Полюх Алексей Леонидович
Искусственные внешние ресурсы. Часть 2 - околоземное пространство и Луна

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками Типография Новый формат: Издать свою книгу
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    В начале 2 части рассматриваются несколько уже известных концепций, которые могут быть, с точки зрения автора, полезными (или вредными) в ближайшем будущем (орбитальная заправочная станция, графеновая сеть для ловли космического мусора...) Потом автор предлагает использовать для освоения Луны и безатмосферных планет такие весьма полезные вещи, как лунный парашют, лунный вертолёт, и другие транспортные средства.

   II. Околоземное пространство и Луна
   вторая часть марлезонского балета...
  
   5. В начале скажу про иностранную разработку, которая меня пугает:
   Графеновая "паутина" для торможения низколетящих спутников.
   Идея не моя, но очень опасная: НАСА разрабатывает уже несколько лет, а японцы, по-видимому, начали разработку технологии лет 30 назад, но очень удачно прикрыли реальную цель разговорами про "орбитальный лифт". На самом деле, вытянуть "на ниточке" что-либо из земной атмосферы в космос очень трудно, а вот затормозить на пару сотен метров в секунду и стянуть вниз - вполне реально.
   Достаточно прицепить к спутнику на низкой орбите длинную тонкую ленточку или пучок нитей, толщиной в 1 нм, при длине в десятки-сотни километров, и общим весом в один грамм, чтобы эффективная площадь взаимодействия с молекулами газа возросла до сотен м2, что приведёт к уменьшению срока жизни спутника на орбите в сотни раз. (Помимо этого, может также генерироваться и значительный электрический потенциал).
   Несколько тонн такой гадости на круговой орбите высотой до 300 км может за пару недель уничтожить всю ближайшую к Земле спутниковую группировку. Облако такой "паутины" будет довольно быстро дрейфовать на более низкие орбиты, по пути налипая на всё что движется. Эффективность почти как у космического ядерного взрыва, но безопасно для людей, экологически чисто, можно применить локально и настроить таймер для чистой самоликвидации (время испарения в вакууме).
   При большой концентрации что-то подобное может применяться и в верхних слоях атмосферы для перехвата самолётов, гиперзвуковых и даже баллистических ракет на взлётном участке траектории. Правда, чем меньше высота и больше плотность воздуха, тем более толстые, либо более короткие нити придётся использовать, в намного большем количестве по массе, и на высотах меньше 40-50 километров эффективность применения сомнительна. Но отклонить траекторию ракеты на высотах 70-100 км можно.
   Перехватить так боеголовку МБР на участке снижения всё-таки почти невозможно, в основном благодаря горячей ударной волне перед ней.
   Но при скоростях менее 5 км/с и высотах 70-100 км, в особенности на взлётном участке траектории, любые ракеты и аппараты уязвимы для такого перехвата. Для этого потребуется всего от 1 до 10 кг нитей или сетки на кубический километр воздуха, при толщине нитей 10 мкм (для высоты 70 км при прочности материала 10 ГПа). Имея всего 10 тонн такой сетки, можно "закрыть небо" от гиперзвуковых аппаратов и ракет малой дальности над отдельным городом или авианосной группой, или по крайней мере неприемлемо снизить точность наведения; а несколько тысяч тонн позволят сделать небо "липким", или даже "твёрдым", над целым регионом, либо можно создать локальный вертикальный или горизонтальный барьер, при прохождении которого любой аппарат цепляет на себя несколько килограммов нитей длиной до 1 км, которые могут создать силу торможения в несколько тонн. При этом время нахождения таких нитей в стратосфере может измеряться многими сутками, или даже быть бесконечным.
   Разрушить такую преграду можно, и даже не трудно, но для этого надо заранее принять соответствующие конструктивные меры. (например, "тупые" боеголовки в этом отношении лучше конических, так как создают более горячую ударную волну). Обнаружить наличие такой преграды дистанционно тоже можно, но это тоже надо предусматривать заранее. В крайнем случае, стратосферный ядерный взрыв может локально решить эту проблему.
  
  
  
   6. Дальше идеи мирные, и где-то полезные, хотя и не все оригинальные:
   Орбитальная заправочная станция для приёма топлива с Земли (в капсулах или в замороженном виде). Идея не моя, здесь только анализ вариантов.
   В первом приближении, всё выглядит крайне просто: над Землёй (желательно вдоль экватора) на высоте 180-200 км летит одна или несколько орбитальных станций; на поверхности земли (или в стратосфере, мы уже знаем как это сделать) расположена одна, или целая цепочка, катапульт, которые "подбрасывают" вверх топливные брикеты или капсулы, а орбитальная станция их ловит.
   Есть разные варианты, прежде всего, по скорости запуска топливных капсул. Проще всего подбрасывать их просто вверх со скоростью 2 км/с, так чтобы в точке рандеву они имели нулевую скорость относительно Земли; но тогда скорость встречи со станцией будет большой, более 7 км/с, и потребуются, во-первых, сложные устройства для приёмки; и, во-вторых, что более существенно, большой избыточный импульс, передаваемый станции, придётся компенсировать, затрачивая на это топливо, имеющееся на борту; причём, топлива надо затратить хотя бы вдвое меньше, чем получено, а значит, удельный импульс двигателя на борту станции должен быть не менее 15 км/с, что потребует ионного двигателя с большой тягой и мощными источниками энергии, или большими солнечными батареями.
   Более привлекателен вариант катапультирования топлива с Земли сразу с I космической скоростью, так чтобы скорость встречи со станцией составляла сотни метров в секунду. Тогда упрощается конструкция приёмного устройства на борту, и передаваемый импульс можно компенсировать, сжигая небольшую часть полученного топлива в обычном ракетном двигателе. Но в этом случае усложняется конструкция и увеличивается вес наземных устройств.
   Компромиссный вариант может предполагать запуск груза с промежуточной скоростью, 5-6 км/с, и приём на борт со скоростью 2-3 км/с. В этом случае на компенсацию недостающего импульса затрачивается примерно половина получаемого с Земли топлива.
   Основным фактором для выбора варианта доставки является устройство для приёма топлива на борт и его возможности. При скорости сближения от 100-200 до 1500-2000 м/с можно использовать механические ловушки вроде сачка из тонкой сетки, большим плюсом которых является не только простота конструкции, но и очень большая (почти неограниченная) площадь приёмного отверстия, которое может быть действительно большим (десятки-сотни метров в диаметре, почти без увеличения массы).
   Для такого варианта потребуются катапульты или пушки с большой начальной скоростью снаряда, до 7-8 км/с, но зато требования к точности очень небольшие, достаточно попадать с дистанции 500-1000 км примерно в футбольное поле.
   Варианты с меньшей начальной скоростью снаряда (и соответственно большей скоростью приёмки на борт) кажутся проще, но это не так. При скорости встречи более 2 км/с уже не удастся использовать большой сачок, и придётся применять какой-то вариант активной "обратной катапульты" - газовые поршневые устройства типа пушки, или "магнитные пружины", утилизирующие кинетическую энергию снаряда. Эти устройства не только имеют большую массу, но и очень требовательны к точности попадания и входа в них снаряда, вплоть до десятков сантиметров. Это можно сделать; но всё же намного проще такие же по массе устройства разместить на Земле или в стратосфере, и запускать топливные капсулы сразу со скоростью 7-8 км/с, а ловить большим сачком. Это снимает проблему точности попадания, снимает проблему компенсации импульса, и делает бортовые устройства простыми по конструкции и лёгкими.
  
   Для высоких орбит, или тем более для отправки топливных капсул на очень большие расстояния, через межпланетное пространство, всё же потребуются устройства и способы корректировки траектории снарядов с очень большой точностью, в том числе в промежуточных точках. Это можно будет сделать, с неограниченной точностью, до сантиметров, и на любое расстояние, до сотен миллионов километров; но для низкой околоземной орбиты такие сложные способы доставки пока не требуются.
   Можно создать устройства для приёма на борт топливных капсул и грузов при скорости в десятки км/с, либо непосредственно использовать топливные заряды в двигателе; есть разные варианты, как это сделать, но мы поговорим об этом позже, в разделе про термо-, газо- и магнитно-кинетические двигатели с внешним топливом.
   Если в ближайшем будущем будут созданы лёгкие и эффективные высокоскоростные электромагнитные или газовые пушки с массой снарядов порядка граммов и начальной скоростью более 20 км/с, то в околоземном пространстве можно будет развернуть систему лазерной корректировки траекторий микро снарядов, позволяющую попасть в монетку сопло ракеты или приёмное устройство на расстоянии в миллионы километров. В принципе, это частично снимет проблему освоения ближайших планет.
  
  
   7. Моя, вполне оригинальная идея; во всяком случае, за 20 лет я нигде не нашёл упоминаний. Хотя, вероятно, китайцы по тихому разрабатывают, потому что через 5-10 лет это станет необходимостью:
   "Лунный парашют": разные варианты систем бестопливной посадки на Луну и безатмосферные планеты. В зависимости от скорости, возможны варианты на тросах и ленточках, пыли, газовых и электромагнитных устройствах, практически на любой бюджет, скорость и грузопоток.
   Для Луны, это вполне актуально, и вполне доступно для реализации при существующем уровне техники.
   При посадке на Луну ракета имеет начальную скорость 2500 м/с, и при торможении двигателем затрачивает 50% своей массы, причём эта масса стоит весьма дорого. Для регулярной доставки грузов система безракетной посадки окупится достаточно быстро.
   Для других безатмосферных тел Солнечной системы - комет, астероидов, Меркурия и спутников планет - это тоже возможно, но сложнее из-за большей скорости. При этом, помимо торможения с целью посадки, можно использовать местные ресурсы небесных тел для маневрирования с целью изменения траектории движения, и даже для разгона.
  
   7.0 Самый дешевый вариант: пылевой "лунный парашют" на местном грунте.
   Принцип крайне простой: создать на небольшой высоте над поверхностью плотное протяжённое облако пыли, при вхождении в которое со скоростью до 2-3 км/с аппарат сможет тормозить либо прямо корпусом, либо с помощью специального устройства, подобного парашюту.
   Если траектория ракеты будет направлена по касательной к ровному протяжённому участку поверхности или склону, то путь торможения может иметь длину в десятки километров, и при этом проходить на высоте в десятки метров над поверхностью, что позволит практически без затрат в нужный момент поднять на эту высоту большую массу пыли или грунта.
   Недостатком такого способа является низкая эффективность передачи импульса по отношению к массе используемого рабочего тела (пыли), поскольку после столкновения с корпусом пылинки останавливаются, и по мере торможения удельный импульс рабочего тела будет снижаться.
   Такой способ торможения будет эффективным только в ограниченном диапазоне скоростей, примерно от 0,2 до 2 км/с, так как при малой скорости рабочее тело даёт очень малый удельный импульс; а при очень большой будет быстро нагреваться и разрушаться рабочая поверхность.
   "Поднимать пыль" в нужный момент можно разными способами. Технически проще всего заранее установить на поверхности ряд небольших автономных устройств, типа маленького экскаватора, который будет заблаговременно заготавливать необходимое количество пыли, и в момент пролёта ракеты над ним подбросит её вверх на высоту 10-100 метров с помощью механического устройства типа ленточного транспортёра или газового метательного устройства. В общем, лунный аналог земснаряда. Производительность таких устройств может быть достаточно большой, так что масса используемой пыли может в десятки-сотни раз превышать массу самих устройств на поверхности, и такая система может быть достаточно лёгкой и дешёвой, чтобы окупиться уже за 1 посадку.
   Минусом такой системы является, во-первых, необходимость предварительной доставки оборудования на поверхность, но по массе стационарных устройств этот вариант один из самых экономичных; масса оборудования на поверхности может быть в несколько раз меньше массы груза, принимаемого за 1 раз, а рабочее тело (пыль) имеется в неограниченном количестве, и может использоваться многократно.
   Также необходимо наличие дополнительных элементов конструкции на самой ракете (собственно парашюта), но его масса будет на порядок меньше, чем масса топлива для ракетной посадки.
   И, самый большой недостаток - это невозможность таким способом снизить скорость до 0, так что на последних 200-300 м/с этот способ всё же придётся комбинировать с другими - ракетным торможением (но это потребует в 10 раз меньше топлива), либо с механическими (тросовыми) системами финиширования.
   В целом, это дёшево и эффективно. Коммерческая прибыль может равняться половине стоимости всех доставляемых на Луну грузов.
  
  
   7.1 Модификация варианта с пылью, но без каких-либо устройств на поверхности: почему бы ракете самой не поднимать пыль впереди себя, с помощью бортовых устройств.
   Для Луны это не очень актуально, так как в данном случае проще 1 раз установить стационарную систему; но при разовой посадке на какой-нибудь далёкий астероид или комету, неплохо было бы обойтись без предварительной доставки грузов на поверхность.
   Это можно сделать разными способами, в зависимости от имеющихся бортовых энергетических ресурсов, внешних ресурсов, и скорости.
   Самый простой и универсальный, но энергетически затратный способ - испарять кометный грунт с помощью лазера или другого энергетического воздействия, и тормозить в получившемся облаке пыли и газа. Энергии надо много, но по удельному импульсу будет всё же лучше ракетного двигателя.
   Возможна интересная модификация, когда при движении в уже существующем разреженном облаке естественной или искусственной пыли (кометном хвосте, например), с помощью дистанционного энергетического или силового воздействия пылинки не испаряются, а собираются в нужное место, чтобы повысить их концентрацию.
   Также возможна модификация, когда вместо энергетического луча используются микро снаряды, выстреливаемые с борта ракеты вперёд, которые при взрыве испаряют или поднимают грунт с поверхности.
   Возможен также вариант, когда предварительное энергетическое воздействие оказывает не сам аппарат, который надо затормозить, а летящий на некотором расстоянии впереди него "лидер". В частности, это может быть отдельный модуль, привязанный к большой ракете тросом. Либо наоборот, ракета летит впереди, а парашют на длинном тросе позади неё.
   Возможен и совсем экзотический вариант, когда аппарат не тормозит, а разгоняется за счёт внешних ресурсов. Но в этом случае потребуется затрата бортовых энергетических ресурсов, и, возможно, бортового запаса топлива, хотя удельный импульс может быть больше, чем при прямом использовании топлива в ракетном двигателе.
  
  
   7.2 Механические (тросовые) системы торможения и ловушки.
   Самый простой вариант - сбрасывать всё, что можно расфасовать в виде небольших капсул (замороженное топливо, кислород, воду и т.д.), и ловить сачком. В принципе, для скорости 2,5 км/с это возможно.
   Более крупные грузы и аппараты тоже можно тормозить с помощью троса, даже при скорости 2,5 км/с и более (при прочности троса 10 ГПа, и плотности материала 3 г/см3).
   При этом возможно множество вариантов: во-первых, по месту нахождения троса до использования - на борту ракеты или на поверхности. Размещение на поверхности и многократное использование троса предпочтительнее для серийного грузопотока, но для однократной посадки возможен и вариант использования бортового устройства типа якоря.
   Во-вторых, есть разные способы силового взаимодействия троса с ракетой и поверхностью. Самый простой вариант - выстреливать конец троса с поверхности и цеплять за низко летящую ракету, а затем пассивно разматывать остальной трос из бухты. При этом импульс ракеты частично передаётся массе троса по мере увеличения его длины, а затем, после снижения скорости в 2-3 раза, можно дополнительно тормозить трос внешней силой. При этом точка приложения этой силы неподвижна относительно поверхности, что позволяет использовать для торможения простое стационарное устройство типа лебёдки с тормозом.
   Недостатком такого способа является большая масса троса и устройств на поверхности - в несколько раз больше массы ракеты, так что он проигрывает варианту с пылью. Но можно модифицировать этот вариант таким образом, что трос имеет небольшую длину и массу, а точка приложения тормозящей силы к концу троса перемещается относительно поверхности. Это сложнее сделать, но в этом случае масса стационарных устройств может быть уменьшена.
   Вариантом такого способа торможения может быть разновидность якоря, сбрасываемого с борта ракеты, конец которого тем или иным способом, контактно или дистанционно взаимодействует с грунтом на поверхности, или со специально подготовленной поверхностью (посадочной полосой, рельсом, жёлобом, неподвижным тросом и т.д.)
  
   7.3 Отдельной разновидностью механических способов торможения является прямое торможение корпусом о предварительно подготовленный грунт при жёсткой посадке по касательной к поверхности. В принципе, для скорости 2,5 км/с это можно осуществить без разрушения аппарата, но потребуется очень прочный и массивный корпус, либо дополнительные затраты на подготовку поверхности. Но такие варианты тоже надо рассматривать, при определённых условиях посадка на специальную поверхность (посадочную полосу) при скорости 2-3 км/с может оказаться возможной, и менее затратной, чем другие варианты.
   Более эффективным будет вариант торможения по предварительно подготовленной поверхности специальными устройствами (полозьями, шасси, магнитными катушками), что позволит снизить вес дополнительных бортовых устройств до нескольких процентов от массы ракеты; при этом потребуется строительство и подготовка специальной посадочной полосы или рельса, но в целом этот вариант может оказаться более эффективным, чем "пылевой", хотя и более затратным по массе стационарных устройств.
   В целом, для серии из очень малого числа посадок (1-10) я бы предложил всё же пылевой вариант с окончательным торможением двигателем; это требует минимальной предварительной подготовки, и позволяет относительно свободно маневрировать при заходе на посадку.
   Для больших серий и постоянного грузопотока лучше всё-таки построить посадочную полосу со специальным покрытием для контактного или магнитного торможения, возможно с предварительным сбросом скорости другими способами.
  
   7.5 Активные электромагнитные системы торможения.
   Самый дорогой при строительстве и эксплуатации вариант. При отсутствии фантазии, может потребовать колоссальных вложений в разработку и сооружение, до 12-значных цифр. Очевидно, именно по этой причине его выберут китайцы - ведь университетам надо с чего-то кормиться в течении десятилетий... и не важно, что альтернативный вариант мог быть разработан пятью студентами за месяц, и доставлен в одном чемодане.
  
  
   8. "Лунный самолёт": спутник на низкой орбите, который может без использования топлива произвольно маневрировать: отклоняться от траектории на километры - десятки километров, при необходимости с большой точностью следуя за рельефом местности на сверх малой высоте, до метров; "нырять" вниз, менять скорость полёта вплоть до полной остановки, и даже подхватывать грузы с поверхности или на небольшой высоте над ней. Можно использовать для фотографирования поверхности с большим разрешением, взятия проб грунта, или подъёма грузов с поверхности (младший брат орбитального лифта).
   На самом деле, это не один спутник, а два (или больше), связанные длинным тросом и вращающиеся вокруг общего центра масс. Понятно, что бесплатных чудес не бывает, и центр масс будет двигаться по обычной круговой орбите. (Устойчивость круговых орбит вокруг Луны - это отдельная тема, но в данном случае эту проблему можно решить).
   При отношении масс 1:5 или более, массивное тело будет лететь практически по постоянной орбите, но более лёгкая часть будет описывать сложную траекторию, в виде спирали или растянутой циклоиды, в некоторые моменты приближаясь к поверхности, насколько позволяет длина троса. При этом длина троса может быть очень большой: лимитирующим фактором для такой системы будет не максимальное расстояние между компонентами, а их относительная линейная скорость. При прочности троса из углеродного волокна в 10 ГПа, скорость может достигать 2-3 км/с, что превышает скорость движения по низкой круговой орбите (1,7 км/с), так что в моменты максимального приближения к поверхности спутник может быть почти неподвижен относительно неё, или даже двигаться назад.
   При этом период обращения компонент вокруг центра масс не обязательно должен быть постоянным - трос можно втягивать или вытягивать лебёдкой на более массивном спутнике, изменяя его длину, и соответственно линейную скорость и период обращения компонент, что позволит изменять амплитуду и период, получая сложные траектории.
   Таким способом можно как спускать грузы на поверхность, так и поднимать с неё (почти) без затрат топлива. Для окололунной орбитальной станции такой лифт вполне реален, в отличие от Земли.
  
  
   9. Локальные транспортные системы для Луны и безатмосферных планет (перемещение грузов до 1000 км и разведка поверхности).
  
   9.1 Катапультные системы доставки: самый быстрый и экономичный способ доставить груз из точки А в точку Б, что на Земле почти невозможно из-за наличия атмосферы.
   При скоростях 100-200 м/с и дальности перевозки 5-10 км можно использовать механические системы для разгона и торможения; при скорости 200-500 м/с газопоршневые (без затрат газа, который на Луне может быть относительно дорог), а при скорости 500-1500 м/с газовые пушки, и для финиширования механическую тросовую систему или сачок.
   Недостатком таких систем является большое ускорение (1000-10.000 g), что исключает перевозку хрупких грузов и пассажиров.
  
   9.2 Лунный вертолёт. Да-да.
   Можно построить катапульту или пушку, столь длинную, что ускорение при влёте и посадке будет менее 1 g. Собственно, зачем себя ограничивать, мы можем вообще построить настолько длинную пушку, что её ствол протянется вдоль всей траектории движения от точки А к точке Б, на 1000 км, и пассажирам вовсе не придётся покидать её.
   Но это дорого.
   Придётся всё же немного подумать.
   Привяжем к вагончику с пассажирами массивный груз (пусть отношение масс будет 1:1) на длинной резинке (по научному говоря, на упругом тросе из резины, с предельной энергией растяжения 10 кДж/кг). Собственно, сама резинка может выполнять и роль груза.
   Выстрелим груз (или просто саму резинку) вверх со скоростью 200 м/с.
   На Луне она бы улетела километров на 10 вверх или 20 по горизонтали, но к ней привязан вагончик с пассажирами. Тем не менее, растянувшись, резинка начнёт поднимать его, с небольшим ускорением, которое зависит от длины и других параметров резинки. Можно подобрать параметры так, что взлёт произойдёт с любым нужным нам ускорением, при этом максимальная скорость вагончика может достигать 100 м/с, время полёта до 100 секунд, максимальная высота 2-3 км, и дальность по горизонтали 5-6 км.
   Собственно, можно подобрать параметры так, что полёт вагончика будет происходить на небольшой высоте, и практически горизонтально. Для этого лучше использовать несколько резинок разной длины и жёсткости, с грузами, выстреливаемыми в разных направлениях. Одна, длинная и не очень жёсткая резинка постоянно тянет вверх с почти нулевым ускорением, а вторая, более жёсткая, выстреливается почти горизонтально, и вначале полностью передаёт свой импульс грузу, разгоняя его в горизонтальном направлении, затем отстаёт от него, и потом снова тормозит его до 0 в момент посадки. Это позволит построить полностью автономный аппарат, который, безо всяких стационарных устройств на поверхности, поднимает сам себя за волосы, переносит с небольшим ускорением в нужное место, и аккуратно опускает на поверхность с нулевой скоростью.
   Максимальная дальность полёта такого аппарата ограничена энергетическими параметрами резинки, и для обычной резины составит несколько километров. Разгон грузов можно осуществлять газо-поршневыми или мембранными устройствами, что позволяет получить скорость до 1 км/с. При хорошем управлении системой, грузы и тросы могут точно возвращаться к аппарату, в устройство для финиширования и повторного запуска.
   Такая машина может более 90% времени находится "в воздухе", и примерно минуту лететь на небольшой высоте с горизонтальной скоростью до 100 м/с, через каждые 5 км прилуняясь на несколько секунд для передачи поверхности лишнего импульса в момент повторного запуска грузов.
   Слабым местом такой машины будет ограниченная дальность одного прыжка (до 5 км), но экономичность может быть очень высокой, особенно при утилизации и повторном использовании кинетической энергии.
  
   9.3 Лунный вертолёт с увеличенной дальностью полёта (тип II).
   Максимальная упругая энергия, которую может накопить резинка, является лимитирующим фактором для высоты и дальности полёта. Но мы можем распределить функции накопления, передачи и преобразования кинетической энергии между несколькими отдельными устройствами таким образом, чтобы повысить общую эффективность и энерговооружённость системы в десятки-сотни раз.

Собственно, все устройства в такой системе выполняют всего 4 функции:

   1) начальная подача энергии в систему - осуществляется катапультой или метательным устройством, разгоняющим груз;
   2) накопление кинетической энергии - осуществляется массой груза;
   3) силовая передача энергии от летящего груза к ускоряемому аппарату - осуществляется тросом посредством механической силы натяжения;
   4) преобразование половины кинетической энергии в другую форму - может осуществляться по-разному, как обратимо (в упругую энергию), так и просто рассеиваться в тормозном устройстве (но тогда труднее обеспечить мягкую посадку, и дальность полёта уменьшится вдвое).
   В самом первом варианте (металлический грузик на резинке), функции 3 и 4 совмещены, собственно, в резинке, которая и передаёт усилие, и обратимо запасает лишнюю энергию.
   В варианте с резинкой, которая сама выполняет также и функцию грузика, она совмещает уже три функции - 2, 3 и 4, и только придание ей начальной скорости выполняется другим устройством. Это хорошо в конструктивном смысле, но плохо с точки зрения энергии, так как способность материала к накоплению упругой энергии ограничена первыми десятками кДж/кг, и является тонким местом всей системы.
   Помимо этого, упругость резинки при растяжении не постоянна и трудно управляема, что усложняет расчёт параметров и не позволяет грузу двигаться равномерно или с постоянным ускорением.
   Поэтому мы уберём резинку. То есть, заменим её жёстким тросом. Преимущество этого в том, что трос при равной прочности намного легче резинки, что позволяет значительно увеличить его длину, а почти всю массу сосредоточить в виде дискретного груза на его конце, что улучшает энергетические параметры и упрощает расчёт траектории и управление.
   Разматываясь под действием усилия натяжения, трос с прочностью 10ГПа (при плотности материала 2,5 г/см3) может передать на расстояние механическую энергию до 4 МДж/кг, в сотни раз больше, чем резинка. Но, он не может эту энергию запасти - только передать между двумя точками. Поэтому теперь потребуется отдельное устройство, которое эту энергию принимает, преобразует в другую форму, и (желательно) обратимо запасает.
   В принципе, избыточную кинетическую энергию можно и просто рассеивать в тепло, пассивно тормозя трос с определённой силой во время его движения вверх вместе с грузом. Сила торможения, приложенная к движущемуся вверх тросу, будет поднимать аппарат независимо от того, преобразуется ли совершаемая работа далее в тепло, в химическую, упругую или электромагнитную энергию.
   С силовой точки зрения, вариант с пассивным торможением троса не хуже других. Но если тормозное устройство сможет прикладывать силу к тросу только пока он движется вверх, и не будет потом активно тянуть груз обратно, получая дополнительный импульс во время его добавочного ускорения вниз, то полёт продлится меньше по времени и дальности. При этом уменьшится вес бортовых устройств, но увеличится расход энергии.
   В более экономичном варианте, можно при движении троса вверх тормозить его устройством, обратимо переводящим энергию в другую форму для её последующего использования, например электрическую, химическую и т.д. Тогда, после достижения равенства скоростей груза и аппарата (минимума кинетической энергии), можно за счёт запасённой энергии ещё некоторое время тянуть груз вниз с ускорением, получая дополнительный импульс. Хотя, снова разгонять груз до максимальной скорости, видимо, не следует, так как тогда появится проблема утилизации кинетической энергии при возвращении груза на поверхность или в приёмное устройство, и общий расход энергии возрастёт.
   Вероятно, самым экономичным будет вариант, когда при вытягивании троса вверх он тормозится "квазиупругим" устройством, типа обратимого электрического генератора, и высвобождаемая кинетическая энергия запасается, так же, как это было бы при использовании резинки; но потом, при втягивании троса обратно, лишь небольшая часть этой энергии снова передаётся грузу, (то есть усилие при втягивании груза обратно должно быть меньше, чем при его движении вверх). Тогда кинетическая энергия груза при его возвращении (на поверхность или аппарат) будет существенно меньше, и снимается проблема её почти мгновенной утилизации приёмным устройством (или потери при ударе о грунт).
   Менее экономичным, но более простым технически, будет вариант, когда большая часть (или вся) энергия при торможении троса рассеивается механическим тормозом, но потом, при втягивании троса обратно, к нему прикладывается некоторая сила активным устройством (электродвигателем или обратимым генератором в режиме двигателя), для того, чтобы обеспечить управляемое втягивание и сматывание троса и возвращение груза в точно определённое место. При этом возвращающая сила может быть в несколько раз меньше, чем пассивная при торможении (аналог "плохой резинки" с большой диссипацией энергии).
   При любом варианте, лучше иметь несколько грузов (2 или более), летящих под разными углами к горизонту, для обеспечения максимальной длительности, дальности и равномерности полёта, и мягкой посадки. Это позволит на протяжении всего полёта создавать необходимые по величине и направлению силы, и управлять движением грузов и самого аппарата.
   В отличие от резинки, упругие свойства которой изначально заданы и их трудно регулировать, силу, приложенную к жёсткому тросу, можно мгновенно изменять, что позволит в любой момент создавать нужные по величине силы, и даже произвольно маневрировать в некоторых пределах.
   Эти варианты различаются экономичностью (то есть степенью повторного использования энергии), и весом бортовых устройств для преобразования энергии; но максимальная дальность и время полёта у них будут сравнимыми, и определяться тем, какую начальную скорость может придать грузу бортовая катапульта. (При прочих равных условиях, дальше всех прыгнет самый лёгкий из аппаратов, то есть с наиболее простой и экономной конструкцией вспомогательных устройств, обеспечивающей их минимальный вес, хотя по расходу энергии он может быть не лучшим).
   При прочности троса в 10 ГПа, и начальной скорости груза в 1 км/с, максимальная скорость аппарата может достичь 500 м/с, а дальность и высота полёта (на Луне) 50-100 км, при времени непрерывного полёта 5-7 минут. При этом ускорение (вагончика с туристами) при старте, на протяжении всего полёта и при посадке может не превышать 1 g.
  
  
   9.4 Лунный вертолёт на планете Земля
   На Земле есть атмосфера; где то она мешает, где то помогает, но в целом это скорее преимущество, чем недостаток.
   Мы можем точно также выстрелить вверх груз со скоростью 200-300 м/с, и он достигнет высоты в несколько километров. Только теперь он не должен быть настолько тяжёлым: на Луне мы могли использовать только силы инерции и опору на грунт; на Земле есть ещё воздух.
   В верхней точке, на высоте 2-3 км, раскроем лёгкий зонтик или купол, или складной/надувной ротор, и станем тянуть его лебёдкой вниз (а летательный аппарат, соответственно, вверх). Если купол достаточно большой, то скорость его движения вниз будет менее 10 м/с, а время движения 3-5 минут, что позволит улететь на несколько километров.
   В качестве транспортного средства такой аппарат всё же будет не очень удобным (хотя он позволит, например, бесшумно взлетать в условиях городской застройки); но подобное устройство может иметь интересное применение в качестве части ветроэнергетической установки.
   Мы можем пойти дальше, и последовательно усовершенствовать нашу машину для земных условий. Например, ротор можно сделать активным (с собственным приводом); а чтобы не передавать энергию на большое расстояние, и эффективно компенсировать момент вращения, вместо длинного троса возьмём короткую жёсткую штангу или вал... такая машина имеет множество достоинств, и только один недостаток - она уже существует. Но хорошая юридическая компания наверняка смогла бы запатентовать её.
  
  
   9.5 Прыгоходы: самый эффективный тип транспорта с точки зрения экономичности и, особенно, проходимости, но до сих пор не используется из-за очень большого ускорения, заведомо смертельного для человека.
   По сути, это "катапульта наоборот", которая катапультирует сама себя. При этом затраты энергии меньше, чем у обычной стационарной катапульты, за счёт повторной утилизации и использования энергии при прыжках.
   Попытки создать подобный транспорт предпринимались ещё 100-120 лет назад, но для перевозки пассажиров он абсолютно непригоден. Уже для прыжка на 3 метра требуется ускорение до 10g, которое человек не переносит. Из-за этого данное направление прочно забыто, но в связи с появлением мобильных роботов и автономных транспортных устройств, а также новых материалов и технологий, о нём не мешает вспомнить.
   При наличии эффективного газового амортизатора, мобильный робот мог бы совершать прыжки с начальной скоростью 200-300 м/с, что для Луны даст дальность прыжка 20-30 километров при высоте подъёма 10-15 км. Правда, при длине штока амортизатора в 1м, ускорение при прыжках превысит 1000g, но это не запредельно много. Для перевозки грузов этот транспорт не очень удобен, но для разведки практически безальтернативен.
   На Земле прыгающие мобильные роботы могли бы прыгать на 1-2 км; а при последующем планировании по принципу кузнечика, до 10 км, что ставит их вне конкуренции с большинством существующих аппаратов, особенно в труднопроходимой и горной местности. С военной точки зрения, такие машины могут иметь исключительное сочетание эффективности и трудноуязвимости для существующих средств обнаружения и перехвата.
  
  
   9.6 Лунный вертолёт с бесконечной дальностью полёта (тип III).
   Во всех предыдущих вариантах машина должна была периодически садиться на грунт, чтобы опираться на него в тот момент, когда подбрасывает вверх груз, передавая ему импульс, достаточный для последующего полёта всей системы в течении десятков или сотен секунд.
   Но теперь у нас есть прыгуны - по сути, грузы, способные подбрасывать себя сами. Они, конечно, должны в этот момент опираться на грунт, но самой машине больше не требуется касаться грунта, никогда.
   Возьмём вагончик, весом 800 кг, и прицепим к нему длинными тросами два прыгохода весом по 100 кг, способных подпрыгивать на лунном грунте с начальной скоростью 100 м/с, и при каждом следующем прыжке повторно утилизировать 90% своей кинетической энергии с помощью газового амортизатора.
   Пусть для удержания веса машины при её равномерном движении на заданной высоте в любой момент времени используется только один груз; (второй в это время "отдыхает" на грунте или летит по инерции, без тянущего усилия, приложенного к тросу).
   Тогда "рабочий" груз будет испытывать направленное вниз ускорение 10*Л - 20 м/с2, (где Л - ускорение свободного падения на Луне).
   При начальной скорости 100 м/с, груз имеет удельную кинетическую энергию 5 кДж/кг, и при массе 100 кг начальную энергию 500 кДж, придаваемую ему активным газовым амортизатором. При этом, безвозвратно теряется только 10% этой энергии, то есть 50 кДж за 1 цикл использования груза.
   При свободном полёте груз летел бы вверх более 50 секунд, но при ускорении 20 м/с2, полёт вверх и вниз займёт 5+5 = 10 секунд, и высота подъёма составит всего 250 метров (соответственно, потребуется трос такой длины).
   За эти 10 секунд затрачивается энергия 50 кДж, т.е. расходуемая машиной в полёте мощность составляет 5 кВт. При общей массе в тонну.
   5 Вт/кг массы машины, верьте своим глазам.
   Мы здесь считаем, что сначала, при торможении груза и вытягивании троса, энергия без потерь накапливается приводом лебёдки, потом снова сообщается грузу при его ускорении в низ, и потом частично (на 90%) утилизируется и повторно используется активным амортизатором при ударе о грунт и новом прыжке.
   Даже в том случае, если торможение троса осуществляется полностью пассивно (то есть с безвозвратным рассеиванием энергии в тепло), и общий расход энергии на 1 цикл возрастёт в 10 раз, то есть до 500 кДж/цикл, потребляемая мощность в полёте составит всего 50 Вт/кг веса машины, что всё ещё на порядок меньше, чем у летательных аппаратов с воздушными винтами в земной атмосфере.
   Отчасти такое малое энергопотребление объясняется меньшей гравитацией, но, помимо этого, сам принцип передвижения в какой-то мере ближе к шагающим машинам, нежели к летающим, и поэтому экономичнее.
   В наиболее экономичном варианте, то есть при расходуемой мощности порядка 10 Вт/кг веса машины в полёте, высоте полета до 100 м и скорости горизонтального перемещения 50-70 м/с, такой аппарат сможет лететь на одной зарядке аккумулятора до 10 часов, и пролетит 2-3 тысячи километров.
   Если увеличить начальную скорость грузов (прыгунов) до 200-300 м/с, то горизонтальная скорость полёта тоже возрастёт в 2-3 раза. Время одного цикла увеличится до 20-30 секунд, а высота полёта до 500-1000 м.
   При этом кинетическая энергия грузов, и соответственно расход энергии на 1 цикл, возрастут в 5-10 раз, пропорционально квадрату скорости; но расход энергии в единицу времени увеличится только в 2-3 раза (пропорционально скорости в 1 степени). Соответственно, такой аппарат сможет на одной зарядке аккумулятора пролететь те же 2-3 тысячи километров, но за 3-5 часов.
  
   На Земле использование таких машин тоже возможно, и они могут занять нишу сверхтяжёлых вертолётов для ряда применений в транспорте и строительстве. У них не только на порядок ниже энергопотребление в полёте, чем у машин с воздушными винтами; важно также то, что удельное энергопотребление на единицу массы вообще не зависит от массы машины. Совсем не зависит. Не входит в выражение. 1000 тонн, 10 тысяч, тоннаж океанского сухогруза или танкера - фактически предела нет, выдержала бы поверхность опоры, (площадь которой можно увеличить, а нагрузку равномерно распределить по времени, так что "опираться" можно даже на водную поверхность, при желании). Это один из реальных вариантов океанского корабля, который при необходимости сможет пересечь континент, с гораздо меньшими разрушениями, чем при использовании воздушной подушки, меньшим энергопотреблением и шумом. Для опоры на грунт ему потребуется цепочка относительно небольших площадок с расстоянием несколько сотен метров между ними, примерно как для очень длинноногой шагающей машины, но корпус при этом может находиться на высоте метров 500, так что такая машина сможет пересекать леса, водоёмы и холмы среднего размера, не касаясь их.
   Грустно признавать, но военное применение тоже возможно.
  
  
   9.7 Катапультный лифт (дедушка орбитального лифта).
   От автономных аппаратов вернёмся снова к стационарной катапульте. Как бы нам кого-нибудь всё-таки запустить из пушки, несмотря на 10000g...
   Наверняка такая идея когда-то высказывалась. Над ней даже смеялись сатирики 18-19 века, и хотя сам первоисточник до нас не дошёл, он явно был.
   Суть в том, что мы не можем выстрелить из пушки человека. Но если сначала выстрелить массивным ядром, а потом привязать к нему верёвочку - либо достаточно длинную и эластичную (вариант 1), либо разматываемую с лебёдки с тормозом (вариант 2); а к этой лебёдке второй груз, или даже пассажира - то этот второй груз может разгоняться с очень умеренным ускорением, которое определяется параметрами лебёдки и троса, и может быть задано практически произвольно. Ограничением здесь является только прочность материала троса, которая должна быть пропорциональна квадрату скорости, до которой мы хотим разогнаться.
   Вариант с резинкой не позволяет достичь больших скоростей, но зато КПД в этом случае близок к 100%, и даже можно разогнаться до скорости, большей, чем начальная скорость балластного груза, и обогнать его. При начальной скорости балластного груза до 100 м/с, этот вариант даст намного лучший результат, чем вариант с жёстким тросом.
   При больших скоростях резинка уже не может утилизировать столько кинетической энергии, и надо использовать жёсткий трос, который позволит разогнаться до 1-2 км/с. (Для автономного аппарата мы также рассматривали возможность утилизации запаса кинетической энергии и в этом случае, но для разового запуска это не эффективно).
   Современная ценность такой разработки, по сравнению с ракетами, вообще-то довольно спорна; на орбиту так груз не вывести, реальный предел скорости примерно 1-1,5 км/с, максимальная высота подъёма 50-100 км. При этом, возникнет масса проблем, начиная от сопротивления воздуха (то ли дело на Луне). В принципе, все проблемы можно решить, и поднимать так туристов на их любимую высоту 83 км, но реальная стоимость такого запуска, с учётом всех дополнительных мероприятий, будет не ниже ракетного, а практической пользы от этого немного.
   Но возможны и вполне коммерческие варианты использования.
   9.7.1 Самая лучшая в мире катапульта для беспилотников
   Для запуска лёгких БПЛА самолётного типа можно использовать стационарную катапульту, базирующуюся на автомобиле. Это эффективно, но требует наличия громоздкого специального оборудования, и времени на подготовку. Поскольку допустимое ускорение невелико, то катапульту приходится делать большой, а начальная скорость самолёта всё равно остаётся меньше, чем хотелось бы.
   Альтернативный вариант - пороховой ускоритель, который позволяет запустить одиночный БПЛА в чистом поле, без всякого оборудования; но недостатком является расход зарядов для этих ускорителей, что снижает число повторных запусков и сильно увеличивает их цену.
   Но теперь у нас есть третья альтернатива: запуск на резинке.
   Выстрелим из небольшой пушки стационарного гранатомёта массивным ядром, к которому привязана длинная резинка, зацепленная за нос самолёта. Она его потянет, плавно поднимет в воздух и разгонит до скорости ядра или даже больше. Предел для такой системы 100-150 м/с, но больше и не нужно, обычно требуется до 50 м/с.
   В простейшем случае, ядро и резинка просто упадут поблизости. Если очень заморачиваться, или лень ходить за ядром; или резинка такая нежная и чистая, что не должна касаться земли; или запуск осуществляется с борта корабля, самолёта и т.п. - можно предусмотреть более продвинутые варианты, с управляемым возвращением груза точно в нужную точку, сматыванием троса в полёте и т.д.
   Если вместо резинки взять жёсткий трос, а внутри снаряда разместить лебёдку с активным приводом, то можно разогнаться и до сверхзвуковых скоростей, хотя для такого случая всё-таки проще использовать ракеты.
   При этом, масса запускаемых аппаратов не ограничена, так что можно запускать таким способом и вполне взрослые крылатые ракеты, самолёты палубного базирования (и ловить их потом), десантников на планерах и без...
   Возможны и мирные применения: так можно забрасывать пожарников в окна горящих зданий, а менеджеров, наоборот, эвакуировать из них, или даже катапультировать на несколько километров, за 1-2 минуты доставляя из офиса домой или в ближайшее кафе во время обеденного перерыва...
   9.7.2 Будущее Великих Васюков
   Если очень постараться (в смысле вложения достаточного количества денег), то можно наладить целую сеть постоянно действующего городского воздушного транспорта, "как в пятом элементе", причём без каких-то фантастических двигателей, шума и дорогостоящих летательных аппаратов. По сути, это будет вариант канатной дороги без опор (точнее с опорой на воздух, или даже на одну только силу инерции). Каждый офисный служащий имеет под пиджаком крючочек для подцепления к городской транспортной системе; нажал кнопку на пуговице - и вперёд, подцепился к тросу, и лети. Цена разработки и сложность управления наземной частью такой системы будут немалыми, но экономия на автотранспорте больше. При этом расход энергии на одного пассажира будет примерно в 100 раз меньше, чем при автомобильной перевозке, а время перевозки меньше в 10 раз. Будущее Великих Васюков за воздушным и канатным транспортом...
   В более дешёвом варианте, таким способом можно развёртывать и поддерживать в воздухе временные мобильные кабельные линии и коммуникации, например для подключения и энергоснабжения наземного электротранспорта, как альтернатива электромобилям с огромными и дорогими аккумуляторами. Хотя, если вернуться на Землю, то всё это, вообще-то, лучше всё-таки делать с использованием опоры на воздух.
  
  
   9.7.3 Караваны ракет...
   Возможен интересный вариант, если трос прицепить к ракете. В этом случае лебёдка и какие-то другие устройства не нужны, первая ракета просто тянет вторую на коротком куске троса. Казалось бы, в чём смысл, но он есть: например, так можно запустить сразу очень много крылатых ракет или реактивных снарядов, без катапульт, направляющих, стартовых ускорителей и т.п. Первую ракету надо всё таки как-то поднять в воздух, но дальше они по цепочке поднимут друг друга и разгонят до крейсерской скорости. Причём, если тросы не отцеплять сразу, то достаточно управлять в полёте только первой из них, а остальная цепочка будет следовать за ней.
   Помимо экономии в стоимости такого роя по сравнению с таким же количеством автономных ракет за счёт упрощения индивидуальных систем управления, можно увеличить и дальность полёта части роя за счёт остальных. Правда, с аэродинамикой у такого связанного роя будут проблемы, и в целом экономичность полёта снизится. Зато появится возможность совершать быстрые манёвры с большими кратковременными ускорениями без использования топлива или крыльев, даже в безвоздушном пространстве, что может сильно осложнить перехват таких целей.
   В частности, можно к одиночной ракете или беспилотнику прицепить на тросе балластный груз (в том числе снабжённый собственным двигателем и крыльями) для совершения быстрых инерционных манёвров, что позволит эффективно уклоняться от ракет и даже пуль, и может сделать такую цель трудноуязвимой для перехвата. Собственно, это будет какой-то аналог лунного самолёта, только очень маленький.
  
  
   9.7.4 Ещё лучшая катапульта для беспилотников (вообще без всего)
   Если у вас нет пушки и ядра, чтобы привязать к ним резинку, то запустить аппарат весом до 5 кг можно и голыми руками. Для этого надо резиновый шнур длиной 10 метров, и 2 солдата: ефрейтор Петров держит самолёт в руках, а рядового Иванова привязывает к резинке, и даёт команду бегом. Когда тот отбежит настолько, что резинка натянется, отпускает БЛА. Идеально было бы, конечно, чтобы рядовой Иванов двигался под углом вверх, или хотя бы влез на дерево. Или, можно сначала прикрепить конец резинки (без Иванова) к верхушке дерева или столба, и пятиться вдвоём до тех пор, пока сила растяжения резинки не станет достаточной для запуска.
   Возможны более гуманные, и грузоподъёмные, варианты: трос можно привязать к едущему автомобилю, или скоростной лебёдке; в качестве лебёдки может использоваться вращающееся колесо автомобиля, блок, привязанный к едущему автомобилю, и т.д. При минимуме фантазии, можно запустить предмет весом до 1 тонны со скоростью 50 м/с.
  
  
   9.8 Лунный вертолёт IV типа (с круговым движением груза).
   До сих пор мы рассматривали передачу импульса от балластного груза ускоряемому аппарату в основном вдоль самого вектора импульса: либо при растяжении резинки, либо вдоль троса при его вытягивании с очень значительным изменением длины. Это самый прямой и быстрый способ передать импульс от одного тела другому, но не единственный. Минус такой схемы в том, что во время обмена импульсом кинетическая энергия системы значительно изменяется, и избыток этой энергии либо должен где-то временно накапливаться в другой форме, что требует наличия массивных вспомогательных устройств, либо рассеиваться в тепло, что тоже требует специальных устройств, хотя и меньшей массы.
   То есть, ранее рассмотренная схема оптимальна с силовой точки зрения, но плоха с энергетической.
   Возьмём теперь 2 тела равной массы, и соединим их жёстким тросом, причём они сразу будут находится на максимальном расстоянии друг от друга, то есть трос сразу растянут на всю длину и жестко прикреплён к обоим телам. Пусть вначале оба тела лежат на горизонтальной плоскости.
   Посередине троса прицепим жёлтый флажок, обозначив центр масс.
   Придадим одному грузу толчком импульс, направленный перпендикулярно тросу; собственно, подбросим его вверх. Мы знаем, что это можно сделать либо с помощью стационарной пушки или катапульты, со скоростью более 1 км/с, (либо груз может подпрыгнуть "сам", но тогда скорость будет на порядок меньше).
   Общий импульс системы будет вначале сосредоточен в первом грузе, и центр масс (жёлтый флажок) станет подниматься вертикально вверх, со скоростью в половину начальной скорости первого груза (если пренебрегать массой троса). Если не рассматривать пока внешние силы, то движение жёлтого флажка всегда будет равномерным и прямолинейным, с постоянной скоростью. Грузы же начнут тянуть друг друга вдоль троса, антисимметрично изменяя как (поначалу) только горизонтальную составляющую скорости, так и, далее, вертикальную, испытывая, таким образом, центростремительное ускорение, и через него обмениваясь импульсом. То есть, будут равномерно вращаться вокруг общего центра масс с половиной начальной линейной скорости первого груза. Причём, через 1/2 оборота они полностью обменяются импульсом, так что первый груз остановится, а второй приобретёт максимальную скорость. Если теперь просто отцепить первый груз вместе с тросом, то он останется на месте (можно так подобрать соотношение масс, что и трос тоже останется почти неподвижен), а второй продолжит полёт с максимальной начальной скоростью, и (почти) всей первоначальной кинетической энергией).
   С силовой точки зрения, вариант с круговым движением хуже рассмотренного вначале прямолинейного: при той же линейной скорости и длине троса, ускорение в 4 раза больше, и непостоянно по направлению, а время полного обмена импульсом больше втрое. Но зато, нет потерь кинетической энергией, так как она вообще не изменяется, и нет устройств для сматывания-разматывания троса, так как он всегда натянут во всю длину. С точки зрения сохранения энергии, эта система идеальна.
   Для пассажиров более комфортным будет линейный вариант; но для достижения максимальной скорости более эффективен круговой, так как он позволяет максимально использовать прочность троса. При прочности 10ГПа можно разогнать второй груз до 2-2,5 км/с, и не только вывести его на орбиту вокруг Луны, но и отправить на Землю. Это уже вполне взрослый племянник орбитального лифта.
   По сути, только что мы рассмотрели старт лунного самолёта;
  
   Если же говорить про машины для длительного горизонтального полёта на небольших высотах и скоростях ("вертолёты"), то для них тоже можно эффективно применить "прыгунов" с круговыми движениями на жёстких тросах постоянной длины, только их должно быть чётное количество, не менее 4, и они попарно должны, синхронно и антисимметрично, прыгать навстречу друг другу с противоположных сторон от курса движения машины. Подъёмная сила грузов, при той же скорости и массе, будет вдвое меньше, чем при прямолинейном движении вверх-вниз, но зато никаких потерь энергии во время полёта грузов (только при их контакте с грунтом), и масса бортовых устройств равна 0.
  
   На Земле такую машину тоже можно построить, хотя эффективность будет снижена из-за аэродинамического сопротивления воздуха. Тем не менее, она сохраняет все ранее перечисленные преимущества в пункте 9.6: большую грузоподъёмность, экономичность и проходимость. В условиях Земной атмосферы можно реализовать и более экзотические гибридные варианты с планерами, вертолётами и шагающими машинами, но это сильно выходит за рамки нашего рассмотрения.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   ...Пожалуй, пора заканчивать эту часть.
   Здесь мы в основном рассматривали низкоскоростные кинетически-инерционные системы, в которых передача энергии и взаимодействие между компонентами осуществляется механически посредством тросов. Для таких систем предельная скорость определяется прочностью имеющихся материалов, и не превышает 2-3 км/с.
   Возможны системы передачи движения за счёт использования кинетической энергии внешних тел и при много больших скоростях, десятки км/с и более, но их мы рассмотрим в следующих разделах.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"