Одна фантастическая идея, которая при сегодняшнем уровне развития техники позволит выполнять полеты на марсе

Этот винтажный материал был переведен глубокоуважаемым сотрудником NF. Перевод был выполнен в декабре 2015 года.

Аннотация редакции: Перед тем как распространится паника – как в своё время Орсон Уэллс собственной радиопостановкой довёл население Нью-Йорка до ужаса и страха – направляться отметить: как раз тут речь заходит о его летательных аппаратах, каковые должны достигнуть поверхности Марса. В данной статье обращение отправится не обо всем известных летающих тарелках с складывающимися из зелёных человечков экипажами, а о конструкциях земного происхождения.

Четыре таких летательных аппарата в собранном компактном состоянии при помощи соответствующей ракеты-носителя смогут быть доставляться к Марсу. После этого – конечно в рабочем состоянии – на заданной высоте сбрасываться с парашютами и употребляться над красной планетой в исследовательских целях. Эта фантастическая мысль заставляет задержать дыхание, поскольку на сегодняшнем уровне развития техники она в полной мере реализуема!

Созданные для полетов над Марсом самолеты смогут оказать помощь науке собрать данные и дать новые знания.

Мысль самолётов для Марса исходила не от трех человек, каковые сравнительно не так давно представили общественности концепцию Astroplane, а от четвертого – Хосе Чиривелла (Jose Chirivella) из Лаборатории реактивного перемещения (Jet Propulsion Laboratoty), штат Калифорния. Но, со своей стороны, и господин Чиривелла заключил о реализуемости данной концепции не на базе собственных работ.

Исходным пунктом к фантастической идее создания самолета для полетов над Марсом стала разработка для NASA дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов (ДПЛА) для изучения воздушных потоков в земной воздухе. Для исследовательского летательного аппарата, взявшего наименование Mini-Sniffer, под управлением Лётно-исследовательского центра имени Драйдена (Dryden Flight Research Center) Космическим центром Джонсона (Johnson Space Center), Хьюстон, штат Техас, был создан двигатель нового типа, трудившийся на гидразине и талантливый трудиться всецело независимо от внешнего воздуха. Лишь в то время, когда господин Чиривелла определил о существовании двигателя, талантливого трудиться в верхних слоях воздуха Почвы, неожиданно открылся путь для полёта в небе планете, в воздухе которой отсутствует кислород, и так стало возмможно выполнять полёты над Марсом.

По окончании того как господин Чиривелла поделился собственными мыслями с приятелями из ученых, так сразу же появилась целая несколько экспертов, каковые занялись разработкой проекта летательного аппарата, талантливого делать полёты над Марсом. Виктор Кларк (Victor Clarke; Лаборатория реактивного перемещения) руководил касающейся самолета частью марсианской программы (Mars Program Development), Абрахам Керем (Abraham Kerem; Development Sciences), получила должность главы программы Astroplane.

Ричард И. Льюис (Richard I. Lewis; отделение космической электроники компании Lear Siegler [Lear Siegler Astronics Division]) нёс ответственность за разработку инженерных совокупностей, Р. Дейл Рид (R. Dale Reed, NASA), руководил проектированием БПЛА Mini Sniffer. Важным за трудившийся на гидрозине двигатель были Джеймс Аккерман (James Akkermann, NASA), а воздушный винт был создан Перетом Лиссманном (Peter Lissaman, Aerovironment) [1]. Вопросами разработки источника электричества и связанные с ними вопросы занимался Харви Х. Фрэнк (Harvey H. Frank).

Кроме этого имел немецкий вклад и место в Astroplane: разработчиком профиля крыла был доктора наук Рихард Эпплер (Richard Eppler) из Штутгарта.

Условия работы летательного аппарата

Созданный для полетов в небе Марса самолет Astroplane будет воображать собой летательный аппарат, что существенно будет различаться от самолётов, используемых на Земле. Так, к примеру, воздух красной планеты содержит в себе только следы азота, аргона и кислорода, и фактически только складывается из углекислого газа. Одно это исключает применение стандартных для земных условий двигателей: в воздухе Марса они просто не будут трудиться.

Давление у поверхности Марса образовывает приблизительно 1/100 от давления земной атмосферы на соответствующей высоте. Это вынуждало создать для данного самолёта относительно громадное крыло. Скорость звука на соседней с нами планете образовывает 220-245 м/с, а температура воздуха существенно ниже и находится в пределе от –130 до 0 либо до +10°C.

Самолёт для Марса не имеет возможности управляться радиосигналами с Почвы, потому, что на преодоление расстояния между планетами радиосигналу потребуется приблизительно 30 мин.. Так, данный самолёт будет обязан стабилизироваться, управляться и осуществлять навигацию при помощи собственного оборудования. При разработке марсианского самолета особенное внимание было уделено радиолокационной аппаратуре, которая разрешила бы облетать препятствия.

Варианты применения Astroplane

Разработчиками рассматривались два варианта применения БПЛА Astroplane.

В первом варианте применения марсианского самолета (этот вариант стал называться Cruiser [Tipe Cruiser]) БПЛА начинает беспосадочный полет по окончании собственного освобождения от парашюта на высоте 7 километров над поверхностью Марса. В зависимости от типа силовой установки спуск обязан будет различаться по времени и протяженности полёта.

При применении гидразинового двигателя дальность и продолжительность полёта будут составлять 15 часов и 4000 километров соответственно, тогда как с электрической силовой установкой и разрабатывающихся источников питания эти показатели составят 16,85 часов и 5400 километров. При установке на Astroplane более идеальных «экзотических» батарей данный БПЛА в течение 31 часа сможет пролететь приблизительно 10000 километров.

При повышении веса нужной нагрузки на 100 кг (см. таблицу с весовыми данными) длительность полёта в зависимости от типа силовой установки сократится до 7,5, 9,6 и 17,8 часов соответственно с, конечно, соответствующим сокращением дальности полёта. В варианте Cruiser использование БПЛА Astroplane должно было закончиться по окончании того, как разрядится батарея либо закончится запас горючего, по окончании чего самолёт обязан будет сесть на поверхность Марса.

Во втором варианте применения марсианского самолета (этот вариант стал называться Lander [Tipe Lander]) Astroplane имел гораздо довольно широкие возможности. Как направляться из заглавия варианта БПЛА на протяжении полёта обязан будет оставить на поверхности Марса контейнер с оборудованием, по окончании чего будет иметь возможность снова встать в атмосферу. Вариант Lander из-за последовательности дополнительного оборудования, включая и нужное для посадки, обязан будет весить приблизительно на 30% больше, чем вариант Cruiser и будет иметь меньшую дальность полёта.

В варианте Lander для посадки и взлёта БПЛА Astroplane будет применять совсем новую технику. На посадку таковой самолёт обязан будет заходить на высоте 1000 метров со скоростью 270 км/ч. В то время, когда скорость Astroplane снизится до 215 км/ч, центр тяжести марсианского самолета будет быстро переносен назад, благодаря чему он, пролетев расстояние 1000 метров, быстро снизит горизонтальную скорость и будет понижаться вертикально со скоростью 60 м/с (т.е. глубокое сваливание – deep stall).

На высоте 300 метров будут запущены ракетные двигатели, и скорость понижения сократится до 1,5 м/с, а горизонтальная скорость уменьшится до нуля. Именно поэтому Astroplane без риска поломок тихо совершит посадку на поверхность Марса.

По окончании освобождения креплений контейнера с оборудованием взлет марсианского самолёта происходил кроме этого уникальным методом. Ракетные двигатели Viking должны будут вертикально поднять Astroplane, фюзеляж которого перед взлетом размешался горизонтально, на высоту 1000 метров. После этого при помощи балансировки летательный аппарат снова изменял положение довольно продольной оси до горизонтального, летя наряду с этим вперед со скоростью порядка 210 км/ч.

В полете скорость неспешно будет возрастать и на высоте приблизительно 300 метров она возрастет до 270 км/ч. По окончании исполнения программы полета, в то время, когда израсходуется всё горючее либо разрядится аккумуляторная батарея, самолёт совершит посадку на поверхность красной планеты.

Самолёт

Самолёт Astroplane, воображающий собой успешную смесь летающей модели. БПЛА и моторного планера с высокими чертями, обязан будет стать высокопланом с тянущим винтом и V-образным хвостовым оперением, поверхности которого отклонены в направлении вниз. По имеющимся на сегодня материалам у этого самолёта не предусматривается применение привычного элеронов и вертикального оперения (не считая как минимум одного на левой консоли крыла).

Подобная конфигурация уже была неоднократно удачно опробована, к примеру, на использованном для изучений погодных условий французском ДПЛА типа SAM.

Направленное вниз V-образное хвостовое оперение считается более удачным чем простое, потому, что разрешает применять маленькие вертикальные рулевые механизмы и снизить вес.

Планер БПЛА Astroplane a) Крыло

Крыло БПЛА Astroplane должно владеть громадным удлинением и иметь размах 21 метр. В прямоугольной части крыла протяженность хорды будет равна 1 метр, в конечных секциях консолей протяженность хорды уменьшится до 0,65 метра.

Благодаря применению композитных материалов (кевлар и углепластик49) удельный вес конструкции крыла, толщина профиля которого составит 5,5%, составит экстремально малую величину – 1,5 кг/м?. Часть крыла в весе планера составит 17 %. Из-за понижения веса средняя часть крыла вместе с фюзеляжем представляли собой единый элемент конструкции.

схемы БПЛА Astroplane

продольный разрез разрабатываемого для полетов в воздухе Марса самолёта; вариант Lander. Пояснения к чертежам:
1 – 55-литровый топливный бак для продолжительного полёта на экономическом режиме работы (у варианта Cruiser ёмкость бака увеличена 90 литров); 2 – два ракетных двигателя направляться; 3 – сферообразный топливный бак с 22 литрами ракетного горючего; 4 – оборудование (прибор для измерения гравитационного поля); 5 – оборудование (спектрометр); 6 – оборудование (прибор для замеров гравитационного поля); 7 – 55-литровый топливный бак для продолжительного полёта на экономическом режиме работы (у варианта Cruiser ёмкость бака увеличена 90 литров); 8 — ракетный двигатель Viking; 9 –устройства для поворота и складывания; 10 – складывающийся воздушный винт; 11 – гидразиновый двигатель мощностью 15 л.с.;
12 – электромагнитный прибор для измерения скорости звука; 13 – инфракрасный радиометр и электронная камера; 14 – GCMS и электронный магнитометр; 15 – сбрасываемый контейнер с оборудованием (сейсмометр и метероологическое оборудование) количеством 100 литров; 16 – тепловизор; 17 — сферообразный топливный бак с 22 литрами ракетного горючего; 18 — бортовая авионика; 19 — шарнир крыла

любая консоль крыла будет снабжена тремя шарнирами. Два внешних шарнира помогают чтобы консоль крыла возможно было складывать параллельно продольной оси самолёта. Внутренние шарниры консолей будут размешаться наискось по отношению друг к другу.

Именно поэтому консоли крыла в собранном виде будут размешаться у фюзеляжа одно за вторым и будут занимать меньше места.

для доставки на красную планету БПЛА Astropiane должен был складываться и помещаться в линзообразный контейнер линзе диаметром 3,8 метра и высотой 2,2 метра

b) Фюзеляж

Фюзеляж БПЛА Astroplane в месте размещения устройств будет иметь прямоугольное поперечное сечение, переходящее ближе к хвосту в круг. Для транспортировки в космическом летательном аппарате хвостовая часть фюзеляжа для уменьшения занимаемых габаритов обязана складываться и дополнительно проворачиваться довольно продольной оси.

c) Хвостовое оперение

V-образное хвостовое оперение сможет в один момент функционировать и как горизонтальное, и как вертикальное оперение. В крайнем случае в качестве руля направления смогут функционировать расположенные в крыле маленькие интерцепторы.

d) Шасси

В варианте Cruiser в шасси необходимости нет. В варианте Lander предусмотрено использование четырех лёгких узких стоек шасси с поворотными опорными плитами. Две из этих стоек будут крепиться к передней кромке крыла на высоте внутренних косых шарниров, а две другие стойки – на направленных вниз частях хвостового оперения.

Это подобное рамке поддерживающее устройство должно обеспечивать удержание самолета (трудящегося как на гидразине, так и с электрическим двигателем) при сильнейших – до 60 м/с ветрах, – каковые нередки на поверхности Марса.

Совокупность управления

Ответ о выборе совокупности управления БПЛА Astroplane, по всей видимости, совсем еще не принято и информация по этому вопросу достаточно туманна. Так, к примеру, на большинстве видов летательного аппарата сбоку отсутствуют элероны. В некоторых до сих пор опубликованных материалах напротив упоминается, что лишь на левой консоли крыла должен быть установлен единственный элерон.

Такое размещение руля лишь на одной относительно фюзеляжа стороне, было принято чтобы установленные на правом крыле сенсоры магнитометра имели возможность трудиться без помех со стороны аккуратных элементов (сервоприводы) совокупности управления элероном.

V-образное хвостовое оперение может трудиться в качестве элемента, на котором крепятся вертикальные рули. Один мелкий установленный на крыле интерцептор возможно, предположительно, более действенным.

Для варианта Lander должны быть предусмотрены дополнительные возможности совокупности управления: на каждой консоли крыле поблизости от внутреннего шарнира должны быть расположены ракетные двигатели Viking, служащие в первую очередь для управления довольно продольной и вертикальной осей при посадке и взлёте.

Силовая установка

В качестве силовой установки БПЛА Astroplane будут применены или электродвигатели, или двухтактные гидразиновые двигатели. Гидразин, относящийся к группе монегролов (Monergole), для энерговыделения не испытывает недостаток во внешнем воздухе в следствии чего применение этого двигателя весьма привлекательно при действии БПЛА в экстремальных условиях внешней среды.

Гидразиновый двигатель

Гидразиновый двигатель был создан Космическим центром Джонсона, Хьюстон, штат Техас, и является ультралёгкую запасного силовую установку. Данный двухтактный короткоходный двигатель не имеет клапанов, что есть обычным для двухтактных моторов и упрощает конструкцию. В его составе имеются обычные элементы конструкции: цилиндры, поршни, шатуны, блок и коленчатый вал цилиндров; их дополняют предкамера, катализатор, понижающий редуктор, топливный насос, топливный бак и дроссель, находящийся под давлением.

В качестве горючего двигателю помогает экзотический гидразин, которому не нужно внешний воздушное пространство. Воспламенение горючего приводит в воздействие катализатор в расположенном между форкамерой и топливным насосом газогенераторе. дроссель двигателя и Топливный насос соединены между собой и приводятся неспециализированным сервоприводом.

схематический разрез гидразинового двигателя. Обозначение элементов двигателя:
1 — выхлопной коллектор; 2 – поршни (тут еще с «носом», на самом новом варианте предусмотрены клапаны); 3 – вентиль; 4 – форкамера; 5 – катализатор и газогенератор; 6 – дроссель и топливный насос; 7 – сервоуправление дросселем; 8 – конусообразный наконечник трубы глушителя; 9 – альтернатор (синхронный генератор переменного тока); 10 – тормоз воздушного винта; 11 – понижающий редуктор; 12 – масляный насос

В газогенераторе производится газ, что через расположенный в носовой части клапан поступает в верхнюю мёртвую точку открываемого поршнем клапана и оттуда идет в цилиндр. Поршень смещается вниз и сжимает газ в нижней мёртвой точке до открытия совокупности выброса и до глушителя, каковые прекрасно узнаваемый каждому привычному к гоночными мотоциклами, и после этого вытесняется наружу.

Коленчатый вал находится в закрытого с обоих торцов блока цилиндров, что разрешает сократить количество элементов требующих уплотнения. От коленчатого вала приводится в воздействие топливный насос, а через понижающий редуктор вал воздушного винта.

Электродвигатель

Альтернативой гидразиновому двигателю есть электродвигатель, изготовленный из лёгких сплавов и питаемый электрическим током под напряжением 245 В. якорь и Планетарная коробка из редкоземельного (самарий-кобальт) сплава, весят 13,5 кг. Мощность двигателя образовывает приблизительно 20 л.с., КПД 87 % (при мощности в 6 л.с. КПД двигателя понижается до 85 %).

Источник электричества совсем еще не выбран. Быть может, выбор сделают в пользу литиевых аккумуляторных батарей компании Altus Corp., Пало-Альто (Palo Alto), штат Калифорния. Эти батареи имеют удачное соотношение ёмкости к весу и разрешают взять большое (приблизительно на 50 %) повышение дальности полёта если сравнивать с гидразиновым двигателем.

Воздушный винт

Оба созданных варианта силовой установки являются достаточно экзотическими. Также самое, лишь еще в большей мере, касается складного воздушного винта.

Подобный воздушный винт ни за что не есть новинкой; складные винты с 1937 года всё больше употреблялись для моделей самолётов и мало позднее показались так же и на моторных планерах. Сейчас известны надёжно трудящиеся воздушные винты, лопасти которых возможно складывать под углом близко рядом с фюзеляжем. Данное ответ снабжает большое уменьшение аэродинамическое сопротивления в сравнении с простыми вольно вращающимися в полёте воздушными винтами.

У БПЛА Astroplane это свойство складывающегося винта находится на первом месте, потому, что это разрешит заметно сократить занимаемый в космическом аппарате количество. Но этот винт нужно еще доработать чтобы самолёт имел возможность медлительно понижаться.

Вторая инновация данного складного винта намного занимательнее: было решено, что воздушный винт на протяжении полёта за счет трансформации шага и /либо диаметра лопастей сможет приспособиться к изменяющимся на различных высотах условиям эксплуатации. При помощи данного технического ответа планировалось оптимальное применение мощности двигателя независимо от плотности воздуха и высоты полёта.

Первый винт с изменяемым диаметром был создан для применения в авиамоделях узнаваемый британским пилотом Ральфом А. Б

Одна фантастическая идея, которая при сегодняшнем уровне развития техники позволит выполнять полеты на марсе

Почему туризм на Марсе, а не на Луне?

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: