Péntek, 2018-12-14
Amatőrcsillagász honlapomja
Honlap-menü
A fejezet kategóriái
Cikkeim [1]
kedvenc cikkeim [24]
csillagászati hírek [3]
CERN-nel kapcsolatos cikkek [17]
Az OPERA kutatásokkal kapcsolatos cikkek [9]
A fénysebességen túli kutatásokkal foglalkozó cikkek [5]
Az idő dimenzió. [2]
Körkérdésünk
Értékeld honlapomat
Összes válasz: 7
Statisztika

Online összesen: 1
Vendégek: 1
Felhasználók: 0
Belépés
Főoldal » Cikkek » kedvenc cikkeim

A jövő űrhajtóművei 1.rész
  
 

Űrbéli hajtóműrendszerek fejlődési lehetőségei

(tanulmány)

Ezt a tanulmányt kezdhetném hagyományosan azzal, hogy az emberiség régi álma, hogy eljuthasson a csillagok közé. Persze ez a kiinduló állítás nem minden szempontból állná meg a helyét, mert nem is olyan régen – csillagászati léptékben csak egy szempillantással ezelőtt - az emberek még szentül meg voltak arról győződve, hogy az égen látható csillagok csak apró lyukak egy Földet beborító hatalmas leplen, és ezeken tündököl át a mennyország fényessége. Természetesen vallástól és kortól függően a csillagok iránt táplált hiedelmek széles skálán változtak, de abban biztosak lehetünk, hogy a XXI. század elejére kialakult valóságképhez hasonló az emberiség történetében még nem létezett soha. Így hát inkább azzal kezdeném a mondanivalómat, hogy változnak az idők, és ezzel együtt változnak az álmaink is.

A múlt század kezdetén valóra vált a repülés ősi álma, és a XX. század végére hétköznapjaink részévé vált, mint megannyi más technikai csoda. Hol születnek vajon ezek a néha meglepően különleges, de sokszor mégis olyan hasznos álmok? Talán meglepő lesz, amit állítok: a modern korunk technikai vívmányait az emberiség nagyon szűk rétegének köszönhetjük. Ezek az emberek jórészt tudósok, mérnökök és írók (esetleg mind együtt). Fantáziájukat kivetítik alkotásaikon keresztül a nagyobb tömegek elé, és így személyes álmaik létjogosultságot nyernek a társadalmunkban. Csodálatos folyamat ez, de a tanulmányom nem erről fog szólni, hanem talán a legnagyobb kihívást jelentő vágyunk, az űr meghódításának lehetőségeiről.

De mégis miért olyan megkapó ez a látomás az emberek számára? Talán azért, mert a hétköznapi élettől annyira idegen az űr hideg és sötét óceánja, hogy mágnesként vonzza a képzeletet. A csillagok időtlen világa kiszakítja az embert a Földi problémák nyomása alól, talán néhány pillanatra az még az elménk képes felfogni a tér és az idő végtelenségét, és ettől felszabadulnak korlátok. A fantáziánk életre kel, és máris az űr vándoraiként láthatjuk önmagunk. Vannak olyan emberek köztünk, akikben olyan erős a vágy, hogy kíméletlen kitartással valóra váltják az emberiség újabb – talán a legnagyobb - álmát.

Sokan szeretnének a Mars felszínén állni, a Jupiter holdjaiban gyönyörködni, vagy a Szaturnusz gyűrűit csodálni. Hogy miért? Igazi választ nem fogunk erre a kérdésre találni, mint ahogy arra sem, hogy mi az életünk értelme. De ha meg lehet oldani, miért ne tennénk meg? Miért ne utazhatnánk el a közeli csillagokig, vagy még távolabb? Persze százezer indokot felsorolhatnánk, miért ne tegyük meg (rengeteg energia, pénz, veszély), de az ember ezekkel igazán sosem törődött. Ha egyszer megjelenik a fejekben az igény, a megvalósítás máris megkezdődött. Vágjunk hát neki az utazásnak térben és időben, a jelenleg megvalósítható technológiáktól a távoli jövő lehetőségéig.

1. Barangolás a Naprendszerben

A csillagok felé vezető út igencsak rögös és veszélyes lesz, ezt még a laikusok is belátják. Az emberiség jelenlegi technikai fejlettsége a szomszédos bolygókra már eljuttathatná fajunk képviselőit, de ennek kivitelezése is nagy veszélyekkel járna, ezért évek óta halogatják a komoly tervezői munka megkezdését. Amit jelenleg fel tudunk mutatni, az a Hold meghódítása. Azért még ez is elég erős túlzás, hiszen alig egy tucat ember hagyta a lábnyomát a Hold porában, ami a meghódítástól még messze van, azonban vitathatatlan, hogy a Hold felszíne technikailag már évtizedek óta elérhető közelségben van. Az igazi probléma a Föld környezetének benépesítésében maga a Föld, illetve annak gravitációs mezeje. Ennek legyőzésére minden esetben szükség van, ha valamilyen tárgyat az űrbe szeretnénk eljutatni, tehát ez teszi igazán költségessé és veszélyessé az űrutazásokat.

A hordozó rakéták [1]:

A mai korszerűnek mondható űrbéli szállító rendszerek gyakorlatilag kizárólag a kémiai reakciókra épülő rakétákkal operálnak. Fő hátrányuk, hogy a rossz hatásfok miatt óriási mennyiségű üzemanyagra van szükségük, ráadásul ennek az üzemanyagnak a felemelésére is további üzemanyag mennyiség szükségeltetik. Jelenleg az űrbe induló rakéták tömegének 85 % -a üzemanyag. Mégis miért használjuk még ezeket a rakétákat? A fő ok, hogy ezek elkészítése biztonsággal megoldható, és az 1950-es évek óta nagyon sok tapasztalat gyűlt össze üzemeltetésükkel kapcsolatosan. Nézzük hát röviden a napjainkban használatos típusok működését.

Az űreszközök felbocsátásához legtöbbször folyékony hajtóanyagú rakéta-hajtóműves hordozórakétát használnak. Szerkezetük meglehetősen bonyolult, mivel a szükséges hajtóanyag-komponenseket külön tartályban kell tárolni, majd a tüzelőtérbe táplálni. A folyékony hajtóanyagú rakéta hajtóanyagtartályból, tápláló rendszerből, hajtómű házból, a működést szabályozó indító és leállító hajtómű automatikából áll. A kétkomponensű hajtóanyag az oxidáló anyagból (folyékony oxigén, salétromsav, nitrogén-tetraoxid), és a tüzelőanyagból (finomított petróleum, kerozin, metilalkohol, folyékony hidrogén) áll. A tüzelőtér nyomása körülbelül 5-6 MPa, az égési hőmérséklet 3-4000 K, a tolóerő akár több ezer MN-ig is terjedhet.

A nagyobb tömegű rendszereket, az indítás nehézségeinek leküzdésére szilárd hajtóanyagú rakétákkal egészítik ki. A szilárd hajtóanyagú rakétahajtóművek a tolóerőt a hajtóanyag elégetése során keletkező gáz fúvócsövön keresztül történő kiáramoltatásával állítják elő. Az ilyen hajtóművek szerkezete nagyon egyszerű, ugyanis a szilárd töltet a tüzelőtérben helyezkedik el. Előnyük, hogy gyorsan előkészíthetők az indításhoz, hátrányuk viszont az alacsonyabb fajlagos tolóerő, illetve, hogy az égési folyamat szabályozása egyáltalán nem, vagy csak nagyon nehezen oldható meg. A tüzelőtér nyomása itt jóval magasabb, mintegy 200 MPa. Hajtóanyagként zselatinszerű nitrocellulózt, ammónium-nitrátot vagy kálium-perklorátot alkalmaznak.

Napjainkban leggyakrabban használt hordozórakéták:

Ariane - Az Európai Űrügynökség (ESA) hordozórakétája. Az első, Ariane-1 típusú rakétát 1979 karácsonyán próbálták ki. Az első indítások közül több is kudarccal végződött, ennek ellenére kiemelkedően magas az üzembiztonságuk. Az Ariane hordozórakéták üzemeltetője a francia Arianespace vállalat. Jelenleg ennek a rakétának már az ötödik generációja fut. A maximálisan 55 m magas 725 tonnás rakéta indításkor 13,7 MN tolóerő kifejtésére képes, amivel geostacionárius (36 ezer km-es) pályára 6,9 tonnás műholdat képes feljuttatni.

Delta - Az amerikai Boeing vállalat hordozórakétája. 1960 óta 259 indítást hajtottak vele végre, az üzembiztonsága 97 %-os, és ezzel világviszonylatban az első helyen áll. A Delta II 7425 típus egy nagy megbízhatóságú középkategóriájú rakéta, amely 1,8 t hasznos terhet juttathat geoszinkron (GTO) pályára. A Delta III egy újabb, nagyobb és erősebb típus, két darab 3,8 t tömegű űrszondát tud ugyanott pályára állítani. A legújabb fejlesztés pedig a Delta IV, amely már 13,2 t teherrel képes megbirkózni.

Titan - Az amerikai légierő hordozórakétája. Egyik legismertebb típusa talán a Titan IV-B/Centaur, amely a Szaturnuszhoz tartó Cassini űrszondát juttatta ki a világűrbe. Két darab szilárd hajtóanyagú rakétahajtóműve 15,2 MN tolóerőre képes. Az alumíniumból készült folyékony hajtóanyagú fokozata 30 méter magas, és 3 méter az átmérője. A Centaur fokozat 8,8 méter magas, és 147 kN tolóerőt fejt ki. Az alumíniumból készült raktér magassága 20,1 méter, átmérője pedig 5 méter. A Titan/Centaur előállítási költsége 250 millió USD, segítségével eddig nyolc fellövést hajtottak végre.

H-2A – Japán 1970-ben csatlakozott a saját hordozóeszközzel rendelkező nemzetek sorához egy lambda típusú rakéta indításával. 1994 –től kezdve pedig geostacionárius eszközöket is pályára képesek állítani az Ariane IV-hez hasonló felépítésű H–2 jelű nagyrakétájukkal. A legújabb fejlesztésű – 2001-ben elkészült - H-2A jelű hordozóeszköz közel 285 tonna, majd 53 méter magas és 3 tonna hasznos terhet tud GTO pályára juttatni. Kifejlesztése 970 millió USD –ba került a japán űrügynökségnek (NASDA)

GSLV – Az első indiai rakéta (SLV-3) 1980 –ban indult a Sriharikota űrközpontból. Azóta India töretlenül halad előre a hordozórakéta fejlesztés útján. 1993 –ban megépítették az első folyékony hajtóanyagú PSLV jelű rakétájukat, majd 2001 –ben útjára indult az első igazán nagy rakétájuk - a GSLV - ami komoly konkurenciát jelenthet majd a geostacionárius műholdakat pályára állító kereskedelmi célú hordozórakéták piacán. A majd 400 tonnás, 50 méter magas rakéta 2,5 tonnás rakományt képes GTO pályára állítani.

Long March - Fejlesztését 1960-ban kezdte el Kína. Az első generációs LM-1 típussal először 1970-ben sikerült alacsony Föld körüli pályára juttatni egy kínai műholdat. A legújabb változat, az LM-3C már 3,8 t tömegű terhet juttathat GTO pályára. Megbízhatósága nem a legjobb, de mivel olcsó, nagy a kereslet iránta.

Proton – A 60 m magas, 700 tonnás Orosz hordozórakéta, 1965-ben repült először. Három-, illetve négyfokozatú változata létezik, indító tolóereje 15,2 MN. A MIR űrállomásra irányuló missziók során sokszor használták teherszállításra. A Nemzetközi Űrállomás építésekor is számos modult vitt fel a világűrbe. Elsősorban műholdak geostacionárius pályára állítására használják. Az utóbbi 10 évben 93 % volt a megbízhatóságuk. Mintegy 5,5 t hasznos teher GTO pályára állítására képesek.

Többször felhasználható űreszközök

Az előzőekben felsorolt eszközök közös jellemzője, hogy csak egyszer felhasználhatóak, ami tovább emeli az űrbe jutás költségeit. Azonban 1981-ben az első amerikai űrrepülőgép indításával az űrutazás és az űrkutatás új korszaka vette kezdetét.

A SPACE SHUTTLE rendszer:

Az „új típusú” szállítórendszer a világűrben űrhajóként, leszálláskor pedig repülőgépként közlekedik. Az egyik legnagyobb előnye, hogy többször felhasználható, személyzete akár 7-8 főnyi is lehet, a hasznos terhe pedig a 30 tonnát is elérheti. Az amerikai Space Shuttle űrrepülőgép-rendszer (STS) az első - és jelenleg az egyetlen működő - többször felhasználható űrhajózási hordozóeszköz. A napjainkban használatos hordozórakétákhoz hasonlóan függőlegesen indul, de visszatérése a Földre siklórepüléssel történik, ezért használatos rá az űrsikló elnevezés is. A rendszer központi eleme maga az űrrepülőgép, szerkezeti kialakítását tekintve egy deltaszárnyú repülőgéphez hasonlít. Szerkezeti anyagai alumínium- és a titánötvözetek. A szárnyakat és a törzs alsó részeit a sűrű légkörbe való visszatéréskor hővédő anyagból készített csempék védik a káros hatásoktól. A mintegy 34 ezer hővédő lapka alatt a borítás hőmérséklete - a visszatérés során - nem lépi túl a 175 °C -ot. A személyzet elhelyezésére kétszintes fülke szolgál. A fülke mögött helyezkedik el a két nagyméretű hengerpalást ajtóval zárható raktér. A raktérben a hasznos teher mellett egy 15 méter hosszú manipulátor kar is megtalálható. Hátul, a függőleges vezérsíknál három folyékony hajtóanyagú rakétahajtómű került beépítésre. A hajtóanyag egy óriási tartályban helyezkedik el, amelyre az űrrepülőgépet, valamint a pályára állást segítő két nagytolóerejű, szilárd hajtóanyagú gyorsító-rakétát szerelik.

Az STS összeszerelve 56,08 méter hosszú, tömege a start előtt 2010 tonna, a hajtóműveinek tolóereje pedig 28,5 MN. Az orbitális egység (maga az űrrepülőgép) 37,68 méter hosszú, fesztávolsága 23,79 méter, teljes tömege pedig 105 tonna. A rakodótér átmérője 4,6 méter, hosszúsága pedig 18,3 méter. Föld körüli pályára állítható hasznos terhe 29,5 tonna, a Földre visszahozható hasznos teher maximálisan 14,5 tonna lehet. Előállítási költsége 1,2 milliárd USD.

Az Egyesült Államok már csak összesen három űrrepülőgéppel rendelkezik. Az első, a Columbia 1981-től 2003. február 1. -ig üzemelt, a Challenger 1983-tól 1986. január 27-ig működött. Mindkettő műszaki hiba következtében felrobbant, hét űrhajós halálát okozva. A többi (Discovery 1984, Atlantis 1985, Endeavour 1992) használatát előreláthatóan sokáig nem fogják engedélyezni a Columbia-baleset kivizsgálása miatt, ami komoly visszalépést jelenthet az emberes űrhajózásban.

A Buran:

Az oroszok sem akartak lemaradni az űrversenyben, ezért el is készítették saját űrrepülőgépüket, a Buránt. Az 58,8 méter magas, 2436 tonnás szerkezet 1988. november 15-én indult első útjára automatikus repülésben, űrhajósszemélyzet nélkül. Ez volt az első, egyben az utolsó útja is. Pénzügyi problémák miatt ugyanis Oroszország 1993-ban véglegesen leállította a programot. A Burán az Enyergija óriásrakéta segítségével emelkedett a magasba. A működtetése elég gazdaságtalan, mivel amerikai társával ellentétben csak az orbiter tér vissza a Földre, az óriási üzemanyagtartály megsemmisül. Az egyik legnagyobb előnye viszont, hogy személyzet nélkül is feljuttatható a világűrbe, és az Enyergia hordozórakéta önmagában is használható. Egyébként a személyzet maximális létszáma tíz fő lett volna, a hasznos teher nagysága elérte volna 30 tonnát, míg a Földre visszahozható terhe akár 20,4 tonna is lehetett volna.

A Hermes:

Az Európai Űrügynökség is indított űrrepülőgép-programot 1986-ban. A 21 tonna tömegű Hermes egy Ariane-5 orrára szerelve jutna ki a világűrbe három fős személyzettel, és 3 tonna hasznos teherrel. A fejlesztés első fázisa lezárult, ám pénzügyi problémák miatt a programot 1992-ben leállították.

A HOPE-X:

Ezt a személyzet nélküli űrrepülőgépet 1987-óta a japánok fejlesztik. Ez egy többször felhasználható űrszállító rendszer, amellyel sokkal olcsóbbá válhat majd az űreszközök világűrbe juttatása. A 2010 -re ígért űrrepülőgép valószínűleg a Nemzetközi Űrállomás egyik teherszállító űrhajója lesz, de 2002–ben fejlesztését pénzügyi okokra hivatkozva egyelőre befagyasztották. A 16 méter hosszú HOPE 10,5 tonna tömegű, 3 tonna hasznos terhet vihet magával. Egy átalakított H-2A rakéta segítségével jut majd ki a világűrbe.

Ezzel véget is értek jelenlegi lehetőségeink. Nyugodtan állíthatjuk, hogy a hagyományos hordozó rendszerek komoly válságban vannak, és ez minden bizonnyal rá fogja nyomni a bélyegét századunk első évtizedének emberes küldetéseire, de lehetnek másféle utak is természetesen. A kutatást az űrügynökségek is komolyan gondolják, többek között a NASA is pályázatot írt ki olyan többször használatos űrjárművek kifejlesztésére, amelyek leválthatják a most üzemelő rakéták generációit. Talán meglepő, de jelenleg legalább 20 újfajta eszközt fejlesztenek világszerte, hogy csökkenthetőek legyenek az űrutazás költségei. Lássunk a tervek közül néhány egymással versengő ígéretes megoldást.

A Space Express terve – a RAMJET [2]:

A NASA nemrég bejelentette, hogy befejezte egy alapvetően új technológiájú rakétahajtómű két évig tartó tesztelését, amellyel a jövő űrutazása lényegesen közelebb fog állni a légi közlekedéshez. Az új torlósugár-, rakétahajtómű kombinációt a NASA Marshall Space Flight Centerben fejlesztik. A torlósugár-hajtómű (RAMJET) mozgó alkatrész nélküli sugárhajtóművet takar. A hajtóműben nem találjuk a hagyományos gázturbinákra jellemző kompresszor- és turbina lapátsorokat, mert a beömlőnyílás változó keresztmetszetű diffúzoros kialakítása miközben lelassítja szubszonikusra (hangsebesség alá) az áramlást, össze is sűríti a levegőt. A kompresszió hatására felmelegedett levegő a tüzelőtérbe kerül, ahol tüzelőanyaggal keveredik és meggyullad. Az égéstermék speciális Laval-fúvókán nagy sebességre gyorsul és tolóerőt hoz létre. A torlósugaras rakétahajtómű a rakétahajtómű és a torlósugár-hajtómű kombinációja. Előnye, hogy önállóan indítható, és a légkör oxigéntartalmát használja fel egy szakaszon az üzemanyag elégetésére. Az igazi nyereség ebben a rendszerben annak az oxidálószer tömegnek a megspórolása, amely 6 Mach sebességre történő gyorsításhoz szükségeltetett volna.

A NASA HYPER-X programja – a SCRAMJET [3]:

A Space Expressben is használt ramjetek teljesítményének felső határa körülbelül 6 Mach (hatszoros hangsebesség), e-fölött az égéstér olyan forróvá válik, hogy az égéstermék (víz) elbomlik hidrogénre és oxigénre, tehát nem szabadul fel energia, ami az űrrepülőt előre hajthatná.

A magasabb sebességek eléréséhez szuperszonikus belsőégésű ramjetre (SCRAMJET) van szükség. Ennek a kialakításánál csökkentik a belépőnyílásnál a légáram összenyomódását, így az nem lassul le hangsebesség alá. A szuperszonikus áramlásban nem alakulnak ki a nagy energiájú torlóhullámok, így a levegő hőmérséklete nem növekszik olyan nagymértékben, mint a ramjetek esetében. Az üzemanyagot ebbe a szuperszonikus légáramba fecskendezik, ahol összekeveredik a levegővel és ezredmásodpercek alatt elég. A scramjetek felső sebességhatárát még nem határozták meg, de elméletileg magasabb annál, mint ami a Föld körüli pályára álláshoz szükséges (20 - 25 Mach). Ilyen magas sebességeknél azonban már nem jelentős a scramjetek előnye a rakétákkal szemben, mivel a nagy légköri sebességeknél számos szerkezeti feszültség lép fel a súrlódástól, ami a rakétáknál felszálláskor nem következik be.

A hiperszonikus scramjet hajtóművek számos különféle üzemanyaggal működhetnek, többek között hidrogénnel és szénhidrogénekkel is.

A lehűtött folyékony hidrogén - amely az amerikai űrsiklót is hajtja - azért vált igen népszerűvé az űrrepülők fellövésénél, mert elégetés előtt felhasználható a hajtómű és a jármű hűtésére is. A szénhidrogéneket nem lehet ilyen jól hasznosítani, és alkalmazhatóságuk felső határa kevesebb, mint 8 Mach.

A scramjettel hajtott űrrepülők esetében - amelyeket úgy terveznek meg, hogy képesek legyenek nagymennyiségű levegő befogadására - elmosódik a határ a hajtómű, és a jármű között. Az érkező szuperszonikus légáram lökéshullámot hoz létre a repülő test orránál, és szétterjed az atmoszférában. A jármű alsó fele és a lökéshullám között lévő összenyomott levegő kerül a hajtóműbe. A belépő diffúzoron az áramlás lassul, a levegő emiatt felmelegszik. Az égéstérben elég az üzemanyag, majd a reakció végterméke egy belső és egy külső fúvókán át kitágul, aminek eredményeképpen tolóerő generálódik. A jármű alsó részén fellépő magas nyomás nagy felhajtóerőt is biztosít, ami levegőben tartja az űreszközt.

Hogy kiszélesítsék a scramjetek alkalmazási tartományát, a mérnökök olyan járműveket terveztek, amelyek mind scramjet, mind ramjet üzemmódban képesek repülni. Az ilyen kétféle üzemmódú működés vagy úgy érhető el, hogy változtatható geometriájú hajtóművet szerkesztünk, vagy úgy, hogy a különböző helyeken lévő szerkezetek között váltogatjuk az üzemanyagáramot. Mivel sem a ramjetek, sem pedig a scramjetek nem működnek hatékonyan 2 vagy 3 Mach alatt, felszálláshoz egy harmadik fajta (hagyományos gázturbina vagy rakéta) hajtóműre van szükség. Az úgynevezett rakéta alapú kombinált ciklusú hajtóművek, amelyek űrjárművek esetében használhatóak, egy olyan rakétán alapszanak, amelyet beépítenek a scramjet égőterébe, hogy biztosítsa a tolóerőt a felszállás után a hangsebesség alatti és az alacsony szuperszonikus sebességeknél. 6 Mach környékén a ramjet működési módot a scramjet üzemmód követi (Mach 12 -ig), ami után ismét a rakéta lép működésbe a scramjetet kiegészítve. 18 Mach felett már ismét a rakéta mozgatja, és pályára is állítja a járművet, ezzel lehetővé válik a szabad az űrbéli manőverezés, mivel a scramjet működéséhez szükséges levegő a világűrben nem áll rendelkezésre.

A NASA jelenleg ilyen rendszerek számos változatát teszteli számítógépeken és szélcsatornákban.

A Rotary Rocket űrhelikoptere [4] – a hagyományos technológia versenyképes változata:

A polgári űrtechnika a jövőben jelentős konkurenciát fog okozni a jelenleg még a piac nagy részét birtokló nemzeti űrügynökségeknek, mint a NASA vagy az ESA. Az amerikai űrrepülőgép még valószínűleg sokáig üzemben marad, azonban néhány éven belül megjelenhetnek az új technológiákon alapuló, embereket is szállító polgári, katonai, és nemzeti űrjárművek.

Az egyik éllovas - a Rotary Rocket vállalat - egy egyfokozatú, függőlegesen startoló és leszálló, pilóta által irányított, többször felhasználható űrrepülőgép fejlesztésébe kezdett. A Roton nevezetű űrjármű érdekessége, hogy folyékony üzemanyagú rakétaként jut a világűrbe, majd, mint egy helikopter ereszkedik vissza a földre. A munkálatok és a tervezés 1996 végén kezdődtek el, és 18 hónappal később már a prototípus megvalósításán dolgoztak.

A függőleges helyzetben fellőtt űrjármű két pilóta irányításával alacsony föld körüli pályára áll, majd a műhold(ak) megfelelő ponton való elhelyezése után kinyílnak a rotorjai, és az űrrepülőgép belép a légkörbe. Bizonyos magasságban a rotorokat kis rakéták forgatni kezdik, majd egy helikopterhez hasonlóan, a fellövést követő 72 órán belül leszállnak. A kúp alakú űrjármű átmérője a talpánál 6,7 m, magassága 19,2 m, tömege start előtt 181 tonna. A hasznos teher lehetséges mérete 3,5 x 4,9 méter, tömege pedig 3 tonna lehet.

A többször felhasználható űreszközök igazán akkor tennék nagyon olcsóvá az űrrepülést, ha meghajtáshoz szükséges energia egy részét, vagy az egészet a Földön, környezetbarát energiaforrásokból állítanák elő. Ennek megoldására is léteznek kipróbált, működőképes technológiák.

Az elektromágneses katapult [5]:

A megoldás lényege, hogy egy hagyományos űrsiklót nem hatalmas üzemanyag tartályra rögzítve állítanák a start helyére, hanem egy lineáris villamos motorra szerelve, mélyen a Föld alól indítanák. A megoldás elve elég egyszerű, egy háromfázisú villamos motor állórészét síkba kell teríteni, míg a forgórész lesz maga a gyorsítani kívánt jármű (hasonlóan a lebegtetett vasutakhoz). A sín hosszában végigfutó szupravezető mágneseken egy vagy több feszültség hullámot végigfuttatva a kialakuló mágneses tér maga után húzza a „mozgórészt”. A rendszer alkalmazására több országban is van már példa, hiszen Japánban és Németországban - a komoly befektetéseknek köszönhetően - jelenleg 400 – 500 km/h sebességgel képesek utasokat szállítani a hasonlóképpen meghajtott MAGLEV vasutak. Persze az űrhajó indításához ennél nagyobb sebességre lenne szükség. Ha az előzőeket figyelembe vesszük, akkor a mágneses gyorsításnak az indítási folyamat végére egy ramjet hajtómű beindításához elegendő a kezdősebességet kellene biztosítania. Ez azt jelenti, hogy a több kilométeres pályarendszernek legalább 2500 km/h –ra kellene gyorsítania az egész űrjárművet. Ezt elősegítheti a föld alá épített pályarendszer, mert a csatornából ki lehet szivattyúzni a levegő egy részét, ezzel is csökkentve a gyorsításhoz szükséges energiát. Az indító rendszer tehát tiszta villamos energiával működhetne, minden gázkibocsátás nélkül. A kilövő csatornát elhagyva azonnal indítható lenne a ramjet-, majd a scramjet hajtómű, illetve a felső légrétegek elérésekor a rakétahajtóművek állítanák végső pályára a siklót. Az űrrepülőgép ezek után hagyományosan vitorlázó repülőként térhetne vissza.

A maglev rendszer további előnye, hogy szinte alig igényel karbantartást, mivel nincsenek mozgó és súrlódó alkatrészei, ráadásul újra és újra felhasználható. A NASA és a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium terveiben szereplő mágneses kilövőállásból átlagosan 90 percenként indítható lesz egy-egy űrrepülőgép.

Nagyjából 2005-re várható, hogy munkába állhat az első olyan maglev rendszer, amellyel kisebb távközlési műholdakat kilo-grammonként nagyjából 1000 USD költséggel lehet pályára állítani (most ez még több, mint 10 ezer dollárba kerül). További 15 éven belül az összeg néhány száz dollárra csökkenhet, és a pályára juttatandó eszközök mérete is jelentősen növekedni fog. Ha minden a tervek szerint alakul, akkor már 2020 körül mágnesesen katapultált űrsiklókkal menet-rendszerű járatok indulhatnak Föld körüli pályára.


Az elektromágneses hullámok szárnyán [6]:

A mai űreszközök - mint láttuk - magukkal viszik energiaforrásukat. Az űrutazás költségei drasztikusan csökkenthetők lennének, ha nem kellene az üzemanyagot és a nehéz alkatrészeket szállítani, ehelyett nagyintenzitású lézerfényt vagy mikrohullámú energiát sugározhatnánk a járművekbe. A NASA és az Amerikai Légierő az elmúlt években támogatott kísérletei során bemutattak egy egészen különleges megoldást: a „fényűrhajót”. A kis tömegű szerkezet egy földről indított pulzáló infravörös lézersugár mentén halad. Az űrhajón található fényvisszaverő felületek a sugarat egy gyűrűre fókuszálják, ahol az felmelegíti a levegőt a Napfelszín hőmérsékletének ötszörösére, aminek következtében a levegő robbanásszerűen kitágul és tolóerőt generál.

Egy olyan 10 kW –os széndioxid lézer felhasználásával, amely másodpercenként 28-szor pulzál, sikeresen lőttek ki forgás által stabilizált 10-15 cm átmérőjű miniatűr fényűrhajókat, akár 30 méter magasságba, mindössze három  másodperc alatt. Ha 100 kW -ra emelik a lézer teljesítményét, majd 30 kilométeres magasságig teszi majd lehetővé a röptetést. Jóllehet a mai modellek kevesebb, mint 50 grammot nyomnak, az ötéves cél az, hogy egy 1 kilogrammos mikroműholdat juttassanak Földközeli pályára egy hagyományos, 1 megawattos földi telepítésű lézer segítségével, ami mindössze néhány száz dollárba kerülő elektromos energiát jelentene.

A jelenlegi fényűrhajó modellek repülőgép minőségű alumíniumból készülnek. Egy aeroshellnek nevezett borításból, egy gyűrű alakú sisak részből, és egy olyan far részből állnak, ahol egy optikai és egy tágulási nyílás található. Az atmoszférikus repülés során az első rész összenyomja a levegőt, és a hajtómű bemenetéhez irányítja. A gyűrű alakú sisak felveszi a lökés erejét. A hátsó rész parabola alakú gyűjtőtükörként szolgál, ami egy gyűrű alakú fókuszhelyre koncentrálja az infravörös lézerfényt, és biztosít egy másik felszínt is, ami ellenállást fejt ki a kifújt forró levegővel szemben. A kormányzás automatikus: ha a jármű kimozdul a sugár irányából, a tolóerő elfordul, és visszanyomja a járművet a helyes irányba. Egy 1 kg -os fényűrhajó így körülbelül 5 Mach sebességig gyorsulhat, és 30 kilométeres magasságot érhet el. Itt a levegő ritkássá válik, ezért átkapcsol a szállított folyékony hidrogén üzemanyagra. Innen már 1 kg hidrogén elegendő ahhoz, hogy pályára állítsa az űrhajót.

A számítások alapján, egy 1,4 méter átmérőjű változat képes arra - egy 100 MW -os lézersugár segítségével - hogy akár 100 kg tömegű mikroműholdakat is pályára állítson. Mivel pulzáló lézert használnak majd, ez a teljesítmény valószínűleg könnyen elérhető több kisebb lézer teljesítményének megfelelő kombinálásával. Az ilyen lézerek felhasználhatóak lennének a kommunikációs műholdak pályára állításánál, és ezek későbbi megsemmisítésénél is.

A fényűrhajók mikrohullámok segítségével is hajthatók. A mikrohullámokkal nem érhető el akkora energiasűrűség, mint a lézerekkel, így nagyobb járművekre van szükség, azonban a mikrohullámforrások sokkal olcsóbbak, és egyszerűben állítható elő segítségükkel nagy energia mennyiség.



Forrás: http://www.atmion.hu/Zoleenet/iro/cim/CSZ/urhajt.html
Kategória: kedvenc cikkeim | Hozzáadta:: tegelysajto (2012-06-19)
Megtekintések száma: 279 | Hozzászólások: 1 | Helyezés: 0.0/0
Összes hozzászólás: 0
Név *:
Email *:
Kód *:
Kosár
A kosarad üres
Keresés
Barátaink:
  • Honlap létrehozása
  • Ingyenes online játékok
  • Online Munkaasztal
  • Oktató videók
  • uCoz Rajongók Oldala
  • Copyright MyCorp © 2018
    Ingyenes webtárhely uCoz