Ar gali lėktuvas skristi į kosmosą?

Kosminių kelionių fizika

Kosminės kelionės visada žavėjo žmoniją, todėl dažnai kyla klausimas, ar lėktuvas gali skristi į kosmosą. Nors lėktuvai nėra sukurti taip, kad atlaikytų ekstremalias kosmoso sąlygas, jie turi tam tikrų panašumų su erdvėlaiviais aerodinamikos ir varomosios jėgos atžvilgiu.

Kad lėktuvas pasiektų ir skristų erdvėje, jam reikės įveikti keletą iššūkių. Pirma, tam reikės varomosios sistemos, galinčios užtikrinti pakankamai traukos, kad įveiktų Žemės gravitacinę trauką. Be to, lėktuve turėtų būti įrengta gyvybės palaikymo sistema, kad įgula išlaikytų beorę ir atšiaurią kosmoso aplinką. Galiausiai, jis turi turėti būtiną struktūrinį vientisumą, kad atlaikytų ekstremalias temperatūras ir kosmose aptinkamą spinduliuotę.

Varomosios jėgos vaidmuo

Varomoji jėga yra pagrindinis kosminių kelionių veiksnys, nesvarbu, ar tai būtų tradicinė raketa, ar lėktuvas. Kad išvengtų Žemės gravitacijos ir pasiektų erdvę, transporto priemonė turi pasiekti tam tikrą greitį, vadinamą pabėgimo greičiu. Žemėje šis greitis yra maždaug 11,2 kilometro per sekundę (6,95 mylios per sekundę). Tradiciniai lėktuvai su jų reaktyviniais varikliais nepajėgūs sukurti didžiulės traukos, reikalingos tokiam greičiui pasiekti.

Tačiau buvo konceptualių projektų, tokių kaip scramjet variklis, kurie rodo pažadą įveikti šį iššūkį. „Scramjet“ variklis yra oru kvėpuojantis variklis, veikiantis viršgarsiniu degimu, leidžiantis jam pasiekti iki 15 machų greitį. Nors šiuo metu šis variklis bandomas atmosferiniams skrydžiams, jis gali būti pritaikytas kelionėms į kosmosą.

Kita galimybė yra jonų varomoji jėga, kuri buvo panaudota erdvėlaiviuose, tokiuose kaip NASA Aušros misija. Jonų varomoji jėga veikia jonizuojant raketinio kuro atomus ir pagreitinant juos naudojant elektrinį lauką. Nors šis metodas užtikrina mažą traukos jėgą, jis yra labai efektyvus ir gali būti palaikomas ilgą laiką. Tačiau dar neįrodyta, ar tokio tipo varomąją jėgą galima padidinti didesnėms transporto priemonėms, pavyzdžiui, lėktuvams.

Gyvybės palaikymo sistemos ir struktūrinis vientisumas

Kosmosas yra vakuumas, kuriame nėra oro ir deguonies, o tai kelia daugybę iššūkių žmogaus išlikimui. Kad lėktuvas galėtų naršyti erdvėje, jame turėtų būti gyvybės palaikymo sistema, galinti tiekti kvėpuojantį orą ir pašalinti anglies dioksidą. Lėktuvas taip pat turėtų būti slėgis, kad įgula nepajustų žalingo vakuumo poveikio.

Be to, ekstremalios temperatūros ir spinduliuotė erdvėje gali pakenkti transporto priemonės konstrukcijai. Erdvėlaiviai suprojektuoti naudojant specialias medžiagas ir ekranus, apsaugančius nuo šių pavojų. Lėktuvas, skirtas kelionėms į kosmosą, turėtų turėti panašų struktūrinį vientisumą, kad atlaikytų kosminės aplinkos sunkumus.

Nors gali atrodyti mažai tikėtina, kad tradicinis lėktuvas pakils į kosmosą, technologijų ir inžinerijos pažanga gali paversti tai realybe ateityje. Mokslininkai ir inžinieriai toliau tiria naujus varymo metodus, gyvybės palaikymo sistemas ir medžiagas, kurios leistų lėktuvams išskristi už Žemės atmosferos ribų.

Atmosferos patekimo ir sugrįžimo iššūkiai

Net jei lėktuvas galėtų pasiekti kosmoso gelmes, vėl patekęs į Žemės atmosferą susidurtų su dideliais iššūkiais. Atmosferos patekimas yra kritinis kosminių kelionių etapas, kai transporto priemonė turi atlaikyti didelį karštį, greitai lėtėti ir išlaikyti stabilumą.

Grįžtant į vidų, transporto priemonė pasiekia iki 25 kartų didesnį greitį nei garso greitis, todėl susidaro intensyvi trintis su atmosfera ir didelis įkaitimas. Tradiciniai lėktuvai, turintys savo aerodinaminę konstrukciją, nėra pritaikyti atlaikyti aukštą šio proceso metu susidarančią temperatūrą.

Šiluminės apsaugos sistemos

Erdvėlaiviai, skirti patekti į atmosferą, pavyzdžiui, „Space Shuttle“, turi unikalias šiluminės apsaugos sistemas (TPS), kad sumažintų šilumos poveikį. Šios sistemos dažnai susideda iš medžiagų, tokių kaip keraminės plytelės arba karščiui atsparūs anglies kompozitai. Šios medžiagos yra specialiai sukurtos taip, kad atlaikytų ekstremalias temperatūras, patiriamas grįžtant.

Kad lėktuvas galėtų sėkmingai naršyti atmosferos patekimo ir sugrįžimo procese, jame turėtų būti įrengtas TPS, galintis išsklaidyti šilumą ir apsaugoti orlaivį nuo konstrukcinių pažeidimų. TPS turėtų būti lengvas, bet patvarus, kad lėktuvas išlaikytų stabilumą ir valdymą, tuo pat metu patiriant dideles aerodinamines jėgas.

Aerodinaminiai iššūkiai

Grįžtant į vidų, transporto priemonė taip pat turi susidoroti su aerodinaminėmis jėgomis, kurios gali sukelti nestabilumą ir prarasti kontrolę. Orlaivio forma ir konstrukcija atlieka lemiamą vaidmenį mažinant šias jėgas ir užtikrinant saugų nusileidimą.

Erdvėlaiviai, skirti sugrįžti, dažnai turi unikalių formų, tokių kaip bukas korpusas arba pakeliamas korpusas, padedantis išlaikyti stabilumą ir kontrolę leidžiantis. Šios konstrukcijos tolygiai paskirsto šilumą transporto priemonės paviršiuje ir suteikia reikiamą pakėlimą, kad būtų galima sulėtinti nusileidimą.

Lėktuvas, skirtas kelionėms į kosmosą, turėtų būti aerodinamiškai optimizuotas tiek skrydžiams į kosmosą, tiek į atmosferą. Jis turėtų sugebėti pereiti nuo erdvės vakuumo į tankią atmosferą nepakenkiant stabilumui ir valdymui.

Išvada

Nors tradicinis lėktuvas gali būti netinkamas kelionėms į kosmosą, lėktuvo, skrendančio į kosmosą, koncepcija nėra visiškai tolima. Dėl varomųjų sistemų, gyvybės palaikymo technologijų ir konstrukcinių medžiagų pažangos gali būti, kad vieną dieną lėktuvas galėtų išskristi už Žemės atmosferos ribų. Tačiau reikėtų įveikti iššūkius, kylančius dėl patekimo į atmosferą ir sugrįžimo į atmosferą, todėl reikės naujoviškų sprendimų, tokių kaip specializuotos šiluminės apsaugos sistemos ir aerodinaminis dizainas. Mokslininkams ir inžinieriams toliau plečiant kosmoso tyrinėjimo ribas, lėktuvo galimybė kosmose gali tapti realybe.