Рельсотрон в Китае: прорыв в технологии запуска космических аппаратов

В Китае строится огромный электромагнитный рельсотрон для отправки пилотируемых космических аппаратов на орбиту. Успех данного проекта означает, что стоимость вывода грузов на орбиту резко снизиться, и тот факт, что химические ракеты могут уйти в прошлое. Конечно, такой огромный проект также сопряжен с большими трудностями.

В 2016 г Китай дал зеленый свет проекту Тэнъюнь (Tengyun), суть которого сводится к тому, чтобы использовать колоссальный рельсотрон, электромагнитную стартовую трассу для разгона не менее впечатляющего своими размерами космического челнока до скорости как минимум в 1,6 Маха. По планам, после запуска челнок должен запустить свой двигатель и выйти на низкую орбиту в околоземное пространство со сверхзвуковой скоростью. Отдельного упоминания заслуживает челнок, вес которого должен превысить 50 тонн, а размеры Boeing 737.

Что такое рельсотрон?
Принцип, лежащий в основе такого рельсотрона известен давно. В тех же компьютерных играх многие сталкивались с Гаусс-пушками — можно сказать что рельсотрон ее ближайший родственник. Кроме этого оборонные ведомства разных стран тоже ведут свои проекты по использованию рельсотронов в качестве артиллерии.

По факту рельсотрон это связка из пары параллельных электродов-рельс и источника питания, который способен выдать мощный импульс энергии. Разгоняемый груз находится между рельс и замыкает цепь, получая ускорения благодаря силе Ампера, которая действует на замкнутый проводник с током в его собственном магнитном поле.

Проект Тэнъюнь
Проект Тэнъюнь создаётся Научно-исследовательским институтом технологий летательных аппаратов Китайской аэрокосмической научно-промышленной корпорации (CASIC). Есть информация, что для института сейчас построена 1.2км испытательная трасса в Датуне, что в провинции Шаньси. Если открытая информация соответствует реальному положению дел, то размеры испытательного трека сопоставимы с треком проекта Hyperloop.

Эта испытательная установка уже сейчас может разгонять объект (вес, правда, не указывается) до скорости, приближающейся к 1000 км/ч, что близко к скорости звука. Сообщается, что в ближайшие годы длина испытательной трассы будет увеличена для достижения максимальной рабочей скорости в 5000 км/ч (где-то 4М).

Даже в случае успеха предварительных испытаний, между треком и полноразмерным системой запуска на основе рельсотрона есть большая разница. И это не только вопрос размеров, но множества инженерных решений по всем ключевым частям системы: управления, питания, материалов и рабочих частей рельсотрона.

К примеру, чтобы запустить в космос челнок указанного выше размера со скоростью в 1.6Мах из рельсотрона, тот должен иметь длину не меньше 8км (соответственно, существенно дольше, если речь идёт о скорости запуска в 5Мах). Это означает колоссальное количество электромагнитов внутри невообразимо большой вакуумной камеры. Это означает охлаждение всех этих магнитов и работу множества насосов для создания вакуума внутри трубы рельсотрона. И отдельно еще придётся решить вопрос воздушного шлюза, который челнок должен будет пройти на скорости. Равно как нельзя забывать и про стабилизацию полёта при смене среды вокруг челнока с вакуума на атмосферу.

И, разумеется, есть уже известный вопрос — мощность для запуска. Сейчас рельсотроны используются для запуска самолётов с авианосца USS Gerald R. Ford как альтернатива привычной паровой пусковой катапульте. И эти рельсотроны, по сообщениям, потребляют 121 мегаджоуль для того, чтобы разогнать самолёт до 241км\ч стартовой скорости. Для питания такого рельсотрона требуется изрядная часть энергии, которую вырабатывает корабельная силовая установка.

В случае проекта Тэнъюнь речь идёт со существенно большей скорости и размере. Вполне возможно что речь тут идёт о мощностях как минимум в несколько десятков раз выше, чем на системе запуска с авианосца. Очевидный шаг — использовать энергию АЭС, которую еще нужно будет закачать в систему каких-то супер-конденсаторов. Для примера можно привести мировой рекорд, который принадлежит лаборатории Hochfeld-Magnetlabor Dresden. Там установлена конденсаторная батарея, способная вместить и выдать 50 Мегаджоулей. В случае проекта Тэнъюнь космическая катапульта потребует намного, намного больше.

Соответственно, разработка проекта потребует от инженеров и учёных не только использования уже известных передовых технологических решений. Им придётся пойти дальше и разработать множество новых. Космическая катапульта — это не просто трек с множеством магнитов, это исключительное по размерам и сложности инженерное сооружение с разветвлённой инфраструктурой.

Если проект будет успешным, если китайские инженеры и учёные смогут довести дело до завершения, то космическая катапульта может стать одним из самых впечатляющих технологических достижений человека за десятки лет. А для китая, возможно, и главным достижением, которое затмит ту же супер-ГЭС, которая смогла замедлить вращение Земли.

По предварительным оценкам некоторых учёных, стоимость запуска 1 кг груза на орбиту в таком случае может снизиться всего лишь до 60$. Чтобы понять насколько это экономически выгодно, стоит сравнить это с тем, что Space X просят за доставку 3000$ и даже эта цена намного ниже той, что была в отрасли до успеха детища Илона Маска.