและอนุภาคความเพรียวของพื้นผิวจะโค้งเข้าด้านในจากขอบนำของปีกและไหลไปเป็นเส้นที่มุ่งเน้นไปในทิศทางของการไหลโดยประมาณ นอกจากนี้ ยังมีแถบอื่นๆ ที่มุ่งตรงไปยังเส้นกึ่งกลางของโมเดลด้วย

ร่องรอยที่ชัดเจนทางด้านใต้ลมเหล่านี้แสดงถึงลักษณะการไหลข้าม ซึ่งสามารถสังเกตโครงสร้างสามมิติได้โดยใช้ วิธีมีดเลเซอร์เมื่อมุมการโจมตีเพิ่มขึ้น การไหลของอากาศจะไหลจากพื้นผิวด้านลมของปีกไปยังด้านใต้ลม ก่อให้เกิดระบบกระแสน้ำวนที่ซับซ้อน โปรดทราบว่ากระแสน้ำวนปฐมภูมิที่มีแรงดันลดลงในแกนกลางจะส่งผลเชิงบวกต่อแรงยกของอุปกรณ์ วิธีการใช้มีดเลเซอร์นั้นมีพื้นฐานมาจากการถ่ายภาพรังสีที่สอดคล้องกันซึ่งกระจัดกระจายโดยอนุภาคขนาดเล็กที่เป็นของแข็งหรือของเหลวที่เข้าไปในการไหล การกระจายความเข้มข้นจะถูกกำหนดโดยโครงสร้างของกระแสที่กำลังศึกษาอยู่ แหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกันก่อตัวขึ้นในรูปของระนาบแสงบางๆ ซึ่งอันที่จริงแล้วเป็นที่มาของชื่อวิธีการนี้ ที่น่าสนใจคือจากมุมมองของการให้ความคมชัดของภาพที่จำเป็น อนุภาคขนาดเล็กของน้ำธรรมดา (หมอก) กลับกลายเป็นว่ามีประสิทธิภาพมาก

วิธีการใช้ Shadow Tepler

ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2410 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน A. Tepler เสนอวิธีการตรวจจับความไม่สอดคล้องกันทางแสงในสื่อโปร่งใส ซึ่งยังคงไม่สูญเสียความเกี่ยวข้องในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาการกระจายความหนาแน่นของการไหลของอากาศเมื่อไหลไปรอบ ๆ แบบจำลองเครื่องบินในอุโมงค์ลม
แผนภาพออปติคัลของหนึ่งในการนำวิธีการไปใช้แสดงในรูป ลำแสงจากแหล่งกำเนิดแสงกรีดจะถูกควบคุมโดยระบบเลนส์ผ่านวัตถุที่กำลังศึกษาและโฟกัสไปที่ขอบของฉากทึบแสง (ที่เรียกว่า มีดฟูโกต์). หากไม่มีความไม่สอดคล้องกันทางแสงในวัตถุที่กำลังศึกษาอยู่ รังสีทั้งหมดจะถูกบล็อกด้วยมีด หากมีความไม่สม่ำเสมอรังสีจะกระจัดกระจายและบางส่วนเบี่ยงเบนไปเหนือขอบมีด ด้วยการวางเลนส์ฉายภาพไว้ด้านหลังระนาบของมีด Foucault คุณสามารถฉายรังสีเหล่านี้ลงบนหน้าจอ (ส่งไปยังกล้องโดยตรง) และรับภาพที่ไม่สม่ำเสมอ
แผนภาพที่ง่ายที่สุดที่พิจารณาช่วยให้เราเห็นภาพได้ การไล่ระดับความหนาแน่นของสิ่งแวดล้อมตั้งฉากกับขอบมีด ในขณะที่การไล่ระดับความหนาแน่นตามพิกัดที่แตกต่างกันทำให้เกิดภาพเลื่อนไปตามขอบ และไม่เปลี่ยนความสว่างของหน้าจอ มีการปรับเปลี่ยนวิธีการของ Toepler หลายประการ ตัวอย่างเช่นแทนที่จะติดตั้งมีดจะมีการติดตั้งฟิลเตอร์แสงซึ่งประกอบด้วยแถบขนานที่มีสีต่างกัน หรือใช้รูรับแสงทรงกลมที่มีส่วนสี ในกรณีนี้ ในกรณีที่ไม่มีความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน รังสีจากจุดที่ต่างกันจะผ่านจุดเดียวกันบนไดอะแฟรม ดังนั้นทั้งสนามจึงถูกทาสีด้วยสีเดียวกัน การปรากฏตัวของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของรังสีที่ผ่านส่วนต่าง ๆ และภาพของจุดที่มีความเบี่ยงเบนของแสงต่างกันจะถูกวาดด้วยสีที่สอดคล้องกัน

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ แกนกระแสน้ำวนอาจพังทลายลง ซึ่งช่วยลดการยกของปีก กระบวนการนี้เรียกว่ากระแสน้ำวนไหล (vortex shedding) พัฒนาในรูปแบบ "ฟอง" หรือ "เกลียว" ความแตกต่างทางการมองเห็นซึ่งแสดงให้เห็นได้จากภาพถ่ายที่ถ่ายโดยใช้การฉีดสีย้อมเรืองแสง โดยทั่วไปแล้ว ระบอบการปกครองแบบฟองสบู่ของการหลุดของกระแสน้ำวนจะเกิดขึ้นก่อนการสลายตัวแบบเกลียว

ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ให้ข้อมูลเกี่ยวกับสเปกตรัมของการไหลเหนือเสียงรอบเครื่องบิน วิธีเงาของโทเพลอร์. ด้วยความช่วยเหลือนี้ ทำให้มองเห็นความไม่สอดคล้องกันในการไหลของก๊าซ โดยมองเห็นคลื่นกระแทกและคลื่นการทำให้บริสุทธิ์ได้ชัดเจนเป็นพิเศษ

การแยกขั้นตอน

การแยกระยะพาหะและระยะโคจรเป็นหนึ่งในปัญหาที่ยากที่สุดที่ต้องพิจารณาระหว่างการทำงานในโครงการ ELAC-EOS เพื่อความปลอดภัยในการเคลื่อนที่ ขั้นตอนของการบินนี้จำเป็นต้องมีการศึกษาอย่างรอบคอบเป็นพิเศษ การศึกษาเชิงตัวเลขของระยะต่างๆ ดำเนินการที่ศูนย์ SFB 255 ที่มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก และงานทดลองทั้งหมดดำเนินการที่สถาบันกลศาสตร์เชิงทฤษฎีและประยุกต์ SB RAS การทดสอบในอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียง T-313 รวมถึงการแสดงภาพการไหลรอบๆ โครงสร้างทั้งหมด และการวัดลักษณะอากาศพลศาสตร์และความดันพื้นผิวในระหว่างการแยกเวที

โมเดลชั้นล่างของ ELAC 1C แตกต่างจากรุ่น ELAC 1 ดั้งเดิมตรงที่ว่ามันมีช่องตื้นซึ่งเวทีวงโคจรจะอยู่ในระหว่างการขึ้นบินและไต่ระดับ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ดำเนินการที่หมายเลขมัคสตรีมฟรี M = 4.04 หมายเลข Reynolds Re = 9.6 10 6 และมุมการโจมตีเป็นศูนย์ของรุ่น EOS

มีการสังเกตข้อตกลงที่ดีระหว่างข้อมูลที่คำนวณและการทดลอง ซึ่งยืนยันความน่าเชื่อถือของโซลูชันเชิงตัวเลขในการทำนายกระแสที่มีความเร็วเหนือเสียง ตัวอย่างของภาพที่คำนวณได้ของการแจกแจงของเลขมัค (ความเร็ว) ในการไหลระหว่างกระบวนการแยกถูกนำเสนอในหน้านี้ การกระแทกและการหายากเฉพาะที่สามารถมองเห็นได้ทั้งสองระยะ ในความเป็นจริง ส่วนด้านหลังของการกำหนดค่า ELAC 1C จะไม่มีสุญญากาศ เนื่องจากจะเป็นที่เก็บเครื่องยนต์แรมเจ็ทที่มีความเร็วเหนือเสียง

โดยทั่วไปอาจกล่าวได้ว่าการวิจัยเกี่ยวกับแนวคิดทางอากาศพลศาสตร์ของระบบ ELAC–EOS สองขั้นตอน ซึ่งริเริ่มโดยสมาคมวิจัยแห่งเยอรมนี DFG นั้นประสบความสำเร็จ จากผลจากงานเชิงทฤษฎีและการทดลองที่ซับซ้อนอย่างกว้างขวาง ซึ่งมีศูนย์วิทยาศาสตร์จากยุโรป เอเชีย อเมริกา และออสเตรเลียเข้าร่วม จึงมีการคำนวณการกำหนดค่าที่สมบูรณ์ของความสามารถในการบินขึ้นและลงจอดในแนวนอนที่สนามบินมาตรฐาน ปัญหาทางอากาศพลศาสตร์ได้เกิดขึ้น ของการบินด้วยความเร็วต่ำ ความเร็วเหนือเสียง และโดยเฉพาะความเร็วเหนือเสียงได้รับการแก้ไขแล้ว

ในปัจจุบัน เป็นที่ชัดเจนว่าการสร้างการขนส่งทางอากาศและอวกาศที่มีแนวโน้มยังคงต้องมีการวิจัยโดยละเอียดเกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องยนต์หายใจด้วยอากาศความเร็วเหนือเสียงที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในความเร็วการบินที่หลากหลาย ระบบควบคุมที่มีความแม่นยำสูงสำหรับกระบวนการแยกขั้นตอนและการลงจอด ของโมดูลออร์บิทัล วัสดุอุณหภูมิสูงใหม่ ฯลฯ การแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคที่ซับซ้อนเหล่านี้เป็นไปไม่ได้หากปราศจากความพยายามร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์ ประเทศต่างๆ. และประสบการณ์ของโครงการนี้เป็นเพียงการยืนยัน: ระยะยาว ความร่วมมือระหว่างประเทศกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญของการวิจัยด้านการบินและอวกาศ

วรรณกรรม

Kharitonov A.M., Krause E., Limberg W. และคณะ // J. การทดลองในของไหล 2542 ว. 26. หน้า 423.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. และคณะ // J. การทดลองในของไหล 2000 V. 29. หน้า 592.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. และคณะ //Proc. ที่ X Int. การประชุมเกี่ยวกับวิธีการวิจัยทางอากาศฟิสิกส์ โนโวซีบีสค์ พ.ศ. 2543 ฉบับที่ 1 หน้า 53

Krause E., M.D. Brodetsky, Kharitonov A.M. //Proc. ที่การประชุม WFAM ชิคาโก, 2000.

Brodetsky M.D., Krause E., Nikiforov S.B. และอื่นๆ // PMTF. 2544 ต. 42. หน้า 68.

เทคโนโลยีและการค้นพบสมัยใหม่กำลังยกระดับการสำรวจอวกาศไปสู่อีกระดับหนึ่ง แต่การเดินทางระหว่างดวงดาวยังคงเป็นความฝัน แต่มันไม่สมจริงและไม่สามารถบรรลุได้ขนาดนั้นเหรอ? ตอนนี้เราทำอะไรได้บ้าง และคาดหวังอะไรได้บ้างในอนาคตอันใกล้นี้?

10/11/2554 อังคาร 17:27 น. ตามเวลามอสโก

นักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อาจเอื้ออาศัยได้ 54 ดวง โลกอันห่างไกลเหล่านี้อยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้เช่น ที่ระยะหนึ่งจากดาวฤกษ์ใจกลางทำให้สามารถกักเก็บน้ำในรูปของเหลวบนพื้นผิวดาวเคราะห์ได้

อย่างไรก็ตาม คำตอบสำหรับคำถามหลักว่าเราอยู่คนเดียวในจักรวาลหรือไม่นั้นเป็นเรื่องยากที่จะได้รับ เนื่องจากระยะทางอันมหาศาลที่แยกระบบสุริยะและเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดออกจากกัน ตัวอย่างเช่น ดาวเคราะห์ "มีแนวโน้ม" Gliese 581g ตั้งอยู่ที่ระยะทาง 20 ปีแสง ซึ่งใกล้เคียงกับมาตรฐานจักรวาลมากพอ แต่ก็ยังไกลเกินไปสำหรับเครื่องมือภาคพื้นดิน

ความอุดมสมบูรณ์ของดาวเคราะห์นอกระบบภายในรัศมี 100 ปีแสงหรือน้อยกว่าจากโลก และความสนใจทางวิทยาศาสตร์และอารยธรรมมหาศาลที่พวกมันเป็นตัวแทนสำหรับมนุษยชาติ ทำให้เราพิจารณาแนวคิดใหม่อันน่าอัศจรรย์ของการเดินทางระหว่างดวงดาวจนบัดนี้

ใกล้เคียงกับของเรามากที่สุด ระบบสุริยะดาว

แน่นอนว่าการบินไปยังดาวดวงอื่นเป็นเรื่องของเทคโนโลยี ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีความเป็นไปได้หลายประการในการบรรลุเป้าหมายอันห่างไกลดังกล่าว และยังไม่มีทางเลือกที่สนับสนุนวิธีการใดวิธีหนึ่ง

หลีกทางให้กับโดรน

มนุษยชาติได้ส่งยานพาหนะระหว่างดวงดาวขึ้นสู่อวกาศแล้ว: ยานไพโอเนียร์และยานโวเอเจอร์ ปัจจุบันพวกเขาออกจากระบบสุริยะแล้ว แต่ความเร็วของพวกเขาไม่อนุญาตให้เราพูดถึงความสำเร็จอย่างรวดเร็วของเป้าหมาย ดังนั้นยานโวเอเจอร์ 1 ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 17 กม./วินาที จะบินไปยังดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดชื่อ Proxima Centauri (4.2 ปีแสง) เป็นเวลานานอย่างไม่น่าเชื่อ - 17,000 ปี

เห็นได้ชัดว่าด้วยเครื่องยนต์จรวดสมัยใหม่เราจะไม่ไปไกลกว่าระบบสุริยะ: ในการขนส่งสินค้า 1 กิโลกรัมแม้จะไปยัง Proxima Centauri ที่อยู่ใกล้เคียงนั้นจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงหลายหมื่นตัน ในเวลาเดียวกัน เมื่อมวลของเรือเพิ่มขึ้น ปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องการจะเพิ่มขึ้น และจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงเพิ่มเติมในการขนส่ง วงจรอุบาทว์ที่ทำให้ถังเชื้อเพลิงเคมียุติลง - การสร้างยานอวกาศที่มีน้ำหนักหลายพันล้านตันดูเหมือนจะเป็นงานที่เหลือเชื่ออย่างยิ่ง การคำนวณง่ายๆ โดยใช้สูตรของ Tsiolkovsky แสดงให้เห็นว่าการเร่งยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยสารเคมีให้เป็นความเร็วประมาณ 10% ของความเร็วแสงจะต้องใช้เชื้อเพลิงมากกว่าที่มีอยู่ในจักรวาลที่เรารู้จัก

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันผลิตพลังงานต่อหน่วยมวลโดยเฉลี่ยมากกว่ากระบวนการเผาไหม้ทางเคมีถึงล้านเท่า นั่นคือเหตุผลที่ NASA หันมาสนใจความเป็นไปได้ในการใช้เครื่องยนต์จรวดแสนสาหัสในช่วงทศวรรษ 1970 โครงการยานอวกาศไร้คนขับเดดาลัสเกี่ยวข้องกับการสร้างเครื่องยนต์ที่จะป้อนเชื้อเพลิงแสนสาหัสเม็ดเล็กเข้าไปในห้องเผาไหม้และจุดไฟด้วยลำอิเล็กตรอน ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยานิวเคลียร์แสนสาหัสจะลอยออกจากหัวฉีดของเครื่องยนต์และทำให้เรือเร่งความเร็ว

ยานอวกาศเดดาลัส เทียบกับตึกเอ็มไพร์สเตต

เดดาลัสควรจะนำเม็ดเชื้อเพลิงจำนวน 50,000 ตันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 และ 20 มม. ขึ้นเครื่อง เม็ดประกอบด้วยแกนที่ประกอบด้วยดิวทีเรียมและทริเทียม และเปลือกฮีเลียม-3 ส่วนหลังคิดเป็นเพียง 10-15% ของมวลของเม็ดเชื้อเพลิง แต่ในความเป็นจริงแล้วคือเชื้อเพลิง ฮีเลียม-3 มีมากมายบนดวงจันทร์ และดิวเทอเรียมถูกใช้อย่างแพร่หลาย อุตสาหกรรมนิวเคลียร์. แกนดิวทีเรียมทำหน้าที่เป็นตัวจุดชนวนเพื่อจุดชนวนปฏิกิริยาฟิวชันและกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาอันทรงพลังด้วยการปล่อยพลาสมาเจ็ทปฏิกิริยาซึ่งถูกควบคุมโดยสนามแม่เหล็กอันทรงพลัง ห้องเผาไหม้โมลิบดีนัมหลักของเครื่องยนต์เดดาลัสควรจะมีน้ำหนักมากกว่า 218 ตันห้องขั้นที่สอง - 25 ตัน ขดลวดตัวนำยิ่งยวดแบบแม่เหล็กยังเข้าคู่กับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่: เครื่องแรกมีน้ำหนัก 124.7 ตันและอันที่สอง - 43.6 ตัน สำหรับการเปรียบเทียบน้ำหนักแห้งของกระสวยน้อยกว่า 100 ตัน

การบินเดดาลัสได้รับการวางแผนให้เป็นแบบสองขั้นตอน: เครื่องยนต์ขั้นแรกควรจะทำงานนานกว่า 2 ปีและเผาผลาญเม็ดเชื้อเพลิง 16 พันล้านเม็ด หลังจากการแยกขั้นแรก เครื่องยนต์ขั้นที่สองใช้งานได้เกือบสองปี ดังนั้น ในการเร่งความเร็วต่อเนื่อง 3.81 ปี เดดาลัสจะมีความเร็วสูงสุดอยู่ที่ 12.2% ของความเร็วแสง เรือดังกล่าวจะครอบคลุมระยะทางถึงดาวของบาร์นาร์ด (5.96 ปีแสง) ในอีก 50 ปีและจะสามารถบินผ่านระบบดาวอันห่างไกลเพื่อส่งข้อมูลการสังเกตผ่านวิทยุไปยังโลก ดังนั้นภารกิจทั้งหมดจะใช้เวลาประมาณ 56 ปี

Stanford Tor เป็นโครงสร้างขนาดมหึมาที่มีเมืองทั้งเมืองอยู่ภายในขอบ

แม้จะมีความยากลำบากอย่างมากในการรับรองความน่าเชื่อถือของระบบจำนวนมากของ Daedalus และต้นทุนมหาศาล แต่โครงการนี้สามารถนำไปใช้ในระดับเทคโนโลยีปัจจุบันได้ นอกจากนี้ในปี 2552 ทีมงานผู้กระตือรือร้นได้รื้อฟื้นงานในโครงการเรือแสนสาหัส ปัจจุบัน โครงการอิคารัสมีหัวข้อทางวิทยาศาสตร์ 20 หัวข้อเกี่ยวกับการพัฒนาทางทฤษฎีของระบบและวัสดุยานอวกาศระหว่างดวงดาว

ดังนั้น การบินระหว่างดวงดาวไร้คนขับในระยะทาง 10 ปีแสงจึงเป็นไปได้ในปัจจุบัน ซึ่งจะใช้เวลาประมาณ 100 ปีในการบินบวกกับเวลาที่สัญญาณวิทยุเดินทางกลับมายังโลก ระบบดาว Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 และ 248, CN Leo, WISE 1541-2250 อยู่ภายในรัศมีนี้ ดังที่เราเห็น มีวัตถุใกล้โลกมากพอที่จะศึกษาโดยใช้ภารกิจไร้คนขับ แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าหุ่นยนต์พบบางสิ่งที่แปลกและไม่เหมือนใครจริงๆ เช่น ชีวมณฑลที่ซับซ้อน? การสำรวจที่มีส่วนร่วมของมนุษย์จะสามารถไปยังดาวเคราะห์อันห่างไกลได้หรือไม่?

การบินตลอดชีวิต

หากเราสามารถเริ่มสร้างเรือไร้คนขับได้ตั้งแต่วันนี้ สถานการณ์ก็จะซับซ้อนมากขึ้นด้วยเรือไร้คนขับ ประการแรก ปัญหาเรื่องเวลาบินเป็นเรื่องรุนแรง ลองใช้ดาราบาร์นาร์ดคนเดียวกัน นักบินอวกาศจะต้องเตรียมพร้อมสำหรับการบินแบบมีคนขับจากโรงเรียน เนื่องจากแม้ว่าการปล่อยตัวจากโลกจะเกิดขึ้นในวันครบรอบ 20 ปีของพวกเขา ยานอวกาศก็จะบรรลุเป้าหมายภารกิจภายในวันครบรอบ 70 ปีหรือ 100 ปีด้วยซ้ำ (โดยคำนึงถึงความจำเป็นในการเบรก ซึ่งไม่จำเป็นในการบินไร้คนขับ) การเลือกลูกเรือตั้งแต่อายุยังน้อยนั้นเต็มไปด้วยความไม่ลงรอยกันทางจิตใจและความขัดแย้งระหว่างบุคคล และเมื่ออายุ 100 ปีก็ไม่ได้ให้ความหวังในการทำงานที่ประสบผลสำเร็จบนพื้นผิวโลกและสำหรับการกลับบ้าน

อย่างไรก็ตามมีประเด็นที่จะกลับมาหรือไม่? การศึกษาของ NASA จำนวนมากนำไปสู่ข้อสรุปที่น่าผิดหวัง: พักระยะยาวในสภาวะแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์จะทำลายสุขภาพของนักบินอวกาศอย่างถาวร ดังนั้น งานของศาสตราจารย์ชีววิทยา Robert Fitts กับนักบินอวกาศ ISS แสดงให้เห็นว่าแม้จะออกกำลังกายอย่างหนักบนยานอวกาศ แต่หลังจากภารกิจไปดาวอังคารนานสามปี กล้ามเนื้อขนาดใหญ่ เช่น กล้ามเนื้อน่อง ก็จะอ่อนแอลง 50% ความหนาแน่นของมวลกระดูกก็ลดลงเช่นเดียวกัน เป็นผลให้ความสามารถในการทำงานและความอยู่รอดในสถานการณ์ที่รุนแรงลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และระยะเวลาในการปรับตัวให้เข้ากับแรงโน้มถ่วงปกติจะใช้เวลาอย่างน้อยหนึ่งปี การบินด้วยแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์มานานหลายทศวรรษจะก่อให้เกิดคำถามต่อชีวิตของนักบินอวกาศ บางทีร่างกายมนุษย์อาจจะสามารถฟื้นตัวได้ เช่น ระหว่างการเบรกโดยค่อยๆ เพิ่มแรงโน้มถ่วง เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ความเสี่ยงต่อการเสียชีวิตยังสูงเกินไปและต้องมีวิธีแก้ปัญหาที่รุนแรง

ปัญหารังสียังยากอยู่ แม้จะอยู่ใกล้โลก (บนสถานีอวกาศนานาชาติ) นักบินอวกาศจะอยู่ได้ไม่เกินหกเดือนเนื่องจากอันตรายจากการได้รับรังสี ยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์จะต้องติดตั้งระบบป้องกันอย่างหนัก แต่คำถามเกี่ยวกับผลกระทบของรังสีที่มีต่อร่างกายมนุษย์ยังคงอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเสี่ยงของโรคมะเร็งซึ่งไม่ได้ศึกษาการพัฒนาของแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ เมื่อต้นปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ Krasimir Ivanov จากศูนย์การบินและอวกาศเยอรมันในโคโลญจน์ตีพิมพ์ผลการศึกษาที่น่าสนใจเกี่ยวกับพฤติกรรมของเซลล์มะเร็งผิวหนัง (มะเร็งผิวหนังรูปแบบที่อันตรายที่สุด) ในสภาวะแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์มะเร็งที่เติบโตในแรงโน้มถ่วงปกติ เซลล์ที่เติบโตในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์เป็นเวลา 6 และ 24 ชั่วโมงมีโอกาสแพร่กระจายน้อยกว่า นี่ดูเหมือนจะเป็นข่าวดี แต่เพียงแวบแรกเท่านั้น ความจริงก็คือ มะเร็ง “อวกาศ” ดังกล่าวสามารถคงอยู่เฉยๆ ได้นานหลายทศวรรษ และแพร่กระจายอย่างไม่คาดคิดในวงกว้างเมื่อระบบภูมิคุ้มกันถูกรบกวน นอกจากนี้ การศึกษายังแสดงให้เห็นชัดเจนว่าเรายังรู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการตอบสนองของร่างกายมนุษย์ต่อการสัมผัสกับอวกาศเป็นเวลานาน ทุกวันนี้ นักบินอวกาศ คนที่มีสุขภาพดีและเข้มแข็ง ใช้เวลาที่นั่นน้อยเกินไปเพื่อถ่ายทอดประสบการณ์ของพวกเขาไปสู่การบินระหว่างดวงดาวอันยาวนาน

โครงการ Biosphere 2 เริ่มต้นด้วยระบบนิเวศที่สวยงาม คัดเลือกมาอย่างดี และมีสุขภาพดี...

น่าเสียดายที่การแก้ปัญหาเรื่องไร้น้ำหนักบนเรือระหว่างดวงดาวนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ความสามารถที่มีสำหรับเราในการสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมโดยการหมุนโมดูลที่อยู่อาศัยนั้นมีความยากลำบากหลายประการ ในการสร้างแรงโน้มถ่วงของโลก แม้แต่ล้อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 200 เมตร ก็ยังต้องหมุนด้วยความเร็ว 3 รอบต่อนาที ด้วยการหมุนอย่างรวดเร็วเช่นนี้ แรงคาริโอลิสจะสร้างภาระที่ไม่สามารถทนทานต่อระบบขนถ่ายของมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดอาการคลื่นไส้และอาการเมาเรือเฉียบพลัน ทางออกเดียวสำหรับปัญหานี้คือ Stanford Tor ซึ่งพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดในปี 1975 นี่คือวงแหวนขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.8 กม. ซึ่งนักบินอวกาศ 10,000 คนสามารถมีชีวิตอยู่ได้ ด้วยขนาดของมันจึงมีแรงโน้มถ่วง 0.9-1.0 กรัม และค่อนข้างสะดวกสบายสำหรับผู้คน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าความเร็วการหมุนจะต่ำกว่าหนึ่งรอบต่อนาที ผู้คนก็ยังรู้สึกไม่สบายเล็กน้อยแต่สังเกตได้ชัดเจน ยิ่งไปกว่านั้น หากสร้างห้องนั่งเล่นขนาดมหึมาดังกล่าว การกระจายน้ำหนักของพรูแม้เพียงเล็กน้อยก็จะส่งผลต่อความเร็วในการหมุนและทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของโครงสร้างทั้งหมด

...และจบลงด้วยภัยพิบัติด้านสิ่งแวดล้อม

ไม่ว่าในกรณีใดเรือสำหรับ 10,000 คนเป็นความคิดที่น่าสงสัย ในการสร้างระบบนิเวศที่เชื่อถือได้สำหรับคนจำนวนมาก คุณต้องมีพืชจำนวนมาก ไก่ 60,000 ตัว กระต่าย 30,000 ตัว และฝูงวัวหนึ่งฝูง เพียงอย่างเดียวนี้สามารถให้พลังงานได้ 2,400 แคลอรี่ต่อวัน อย่างไรก็ตาม การทดลองทั้งหมดเพื่อสร้างระบบนิเวศแบบปิดมักจะจบลงด้วยความล้มเหลวเสมอ ดังนั้นในระหว่างการทดลองที่ใหญ่ที่สุด "Biosphere-2" โดย Space Biosphere Ventures เครือข่ายของอาคารสุญญากาศที่มีพื้นที่รวม 1.5 เฮกตาร์จึงถูกสร้างขึ้นด้วยพืชและสัตว์กว่า 3,000 สายพันธุ์ ระบบนิเวศทั้งหมดควรจะกลายเป็น "ดาวเคราะห์" ดวงเล็กที่พึ่งพาตนเองได้ซึ่งมีคน 8 คนอาศัยอยู่ การทดลองใช้เวลา 2 ปี แต่หลังจากนั้นไม่กี่สัปดาห์ปัญหาร้ายแรงก็เริ่มขึ้น: จุลินทรีย์และแมลงเริ่มเพิ่มจำนวนอย่างควบคุมไม่ได้ ใช้ออกซิเจนและพืชในปริมาณมากเกินไป ปรากฎว่าหากไม่มีลม พืชก็เปราะบางเกินไป อันเป็นผลมาจากท้องถิ่น ภัยพิบัติด้านสิ่งแวดล้อมผู้คนเริ่มลดน้ำหนักปริมาณออกซิเจนลดลงจาก 21% เป็น 15% และนักวิทยาศาสตร์ต้องฝ่าฝืนเงื่อนไขของการทดลองและจัดหาออกซิเจนและอาหารให้กับ "นักบินอวกาศ" ทั้งแปดคน

ดังนั้น การสร้างระบบนิเวศที่ซับซ้อนจึงดูเป็นวิธีที่เข้าใจผิดและเป็นอันตรายในการให้ออกซิเจนและสารอาหารแก่ลูกเรือในยานอวกาศระหว่างดวงดาว เพื่อแก้ปัญหานี้ สิ่งมีชีวิตที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งมียีนดัดแปลงจึงเป็นสิ่งจำเป็น ซึ่งสามารถกินแสง ของเสีย และสารธรรมดาได้ ตัวอย่างเช่น โรงงานสมัยใหม่ขนาดใหญ่สำหรับการผลิตสาหร่ายคลอเรลลาที่กินได้สามารถผลิตสารแขวนลอยได้มากถึง 40 ตันต่อวัน เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบอัตโนมัติโดยสมบูรณ์หนึ่งเครื่องที่มีน้ำหนักหลายตันสามารถผลิตสารแขวนลอยคลอเรลลาได้มากถึง 300 ลิตรต่อวัน ซึ่งเพียงพอสำหรับการเลี้ยงลูกเรือหลายสิบคน คลอเรลลาดัดแปลงพันธุกรรมไม่เพียงแต่สามารถตอบสนองความต้องการทางโภชนาการของลูกเรือเท่านั้น แต่ยังแปรรูปของเสีย รวมถึงคาร์บอนไดออกไซด์ด้วย ปัจจุบัน กระบวนการดัดแปลงพันธุกรรมสาหร่ายขนาดเล็กกลายเป็นเรื่องปกติ และมีตัวอย่างมากมายที่พัฒนาขึ้นสำหรับการบำบัดน้ำเสีย การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ ฯลฯ

ความฝันที่เยือกแข็ง

ปัญหาข้างต้นเกือบทั้งหมดของการบินระหว่างดวงดาวที่มีคนขับสามารถแก้ไขได้ด้วยเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มดีอย่างหนึ่งนั่นคือแอนิเมชั่นที่ถูกระงับหรือที่เรียกกันว่าการแช่แข็ง Anabiosis เป็นการชะลอกระบวนการชีวิตของมนุษย์อย่างน้อยหลายครั้ง หากเป็นไปได้ที่จะทำให้บุคคลตกอยู่ในความง่วงเทียมซึ่งจะทำให้การเผาผลาญช้าลง 10 เท่าในระหว่างการเดินทาง 100 ปีเขาจะอายุขณะหลับเพียง 10 ปีเท่านั้น ทำให้ง่ายต่อการแก้ไขปัญหาด้านโภชนาการ ปริมาณออกซิเจน ความผิดปกติทางจิต และการทำลายร่างกายอันเป็นผลมาจากภาวะไร้น้ำหนัก นอกจากนี้ การปกป้องช่องที่มีช่องแอนิเมชันแขวนลอยจากอุกกาบาตขนาดเล็กและการแผ่รังสีได้ง่ายกว่าเขตเอื้ออาศัยขนาดใหญ่

น่าเสียดายที่การชะลอกระบวนการในชีวิตของมนุษย์เป็นงานที่ยากมาก แต่ในธรรมชาติมีสิ่งมีชีวิตที่สามารถจำศีลและเพิ่มอายุขัยได้หลายร้อยครั้ง ตัวอย่างเช่น กิ้งก่าตัวเล็กที่เรียกว่าซาลาแมนเดอร์ไซบีเรีย สามารถจำศีลในช่วงเวลาที่ยากลำบากและมีชีวิตอยู่ได้นานหลายสิบปี แม้ว่าจะแช่แข็งอยู่ในก้อนน้ำแข็งที่มีอุณหภูมิลบ 35-40°C ก็ตาม มีหลายกรณีที่ทราบกันดีว่าซาลาแมนเดอร์ใช้เวลาจำศีลประมาณ 100 ปี และราวกับว่าไม่มีอะไรเกิดขึ้น ก็ละลายออกมาและวิ่งหนีจากนักวิจัยที่ประหลาดใจ ยิ่งกว่านั้นอายุขัยของจิ้งจก "ต่อเนื่อง" ตามปกติจะต้องไม่เกิน 13 ปี ความสามารถที่น่าทึ่งของซาลาแมนเดอร์นั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าตับของมันสังเคราะห์กลีเซอรอลจำนวนมากซึ่งเกือบ 40% ของน้ำหนักตัวซึ่งช่วยปกป้องเซลล์จากอุณหภูมิต่ำ

เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพสำหรับการปลูกสาหร่ายขนาดเล็กดัดแปลงพันธุกรรมและจุลินทรีย์อื่นๆ สามารถแก้ปัญหาด้านโภชนาการและการแปรรูปของเสียได้

อุปสรรคหลักในการแช่บุคคลในการแช่แข็งคือน้ำ ซึ่งคิดเป็น 70% ของร่างกายเรา เมื่อแช่แข็งจะกลายเป็นผลึกน้ำแข็ง โดยมีปริมาตรเพิ่มขึ้น 10% ซึ่งทำให้เยื่อหุ้มเซลล์แตก นอกจากนี้ เมื่อเซลล์แข็งตัว สารที่ละลายภายในเซลล์จะย้ายไปยังน้ำที่เหลืออยู่ ซึ่งขัดขวางกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนภายในเซลล์ เช่นเดียวกับการจัดระเบียบของโปรตีนและโครงสร้างระหว่างเซลล์อื่นๆ โดยทั่วไปการทำลายเซลล์ในระหว่างการแช่แข็งทำให้บุคคลไม่สามารถกลับมามีชีวิตได้

อย่างไรก็ตาม มีวิธีแก้ไขปัญหานี้ได้ดี นั่นคือคลาเทรตไฮเดรต พวกมันถูกค้นพบในปี 1810 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เซอร์ ฮัมฟรีย์ เดวี ฉีดคลอรีนลงในน้ำภายใต้แรงดันสูง และเห็นการก่อตัวของโครงสร้างแข็ง สิ่งเหล่านี้คือคลาเทรตไฮเดรต - หนึ่งในรูปแบบของน้ำแข็งซึ่งมีก๊าซจากต่างประเทศ ซึ่งแตกต่างจากผลึกน้ำแข็ง clathrate lattices มีความแข็งน้อยกว่าไม่มีขอบคม แต่มีโพรงซึ่งสารในเซลล์สามารถ "ซ่อน" ได้ เทคโนโลยีของแอนิเมชั่นแบบแขวนลอยของแคลเทรตนั้นเรียบง่าย: ก๊าซเฉื่อย เช่น ซีนอนหรืออาร์กอน อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์เพียงเล็กน้อย และเมแทบอลิซึมของเซลล์เริ่มค่อยๆ ช้าลงจนกระทั่งบุคคลนั้นตกอยู่ในภาวะแช่แข็ง น่าเสียดายที่การก่อตัวของคลาเทรตไฮเดรตต้องใช้แรงดันสูง (ประมาณ 8 บรรยากาศ) และก๊าซที่ละลายในน้ำมีความเข้มข้นสูงมาก วิธีสร้างเงื่อนไขดังกล่าวในสิ่งมีชีวิตยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แม้ว่าจะมีความสำเร็จบ้างในด้านนี้ก็ตาม ดังนั้น clathrates จึงสามารถปกป้องเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อหัวใจจากการทำลายไมโตคอนเดรียได้แม้ในอุณหภูมิที่เย็นจัด (ต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียส) รวมทั้งป้องกันความเสียหายต่อเยื่อหุ้มเซลล์ ยังไม่มีการพูดคุยเกี่ยวกับการทดลองเกี่ยวกับแอนิเมชันที่ระงับด้วยสารคลาเทรตในมนุษย์ เนื่องจากความต้องการเชิงพาณิชย์สำหรับเทคโนโลยีการแช่แข็งด้วยความเย็นยังมีน้อย และการวิจัยในหัวข้อนี้ดำเนินการโดยบริษัทขนาดเล็กที่ให้บริการแช่แข็งศพของผู้ตายเป็นหลัก

เที่ยวบินไฮโดรเจน

ในปี 1960 นักฟิสิกส์ โรเบิร์ต บุสซาร์ด เสนอแนวคิดดั้งเดิมของเครื่องยนต์เทอร์โมนิวเคลียร์แบบแรมเจ็ต ซึ่งช่วยแก้ปัญหาหลายประการของการเดินทางระหว่างดวงดาว แนวคิดก็คือการใช้ไฮโดรเจนและฝุ่นระหว่างดวงดาวที่มีอยู่ในอวกาศ ยานอวกาศที่มีเครื่องยนต์ดังกล่าวจะเร่งความเร็วด้วยเชื้อเพลิงของตัวเองก่อน จากนั้นจึงเปิดช่องทางขนาดใหญ่ของสนามแม่เหล็กซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายพันกิโลเมตร ซึ่งจับไฮโดรเจนจากอวกาศ ไฮโดรเจนนี้ถูกใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่ไม่มีวันหมดสำหรับเครื่องยนต์จรวดฟิวชัน

การใช้เครื่องยนต์ Bussard ให้ประโยชน์มหาศาล ประการแรกเนื่องจากเชื้อเพลิง "ฟรี" จึงเป็นไปได้ที่จะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ 1 กรัมซึ่งหมายความว่าปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับภาวะไร้น้ำหนักจะหายไป นอกจากนี้เครื่องยนต์ยังช่วยให้คุณเร่งความเร็วได้อย่างมหาศาล - 50% ของความเร็วแสงและมากกว่านั้นอีก ตามทฤษฎีแล้ว เรือที่ใช้เครื่องยนต์ Bussard เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 1 กรัม สามารถครอบคลุมระยะทาง 10 ปีแสงในเวลาประมาณ 12 ปีแสง ปีทางโลกและสำหรับลูกเรือ เนื่องจากผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ เวลาจัดส่งเพียง 5 ปีจึงจะผ่านไป

น่าเสียดายที่เส้นทางสู่การสร้างเรือด้วยเครื่องยนต์ Bussard เผชิญกับปัญหาร้ายแรงหลายประการที่ไม่สามารถแก้ไขได้ในระดับเทคโนโลยีปัจจุบัน ก่อนอื่น จำเป็นต้องสร้างกับดักไฮโดรเจนขนาดยักษ์และเชื่อถือได้ โดยสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความแข็งแกร่งขนาดมหึมา ในเวลาเดียวกัน จะต้องรับประกันการสูญเสียน้อยที่สุดและการขนส่งไฮโดรเจนไปยังเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสอย่างมีประสิทธิภาพ กระบวนการของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ในการแปลงอะตอมไฮโดรเจนสี่อะตอมเป็นอะตอมฮีเลียมที่เสนอโดย Bussard ทำให้เกิดคำถามมากมาย ความจริงก็คือปฏิกิริยาที่ง่ายที่สุดนี้ทำได้ยากในเครื่องปฏิกรณ์แบบทะลุผ่านครั้งเดียว เพราะมันดำเนินไปช้าเกินไป และโดยหลักการแล้ว เป็นไปได้เฉพาะภายในดาวฤกษ์เท่านั้น

อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในการศึกษาฟิวชั่นแสนสาหัสทำให้เกิดความหวังว่าปัญหาจะสามารถแก้ไขได้ เช่น โดยใช้ไอโซโทปและปฏิสสารที่ "แปลกใหม่" เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยา

ซาลาแมนเดอร์ไซบีเรียสามารถอยู่ในแอนิเมชั่นที่ถูกระงับมานานหลายทศวรรษ

จนถึงตอนนี้ การวิจัยในหัวข้อเครื่องยนต์ Bussard นั้นอยู่ในระนาบทางทฤษฎีเท่านั้น จำเป็นต้องมีการคำนวณบนพื้นฐานของเทคโนโลยีจริง ประการแรก จำเป็นต้องพัฒนาเครื่องยนต์ที่สามารถผลิตพลังงานได้เพียงพอสำหรับขับเคลื่อนกับดักแม่เหล็กและรักษาปฏิกิริยาแสนสาหัส สร้างปฏิสสาร และเอาชนะความต้านทานของตัวกลางระหว่างดวงดาว ซึ่งจะทำให้ "การแล่น" ของแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดมหึมาช้าลง

ปฏิสสารเพื่อช่วยเหลือ

นี่อาจฟังดูแปลก แต่ทุกวันนี้มนุษยชาติเข้าใกล้การสร้างเครื่องยนต์ปฏิสสารมากกว่าเครื่องยนต์ Bussard ramjet ที่ใช้งานง่ายและดูเหมือนเรียบง่าย

เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันที่ใช้ดิวทีเรียมและทริเทียมสามารถสร้างไฮโดรเจนได้ 6x1,011 จูลต่อไฮโดรเจน 1 กรัม ซึ่งดูน่าประทับใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาว่ามันมีประสิทธิภาพมากกว่าจรวดเคมีถึง 10 ล้านเท่า ปฏิกิริยาของสสารและปฏิสสารทำให้เกิดพลังงานเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า เมื่อพูดถึงการทำลายล้างการคำนวณของนักวิทยาศาสตร์ Mark Millis และผลงาน 27 ปีของเขาไม่ได้ดูน่าหดหู่ใจนัก Millis คำนวณต้นทุนพลังงานในการปล่อยยานอวกาศไปยัง Alpha Centauri และพบว่าพวกเขาจะอยู่ที่ 10 18 J เช่น เกือบเป็นปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อปีของมวลมนุษยชาติ แต่นี่เป็นปฏิสสารเพียงหนึ่งกิโลกรัมเท่านั้น

โพรบที่พัฒนาโดย Hbar Technologies จะมีใบเรือบางๆ ที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์เคลือบด้วยยูเรเนียม 238 เมื่อแอนติไฮโดรเจนชนใบเรือ มันจะทำลายล้างและสร้างแรงขับไอพ่น

อันเป็นผลมาจากการทำลายล้างของไฮโดรเจนและแอนติไฮโดรเจนทำให้เกิดกระแสโฟตอนที่ทรงพลังซึ่งมีความเร็วการไหลออกซึ่งถึงสูงสุดสำหรับเครื่องยนต์จรวดเช่น ความเร็วของแสง. นี่เป็นตัวบ่งชี้ในอุดมคติที่ช่วยให้ยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยโฟตอนสามารถบรรลุความเร็วใกล้แสงที่สูงมาก น่าเสียดายที่การใช้ปฏิสสารเป็นเชื้อเพลิงจรวดนั้นยากมาก เนื่องจากในระหว่างการทำลายล้างจะมีรังสีแกมมาอันทรงพลังระเบิดออกมาซึ่งจะฆ่านักบินอวกาศ นอกจากนี้ยังไม่มีเทคโนโลยีสำหรับการจัดเก็บปฏิสสารจำนวนมากและความจริงของการสะสมปฏิสสารจำนวนมากแม้ในอวกาศห่างไกลจากโลกก็เป็นภัยคุกคามร้ายแรงเนื่องจากการทำลายล้างปฏิสสารแม้แต่หนึ่งกิโลกรัมก็เทียบเท่ากับ การระเบิดของนิวเคลียร์ด้วยความจุ 43 เมกะตัน (การระเบิดของพลังดังกล่าวอาจทำให้หนึ่งในสามของสหรัฐอเมริกากลายเป็นทะเลทราย) ราคาของปฏิสสารเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ทำให้การบินระหว่างดวงดาวที่ขับเคลื่อนด้วยโฟตอนมีความซับซ้อน เทคโนโลยีการผลิตปฏิสสารสมัยใหม่ทำให้สามารถผลิตแอนติไฮโดรเจนได้หนึ่งกรัมโดยมีค่าใช้จ่ายหลายสิบล้านล้านดอลลาร์

อย่างไรก็ตาม โครงการวิจัยปฏิสสารขนาดใหญ่กำลังประสบผลสำเร็จ ปัจจุบัน มีการสร้างสถานที่จัดเก็บโพซิตรอนแบบพิเศษที่เรียกว่า "ขวดแม่เหล็ก" ซึ่งเป็นภาชนะที่ระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลวและมีผนังที่ทำจากสนามแม่เหล็ก ในเดือนมิถุนายนของปีนี้ นักวิทยาศาสตร์ของ CERN สามารถรักษาอะตอมของแอนติไฮโดรเจนได้เป็นเวลา 2,000 วินาที แหล่งเก็บปฏิสสารที่ใหญ่ที่สุดในโลกกำลังถูกสร้างขึ้นที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย (สหรัฐอเมริกา) ซึ่งจะสามารถสะสมโพซิตรอนมากกว่าหนึ่งล้านล้านโพซิตรอน เป้าหมายประการหนึ่งของนักวิทยาศาสตร์ UC คือการสร้างถังปฏิสสารแบบพกพาที่สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ ห่างไกลจากเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนจากเพนตากอนซึ่งมีความสนใจในการใช้งานปฏิสสารทางทหาร ดังนั้นขวดแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลกจึงไม่น่าจะขาดเงินทุน

เครื่องเร่งปฏิกิริยาสมัยใหม่จะสามารถผลิตแอนติไฮโดรเจนได้ 1 กรัมในระยะเวลาหลายร้อยปี นี่เป็นเวลาที่ยาวนานมาก ดังนั้นทางออกเดียวคือต้องพัฒนา เทคโนโลยีใหม่การผลิตปฏิสสารหรือรวมความพยายามของทุกประเทศบนโลกของเรา แต่ถึงแม้ในกรณีนี้ ด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่ มันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะฝันถึงการผลิตปฏิสสารจำนวนหลายสิบตันสำหรับการบินโดยมนุษย์ระหว่างดวงดาว

อย่างไรก็ตามทุกอย่างไม่ได้น่าเศร้านัก ผู้เชี่ยวชาญของ NASA ได้พัฒนาการออกแบบยานอวกาศหลายแบบที่สามารถเข้าไปในห้วงอวกาศได้ด้วยปฏิสสารเพียง 1 ไมโครกรัม NASA เชื่อว่าอุปกรณ์ที่ได้รับการปรับปรุงจะทำให้สามารถผลิตแอนติโปรตรอนได้ในราคาประมาณ 5 พันล้านดอลลาร์ต่อกรัม

บริษัท Hbar Technologies ในอเมริกา ซึ่งได้รับการสนับสนุนจาก NASA กำลังพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับโพรบไร้คนขับที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ที่ทำงานด้วยแอนติไฮโดรเจน เป้าหมายแรกของโครงการนี้คือการสร้างยานอวกาศไร้คนขับที่สามารถบินไปยังแถบไคเปอร์บริเวณรอบนอกระบบสุริยะได้ภายในเวลาไม่ถึง 10 ปี วันนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะบินไปยังจุดที่ห่างไกลเช่นนี้ใน 5-7 ปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งยานสำรวจ New Horizons ของ NASA จะบินผ่านแถบไคเปอร์ 15 ปีหลังจากการเปิดตัว

ยานสำรวจเดินทางไกล 250 AU ในอีก 10 ปีข้างหน้า มันจะมีขนาดเล็กมากโดยมีน้ำหนักบรรทุกเพียง 10 มก. แต่จะต้องใช้แอนติไฮโดรเจนเล็กน้อยด้วย - 30 มก. เทวาตรอนจะผลิตได้ในปริมาณดังกล่าวภายในไม่กี่ทศวรรษ และนักวิทยาศาสตร์สามารถทดสอบแนวคิดเครื่องยนต์ใหม่ในภารกิจอวกาศจริงได้

การคำนวณเบื้องต้นยังแสดงให้เห็นว่าสามารถส่งโพรบขนาดเล็กไปยังอัลฟ่าเซ็นทอรีได้ในลักษณะเดียวกัน แอนติไฮโดรเจนหนึ่งกรัมจะไปถึงดาวฤกษ์อันไกลโพ้นในอีก 40 ปี

อาจดูเหมือนว่าทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นเป็นเพียงจินตนาการและไม่เกี่ยวข้องกับอนาคตอันใกล้นี้ โชคดีที่ไม่เป็นเช่นนั้น แม้ว่าความสนใจของสาธารณชนจะมุ่งเน้นไปที่วิกฤตการณ์ระดับโลก ความล้มเหลวของดาราเพลงป๊อป และเหตุการณ์ปัจจุบันอื่นๆ แต่ความคิดริเริ่มในการสร้างยุคสมัยยังคงอยู่ในเงามืด หน่วยงานอวกาศของ NASA ได้เปิดตัวโครงการยานอวกาศ 100 ปีที่มีความทะเยอทะยาน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสร้างรากฐานทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสำหรับการบินระหว่างดาวเคราะห์และระหว่างดวงดาวอย่างค่อยเป็นค่อยไปเป็นเวลาหลายปี โปรแกรมนี้ไม่มีความคล้ายคลึงกันในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ และควรดึงดูดนักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และผู้สนใจในอาชีพอื่นๆ จากทั่วทุกมุมโลก การประชุมสัมมนาจะจัดขึ้นที่เมืองออร์แลนโด รัฐฟลอริดา ตั้งแต่วันที่ 30 กันยายน ถึง 2 ตุลาคม พ.ศ. 2554 เพื่อหารือเกี่ยวกับเทคโนโลยีการบินอวกาศต่างๆ จากผลของเหตุการณ์ดังกล่าว ผู้เชี่ยวชาญของ NASA จะพัฒนาแผนธุรกิจเพื่อให้ความช่วยเหลือ อุตสาหกรรมบางอย่างและบริษัทที่กำลังพัฒนาเทคโนโลยีที่ยังขาดหายไปแต่จำเป็นสำหรับการเดินทางระหว่างดวงดาวในอนาคต หากโครงการอันทะเยอทะยานของ NASA ประสบความสำเร็จ ภายใน 100 ปีมนุษยชาติจะสามารถสร้างยานอวกาศระหว่างดวงดาวได้ และเราจะเคลื่อนที่ไปรอบระบบสุริยะได้อย่างง่ายดายเช่นเดียวกับที่เราบินจากทวีปหนึ่งไปอีกทวีปหนึ่งในปัจจุบัน

มิคาอิล เลฟเควิช

พิมพ์

ขอบเขตของวิทยาศาสตร์

การบินและอวกาศ

ขนส่งไปยัง V L VI11R GP

ด้วยแรงผลักดันอันทรงพลัง จรวดจะลอยขึ้นในแนวตั้งจากฐานปล่อยจรวดและพุ่งขึ้นสู่ท้องฟ้า... สิ่งนี้เป็นเรื่องปกติมาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 ภาพนั้นอาจจะจมลงสู่การลืมเลือนในไม่ช้า ระบบอวกาศแบบใช้แล้วทิ้งและ "รถรับส่ง" ควรถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์รุ่นใหม่ - เครื่องบินการบินและอวกาศที่มีความสามารถในการบินขึ้นและลงจอดในแนวนอนเช่นเดียวกับเครื่องบินโดยสารทั่วไป

ช-. , "ล* „ - , (/

3. เคราส์. อ. เอ็ม. คาริโตนอฟ

KRAUSE Egon - ศาสตราจารย์กิตติคุณ, SP 973 ถึง 1998 - ผู้อำนวยการสถาบันแอโรไดนามิกของโรงเรียนมัธยมเทคนิคไรน์-เวสต์ฟาเลียน (GOASH^" (Ax^n ประเทศเยอรมนี) ผู้ได้รับรางวัล Max Dlanck Society Prize แพทย์กิตติมศักดิ์สาขาไซบีเรียของ Russian Academy of Sciences ~

XAPMTOHCJP อนาโตลี มิคาอิโลวิช - ดุษฎีบัณฑิตสาขาวิทยาศาสตร์เทคนิค นักวิจัยมืออาชีพที่สถาบันทฤษฎีและกลศาสตร์ประยุกต์ ตั้งชื่อตาม S. A. Khristianovich SB RAS (โนโวซีบีร์สค์) นักวิทยาศาสตร์ผู้มีเกียรติแห่งสหพันธรัฐรัสเซียผู้ได้รับรางวัลสภารัฐมนตรีแห่งสหภาพโซเวียต (2528) ผู้แต่งและผู้ร่วมเขียนบทความทางวิทยาศาสตร์ประมาณ 150 บทความ และสิทธิบัตร 2 ฉบับ

การพัฒนาด้านอวกาศเพิ่มเติมนั้นพิจารณาจากความจำเป็นในการใช้งานสถานีอวกาศอย่างเข้มข้น การพัฒนาระบบการสื่อสารและการนำทางทั่วโลก และการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมในระดับดาวเคราะห์ เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ ประเทศชั้นนำของโลกกำลังพัฒนาเครื่องบินการบินและอวกาศที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ (AVS) ซึ่งจะลดต้นทุนในการขนส่งสินค้าและผู้คนขึ้นสู่วงโคจรได้อย่างมาก สิ่งเหล่านี้จะเป็นระบบที่โดดเด่นด้วยความสามารถ [ซึ่งมีความเกี่ยวข้องมากที่สุดดังต่อไปนี้:

การใช้งานซ้ำสำหรับการปล่อยสินค้าทางอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์-เทคนิคขึ้นสู่วงโคจรด้วยระยะเวลาอันสั้นระหว่างเที่ยวบินซ้ำ

การคืนโครงสร้างที่เสียหายและใช้แล้วซึ่งทิ้งขยะ

การช่วยเหลือลูกเรือของสถานีโคจรและยานอวกาศในสถานการณ์ฉุกเฉิน

การลาดตระเวนอย่างเร่งด่วนในพื้นที่ที่เกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติและภัยพิบัติที่ใดก็ได้ในโลก

ในประเทศที่มีการพัฒนาด้านการบินและอวกาศแล้ว

เทคโนโลยีมีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านการบินด้วยความเร็วสูง ซึ่งกำหนดศักยภาพในการสร้างเครื่องบินหายใจด้วยความเร็วเหนือเสียงที่หลากหลาย มีเหตุผลทุกประการที่เชื่อได้ว่าในอนาคตเครื่องบินควบคุมจะเชี่ยวชาญความเร็วจากเลขมัค M = 4-6 ถึง M = 12-15 (สำหรับตอนนี้สถิติคงไว้ M = 6.7 ซึ่งย้อนกลับไปในปี 1967 โดยเครื่องบินทดลองของอเมริกา X- 15 ด้วยเครื่องยนต์จรวด)

หากเราพูดถึงการบินพลเรือน การพัฒนาความเร็วสูงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความหนาแน่นของผู้โดยสารและการเชื่อมต่อทางธุรกิจ เครื่องบินโดยสารความเร็วเหนือเสียงที่มีเลขมัค 6 จะสามารถให้ระยะเวลาการบินที่เมื่อยล้าต่ำ (ไม่เกิน 4 ชั่วโมง) ในเส้นทางระหว่างประเทศที่มีระยะประมาณ 10,000 กม. เช่น ยุโรป (ปารีส) - อเมริกาใต้ (เซาเปาโล) ), ยุโรป (ลอนดอน) - อินเดีย , สหรัฐอเมริกา (นิวยอร์ก) - ญี่ปุ่น ให้เราจำไว้ว่าเวลาบินของเครื่องบิน Concorde ความเร็วเหนือเสียงจากนิวยอร์กไปปารีสนั้นใช้เวลาประมาณ 3 ชั่วโมง และเครื่องบินโบอิ้ง 747 ใช้เวลาประมาณ 6.5 ชั่วโมงบนเส้นทางนี้ เครื่องบินแห่งอนาคตกับ Mach 10

พจนานุกรมคำศัพท์เกี่ยวกับอากาศพลศาสตร์

เลขมัค - พารามิเตอร์ที่กำหนดลักษณะจำนวนครั้งที่ความเร็วของเครื่องบิน (หรือการไหลของก๊าซ) มากกว่าความเร็วของเสียง ความเร็วไฮเปอร์โซนิก - คำหลวมสำหรับการกำหนดความเร็วด้วยเลขมัคเกิน 4 5 เลขเรย์โนลด์ส - พารามิเตอร์ที่กำหนดลักษณะ ความสัมพันธ์ระหว่างแรงเฉื่อยและแรงหนืดในกระแส

มุมของการโจมตี - ความเอียงของระนาบปีกไปยังแนวการบิน คลื่นกระแทก (คลื่นกระแทก) - บริเวณการไหลแคบซึ่งมีความเร็วของการไหลของก๊าซเหนือเสียงลดลงอย่างรวดเร็วส่งผลให้ความหนาแน่นเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน คลื่น Rarefaction - บริเวณการไหลซึ่งมีความหนาแน่นของตัวกลางก๊าซลดลงอย่างรวดเร็ว

โครงการแบบจำลองของระบบการบินและอวกาศสองขั้นตอน E1_AS-EOE อุปกรณ์เหล่านี้จะบินขึ้นและลงจอดในแนวนอนเหมือนกับเครื่องบินทั่วไป สันนิษฐานว่าความยาวของโครงสร้างเต็มสเกลจะอยู่ที่ 75 ม. และปีกจะยาว 38 ม. อ้างอิงจาก: (Raible, Jacobe, 2005)

ภายใน 4 ชั่วโมงพวกเขาจะสามารถครอบคลุมระยะทาง 16-17,000 กม. ทำการบินแบบไม่หยุดหย่อนเช่นจากสหรัฐอเมริกาหรือยุโรปไปยังออสเตรเลีย

จีทายา เหมาไท

เครื่องยนต์สร้างแรงขับสูง แต่ใช้เชื้อเพลิงปริมาณมาก และนอกจากนี้ จรวดยังต้องบรรทุกตัวออกซิไดเซอร์บนเรือด้วย ดังนั้นการใช้จรวดในชั้นบรรยากาศจึงจำกัดอยู่เพียงเที่ยวบินระยะสั้นเท่านั้น

ความปรารถนาที่จะแก้ไขปัญหาทางเทคนิคที่ซับซ้อนเหล่านี้ได้นำไปสู่การพัฒนาแนวคิดต่างๆ สำหรับระบบการขนส่งอวกาศ ทิศทางพื้นฐานที่กำลังวิจัยอย่างจริงจังโดยบริษัทการบินและอวกาศชั้นนำของโลกคือ VCS แบบขั้นตอนเดียว เครื่องบินการบินและอวกาศดังกล่าวซึ่งบินขึ้นจากสนามบินทั่วไป สามารถส่งมอบไปยังวงโคจรโลกต่ำโดยมีน้ำหนักบรรทุกประมาณ 3% ของน้ำหนักบินขึ้น แนวคิดอีกประการหนึ่งสำหรับระบบที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้คืออุปกรณ์สองขั้นตอน ในกรณีนี้ระยะแรกจะติดตั้งเครื่องยนต์หายใจและระยะที่สองคือวงโคจรและการแยกระยะจะดำเนินการในช่วงเลขมัคตั้งแต่ 6 ถึง 12 ที่ระดับความสูงประมาณ 30 กม.

ในปี พ.ศ. 2523-2533 โครงการ VKS ได้รับการพัฒนาในสหรัฐอเมริกา (NASP), อังกฤษ (HOTOL), เยอรมนี (Sänger), ฝรั่งเศส (STS-2000, STAR-H), รัสเซีย (VKS NII-1, Spiral, Tu-2000) ในปี 1989 ตามความคิดริเริ่มของ German Research Society (DFG) การวิจัยร่วมได้เริ่มขึ้นระหว่างศูนย์สามแห่งในเยอรมนี:

RWTH Aachen มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิก และมหาวิทยาลัยสตุ๊ตการ์ท ศูนย์ที่ได้รับการสนับสนุนจาก DFG เหล่านี้ได้ดำเนินโครงการวิจัยระยะยาวที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาประเด็นพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการออกแบบระบบการขนส่งในอวกาศ เช่น วิศวกรรมทั่วไป อากาศพลศาสตร์ อุณหพลศาสตร์ กลศาสตร์การบิน การขับเคลื่อน วัสดุ ฯลฯ ส่วนใหญ่ งานเกี่ยวกับอากาศพลศาสตร์ทดลองได้ดำเนินการโดยความร่วมมือกับสถาบันทฤษฎีและกลศาสตร์ประยุกต์ที่ตั้งชื่อตาม เอส.เอ. คริสเตียโนวิช เอสบี ราส. การจัดระเบียบและการประสานงานของงานวิจัยทั้งหมดดำเนินการโดยคณะกรรมการซึ่งนำโดยหนึ่งในผู้เขียนบทความนี้ (E. Krause) เป็นเวลาสิบปี เรานำเสนอสื่อภาพที่มีภาพประกอบมากที่สุดแก่ผู้อ่านซึ่งแสดงให้เห็นผลลัพธ์บางส่วนที่ได้รับในกรอบของโครงการนี้ในสาขาอากาศพลศาสตร์

การบินของระบบ ELAC-EOS สองขั้นจะต้องครอบคลุมความเร็วที่หลากหลาย ตั้งแต่การทำลายกำแพงเสียง (M = 1) ไปจนถึงการแยกระยะของวงโคจร (M = 7) และการเข้าสู่วงโคจรโลกต่ำ ( ม = 25) โดย: (Raible, Jacobe, 2005)

กั้นเสียง หมายเลขมัค

ขอบเขตวิทยาศาสตร์

รุ่นขนาดใหญ่ ELAC 1 (ยาวมากกว่า 6 ม.) ในส่วนทดสอบของอุโมงค์ลมความเร็วต่ำ DNW เยอรมัน-ดัตช์ โดย: (Raible, Jacobe, 2005)

Aaóóñóó"i áí^áóáy ñeñóálá ELAC-EOS

สำหรับการวิจัย มีการเสนอแนวคิดของยานพาหนะการบินและอวกาศสองขั้นตอน (เวทีพาหะเรียกว่า ELAC ในภาษาเยอรมัน ระยะการโคจรเรียกว่า EOS) เชื้อเพลิง-ไฮโดรเจนเหลว สันนิษฐานว่าการกำหนดค่า ELAC เต็มรูปแบบจะมีความยาว 75 ม. ปีกกว้าง 38 ม. และการกวาดล้าง g/goal ขนาดใหญ่ ความยาวของเวที EOS คือ 34 ม. และปีกกว้าง 18 ม. ระยะการโคจรมีจมูกรูปไข่ซึ่งเป็นส่วนกลางที่มีด้านบนกึ่งทรงกระบอกและมีครีบหนึ่งอันอยู่ในระนาบสมมาตร บนพื้นผิวด้านบนของระยะแรกจะมีช่องซึ่งระยะการโคจรตั้งอยู่ระหว่างการปีน แม้ว่าจะตื้น แต่ที่ความเร็วเหนือเสียงในระหว่างการแยก (M = 7) จะมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อลักษณะการไหล

Aegóáeegáóey ñaáSógaóeá

การบินด้วยความเร็วเหนือเสียงนั้นยากมากสำหรับนักวิจัยเนื่องจากมีการก่อตัวของคลื่นกระแทกหรือคลื่นกระแทกและเครื่องบินในการบินดังกล่าวต้องผ่านระบบการไหลหลายอย่าง (ที่มีโครงสร้างท้องถิ่นที่แตกต่างกัน) พร้อมด้วยการเพิ่มขึ้นของ ความร้อนไหล

ปัญหานี้ได้รับการศึกษาทั้งเชิงทดลองและเชิงตัวเลขในโครงการ ELAC-EOS การทดลองส่วนใหญ่ดำเนินการตามหลักอากาศพลศาสตร์

รูปแบบน้ำมัน-เขม่าของความเพรียวบางบนพื้นผิวของรุ่น ELAC 1 ซึ่งได้มาจากอุโมงค์ลม T-313 ของสถาบันกลศาสตร์เชิงทฤษฎีและประยุกต์ SB RAS จาก: (Krause และคณะ 1999)

การเปรียบเทียบผลลัพธ์ของการจำลองเชิงตัวเลขของโครงสร้างกระแสน้ำวนที่ด้านใต้ลมของแบบจำลอง E1.AC 1 (ขวา) และการแสดงภาพการทดลองโดยใช้วิธีมีดเลเซอร์ (ซ้าย) ผลลัพธ์ของการคำนวณเชิงตัวเลขได้มาจากการแก้สมการเนเวียร์-สโตกส์สำหรับการไหลแบบราบเรียบที่เลขมัค M = 2, เลขเรย์โนลด์ส E = 4 10e และมุมการโจมตี a = 24° รูปแบบของกระแสน้ำวนที่คำนวณได้นั้นคล้ายคลึงกับรูปแบบที่สังเกตได้จากการทดลอง มีความแตกต่างในรูปร่างตามขวางของกระแสน้ำวนแต่ละอัน โปรดทราบว่าการไหลที่กำลังจะมาถึงจะตั้งฉากกับระนาบภาพ จาก: (ECotber และคณะ, 1996)

ท่อเคมี T-313 ITAM SB RAS ในโนโวซีบีสค์ หมายเลขมัคสตรีมอิสระในการทดลองเหล่านี้แปรผันในช่วง 2< М < 4, число Рейнольдса - 25 106 < Ие < 56 106, а г/гол атаки - в диапазоне - 3° < а < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация линий тока на поверхности модели.

ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการก่อตัวของกระแสน้ำวนที่ด้านใต้ลม รูปแบบการไหลแบบพาโนรามาบนพื้นผิวของแบบจำลองถูกมองเห็นได้ด้วยการเคลือบด้วยของเหลวพิเศษหรือส่วนผสมของน้ำมันและเขม่า ตัวอย่างทั่วไปของการถ่ายภาพเขม่าน้ำมันแสดงให้เห็นว่าพื้นผิวมีความคล่องตัวที่โค้งงอเข้ามาจากขอบนำของปีก และบรรจบกันเป็นเส้นที่มุ่งเน้นทิศทางการไหลโดยประมาณ นอกจากนี้ ยังมีแถบอื่นๆ ที่มุ่งตรงไปยังเส้นกึ่งกลางของโมเดลด้วย

ร่องรอยที่ชัดเจนที่ด้านใต้ลมแสดงถึงลักษณะการไหลข้าม ซึ่งสามารถสังเกตโครงสร้างสามมิติได้โดยใช้วิธีมีดเลเซอร์ เมื่อมุมการโจมตีเพิ่มขึ้น การไหลของอากาศจะไหลจากพื้นผิวด้านลมของปีกไปยังด้านใต้ลม ก่อให้เกิดระบบกระแสน้ำวนที่ซับซ้อน โปรดทราบว่ากระแสน้ำวนปฐมภูมิที่มีแรงดันลดลงในแกนกลางจะส่งผลเชิงบวกต่อแรงยกของอุปกรณ์ วิธีการใช้มีดเลเซอร์นั้นมีพื้นฐานมาจากการถ่ายภาพรังสีที่กระจายต่อเนื่องกัน

ฟองสบู่วอร์เท็กซ์ในสถานะเปลี่ยนผ่าน

เกลียวน้ำวนที่พัฒนาเต็มที่

กระบวนการสลายตัวของกระแสน้ำวนที่ด้านใต้ลมของโครงร่าง ELAC 1 ถูกมองเห็นได้โดยการฉีดสีเรืองแสง จาก: (สตรอมเบิร์ก, ลิมเบิร์ก, 1993)

¡ ฉันขอบฟ้าของวิทยาศาสตร์

บนอนุภาคขนาดเล็กที่เป็นของแข็งหรือของเหลวที่นำเข้าสู่การไหล การกระจายความเข้มข้นจะถูกกำหนดโดยโครงสร้างของการไหลที่กำลังศึกษา แหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกันก่อตัวขึ้นในรูปของระนาบแสงบางๆ ซึ่งอันที่จริงแล้วเป็นที่มาของชื่อวิธีการนี้ ที่น่าสนใจคือจากมุมมองของการให้ความคมชัดของภาพที่จำเป็น อนุภาคขนาดเล็กของน้ำธรรมดา (หมอก) กลับกลายเป็นว่ามีประสิทธิภาพมาก

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ แกนกระแสน้ำวนอาจพังทลายลง ซึ่งช่วยลดการยกของปีก กระบวนการนี้เรียกว่ากระแสน้ำวนไหลพัฒนาขึ้น

ประเภท "ฟองสบู่" หรือ "เกลียว" ความแตกต่างทางสายตาซึ่งแสดงให้เห็นโดยภาพถ่ายที่ถ่ายโดยใช้การฉีดสีฟลูออเรสเซนต์ โดยทั่วไปแล้ว ระบอบการปกครองแบบฟองสบู่ของการหลุดของกระแสน้ำวนจะเกิดขึ้นก่อนการสลายตัวแบบเกลียว

ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับสเปกตรัมของการไหลเหนือเสียงรอบเครื่องบินได้มาจากวิธีเงาของโทปเลอร์ ด้วยความช่วยเหลือนี้ ทำให้มองเห็นความไม่สอดคล้องกันในการไหลของก๊าซ โดยมองเห็นคลื่นกระแทกและคลื่นการทำให้บริสุทธิ์ได้ชัดเจนเป็นพิเศษ

เลนส์เลนส์หลัก เลนส์ฉายภาพ หน้าจอ (กล้อง)

แหล่งกำเนิดแสง V g H Heterogeneity มีด Foucault "I

วิธีการใช้ Shadow Tepler

แผนภาพออปติคัลของหนึ่งในการนำวิธีการไปใช้แสดงในรูป ลำแสงจากแหล่งกำเนิดแสงกรีดจะถูกควบคุมโดยระบบเลนส์ผ่านวัตถุที่กำลังศึกษาและโฟกัสไปที่ขอบของตะแกรงทึบแสง (ที่เรียกว่ามีดฟูโกต์) หากไม่มีความไม่สอดคล้องกันทางแสงในวัตถุที่กำลังศึกษาอยู่ รังสีทั้งหมดจะถูกบล็อกด้วยมีด หากมีความไม่สม่ำเสมอรังสีจะกระจัดกระจายและบางส่วนเบี่ยงเบนไปเหนือขอบมีด ด้วยการวางเลนส์ฉายภาพไว้ด้านหลังระนาบของมีด Foucault คุณสามารถฉายรังสีเหล่านี้ลงบนหน้าจอ (ส่งไปยังกล้องโดยตรง) และรับภาพที่ไม่สม่ำเสมอ

รูปแบบที่ง่ายที่สุดที่พิจารณาช่วยให้เราเห็นภาพการไล่ระดับความหนาแน่นของตัวกลางที่ตั้งฉากกับขอบของมีด ในขณะที่การไล่ระดับความหนาแน่นตามพิกัดที่แตกต่างกันทำให้เกิดการกระจัดของภาพตามขอบ และไม่เปลี่ยนการส่องสว่างของหน้าจอ มีการปรับเปลี่ยนวิธีการของ Toepler หลายประการ ตัวอย่างเช่นแทนที่จะติดตั้งมีดจะมีการติดตั้งฟิลเตอร์แสงซึ่งประกอบด้วยแถบขนานที่มีสีต่างกัน หรือใช้รูรับแสงทรงกลมที่มีส่วนสี ในกรณีนี้ ในกรณีที่ไม่มีความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน รังสีจากจุดที่ต่างกันจะผ่านจุดเดียวกันบนไดอะแฟรม ดังนั้นทั้งสนามจึงถูกทาสีด้วยสีเดียวกัน การปรากฏตัวของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของรังสีที่ผ่านส่วนต่าง ๆ และภาพของจุดที่มีความเบี่ยงเบนของแสงต่างกันจะถูกวาดด้วยสีที่สอดคล้องกัน

ช็อกศีรษะ

แฟนของคลื่นหายาก

ช็อค ช็อค

รูปแบบเงาของการไหลรอบแบบจำลอง EbAC 1 นี้ได้มาโดยใช้วิธีแสงโทปเลอร์ในอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงในอาเค่น โดย: (Nepe! e? a/., 1993)

ภาพถ่ายเงาของการไหลรอบๆ โมเดล E1.AC 1 พร้อมช่องอากาศเข้าในท่อช็อกที่มีความเร็วเหนือเสียง (M = 7.3) ในอาเค่น สายรุ้งที่สวยงามกะพริบที่ส่วนล่างขวาของภาพ แสดงถึงกระแสที่วุ่นวายภายในช่องอากาศเข้า โดย: (โอลิเวียร์ และคณะ 1996)

การกระจายตามทฤษฎีของเลขมัค (ความเร็ว) ระหว่างการไหลรอบการกำหนดค่าสองขั้นตอน E1_AC-EOE (เลขมัคแบบสตรีมอิสระ M = 4.04) โดย: (Breitsamter และคณะ 2005)

มีการสังเกตข้อตกลงที่ดีระหว่างข้อมูลที่คำนวณและการทดลอง ซึ่งยืนยันความน่าเชื่อถือของโซลูชันเชิงตัวเลขในการทำนายกระแสที่มีความเร็วเหนือเสียง ตัวอย่างของภาพที่คำนวณได้ของการแจกแจงของเลขมัค (ความเร็ว) ในการไหลระหว่างกระบวนการแยกถูกนำเสนอในหน้านี้ การกระแทกและการหายากในท้องถิ่นสามารถมองเห็นได้บน obetZh^gFenya ในความเป็นจริง ส่วนด้านหลังของโครงแบบ EBAC 1C จะไม่มีสุญญากาศ เนื่องจากจะเป็นที่เก็บเครื่องยนต์แรมเจ็ทที่มีความเร็วเหนือเสียง

การแยกระยะพาหะและระยะโคจรเป็นหนึ่งในปัญหาที่ยากที่สุดที่ต้องพิจารณาระหว่างการทำงานในโครงการ ELAC-EOS เพื่อความปลอดภัยในการเคลื่อนที่ ขั้นตอนของการบินนี้จำเป็นต้องมีการศึกษาอย่างรอบคอบเป็นพิเศษ การศึกษาเชิงตัวเลข * ระยะต่างๆ ดำเนินการที่ศูนย์ SFB 255 ที่มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก และงานทดลองทั้งหมดดำเนินการที่สถาบันกลศาสตร์เชิงทฤษฎีและประยุกต์ SB RAS การทดสอบในอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียง T-313 รวมถึงการแสดงภาพการไหลรอบๆ โครงสร้างทั้งหมด และการวัดลักษณะอากาศพลศาสตร์และความดันพื้นผิวในระหว่างการแยกเวที

โมเดลชั้นล่างของ ELAC 1C แตกต่างจากรุ่น ELAC 1 ดั้งเดิมตรงที่ว่ามันมีช่องตื้นซึ่งควรวางตำแหน่งวงโคจรระหว่างเครื่องขึ้นและไต่ระดับ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ดำเนินการที่หมายเลขมัคสตรีมฟรี M = 4.04 หมายเลข Reynolds -Re = 9.6 106 และมุมการโจมตีเป็นศูนย์ของรุ่น EOS

โดยทั่วไป เราสามารถพูดได้ว่าการวิจัยเกี่ยวกับแนวคิดทางอากาศพลศาสตร์ของระบบ ÜiELAC-EOS สองขั้นตอน ซึ่งริเริ่มโดยสมาคมวิจัยแห่งเยอรมนี DFG นั้นประสบความสำเร็จ จากผลจากงานเชิงทฤษฎีและการทดลองที่ซับซ้อนอย่างกว้างขวาง ซึ่งมีศูนย์วิทยาศาสตร์จากยุโรป เอเชีย อเมริกา และออสเตรเลียเข้าร่วม จึงมีการคำนวณการกำหนดค่าที่สมบูรณ์ของความสามารถในการบินขึ้นและลงจอดในแนวนอนที่สนามบินมาตรฐาน ปัญหาทางอากาศพลศาสตร์เกิดขึ้น แก้ไขแล้ว

ภารกิจการบินด้วยความเร็วต่ำ ความเร็วเหนือเสียง และโดยเฉพาะความเร็วเหนือเสียง

ขณะนี้เป็นที่ชัดเจนว่าการสร้างการขนส่งทางอากาศและอวกาศที่มีแนวโน้มนั้นจำเป็นต้องมีการวิจัยโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องยนต์หายใจด้วยอากาศที่มีความเร็วเหนือเสียงที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในความเร็วการบินที่หลากหลาย ระบบควบคุมที่มีความแม่นยำสูงสำหรับกระบวนการแยกขั้นตอนและการลงจอดของ โมดูลออร์บิทัล วัสดุอุณหภูมิสูงใหม่ ฯลฯ การแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคที่ซับซ้อนเหล่านี้เป็นไปไม่ได้หากไม่รวมความพยายามของนักวิทยาศาสตร์จากประเทศต่างๆ และประสบการณ์ของโครงการนี้เป็นเพียงเครื่องยืนยันได้ว่า ความร่วมมือระหว่างประเทศระยะยาวกำลังกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญของการวิจัยด้านการบินและอวกาศ

วรรณกรรม

Kharitonov A.M., Krause E., Limberg W. และคณะ//J. การทดลองเรื่องของเหลว - 1999. - V. 26. - หน้า 423.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. และคณะ //เจ. การทดลองเรื่องของเหลว - 2000. - ว. 29. - หน้า 592.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. และคณะ //Proc. ที่ X Int. การประชุมวิชาการเรื่องวิธีวิจัยเชิงฟิสิกส์ โนโวซีบีสค์ - 2000. -V.1.- หน้า 53.

Krause E., M.D. Brodetsky, Kharitonov A.M. //Proc. ที่การประชุม WFAM ชิคาโก, 2000.

Brodetsky M.D., Krause E., Nikiforov S.B. และอื่นๆ // PMTF. - พ.ศ. 2544 - ต. 42. - หน้า 68.

ปาฏิหาริย์ไม่ได้เกิดขึ้น เช่นเดียวกับตอนต้นสหัสวรรษที่สาม เมื่อตามที่ Ray Bradbury กล่าว เราควรจะตั้งอาณานิคมบนดาวอังคาร พวกเขามักจะพูดถึงคำทำนายของนิยายวิทยาศาสตร์ แต่เราไม่ควรลืมเกี่ยวกับการทำนายที่ไม่สำเร็จ - สวยงามมาก แต่ก็ยังล้มเหลว

รถบินอยู่ไหน?

มีอุปกรณ์ภายใต้ชื่อนี้ แต่ในความเป็นจริงแล้วเป็นเพียงลูกผสมระหว่างรถยนต์และเครื่องบินเท่านั้น และถึงแม้ว่า การออกแบบล่าสุดดูล้ำสมัยพวกมันมีราคาแพงมากและมีความคล้ายคลึงกับการขนส่งต้านแรงโน้มถ่วงใน The Fifth Element เพียงเล็กน้อย ยิ่งห่างไกลจากเขา การพัฒนาอื่นๆ ที่คล้ายกันในการออกแบบเฮลิคอปเตอร์หรือเลย พร้อมกับร่มชูชีพและใบพัดด้านหลัง. ที่นี่มีจินตนาการอีกอย่างหนึ่งเข้ามาในใจ - คาร์ลสันที่อาศัยอยู่บนหลังคา มีเสน่ห์ แต่ไม่มีกลิ่นของนวัตกรรมที่นี่

การขนส่งส่วนบุคคลอีกเวอร์ชันหนึ่งยังปรากฏในภาพยนตร์และเกมคอมพิวเตอร์ - เครื่องบินเจ็ตแพ็ค เช่น เขาแสดงใน " สตาร์วอร์ส" และ "โรโบคอป" แต่ถึงแม้ที่นี่ยังไม่ถึงจุดที่มีการใช้งานจำนวนมากและไม่น่าเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นในไม่ช้า - เชื้อเพลิงเพียงพอสำหรับการบินเพียงครึ่งนาทีและปริมาณเหล่านี้มีค่าใช้จ่ายที่เป็นระเบียบ

เห็นได้ชัดว่าพวกเราเองไม่ได้คาดหวังปาฏิหาริย์มากจนเราชื่นชมยินดีกับการสร้างอัจฉริยะด้านนวัตกรรมของจีนเช่น "พอร์ทัลบัส" อีกต่อไป แต่มันเป็นเรื่องจริงเหมือนกับโมโนเรลในมอสโกวหรือ รถไฟญี่ปุ่นวิ่งด้วยความเร็วสูงสุด 603 กม./ชม.

แต่สำหรับจินตนาการของมนุษย์ ขอบเขตนั้นไม่อาจยอมรับได้ นิยายวิทยาศาสตร์ในอดีตและเพียงจินตนาการของบรรพบุรุษของเราในเรื่องของอนาคตได้รับเสน่ห์พิเศษและชื่อใหม่ - "ลัทธิย้อนยุค" ความรักที่โรแมนติกและกระตือรือร้นต่อเทคโนโลยี และความปรารถนาที่จะคาดหวังการค้นพบในอนาคต - สิ่งนี้สามารถสัมผัสและสร้างแรงบันดาลใจได้ในปัจจุบัน

สร้างล้อขึ้นมาใหม่

แม้กระทั่งก่อนที่พวกเขาต้องการนำรถขึ้นไปบนอากาศ ก็มีความคิดที่จะปรับปรุงให้ดีขึ้น และสิ่งที่สำคัญที่สุดคือการคิดค้นวงล้อใหม่! ในปี 1936 นิตยสารญี่ปุ่นฉบับหนึ่งได้นำเสนอรถยนต์แนวคิดที่มีลูกบอลแทนยางทั่วไป ตามที่ผู้เขียนกล่าวไว้ แนวคิดนี้จะช่วยให้การขับขี่ยานพาหนะมีความราบรื่น ไม่ใช่ความคิดที่ไร้ความหมายแม้แต่วิศวกรสมัยใหม่ก็ตาม ในปี 2559 มีพัฒนาการคล้ายคลึงกัน นำเสนอโดยบริษัท Goodyear สัญชาติอเมริกัน , ผู้ผลิตรายใหญ่ที่สุดยาง

Gigantomania ให้กำเนิดปาฏิหาริย์ทางเทคโนโลยีในจินตนาการอีกครั้ง - เรือบนล้อขนาดใหญ่ซึ่งตามที่นักประดิษฐ์กล่าวไว้ควรจะไถทรายของทะเลทรายซาฮาร่าและแก้ปัญหาการขนส่งในภูมิภาค การออกแบบได้รวมการต่อสู้จำลองและภัยพิบัติทะเลทรายอื่น ๆ รวมถึงความร้อนด้วยและวิศวกรสัญญาว่า "การเดินทางที่จะกลายเป็นการเดินทางที่น่ารื่นรมย์ผ่านสถานที่เหล่านั้นที่คนหลายพันรุ่นต้องต่อสู้อย่างไร้ประโยชน์กับพลังแห่งธรรมชาติและเสียชีวิตอย่างไม่เท่าเทียมกัน การต่อสู้." นี่คือวิธีที่นิตยสาร “Around the World” เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ในปี 1927 ไม่มีใครรู้ว่าแนวคิดนี้ประสบความสำเร็จเพียงใด แต่ก็ยังไม่บรรลุผล แม้ว่าจะสรุปได้ว่าต้องใช้ทรัพยากรจำนวนมากไปกับเครื่องปรับอากาศที่สัญญาไว้ของเครื่องดังกล่าวและแม้แต่ในการเอาชนะทรายด้วยล้อเฟือง

อย่างไรก็ตาม เพื่อการใช้งานสาธารณะ มีเพียงรุ่นกะทัดรัดเท่านั้นที่นำเสนอ ในปี 1947 วิศวกร Eduard Vereycken จากบรัสเซลส์ได้จดสิทธิบัตรจักรยานสามล้อ ซึ่งเป็นรถเข็นเด็กที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองซึ่งประกอบด้วยล้อขนาดใหญ่สองล้อและมีห้องโดยสารแบบเปิดตรงกลาง นักประดิษฐ์เองอ้างว่ายานพาหนะสามารถเร่งความเร็วได้ถึง 185 กม./ชม. แต่ก็ยากที่จะเชื่อ และความปลอดภัยของผู้โดยสารยังคงเป็นปัญหา เฉพาะภาษาสวีเดนที่เทียบเท่ากับปี 1999 ซึ่งประพันธ์โดย Jonas Bjorkholtz เท่านั้นที่คำนึงถึงปัญหาการออกแบบทั้งหมด แต่ กำลังใช้มันอยู่ตอนนี้เพื่อความบันเทิงของประชาชนเท่านั้น

รถไฟเป็นอีกประเด็นหนึ่งที่วิศวกรและนักฝันชื่นชอบ มีความหวังมากมายอยู่บนโมโนเรลแม้ว่าจะมีการนำเสนอในลักษณะที่ค่อนข้างแปลกตา - เช่นเช่นนี้หรือเช่นนี้ แต่รถไฟธรรมดาก็ถูกมองว่าล้ำหน้ากว่ามากในอนาคต ทั้งสะดวกสบาย กว้างขวาง และแม้กระทั่งมองเห็นดวงดาวด้วย

"เรือแห่งทะเลทราย" ตามฉบับปี 2470

เฮลิคอปเตอร์สำหรับทุกคน!

ที่ซึ่งจินตนาการถูกเปิดเผยอย่างเต็มที่คือการขนส่งทางอากาศ จินตนาการของบรรพบุรุษของเราทำให้เกิดเครื่องบินประเภทจานรอง เครื่องบินที่มีปีกอยู่ด้านล่าง และมีเครื่องยนต์เทอร์โบอยู่ที่จมูก และแม้แต่เครื่องบินใต้น้ำ คุณไม่สามารถพูดถึงทุกสิ่งทุกอย่างได้ คุณยังสามารถดูแกลเลอรีบน Reddit หรือการเลือกตามคำหลักบน Pinterest ได้

แต่สิ่งที่ประทับใจเป็นพิเศษเกี่ยวกับโครงการเหล่านี้ทั้งหมดก็คือความเชื่อในการเข้าถึงระบบขนส่งแห่งอนาคตที่เป็นสากล มนุษย์เพิ่งพิชิตอากาศได้ และนิตยสารอเมริกันเขียนว่า “เฮลิคอปเตอร์สำหรับทุกคน!” (“เฮลิคอปเตอร์ไปทุกบ้าน!”) และในบรรดาคลิปข่าวเมื่อเกือบหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมา คุณสามารถดูภาพวาดของเครื่องบินส่วนตัวได้ ย้อนกลับไปในตอนนั้น พวกเขาคาดหวังเพียงความมุ่งมั่นที่สูงขึ้น ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ และคุณภาพชีวิตสำหรับทุกคนจากอนาคต

คุณเชื่อไหมว่าตอนนี้คุณติดอยู่ในรถติดในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน? หรือเมื่อคุณตัวสั่นอยู่บนชั้นบนสุดของรถที่จองที่นั่งไว้? เมื่อถือสมาร์ทโฟนไว้ในมือ พลังการประมวลผลซึ่งอย่างที่คุณทราบนั้นสูงกว่าอุปกรณ์ของ NASA ในปี 1969?

ศตวรรษที่ 21 ยังไม่เกิดขึ้น - แน่นอนว่ามันไม่ได้เกิดขึ้นในแบบที่แฟน ๆ ของความก้าวหน้าทางเทคนิคคาดหวังไว้ แต่อนาคตที่ปรากฎนั้นไม่อาจคาดเดาได้ ช้าๆ แต่กำลังมา - เราขอเชิญชวนให้คุณทำความคุ้นเคยกับการขนส่งแห่งอนาคตแห่งปัจจุบัน

อนาคตของวันนี้

เซกเวย์ได้กลายเป็นหนึ่งในประเภทที่ทันสมัยที่สุด การขนส่งส่วนบุคคลล่าสุดคู่แข่งทางเทคโนโลยีสำหรับจักรยานและสกู๊ตเตอร์ อะไรทำให้มันล้ำสมัย? คุณจะต้อง "บังคับทิศทาง" ด้วยร่างกายของคุณโดยเฉพาะ: ไจโรสโคปและเซ็นเซอร์อื่นๆ ในอุปกรณ์จะตอบสนองต่อการเอียง และคุณเพียงแค่ต้องหมุนด้วยที่จับหรือเสาพิเศษ การควบคุมโฮเวอร์บอร์ดและล้อเดียวนั้นใช้งานง่ายมาก ต้องบอกว่าประเภทเหล่านี้เป็นที่นิยมในปัจจุบัน

ใน Naberezhnye Chelny และมอสโก แม้แต่ตำรวจก็ใช้เซกเวย์ ในหลายเมือง มีจุดเช่าปรากฏขึ้นซึ่งคุณสามารถเป็นเจ้าของ "รถเข็นเด็กขับเคลื่อนด้วยตัวเอง" สองล้อหรือรถล้อเดียวได้ชั่วคราว ในตลาดล้อเดียวมีราคาสูงถึงครึ่งล้านรูเบิล แต่สำหรับ 20,000-30,000 ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะซื้อล้อเดียวที่สามารถทนต่อระยะทาง 15 กิโลเมตรโดยไม่ต้องชาร์จใหม่

อีกหนึ่งตัวแทนของการขนส่งไฟฟ้าสมัยใหม่ก็คือรถยนต์ไฟฟ้า จากการประดิษฐ์คิดค้นก่อนที่รถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงเป็นเชื้อเพลิงที่เราคุ้นเคย แต่ยังคงเป็นสัญลักษณ์ของอนาคต มีสาเหตุหลายประการ: การประหยัดทรัพยากร ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และความเป็นอิสระจากตลาดน้ำมัน ในปัจจุบัน วิธีที่ง่ายที่สุดในการนั่งรถยนต์ไฟฟ้าคือ โดยเฉพาะสำหรับผู้พักอาศัยในมอสโกวและเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เพียงติดต่อบริการแท็กซี่ที่มีรถรุ่นดังกล่าวอยู่ในกลุ่มรถ ตัวอย่างเช่น Yandex.Taxi เพิ่งเปิดตัวหนึ่งในรถยนต์ไฟฟ้าที่ล้ำสมัยที่สุดอย่าง Tesla Model S ความสามารถของมันนั้นน่าประทับใจ: ในเวลาเพียงไม่กี่วินาทีก็สามารถเร่งความเร็วได้ถึง 100 กม./ชม. ในขณะที่วิ่งไปอย่างเงียบ ๆ

การขนส่งที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่สุดที่ชาวรัสเซียรู้จัก แน่นอนว่าคือ โมโนเรลของมอสโก "รถไฟใต้ดินสายที่สิบสาม" เริ่มใช้งานได้เต็มรูปแบบในปี 2551 แต่ถึงตอนนี้ก็ไม่ใช่ว่าชาวภูมิภาคทุกคนจะเคยได้ยินเรื่องนี้มาก่อน ราวกับหลุดออกมาจากนิตยสารแนวย้อนยุคแห่งอนาคตเดียวกัน แต่เมื่อปรับให้เข้ากับความเป็นจริงแล้ว โมโนเรลก็เป็นที่ชื่นชอบของสาธารณชน ตำแหน่งของถนนก็น่าทึ่งเช่นกัน - เป็นสะพานลอยนั่นคือเส้นทางของรถไฟที่ตัดผ่านมอสโกวทั้งหมด เส้นทางนี้วิ่งจากสถานี Timiryazevskaya ไปยังถนน Sergei Eisenstein จริงอยู่ที่เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการพูดคุยกันเกี่ยวกับการรื้อรางรถไฟแม้ว่าคำสุดท้ายในตอนนี้ยังคงเป็นข้อเสนอให้เปลี่ยนเป็น "สถานที่ท่องเที่ยว" เมื่อปรากฎว่าถนนทดลองนี้มีปัญหาร้ายแรงเกี่ยวกับการคืนทุน

นี่คือวิธีที่อนาคตยังคงใกล้เข้ามาอย่างช้าๆ ด้วยการเอาชนะความยากลำบากของโครงสร้างโลกสมัยใหม่ ในทศวรรษต่อๆ ไป เราจะคาดหวังให้มีรถลอยได้สำหรับทุกคนและมีตู้เทเลพอร์ตในทุกลานหรือไม่ แทบจะไม่. การขนส่งแห่งอนาคตจะมีลักษณะเหมือนที่เราจินตนาการได้หรือไม่? ไม่น่าเป็นไปได้เช่นกัน และมันก็ไม่ได้แย่ขนาดนั้น