Проблема: экстремальная тепловая нагрузка на ракету-носитель (РН) при её выведении в космос. Проявляется в виде высоких температур из-за трения с атмосферой при взлете и во время полёта сквозь плотные слои атмосферы.
Реализуемое решение на сегодняшний день: разработка и применения новых материалов для защиты ракеты от перегрева и последующего повреждения.
Неучтённая возможность: работа с причиной (плотные слои атмосферы, которые пролетаем на высокой скорости), а не только с её следствием (тепловое воздействие).
Спойлер: применим опыт спортсменов, занимающихся прыжками в воду с большой высоты.
О прыжках в воду
Прыжки в воду со значительной высоты (например с высокой скалы) сопряжены с большим риском, ведь скорость тела перед контактом может достигать десятков метров в секунду. Принимая во внимание поверхностное натяжение воды, момент вхождения будет сопоставим с ударом о твёрдую поверхность, и значит, как минимум велика будет вероятность получения тяжёлых травм. Однако многие наблюдали, как спортсмен перед тем, как сделать решающий шаг, бросает камень, который создаёт особый временный «коридор», снижая сопротивление воды на небольшом участке. Таким образом, воздействие удара при вхождении тела в воду минимизируется.
Как это можно применить при выведении РН
Подобный принцип можно использовать и для ракет. В таком случае концепция «коридора» предполагает создание пути с меньшим сопротивлением для выведения ракеты. Это может быть критически важным для управления тепловыми нагрузками и обеспечения безопасности технического изделия во время прохождения через плотные слои атмосферы.
Пути реализации:
-
Выстрел перед стартующей ракетой, который, подобно камню, брошенному в воду, снизит тепловой удар перед вхождением в плотные слои атмосферы на высокой скорости;
-
Использование лазера высокой мощности перед пуском РН;
-
Шпиль, который может быть установлен на головном обтекателе ракеты (например, с активатором из элементов, генерирующих высокочастотный электрический разряд).
Можно предположить, что последний вариант (шпиль или элемент конструкции аналогичного назначения) находящийся перед ракетой и активирующий плазменный коридор перед ней, будет способствовать более эффективной защите от тепловой нагрузки. Он может обеспечивать защиту за счет создания эффекта «плазменного обтекателя», который будет взаимодействовать с атмосферой, защищая физическую оболочку изделия. Таким образом, использование подобного эффекта на начальном этапе полета может действительно способствовать более эффективной термической защите и создавать более благоприятные условия для управления аэродинамикой ракеты.
Замечания
Технические и аэродинамические аспекты озвученных подходов представляют собой задачи, которые требуют обстоятельного исследования. Однако такой подход может иметь потенциал для снижения аэродинамических нагрузок и теплового воздействия на ракету при запуске. Поэтому эта концепция может стать объектом исследований и разработок в области космической техники и аэродинамики.
PS: сама по себе разработка новых жаропрочных материалов требует значительных технических и финансовых ресурсов, и процесс их создания сложен и длителен. Кроме того, применение новых материалов требует модернизации производственных процессов и технологий, что также ведёт к затратам. Существует баланс между выгодами, которые могут предложить новые жаропрочные материалы, и недостатками, связанными с их разработкой и внедрением. В этом контексте взгляд с новой стороны целесообразен и должен иметь место быть.
Этот новый взгляд принадлежит моему мужу — на тот момент ведущему инженеру. Делюсь с его позволения.
