Vene ruum: projekt "Crown" ja muud Makeev SRC arendused

Sisukord:

Vene ruum: projekt "Crown" ja muud Makeev SRC arendused
Vene ruum: projekt "Crown" ja muud Makeev SRC arendused

Video: Vene ruum: projekt "Crown" ja muud Makeev SRC arendused

Video: Vene ruum: projekt "Crown" ja muud Makeev SRC arendused
Video: Topsiringi nutitopsid Ajujahis 2017 2024, Märts
Anonim
Pilt
Pilt

Arvatakse, et tehnoloogiad arenevad alati järk -järgult, lihtsast keerukaks, kivinoast teraseks - ja alles siis programmeeritud freespinkiks. Kosmoserakettide saatus osutus aga vähem sirgjooneliseks. Lihtsate ja usaldusväärsete üheastmeliste rakettide loomine jäi disaineritele pikka aega kättesaamatuks. Nõuti lahendusi, mida ei suutnud pakkuda materjaliteadlased ega mootoritehnikud. Siiani on kanderaketid mitmeastmelised ja ühekordselt kasutatavad: mõni minut kasutatakse uskumatult keerulist ja kallist süsteemi ning visatakse seejärel minema

"Kujutage ette, et enne iga lendu panete kokku uue lennuki: ühendate kere tiibadega, paigaldate elektrikaablid, paigaldate mootorid ja pärast maandumist saadate selle prügilasse … Te ei saa kaugele lennata." ütlesid meile riikliku raketikeskuse arendajad. Makeeva. “Aga just seda me teeme iga kord, kui saadame kauba orbiidile. Loomulikult sooviks ideaalis igaüks omada usaldusväärset üheastmelist "masinat", mis ei vaja kokkupanekut, kuid saabub kosmodroomile, tankides ja käivitades. Ja siis tuleb see tagasi ja algab uuesti - ja uuesti "…

Poolel teel

Üldiselt püüdis raketitehnika ühe etapiga läbi saada varasematest projektidest. Tsiolkovski esialgsetes visandites ilmuvad just sellised struktuurid. Ta loobus sellest ideest alles hiljem, mõistes, et kahekümnenda sajandi alguse tehnoloogiad ei võimalda seda lihtsat ja elegantset lahendust realiseerida. Huvi üheastmeliste vedajate vastu tekkis taas 1960ndatel ning selliseid projekte töötati välja mõlemal pool ookeani. 1970ndate aastateks töötasid Ameerika Ühendriigid üheastmeliste rakettide SASSTO, Phoenix ja mitmete lahenduste põhjal, mis põhinesid S-IVB-l, stardikandja Saturn V kolmandal etapil, mis toimetas astronaudid Kuule.

Pilt
Pilt

"Selline valik ei erine kandevõime poolest, mootorid ei olnud selleks piisavalt head, kuid siiski oleks see üks etapp, mis on üsna võimeline orbiidile lendama," jätkavad insenerid. "Majanduslikult oleks see muidugi täiesti põhjendamatu." Komposiidid ja nendega töötamise tehnoloogiad on ilmunud alles viimastel aastakümnetel, mis võimaldavad muuta kanduri üheastmeliseks ja pealegi korduvkasutatavaks. Sellise "teadusmahuka" raketi maksumus on kõrgem kui traditsioonilisel konstruktsioonil, kuid see "jaotatakse laiali" paljude stardide peale, nii et stardihind jääb tavapärasest tasemest oluliselt madalamaks.

Arendajate peamine eesmärk on tänapäeval meedia korduvkasutatavus. Kosmosesüstiku ja Energia-Buran süsteemid olid osaliselt korduvkasutatavad. Esimese etapi korduvat kasutamist katsetatakse rakettide SpaceX Falcon 9. SpaceX on juba teinud mitmeid edukaid maandumisi ning märtsi lõpus üritavad nad ühe kosmosesse lennanud etapi taas käiku lasta. "Meie arvates saab see lähenemisviis ainult diskrediteerida ideed luua tõeline korduvkasutatav meedia," märgib Makeevi disainibüroo. "Peate pärast iga lendu veel sellise raketi sorteerima, ühendused ja uued ühekordselt kasutatavad komponendid paigaldama … ja oleme tagasi seal, kust alustasime."

Pilt
Pilt

Täielikult korduvkasutatav meedia on endiselt ainult projektide vormis - välja arvatud Ameerika ettevõtte Blue Origin New Shepard. Siiani on mehitatud kapsliga rakett mõeldud ainult kosmoseturistide suborbitaallendudele, kuid enamikku sel juhul leitud lahendustest saab hõlpsasti skaleerida tõsisema orbitaalkandja jaoks. Ettevõtte esindajad ei varja oma plaane sellise võimaluse loomiseks, mille jaoks võimsad mootorid BE-3 ja BE-4 juba töötatakse välja. "Iga suborbitaalse lennuga läheneme orbiidile," kinnitas Blue Origin. Kuid nende paljulubavat kandjat New Glenn ei saa ka täielikult taaskasutada: ainult esimest plokki, mis on loodud juba testitud New Shepardi disaini alusel, tuleks uuesti kasutada.

Materjali vastupidavus

Täielikult korduvkasutatavate ja üheastmeliste rakettide jaoks vajalikke CFRP-materjale on kosmosetehnoloogias kasutatud alates 1990. aastatest. Neil samadel aastatel hakkasid McDonnell Douglase insenerid kiiresti rakendama projekti Delta Clipper (DC-X) ja täna võisid nad kiidelda valmis ja lendava süsinikkiust kandja üle. Kahjuks lõpetati Lockheed Martini survel töö DC-X-ga, tehnoloogiad viidi üle NASA-le, kus nad proovisid neid kasutada ebaõnnestunud VentureStar projekti jaoks, misjärel paljud selle teemaga seotud insenerid asusid tööle Blue Origini, ja ettevõtte ise võttis üle Boeing.

Samal 1990ndatel hakkas selle ülesande vastu huvi tundma Venemaa SRC Makeev. Sellest ajast alates on KORONA projekt ("Kosmoseaparaatide ühekordselt kasutatav rakett, üheastmeline [kosmose] sõidukite kandja") teinud läbi märgatava arengu ning vaheversioonid näitavad, kuidas disain ja paigutus muutusid üha lihtsamaks ja täiuslikumaks. Arendajad loobusid järk -järgult keerukatest elementidest - nagu tiivad või välised kütusepaagid - ja jõudsid arusaamisele, et põhikorpuse materjal peaks olema süsinikkiud. Koos välimusega muutusid nii kaal kui ka kandevõime. "Isegi parimaid kaasaegseid materjale kasutades on võimatu ehitada alla 60-70 tonni kaaluvat üheastmelist raketti, samas kui selle kasulik koormus on väga väike," ütleb üks arendajatest. - Aga stardimassi kasvades on struktuuril (teatud piirini) üha väiksem osa ning selle kasutamine muutub üha kasumlikumaks. Orbitaalraketi puhul on see optimaalne umbes 160–170 tonni, sellest skaalast lähtudes võib selle kasutamist juba õigustada.”

Projekti KORONA uusimas versioonis on stardimass veelgi suurem ja läheneb 300 tonnile. Selline suur üheastmeline rakett nõuab vesiniku ja hapnikuga töötava ülitõhusa vedelkütuse reaktiivmootori kasutamist. Erinevalt eri etappide mootoritest peab selline vedelkütusega rakettmootor suutma töötada väga erinevates tingimustes ja erinevatel kõrgustel, kaasa arvatud õhkutõus ja lend väljaspool atmosfääri. "Tavaline vedelkütusel töötav mootor, millel on Lavali pihustid, on efektiivne ainult teatud kõrgusvahemikes," selgitavad Makeevka disainerid, "seetõttu jõudsime vajaduseni kasutada kiil-õhkrakettmootorit." Selliste mootorite gaasijuga kohandub rõhuga „üle parda” ja need jäävad tõhusaks nii pinnal kui ka stratosfääri kõrgel kohal.

Pilt
Pilt

Seni pole maailmas seda tüüpi töötavat mootorit, kuigi nendega on tegeletud ja tegeletakse nii meil kui ka USA -s. Kuuekümnendatel katsetasid Rocketdyne'i insenerid selliseid mootoreid stendil, kuid nad ei jõudnud rakettidele paigaldamiseni. CROWN peaks olema varustatud modulaarse versiooniga, kus kiilõhu otsik on ainus element, millel pole veel prototüüpi ja mida pole testitud. Samuti on Venemaal olemas kõik komposiitosade tootmise tehnoloogiad - need on välja töötatud ja neid kasutatakse edukalt näiteks Ülevenemaalises Lennumaterjalide Instituudis (VIAM) ja JSC Kompozit.

Vertikaalne sobivus

Atmosfääris lennates kaetakse CORONA süsinikkiust tugevdatud plastkonstruktsioon kuumuskindlate plaatidega, mille VIAM on Buransi jaoks välja töötanud ja mida on sellest ajast alates märgatavalt täiustatud."Meie raketi peamine soojuskoormus on koondunud selle" ninale ", kus kasutatakse kõrge temperatuuriga termokaitseelemente," selgitavad disainerid. - Sel juhul on raketi laienevad küljed suurema läbimõõduga ja õhuvoolu suhtes terava nurga all. Nende termiline koormus on väiksem, mis võimaldab kasutada kergemaid materjale. Selle tulemusena hoidsime kokku üle 1,5 tonni. Kõrge temperatuuriga osa mass ei ületa 6% soojuskaitse kogumassist. Võrdluseks, see moodustab rohkem kui 20% süstikutest."

Pilt
Pilt

Meedia klanitud ja kitsenev disain on lugematu katse ja eksituse tulemus. Arendajate sõnul, kui võtate ainult võimaliku korduvkasutatava üheastmelise kandja põhiomadused, peate arvestama umbes 16 000 nende kombinatsiooniga. Disainerid hindasid projekti kallal sadu neist. "Otsustasime tiivad maha jätta, näiteks Buranil või kosmosesüstikul," ütlevad nad. - Üldiselt segavad nad atmosfääri ülemises osas ainult kosmoselaevu. Sellised laevad sisenevad atmosfääri hüperhelikiirusel mitte paremini kui "triikraud" ja ainult ülehelikiirusel lülituvad nad horisontaalsele lennule ja saavad korralikult loota tiibade aerodünaamikale."

Telje sümmeetriline koonus ei võimalda mitte ainult lihtsamat termilist kaitset, vaid sellel on ka hea aerodünaamika väga suurel kiirusel sõites. Juba atmosfääri ülemistes kihtides saab rakett tõste, mis võimaldab siin mitte ainult pidurdada, vaid ka manööverdada. See omakorda võimaldab teha vajalikke manöövreid suurel kõrgusel, suundudes maandumisplatsile, ja tulevasel lennul jääb üle vaid pidurdamine, kursi korrigeerimine ja ahtri alla keeramine, kasutades nõrku manöövrimootoreid.

Meenutagem nii Falcon 9 kui ka New Shepardit: vertikaalsel maandumisel pole tänapäeval midagi võimatut ega isegi ebatavalist. Samas võimaldab see raja ehitamise ja käitamise ajal oluliselt väiksema jõuga hakkama saada - lennurada, millele samad süstikud ja Buran maandusid, pidi olema mitme kilomeetri pikkune, et sõidukit pidurdada. kiirus sadu kilomeetreid tunnis. "CROWN võib põhimõtteliselt isegi avamereplatvormilt tõusta ja sellel maanduda," lisab üks projekti autoritest. Jääb vaid diagnostika teha, tankida, uus kasulik koormus paigutada - ja võite uuesti lendama minna.

Rahastamise puudumisel rakendatakse KORONA -d endiselt, nii et Makeevi disainibüroo arendajatel õnnestus jõuda vaid kavandi eskiisi lõppjärku. „Oleme selle etapi läbinud peaaegu täielikult ja täiesti iseseisvalt, ilma välise toeta. Oleme juba teinud kõik, mida saaks teha, - ütlevad disainerid. - Me teame, mida, kus ja millal toota. Nüüd peame liikuma edasi võtmeüksuste praktilise projekteerimise, tootmise ja arendamise juurde ning see nõuab raha, nii et nüüd sõltub kõik neist."

Hiline algus

CFRP rakett ootab ainult ulatuslikku stardipauku; vajaliku toetuse saamise järel on disainerid valmis alustama lennukatsetusi kuue aasta pärast ja seitsme kuni kaheksa aasta pärast - alustama esimeste rakettide katsetamist. Nende hinnangul kulub selleks vähem kui 2 miljardit dollarit - mitte palju raketiteaduse standardite järgi. Samas võib pärast seitsmeaastast raketi kasutamist oodata investeeringutasuvust, kui kommertslaevade arv jääb praegusele tasemele või isegi 1,5 aasta pärast - kui see kasvab prognoositud kiirusega.

Pilt
Pilt

Lisaks võimaldab manööverdusmootorite, kohtumis- ja dokkimisrajatiste olemasolu raketil samuti arvestada keerukate mitme stardiga stardiskeemidega. Olles kasutatud kütust mitte maandumiseks, vaid kandevõime viimistlemiseks, on võimalik see viia massini üle 11 tonni. Siis dokib CROWN teise, "tankeriga", mis täidab oma paagid tagasisaatmiseks vajaliku lisakütusega. Kuid siiski on palju olulisem korduvkasutus, mis esmakordselt vabastab meid vajadusest koguda meedia enne iga käivitamist - ja kaotada see pärast iga käivitamist. Ainult selline lähenemisviis võib tagada stabiilse kahesuunalise liiklusvoo loomise Maa ja orbiidi vahel ning samal ajal ka Maa-lähedase ruumi reaalse, aktiivse ja ulatusliku ekspluateerimise alguse.

Vahepeal jääb CROWN teadmatusse, töö New Shepardiga jätkub. Sarnane Jaapani projekt RVT on samuti arenemas. Vene arendajatel ei pruugi läbimurde jaoks lihtsalt piisavalt tuge olla. Kui teil on varuks paar miljardit, on see palju parem investeering kui isegi maailma suurim ja luksuslikum jaht.

Soovitan: