Китай ведет разработку принципиально новой системы вывода на орбиту космических аппаратов. Речь идет об использовании электромагнитной пушки (“рельсотрона” или “рейлгана”) для разгона космического самолета, сопоставимого по размерам с Boeing 737.
Традиционные ракеты требуют огромного количества топлива, при этом большая часть их массы приходится на сами ракетные двигатели и топливные баки. Электромагнитная пушка позволит решить эту проблему: разгон будет происходить на Земле, а космический аппарат сможет быть максимально облегченным.
Стрельба космическими кораблями
Принцип работы пушки достаточно прост, однако воплощение этой идеи сопряжено с рядом серьезных инженерных задач. Если Китаю удастся реализовать проект "Тэнъюнь", начатый в 2016 году, это станет одним из величайших достижений в истории инженерии.
Согласно сообщениям китайских СМИ, планируется создать пусковую установку, способную разогнать космический самолет до скорости Маха 1,6, а возможно, и до Маха 5. После выхода из пушки аппарат будет использовать собственные ракетные двигатели для достижения орбитальной скорости.
Помимо разработки самого космического аппарата, пригодного для запуска из пушки, необходимо создать пусковую установку, способную обеспечить безопасные для человека перегрузки, вибрацию и другие параметры.
Разработкой новой системы занимается Научно-исследовательский институт технологий летательных аппаратов Китайской корпорации аэрокосмической науки и промышленности (CASIC). Сообщается, что в провинции Шаньси уже построен двухкилометровый испытательный трек, аналогичный по размерам вакуумному тоннелю Hyperloop в Неваде (США). В настоящее время трек позволяет достигать скорости 1000 км/ч, но в перспективе его планируется модернизировать для достижения в пять раз большей скорости.
Однако превращение этой технологии в полноценную систему космического запуска потребует гораздо большего, чем простое масштабирование. Необходимо совершенствовать не только саму пушку, но и системы управления, энергоснабжения и даже материалы, из которых она будет изготовлена.
Технологические требования
Одна из серьезных проблем заключается в длине пусковой установки. Для достижения скорости Маха 1,6 с пассажирами на борту потребуется трек длиной не менее 8 километров, а для достижения Маха 5 - еще больше. Это потребует не только огромного количества электромагнитов, которые, возможно, придется охлаждать до сверхнизких температур, но и создания самой большой в истории вакуумной камеры с мощнейшими насосами для поддержания необходимого вакуума. Кроме того, потребуется специальный шлюз для выхода космического аппарата на сверхзвуковой скорости. Любая ошибка в работе этой системы может привести к катастрофе.
Другой серьезный вопрос - энергоснабжение. Существующие пушки для запуска самолетов с авианосца USS Gerald R. Ford используют 121 мегаджоуль энергии для разгона самолета до 241 км/ч. Для разгона объекта такой же массы до Маха 5 китайской пушке потребуется колоссальные 50 000 мегаджоулей. А ведь предполагаемый космический самолет будет весить в 10 раз больше.
Таким образом, для работы космической пушки потребуется ядерная электростанция, вырабатывающая гигаджоуль энергии в секунду, а также принципиально новые накопители энергии - суперконденсаторы.
Потребуются не только серьезные прорывы в существующих инженерных областях, но и создание новой промышленной инфраструктуры для строительства подобных машин. Не стоит забывать и о системах контроля и управления всеми подсистемами пушки в режиме реального времени.
Китайские специалисты утверждают, что в случае успеха эта технология позволит снизить стоимость вывода грузов на орбиту до 60 долларов за килограмм. Это революционное снижение по сравнению с текущей стоимостью SpaceX, составляющей 3000 долларов за килограмм.
