Кленовый способ приземления космических кораблей

На модерации Отложенный

Проблема приземления искусственных космических объектов заключается в погашении космических скоростей в атмосфере планеты. До вхождения в плотные слои атмосферы надо поглотить огромное количество энергии:

Ек = (m * V2) / 2

Например, объект массой 5 тонн, приближаясь к земле со скоростью 7 км/сек., обладает энергией:

Ек = (5 * 49) / 2 = 122500 мДж (примерно, 31 мВт/час)

Чтобы погасить эту энергию тормозным двигателем надо потратить около 4-х тонн ракетного топлива, т.е. почти всю массу самого объекта.

Поглащение энергии на нагрев термостойкого покрытия объекта небезопасно и требует дорогостоящих сложных технологий. Однако в природе можно увидеть очень эффективный способ торможения веса в атмосфере, например, семена клена.

Миллионы лет эволюция совершенствовала аэродинамику крыла семечка, позволяя клену расселяться на сотни метров, не привлекая для этого фауну вкусными биологически-затратными плодами.

При быстром вращение твердого крыла семечко сжимает воздух в зоне вращения, создавая давление ниже и разряжение выше радиуса вращения. Торможение падения, аналогичное эффекту парашюта, диаметром двойной длины семечка с крылом помогает ветру расселять клен на большие территории. Этот эффект спасает вертолет в случае отказа двигателя на достаточной для ротационного раскручивания винта высоте. Для предотвращения разрушений воздушные винты ветродвигателей приходится останавливать при приближении сильного ветра, т.к. не вращающийся винт обладает значительно меньшей парусностью по сравнению с вращающимся даже без нагрузки винтом.

Для использования кленового эффекта в стратосфере и атмосфере можно сделать на спускаемом аппарате две секции вращающихся в разные стороны лопастей регулируемой длины.

1. Верхняя часть спускаемого аппарата.

2. Ленточные лопасти, намотанные на барабан.

3. Электродвигатели управления длиной лопастей.

4. Электродвигатели угла атаки лопастей.

5. Электрогенератор.

6. Шестерня привода генератора и сателит планетарного редуктора между верхним и нижним блоками лопастей, врасщающихся в разные стороны.

7. Инерционные грузы.


При вхождении в стратосферу электродвигатели (3) выдвигают лопасти (2), которые благодаря положительному углу атаки, установленному электродвигателями (4), начнут раскручиваться в противоположные стороны от набегающего потока.

Бортовой компьютер, выравнивая углом атаки нагрузки на блоки лопастей, следит за тем, чтобы корпус (1) при этом не вращался. При раскручивании грузы (7) создадут центробежную силу, которая будет натягивать лопасти и они будут равномерно удлинняться до ста метров и более. По достижении оптимальных оборотов включается электрогенератор (5), и дальнейшее раскручивание прекращается. Сотни киловатт электроэнергии идут на зарядку аккумуляторов и конденсаторов. По мере вхождения в плотные слои атмосферы длина лопастей и угол атаки плавно уменьшаются, не допуская перегрузок и нагрева корпуса. Изображенная на рисунке  схема работает следующим образом:

Большая часть энергии торможения превращается в нагрев воздуха на нижней поверхности лопастей, но благодаря обтеканию холодного воздуха вокруг тонкой пластины перегрева в отличие от массивного корпуса устаревших спускаемых аппаратов не происходит.

Скорость снижения регулируется длиной лопастей шагом винта и нагрузкой на электрогенератор, а вот изменение траектории с помощью автомата шага по вертолетному принципу не получается из-за большой длины тонких лопастей, которые просто не смогут в течение одного оборота дважды менять угол атаки. Поэтому я предлагаю совершенно новый способ горизонтального полета: в течении одного оборота изменять длину лопастей, создавая эксцентричное вращение со смещением оси в нужную для движения сторону. При компьютерном управлении таким способом, точность приземления космического аппарата будет как у подъемного крана, а благодаря кленовому способу торможения вес спускаемого аппарат может составлять сотни тонн.

Если бы станция "Мир" продержалась на орбите еще несколько лет, ее можно было плавно приземлить на территорию музея космонавтики, а не топить в океане.

Кроме того, центробежно-инерционный способ управления вектором тяги воздушного винта позволит аппарату летать в безвоздушном пространстве, раскручивая лопасти электродвигателями, работающими от солнечной энергии, а вертолет с регулируемой длиной лопастей станет новой эрой авиации, но об этом в проекте №50 "Воздушный транспорт 21 века".


Проект 2007 года, обсуждался здесь: http://maxpark.com/community/4061/content/1823945