Григорий (gest) wrote,
Григорий
gest

Аэронавтика Внеземелья

Да, я тут решил почитать о возможной роли вертолётов в освоении Солнечной системы.

Нашёлся и текст по теме ("Design Opportunities and Challenges in the Development of Vertical Lift Planetary Aerial Vehicles"). Авторы решили сразу взять быка за рога:



Итак, все доступные нам в обозримом будущем небесные тела можно разделить на три большие группы. Во-первых, это миры с относительно плотной атмосферой, где имеет смысл использовать вертолёты. Это Венера, Марс и Титан (ну и сама Земля, естественно).

Во-вторых, это газовые гиганты. Там есть атмосфера, поэтому всевозможные винты, пропеллеры, крылья там уместны - законы аэродинамики действуют.

Наконец, это Луна, Меркурий, Плутон и иные малые планеты, спутники, астероиды, кометы. Их всех объединяет отсутствие атмосферы и малая гравитация. Использовать вертолёты в этих условиях нельзя. Остаётся полагаться на полёты над поверхностью и по баллистическим траекториям с использованием химических (ракетных) и электрических (ионных) двигателей. Тем не менее, технологии, изначально создававшиеся для вертолётов, могут оказаться полезными и в этих условиях.

Столь серьёзный подход не может не радовать. Дальше подробно разбираются условия на каждой планете, и необходимые в этих условиях характеристики вертолёта (в случае Венеры, Марса, Титана) и самолёта с пропеллером (те же, плюс газовые гиганты). На основе абстрактной модели, при всех прочих равных - какой потребуется диаметр винта, размах крыльев, какими будут энергетические затраты? 

Был сделан ряд интересных выводов, например:

"For both Venus and the Titan, it is likely that ducted, multi-rotor vertical lift vehicles would be the best design configurations to pursue."

"Для Венеры и Титана, скорее всего, самой перспективной схемой окажется летательный аппарат вертикального взлёта и посадки с несколькими пропеллерами [небольшого диаметра] в кольцевых обтекателях".


Вообще, Венера почти идеальная планета для вертолётов - чуть меньшая сила тяжести по сравнению с земной, плотная и вязкая атмосфера. Но ряд других свойств всё-таки затрудняет эксплуатацию вертолётов в условиях Венеры. (И авторы даже не упоминают температуру и состав венерианской атмосферы!) По совокупности характеристик, для работы для вертолётчиков больше всего подходит Титан. Вертолёты Титана, а!

С другой стороны, Марс. Марс - это крепкий орешек. Проектировать аэродинамические планетолёты для Марса - это всё равно, что в земных условиях попытаться создать поршневые самолёты и вертолёты, способные летать на высоте в тридцать километров. Это возможно, но придётся решить кучу проблем. Марс - это передовой рубеж современной аэродинамики и аэронавтики. Если мы возьмём этот барьер, остальные задачи решить будет гораздо проще. И если вам интересно, то, по мнению авторов, самые перспективные вертолётные схемы для Марса - это "камовская", с двойным соосным винтом, и конвертоплан-винтокрыл.

Да:

"Vertical lift planetary aerial vehicles do not make sense for gas-giant planets, as they do not have surfaces to take-off and land from, or hover over, in the conventional sense. Propeller-driven fixed-wing PAVs, on the other hand, do make sense."

"Планетолёты вертолётного типа не имеют смысла в условиях газовых гигантов, так как там отсутствует привычная нам поверхность, на которую можно было бы вертикально опуститься, с которой можно было бы вертикально взлететь, и над которой можно было бы зависнуть. С другой стороны, планетолёты самолётного типа, с пропеллером и крыльями, смысл имеют".


Поршневые самолёты Юпитера! Да, вы знаете, что у поршневого летательного аппарата для условий Юпитера (и других газовых гигантов) будут пропорции, сопоставимые с земным самолётом той же массы? Теперь знаете :).

Естественно, сразу же возникает вопрос двигателя, потому что привычные нам моторы нуждаются в кислороде.

"Outside of Earth, there is very little free oxygen in other planetary atmospheres. Therefore, new propulsion systems will have to be devised that do not rely on oxygen (or provide for the onboard storage of oxygen that had either pre-launch terrestrial origin or was generated by chemical in-situ production from the lander/main base)...
Nuclear-energy-based electric motor propulsion is possible, but a significant weight penalty would be associated with this approach...
For the exploration of outer, gas-giant planets, hydrogen could be drawn in from the planetary atmosphere, compressed, mixed with vehicle stored oxygen/oxidizer, and ignited in an internal combustion engine."

"За исключением Земли, в атмосферах других планет очень мало свободного кислорода. Таким образом, придётся создавать новые двигательные системы, которые не зависят от кислорода (или рассчитаны на использование собственных запасов кислорода, либо привезённых с Земле, либо произведённых на месте посадки/основной базы химическим путём)...
Электромотор с использованием ядерной энергии возможен, но этот путь приведёт к значительному увеличению веса аппарата...
В процессе исследования внешних газовых гигантов, водород можно получить из местной атмосферы, сжать, смешать с запасённым кислородом/окислителем, и сжечь в двигателе внутреннего сгорания
".


Юпитерианские поршневые самолёты-роботы с двигателями внутреннего сгорания, которые работают на кислороде и втянутом через воздухозаборники водороде! Я восхищаюсь людьми, которые выдают подобные тексты.

"Considering more exotic vehicles (from the rotorcraft community perspective), one can envision rotary-wing technologies being applied to other types of planetary aerial vehicles, including hybrid airships and chemical, or electrical, propulsion ballistic 'hoppers'".

"Что касается более экзотичных (с точки зрения вертолётного сообщества) аппаратов, можно предположить, что вертолётные технологии найдут применение и на других типах планетолётов, вроде дирижаблей-гибридов и баллистических "прыгунов" с химическими или электрическими двигателями".


Да, я тут же представил себе "вертолётное сообщество" в виде элитарного английского клуба, который отстаивает приоритет вертолётов в освоении Внеземелья. "Дирижабли - это так старомодно! А эти наглые выскочки, любители баллистических "прыгунов" с безатмосферных планет? Кто вообще пустил их в приличное общество...?" (На самом деле, действительно, для освоения Марса уже предлагались и дирижабли, и "прыгуны". Но вертолётчики стеной стоят за то, чтобы первыми были вертолёты.)

И в заключение:

"It may be that hybrid vehicles will need to be developed to fully expedite planetary exploration. One such hybrid vehicle may combine flight with surface locomotion capability. Visionaries in the early twentieth century proposed the development of vehicles that combined the features of airplanes and automobiles for terrestrial personal transportation. There may be a greater need to develop such hybrid (flight and surface locomotion) vehicles for extraterrestrial applications.

Another hybrid vehicle that might deserve attention from PAVs designers is a vehicle that combines rocket propulsion with rotary-wing lift to optimize overall vehicle performance. Traditional concepts of rocket and aerial propulsion may fall by the way-side by necessity, as will the concepts of independent/separate surface-locomotion and aerial vehicles, for extraterrestrial applications."

"Может оказаться так, что для полноценного обеспечения планетарных экспедиций потребуется разработать гибридные схемы. Подобный гибрид, к примеру, может сочетать полёт и способность передвигаться по поверхности. В начале 20 века визионеры предлагали разработать личный транспорт, который сочетал бы в себе качества автомобиля и аэроплана. Возможно, подобные гибриды (летательные аппараты с наземным режимом) больше пригодились бы в условиях других планет.

Ещё одним возможным сочетанием, заслуживающим внимания со стороны разработчиков планетолётов, будет аппарат, сочетающий ракетный двигатель и создаваемую пропеллером подъёмную силу, что позволит добиться оптимальных характеристик. Традиционные представления о ракетных двигателях и воздушных винтах, а также представления о независимых/различных машинах для передвижения по поверхности и в воздушном пространстве, могут быть по необходимости отброшены в сторону в условиях Внеземелья
".


Я так этим вдохновился, что даже пошёл читать про марсианские самолёты на Википедии. Это тема!
Tags: космоопера
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 14 comments