Uskon, että monet astronautian harrastajat, jotka ovat aktiivisesti kiinnostuneita avaruustutkimuksen ja -tutkimuksen historiasta ja nykytilanteesta, ovat jo tunnistaneet otsikossa kuvatun raketin.
Tämä raketti tai pikemminkin raketinvahvistin on suurin ihmiskunnan koskaan luoma kiinteän polttoaineen raketti.
No nyt on tullut vielä enemmän.
Tämä on avaruussukkulajärjestelmän sivuvahvistin, joka on nyt kasvanut entisestään, kun se on saanut neljän tavallisen osan lisäksi, joiden kanssa se avasi avaruussukkulalla, lisäksi viidennen osan, jonka avulla siitä voi tulla raketti vahvistin uudelle NASA: n erittäin raskaalle avaruuden laukaisujärjestelmälle, SLS (Space Launch System).
Nasan idean mukaan tämän järjestelmän pitäisi palauttaa Amerikan yhdysvallat kämmenelle avaruustutkimuksen kaikilla osa -alueilla, samalla kun se antaa koko ihmiskunnalle mahdollisuuden palata avaruuden rajalle rikkomalla lopulta matalan maan noidankehä kiertorata ja ottaa kuun etsintäkysymyksen takaisin asialistalle ja … jopa Mars.
Kuinka todellinen ja toteuttamiskelpoinen tämä kunnianhimoinen ohjelma on? Yritetään selvittää se.
Vertailevat koot historiallisista, nykyaikaisista ja kehitetyistä amerikkalaisista laukaisujärjestelmistä.
Täyttökysymys: miksi Delta IV on suurempi kuin Falcon 9?
Amerikkalaisen kosmonautian nykytila Space Shuttle -järjestelmän areenalta poistumisen jälkeen on melko valitettava: Yhdysvaltojen raskain kantoraketti senhetkisen tilansa kannalta on Delta IV Heavy, joka voi laskea 28 kuorman Maan kierto (LEO), 4 tonnia.
Delta IV -perhe, huolimatta Boeingin suunnittelusta, suunnittelusta ja kaupallisista pyrkimyksistä luoda ja edistää jälkeläisiään markkinoilla, osoittautui "väärässä ajassa ja väärässä paikassa": alhaisten kustannusten vuoksi Venäläisen Proton-raketin ja Ukrainan Zenit-3SL: n osalta hyötykuorman laukaisukustannukset Delta IV: llä osoittautuivat kohtuuttomiksi.
"Delta IV": n yksittäinen lanseeraus maksoi 140–170 miljoonaa dollaria, kun taas samanlaisen hyötykuorman Protonin kustannukset olivat noin 100 miljoonaa dollaria ja pienemmän, mutta kilpailukykyisen "Delta IV" -julkaisun "Zenith-3SL" kanssa käynnistämisen kustannukset oli vielä pienempi - vain 60 miljoonaa dollaria.
Delta IV: n käynnistämisen korkeat kustannukset pakottivat Boeingin etsimään sille yksinomaan valtion tilauksia, ja sen seurauksena kaikki Delta -lanseeraukset, paitsi yksi, maksettiin Yhdysvaltain ulkoministeriön talousarviosta.
Heavy -variantin Delta IV -kantoraketin lanseeraus. Lähtöpaino on noin 733 tonnia.
Lopulta 2000 -luvun puolivälissä Delta IV lopulta lopetti avaruuden laukaisujen kaupallisen segmentin - eikä se pystynyt palaamaan sinne ennen kuin nykyään, kun kaverit SpaceX -yksityisliikkeestä, jonka Falcon -raketti alkoi 9 pääsi myös lähelle "Delta IV": n markkinarakoa, ja saman raketin, nimeltään Falcon 9 Heavy, muutos, joka oli tarkoitus julkaista vuonna 2015, jopa ylitti sen.
Falcon 9 Heavy -mallin alussa 27 Merlin -moottoria, joiden työntövoima on 66 tonnia, kerosiinilla ja hapella, kytketään päälle heti.
Tämän Elon Muskin aivotuloksen pitäisi nostaa SpaceX: n "yksityinen" avaruusohjelma aiemmin saavuttamattomalle korkeudelle: kantorakettien kertaluonteisessa versiossa LEO: lle kuljetettavan rahdin massa on jopa 53 tonnia, GPO: lla - 21, 2 tonnia ja Marsin radalla - 13, 2 tonnia. Kun sivuvahvistimet ja keskusyksikkö palautetaan, kantokyky ei ylitä 32 tonnia LEO: ta kohti - kantorakettin uudelleenkäytettävyydestä joudut maksamaan lisää polttoaineenkulutusta ja sen seurauksena hyötykuorman pienenemistä.
Kehittäjä ilmoitti Falcon 9 Heavy -kehityksen aikana kehitetyistä teknisistä innovaatioista ainutlaatuisen mahdollisuuden polttoaineen ja hapettimen ylivuotoon sivuttaisvahvistimista kantorakettin ensimmäiseen vaiheeseen lennettäessä, mikä mahdollistaa täydet polttoainesäiliöt keskellä osassa sivuvahvistimien erottamisen yhteydessä ja parantaa kiertoradalle asetetun hyötykuorman suorituskykyä. …
Falcon 9 -rakettien ensimmäisten vaiheiden runkojen kokoaminen. Nyt 8 moottoria on asennettu ympyrään, yksi keskimmäinen. Tungosta, mutta ei hulluna.
Viimeisessä kappaleessa mainittu "Marsin liikerata" ei ole abstraktio. Raskas Falconin laukaisumassa on 1 462 tonnia, joka on kaksinkertainen tällä hetkellä ennätykselliseen Delta IV: een verrattuna. Vaikka kokoonpanossa, joka muistuttaa enemmän Neuvostoliiton kokeita Probe-sarjan laitteella kuin valtava amerikkalainen Saturnus-Apollo-ohjelma.
Kuitenkin tulevaisuudessa "Delta IV" -konseptin ja Falcon 9: n käsite sivuvahvistimilla, jotka ovat ensimmäisten vaiheidensa "klooneja", alkavat luistaa odotetusti.
Asia on se, että on mahdotonta kertoa alkavia "sivuseiniä", joiden avulla voit lisätä kuorman massan LEO: een äärettömyyteen - kaksi tai neljä sivulohkoa voidaan silti jotenkin kiinnittää keskiosaan, mutta sitten monimutkaisuus tällaisen monikomponenttisen rakenteen kokoaminen ja hallinta vain kasvaa eksponentiaalisesti.
Yleensä tästä syystä Korolevin kuuraketti N-1 "nukahti", jonka ensimmäisessä vaiheessa oli 30 NK-33-rakettimoottoria, mikä yhdessä raketin viisivaiheisen suunnitelman kanssa Älä anna kaikkien ongelmattoman käynnistyksen kysymysten selvittää loppuun asti.
Falcon 9: n nykyinen kokoonpano, joka alkaa heti 27 moottorilla, on jo lähellä monimutkaisuuden rajaa, ja edelleen todennäköisesti Elon Muskin yrityksen on jo lisättävä yksittäisen rakettiyksikön massaa ja kokoa, mikä lisää välittömästi vaatimuksia koko tuotanto-, kuljetus- ja rakettiketju.
Venäjän lupaava ohjusperhe "Angara" joutuu todennäköisesti kohtaamaan samanlaisia ongelmia. Yksikkölohkon pieni suhteellinen koko johtaa jo siihen, että Angara-A5-raketin, jonka lähtömassa on 733 tonnia, on välittömästi asetettava neljä tehostin "sivua" (kantokyky 24,5 tonnia LEO: ta kohti).
Angara-A5 ennen lanseerausta 23. joulukuuta 2014. Alussa toimii viisi RD-191-moottoria, joiden työntövoima on 196 tonnia.
Angaran kantokyvyn lisäys perustuu siihen, että toisen vaiheen pohjaosaan ei tarvitse kiinnittää neljää, vaan kuusi rakettivahvistinta, mikä on ehkä jo eräänlainen rakenteellinen ja tekninen raja pakettijärjestelmien skaalaamiseen, koska Falcon 9 -konseptin raja on 27 Merlin-1D-moottoria kolmella käynnistyslohkolla.
Tuloksena oleva Angara-A7-projekti pystyy laskelmien mukaan omalla 1370 tonnin käynnistyspainollaan tuomaan LEO: lle 50 tonnin hyötykuorman (jos käytetään vetypolttoainetta toisessa vaiheessa), mikä todennäköisesti olla Angara -perheen rakettikonseptin suurin skaalaus.
Vertailu "Angara A5" ja käsitteet "Angara A7" - kerosiinilla ja vetypolttoaineella. Samaan aikaan on vastaus - miksi "Delta IV" on suuri ja Falcon 9 - pieni.
Yleensä, mitä tahansa voidaan sanoa, konseptit, jotka perustuvat 200 tai jopa 400 tonnin luokan rakettilohkoon - käy edelleen ilmi, että tällaisten "pakettiohjusten" rakenteellinen ja tekninen karachunraja on laukaisupainolla noin 1300- 1500 tonnia, mikä vastaa poistettua massaa 45–55 tonnia LEO: ta kohti.
Mutta silloin on jo tarpeen lisätä sekä yksittäisen moottorin työntövoimaa että rakettiportaan tai kiihdyttimen kokoa.
Ja juuri tällä tiellä SLS -projekti kulkee tänään.
Ensinnäkin, kun otetaan huomioon "Delta IV": n negatiivinen kokemus, SLS -kehittäjät yrittivät hyödyntää menneisyyttä. Käytettiin kaikkea ja kaikkia: Space Shuttle -raketinvahvistimia, joita vahvistettiin raskaan raketin luomiseksi, ja itse sukkulan RS-25-vety-happimoottorit, jotka asennettiin toisessa vaiheessa, ja…. ("kuun salaliiton" teorian kannattajat-valmistaudu!) kauan unohdetut vety-happimoottorit J-2X, jotka ovat peräisin Saturn V -kuun raketin toisen ja kolmannen vaiheen moottoreista ja joita ehdotetaan käytettäväksi suunnitelluissa ylemmissä portaissa SLS!
Lisäksi pitkän aikavälin suunnitelmat SLS-kiihdyttimien parantamiseksi edellyttävät kahta kilpailevaa hanketta, joissa käytetään nestemäistä polttoainetta käyttäviä rakettimoottoreita kiinteiden ponneaineiden sijasta: Aerojet-yrityksen projekti, joka esitteli kehitetyn kerosiini-happimoottorinsa suljetulla kierroksella AJ1E6 tulevaisuutta varten "raskas" kantaja, joka on peräisin NK-33 Royal H-1 -ohjuksista- ja Pratt & Whitney Rocketdinen projekti, jossa ehdotetaan … (ja jälleen yllätys, lunoskeptikot!) F: n tuotannon palauttaminen Yhdysvalloissa -1 moottoria, jotka nostivat kerralla kuuluisan Saturn V -raketin Maasta.
Ehkä elämä palaa näille testipenkille. "Saturn V" - "Saturn 1C" LV: n ensimmäisen vaiheen testaus elokuussa 1968 Kykloopan testipenkillä V -2. Huomaa, että askel kuljetetaan proomulla.
Osallistuu tulevan lupaavan laukaisukiihdyttimen ja SLS -kantoraketin, Block I - ATK (Alliant Techsystems) -kokoonpanon alkuvaiheessa olevan kiinteän polttoaineen tehostimien, nykyisen valmistajan kehittämiseen. lisäämällä sen pituutta ja halkaisijaa … ATK: n lupaavan kiihdyttimen projektia kutsutaan "tummaksi ritariksi".
Kuten kirsikka kakun päällä - yksi SLS -järjestelmän tulevista kokoonpanoista, Block Ib, sisältää vety -happiyksikön käytön kolmannena vaiheena, lainattuna … Delta IV -raketilta!
Tämä on, "helvetillinen LEGO", jossa NASA yritti arvioida, yhdistää ja käyttää kaikkea raskaan raketin alalla tapahtunutta kehitystä.
Mikä on SLS -mediaperhe? Loppujen lopuksi, kuten muistamme jo esimerkkistä "Delta IV", "Hangars" ja Falcon 9 - kokonaismitat voivat olla petollisia.
Joten tässä on yksinkertainen kaavio ymmärtääksesi, mitä on tarkoitus:
Kaavion vasemmalla puolella ovat Yhdysvalloilla edelleen olevat raskaat kantoraketit. Kuun Saturn V, joka voisi tuoda LEO: lle 118 tonnin hyötykuorman, ja avaruussukkula, joka näytti saattaneen uudelleenkäytettävän sukkulan kiertoradalle, joka painaa 120-130 tonnia, mutta samalla pystyi toimittamaan sen mukana vain erittäin vaatimaton hyötykuorma - vain 24 tonnia hyötykuormaa.
SLS -konsepti toteutetaan kahdessa pääversiossa: miehitetty (miehistö) ja miehittämätön (rahti).
Lisäksi Aerojetin, Rocketdinen ja ATK: n kolmen lupaavan raketinvahvistusprojektin puuttuminen pakottaa NASAn käyttämään saatavilla olevia "LEGO -rakettien osia" - nimittäin niitä viiden osan parannettuja avaruussukkulavahvistimia.
Tällä tavalla rakennetulla siirtymäkauden "ersatz-alustalla" (virallisesti nimeltään SLS Block I) on kuitenkin kaikkien laskelmien mukaan jo paljon vakavampi kantavuus kuin Delta IV: llä tai Falcon 9 Heavy -laitteella. valmis käynnistämään. Kantoraketti SLS Block I pystyy nostamaan 70 tonnin hyötykuorman LEO: lle.
SLS -konseptiin verrattuna NASA: n Constellation -ohjelman pysäytetty kehitys on esitetty - Ares (Mars) -kantorakettia, jota ei ole vielä luotu loppuun asti ja joka teki vain yhden koelennon vuonna 2009, Ares 1X -mallissa, joka koostui samasta modifioidusta neliosaisesta Space Shuttle -kiihdyttimestä, johon oli liitetty testilataava viides segmentti ja toisen vaiheen prototyyppikuorma. Tämän koelennon tarkoituksena oli tarkistaa kiinteän polttoaineen ensimmäisen vaiheen toiminta "yhden tikun" ("loki") järjestelyssä, mutta jotain on täytynyt tapahtua testien aikana, kun ensimmäinen ja toinen vaihe erotettiin, tapahtui luvaton hyppy ensimmäistä vaihetta eteenpäin, mikä johtui todennäköisimmin sen tärinän repimien polttoainepalojen jälkipoltosta. Kiinteän polttoaineen tehostin sai lopulta kiinni toisen vaiheen asettelusta ja törmäsi siihen.
Sen jälkeen NASA: ssa rajoitettiin melko epäonnistunutta yritystä koota "uusi LEGO" vanhoista osista, Ares -projekti ja itse Constellation jätettiin epäonnistuneiden konseptien hyllylle ja Constellation -puitteissa kehitetyistä perusteista., jäljelle jäi vain melko onnistunut orbitaalinen miehitetty avaruusalus. "Orion", joka rakennettiin kertakäyttöisille aluksille tavanomaisen palautuskapselin kaavan mukaisesti, joka lopulta lopetti avaruussukkulan uudelleenkäytettävän purjelentokoneen.
Orion -avaruusalus ennen ensimmäistä laukaisuaan Delta IV -raketilla. Joulukuu 2014.
Orion -avaruusaluksen halkaisija on 5,3 metriä, avaruusaluksen paino noin 25 tonnia. Orionin sisätilavuus on 2,5 kertaa suurempi kuin Apollo -avaruusaluksen sisätilavuus. Laivan hytin tilavuus on noin 9 m³. Kiertoradan avaruusaluksen vaikuttavan massan ja vapaan sisäisen tilavuuden vuoksi Orion voi tukea lähellä kosmonautteja maanläheisten tehtävien aikana matalilla kiertoradoilla (esimerkiksi retkellä ISS: lle).
Kuitenkin, kuten jo alussa mainittiin, Orionin päätehtävänä ja sen pitäisi asettaa kiertoradalle matalan viitelaukaisujärjestelmän SLS: n ulkopuolelle on Yhdysvaltojen palaaminen tehtäviin hallita kaukana Maan lähellä oleva avaruus ja ennen kaikkea, Kuu ja Mars.
Yhdysvaltojen ja Venäjän tärkeimmät ponnistelut lasketaan avaruusalusten ja kantorakettien parantamiseksi juuri lennolle Kuuhun ja mahdollisesti Marsiin.
Täällä analysoidaan periaatteessa kätevässä taulukkomuodossa amerikkalaisen "Orionin" ja venäläisen PPTS -järjestelmän välinen ero.
Nimelle PPKS PPTS tietysti sinun täytyy voittaa joku heti, mutta no. Ja yleensä valitettavasti kaikki on hyvin vaikeaa PPTS -projektin kanssa toistaiseksi.
Siksi PPTS: stä meillä on toistaiseksi vain hauskoja kuvia näyttelystä. Mutta todellisuudessa se on toistaiseksi tehty loukkaamaan vähän …
On vain malli - menneisyyden ja tulevaisuuden välillä. On vain malli - ja pidä siitä kiinni …
Rahoitusongelmien, konseptin väärinkäsitysten sekä lukuisten suunnittelu- ja suunnittelukysymysten lisäksi PTS: n tulevaisuus on epävarma ja johtuu siitä, että joillekin suunnitelluille tehtäville ei ole sopivaa kantorakettia. Kuten sanoin, toistaiseksi Venäjällä on metallissa vain "Angara-A5", joka voi tuoda LEO: lle enintään 24,5 tonnia, mikä riittää lähes maanläheisiin tehtäviin, mutta ei täysin riitä jatkuvaan hyökkäykseen kuuhun tai Mars.
Lisäksi PPTS-konsepti perustui vaihtoehdon luomiseen "Rus-M" -perheen "Angara" -ohjukseen, jonka työ on myös toistaiseksi lopetettu.
"Rus" -perheen ohjusprojektit vain "Sojuz" - ja "Angara" -perheisiin verrattuna.
Rus -ohjusperheen päätarkoitus oli tarjota miehitettyjä lentoja, minkä vuoksi raketti, muiden asioiden ollessa samanarvoiset, hyötyy LEO: sta vähemmän kuin Angara -ohjukset. Tämä johtuu siitä, että miehitettyjen lentojen aikana yksi vaatimuksista on kantoraketin kyky poistua laukaisusta, vaikka jokin moottorista vikaantuu, ja vaatimus varmistaa lennon jatkuminen myöhemmän vian sattuessa yhdestä moottorista - jatkamalla avaruusaluksen laukaisua alennetulle kiertoradalle tai tarjoamalla pelastus ja turvallinen lasku.
Nämä vaatimukset, mukaan lukien erityinen laukaisurata, jonka pitäisi antaa miehistölle enintään 12 g: n ylikuormitus hätätilanteissa ja hätäpelastusjärjestelmän (SAS) olemassaolo, johtavat merkittävästi koneen kantokyvyn heikkenemiseen. Venäjä miehitetyssä versiossa.
Lisäksi peruslohkon "Rus" suunnitteluhalkaisija 3, 8 metriä valittiin perinteisen Neuvostoliiton ja Venäjän kantorakettien osien rautatiekuljetuksen perusteella.
Yhdysvalloissa tarkoituksellisesti, Saturnus-Apollo-ohjelmasta alkaen, kantorakettien ensimmäiset vaiheet tehtiin sopivan koon perusteella ottaen huomioon niiden kuljetusmahdollisuus vesi- (rannikko- ja jokikuljetukset), mikä suuresti yksinkertaistettu erillisen rakettiyksikön mittoja koskevia vaatimuksia …
Saturn V LV: n ensimmäisen vaiheen kuljetus Pearl -joen proomulla.
Nykyään SLS- ja Orion -työt ovat täydessä vauhdissa, jopa Constellationin romahtamisen jälkeen.
Kun SLS Block I, joka perustuu lähes kokonaan olemassa olevaan Space Shuttle -kantaan, valmistuu, NASA aikoo siirtyä seuraavaan, paljon kunnianhimoisempaan vaiheeseen - SLS Block II, jossa on välipysäkkejä SLS Block Ia ja SLS -lohko Ib.
LEGO -rakennusvaihtoehto, jos raketinvahvistimet ovat valmiita nopeammin. Lohko I, lohko Ia ja sitten lohko II.
LEGO -rakennusvaihtoehto, jos muokattu kolmas vaihe on valmis aiemmin. Lohko I, lohko Ib ja sitten lohko II.
SLS Block Ia -kantorakettin pitäisi jo saada yksi lupaavista raketinheittimien tehostajista: joko Aerojetilta kerosiini-happi-AJ1E6-suljetulla kierroksella tai Rocketdyne-yhtiöltä muunnetulla F-1-avoimella kierroksella Saturn V: ltä tai sama uudessa kiinteä polttoaine "Black Knight" ATK: lta.
Mikä tahansa näistä vaihtoehdoista voi tarjota lohko Ia -rakenteelle 105 tonnin kantavuuden LEO -alueella, mikä on jo verrattavissa Saturn V: n ja avaruussukkulan kantokykyyn (jos laskemme sen yhdessä sukkulan kanssa)).
Samat tehtävät ratkaistaan luomalla laajamittainen ja mukautettu kolmannen kryogeenisen vaiheen koko laukaisujärjestelmän kokoon, joka voi täydentää kaksivaiheista Block I -järjestelmää (laukaisunvahvistimet ja keskusvaihe) Space Shuttle -moottoreissa), jossa on kolmas vaihe, joka Block Ia -vaihtoehdossa on kuten jo mainitsin, lainattu Delta IV -raketista ja tarjoaa myös SLS: lle jopa 105 tonnin hyötykuorman LEO: lle.
Lopuksi, lopullisessa Block II -järjestelmässä pitäisi olla jo täysikokoinen, massamuotoiltu SLS-kolmas vaihe, joka käyttää Saturn V: n toisen vaiheen tavoin 5 edistynyttä J-2X-moottoria ja toimittaa 130 tonnia hyötykuormaa LEO: lle.
Mutta kaikista näistä tempeistä huolimatta tällainen "avaruus LEGO" maksaa noin 500 miljoonaa dollaria per laukaus, mikä on tietysti pienempi kuin avaruussukkulan laukaisukustannukset (1,3 miljardia dollaria), mutta silti - riittävän herkkä NASAn budjetista.
Mitä tehtäviä SLS: n pitäisi ratkaista, ja miksi NASA ei ota huomioon Falcon 9 Heavy -vaihtoehtoa, jonka oletetaan maksavan 135 miljoonan dollarin kustannukset kertakäyttöisestä polttoaineen siirtojärjestelmästä ja 53 tonnista hyötykuormasta LEO: lle?
Asia on, että NASA kohdistui Kuuhun, Marsiin ja jopa Jupiterin asteroideihin ja satelliitteihin! Ja Falcon 9 Heavy osoittautuu liian pieneksi raketiksi tällaisiin tehtäviin …
Ydinraketti Marsiin!
Mutta tämä on tietysti aihe hyvälle erilliselle artikkelille….
PS. Luettuani artikkelin uudelleen, raportoin.
Jos arvostan venäläisten nykyaikaisia lähestymistapoja avaruustutkimukseen ja ylistän amerikkalaisia, siihen on hyvät syyt.
Vuonna 2010 amerikkalaisen avaruustutkimusohjelman tila oli valitettava: Avaruussukkulaohjelma oli jo tarkoitus sulkea, Aresin laukaisut osoittivat Constellation -ideoiden täydellisen epäjohdonmukaisuuden, kaikki amerikkalaiset sanomalehdet ja aikakauslehdet kirjoittivat”Venäjän avaruusorjuudesta” Yhdysvaltojen puolesta.
Mutta viimeisten viiden vuoden aikana Yhdysvaltain avaruusala on koonnut uudelleen, saanut tarvittavan rahoituksen - ja oppinut elämään uusissa, ankarammissa olosuhteissa.
Voiko venäläinen kosmonautika ylpeillä tästä viidessä vuodessa - etenkin kun otetaan huomioon, että tämä vuosi tuo meille surullisia uutisia Rus -M- ja PPTS LV -ohjelmien sulkemisesta, Vostochny -kosmodromin käynnistämisen lykkäämisestä ja Roscosmos -rahoituksen vähentäminen kokonaan?
Odota niin näet. Pidän sormiamme ristillä.
