Uz kosmosu bez raķetes

Vitālija Jegorova raksts no žurnāla "Popuļarnaja mehaņika" 2018. gada marta numura.

Pirmā daļa.

Tikko cilvēks apzinājās, ka var atstāt Zemi ar raķešu palīdzību, viņš sāka meklēt paņēmienus, kā bez tām iztikt. No fantastikas darbiem šī ideja pārvietojās uz konstruktoru kulmaniem [1].

Alternatīvā kosmonautika attīstījā pa diviem ceļiem: radot neraķešu vai nereaktīvus līdzekļus, kā uzlidot zemā orbītā ap Zemi un radot palīglīdzekļus, kas atvieglotu raķetei sasniegt kosmosu. Pie pirmajiem var pieskaitīt gigantiskus lielgabalus, kodolsprādzienlidaparātus, orbitālos liftus, "hipercilpu"; pie otreim - raķešu startus no lidmašīnām [jau realizētus - t.p.] un aerostatiem, kodol-, hiperskaņas "gurkoļotu", elektromagnētiskos un dzelzceļa paātrinātājus utt. [ Par "gurkoļotu" iesauca padomju laika projektu МГ-19 (Mjasiščevs-Gurko, arī М-19, "гурколет", vienpakāpes aerokosmisko lidaparātu, pašreiz tādi projekti jau liekas reāli, sīkāk par šo slepeno projektu te: http://russkievesti.ru/novosti/tekhnika/neizvestnyie-kosmicheskie-proektyi.-mg-19.html - t.p.]

NO LIELGABALA UZ MĒNESI.

Kamēr nebija radīti šķidrās degvielas raķešu dzinēji, par vienīgo, reālo līdzekli, kā nokļūt kosmosā, uzskatīja artilēriju. Savā lialajā darbā "Dabas filozofijas matemātiskie principi" Īzaks Ņutons kosmiskos ātrumus izskaidro ar lielgabala palīdzību, kas šauj arvien tālāk un tālāk. Kaut arī jau toreiz bija skaidrs, ja pat tādu gigantisku lielgabalu izdots uzbūvēt, starta pārslodzes nogalinātu jebkādu apkalpi. Žila Verna fantastiskajā darbā šo problēmu izdevās atrisināt, taču reālā pasaulē tai atrisinājuma nav vēl šodien.

Tāpēc lielgabals derēs tikai, palaižot starpplanētu vai starpzvaigžņu zondes, kur ātrums pārsniegs otro vai trešo kosmisko ātrumu. Lai palaistu pavadoņus apkārt Zemei ar pirmo kosmisko ātrumu, būs vajadzīga raķešu pakāpe, tāpēc ka palaistā lādiņa orbīta ies caur starta punktu un tas neglābjami ietrieksies Zemē. Izbēgt no tā var tikai, koriģējot orbītu tās trajektorijas kosmosa posmā, tas ir, lielgabalu var uzskatīt tikai kā palīglīdzekli, pavisam bez raķetēm iztikt nevarēs.

Mēģinājums realizēt Žila Verna idejas tika veikts 1940. gados Trešajā reihā: gigantisks lielgabals, ko būvēja programmas "Fau-3" ietvaros, tika ierakts simts metru dziļumā, tas tika konstruēts, lai apšaudītu Londonu no Francijas. Lādiņiem vajadzēja lidot 150 km, taču būvi Lamaša krastā iznīcināja britu aviācija.

Kosmiskās ēras sākumā 1961-1967. gados eksperimentus ar lielgabaliem turpināja ASV. "Augsto pētījumu projektā" (High Altitude Research Projekt, HARP) tika radīti vairāki dažāda kalibra lielgabali, kas šāva pat līdz 180 km augstu. Taču "parastās" kosmonautikas acīmredzamo panākumu dēļ un tāpec, ka ar lielgabalu palīdzību nebija iespējams veikt kosmiskos startus, projektu slēdza.

Mēģinājums panākt, lai lielgabalam piemistu balistiskās raķetes spējas, tika veikts Irākā 1980. gados. Projektu vadīja amerikāņu inženieris Džeralds Bulls, kurš agrāk vadīja HARP darbu. Lielgabalam ar kalibru 1 m vajadzēja šaut 600 kg lādiņus 1000 km tālu. Taču līdz praktiskam pielietojumam darbi nenonāca: Bullu nogalināja. Līdz galam neuzbūvēto sistēmu iznīcināja amerikāņu karaspēks operācijas "Tuksneša vētra" laikā.

1990. gados ASV turpinājās eksperimenti ar lielgabaliem, kas spētu sasniegt kosmiskos ātrumus. Projekts SHARP (Super HARP) turpināja eksperimentus ar lielgabaliem Lourensa laboratorijā, Kalifornijā, lielgabals ar vieglajām gāzēm ļāva 5 kg lādiņam sasniegt ātrumu 3 km/sek.  Lielgabali ar vieglajām gāzēm - ūdeņradi un hēliju - darbojas pēc pneimatisko ieroču principa, tikai pirms šāviena saspiež nevis gaisu bet zema blīvuma gāzi. Tādi lielgabali, kas var lādiņam dot ātrumu līdz pat 6-7 km/sek. tiek izmantoti, lai modelētu sadursmi ar meterītiem vai kosmiskajiem atkritumiem. Eksperimentu rezultāti pierādīja, ka var radīt lielgabala projektu, kas spētu lādiņu raidīt pirmā kosmiskā ātrumā - 11 km/sek. Taču projekta realizācijai būtu nepieciešams miljards dolāru, kas netika iedalīti.

Ir arī fiziski ierobežojumi: tā, lādiņam kosmiskais ātrums ir jāsasniedz jau, kustoties stobrā. Šim ātruma ir jābūt lielākam par orbitālo, lai kompensētu bremzēšanos atmosfērā. Ātrumā, kas pārsniedz vairākus kilometrus sekundē, lādiņa virsma sakarst berzes dēļ ar gaisu un veidojas triecienvilnis. Tas ir, lādiņam jāiztur ne tikai milzīgas dinamiskās slodzes, bet arī temperatūra. Ar aerodinamisko sakaršanu jau ir iemācījušies tikt galā, palaižot balistiskās raķetes un kosmiskos aparātus, taču apiet pārslodzes vēl nekādi nav iespējams.

Teorētiski orbitālā starta artilērijas sistēmu vislabāk izvietot jūrā ar iegremdējama stobra palīdzību, tad to varētu pārvietot un virzīt uz katru debessjuma pusi, nesaistot ar sauszemes lafeti. No otras puses, celtniecība kalnos palīdzētu tikt vaļā no atmosfēras bremzējošās iedarbības daļas. Kosmiskais lielgabals varētu ievadīt orbītā rūpnieciskos apjomos kaut kādas vienkāršas kravas, taču pagaidām tāda vajadzība nav pat tālākā perspektīvā, tāpēc lielgabalus arī neviens nebūvē.

Elektromagnētisko lielgabalu varētu izmantot arī bezgaisa vidē - no orbitālās stacijas vai Mēness. Pārslodzes būtu arī tur, taču mazākas.

[1] - par kulmaniem vēsturiski tika saukti rasējamie dēļi. Pēc vienas populāras to ražotājfirmas nosaukuma.

Turpinājums sekos.