Центр NASA имени Маршалла приступает к испытаниям прототипа космического средства выведения XXI века — магнитной катапульты. Уже в этом году на базе ВВС Хантсвилл будет проведено несколько экспериментов с магнитными треками для разгона грузов, имитирующих космические аппараты. Предполагается, что "магнитный старт" позволит радикально снизить стоимость запуска грузов в космос и откроет новую эру космических полетов.
Если ракета еще до запуска собственного двигателя получает некоторую скорость, ей самой нужно меньше топлива, она станет более легкой, что, в свою очередь, даст возможность увеличить полезную нагрузку, что во многом и определяет эффективность носителя. Поэтому конструкторская мысль давно кружит вокруг разнотипных блоков предварительного разгона ракет. Известны проекты использования для этой цели самолетов, экранопланов, скоростных кораблей и даже ледяного желоба, выдолбленного во льдах Антарктиды. Были и есть и проекты наземных разгоняющих систем, своего рода катапульт — пневматических, ракетных, электрических. Среди них наиболее известен английский проект многоразовой космической транспортной системы HOTOL, предполагающий запуск многоразового космического корабля с разгонной тележки, которая снабжена ракетным двигателем.
Ряд американских фирм убедили NASA провести исследования предложенной ими электромагнитной катапульты. Предполагается, что ракета-носитель будет разгоняться, скользя по треку над рельсами в магнитном поле, как скоростной поезд. Этот проект получил название MAGLEV и разрабатывается в рамках программы ASTP (Advanced Space Transportation Program, исследования концепций перспективных транспортных систем) по заказу Центра NASA имени Маршалла (Хантсвилл, Алабама). Свое название проект получил от сокращенных слов "магнитная левитация".
Для отработки технологии создания стартового комплекса MAGLEV в 1999 году Центр NASA имени Маршалла планирует провести эксперименты с двумя треками длиной 15 и 122 м, а еще через два года — с треком длиной 1525 м для разгона грузов массой свыше 18 т. По замыслам авторов проекта уже к 2007 году они должны выйти на этап запуска малогабаритных спутников связи. При этом утверждается, что "затраты на запуск будут снижены в десять раз по сравнению с современными". А через 20 лет якобы "затраты будут снижены еще на порядок, и билет в космос окажется по карману многим людям". Иначе говоря, создатели MAGLEV претендуют на то, что их проект и есть та новая космическая система выведения грузов, которая, как считается, должна вот-вот появиться и обеспечить новую эру космических полетов, в том числе и в плане их принципиального удешевления.
Старт из положения "лежа на рельсах"
Космическая система с магнитным стартом должна состоять из собственно стартового комплекса MAGLEV и космической транспортной системы высокой степени многоразовости HRST (Highly Reusable Space Transportation).
В основу стартового комплекса MAGLEV положена технология разгона скоростных электропоездов с помощью мощных магнитов. Стартовый комплекс будет представлять собой гигантский электромагнитный трек, разгоняющий груз — аппарат HRST — до скорости примерно 1000 км/ч. Для разгона аппарата HRST до гиперзвуковых скоростей предполагается применить кроме магнитного поля еще и твердотопливные ракетные ускорители, устанавливаемые на гиперзвуковых "салазках", на которых и будет размещен аппарат.
В стендовых опытах, проводившихся в Сассекском университете в Брайтоне (Великобритания), рельсовую тележку длиной около полуметра разгоняли на шестиметровом электромагнитном треке до скорости около 200 км/ч. Трек выступает в этом случае как вариант линейного индукционного двигателя, в котором электромагнитная индукция не проворачивает ротор по кругу, а двигает его вперед. Катушки электромагнита обеспечивают электромагнитную подвеску гиперзвуковых "салазок" (с рельсами они не контактируют). Ясно, что трек задает и направление движения аппарата.
Ничего принципиально невозможного в переходе к полномасштабному устройству нет — надо подобрать материалы с необходимыми проводящими свойствами, обеспечить необходимую энерговооруженность системы, решить ряд конкретных инженерных задач. В ближайших экспериментах планируется использовать разработки фирмы Foster-Miller, ключевым элементом которых являются сверхпроводящие электромагниты. Их обмотка выполнена из заключенного в медную оболочку ниобий-титанового сплава, созданного в рамках ныне законсервированной американской программы Superconductor Super Collider (SSC — сверхпроводящий суперколлайдер, огромный ускоритель элементарных частиц; этот проект был закрыт на стадии начала строительства не без давления со стороны NASA, опасавшегося финансирования работ в ущерб собственным нуждам). Провод образует эллипсоидную катушку, которая погружается в емкость с жидким гелием (так называемый сосуд Дьюара). Пропущенный через катушку ток силой 215 ампер будет, согласно расчетам, циркулировать практически вечно, точнее, пока сохраняется постоянная температура обмотки (не выше 4,2 градуса по Кельвину). Для этого сосуд Дьюара с гелием окружен мощной вакуумной теплоизоляцией.
Аппарат HRST, который собираются запускать с магнитного старта, включает воздушно-ракетную двигательную установку комбинированного цикла, аэродинамическую компоновку фюзеляжа, крыльев и оперения с высоким отношением подъемной силы к сопротивлению и компактную с точки зрения отношения объема топливного бака к суммарному объему фюзеляжа конструкцию. Когда произойдет отрыв аппарата от стартового комплекса, прямоточные воздушно-реактивные двигатели доставят HRST в разреженные слои атмосферы, перейдут в режим работы жидкостных ракетных двигательных установок и обеспечат орбитальный или суборбитальный полет аппарата. Они же обеспечат его торможение перед входом в плотные слои атмосферы на участке возврата.
Легким движением руки все это преобразуется в оружие
Отработкой технологий по проекту MAGLEV для Центра NASA имени Маршалла занимаются Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса в Сан-Франциско и группа фирм под руководством компании Foster-Miller Inc. В Ливерморской лаборатории создается система на постоянных магнитах без применения сверхпроводимости. Фирма Foster-Miller отрабатывает аналогичную по назначению систему, но с применением сверхпроводящих магнитов. Фирмой PRT, субподрядчиком компании Arrow Dynamics Inc. (Кливленд, Юта), созданы линейные электрические двигатели для экспериментов. Компания Boeing участвует в работе группы фирм Atomics-Bechtel-Foster-Miller по модернизации (удлинению до 15,5 км) трека, а также разрабатывает и изготавливает гиперзвуковые "салазки" для разгона космического аппарата. Кроме того, Boeing разрабатывает сам космический аппарат HRST.
В конечном счете все упирается в деньги: удастся ли разработчикам и производителям убедить власти в том, что проект даст (когда-то) нужную экономию и поэтому под него стоит дать (сейчас) огромные средства. В истории космонавтики уже были случаи, когда жизнь полностью переписывала экономические параметры космических систем, декларированные разработчиками, преследовавшими, разумеется, свои собственные интересы. Яркий пример — транспортная система "Спейс шаттл": вопреки обещаниям уменьшить затраты в десять раз (эти "десять раз" не дают покоя и авторам MAGLEV), затраты по сравнению с одноразовыми носителями даже увеличились. То же самое может произойти и с проектом MAGLEV, если, конечно, он дорастет до действующей системы. Дело здесь в элементарной подмене понятий: можно считать по затратам на проведение пуска, а можно — по этим же затратам плюс инвестиции в разработку системы, ее строительство и поддержание в рабочем состоянии. Достойных доверия стоимостных данных никто сейчас привести не в состоянии. Но, во всяком случае, система MAGLEV, вопреки заявлениям авторов проекта, отнюдь не является "практически не требующей обслуживания". Ведь уже только одно поддержание в рабочем состоянии сосудов Дьюара и вакуумной теплозащиты, а также создание тока в обмотках системы потребует регулярных больших затрат.
На данный момент можно с уверенность утверждать лишь то, что эти исследования могут быть с успехом использованы американцами в других областях — от железнодорожного транспорта до перспективных систем вооружений. Ведь давно не секрет, что исследования по электромагнитному оружию (то есть по таким же трекам, разгоняющим боевой снаряд,— прежде всего в расчете на использование в космосе) в США в период расцвета идеи стратегической ПРО велись. Вполне вероятно, что именно военные ведомства США и стоят за работами про проекту MAGLEV.
ИВАН Ъ-ЗВЕЗДИН