Версия v3.2 после критики на Хабре. Скорость в тоннеле снижена с 6,5 до 2,5 км/с (Mach 7,3), перегрузка с 50–100 g до 8 g на разгоне. Шлюз вакуум→атмосфера решён через гелиевый буфер последних 2 км ствола + кевларовую мембрану + Fast-Acting Valve. Подробности — в главе 12 концепт-документа.
Что разгоняет, как разгоняет, до каких скоростей
«Урал-Драйвер» v3.2 — это электромагнитная первая ступень в подземном тоннеле в скалах Приполярного Урала. Маглев-разгон капсулы массой 20 т (1 т ПН + 12 т топлива + 5 т ГПВРД-ступень + 2 т обтекатель) до 2,5 км/с (Mach 7,3) в эвакуированном тоннеле. Финальная твердотопливная ступень: IMF 0,1, Δv 3,5 км/с, соотношение масс 14/4 = 3,5. Дальше — бортовая ГПВРД-ступень и малая твёрдотопливная ракета добирают до орбитальных 7,8 км/с в стратосфере и в вакууме.
В отличие от химической ракеты, которая несёт всё топливо в себе, катапульта оставляет первые 2,5 км/с орбитальной Δv в стационарных накопителях на земле. Капсула получает кинетическую энергию за 32 секунды разгона на длине 38 км и выходит из ствола под склоном горы Народной с перегрузкой 8 g по продольной оси — это режим, пригодный для пилотируемых полётов (космонавтов на центрифуге тренируют до 9 g по минуте).
Главные физические принципы
Маглев-подвес. Сверхпроводящие магниты на капсуле и в путепроводе (тип Inductrack II на NbTi-кабелях НИИЭФА), исключающие трение качения и аэродинамическое — последнее за счёт эвакуированного тоннеля.
Линейный синхронный двигатель (LSM). Импульсные катушки в стенках тоннеля создают бегущее магнитное поле; капсула движется в фазе с ним. Электрическая энергия преобразуется в кинетическую с КПД 75–85%.
Helium-Buffered Exit — гелиевый буфер на границе. Последние 2 км ствола заполнены гелием с градиентом давления 0,01 → 0,1 → 1 атм. Скорость звука в гелии 1019 м/с (vs 340 в воздухе), Mach капсулы падает с 7,3 до 2,45; динамическое давление q ÷ 7 (с 22 МПа до 3,3), температура торможения 4830 → 902 К; тепловой поток — с 70 МВт/м² за 200 мс до 4,1 МВт/м² за 6–8 секунд (штатный режим PICA Stardust / Dragon). На дульном срезе — расходная кевларовая мембрана (как у SpinLaunch на 2,2 км/с) + Fast-Acting Valve (стандартная техника AEDC Tunnel 9). Прецеденты: газодинамические пушки на лёгком газе у Sandia / NSWC Dahlgren работают по этому принципу с 1960-х.
Стартовая траектория. Тоннель уходит под склон Народной с уклоном ~25° в последних 5 км. Угол на выходе — 16° к горизонту при радиусе кривизны 143,7 км для 8 g (это, кстати, исправление к v2: я ошибся на порядок в радиусе).
Ключевые цифры v3.2
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Длина тоннеля | 40 км |
| Длина разгона | 38 км (последние 2 км — He buffer) |
| Уклон последних 5 км | 25° |
| Скорость на выходе из тоннеля | 2,5 км/с (Mach 7,3) |
| Время разгона | 32 секунды |
| Перегрузка на разгоне | 8 g по продольной оси |
| Drag-spike после выхода | 4,5 g за 0,5 сек |
| Тепловой поток | 4,1 МВт/м² за 6–8 сек (PICA штатно) |
| Стартовая масса капсулы | 20 т |
| Полезная нагрузка на орбите | 1 т |
| Орбитальная скорость | 7,8 км/с (после ГПВРД и малой ракеты) |
| Энергия одного пуска | ~63 ГДж кинетики (×4 на потери и КПД) |
| Импульсная мощность | 2–3 ГВт пик |
| Темп пусков (проектный) | 500–1000/год |
Что можно запускать (по типам груза)
Что нельзя запустить
Перегрузка 8 g 32 сек + drag-spike 4,5 g на выходе — это режим, пригодный для пилотируемых полётов, но со специфическими ограничениями для оптики и тонкой аппаратуры. Подходит:
- Топливо, вода, сжиженные газы (всё с гидростатическим выравниванием);
- Металлы и конструкционные материалы;
- Расходники для орбитальных станций;
- Кубсаты и малые спутники в g-hardened исполнении (HARP / Excalibur класса);
- Солнечные батареи, ствольная электроника в potting.
Не подходит: оптические телескопы, тонкая аппаратура без ствольной упаковки, экипажи (drag-spike 4,5 g не критичен сам по себе, но динамика выхода сложнее, чем у обычной ракеты).
Целевые орбиты с 65,04°N
Тоннель Урал-Драйвера ориентирован один раз и фиксирует одну базовую плоскость пуска. Это не недостаток, а специализация: с широты 65,04°N прямой выход без plane-change-маневра доступен на полярные и солнечно-синхронные орбиты, где работает большинство современной космической инфраструктуры.
| Орбита | Наклонение | Доступность из УД | Плата plane change |
|---|---|---|---|
| Polar (МКА разведки) | 90° | прямой выход | 0 м/с |
| SSO (Starlink Polar, ДЗЗ) | 97,8° | прямой выход | 0 м/с |
| Молния (связь над Россией) | 63,4° | почти прямой | ~50 м/с |
| ГПО / GTO | 0–28° | через апогейный маневр на 1,6 км/с | ~1500 м/с |
| МКС | 51,6° | непрямой | ~2000 м/с |
Окружная скорость вращения Земли на 65,04°N составляет 195,8 м/с (vs 463,8 на экваторе). Эта потеря 268 м/с — плата за специализацию, которая полностью окупается прямым выходом в SSO/Polar. Так Бриз-М работает с Байконура, так у Плесецка наклонение 62,8°.
Ограничения и нерешённые вопросы
- Эвакуированный тоннель 38 км — крупнейший в мире: вторичный вакуум $5 \cdot 10^{-3}$ Па.
- Сверхпроводящие магниты требуют криогенного hold-up до выхода из тоннеля.
- Fast-Acting Valve (FAV) на 2 м диаметра за 10 мс — TRL 2–3 (на AEDC закрывают 10–20 см сечения). Резерв — расходная кевларовая мембрана.
- Импульсная энергетика 2–3 ГВт пик — гибрид SMES + supercaps, $300–500 млн CAPEX.
- ГПВРД-ступень от Mach 7 до Mach 22 в стратосфере — использовать зрелую базу Циркон / Avangard (TRL 9 military) или X-43A.
Полное техническое описание — в главе 3 «Техническое решение», детальный pivot v2 → v3.2 — в главе 12.