Mislim da su mnogi entuzijasti astronautike koji se aktivno zanimaju za istoriju i trenutno stanje na polju istraživanja i istraživanja svemira već prepoznali raketu snimljenu na naslovnoj fotografiji.
Ova raketa, ili bolje rečeno raketni pojačivač, najveća je raketa na čvrsto gorivo koju je čovječanstvo ikada stvorilo.
E, sad je postalo još više.
Ovo je bočni pojačivač sistema Space Shuttle -a, koji je sada postao još veći, nakon što je, pored standardne četiri sekcije s kojima je lansirao svemirski šatl, dobio i dodatni peti dio, koji će mu omogućiti da postane raketa pojačivač novog super teškog svemirskog sistema za lansiranje NASA-e, nazvanog SLS (Space Launch System).
Upravo bi ovaj sistem, prema NASA -inoj ideji, trebao vratiti Sjedinjenim Američkim Državama palmu u svim aspektima istraživanja svemira, dajući istovremeno cijelom čovječanstvu priliku da se vrati na svemirsku granicu, konačno razbivši začarani krug niske Zemlje orbiti i stavljanje pitanja istraživanja Mjeseca na dnevni red, pa čak i Mars.
Koliko je ovaj ambiciozan program stvaran i koliko je izvodljiv? Pokušajmo to shvatiti.
Uporedne veličine historijskih, savremenih i razvijenih američkih lansirnih sistema.
Pitanje za popunjavanje: zašto je Delta IV veći od Falcon 9?
Trenutno stanje američke kosmonautike nakon napuštanja arene sistema Space Shuttle prilično je žalosno: najteža raketa -lansirna jedinica koja je na raspolaganju Sjedinjenim Državama u smislu trenutnog statusa je Delta IV Heavy, koja može opteretiti 28 ljudi Zemljina orbita (LEO), 4 tone.
Porodica Delta IV, unatoč masi Boeingovih dizajnerskih, inženjerskih i komercijalnih napora da stvori i promovira svoje potomstvo na tržištu, pokazala se "u pogrešno vrijeme i na pogrešnom mjestu": na pozadini niske cijene lansiranja ruske rakete Proton i za ukrajinski Zenit-3SL, troškovi lansiranja korisnog tereta pomoću Delte IV pokazali su se prilično neprihvatljivim.
Jedno lansiranje "Delte IV" koštalo je 140-170 miliona dolara, dok je cijena sličnog korisnog tereta Protona bila oko 100 miliona dolara, a troškovi lansiranja manjeg, ali konkurentnog s "Delta IV" ukrajinskim "Zenith-3SL" bila još niža - samo 60 miliona dolara.
Tako visoki troškovi lansiranja Delte IV natjerali su Boeing da traži isključivo vladine narudžbe za to, i kao rezultat toga, sva lansiranja Delte, osim jednog, plaćena su iz proračuna američkog State Departmenta.
Lansiranje lansirnog vozila Delta IV u varijanti Heavy. Lansirna težina je oko 733 tone.
Na kraju, sredinom 2000 -ih, Delta IV je konačno ispala iz komercijalnog segmenta lansiranja svemira - i nikada se nije uspjela vratiti tamo sve do sada, kada su počeli momci iz privatne trgovine SpaceX, čija je raketa Falcon 9 se takođe približio tržišnoj niši "Delta IV", a modifikacija iste rakete, nazvana Falcon 9 Heavy, planirana za lansiranje 2015. godine, čak ju je i nadmašila.
Na početku Falcon 9 Heavyja, odjednom će se uključiti 27 Merlinovih motora s potiskom od 66 tona svaki, pogonjeni kerozinom i kisikom.
Ovo zamisao Elona Muska trebala bi dovesti "privatni" svemirski program SpaceX -a na prethodno nedostižnu visinu: za jednokratnu verziju rakete -nosača, masa prenesenog tereta u LEO bit će do 53 tone, na GPO -u - 21, 2 tone, a na putanji prema Marsu - 13, 2 tone. Uz povratak bočnih pojačivača i središnje jedinice, nosivost neće prelaziti 32 tone po LEO - za ponovnu upotrebu lansirnog vozila morate platiti dodatnom potrošnjom goriva i, kao rezultat, smanjenjem nosivosti.
Među tehničkim inovacijama tokom razvoja Falcon 9 Heavy, programer je proglasio jedinstvenu mogućnost prelijevanja goriva i oksidanta tokom leta sa bočnih pojačivača do prve faze lansirnog vozila, što će omogućiti pune rezervoare goriva u centralnom dijelu. odjeljak u vrijeme odvajanja bočnih pojačivača i poboljšati performanse korisnog tereta postavljenog u orbitu. …
Sastavljanje trupa prvih stupnjeva raketa Falcon 9. Sada je 8 motora ugrađeno u krug, s jednim središnjim. U gužvi, ali ne i lud.
"Putanja do Marsa" spomenuta u posljednjem paragrafu nije apstrakcija. S lansirnom masom od 1462 tone, dvostruko većom od trenutno rekordne Delte IV, teški Falcon već je onaj neophodni korak koji vam omogućuje da ozbiljno razmislite o letovima na Mjesec i Mars. Iako u konfiguraciji sličnijoj sovjetskim eksperimentima sa aparatom serije Probe nego kolosalnom američkom programu Saturn-Apollo.
Međutim, u budućnosti, napredovanje prema konceptu "Delta IV" i Falcon 9 sa bočnim pojačivačima, koji su "klonovi" njihovih prvih faza, počinje kliziti prema očekivanjima.
Stvar je u tome što je nemoguće pomnožiti početne "bočne stijenke" koje vam omogućuju povećanje mase izlaznog opterećenja na LEO do beskonačnosti - dva ili četiri bočna bloka još uvijek se mogu nekako pričvrstiti na središnji, ali tada je složenost montaže i kontrole takve višekomponentne strukture koja eksponencijalno raste.
Općenito, na tome je "zaspala" Mjesečeva raketa Korolev N-1, koja je na prvoj fazi imala 30 raketnih motora NK-33, što je, zajedno s petostupanjskom shemom same rakete, uspjelo neće dozvoliti da se do kraja razrade sva pitanja njegovog lakog pokretanja.
Trenutna konfiguracija Falcona 9, koja počinje odmah s 27 motora, već je blizu granice složenosti i dalje će, najvjerojatnije, kompanija Elona Muska već morati povećati masu i veličinu jedne raketne jedinice, što odmah povećava zahtjeve duž cijelog lanca proizvodnje, transporta i lansiranja raketa.
Ruska obećavajuća raketna porodica "Angara" vjerovatno će se suočiti sa sličnim problemima. Mala relativna veličina jediničnog bloka već dovodi do činjenice da raketa Angara-A5 s početnom masom od 733 tone odmah mora staviti četiri pojačane "stranice" (nosivosti 24,5 tona po LEO-u).
Angara-A5 prije lansiranja 23. decembra 2014. Na početku radi pet motora RD-191, svaki s potiskom od 196 tona.
Daljnje povećanje nosivosti Angare počiva na činjenici da ne moraju biti četiri, već šest raketnih pojačivača potrebno pričvrstiti na bazni dio druge faze, što je, možda, već neka vrsta strukturne i inženjerske granice za skaliranje paketnih sustava, jer ograničenje za koncept Falcon 9 iznosi 27 motora Merlin-1D na tri startna bloka.
Rezultirajući projekt Angara-A7 moći će, prema proračunima, s vlastitom lansirnom težinom od 1370 tona, donijeti nosivost od 50 tona u LEO (u slučaju korištenja vodikovog goriva za drugu fazu), što će najvjerojatnije biti maksimalni opseg koncepta rakete porodice Angara.
Poređenje "Angare A5" i koncepta "Angare A7" - sa kerozinom i vodikovim gorivom. U isto vrijeme postoji odgovor - zašto je "Delta IV" velika, a Falcon 9 - mali.
Općenito, što god se moglo reći, koncepti zasnovani na raketnom bloku klase 200 ili čak 400 tona - i dalje se ispostavlja da konstrukcijska i inženjerska granica karachuna za takve "paketne" rakete dolazi s početnom težinom u području od 1300- 1500 tona, što odgovara povučenoj masi 45-55 tona po LEO-u.
Ali tada je već potrebno povećati i potisak jednog motora i veličinu stepena rakete ili gasa.
I to je upravo put kojim SLS projekt ide danas.
Prvo, uzimajući u obzir negativno iskustvo "Delta IV", programeri SLS -a pokušali su maksimalno iskoristiti prošlost. Korišteno je sve i svatko: raketni pojačivači svemirskog šatla, koji su pojačani u svrhu stvaranja teške rakete, i stari RS-25 vodikovi-kisikovi motori samog šatla, koji su instalirani u drugoj fazi i ….. (pristalice teorije "Mjesečeve zavjere"-spremite se!) davno zaboravljeni motori na vodik-kisik J-2X, koji potječu od motora druge i treće faze Mjesečeve rakete "Saturn V" i za koje se predlaže da koristiti u projektovanim gornjim fazama SLS!
Štaviše, dugoročni planovi za poboljšanje akceleratora SLS-a podrazumijevaju dva konkurentska projekta koji koriste raketne motore na tekuće gorivo umjesto čvrstih goriva: projekt kompanije Aerojet, koja je za budućnost predstavila svoj razvijeni motor na kerozin-kisik zatvorenog ciklusa AJ1E6 "teški" nosač, koji potječe od projektila NK-33 Royal H-1- i projekt Pratt & Whitney Rocketdine, koji predlaže … (i opet iznenađenje, lunoskeptici!) Obnoviti proizvodnju F u SAD-u -1 motora, koji su u jednom trenutku podigli čuvenu raketu Saturn V sa Zemlje.
Možda će se život vratiti ovim ispitnim klupama. Testiranje prve faze "Saturn V" - "Saturn 1C" LV u avgustu 1968. na kiklopskom ispitnom stolu V -2. Imajte na umu da se stepenica prevozi na teglenici.
Učestvuje u razvoju budućeg obećavajućeg akceleratora za lansiranje i trenutnog proizvođača pojačivača na čvrsto gorivo koji se nalaze na početnoj montaži lansirnog vozila SLS, Blok I - ATK (Alliant Techsystems), koji je predložio daljnje povećanje postojećeg pojačala za svemirske šatle povećanjem njegove dužine i promjera … Projekt obećavajućeg akceleratora iz ATK -a naziva se "Tamni vitez".
Pa, kao trešnja na kolaču - jedna od budućih konfiguracija SLS sistema, Blok Ib, uključuje upotrebu jedinice vodonik -kiseonik kao treću fazu, posuđenu od … rakete Delta IV!
Ovo je, znate, "pakleni LEGO", u kojem je NASA pokušala procijeniti, kombinirati i koristiti sva postojeća dostignuća u području teških raketa.
Šta je SLS porodica medija? Uostalom, kao što se već sjećamo iz primjera "Delta IV", "Hangars" i Falcon 9 - ukupne dimenzije mogu biti varljive.
Dakle, evo jednostavnog dijagrama za razumijevanje namjere:
Na lijevoj strani dijagrama su teška lansirna vozila koja su Sjedinjene Države još imale. Mjesečev Saturn V, koji bi LEO -u mogao donijeti korisni teret od 118 tona, i svemirski šatl, za koji se činilo da je sam šatl za višekratnu upotrebu stavio u orbitu težine od 120 do 130 tona, ali je istovremeno sa sobom mogao isporučiti samo vrlo skromna nosivost - samo 24 tone nosivosti.
SLS koncept će se implementirati u dvije glavne verzije: sa posadom (posada) i bez posade (teret).
Osim toga, nedostupnost tri obećavajuća projekta raketnih pojačivača iz kompanija Aerojet, Rocketdine i ATK prisiljava NASA -u da koristi one "LEGO raketne dijelove" koji su dostupni - naime, upravo te poboljšane pojačivače spejs -šatlova u pet sekcija.
Prijelazni "ersatz-nosač" izgrađen na ovaj način (službeno nazvan SLS Block I), ipak će, prema svim proračunima, već imati mnogo ozbiljniju nosivost od operativnog "Delta IV" ili Falcon 9 Heavy, koji je spreman za lansiranje. Nosač SLS Block I moći će podići nosivost od 70 tona na LEO.
U usporedbi s SLS konceptom, prikazani su NASA -ini zaustavljeni razvoj u okviru programa Constellation - lansirno vozilo Ares (Mars), koje još nije stvoreno do kraja, a koje je 2009. godine izvršilo samo jedan probni let, u dizajnu Ares 1X, koji se sastojao od istog modificiranog ubrzivača Space Shuttle-a sa četiri odjeljka, na koji su bili spojeni probni teret petog segmenta i prototip opterećenja drugog stepena. Svrha tog probnog leta bila je provjeriti rad prve faze na čvrsto gorivo u aranžmanu "single stick" ("log"), međutim, nešto se moralo dogoditi tokom ispitivanja, kada su razdvojena 1. i 2. etapa, dogodio se neovlašteni skok naprijed u prvoj fazi, uzrokovan, najvjerojatnije, dogorijevanjem ulomaka goriva otrgnutim udarcem u njemu. Pojačalo na čvrsto gorivo na kraju je sustiglo raspored drugog stepena i nabilo ga.
Nakon toga, prilično neuspješan pokušaj sastavljanja "novog LEGO -a" iz starih dijelova bio je ograničen u NASA -i, projekt Ares i samo sazviježđe stavljeni su na policu neuspješnih koncepata i iz razvijenih temelja u okviru Sazviježđa, preostala je samo prilično uspješna orbitalna svemirska letjelica s ljudskom posadom. "Orion", koja je izgrađena prema shemi povratne kapsule uobičajene za jednokratne brodove, koja je konačno stavila tačku na jedrilicu za višekratnu upotrebu.
Letjelica Orion prije prvog lansiranja na raketu Delta IV. Decembra 2014.
Prečnik svemirske letelice Orion je 5,3 metra, težina svemirske letelice je oko 25 tona. Unutrašnji volumen Oriona bit će 2,5 puta veći od unutrašnjeg volumena svemirske letjelice Apollo. Zapremina brodske kabine je oko 9 m³. Zbog tako impresivne mase za orbitalnu svemirsku letjelicu i slobodnog unutrašnjeg volumena, Orion tokom misija blizu zemlje na niskim orbitama (na primjer, u ekspediciji na ISS) može podržati 6 kosmonauta.
Međutim, kao što je već spomenuto na početku, glavni zadatak za Orion i trebao bi ga staviti u orbite izvan niskoreferentnog lansirnog sistema SLS je povratak Sjedinjenih Država zadacima ovladavanja udaljenim svemirom blizu Zemlje i, prije svega, Mjesec i Mars.
Upravo za let na Mjesec i, vjerovatno, na Mars glavni napori Sjedinjenih Država i Rusije sračunati su na poboljšanje njihovih svemirskih brodova i lansirnih vozila.
Ovdje se, u principu, u prikladnoj tabelarnoj formi, analizira razlika između američkog "Oriona" i ruskog PPTS sistema.
Naravno, za naziv PPKS PPTS morate nekoga pobijediti, ali dobro. I općenito, nažalost, sa dosadašnjim PPTS projektom sve je jako teško.
Stoga, što se tiče PPTS -a, do sada imamo samo smiješne slike sa izložbe. Ali u stvarnosti, do sada je učinjeno da se malo vrijeđa …
Postoji samo model - između prošlosti i budućnosti. Postoji samo model - i držite ga se …
Osim problema s financiranjem, nerazumijevanja koncepta i mnoštva dizajnerskih i inženjerskih pitanja, budućnost PTS -a je neizvjesna i zbog nedostatka odgovarajućeg lansirnog vozila za neke od njegovih planiranih zadataka. Kao što sam rekao, do sada Rusija ima samo "Angara-A5" u metalu, koja u LEO može donijeti najviše 24,5 tona, što je sasvim dovoljno za misije na Zemlji, ali apsolutno nije dovoljno za daljnji napad na Mjesec ili Mars.
Osim toga, PPTS koncept zasnivao se na stvaranju alternative raketi "Angara" iz porodice "Rus-M", čiji je rad do sada također bio obustavljen.
Projekti projektila porodice "Rus" u poređenju samo sa porodicama "Sojuz" i "Angara".
Glavna svrha projektila porodice Rus bila je omogućavanje letova s ljudskom posadom, zbog čega raketa, pod istim uvjetima, ima manju nosivost na LEO -u od projektila Angara. To je zbog činjenice da je za vrijeme leta s posadom jedan od zahtjeva sposobnost lansirnog vozila da napusti lansiranje čak i ako jedan od motora otkaže i zahtjev da se osigura nastavak leta u slučaju kasnijeg kvara jednog od motora - s nastavkom lansiranja letjelice u spuštenu orbitu ili pružanjem spašavanja i sigurnog slijetanja.
Ovi zahtjevi, uključujući posebnu putanju lansiranja, koja bi trebala osigurati preopterećenje posade od najviše 12 g za bilo kakve hitne slučajeve i prisutnost sustava za spašavanje u hitnim slučajevima (SAS), dovode do značajnog smanjenja nosivosti " Rus "u verziji sa posadom.
Osim toga, proračunski promjer osnovnog bloka "Rus" od 3,8 metara odabran je na osnovu tradicionalnog za SSSR i Rusiju prijevoza dijelova lansirnih vozila željeznicom.
U Sjedinjenim Državama, namjerno, počevši od programa Saturn-Apollo, prve faze lansirnih vozila napravljene su na osnovu odgovarajuće veličine, uzimajući u obzir mogućnost njihovog transporta vodenim (obalno-morskim i riječnim) transportom, što pojednostavio zahtjeve za dimenzije zasebne raketne jedinice …
Prijevoz prve faze Saturna V LV na šlepu rijeke Pearl.
Danas su radovi na SLS -u i Orionu, čak i nakon raspada Sazviježđa, u punom jeku.
Završetkom SLS Bloka I, koji će se gotovo u potpunosti temeljiti na postojećim zaostalim brodovima svemirskih šatlova, NASA planira prijeći na sljedeću, mnogo ambiciozniju fazu - SLS Blok II, s međustanicama u obliku SLS Bloka Ia i SLS blok Ib.
LEGO mogućnost izgradnje ako su raketni pojačivači spremni prije. Blok I, Blok Ia, a zatim Blok II.
LEGO mogućnost gradnje ako je izmijenjena treća faza spremna ranije. Blok I, Blok Ib, a zatim Blok II.
Nosač SLS Block Ia već bi trebao primiti jedno od obećavajućih raketnih pojačivača: bilo iz Aerojeta na zatvorenom ciklusu kerozin-kisik AJ1E6, bilo iz Rocketdynea u modificiranom otvorenom ciklusu F-1 iz Saturna V, ili isto na novom čvrsto gorivo "Black Knight" iz ATK -a.
Bilo koja od ovih opcija moći će strukturi Bloka Ia pružiti nosivost u LEO regiji od 105 tona, što je već usporedivo s nosivošću Saturna V i svemirskog šatla (ako ga računamo zajedno sa šatlom)).
Isti zadaci bit će riješeni stvaranjem opsežnog i prilagođenog veličini cijelog sistema lansiranja treće kriogene faze, koji će moći nadopuniti dvostepeni sistem Block I (pojačivači lansiranja i centralna pozornica na motorima Space Shuttle) s trećom fazom, koja će za varijantu Block Ia biti kao što sam već spomenuo, posuđena od rakete Delta IV, a također će SLS -u omogućiti izlaz do 105 tona korisnog tereta za LEO.
Konačno, konačni sistem Block II trebao bi već imati treću fazu SLS-a u punoj veličini, masovno projektiranu, koja će koristiti, poput druge faze Saturn V, 5 naprednih motora J-2X i isporučiti 130 tona korisnog tereta LEO-u.
No, i pored svih ovih trikova, takav "svemirski LEGO" koštat će oko 500 miliona dolara po lansiranju, što je, naravno, manje od troškova lansiranja svemirskog šatla (1,3 milijarde dolara), ali ipak - dovoljno osjetljivo za NASA -in budžet.
Koje bi zadatke SLS trebao riješiti i zašto NASA ne uzima u obzir opciju Falcon 9 Heavy, koja bi trebala osigurati troškove od 135 miliona dolara za jednokratni sustav prijenosa goriva i 53 tone korisnog tereta za LEO?
Stvar je u tome da je NASA zaista ciljala Mjesec, Mars, pa čak i asteroide i satelite Jupitera! A Falcon 9 Heavy ispostavlja se da je premala raketa za takve zadatke …
Nuklearna raketa na Mars!
Ali ovo je, naravno, tema za dobar zaseban članak….
PS. Nakon što sam ponovo pročitao svoj članak, javljam se.
Ako kritikujem savremene ruske pristupe istraživanju svemira i hvalim Amerikance, onda postoje dobri razlozi za to.
Još 2010. stanje američkog programa istraživanja svemira bilo je žalosno: program Space Shuttle je već trebao biti zatvoren, lansiranje Aresa pokazalo je potpunu nedosljednost ideja Sazviježđa, svi američki listovi i časopisi pisali su o „ruskom svemirskom ropstvu“za Sjedinjene Države.
No, u posljednjih 5 godina američka svemirska industrija se pregrupisala, dobila potrebna sredstva - i naučila živjeti u novim, surovijim uslovima.
Hoće li se ruska kosmonautika ovim moći pohvaliti za 5 godina - posebno u kontekstu činjenice da nam ova godina donosi nesretne vijesti o zatvaranju programa Rus -M i PPTS LV, odgodi lansiranja kosmodroma Vostočni i potpuno smanjenje finansiranja Roscosmosa?
Sačekajte i vidite. Držim nas za prste krstom.
