Es domāju, ka daudzi astronautikas entuziasti, kurus aktīvi interesē vēsture un pašreizējais stāvoklis kosmosa izpētes un izpētes jomā, jau ir atpazinuši titulbildē iemūžināto raķeti.
Šī raķete vai, pareizāk sakot, raķešu pastiprinātājs ir lielākā cietā propelenta raķete, ko jebkad radījusi cilvēce.
Nu, tagad tas ir kļuvis vēl vairāk.
Šis ir Space Shuttle sistēmas sānu pastiprinātājs, kas tagad ir kļuvis vēl lielāks, papildus četrām standarta sadaļām, ar kurām tā tika palaista kopā ar kosmosa kuģi, saņēma vēl piekto sekciju, kas ļaus tai kļūt par raķeti pastiprinātājs jaunajai īpaši smagajai kosmosa palaišanas sistēmai NASA, ko sauc par SLS (Space Launch System).
Tieši šai sistēmai, saskaņā ar NASA ideju, jāatdod Amerikas Savienotajām Valstīm plauksta visos kosmosa izpētes aspektos, vienlaikus dodot visai cilvēcei iespēju atgriezties pie kosmosa robežas, beidzot pārtraucot zemās Zemes apburto loku orbītā un atkal iekļaujot dienaskārtībā jautājumu par Mēness izpēti un … pat Marsu.
Cik reāla un cik iespējams ir šī vērienīgā programma? Mēģināsim to izdomāt.
Vēsturisko, mūsdienu un attīstīto amerikāņu palaišanas sistēmu salīdzinošie izmēri.
Aizpildīšanas jautājums: kāpēc Delta IV ir lielāks par Falcon 9?
Pašreizējais amerikāņu kosmonautikas stāvoklis pēc kosmosa kuģu sistēmas arēnas atstāšanas ir diezgan nožēlojams: smagākā nesējraķete, kas ir ASV rīcībā pēc pašreizējā statusa, ir Delta IV Heavy, kas var samazināt 28 kravu Zemes orbīta (LEO), 4 tonnas.
Delta IV ģimene, neskatoties uz Boeing dizaina, inženierijas un komerciālajiem centieniem radīt un popularizēt savus pēcnācējus tirgū, izrādījās “nepareizā laikā un nepareizā vietā”: ņemot vērā zemās izmaksas Krievijas raķetes Proton palaišana un Ukrainas Zenit-3SL izmaksas par kravas palaišanu, izmantojot Delta IV, izrādījās diezgan nepieejamas.
Viena "Delta IV" palaišana izmaksāja 140-170 miljonus ASV dolāru, savukārt līdzīgas lietderīgās kravas Proton izmaksas bija aptuveni 100 miljoni ASV dolāru, bet izmaksas par mazāka, bet konkurētspējīga ar "Delta IV" Ukrainas "Zenith-3SL" palaišanu bija vēl zemāka - tikai 60 miljoni dolāru.
Tik augstās Delta IV palaišanas izmaksas piespieda Boeing meklēt tam tikai valdības pasūtījumus, un līdz ar to visas Delta palaišanas, izņemot vienu, tika apmaksātas no ASV Valsts departamenta budžeta.
Nesējraķetes Delta IV palaišana Heavy variantā. Palaišanas svars ir aptuveni 733 tonnas.
Galu galā, 2000. gadu vidū, Delta IV beidzot izkrita no kosmosa palaišanas komerciālā segmenta - un tā nekad nevarēja tur atgriezties līdz pat šim laikam, kad sākās puiši no privātā veikala SpaceX, kura raķete Falcon 9 arī nonāca "Delta IV" tirgus nišas tuvumā, un tās pašas raķetes, ar nosaukumu Falcon 9 Heavy, modifikācija, ko plānots palaist 2015. gadā, to pat pārspēja.
Sākot Falcon 9 Heavy, uzreiz tiks ieslēgti 27 Merlin dzinēji ar vilces spēku 66 tonnas katrā, ko darbina petroleja un skābeklis.
Šim Elona Muska prātam vajadzētu novest SpaceX "privāto" kosmosa programmu iepriekš nesasniedzamā augstumā: vienreizējai nesējraķetes versijai uz LEO pārvadātās kravas masa būs līdz 53 tonnām, izmantojot GPO - 21, 2 tonnas un pa trajektoriju uz Marsu - 13, 2 tonnas. Atgriežoties sānu pastiprinātājiem un centrālajai vienībai, kravnesība nepārsniegs 32 tonnas uz LEO - par nesējraķetes atkārtotu izmantošanu ir jāmaksā ar papildu degvielas patēriņu un līdz ar to arī kravnesības samazināšanos.
Starp tehniskajiem jauninājumiem Falcon 9 Heavy izstrādes laikā izstrādātājs paziņoja par unikālu degvielas un oksidētāja pārplūdes iespēju lidojuma laikā no sānu pastiprinātājiem uz nesējraķetes pirmo posmu, kas ļaus centrālajā daļā ievietot pilnas degvielas tvertnes. sadaļu sānu pastiprinātāju atdalīšanas laikā un uzlabot orbītā novietotās lietderīgās kravas veiktspēju. …
Falcon 9 raķešu pirmo posmu korpusu montāža. Tagad aplī ir uzstādīti 8 dzinēji ar vienu centrālo. Pārpildītā, bet ne trakā.
Pēdējā rindkopā minētā "trajektorija uz Marsu" nav abstrakcija. Ar 1 462 tonnu starta masu, kas ir divas reizes lielāka par šobrīd rekordlielo Delta IV masu, smagais Falcon jau ir tas nepieciešamais solis, kas ļauj nopietni padomāt par lidojumiem uz Mēnesi un Marsu. Lai gan tādā konfigurācijā, kas vairāk līdzinās padomju eksperimentiem ar sērijas Zondi aparātu, nevis kolosālajai Amerikas Saturna-Apollo programmai.
Tomēr nākotnē "Delta IV" un Falcon 9 koncepcija ar sānu pastiprinātājiem, kas ir to pirmo posmu "kloni", sāk slīdēt, kā paredzēts.
Lieta ir tāda, ka nav iespējams pavairot sākuma "sānu sienas", kas ļauj palielināt slodzes masu līdz LEO līdz bezgalībai - divus vai četrus sānu blokus joprojām var kaut kā piestiprināt centrālajam, bet tad sarežģītība šādas daudzkomponentu struktūras montāža un kontrole, kas tikai pieaug eksponenciāli.
Tieši par to kopumā "aizmiga" Koroleva Mēness raķete N-1, kuras pirmajā posmā bija 30 NK-33 raķešu dzinēji, kas kopā ar pašas raķetes piecu pakāpju shēmu neļauj līdz galam atrisināt visus jautājumus par tā bezrūpīgu palaišanu.
Pašreizējā Falcon 9 konfigurācija, sākot tūlīt ar 27 dzinējiem, jau ir tuvu sarežģītības robežai, un, visticamāk, Elona Muska uzņēmumam jau būs jāpalielina vienas raķešu vienības masa un izmēri, kas nekavējoties palielina prasības visā ražošanas, transportēšanas un raķešu palaišanas ķēdē.
Krievijas daudzsološā raķešu saime "Angara", visticamāk, saskarsies ar līdzīgām problēmām. Vienības bloka nelielais relatīvais izmērs jau noved pie tā, ka raķetei Angara-A5 ar sākuma masu 733 tonnas nekavējoties ir jāuzliek četras pastiprinātāja "puses" (ar kravnesību 24,5 tonnas uz LEO).
Angara-A5 pirms palaišanas 2014. gada 23. decembrī. Sākumā darbojas pieci RD-191 dzinēji, katrs ar 196 tonnu vilci.
Turpmāka Angara kravnesības palielināšanās ir atkarīga no tā, ka otrā posma bāzes sekcijai jāpiestiprina nevis četri, bet seši raķešu pastiprinātāji, kas, iespējams, jau ir sava veida strukturāls un inženierijas ierobežojums pakešu sistēmu mērogošanai, jo Falcon 9 koncepcijas limits ir 27 Merlin-1D dzinēji uz trim starta blokiem.
Rezultātā iegūtais projekts Angara-A7, saskaņā ar aprēķiniem, ar savu starta svaru 1370 tonnas varēs nodot LEO 50 tonnu kravnesību (ja izmanto ūdeņraža degvielu otrajam posmam), kas, visticamāk, ļaus ir Angara ģimenes raķešu koncepcijas maksimālais mērogs.
"Angara A5" un "Angara A7" jēdzienu salīdzinājums - ar petroleju un ūdeņraža degvielu. Tajā pašā laikā ir atbilde - kāpēc "Delta IV" ir liels, bet Falcon 9 - mazs.
Kopumā neatkarīgi no tā, ko var teikt, koncepcijas, kuru pamatā ir 200 vai pat 400 tonnu klases raķešu bloks - joprojām izrādās, ka šādu "pakešu" raķešu konstrukcijas un inženiertehniskā karačuna robeža ir aptuveni 1300. 1500 tonnas, kas atbilst izvilktajai masai 45-55 tonnas uz LEO.
Bet tad jau ir jāpalielina gan viena dzinēja vilce, gan raķešu pakāpes vai akseleratora izmērs.
Un tieši šo ceļu VZD projekts iet šodien.
Pirmkārt, ņemot vērā "Delta IV" negatīvo pieredzi, VZD izstrādātāji centās maksimāli izmantot pagātni. Tika izmantots viss un visi: Space Shuttle raķešu pastiprinātāji, kas tika pastiprināti, lai radītu smagu raķeti, un vecie RS-25 ūdeņraža-skābekļa dzinēji, kas tika uzstādīti otrajā posmā, un…. ("Mēness sazvērestības" teorijas piekritēji-gatavojieties!) sen aizmirstie ūdeņraža-skābekļa dzinēji J-2X, kuru izcelsme ir Mēness raķetes "Saturn V" otrās un trešās pakāpes dzinēji un kuri tiek piedāvāti izmantot projektētajos augšējos posmos SLS!
Turklāt ilgtermiņa plāni SLS paātrinātāju uzlabošanai paredz divus konkurējošus projektus, kuros cietā propelenta vietā tiek izmantoti šķidro propelentu raķešu dzinēji: uzņēmuma Aerojet projekts, kurā tika prezentēts tā izstrādātais slēgtā cikla AJ1E6 petrolejas-skābekļa dzinējs nākotnei "smagais" nesējs, kura izcelsme ir raķetēs NK-33 Royal H-1- un Pratt & Whitney Rocketdine projekts, kas piedāvā … (un atkal pārsteigums, lunoskeptiķi!) ASV atjaunot F ražošanu -1 dzinēji, kas savulaik no Zemes pacēla slaveno Saturn V raķeti.
Varbūt dzīve atgriezīsies šajos testa solos. "Saturn V" - "Saturn 1C" LV pirmā posma pārbaude 1968. gada augustā pie ciklopu testa stenda V -2. Ņemiet vērā, ka solis tiek transportēts uz liellaivas.
Piedalās nākotnes daudzsološā palaišanas paātrinātāja un pašreizējā cietā propelenta pastiprinātāju, kas atrodas SLS nesējraķetes, Block I - ATK (Alliant Techsystems) sākotnējā montāžā, izstrādē, kas ierosināja vēl vairāk palielināt esošo Space Shuttle pastiprinātāju palielinot tā garumu un diametru … Daudzsološā akseleratora projektu no ATK sauc par "tumšo bruņinieku".
Nu, kā ķirsis uz kūkas - viena no turpmākajām SLS sistēmas konfigurācijām Block Ib ietver ūdeņraža -skābekļa vienības izmantošanu kā trešo posmu, kas aizgūts no … Delta IV raķetes!
Tas, jūs zināt, ir "ellišķīgs LEGO", kurā NASA mēģināja novērtēt, apvienot un izmantot visus esošos sasniegumus smago raķešu jomā.
Kas ir SLS mediju saime? Galu galā, kā mēs jau atceramies no piemēra "Delta IV", "Angāri" un Falcon 9 - kopējie izmēri var būt maldinoši.
Tātad, šeit ir vienkārša diagramma, lai saprastu, kas ir paredzēts:
Diagrammas kreisajā pusē ir smagās nesējraķetes, kas joprojām bija ASV. Mēness Saturn V, kas LEO varētu ienest 118 tonnu kravnesību, un kosmosa kuģis, kas, šķiet, ir novietojis orbītā daudzkārt lietojamo lidaparātu, kas sver no 120 līdz 130 tonnām, bet tajā pašā laikā var piegādāt tikai ļoti pieticīga krava - tikai 24 tonnas kravas.
SLS koncepcija tiks īstenota divās galvenajās versijās: apkalpota (apkalpe) un bezpilota (krava).
Turklāt trīs daudzsološu raķešu pastiprinātāju projektu nepieejamība no Aerojet, Rocketdine un ATK liek NASA izmantot tās pieejamās "LEGO raķešu detaļas", proti, tās piecu sekciju uzlabotās Space Shuttle pastiprinātājas.
Šādā veidā uzbūvēts pārejas "ersatz-pārvadātājs" (oficiāli saukts par SLS I bloku), tomēr saskaņā ar visiem aprēķiniem jau būs daudz nopietnāka kravnesība nekā ekspluatācijas "Delta IV" vai Falcon 9 Heavy, kas ir gatavs palaišanai. Nesējraķete SLS Block I varēs pacelt 70 tonnu kravu uz LEO.
Salīdzinot ar SLS koncepciju, tiek parādīti NASA apstādinātie notikumi Constellation programmas ietvaros - nesējraķete Ares (Mars), kas vēl nav izveidota līdz beigām, kas 2009. gadā veica tikai vienu izmēģinājuma lidojumu, Ares 1X dizainā, kas sastāvēja no tā paša modificētā četru sekciju Space Shuttle paātrinātāja, kuram tika pievienots testa iekraušanas piektais segments un otrā posma prototipa slodze. Šī izmēģinājuma lidojuma mērķis bija pārbaudīt cietā propelenta pirmās pakāpes darbību "viena stieņa" ("apaļkoku") izkārtojumā, tomēr kaut kam ir jābūt notikušam testu laikā, kad tika atdalīts pirmais un otrais posms, notika neatļauts lēciens uz priekšu no 1. posma, ko izraisīja, visticamāk, trieciena norauto degvielas fragmentu pēcdedzināšana. Cietā propelenta pastiprinātājs galu galā panāca 2. posma izkārtojumu un to taranēja.
Pēc tam NASA tika ierobežots diezgan neveiksmīgs mēģinājums salikt "jaunu LEGO" no vecajām detaļām, projekts Ares un pati zvaigznājs tika novietoti neveiksmīgo koncepciju plauktā un no izstrādātā pamata Constellation ietvaros., palika tikai diezgan veiksmīgs orbitālais pilotējamais kosmosa kuģis. "Orion", kas būvēts pēc vienreizlietojamiem kuģiem ierastās atgriešanās kapsulas shēmas, kas beidzot pielika punktu Space Shuttle atkārtoti lietojamam planierim.
Orion kosmosa kuģis pirms pirmās palaišanas ar raķeti Delta IV. 2014. gada decembris.
Orion kosmosa kuģa diametrs ir 5,3 metri, kosmosa kuģa svars ir aptuveni 25 tonnas. Orion iekšējais tilpums būs 2,5 reizes lielāks nekā kosmosa kuģa Apollo iekšējais tilpums. Kuģa kabīnes tilpums ir aptuveni 9 m³. Pateicoties tik iespaidīgajai orbītas kosmosa kuģa masai un brīvajam iekšējam tilpumam, Orion gandrīz misiju laikā zemās orbītās (piemēram, ekspedīcijā uz SKS) var atbalstīt 6 kosmonautus.
Tomēr, kā jau tika minēts sākumā, galvenais Orion uzdevums, un tas būtu jānovieto orbītā ārpus zemas atskaites sistēmas SLS, ir ASV atgriešanās pie uzdevumiem apgūt tālo Zemes tuvumā esošo telpu un, pirmkārt,, Mēness un Marss.
Tieši lidojumam uz Mēnesi un, iespējams, uz Marsu tiek aprēķināti ASV un Krievijas galvenie centieni uzlabot savus kosmosa kuģus un nesējraķetes.
Šeit principā ērtā tabulas veidā tiek analizēta atšķirība starp amerikāņu "Orion" un Krievijas PPTS sistēmu.
Par nosaukumu PPKS PPTS, protams, vajag uzreiz kādu pārspēt, bet nu labi. Un vispār diemžēl ar PPTS projektu līdz šim viss ir ļoti grūti.
Tāpēc attiecībā uz PPTS mums pagaidām ir tikai smieklīgi attēli no izstādes. Bet patiesībā līdz šim tas tika darīts, lai aizvainotu maz …
Ir tikai modelis - starp pagātni un nākotni. Ir tikai modelis - un turies pie tā …
Papildus finansējuma problēmām, koncepcijas pārpratumam un daudziem dizaina un inženiertehniskiem jautājumiem PTS nākotne ir neskaidra un tāpēc, ka trūkst atbilstošas nesējraķetes dažu tās plānoto uzdevumu veikšanai. Kā jau teicu, līdz šim Krievijā metālā ir tikai "Angara-A5", kas LEO var ienest ne vairāk kā 24,5 tonnas, kas ir pilnīgi pietiekami, lai veiktu misijas zemei, bet absolūti nepietiek turpmākai uzbrukumam uz Mēness vai Marss.
Turklāt PPTS koncepcijas pamatā bija alternatīvas radīšana ģimenes "Rus-M" raķetei "Angara", kuras darbs arī līdz šim ir pārtraukts.
"Rus" ģimenes raķešu projekti, salīdzinot tikai ar "Sojuz" un "Angara" ģimenēm.
Raķešu saimes Rus galvenais mērķis bija nodrošināt apkalpojamus lidojumus, kuru dēļ raķetei, neskatoties uz citām lietām, ir zemāka LEO slodze nekā raķetēm Angara. Tas ir saistīts ar faktu, ka apkalpotu lidojumu laikā viena no prasībām ir nesējraķetes spēja atstāt startu pat tad, ja nedarbojas viens no dzinējiem, un prasība nodrošināt lidojuma turpināšanu vēlākas atteices gadījumā. viens no dzinējiem - turpinot kosmosa kuģa palaišanu pazeminātā orbītā vai nodrošinot glābšanu un drošu nosēšanos.
Šīs prasības, tostarp īpaša palaišanas trajektorija, kurai vajadzētu nodrošināt apkalpes pārslodzi ne vairāk kā 12 g ārkārtas situācijās un avārijas glābšanas sistēmas (SAS) klātbūtne, ievērojami samazina kravas nestspēju. " Rus "apkalpotajā versijā.
Turklāt bāzes bloka "Rus" konstrukcijas diametrs 3, 8 metri tika izvēlēts, pamatojoties uz tradicionālajiem PSRS un Krievijas nesējraķešu daļu pārvadājumiem pa dzelzceļu.
Amerikas Savienotajās Valstīs apzināti, sākot ar Saturn-Apollo programmu, pirmie nesējraķešu posmi tika veikti, pamatojoties uz atbilstošo izmēru, ņemot vērā iespēju tos transportēt ar ūdens (piekrastes-jūras un upju) transportu, kas ievērojami vienkāršotas prasības atsevišķas raķešu vienības izmēriem …
Saturn V LV pirmā posma transportēšana uz Pērļu upes liellaivas.
Šodien darbs pie SLS un Orion pat pēc Constellation sabrukuma rit pilnā sparā.
Pabeidzot SLS I bloku, kas gandrīz pilnībā balstīsies uz esošajiem kosmosa kuģu atlikumiem, NASA plāno pāriet uz nākamo, daudz vērienīgāko posmu - SLS bloku II, ar starpposma pieturām SLS bloka Ia un SLS bloks Ib.
LEGO būvēšanas iespēja, ja raķešu pastiprinātāji ir gatavi ātrāk. I bloks, Ia bloks un pēc tam II bloks.
LEGO būvēšanas iespēja, ja modificētais trešais posms ir gatavs agrāk. I bloks, Ib bloks un pēc tam II bloks.
Nesējraķetei SLS Block Ia jau vajadzētu saņemt vienu no daudzsološajiem raķešu palaišanas pastiprinātājiem: vai nu no Aerojet ar petrolejas-skābekļa AJ1E6 slēgto ciklu, vai no Rocketdyne ar modificētu F-1 atvērtu ciklu no Saturna V vai to pašu jaunajā cietais kurināmais "Melnais bruņinieks" no ATK.
Jebkura no šīm iespējām spēs nodrošināt bloka Ia celtspēju LEO reģionā 105 tonnas, kas jau ir salīdzināma ar Saturna V un kosmosa kuģa kravnesību (ja to saskaitām kopā ar lidaparātu)).
Tie paši uzdevumi tiks atrisināti, izveidojot liela mēroga un pielāgotu visas trešās kriogēnās stadijas palaišanas sistēmas lielumam, kas spēs papildināt divpakāpju I bloka sistēmu (palaišanas pastiprinātāji un centrālā stadija) uz Space Shuttle dzinējiem) ar trešo posmu, kas Block Ia variantam būs tāds, kā es jau minēju, aizgūts no raķetes Delta IV un nodrošinās SLS arī līdz 105 tonnu derīgās kravas izvadi LEO.
Visbeidzot, galīgajai Block II sistēmai jau vajadzētu būt pilna izmēra, masveidā konstruētam SLS trešajam posmam, kas tāpat kā Saturn V otrais posms izmantos 5 uzlabotus J-2X dzinējus un piegādās 130 tonnas kravas LEO.
Bet pat par spīti visiem šiem trikiem šāds "kosmosa LEGO" izmaksās aptuveni 500 miljonus ASV dolāru par vienu palaišanu, kas, protams, ir mazāk nekā kosmosa kuģa palaišanas izmaksas (1,3 miljardi ASV dolāru), bet tomēr - pietiekami jutīgs par NASA budžetu.
Kādus uzdevumus vajadzētu atrisināt SLS, un kāpēc NASA neņem vērā Falcon 9 Heavy iespēju, kas paredz nodrošināt 135 miljonu ASV dolāru izmaksas vienreizējās lietošanas degvielas pārneses sistēmai un 53 tonnas kravas LEO?
Lieta tāda, ka NASA mērķēja uz Mēnesi, Marsu un pat Jupitera asteroīdiem un pavadoņiem! Un Falcon 9 Heavy izrādās pārāk maza raķete šādiem uzdevumiem …
Kodolraķete uz Marsu!
Bet tas, protams, ir laba atsevišķa raksta tēma….
PS. Pēc mana raksta pārlasīšanas es ziņoju.
Ja es kritizēju mūsdienu krievu pieeju kosmosa izpētei un slavēju amerikāņus, tad tam ir pamatoti iemesli.
Vēl 2010. gadā Amerikas kosmosa izpētes programmas stāvoklis bija nožēlojams: Space Shuttle programma jau bija plānota slēgt, Ares palaišana parādīja pilnīgu Constellation ideju neatbilstību, visi amerikāņu laikraksti un žurnāli rakstīja par “Krievijas kosmosa verdzību”. ASV.
Taču pēdējo 5 gadu laikā ASV kosmosa industrija ir pārgrupējusies, saņēmusi nepieciešamo finansējumu un iemācījusies dzīvot jaunos, skarbākos apstākļos.
Vai Krievijas kosmonautika varēs lepoties ar to 5 gadu laikā - it īpaši ņemot vērā faktu, ka šis gads mums nes nepatīkamas ziņas par programmu Rus -M un PPTS LV slēgšanu, Vostočnijas kosmodroma uzsākšanas atlikšanu. un kopējais Roscosmos finansējuma samazinājums?
Gaidi un redzēsi. Es turu mūsu pirkstus ar krustu.
