Из пушки на Луну, или мечты Жюля Верна обретают плоть

Первая волна праздников прошла, а с ними и творческий запой 🙂 Самое время написать про еще один экзотический способ вывода полезных грузов на орбиту. Если кто помнит идею Жюля Верна "Из пушки на Луну", то статья именно об этом. Только пушка не совсем обычная, а цель не совсем Луна. Знакомтесь — группа вполне себе ствольных пушек, использующих для выстрела энергию расширяющихся газов…газов легче воздуха.

Классическая пушка использует энергию расширения сгорающих пороховых газов. Ограничивающим фактором в любой пушке, работающей за счет расширения газа (будь это пневматическая винтовка, гладкоствольное ружье или корабельное орудие) является скорость звука в рабочей среде — воздухе, пороховых газах или, в нашем случае, легких газах. Ограничение выходит из того, что ускорение снаряда происходит благодаря разнице давления на концах этого самого снаряда.Таким образом, волна разницы давления на концах снаряда не может распостраняться быстрее, чем аналогичная волна звукового давления в этой среде. А еще скорость распостранения звука (т.е. скорость "звуковой волны") увеличивается с ростом температуры рабочей среды. Теперь представим, что есть газы, скорость распостранения звука в которых превышает таковую для воздуха в 3-4 раза. Дальше, я думаю, понятно? В водороде скорость распространения звука выше чем в воздухе в 3,8 раза при аналогичной температуре. А если его нагреть?

В общем, принцип работы легкогазовой пушки основан именно на двигательной энергии расширения горячих газов легче воздуха, от сюда и название "легкогазовая". Принцип работы прост до неприличия. Кто-то пытался в детстве сделать самодельное пневматическое ружье из велосипедного насоса? Поршень в камере большего диаметра сжимает рабочий газ (в нашем случае — водород) в камере, имеющей коническое окончание и переход в камеру меньшего диаметра. В данном случае разница в диаметре камер работает как рычаг, уменьшая площадь воздействия сжимаемого газа, однако, увеличивая его скорость. Сами камеры разделены клапаном, который открывается, как только давление достигнет нужного значения.

Таким нехитрым способом можно получить скорость снаряда на выходе из ствола до 22 тысяч километров в час. Правда, для сжатия поршня в большей камере в таком случае используется не пружина, а энергия взрыва, т.е. все тех же пороховых газов. Данные устройства достаточно распостранены в качестве различных элементов научного оборудования, предназначеного для проведения экспериментов по изучению столкновений обьектов макромира (это все то, что не сталкивают на коллайдере:)) на сверхвысоких скоростях.

Впрочем, это не единственное применение данной идеи. Смесь водорода с кислородом в качестве заряда для морских орудий активно испытывается этими ребятами. Главная трудность, которая мешает внедрению перспективной артиллерийской системы на данном принципе — неравномерность смешения газов и, как следствие, разная скорость снаряда при каждом новом выстреле. А это означает разную дальность, что делает невозможной точную стрельбу, кроме как прямой наводкой.

Гораздо большего успеха на этом поприще добился некий Gerald Bull. Ученый разрабатывал пушки специально для вывода спутников на орбиту, а затем решил милитаризировать свои наработки. Потому что жадное американское правительство перестало давать деньги на мирную часть программы. Военная ее часть имела непревзойденный (до сих пор) успех. Эксперименты с формой снаряда, ствола и баллистикой полета привели к созданию в начале 1980-х артиллерийской системы GC 45, сильно опередившей свое время.

Тогда единственными странами, заинтересовавшимися суперпушками недавно отсидевшего за нарушение запрета на дележ технологиями американского инженера были только ЮАР и Ирак. Обе страны купили лицензии и вооружили свои ВС этими странными штуками. И даже во время операции "Буря в пустыне" американцы более всего боялись иракских "суперпушек", не имевших на то время аналогов в мире ни по дальности, ни по точности стрельбы.

Сейчас система, придуманная Буллом — стандарт современной артиллерии, однако создатель не получает выплат по патентам. Прогрессивный Ирак начала 90-х приютил опального инженера и выделил деньги на реализацию его мечты — создание действительно "суперпушки", способной выводить в космос спутники. Иракские спутники! Это очень огорчило Израиль с Ираном. Как только слухи о начале работ по созданию иракской космической пушки подтвердились, Булл был убит в швейцарском отеле, прямо у себя в номере. В этом подозревают то ли моссад, то ли моссвет, то ли мосгаз, а может и все три одновременно.

Более мирный способ был недавно заново придуман компанией  QuickLaunch. На этот раз без военных, с гуглом и без денег. Они собираются выводить небольшие грузы на низкую околоземную орбиту при помощи легкогазовой пушки с длинной ствола чуть более 1 километра! Кроме того, основная часть пушки будет находиться под водой, а нижние элементы конструкции будут располагаться на глубине около 490 метров — столько современным подводным лодкам еще не по силам. Это сделано для того, чтобы ствол не прогибался под собственным весом…точнее, планируется сделать. Ну да, от давления воды он же не прогнется? 🙂

Работает эта мечта Жюля Верна следующим образом. В самой нижней точке конструкции находится камера с рабочим телом — водородом. Поршня в этой камере нет, за то в ней есть вторая камера, с теплообменником. Горение вещества во второй камере передает высвобождаемое тепло на теплобменник, который постепенно нагревает водород в основной камере. Нагрев так же может происходить и за счет теплоэлектронагревателя. За основной камерой следует вторая камера меньшего диаметра — ствол, в котором находится снаряд, выводимый на орбиту. Камеры разделены между собой клапаном, который открывается при определенном давлении. В любом случае, как только водород нагреется до нужной темпратуры и, соответственно, в основной камере повысится давление, этот клапан откроется и водород начнет стремительно расшитряться в камере меньшего диаметра. В той, что с нашим снарядом.

Расширение водорода должно будет разогнать снаряд весом в 400-450 кг до шести километров в секунду. Такой снаряд, по идее, покинет атмосферу примерно за 2 минуты, а за тем в дело вступит небольшой ракетный двигатель. Он нужен для того, чтобы снаряд стабилизировал свою орбиту, иначе он упадет обратно на Землю, благодаря гравитации. Таким образом на орбиту можно доставлять материалы, способные вынести высокие перегрузки без повреждений. Например, контейнеры с питьевой водой и топливом.

Денег на это чудо техники надо всего-ничего, $500 миллионов, платить вот этому типу 🙂