Mislim da su mnogi ljubitelji astronautike koji se aktivno zanimaju za povijest i trenutno stanje na području 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 sustava Space Shuttle, koji je sada postao još veći, nakon što je, uz standardna četiri odjeljka s kojima je lansirao svemirski šatl, dobio i dodatni peti odjeljak koji će mu omogućiti da postane raketa pojačivač novog super teškog svemirskog sustava za lansiranje NASA-e, nazvanog SLS (Space Launch System).
Upravo bi ovaj sustav, 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 izvediv? Pokušajmo to shvatiti.
Usporedne veličine povijesnih, suvremenih i razvijenih američkih lansirnih sustava.
Pitanje za zatrpavanje: zašto je Delta IV veći od Falcona 9?
Trenutno stanje američke kozmonautike nakon što je napustilo arenu sustava Space Shuttle prilično je žalosno: najteža raketa -lansirna jedinica koja je na raspolaganju Sjedinjenim Državama u smislu njezinog trenutnog statusa je Delta IV Heavy, koja može opteretiti 28 osoba Zemljina orbita (LEO), 4 tone.
Obitelj Delta IV, unatoč masi Boeingovih dizajnerskih, inženjerskih i komercijalnih napora da stvori i promovira svoje potomke na tržištu, pokazala se "u krivo vrijeme i na krivom 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 milijuna dolara, dok je cijena sličnog korisnog tereta Protona bila oko 100 milijuna dolara, a troškovi lansiranja manjeg, ali konkurentnog s "Delta IV" ukrajinskog "Zenith-3SL" bio još niži - samo 60 milijuna dolara.
Tako visoki troškovi lansiranja Delte IV natjerali su Boeing da traži isključivo vladine narudžbe za to, pa su kao rezultat toga sva lansiranja Delte, osim jednog, plaćena 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 napokon je ispala iz komercijalnog segmenta lansiranja svemira - i nikada se nije uspjela tamo vratiti sve do sadašnjeg vremena, kada su počeli dečki iz privatne trgovine SpaceX, čija je raketa Falcon da mu stane na noge. 9 se također 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 petrolejem i kisikom.
Ovo zamisao Elona Muska trebala bi dovesti "privatni" svemirski program SpaceX -a na prethodno nedostižnu visinu: za jednokratnu verziju rakete -nosača masa prevezenog tereta u LEO bit će do 53 tone, na GPO -u - 21, 2 tone, a na putanji prema Marsu - 13, 2 tone. S povratkom 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 tijekom razvoja Falcon 9 Heavy, programer je proglasio jedinstvenu mogućnost prelijevanja goriva i oksidanta tijekom leta s bočnih pojačivača do prve faze lansirnog vozila, što će omogućiti pune spremnike goriva u središnjem dijelu. odjeljak u vrijeme odvajanja bočnih pojačivača i poboljšati performanse korisnog tereta stavljenog 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 odlomku 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 s aparatom serije Probe nego kolosalnom američkom programu Saturn-Apollo.
Međutim, u budućnosti, put 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.
Na tome je općenito "zaspala" lunarna raketa Korolev N-1, koja je na prvom stupnju imala 30 raketnih motora NK-33, što je, zajedno s peterostupanjskom shemom same rakete, učinilo ne dopušta da se do kraja razrade sva pitanja njezina lakog pokretanja.
Trenutna konfiguracija Falcona 9, koja počinje odmah s 27 motora, već je blizu granice složenosti i dalje će, najvjerojatnije, tvrtka 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 obitelj "Angara" vjerojatno 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. prosinca 2014. Na početku radi pet motora RD-191, svaki s potiskom od 196 tona.
Daljnje povećanje nosivosti Angare počiva na činjenici da na bazni dio drugog stupnja nije potrebno pričvrstiti četiri, već šest raketnih pojačivača, što je, možda, već svojevrsna strukturna i inženjerska granica za skaliranje paketnih sustava, jer je ograničenje za koncept Falcon 9 27 motora Merlin-1D na tri startna bloka.
Rezultirajući projekt Angara-A7 moći će, prema izračunima, 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 maksimalno skaliranje raketnog koncepta obitelji Angara.
Usporedba "Angare A5" i koncepta "Angare A7" - s 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 koji se temelje na raketnom bloku klase 200 ili čak 400 tona - ipak se ispostavlja da konstrukcijska i inženjerska granica karachuna za takve "paketne" projektile dolazi s lansirnom 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 stupnja rakete ili akceleratora.
I upravo je to put kojim SLS projekt ide danas.
Prvo, uzimajući u obzir negativno iskustvo "Delte IV", programeri SLS -a pokušali su maksimalno iskoristiti prošlost. Korišteno je sve i svatko: raketni pojačivači Space Shuttle, koji su pojačani u svrhu stvaranja teške rakete, i stari RS-25 vodikovi-kisikovi motori samog šatla, koji su instalirani u drugoj fazi, i…. (pristaše teorije "Mjesečeve zavjere"-spremite se!) davno zaboravljeni motori s vodikovim kisikom J-2X, koji potječu od motora drugog i trećeg stupnja Mjesečeve rakete "Saturn V" i za koje se predlaže da koristiti u predviđenim SLS!
Štoviše, dugoročni planovi za poboljšanje akceleratora SLS-a podrazumijevaju dva konkurentna projekta koji koriste raketne motore na tekuće gorivo umjesto krutih goriva: projekt tvrtke Aerojet koja je za budućnost predstavila svoj razvijeni motor na petrolej-kisik zatvorenog ciklusa AJ1E6 "teški" nosač, koji potječe od projektila NK-33 Royal H-1- i projekt tvrtke Pratt & Whitney Rocketdine, koji predlaže … (i opet iznenađenje, lunoskeptici!) Obnoviti u SAD proizvodnju F -1 motora, koji su u jednom trenutku podigli poznatu raketu Saturn V sa Zemlje.
Možda će se život vratiti ovim ispitnim klupama. Ispitivanje prve faze "Saturn V" - "Saturn 1C" LV u kolovozu 1968. na kiklopskom ispitnom stolu V -2. Imajte na umu da se stepenica prevozi na teglenici.
Sudjeluje u razvoju budućeg obećavajućeg akceleratora za lansiranje i trenutnog proizvođača pojačivača na kruto gorivo koji se nalaze na početnoj montaži lansirnog vozila SLS, Blok I - ATK (Alliant Techsystems), koji je predložio daljnje povećanje postojećeg pojačala Space Shuttle povećanjem njegove duljine i promjera … Projekt obećavajućeg akceleratora iz ATK -a naziva se "Tamni vitez".
Pa, kao trešnja na kolaču - jedna od budućih konfiguracija SLS sustava, Blok Ib, uključuje upotrebu jedinice vodik -kisik 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.
Što je SLS obitelj medija? Uostalom, kao što se već sjećamo iz primjera "Delta IV", "Hangars" i Falcon 9 - ukupne dimenzije mogu zavarati.
Dakle, evo jednostavnog dijagrama da biste razumjeli što se namjerava:
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, koji je izgledao kao 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.
Koncept SLS -a provodit će se u dvije glavne verzije: s 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 ta poboljšana pojačala za svemirske šatlove u pet dijelova.
Ovako izgrađen prijelazni "ersatz-nosač" (službeno nazvan SLS Block I), ipak će, prema svim izračunima, 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 -in 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 akceleratora svemirskog shuttlea s četiri dijela, na koji su bili spojeni probni teret petog segmenta i prototip opterećenja drugog stupnja. Svrha tog probnog leta bila je provjeriti rad prve faze na kruto gorivo u aranžmanu "single stick" ("log"), međutim, nešto se moralo dogoditi tijekom ispitivanja, kada su 1. i 2. faza razdvojene, dogodio se neovlašteni skok naprijed 1. stupnja, uzrokovan, najvjerojatnije, dogorijevanjem ulomaka goriva otrgnutim udarcem u njemu. Pojačalo na čvrsto gorivo na kraju je sustiglo raspored drugog stupnja i nabilo ga.
Nakon toga, prilično neuspješan pokušaj sastavljanja "novog LEGO -a" iz starih dijelova bio je okrnjen u NASA -i, projekt Ares i samo Sazviježđe stavljeni su na policu neuspješnih koncepata, te iz razvijenih temelja u okvirima Sazviježđa, preostala je samo prilično uspješna orbitalna letjelica s ljudskom posadom. "Orion", koja je izgrađena prema shemi povratne kapsule uobičajene za jednokratne brodove, koja je konačno stavila točku na jedrilicu za višekratnu upotrebu.
Svemirska letjelica Orion prije prvog lansiranja na raketu Delta IV. Prosinca 2014.
Promjer letjelice Orion je 5,3 metra, težina letjelice je oko 25 tona. Unutarnji volumen Oriona bit će 2,5 puta veći od unutarnjeg volumena letjelice Apollo. Zapremina brodske kabine je oko 9 m³. Zbog tako impresivne mase za orbitalnu letjelicu i slobodnog unutarnjeg volumena, Orion tijekom misija blizu zemlje na niskim orbitama (na primjer, u ekspediciji na ISS) može podržati 6 kozmonauta.
Međutim, kao što je već spomenuto na početku, glavni zadatak za Orion i trebao bi ga staviti u orbite izvan niskog referentnog lansirnog sustava SLS je povratak Sjedinjenih Država zadacima ovladavanja udaljenim svemirom blizu Zemlje i, prije svega, Mjesec i Mars.
Upravo za let na Mjesec i, vjerojatno, na Mars glavni su napori Sjedinjenih Država i Rusije u poboljšanju njihovih svemirskih brodova i lansirnih vozila.
Ovdje se u načelu u prikladnom tabličnom obliku analizira razlika između američkog "Oriona" i ruskog PPTS sustava.
Za naziv PPKS PPTS, naravno, morate nekoga odmah pobijediti, ali o dobro. I općenito, nažalost, s dosadašnjim projektom PPTS -a sve je jako teško.
Stoga, što se tiče PPTS -a, do sada imamo samo smiješne slike s izložbe. No, u stvarnosti je dosad 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 zadaća. Kao što sam rekao, do sada Rusija ima samo "Angara-A5" u metalu, koja u LEO ne može donijeti više od 24,5 tona, što je sasvim dovoljno za misije blizu zemlje, ali apsolutno nedovoljno za daljnji napad na Mjesec ili Mars.
Osim toga, koncept PPTS-a temeljio se na stvaranju alternative raketi "Angara" obitelji "Rus-M", čiji je rad također dosad bio obustavljen.
Projekti projektila obitelji "Rus" u usporedbi samo s obiteljima "Soyuz" i "Angara".
Glavna svrha projektila obitelji Rus bila je pružanje 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 tijekom letova s posadom jedan od uvjeta 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.
Ti 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 nuždi (SAS), dovode do značajnog smanjenja nosivosti " Rus "u ljudskoj verziji.
Osim toga, proračunski promjer osnovnog bloka "Rus" od 3, 8 metara odabran je na temelju tradicionalnog za SSSR i Rusiju prijevoza dijelova lansirnih vozila željeznicom.
U Sjedinjenim Državama, namjerno, počevši od programa Saturn-Apollo, prve faze lansirnih vozila izrađene su na temelju odgovarajuće veličine, uzimajući u obzir mogućnost njihovog prijevoza vodenim (obalno-morskim i riječnim) prijevozom, što uvelike 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 Constellationa, 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 međuustavkama u obliku SLS Bloka Ia i SLS blok Ib.
LEGO mogućnost gradnje 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 pojačivača lansiranja rakete: ili iz Aerojeta u zatvorenom ciklusu AJ1E6 s kerozinom i kisikom, ili iz Rocketdynea u modificiranom otvorenom ciklusu F-1 iz Saturna V, ili isto na novom kruto 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 će se zadaci riješiti stvaranjem opsežnog i prilagođenog veličini cijelog sustava lansiranja treće kriogene faze, koji će moći nadopuniti dvostupanjski sustav Block I (pojačivači lansiranja i središnja pozornica na motorima Space Shuttle) s trećom fazom, koja će za varijantu Block Ia biti poput mene već spomenuta, posuđena iz rakete Delta IV, a također će SLS -u omogućiti izlaz do 105 tona korisnog tereta za LEO.
Konačno, konačni sustav 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, čak i unatoč svim tim trikovima, takav "svemirski LEGO" koštat će oko 500 milijuna dolara po lansiranju, što je, naravno, manje od troškova lansiranja Space Shuttlea (1,3 milijarde dolara), ali ipak - dovoljno osjetljivo za NASA -in proračun.
Koje bi zadatke SLS trebao riješiti i zašto NASA ne uzima u obzir opciju Falcon 9 Heavy, koja bi trebala osigurati troškove od 135 milijuna 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! I 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….
P. S. Nakon što sam ponovno pročitao svoj članak, javljam se.
Ako kritiziram suvremene ruske pristupe istraživanju svemira i hvalim Amerikance, onda za to postoje dobri razlozi.
Još 2010. stanje američkog programa istraživanja svemira bilo je žalosno: program Space Shuttle već je trebao biti zatvoren, lansiranje Aresa pokazalo je potpunu nedosljednost ideja Constellation -a, sve američke novine i časopisi pisali su o „ruskom svemirskom ropstvu“za Sjedinjene Države.
No, u posljednjih 5 godina američka svemirska industrija pregrupirala se, dobila potrebna sredstva - i naučila živjeti u novim, surovijim uvjetima.
Hoće li se ruska kozmonautika to 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 pokretanja kozmodroma Vostočni i potpuno smanjenje financiranja Roscosmosa?
Čekaj i vidi. Držim nas za prste s križem.
