Daar word geglo dat tegnologie altyd geleidelik ontwikkel, van eenvoudig tot kompleks, van klipmes tot staal - en dan eers tot 'n geprogrammeerde freesmasjien. Die lot van ruimte -vuurpyle was egter minder eenvoudig. Die ontwerp van eenvoudige, betroubare enkelfase-missiele was vir ontwerpe ontoeganklik. Oplossings was nodig wat nie materiaalwetenskaplikes of ingenieursingenieurs kon bied nie. Tot dusver bly lanseervoertuie multistap en weggooibaar: 'n ongelooflike komplekse en duur stelsel word 'n paar minute gebruik, waarna dit weggegooi word
'Stel jou voor dat jy voor elke vlug 'n nuwe vliegtuig sou saamstel: jy sou die romp aan die vlerke koppel, elektriese kabels lê, die enjins installeer en dit na 'n stortingsterrein stuur … Jy vlieg nie ver soos dit,”het die ontwikkelaars van die State Missile Center vir ons gesê. Makeeva. 'Maar dit is presies wat ons doen elke keer as ons vrag in 'n wentelbaan stuur. Uiteraard wil almal ideaal 'n betroubare een-fase "masjien" hê wat nie vergelyk moet word nie, maar by die kosmodroom aankom, aangevul en gelanseer. En dan kom dit weer en begin weer - en weer "…
Op die halfpad
Oor die algemeen het vuurpyl probeer om met een stadium van die vroegste projekte klaar te kom. In die aanvanklike sketse van Tsiolkovsky verskyn net sulke strukture. Hy het hierdie idee eers later laat vaar en besef dat die tegnologie van die vroeë twintigste eeu dit nie moontlik maak om hierdie eenvoudige en elegante oplossing te verwesenlik nie. Belangstelling in enkelfase-draers het weer in die 1960's ontstaan, en sulke projekte is aan beide kante van die see uitgewerk. Teen die sewentigerjare was die Verenigde State besig met enkel-fase vuurpyle SASSTO, Phoenix en verskeie oplossings gebaseer op die S-IVB, die derde fase van die Saturn V-lanseervoertuig, wat ruimtevaarders na die maan gelewer het.
'So 'n opsie sou nie verskil in drakrag nie, die enjins was nie goed genoeg daarvoor nie - maar dit sou steeds 'n stadium wees wat in 'n wentelbaan kan vlieg,' sê die ingenieurs. 'Ekonomies sou dit natuurlik heeltemal ongeregverdig wees.' Komposiete en tegnologieë om daarmee saam te werk, het eers in die afgelope dekades verskyn, wat dit moontlik maak om die draer in een fase te maak en bovendien herbruikbaar. Die koste van so 'n 'wetenskap-intensiewe' vuurpyl sal hoër wees as die van 'n tradisionele ontwerp, maar dit sal 'versprei' word oor baie bekendstellings, sodat die lanseerprys baie laer sal wees as die gewone vlak.
Dit is die herbruikbaarheid van media wat vandag die hoofdoel van ontwikkelaars is. Die Space Shuttle- en Energia-Buran-stelsels was gedeeltelik herbruikbaar. Die herhaaldelike gebruik van die eerste fase word getoets vir SpaceX Falcon 9. -vuurpyle. SpaceX het al verskeie suksesvolle landings gemaak, en einde Maart sal hulle probeer om een van die fases wat weer in die ruimte gevlieg het, te begin. "Na ons mening kan hierdie benadering slegs die idee van die skep van 'n werklike herbruikbare media in diskrediet bring," sê die Makeev Design Bureau. 'U moet na elke vlug nog so 'n vuurpyl uitsorteer, verbindings en nuwe weggooikomponente installeer … en ons is terug waar ons begin het.'
Volledig herbruikbare media is nog net in die vorm van projekte - met die uitsondering van die New Shepard van die Amerikaanse maatskappy Blue Origin. Tot dusver is die vuurpyl met 'n bemande kapsule slegs bedoel vir suborbitale vlugte van ruimtetoeriste, maar die meeste van die oplossings wat in hierdie geval gevind word, kan maklik vir 'n ernstiger baandraer geskaal word. Verteenwoordigers van die onderneming verberg nie hul planne om so 'n opsie te skep waarvoor reeds kragtige enjins BE-3 en BE-4 ontwikkel word nie. "Met elke suborbitale vlug nader ons 'n wentelbaan," verseker Blue Origin. Maar hul belowende karweier New Glenn is ook nie heeltemal herbruikbaar nie: slegs die eerste blok, wat op die basis van die reeds getoetsde New Shepard -ontwerp geskep is, moet hergebruik word.
Weerstand teen materiaal
Die CFRP-materiaal wat nodig is vir ten volle herbruikbare en enkel-fase vuurpyle, word sedert die 1990's in lugvaart-tegnologie gebruik. In dieselfde jare het ingenieurs by McDonnell Douglas vinnig begin met die implementering van die Delta Clipper (DC-X) -projek, en vandag kan hulle baie spog met 'n klaargemaakte en vlieënde koolstofveseldraer. Onder druk van Lockheed Martin is die werk aan DC-X gestaak, die tegnologieë is na NASA oorgeplaas, waar hulle dit probeer gebruik het vir die onsuksesvolle VentureStar-projek, waarna baie ingenieurs wat by hierdie onderwerp betrokke was, by Blue Origin gaan werk het, en die onderneming self is deur Boeing oorgeneem.
In dieselfde 1990's het die Russiese SR SR Makeev in hierdie taak belanggestel. Sedertdien het die KORONA-projek ("Space rocket, single-stage carrier of [space] vehicles") 'n merkbare evolusie ondergaan, en tussenweergawes wys hoe die ontwerp en uitleg al hoe meer eenvoudig en perfek geword het. Geleidelik het die ontwikkelaars komplekse elemente - soos vlerke of eksterne brandstoftenks - laat vaar en tot die besef gekom dat die hoofmateriaal koolstofvesel moet wees. Saam met die voorkoms het beide die gewig en die drakrag verander. "Deur selfs die beste moderne materiale te gebruik, is dit onmoontlik om 'n enkelfase-vuurpyl te bou wat minder as 60-70 ton weeg, terwyl die vragvrag baie klein is," sê een van die ontwikkelaars. - Maar namate die beginmassa groei, het die struktuur (tot 'n sekere limiet) 'n steeds kleiner aandeel, en dit word meer en meer winsgewend om dit te gebruik. Vir 'n orbitale vuurpyl is hierdie optimum ongeveer 160-170 ton, vanaf hierdie skaal kan die gebruik daarvan reeds geregverdig word."
In die nuutste weergawe van die KORONA-projek is die lanseermassa selfs hoër en nader tot 300 ton. So 'n groot enkelfase-vuurpyl vereis die gebruik van 'n hoogs doeltreffende vloeistofdryfmotor wat op waterstof en suurstof werk. Anders as enjins in afsonderlike fases, moet so 'n vloeistofdryfraketmotor in baie verskillende toestande en op verskillende hoogtes kan werk, insluitend opstyg en vlug buite die atmosfeer. "'N Konvensionele vloeistofdryf-enjin met Laval-spuitpunte is slegs effektief op sekere hoogtes," verduidelik die ontwerpers van Makeevka, "daarom het ons die behoefte gekry om 'n wig-lug-vuurpylenjin te gebruik." Die gasstraal in sulke enjins pas homself aan by die druk "oorboord", en dit behou hul doeltreffendheid op die oppervlak sowel as hoog in die stratosfeer.
Tot dusver is daar nie 'n werkende enjin van hierdie aard in die wêreld nie, alhoewel dit in ons land en in die VSA behandel is en behandel word. In die 1960's het ingenieurs van Rocketdyne sulke enjins op 'n staander getoets, maar hulle het nie op missiele geïnstalleer nie. CROWN moet toegerus wees met 'n modulêre weergawe waarin die wig-lugspuitstuk die enigste element is wat nog nie 'n prototipe het nie en nog nie getoets is nie. Daar is ook alle tegnologieë vir die vervaardiging van saamgestelde dele in Rusland - dit is ontwikkel en word suksesvol gebruik, byvoorbeeld by die All -Russian Institute of Aviation Materials (VIAM) en by OJSC "Kompozit".
Vertikale pasvorm
As die lug in die atmosfeer vlieg, sal die koolstofveselversterkte plastiekstruktuur van die CORONA bedek wees met hittebeskermende teëls wat deur VIAM vir die Burans ontwikkel is en sedertdien merkbaar verbeter is.'Die belangrikste hittebelasting op ons vuurpyl is gekonsentreer op die' neus ', waar termiese beskermingselemente by hoë temperatuur gebruik word, verduidelik die ontwerpers. - In hierdie geval het die uitbreidende sye van die vuurpyl 'n groter deursnee en is dit skerp teenoor die lugvloei. Die termiese las daarop is minder, wat die gebruik van ligter materiale moontlik maak. As gevolg hiervan het ons meer as 1,5 ton bespaar. Die massa van die hoë temperatuur gedeelte oorskry nie 6% van die totale massa van die termiese beskerming nie. Ter vergelyking is dit verantwoordelik vir meer as 20% van die pendeltuie."
Die slanke, tapse ontwerp van die media is die gevolg van ontelbare beproewing. Volgens die ontwikkelaars, as u slegs die belangrikste kenmerke van 'n moontlike herbruikbare enkelfase-draer aanneem, moet u ongeveer 16 000 kombinasies daarvan oorweeg. Honderde van hulle is waardeer deur die ontwerpers terwyl hulle aan die projek gewerk het. 'Ons het besluit om die vlerke te laat vaar, soos op die Buran of die ruimtetuig,' sê hulle. - In die boonste atmosfeer belemmer hulle meestal ruimtetuie. Sulke skepe betree die atmosfeer teen 'n hipersoniese spoed, nie beter as 'n 'yster' nie, en slegs met 'n supersoniese spoed skakel hulle oor na horisontale vlug en kan hulle behoorlik staatmaak op die aërodinamika van die vlerke. '
Die asimmetriese keëlvorm bied nie net makliker termiese beskerming nie, maar het ook goeie aërodinamika wanneer u teen baie hoë snelhede ry. Reeds in die boonste lae van die atmosfeer kry die vuurpyl 'n hysbak, waardeur sy nie net hier kan rem nie, maar ook kan beweeg. Dit maak op sy beurt die nodige maneuvers op groot hoogte moontlik, op pad na die landingsplek, en in die toekomstige vlug bly dit slegs om die rem te voltooi, die koers reg te stel en agteruit af te draai met behulp van swak maneuver -enjins.
Onthou beide die Falcon 9 en die New Shepard: daar is niks onmoontliks of selfs ongewoon in vertikale landing vandag nie. Terselfdertyd maak dit dit moontlik om met aansienlik minder kragte oor die weg te kom tydens die konstruksie en werking van die aanloopbaan - die baan waarop dieselfde pendeltuie en Buran geland het, moes 'n paar kilometer lank wees om die voertuig te rem. 'n spoed van honderde kilometers per uur. 'Die CROWN kan in beginsel selfs van 'n buitelandse platform af opstyg en daarop beland', voeg een van die skrywers van die projek by, 'die finale landingsnauwkeurigheid sal ongeveer 10 m wees, die vuurpyl word op neerslagbare pneumatiese skokbrekers laat sak.” Al wat oorgebly het, is om diagnostiek uit te voer, brandstof te vul, 'n nuwe vrag te plaas - en u kan weer vlieg.
KORONA word steeds geïmplementeer sonder gebrek aan finansiering, sodat die ontwikkelaars van die Makeev Design Bureau slegs by die laaste stadiums van die ontwerpontwerp kon uitkom. 'Ons het hierdie fase byna heeltemal en heeltemal onafhanklik geslaag, sonder eksterne ondersteuning. Ons het reeds alles gedoen wat gedoen kon word, sê die ontwerpers. - Ons weet wat, waar en wanneer geproduseer moet word. Nou moet ons oorgaan na die praktiese ontwerp, vervaardiging en ontwikkeling van sleutel -eenhede, en dit verg geld, so nou hang alles daarvan af."
Vertraagde begin
Die CFRP -vuurpyl verwag slegs 'n grootskaalse bekendstelling; na ontvangs van die nodige ondersteuning, is die ontwerpers gereed om met vlugtoetse oor ses jaar te begin, en oor sewe tot agt jaar - met die eksperimentele werking van die eerste missiele. Hulle skat dat dit minder as $ 2 miljard verg - nie veel volgens vuurpylstandaarde nie. Terselfdertyd kan 'n opbrengs op belegging verwag word na sewe jaar van die gebruik van die vuurpyl, as die aantal kommersiële bekendstellings op die huidige vlak bly, of selfs in 1,5 jaar - as dit groei teen die voorspelde koers.
Boonop maak die teenwoordigheid van manoeuvreer-enjins, ontmoetings- en aanleggeriewe op die vuurpyl dit ook moontlik om op komplekse opstartskemas met veelvuldige bekendstellings te reken. Nadat u brandstof gebruik het om nie te land nie, maar om die laai te voltooi, kan u dit tot 'n massa van meer as 11 ton bring. Dan sal die CROWN vasmaak met die tweede "tenkwa", wat sy tenks sal vul met bykomende brandstof wat nodig is vir die terugkeer. Maar steeds belangriker is herbruikbaarheid, wat ons vir die eerste keer van die behoefte om die media te versamel voor elke bekendstelling sal onthef - en dit na elke bekendstelling verloor. Slegs so 'n benadering kan 'n stabiele tweerigting-verkeersvloei tussen die aarde en die baan verseker, en terselfdertyd die begin van 'n werklike, aktiewe, grootskaalse ontginning van ruimte naby die aarde.
Intussen bly die KROON in die slag, werk aan New Shepard gaan voort. 'N Soortgelyke Japanse projek RVT ontwikkel ook. Russiese ontwikkelaars het eenvoudig nie genoeg ondersteuning vir 'n deurbraak nie. As u 'n paar miljarde oor het, is dit 'n baie beter belegging as selfs die grootste en luuksste seiljag ter wêreld.
