Ma arvan, et paljud astronautikahuvilised, kes on aktiivselt huvitatud kosmoseuuringute ja -uurimise ajaloost ja praegusest olukorrast, on juba tiitlifotol jäädvustatud raketi ära tundnud.
See rakett või õigemini raketi võimendaja on suurim tahke raketikütusega rakett, mille inimkond on kunagi loonud.
Noh, nüüd on see muutunud veelgi.
See on nüüdseks veelgi suuremaks muutunud kosmosesüstiku süsteemi külgvõimendi, mis on saanud lisaks neljale standardsele sektsioonile, millega see kosmosesüstikuga käivitati, veel viienda lõigu, mis võimaldab sellel saada raketiks uue üliraske kosmoselaevandussüsteemi NASA, SLS (Space Launch System) võimendi.
Just see süsteem peaks NASA idee kohaselt tagastama Ameerika Ühendriikidele peopesa kosmoseuuringute kõigis aspektides, andes samal ajal kogu inimkonnale võimaluse kosmosepiirile naasta, purustades lõpuks madala Maa nõiaringi orbiidile ja pani Kuu -uurimise küsimuse taas päevakorda ja … isegi Marsi.
Kui reaalne ja teostatav see ambitsioonikas programm on? Proovime välja mõelda.
Ajalooliste, kaasaegsete ja arenenud Ameerika käivitussüsteemide võrdlevad suurused.
Tagasi täitmise küsimus: miks on Delta IV suurem kui Falcon 9?
Ameerika kosmonautika hetkeseis pärast kosmosesüstiku areenilt lahkumist on üsna kahetsusväärne: praeguse staatuse poolest on Ameerika Ühendriikide käsutuses kõige raskem kanderakett Delta IV Heavy, mis võib viia 28 koormuse madalale Maa orbiit (LEO), 4 tonni.
Delta IV perekond osutus vaatamata Boeingi disaini-, inseneritöö- ja kaubanduslikele jõupingutustele oma järeltulijate loomiseks ja reklaamimiseks turul osutus „valel ajal ja vales kohas“: madalate kulude taustal. Vene raketi Proton ja Ukraina Zenit-3SL jaoks osutus kandevõime Delta IV abil käivitamise hind üsna taskukohaseks.
Üks "Delta IV" turuletoomine maksis 140-170 miljonit dollarit, samas kui Protoni sarnase kandevõime maksumus oli umbes 100 miljonit dollarit ja väiksema, kuid konkurentsivõimelise "Delta IV" ukraina "Zenith-3SL" turuletoomise hind oli veelgi madalam - vaid 60 miljonit dollarit.
Nii kõrged Delta IV käivitamise kulud sundisid Boeingut otsima selle jaoks eranditult valitsuse tellimusi ja seetõttu maksti kõik Delta stardid, välja arvatud üks, USA välisministeeriumi eelarvest.
Delta IV kanderakett Heavy variandis. Stardimass on umbes 733 tonni.
Lõpuks, 2000. aastate keskel, langes Delta IV lõpuks kosmoselaevanduste kommertssegmendist välja - ja see ei saanud sinna kunagi tagasi, kuni praeguseni, mil hakkasid erapoe SpaceX tüübid, kelle Falconi rakett alustas 9 jõudis ka "Delta IV" turuniši lähedale ning 2015. aastal plaanitud stardiks plaanitud sama raketi Falcon 9 Heavy modifikatsioon isegi ületas selle.
Falcon 9 Heavy stardis lülitatakse korraga sisse 27 Merlini mootorit, mille tõukejõud on 66 tonni ja mida toidavad petrooleum ja hapnik.
See Elon Muski vaimusünnitus peaks viima SpaceXi "privaatse" kosmoseprogrammi varem kättesaamatusse kõrgusesse: kanderaketi ühekordse versiooni puhul on LEO -le veetava kauba mass kuni 53 tonni, 21, 2 tonni ja marsruudil Marsile - 13, 2 tonni. Külgvõimendite ja keskseadme tagastamisel ei ületa kandevõime LEO kohta 32 tonni - kanderakettide korduvkasutuse eest tuleb maksta täiendava kütusekulu ja sellest tulenevalt ka koormuse vähenemisega.
Falcon 9 Heavy arendamise ajal toimunud tehniliste uuenduste hulgas kuulutas arendaja ainulaadse võimaluse kütuse ja oksüdeerija ülevooluks külgvõimenditelt kanderaketi esimesele etapile lendamise ajal, mis võimaldab kesklinnas täis kütusepaake sektsiooni külgvõimendite eraldamise ajal ja parandada orbiidile paigutatud kandevõime jõudlust. …
Rakettide Falcon 9 esimeste etappide korpuste kokkupanek. Nüüd on 8 mootorit paigaldatud ringikujuliselt, üks keskne. Rahvarohke, kuid mitte hull.
Viimases lõigus mainitud "Marsi trajektoor" ei ole abstraktsioon. Raske Falcon on stardimassiga 1462 tonni, mis on kaks korda suurem kui praegu rekordilise Delta IV mass, ja see on juba vajalik samm, mis võimaldab tõsiselt mõelda lendudele Kuule ja Marsile. Ehkki konfiguratsioonis, mis sarnanes Nõukogude katsetega Probe seeria aparaadiga kui kolossaalse Ameerika Saturni-Apollo programmiga.
Tulevikus hakkab aga Delta IV ja Falcon 9 kontseptsioon koos külgvõimenditega, mis on nende esimeste etappide "kloonid", ootuspäraselt libisema.
Asi on selles, et on võimatu korrutada käivitavaid "külgseinu", mis võimaldavad teil koormuse väljundi massi suurendada LEO -ni lõpmatuseni - kaks või neli külgplokki saab ikkagi kuidagi tsentraalse külge kinnitada, kuid siis keerukus sellise mitmekomponendilise struktuuri kokkupanek ja juhtimine, mis kasvab eksponentsiaalselt.
Üldiselt jäi see magama Korolevi Kuurakett N-1, millel oli esimesel etapil 30 raketimootorit NK-33, mis koos raketi enda viieastmelise skeemiga tegi seda ei lase kõik probleemideta käivitamise küsimused lõpuni välja töötada.
Falcon 9 praegune konfiguratsioon, mis algab kohe 27 mootoriga, on juba keerukuse piiri lähedal ja tõenäoliselt peab Elon Muski ettevõte juba suurendama ühe raketiüksuse massi ja suurust, mis suurendab kohe nõudeid kogu tootmis-, transpordi- ja raketiahela ahelas.
Venemaa paljulubav raketipere "Angara" seisab tõenäoliselt silmitsi sarnaste probleemidega. Üksuseploki väike suhteline suurus viib juba selleni, et rakett Angara-A5, mille algmass on 733 tonni, peab kohe panema neli võimendi "külge" (kandevõimega 24,5 tonni LEO kohta).
Angara-A5 enne käivitamist 23. detsembril 2014. Stardis töötab viis RD-191 mootorit, millest igaühe tõukejõud on 196 tonni.
Angara kandevõime edasine suurenemine põhineb asjaolul, et teise etapi põhiosa külge ei ole vaja kinnitada nelja, vaid kuus raketivõimendit, mis võib -olla on juba pakettide süsteemide skaleerimisel mingi struktuuriline ja tehniline piir, kuna Falcon 9 kontseptsiooni piiranguks on 27 Merlin-1D mootorit kolmes stardiplokis.
Saadud Angara-A7 projekt suudab arvutuste kohaselt oma stardimassiga 1370 tonni tuua LEO-le 50 tonni kasulikku koormust (juhul, kui kasutatakse vesinikkütust teises etapis), mis tõenäoliselt olla Angara perekonna raketikontseptsiooni maksimaalne skaleerimine.
"Angara A5" ja "Angara A7" mõistete võrdlus - petrooleumi ja vesinikkütusega. Samal ajal on vastus - miks on "Delta IV" suur ja Falcon 9 - väike.
Üldiselt, ükskõik mida võib öelda, kontseptsioonid, mis põhinevad 200 või isegi 400 tonni raketiplokil - ikkagi selgub, et selliste "pakettrakettide" konstruktsiooniline ja tehniline piir karachunil on stardimassiga umbes 1300- 1500 tonni, mis vastab väljatõmmatavale massile 45–55 tonni LEO kohta.
Kuid siis on juba vaja suurendada nii ühe mootori tõukejõudu kui ka raketiastme või kiirendi suurust.
Ja just seda teed SLS -projekt täna kulgeb.
Esiteks, võttes arvesse "Delta IV" negatiivseid kogemusi, püüdsid SLS -i arendajad minevikku maksimaalselt ära kasutada. Kasutati kõike ja kõiki: raketi võimendajaid Space Shuttle, mida tugevdati raske raketi loomiseks, ja süstiku enda vanu RS-25 vesiniku-hapniku mootoreid, mis paigaldati teise etappi, ja…. ("Kuuvandenõu" teooria toetajad-olge valmis!) ammu unustatud vesinik-hapniku mootorid J-2X, mis pärinevad Kuu raketi "Saturn V" teise ja kolmanda astme mootoritest ja mille kohta tehakse ettepanek kasutada projekteeritud ülemistes astmetes SLS!
Lisaks hõlmavad pikaajalised plaanid SLS-kiirendite täiustamiseks kahte konkureerivat projekti, milles kasutatakse tahkete raketikütuste asemel vedelkütusega raketimootoreid: ettevõtte Aerojet projekt, mis tutvustas oma väljatöötatud petrooleumi-hapniku mootorit suletud tsükliga AJ1E6 tulevikuks. "raske" kandja, mis pärineb rakettidest NK-33 Royal H-1- ja Pratt & Whitney Rocketdine'i projekt, mis pakub välja … (ja jällegi üllatus, lunoskeptikud!) USA-s taastada F tootmine -1 mootorit, mis tõstsid omal ajal kuulsa Saturn V raketi Maalt.
Võib -olla tuleb elu tagasi nende katsepinkide juurde. "Saturn V" - "Saturn 1C" LV esimese etapi katsetamine augustis 1968 Cyclopean testpingil V -2. Pange tähele, et sammu transporditakse praamil.
Osaleb tulevase paljutõotava stardikiirendi väljatöötamises ja praegune tahkekütuse võimendite tootja, mis on SLS kanderakett Block I - ATK (Alliant Techsystems) esmasel kokkupanekul, mis tegi ettepaneku olemasolevat kosmosesüstiku võimendit veelgi laiendada suurendades selle pikkust ja läbimõõtu … ATK paljutõotava kiirendi projekti nimetatakse "tumedaks rüütliks".
Nagu kirss tordil - üks SLS -süsteemi tulevastest konfiguratsioonidest, plokk Ib, hõlmab kolmanda etapina vesinik -hapniku ühiku kasutamist, mis on laenatud … Delta IV rakettilt!
Teate, see on "põrguline LEGO", milles NASA püüdis hinnata, kombineerida ja kasutada kõiki olemasolevaid arenguid raskete rakettide valdkonnas.
Mis on SLS -i meediaperekond? Lõppude lõpuks, nagu me juba mäletame "Delta IV", "Angaaride" ja Falcon 9 näitest - võivad üldised mõõtmed olla petlikud.
Niisiis, siin on lihtne diagramm, et mõista, mis on mõeldud:
Diagrammi vasakul küljel on rasked kanderaketid, mis USA -l veel olid. Kuu Saturn V, mis võib LEO -le tuua kasulikku koormust 118 tonni, ja kosmosesüstik, mis näis olevat korduvkasutatava süstiku ise 120–130 tonni kaaluvale orbiidile viinud, kuid samal ajal suutis sellega toimetada ainult väga tagasihoidlik kandevõime - ainult 24 tonni.
SLSi kontseptsiooni rakendatakse kahes põhiversioonis: mehitatud (meeskond) ja mehitamata (last).
Lisaks sunnib Aerojet, Rocketdine ja ATK kolme paljutõotava raketi võimendusprojekti kättesaamatus NASA kasutama neid "LEGO raketiosasid", mis on saadaval - nimelt neid väga viie sektsiooniga täiustatud kosmosesüstiku võimendeid.
Sel viisil ehitatud üleminekuaegne "ersatz-kandja" (ametliku nimega SLS Block I) on sellegipoolest kõigi arvutuste kohaselt juba palju tõsisema kandevõimega kui töötav "Delta IV" või Falcon 9 Heavy, mis on käivitamiseks valmis. Rakett SLS Block I suudab tõsta LEO -le 70 -tonnise kandevõime.
Võrreldes SLS kontseptsiooniga on näidatud NASA peatatud arengud Constellation programmi raames - kandidaat Ares (Mars), mida pole veel lõpuni loodud ja mis tegi 2009. aastal vaid ühe katselennu, Ares 1X disainis, mis koosnes samast modifitseeritud nelja sektsiooniga kosmosesüstiku kiirendist, millega oli ühendatud viienda segmendi katselaadimine ja teise astme prototüüpkoormus. Selle katselennu eesmärk oli kontrollida tahkekütuse esimese astme tööd "ühe pulga" ("logi") korralduses, kuid midagi pidi juhtuma katsetuste ajal, kui esimene ja teine etapp eraldati, toimus volitamata hüpe 1. etapist ettepoole, mille põhjustas tõenäoliselt selle põrutusest lahti rebitud kütusekildude järelpõlemine. Tahkekütuse võimendaja jõudis lõpuks 2. etapi paigutuseni ja rammis seda.
Pärast seda piirati NASA -s üsna ebaõnnestunud katset vanadest osadest "uut LEGO -d" kokku panna, Aresi projekt ja Constellation ise jäeti ebaõnnestunud kontseptsioonide riiulile ning Constellationi raames välja töötatud alustest., jäi järele vaid üsna edukas orbiidil mehitatud kosmoseaparaat. "Orion", mis ehitati ühekordselt kasutatavate laevade jaoks tavapärase tagastuskapsli skeemi järgi, mis lõpetas lõpuks kosmosesüstiku korduvkasutatava purilennuki.
Orioni kosmoseaparaat enne selle esimest starti raketile Delta IV. Detsember 2014.
Orioni kosmoselaeva läbimõõt on 5,3 meetrit, kosmoseaparaadi kaal on umbes 25 tonni. Orioni sisemine maht on 2,5 korda suurem kui Apollo kosmoselaeva sisemine maht. Laevakabiini maht on umbes 9 m³. Tänu sellisele muljetavaldavale orbitaalse kosmoselaeva massile ja vabale sisemahule suudab Orion madalal orbiidil (näiteks ISS-i ekspeditsioonil) maapinna lähedal toimuvate missioonide ajal toetada 6 kosmonauti.
Kuid nagu juba alguses mainitud, on Orioni peamine ülesanne ja peaks selle orbiidile asetama väljaspool madalat võrdlussüsteemi SLS, mis on USA naasmine kauge Maa-lähedase ruumi valdamise ülesannete juurde ja ennekõike, Kuu ja Marss.
Just Kuule ja võib -olla ka Marsile lendamiseks on USA ja Venemaa peamised jõupingutused arvestatud nende kosmoselaevade ja kanderakettide täiustamisega.
Siin analüüsitakse põhimõtteliselt mugavas tabelivormis erinevust Ameerika "Orioni" ja Venemaa PPTS -süsteemi vahel.
Nime PPKS PPTS jaoks on muidugi vaja kohe kedagi peksta, aga noh. Ja üldiselt on kahjuks senise PPTS projektiga kõik väga raske.
Seetõttu on meil seoses PPTS -iga näitusest seni ainult naljakaid pilte. Kuid tegelikult on siiani tehtud vähe solvamist …
On ainult mudel - mineviku ja tuleviku vahel. On ainult mudel - ja hoidke sellest kinni …
Lisaks rahastamisprobleemidele, kontseptsiooni vääritimõistmisele ja paljudele projekteerimis- ja inseneriprobleemidele on PTS -i tulevik ebakindel ning seetõttu, et mõnede kavandatud ülesannete jaoks pole piisavat kanderaketti. Nagu ma ütlesin, on Venemaal seni metallist ainult "Angara-A5", mis võib LEO-sse tuua mitte rohkem kui 24,5 tonni, mis on täiesti piisav maa-lähedaste missioonide jaoks, kuid absoluutselt mitte piisav edasiseks rünnakuks Kuule või Marss.
Lisaks põhines PPTS kontseptsioon alternatiivi loomisel perekonna "Rus-M" rakettidele "Angara", mille töö on samuti siiani peatatud.
Perekonna "Rus" rakettide projektid, võrreldes ainult perekondadega "Sojuz" ja "Angara".
Rakettide perekonna Rus peamine eesmärk oli pakkuda mehitatud lende, mille tõttu on rakett, kui kõik muu on võrdne, LEO -l madalam kandevõime kui Angara rakettidel. Selle põhjuseks on asjaolu, et mehitatud lendude ajal on üheks nõudeks kanderaketi võime lahkuda stardist ka siis, kui üks mootoritest ebaõnnestub, ning nõue tagada lennu jätkumine hilisema rikke korral üks mootoritest - jätkates kosmoselaeva laskmist madalamale orbiidile või pakkudes päästet ja ohutut maandumist.
Need nõuded, sealhulgas spetsiaalne starditrajektoor, mis peaks tagama meeskonnale ülekoormuse kuni 12 g hädaolukordade korral ja hädaolukorras päästesüsteemi (SAS) olemasolu, vähendavad oluliselt selle kandevõimet. Rus mehitatud versioonis.
Lisaks valiti alusploki "Rus" projekteerimisläbimõõt 3, 8 meetrit, lähtudes traditsioonilisest NSV Liidu ja Venemaa kanderaketi osade raudteetranspordist.
USA-s tehti tahtlikult, alustades Saturn-Apollo programmist, kanderakettide esimesed etapid sobiva suuruse alusel, võttes arvesse nende transpordivõimalust veetranspordiga (ranniku- ja meretransport), mis suuresti lihtsustati nõudeid eraldi raketiüksuse mõõtmetele …
Saturn V LV esimese etapi vedu Pärli jõe praamil.
Täna on töö SLS -i ja Orioniga isegi pärast Constellationi kokkuvarisemist täies hoos.
SLS Block I valmimisega, mis põhineb peaaegu täielikult olemasoleval kosmosesüstiku mahajäämusel, kavatseb NASA liikuda järgmise, palju ambitsioonikama faasi juurde - SLS Block II, vahepeatustega SLS Block Ia ja SLS plokk Ib.
LEGO ehitamise võimalus, kui raketi võimendid on varem valmis. Plokk I, plokk Ia ja seejärel plokk II.
LEGO ehitamise võimalus, kui muudetud kolmas etapp on varem valmis. Plokk I, plokk Ib ja seejärel plokk II.
Rakett SLS Block Ia peaks juba saama ühe paljutõotava raketiheitmise võimendi: kas Aerojetilt petrooleumi-hapniku AJ1E6 suletud tsükliga või Rocketdyne'ilt modifitseeritud F-1 avatud tsükliga Saturn V-st või sama uuega tahke kütus "Must rüütel" firmalt ATK.
Ükskõik milline neist valikutest suudab anda plokk Ia kandevõimele LEO piirkonnas 105 tonni, mis on juba võrreldav Saturni V ja kosmosesüstiku kandevõimega (kui arvestada seda koos süstikuga)).
Samad ülesanded lahendatakse suuremahulise ja kolmanda krüogeense etapi kogu stardisüsteemi suurusele kohandatud loomisega, mis suudab täiendada kaheastmelist ploki I süsteemi (stardivõimendid ja kesklava) kosmosesüstiku mootoritel) kolmanda astmega, mis Block Ia variandi puhul on nagu mina juba mainisin, laenatud Delta IV rakettilt ja annab SLS -ile ka kuni 105 tonni kasulikku koormust LEO -le.
Lõpuks peaks viimasel Block II süsteemil olema juba täismõõdus massimasinaga SLS kolmas etapp, mis kasutab sarnaselt teisele etapile Saturn V 5 täiustatud J-2X mootorit ja tarnib LEO-le 130 tonni kasulikku koormust.
Kuid isegi vaatamata kõigile neile trikkidele maksab selline "kosmose LEGO" umbes 500 miljonit dollarit stardi kohta, mis on muidugi väiksem kui kosmosesüstiku käivitamiskulu (1,3 miljardit dollarit), kuid siiski - piisavalt tundlik NASA eelarve jaoks.
Milliseid ülesandeid peaks SLS lahendama ja miks ei võta NASA arvesse võimalust Falcon 9 Heavy, mis peaks ühekordselt kasutatava kütuse ülekandesüsteemi jaoks maksma 135 miljonit dollarit ja LEO jaoks 53 tonni kasulikku koormust?
Asi on selles, et NASA sihtis Kuu, Marsi ja isegi Jupiteri asteroide ja satelliite! Ja Falcon 9 Heavy osutub selliste ülesannete jaoks liiga väikeseks raketiks …
Tuumarakett Marsile!
Aga see on muidugi hea eraldi artikli teema …
PS. Pärast oma artikli uuesti lugemist annan aru.
Kui ma kritiseerin kaasaegseid vene lähenemisviise kosmoseuuringutele ja kiidan ameeriklasi, siis selleks on mõjuvad põhjused.
Veel 2010. aastal oli Ameerika kosmoseuuringute programmi seis kahetsusväärne: kosmosesüstiku programm oli juba plaanitud sulgeda, Aresi stardid näitasid Constellationi ideede täielikku ebajärjekindlust, kõik Ameerika ajalehed ja ajakirjad kirjutasid Venemaa kosmoseorjusest. Ameerika Ühendriikide jaoks.
Kuid viimase 5 aasta jooksul on USA kosmosetööstus end ümber koondanud, saanud vajaliku rahastuse - ja õppinud elama uutes, karmimates tingimustes.
Kas Vene kosmonautika saab sellega 5 aasta pärast kiidelda - eriti selle taustal, et see aasta toob meile õnnetud uudised programmide Rus -M ja PPTS LV sulgemise, Vostochnõi kosmodroomi käivitamise edasilükkamise kohta ja Roscosmose rahastamise täielik vähendamine?
Oota ja vaata. Ma hoian meie sõrmi ristiga.
