Дверь ракеты как называется

Практичная конструкция космического корабля для писателей

Эрик Примм, инженер Боинг

Научная фантастика любит красивые космические корабли. А кто нет? От крейсера Шарлин до имперского Звездного Разрушителя, от Куба Борга до Золотого Сердца — эстетика рулит. С практической точки зрения, большинство космических кораблей в нф плохо сконструированы. Они созданы, чтобы вызывать ощущение восторга, но корабль, который разработан с учетом экономики* и эффективности будет довольно скучно выглядеть.

Физика будет распространяться и на общество звездных городов. Вместо того, чтобы возиться с плохой конструкцией, судовладельцы захотят как можно большей практичности, с как можно меньшими простоями. Добиться этого можно только с помощью хороших инженеров, а ремесло инженеров основывается на ошибках.

Чтобы создать практичный космолет, нужно изучить и учесть современные ошибки. Форма, окна и пилотируемые аппараты изменить проще и уместней всего.

Форма корабля

Чтобы поддерживать жизнь в звездном корабле, должна быть атмосфера для пассажиров. Снаружи корабля вакуум. Структура должна быть плотно запечатана и не допускать утечек. Другими словами, космические корабли — это большие воздушные шары. Внутри корабля атмосфера должна соответствовать стандартам давления родной планеты или, хотя бы, поддерживать давление, при котором возможна жизнь. В результате дисбаланса давления снаружи и внутри, корабельная атмосфера давит на корпус, пытаясь выровнять баланс. По логике, корпус давит в обратную сторону на атмосферу, удерживая ее внутри. Это означает, что даже без движения на структуру корабля действует определенная сила. В инженерных терминах, структура находится под давлением.

Самолеты — во всяком случае, та часть, где люди — и подводные лодки также находятся под давлением и, как правило, они имеют скругленную форму. Пропановый бак горелки и гелиевый бак для надувания шаров скруглены потому что это самая эффективная конструкция при давлении изнутри. Лучшая форма для структуры под давлением — это сфера. В сфере давление равномерно распределяется во всех направлениях. Но в атмосфере планеты сфера ограничивает. Аэродинамика и гидрогазодинамика — причины, по которым самолеты и подводные лодки имеют цилиндрическую форму. Практичные звездные корабли будут либо сферическими, либо цилиндрическими, а скорее всего — комбинацией двух форм.

Добавьте маневры, изменения среды, гравитационные флюктуации, изменение веса, цикл герметизации/разгерметизации в шлюзе, и т.д., и вы увидите, что на космический корабль влияет много сил. Варьирующиеся уровни давления влияют на структуру, вызывая эффект, известный как усталость. Да, структуры могут уставать. Но они не становятся сонными и раздражительными, вместо этого в них появляются трещины и они нуждаются в починке.

Аэрокосмическая промышленность выяснила это на примере Де Хевилленд DH.106 «Кометы», коммерческого реактивного авиалайнера, у которого было несколько аварий, связанных с катастрофическими трещинами. Было определено, что трещины в квадратных окнах увеличиваются до размеров, которые могут приводить к проблемам. По мере изучения вопроса инженеры выяснили, что углы плохо влияют на конструкцию. Они создают концентрацию напряжения, и это действительно так плохо, как звучит. Это участки, которые любят трескаться. Чем острей угол, тем выше концентрация напряжения.

Таким образом, конструкция с мягкими очертаниями имеет более низкую концентрацию напряжения. Окна в коммерческих самолетах создаются по этому правилу. Двери в отсеках подводной лодки закруглены по той же причине. Цивилизация достаточно продвинутая, чтобы строить космические корабли, будет знать и понимать усталость и образование трещин, и хотя их технологии будут более совершенны, чем нынешние, вполне разумно предположить, что они будут применять базовый дизайн, чтобы добиться максимальной безопасности корабля.

Читайте также:  Лучшие двери доставка установка

Скругленная конструкция практична. Посмотрите на коммерческие самолеты и подводные лодки, чтобы увидеть эффективную конструкцию. Лучшим примером в нф будет космическая станция Вавилон 5 из сериала под тем же названием. Обратите внимание на ее цилиндрическую форму, которая достаточно близка к сфере, чтобы считаться хорошим инженерным компромиссом. Худшим нф примером являются корабли из «Светлячка». Они ужасны. Очень креативные, но это кошмар инженера.

Космос огромен и, честно говоря, там особо не на что смотреть. Тем не менее, научно фантастические корабли как правило с окнами или, даже хуже, у них окна, чтобы пилот мог… эм, пилотировать. Сильвия Спрак Вригли уже говорила об опасности визуального пилотирования в Космическом полете в научной фантастике . Поскольку она права и космолеты будут пилотироваться с помощью приборов, пилотам не нужен обзор. Окно, по сути, дыра в структуре, заполненная чем-то прозрачным. Другими словами, окна — это слабые места.

Располагать важные функции корабля рядом со слабыми местами — плохое конструкторское решение. Какой бы ни была миссия корабля, есть шанс, что он наткнется на какие-нибудь осколки в космосе. Будут ли это факторы среды, вроде микрометеоров, обломки после битвы, или мусор, оставленный не считающимися с другими астронавтами, которые, скорей всего, разговаривают во время фильмов, корабль получит повреждения. А значит инженеры поместят навигацию и весь остальной командный центр подальше от поверхности. Если корабль будет поврежден, критические функции продолжат работать.

Часто в научной фантастике окна используются, чтобы наводить лазеры или снаряды. НФ права насчет ракет, или еще лучше торпед, которые используют софт для наведения, а не наводятся вручную. Но эквивалент пулеметов часто оставляют пилоту или стрелку, которые наводят на глаз. Бой в космосе не будет похож на воздушный бой. Разумные военные будут окрашивать свои корабли в черный, чтобы сливаться с космическим фоном. Во время сражения в глубинах космоса, черные корабли будет сложней заметить. Даже в бою в солнечной системе со звездой и светом тактическое преимущество будет у корабля, который сумел слиться с фоном.

Программное обеспечение для наведения понадобится всему оружию. Учитывая, что экраны — относительно дешевая технология, гораздо разумней создать сплошную структуру снаружи и экран с компьютерами внутри.

В космических кораблях, особенно боевых, командный мостик будет ближе к центру, где ниже шанс повреждения. Тот факт, что для навигации и сражения не нужны визуально наблюдаемые ориентиры, означает, что такие станции можно разместить в любом месте корабля. В Звездном крейсере Галактика это сделано хорошо. Вместо того, чтобы оперировать как самолет, мостик Галактики больше напоминает командный пункт подводной лодки. Это демонстрирует, что Двенадцать колоний выучили свои уроки.

К сожалению каждый корабль в Звездных войнах это правило нарушает. Тысячелетний сокол классный, но зависит от реакции пилота**. Несмотря на распространенность дроидов и ИИ, корабли в ЗВ в бою зависят от визуальной информации пилота. Это не эффективно, но куда более круто смотрится.

Пилотируемые истребители

Когда X-wing впервые появились на экране во время показа Изгой-один, по кинотеатру, где я смотрел фильм, прокатились приветственные восклицания. Силуэт этого корабля ассоциируется со всей франшизой. Он олицетворяет надежду. Еще X-wing — это ненужный риск для жизни. Во время создания франшизы о дронах не думали как о военных машинах. Звездные войны экстраполировали воздушные бои в космос, что не страшно. Но как выясняет современная армия — самое слабое место машины, это человек в ней.

Эта истина останется таковой и в будущем, так что космическая цивилизация продолжит развивать технологию дронов. Вместо транспортного судна с бойцами, практичный космолет будет командным центром с автоматическим обслуживанием. Пилоты могут безопасно располагаться в глубинах командного судна***, каждый контролируя дрона или целый отряд.

Читайте также:  Какие бывают двери межкомнатные гармошка

Как уже говорилось, визуальный полет и бой не нужны; так зачем помещать корабли отдельно от большого космолета? Если спасения жизни ради жизни недостаточно, тогда подумайте о времени, необходимом для тренировки пилота. Навыки полета вырабатываются долго и помещение летчика в боевой корабль — это значительный риск, если пилот не на главном корабле. Продвинутая цивилизация не примет подобного риска, а автоматизированный флот будет просто построить в обществе с ИИ.

Если удалить пилота, дроны теряют ненужный вес и становятся более маневренными. Нет необходимости в системе поддерживания жизни, а структуру можно спроектировать без опасений повредить летчику. Раньше в статье говорилось, что структура выдерживает множество значимых нагрузок и это касается и того, что внутри нее. Биологические тела слабы и несмотря на все защитные меры, тренировки и препараты — тело остается критической слабостью. Это ограничивает нагрузку, которой может подвергаться структура. Удалив тело, инженер может разработать корабль, который меньше, маневренней и эффективней.

Беспилотные корабли — это боевые корабли будущего. Рейдер сайлонов ближе всего подходит к подобному решению, но эти корабли сами по себе являются киборгами.

В новой версии сериала у них есть биологические контуры. Это потенциально ограничивающий фактор, но не фатальный. Истребители Вавилона 5 красивы, но очень ограничены.

В заключение: Практическая конструкция корабля

Космические корабли — одна из лучших составляющих научной фантастики. Будь это гражданские транспортники, грузовые судна контрабандистов, героические истребители или злодейские крейсеры, ничто так не говорит о возможностях, как космические корабли. Научная фантастика изменилась с годами, а вместе с ней поменялись и корабли. Золотой век ракет уступил Звездным войнам и Вавилону 5, которых сменили отличные корабли Пространства. С увеличением наших знаний о физике, нф включает их в лучшие истории. Это касается и транспорта в нф. Жанр всегда двигался от возможного к правдоподобному, а конструкция космических кораблей от возможного к практичному.

* Даже в предполагаемом космическом обществе инженеры всегда будут стремиться к эффективному дизайну

** Как бы я ни любил классический дизайн Звездных войн, корабли в их вселенных демонстрируют, что это не научная фантастика, а космическое фэнтези

*** В военной технике уже применяется глушение сигнала, это известно как электронная война. Современные военные научились с этим справляться и легко предположить, что продвинутая цивилизация будет разбираться в ней еще лучше.

Источник

Из чего сделаны космические аппараты и ракеты — металлы

Есть материалы, которые принято использовать в космической сфере и давайте поговорим об этом подробнее. Не знаю как вам, а мне вот очень интересно из чего же состоит обшивка космического корабля и каким образом они выдерживают нагрузки.

Кстати, на этот вопрос меня натолкнули несколько комментариев под предыдущими статьями. Огромное спасибо за идею, давайте действительно разберемся.

Алюминий и его сплавы

Давайте начнем с легендарного алюминия, из которого раньше делали все, что летает. Но времена меняются, стало понятно, что из чистого алюминия конструкция не прочная. Хотя есть и преимущества, такие как то, что алюминий легче стали и очень пластичный материал.

Следующий уровень был изготовление сплавов из алюминия. Первым таким сплавом был сделан дуралюмин, созданный в 1909 году. Это сплав из алюминия, меди и марганца, что улучшает в итоге прочность и жесткость материала. Только минус в этом сплаве оказался неожиданным и неприятным — его нельзя варить, а значит соединения из данного сплава можно только штамповать.

Так, как же используется сплав из алюминия в ракетах. В связи как раз с этим минусом с соединением, то под высоким давлением конструкция не сможет быть герметичной (заклепки — это узкое место). Именно поэтому сплав из алюминия принято использовать на «сухие» отсеки.

Читайте также:  Снять обшивку двери celica t23

В конце двадцатого века появился новый вид сплава алюминия с литием. Литий добавлял легкости материалу. Из такого сплава был сделаны баллоны для водорода на ракете «Энергия» и этот же сплав для баллонов используют «Шаттлы».

Ну и следующим уровнем работы с алюминием стал боралюминиевый композит. Здесь ситуация поменялась и у алюминия была поставлена иная задача, нежели раньше. Задача алюминия в данном композите — это удержание высокопрочных волокон бора. Например, это решение использовано между баками последней модификации разгонного блока «ДМ-SL».

Железо и сталь

Ну здесь, конечно же, мы будем рассматривать железо с точки зрения разнообразных высокопрочных нержавеющих сталей. Сталь во многом выигрывает у алюминия, например, сталь жестче и гораздо лучше переносит вибрацию и нагрев, кстати сталь и дешевле во многих случаях.

А вот тут давайте-ка будем вдаваться в цифры, да простят меня читатели, которым цифры не интересны. А мне вот, очень! Толщина стенок двигательного отсека у первой американской межконтинентальной ракете Atlas была из тонкостенной нержавеющей стали составляла 1,27 миллиметра в самой большой толщине, а у самого верха использовалась толщина 0,254 миллиметра.

Дальше интереснее, водородный разгонный блок Centaur уже был сделан со средней толщиной в 0,127 миллиметров. Такие тонкие стенки способны держать форму только за счет внутреннего давления. Но если вы приглядитесь, то увидите, что столь тонкая стенка может смяться даже под собственным весом.

Именно поэтому производство таких отсеков это крайне нелегкая задача для конструкторов и инженеров. Ведь мало того, что нужно произвести тончайший материал, его ещё как-то нужно хранить и как-то доставить до места сборки ракеты.

Постараюсь написать короче, потому что статья уже и так большая, не хотелось бы перегружать информацией. Буду проще, медь — это основа для электротехники и теплотехники, потому что медь имеет потрясающую теплопроводность.

Такая теплопроводность используется во внутренней стенке ракетного двигателя, чтобы принять на себя тепло. Вы, конечно же, спросите меня, а какая тогда наружная стенка — она стальная, чтобы это тепло не вышло за пределы камеры сгорания.

У меди есть существенный недостаток, который усложняет жизнь технологам. Дело в том, что чистая медь крайне вязкое вещество и ее очень тяжело резать, именно поэтому бывает чистую медь заменяют хромистой бронзой (0,8% хрома).

Есть ещё нюанс, который я не могу не рассказать, в космосе используются двигатели малой тяги, поэтому применяется ещё и окислитель — азотная кислота или четырехокись азота, в таких случаях медь покрывают ещё и стенкой хрома с той стороны, где подается кислота.

Прочие металлы

Так, в космической отрасли используются ещё ряд металлов, думаю, что их и больше, но это основные:

  • Серебро — пайка серебряными припоями в вакуумной печи или в инертном газе в соединении частей камеры сгорания ракетных двигателей.
  • Бериллий — используется в космических аппаратах в качестве конструкционного материала из-за способности замедлять и отражать нейтроны в реакторах.
  • Титановые сплавы — используются для производства газовых баллонов высокого давления, в особенности для гелия.

Про титановые сплавы хочется сказать, что они только начинают заходить в космическую отрасль. Данный сплав обладает необходимыми свойствами для космической отрасли, такими как легкость, прочность и тугоплавкость.

И на этом хотелось бы закончить разбор металлов в космической отрасли. Те, кто дочитали данный материал, это потрясающе. Если вы в материале обнаружили неточность или искажение факта, обязательно напишите в комментариях и я поправлю.

Источник

Поделиться с друзьями