Космічна гармата

Раз за разом конструкторська думка на черговому етапі повертається до старих «забутих» схем, щоб відродити їх у новій якості під нові завдання. Електроракетні двигуни і використання атомної енергії, сонячні вітрила і антигравітація — все це було придумано ще в першій чверті XX століття, але знаходить втілення лише сьогодні.

Не залишилася забутою і ідея космічної гармати, запропонована ще Ісааком Ньютоном, що отримала розвиток в романах Жюля Верна, Фора і Граффіньї і знайшла втілення в програмі створення наддалекобійної «Фау-3». [1]

З практичної точки зору найбільш відомою є спроба зробити космічну гармату артилерійським інженером Джеральдом Буллом за проєктом «Вавилон», який був також відомий в засобах масової інформації як «іракська супергармата». У проєкті Вавилон Булл використовував свій досвід з проєкту висотних досліджень, щоб створити величезну гармату для Саддама Хусейна в Іраку. Ця зброя, якби вона була завершена, була б першою істинно космічною гарматою, здатною запускати об'єкти в космос. Однак, Булл був убитий перш, ніж проєкт був завершений, а залишки гармати знищені.

Роботи Джеральда Булла в Канаді привернули увагу вчених військово-промислового комплексу США. Американським конструкторам, які працювали над створенням перспективних літальних апаратів, не вистачало даних про фізичні властивості і хімічний склад верхніх шарів атмосфери. Частина питань була знята в рамках спільних робіт за програмою «HARP». Однак для вирішення приватних завдань американці використовували малі гармати, що дозволяли виводити невеликі зонди на висоти до 70 кілометрів.

Стартові комплекси на основі 120-міліметрових гармат були побудовані на випробувальних полігонах острова Барбадос, Квебека, в штатах Аляска, Вірджинія, Нью-Мексико, Аризона. З їх допомогою на суборбітальні висоти запускалися невеликі зонди різного призначення (серія суборбітальних снарядів «BRL»): дипольний відбивач, траєкторія якого відстежувалася радаром; метеозонд, що дрейфує з парашутом; контейнери, що повертаються тощо. Вартість одного запуску коливалася в межах від 300 до 500 доларів США.

Як альтернатива гармати на легких газах були також запропоновані прискорювачі типу прямоточних повітряно-реактивних двигунів. В інших пропозиціях застосовуються електромагнітні методи прискорення, такі, як гармата Гауса і рейкотрон.

Лазерний стартовий комплекс був запропонований фахівцями Лабораторії Лоренса в рамках «Програми перспективних технологій» («Advanced Technology Program», «ATP»), спрямованої на розробку теоретичних основ альтернативних концепцій космічних кораблів.

Принцип дії цього комплексу досить незвичний.

Лазерний промінь, що направляється з землі, нагріває спеціальну речовину, яким покрита нижня частина снаряда, що має форму параболоїда. Випаровуючись, ця речовина створює реактивну тягу, що штовхає снаряд вгору. При виході у безповітряний простір параболічна чашка відкидається і в дію вступає звичайний твердопаливний двигун, запалюваний знову ж лазерним променем.

Снаряд, що запускається лазерним стартовим комплексом, має наступні параметри: діаметр — 2 метри, початкова маса — 1000 кілограмів, корисне навантаження, що виводиться на висоту до 1000 кілометрів, — 150 кілограмів. Споживана лазером потужність не повинна перевищувати 100 МВт, час дії імпульсу — 800 секунд.

Вперше ідею електромагнітної гармати (або електромагнітної катапульти) запропонували в 1915 році російські інженери Подільський і Ямпольський, використавши принцип лінійного електродвигуна, винайденого ще в XIX сторіччі російським фізиком Борисом Якобі. Вони створили проєкт магнітно-фугальної гармати з 50-метровим стволом, оповитим котушками індуктивності. Передбачалося, що розігнаний електрострумом снаряд досягне початкової швидкості 915 м/с і відлетить на 300 кілометрів. Проєкт відкинули як несвоєчасний.

Експерименти з електромагнітними метальними системами були знову продовжені тільки після Другої світової війни. Найбільш серйозний проєкт електромагнітної гармати-катапульти, призначеної для запуску невеликих снарядів на навколоземну орбіту, розроблявся в середині 80-х років Національною лабораторією в Альбукерке (США) під керівництвом Вільяма Корна. Була навіть побудована модель стартового комплексу, що являє собою шестиступеневий електромагнітний прискорювач. Він розрахований на розгін снаряда масою 4 кілограми і діаметром 139 міліметрів. Пізніше з'явився проєкт десятиступеневого прискорювача, призначеного для запуску 400-кілограмових снарядів калібром 750 міліметрів.

Цікавий також проєкт стартового комплексу, що розробляється в американському Науково-дослідному центрі Льюїса. Він призначений для відправки в космос контейнерів з радіоактивними відходами і включає кілька технічних і пускових майданчиків, приміщень для підготовки снарядів-контейнерів, підземних сховищ, центру управління «стрільбами», станцій радіолокаційного стеження.

Процес запуску контейнера з радіоактивними відходами буде виглядати наступним чином. Відпрацьовані на АЕС стрижні привезуть на стартовий комплекс і направлять до пункту переробки. Там відходи перенавантажуватимуть з транспортних контейнерів у екрановані капсули, що являють собою частини орбітального снаряда. Пристрій такого снаряда, виготовленого з тугоплавкого вольфраму, залежить від призначення та виду корисного навантаження, але в будь-якому випадку корпус повинен мати мінімальний аеродинамічний опір.

Незадовго перед пуском змонтований снаряд перемістять в магазин, а звідти — в зарядний пристрій. За ним розташована газодинамічна ділянка прискорення, що переходить в ствол-рейкотрон, виготовлений з міді. Після дослідів, проведених у Ліверморській лабораторії, віддали перевагу круглій в перетині «гарматі», оточеною безліччю соленоїдних котушок, об'єднаних в блоки.

Перед запуском котушки збуджуються змінним струмом із зростаючою частотою. Так, на одному з дослідних зразків метальної установки на перший блок подавали напругу з частотою 4,4 кГц, на другий — до 8,8 кГц, на третьому вона зростала до 13,2 кГц і так далі.

Кожен блок котушок, взаємодіючи зі снарядом рейкотрона, буде «підхоплювати» і розганяти його до тих пір, поки швидкість не досягне розрахункової.

При цьому блоки оснащуються власними генераторами з фотоелектричними перемикачами, що спрацьовують при наближенні снаряда до фіксованих точок у стволі. Крім того, генератори пов'язані з мультиплексором, підключеним до підсилювачів потужності соленоїдів.

Такі електромагнітні гармати переважніше розміщати в шахтах; при цьому для зниження енерговитрат їх пропонують влаштовувати в горах, на висотах 2,5-3 кілометрів.

Для додачі снаряду додаткового прискорення при виході за межі дії земного тяжіння його оснастять силовою установкою. Як паливо поки намічена комбінація гідрозин-трифторида хлору, що має велику густину і достатній питомий імпульс.

• Гармата Гауса