Liels mēms pastiprinātājs: vienkārša, bet sarežģīta raķete NASA

Liels mēms pastiprinātājs: vienkārša, bet sarežģīta raķete NASA
Liels mēms pastiprinātājs: vienkārša, bet sarežģīta raķete NASA
Anonim
Attēls

Amerikas kosmosa programmas pirmajos gados galvenais uzdevums bija uzlabot raķešu un kosmosa sistēmu īpašības. Ātri kļuva skaidrs, ka tehnisko parametru pieaugums bija saistīts ar ievērojamām grūtībām un tam vajadzētu palielināt palaišanas izmaksas. Interesants risinājums šai problēmai tika piedāvāts Big Dumb Booster koncepcijas veidā.

Liela stulba raķete

Tā laika raķešu un kosmosa sistēmu projekti izcēlās ar augstu tehnisko sarežģītību. Lai iegūtu augstākas īpašības, tika izstrādāti un ieviesti jauni materiāli, izveidoti daudzsološi visu klašu aprīkojuma paraugi, izstrādāti dzinēji utt. Tas viss izraisīja raķešu izstrādes un ražošanas izmaksu pieaugumu.

Aprēķini parādīja, ka, saglabājot šādas pieejas, kravas izņemšanas izmaksas paliks vismaz tādā pašā līmenī vai pat sāks augt. Lai saglabātu vai uzlabotu ekonomiskos rādītājus, bija nepieciešami radikāli jauni risinājumi koncepcijas līmenī. Pirmie pētījumi šajā virzienā sākās piecdesmito gadu beigās un drīz vien deva reālus rezultātus.

NASA sadarbībā ar vairākiem privātiem aviācijas un kosmosa uzņēmumiem ir izstrādājusi vairākas jaunas koncepcijas progresīvām sistēmām. Vienu no tiem sauca par Big Dumb Booster - "Liels stulbs (vai primitīvs) nesējraķete".

Attēls

Šīs koncepcijas būtība bija pēc iespējas vienkāršot nesējraķetes un tās atsevišķo sastāvdaļu dizainu. Šim nolūkam bija jāizmanto tikai labi apgūti materiāli un tehnoloģijas, atsakoties no jaunu izstrādes. Tika prasīts arī vienkāršot pašas raķetes un tās sastāvdaļu konstrukciju. Tajā pašā laikā bija nepieciešams palielināt pārvadātāju, palielinot tā lietderīgo slodzi.

Sākotnējie aprēķini liecina, ka šī dizaina un ražošanas pieeja ir ļāvusi BDB ievērojami samazināt palaišanas izmaksas. Salīdzinot ar esošajām un daudzsološajām "tradicionālā" izskata raķetēm, jaunie modeļi bija daudzkārt ekonomiskāki. Tika gaidīts arī ražošanas pieaugums.

Tādējādi BDB pastiprinātājs varētu ātri izveidot un sagatavoties palaišanai un pēc tam nosūtīt lielāku slodzi orbītā. Sagatavošana un palaišana būtu bijusi par saprātīgām izmaksām. Tas viss varētu kļūt par labu stimulu astronautikas tālākai attīstībai, taču vispirms bija jāizstrādā un jāīsteno principiāli jauni projekti.

Fundamentāli risinājumi

BDB koncepcijas izstrādē piedalījās vairākas raķešu un kosmosa tehnoloģiju attīstības organizācijas. Viņi ir ierosinājuši un dažādās gatavības pakāpēs veikuši vairākus nesējraķešu projektus. Piedāvātie paraugi ievērojami atšķīrās viens no otra pēc izskata vai īpašībām, bet tajā pašā laikā tiem bija vairākas kopīgas iezīmes.

Lai vienkāršotu un samazinātu raķetes izmaksas, tika ierosināts būvēt nevis no viegliem sakausējumiem, bet no pieejamiem un labi apgūtiem tēraudiem. Pirmkārt, tika ņemtas vērā augstas izturības un elastības pakāpes no martensīta tērauda kategorijas. Šādi materiāli ļāva uzbūvēt lielākas raķetes ar nepieciešamajiem stiprības parametriem un par saprātīgām izmaksām. Turklāt tērauda konstrukcijas varēja pasūtīt no dažādiem uzņēmumiem, t.sk. no dažādām nozarēm - no aviācijas līdz kuģu būvei.

Attēls

Lielai raķetei ar lielu slodzi bija nepieciešama jaudīga vilces sistēma, taču šāds produkts pats par sevi bija ārkārtīgi dārgs un sarežģīts. Tika ierosināts atrisināt šo problēmu, izmantojot visefektīvākos degvielas veidus, kā arī mainot dzinēja konstrukciju. Viena no galvenajām idejām šajā jomā bija turbopumpu agregātu noraidīšana - viena no sarežģītākajām šķidro propelentu raķešu dzinēju sastāvdaļām. Tika plānots piegādāt degvielu un oksidētāju paaugstināta spiediena dēļ tvertnēs. Šis risinājums vien nodrošināja ievērojamus izmaksu ietaupījumus.

Piedāvātie materiāli un sakausējumi nodrošināja lielu konstrukciju celtniecību ar atbilstošu potenciālu. Big Dumb Booster raķetes kravnesību var palielināt līdz 400–500 tonnām vai vairāk. Palielinoties raķetes izmēriem, samazinājās sausās masas īpatsvars starta svarā, kas solīja jaunus panākumus un papildu ietaupījumus.

Nākotnē raķetes vai to elementus varētu padarīt atkārtoti lietojamus, ko veicināja izturīga tērauda izmantošana. Sakarā ar to tika plānots panākt papildu palaišanas izmaksu samazinājumu.

Tomēr, lai iegūtu reālus rezultātus, bija jāpabeidz pētnieciskais darbs un pēc tam jāuzsāk eksperimentālais dizains. Neskatoties uz šķietamo vienkāršību, šie posmi var aizņemt daudzus gadus un prasīt ievērojamu finansējumu. Neskatoties uz to, kosmosa nozares uzņēmumi uzņēmās šo risku un sāka izstrādāt daudzsološas "primitīvas" nesējraķetes.

Drosmīgi projekti

Pirmie jauna veida projekti parādījās 1962. gadā, un tos novērtēja NASA speciālisti. Šie BDB varianti tika balstīti uz kopīgām idejām, taču tos izmantoja dažādos veidos. Jo īpaši bija atšķirības pat sākuma metodē.

Attēls

Patiesais rekordists varētu būt General Dynamics izstrādātā NEXUS raķete. Tā bija vienpakāpju nesējraķete ar augstumu 122 m un maksimālo diametru 45,7 m ar stabilizatoriem 50 m diapazonā. Paredzamais palaišanas svars sasniedza 21,8 tūkstošus tonnu, lietderīgā slodze, lai to palaistu zemas zemes orbītā līdz 900 tonnām.Citu orbītu kravnesība bija uz pusi mazāka.

Raķetei NEXUS vajadzēja palaist kravu orbītā un pēc tam nosēsties okeānos, izmantojot izpletņus un cietā propelenta nosēšanās dzinējus. Pēc apkalpošanas šāds BDB varētu veikt jaunu lidojumu.

Tajā pašā gadā parādījās kompānijas Aerojet projekts Sea Dragon. Viņš ierosināja īpaši smagu jūras palaišanas pastiprinātāju, un tam nebija nepieciešamas atsevišķas palaišanas iekārtas. Turklāt šādu raķešu ražošanā bija plānots iesaistīt kuģu būves uzņēmumus, kuriem ir nepieciešamās - nevis sarežģītākās - tehnoloģijas metāla konstrukciju montāžai.

"Jūras pūķis" tika uzbūvēts pēc divpakāpju shēmas ar vienkāršotiem raķešu dzinējiem abos. Raķetes garums sasniedza 150 m, diametrs - 23 m. Svars - apm. 10 tūkstoši tonnu, kravnesība - 550 tonnas LEO. Pirmajā posmā tika nodrošināts petrolejas-skābekļa dzinējs ar vilces spēku 36 miljoni kgf. Sauszemes palaišanas kompleksa vietā tika piedāvāta kompaktāka sistēma. Tas tika izgatavots lielas balasta tvertnes veidā ar nepieciešamajām ierīcēm, kas piestiprinātas pirmā posma apakšai.

Attēls

Kā domāja dizaineri, raķeti Sea Dragon vajadzēja izgatavot kuģu būvētavā no parastajiem "kuģa" materiāliem. Pēc tam ar vilkšanas palīdzību produkts horizontālā stāvoklī jāvelk līdz palaišanas vietai. Palaišanas sistēma nodrošināja raķetes pārvietošanu no horizontālas uz vertikālu stāvokli ar iegrimi apmēram pusi no korpusa. Tad pūķis varēja iedarbināt dzinējus un pacelties gaisā. Pakāpienu atgriešana tika veikta ar izpletņu palīdzību, nolaižoties uz ūdens.

Lēti, bet dārgi

Īpaši smago nesējraķešu Big Dumb Booster projekti radīja lielu interesi astronautikas tālākās attīstības kontekstā. Tomēr to īstenošana bija saistīta ar vairākām raksturīgām grūtībām, kuras nepārvarot nebija iespējams iegūt vēlamos rezultātus.Prātīgs tehnisko priekšlikumu un projektu izvērtējums noveda pie visa virziena slēgšanas.

Aeroget, General Dynamics un citu uzņēmumu ierosināto projektu tālāka attīstība bija ļoti grūts uzdevums. Lai izveidotu "lētu" raķeti, bija nepieciešami lieli izdevumi projektu izstrādei un esošo tehnoloģiju pielāgošanai kosmosa lietojumiem. Tajā pašā laikā raķetes pārskatāmā nākotnē neinteresēja: simtiem tonnu kravas vienkārši nebija un tas nebija gaidāms nākamajos gados.

NASA uzskatīja, ka nav pareizi tērēt laiku, naudu un pūles projektiem bez reāla labuma. Līdz sešdesmito gadu vidum viss darbs pie BDB tēmas bija beidzies. Daži šo darbu dalībnieki mēģināja pārtaisīt projektus citiem uzdevumiem, taču šajā gadījumā turpinājumu nesaņēma. Par prieku nodokļu maksātājiem, darbs pie BDB apstājās agri, un apšaubāmajai programmai tika tērēts maz naudas.

Kā parādīja amerikāņu astronautikas tālākā attīstība, smagās un īpaši smagās nesējraķetes patiešām tika izmantotas, bet sistēmas ar celtspēju simtiem tonnu bija liekas, kā arī pārāk sarežģītas un dārgas - neskatoties uz sākotnējiem plāniem. Astronautikas attīstība turpinājās bez "Lielās primitīvās raķetes" - un parādīja vēlamos rezultātus.

Populārs ar tēmu