Ek dink dat baie ruimtevaarders -entoesiaste wat aktief belangstel in die geskiedenis en die huidige stand van sake op die gebied van ruimteverkenning en -verkenning, reeds die vuurpyl wat op die titelfoto vasgevang is, herken het.
Hierdie vuurpyl, of liewer die vuurpylversterker, is die grootste vaste vuurpyl wat ooit deur die mensdom geskep is.
Nou, dit het nog meer geword.
Dit is die syversterker van die Space Shuttle -stelsel, wat nou nog groter geword het, benewens die standaard vier afdelings waarmee dit met die ruimtetuig gelanseer is, 'n bykomende vyfde afdeling, wat dit in staat sal stel om 'n vuurpyl te word booster van die nuwe super-swaar ruimte-lanseerstelsel NASA, genaamd SLS (Space Launch System).
Volgens NASA se idee moet hierdie stelsel die palm van die Verenigde State van Amerika teruggee in alle aspekte van ruimteverkenning, en terselfdertyd die hele mensdom die geleentheid gee om terug te keer na die ruimte, en uiteindelik die bose kringloop van die lae aarde te breek wentelbaan en om die kwessie van maanverkenning weer op die agenda te plaas.en … selfs Mars.
Hoe werklik en hoe haalbaar is hierdie ambisieuse program? Kom ons probeer dit uitvind.
Vergelykende groottes van historiese, kontemporêre en ontwikkelde Amerikaanse lanseerstelsels.
Opvulvraag: waarom is Delta IV groter as Falcon 9?
Die huidige toestand van die Amerikaanse kosmonautika nadat hy die arena van die Space Shuttle -stelsel verlaat het, is nogal betreurenswaardig: die swaarste lanseervoertuig wat die Verenigde State tot sy beskikking het in terme van sy huidige status, is Delta IV Heavy, wat 'n las van 28 in laag kan plaas Aardbaan (LEO), 4 ton.
Die Delta IV -familie, ondanks die groot aantal ontwerp-, ingenieurs- en kommersiële pogings van Boeing om sy nageslag op die mark te skep en te bevorder, blyk te wees "op die verkeerde tyd en op die verkeerde plek": teen die agtergrond van die lae koste van die bekendstellings van die Russiese Proton-vuurpyl en Vir die Oekraïense Zenit-3SL was die koste van die lanseer van 'n vrag met die Delta IV redelik onbekostigbaar.
'N Enkele bekendstelling van "Delta IV" kos $ 140-170 miljoen, terwyl die koste van 'n soortgelyke vrag Proton ongeveer $ 100 miljoen beloop het, en die koste om 'n kleiner, maar mededingend te begin met "Delta IV" Oekraïens "Zenith-3SL" was nog laer - slegs 60 miljoen dollar.
So 'n hoë koste vir die bekendstelling van Delta IV het Boeing genoop om uitsluitlik regeringsbevele daarvoor te soek, en gevolglik is alle Delta -bekendstellings, behalwe een, betaal deur die Amerikaanse ministerie van buitelandse sake se begroting.
Bekendstelling van die Delta IV -lanseervoertuig in die Heavy -variant. Die lanseringsgewig is ongeveer 733 ton.
Uiteindelik, in die middel van die 2000's, val Delta IV uiteindelik uit die kommersiële segment van ruimtelanseerings - en dit kon nooit weer daarheen terugkeer nie, toe die ouens van die privaatwinkel SpaceX, waarvan die Falcon -vuurpyl begin het, 9 het ook naby die marknis van "Delta IV" gekom, en die aanpassing van dieselfde vuurpyl, genaamd Falcon 9 Heavy, wat in 2015 beplan word, het dit selfs oortref.
Aan die begin van die Falcon 9 Heavy word 27 Merlin -enjins met 'n stukrag van 66 ton elk, aangevuur deur petroleum en suurstof, tegelyk aangeskakel.
Hierdie geesteskind van Elon Musk behoort die 'private' ruimteprogram van SpaceX op 'n voorheen onbereikbare hoogte te bring: vir 'n eenmalige weergawe van die lanseervoertuig sal die massa van die vrag na LEO tot 53 ton beloop, op GPO - 21, 2 ton en op 'n baan na Mars - 13, 2 ton. Met die terugkeer van die syversterkers en die sentrale eenheid, sal die drakrag nie meer as 32 ton per LEO oorskry nie - vir die herbruikbaarheid van die lanseervoertuig moet u betaal met ekstra brandstofverbruik en gevolglik 'n afname in die vrag.
Onder die tegniese vernuwings tydens die ontwikkeling van die Falcon 9 Heavy, het die ontwikkelaar 'n unieke moontlikheid verklaar om brandstof en oksideermiddel oor te loop tydens die vlug van die syversterkers na die eerste fase van die lanseervoertuig, wat dit moontlik maak om volle brandstoftenk in die sentrale te hê seksie ten tyde van die skeiding van die syversterkers en verbeter die prestasie van die vrag wat in 'n wentelbaan geplaas word. …
Montering van die romp van die eerste fases van Falcon 9. Vuurpyle. Nou is daar reeds 8 enjins in 'n sirkel geïnstalleer, met een sentrale een. In oorvol, maar nie mal nie.
Die 'trajek na Mars' wat in die laaste paragraaf genoem word, is nie 'n abstraksie nie. Met 'n lanseringsmassa van 1,462 ton, twee keer die massa van die huidige rekordbrekende Delta IV, is die swaar Falcon reeds die nodige stap waarmee u ernstig kan nadink oor vlugte na die maan en Mars. Al is dit in 'n opset wat meer ooreenstem met Sowjet-eksperimente met die Probe-reeksapparaat as die kolossale Amerikaanse Saturn-Apollo-program.
Maar in die toekoms begin die weg na die konsep van "Delta IV" en Falcon 9 met syversterkers, wat "klone" van hul eerste fases is, soos verwag.
Die ding is dat dit onmoontlik is om die begin "sywande" te vermenigvuldig waarmee u die massa van die lasuitset na die LEO tot oneindig kan verhoog - twee of vier syblokke kan nog steeds op die een of ander manier aan die sentrale gekoppel word, maar dan is die kompleksiteit van montering en beheer van so 'n multikomponentstruktuur wat net eksponensieel groei.
Dit was oor die algemeen dat die maanvuurpyl N-1 van Korolev "aan die slaap geraak het", wat 30 NK-33 vuurpylmotors op die eerste fase gehad het, wat in samewerking met die vyf-trap-skema van die vuurpyl self laat nie toe om alle vrae van die probleemlose bekendstelling tot die einde uit te werk nie.
Die huidige konfigurasie van Falcon 9, wat onmiddellik met 27 enjins begin, is reeds naby die grens van kompleksiteit, en waarskynlik sal die onderneming van Elon Musk reeds die massa en grootte van 'n enkele vuurpyl -eenheid moet vergroot, wat onmiddellik die vereistes verhoog langs die hele ketting van produksie, vervoer en vuurpyle.
Die Russiese belowende missielfamilie "Angara" sal waarskynlik soortgelyke probleme ondervind. Die klein relatiewe grootte van 'n eenheidsblok lei reeds daartoe dat die Angara-A5-vuurpyl met 'n beginmassa van 733 ton onmiddellik vier booster "sye" moet plaas (met 'n drakrag van 24,5 ton per LEO).
Angara-A5 voor die bekendstelling op 23 Desember 2014. Aan die begin werk vyf RD-191-enjins, elk met 'n stukrag van 196 ton.
'N Verdere toename in die Angara se drakrag berus op die feit dat nie vier nie, maar ses vuurpylversterkers aan die basisgedeelte van die tweede fase gekoppel moet word, wat miskien reeds 'n soort strukturele en ingenieurslimiet is vir die opskaling van pakkestelsels, aangesien die limiet vir die Falcon 9-konsep 27 Merlin-1D-enjins op drie wegspringblokke is.
Die gevolglike Angara-A7-projek sal volgens berekeninge met 'n eie lanseergewig van 1370 ton 'n vrag van 50 ton na LEO kan bring (in die geval van die gebruik van waterstofbrandstof vir die tweede fase), wat waarskynlik die maksimum skaal van die vuurpylkonsep van die Angara -familie wees.
Vergelyking van "Angara A5" en konsepte van "Angara A7" - met petroleum en waterstofbrandstof. Terselfdertyd is daar die antwoord - waarom is die "Delta IV" groot en die Falcon 9 klein?
Oor die algemeen, wat 'n mens ook al sê, konsepte gebaseer op 'n vuurpylblok van 200 of selfs 400 ton klas - dit blyk steeds dat die strukturele en ingenieurs -karachunlimiet vir sulke 'pakkie' -missiele 'n lanseergewig het in die omgewing van 1300- 1500 ton, wat ooreenstem met die onttrekte massa 45-55 ton per LEO.
Maar dan is dit reeds nodig om die krag van 'n enkele enjin en die grootte van die vuurpyltrap of versneller te verhoog.
En dit is presies die pad wat die SLS -projek vandag inslaan.
In die eerste plek, met inagneming van die negatiewe ervaring van "Delta IV", het die SLS -ontwikkelaars probeer om die meeste uit die verlede te put. Alles en almal is gebruik: die Space Shuttle-vuurpylversterkers, wat versterk is vir die skep van 'n swaar vuurpyl, en die ou RS-25-waterstof-suurstof-enjins van die pendel self, wat in die tweede fase geïnstalleer is, en ….. (ondersteuners van die teorie van die "maansameswering"-maak gereed!) lank vergete waterstof-suurstof-enjins J-2X, wat afkomstig is van die enjins van die tweede en derde fase van die maanraket "Saturn V" en wat voorgestel word om gebruik word in die geprojekteerde boonste stadiums SLS!
Boonop impliseer die langtermynplanne vir die verbetering van die SLS-versnellers twee mededingende projekte met behulp van vuurpyl-enjins in plaas van soliede dryfmiddels: die projek van die Aerojet-onderneming, wat sy ontwikkelde kerosine-suurstof-enjin van 'n geslote siklus AJ1E6 vir die toekoms aangebied het 'swaar' draer, afkomstig van die NK- 33 Royal H-1-missiele- en 'n projek van Pratt & Whitney Rocketdine, wat voorstel … (en weer, verrassing, gekke!) Om in die VSA die produksie van F te herstel -1 enjins, wat die beroemde Saturnus V -vuurpyl op 'n tyd van die aarde af gelig het.
Miskien sal die lewe na hierdie toetsbanke terugkom. Toets van die eerste fase van die "Saturn V" - "Saturn 1C" LV in Augustus 1968 by die Cyclopean toetsbank V -2. Let daarop dat die trap op 'n skuit vervoer word.
Neem deel aan die ontwikkeling van 'n toekomstige belowende lanseringsversneller en die huidige vervaardiger van soliede dryfversterkers wat by die aanvanklike byeenkoms van die SLS -lanseervoertuig, Block I - ATK (Alliant Techsystems), is wat voorgestel het om die bestaande ruimtetuigversterker verder uit te brei deur sy lengte en deursnee te vergroot … Die projek van 'n belowende versneller van ATK word die 'Donker ridder' genoem.
Wel, as die kersie op die koek - een van die toekomstige konfigurasies van die SLS -stelsel, Block Ib, behels die gebruik van 'n waterstof -suurstof -eenheid as die derde fase, geleen uit … die Delta IV -vuurpyl!
Dit is 'helse LEGO', waarin NASA al die bestaande ontwikkelings op die gebied van swaar vuurpyle probeer evalueer, kombineer en gebruik.
Wat is die SLS -mediafamilie? Soos ons reeds onthou uit die voorbeeld van "Delta IV", "Hangars" en Falcon 9 - kan die totale dimensies misleidend wees.
Hier is 'n eenvoudige diagram om te verstaan wat bedoel is:
Aan die linkerkant van die diagram is die swaar lanseervoertuie wat die Verenigde State nog gehad het. Die maan Saturn V, wat 'n vrag van 118 ton na LEO kon bring, en die ruimtetuig, wat blykbaar die herbruikbare pendel self in 'n wentelbaan van 120 tot 130 ton gebring het, maar terselfdertyd slegs 'n baie beskeie vrag - slegs 24 ton vrag.
Die SLS -konsep sal in twee hoofweergawes geïmplementeer word: bemande (bemanning) en onbemande (vrag).
Boonop dwing die onbeskikbaarheid van drie belowende raketversterkingsprojekte van Aerojet, Rocketdine en ATK NASA om die beskikbare "LEGO -vuurpylonderdele" te gebruik - naamlik die verbeterde ruimtetuigversterkers met vyf afdelings.
'N Oorgangs "ersatz-draer" wat op hierdie manier gebou is (amptelik SLS Block I genoem), sal volgens alle berekeninge egter reeds 'n baie ernstiger drakrag hê as die werkende "Delta IV" of die Falcon 9 Heavy, wat gereed om te begin. Die SLS Block I -lanseervoertuig sal 'n vrag van 70 ton na LEO kan lig.
In vergelyking met die SLS -konsep word NASA se gestopte ontwikkelings onder die Constellation -program getoon - die Ares (Mars) lanseervoertuig, wat nog nie tot die einde geskep is nie, wat slegs een toetsvlug in 2009 gemaak het, in die Ares 1X -ontwerp, wat bestaan uit dieselfde aangepaste vier-afdeling Space Shuttle-versneller, waaraan 'n vyfde segment met 'n toets laai en 'n prototipe las van die tweede fase gekoppel is. Die doel van die toetsvlug was om die werking van die eerste fase van die soliede dryfmiddel in die "enkelstok" ("log") rangskikking te kontroleer, maar daar moes iets gebeur het tydens die toetse, toe die eerste en tweede fase geskei is, 'n ongemagtigde sprong vorentoe van die eerste fase het plaasgevind, waarskynlik veroorsaak deur die naverbranding van brandstoffragmente wat deur die ruk daarin afgeskeur is. Die vaste dryfversterker het uiteindelik die uitleg van die 2de fase ingehaal en dit gestamp.
Daarna is 'n taamlik onsuksesvolle poging om 'n "nuwe LEGO" uit ou dele te monteer, by NASA ingekort, die Ares -projek en die sterrebeeld self is op die rak van onsuksesvolle konsepte en van die ontwikkelde grondwerk binne die raamwerk van die sterrebeeld neergesit, slegs 'n redelik suksesvolle orbitaalbemande ruimtetuig is oor. "Orion", wat gebou is volgens die skema van die terugkeerkapsule wat normaalweg vir weggooibote is, wat uiteindelik 'n einde gemaak het aan die herbruikbare sweeftuig van die Ruimtependel.
Die Orion -ruimtetuig voor die eerste bekendstelling daarvan op die Delta IV -vuurpyl. Desember 2014.
Die deursnee van die Orion -ruimtetuig is 5,3 meter, die gewig van die ruimtetuig is ongeveer 25 ton. Die interne volume van Orion sal 2,5 keer groter wees as die interne volume van die Apollo -ruimtetuig. Die volume van die kajuit van die skip is ongeveer 9 m³. As gevolg van so 'n indrukwekkende massa vir 'n wentelvaartuig en 'n vrye interne volume, kan Orion tydens nabygeleë missies in lae wentelbane (byvoorbeeld op 'n ekspedisie na die ISS) 6 ruimtevaarders ondersteun.
Soos reeds aan die begin genoem, is die belangrikste taak vir Orion en behoort dit in 'n wentelbaan te plaas buite die SLS-stelsel met lae verwysings, die terugkeer van die Verenigde State na die take om die verre naby-aardse ruimte te bemeester en in die eerste plek, die maan en Mars.
Vir die vlug na die maan en moontlik na Mars word die belangrikste pogings van die Verenigde State en Rusland bereken om hul ruimteskepe en lanseervoertuie te verbeter.
Hier word die verskil tussen die Amerikaanse "Orion" en die Russiese PPTS -stelsel in beginsel in 'n gerieflike tabelvorm ontleed.
Vir die naam PPKS PPTS moet u natuurlik dadelik iemand slaan, maar wel. En in die algemeen is dit tot dusver baie moeilik met die PPTS -projek.
Met betrekking tot die PPTS het ons dus tot dusver slegs snaakse foto's van die uitstalling. Maar in werklikheid is dit tot dusver gedoen om min te beledig …
Daar is slegs 'n model - tussen die verlede en die toekoms. Daar is net 'n model - en hou vas …
Benewens finansieringsprobleme, misverstand oor die konsep en 'n magdom ontwerp- en ingenieurswese, is die toekoms van die PTS onseker en weens die gebrek aan 'n voldoende lanseerder vir sommige van die beplande take. Soos ek gesê het, Rusland het tot dusver slegs 'Angara-A5' in die metaal, wat nie meer as 24,5 ton na LEO kan bring nie, wat voldoende is vir naby-aarde missies, maar absoluut nie genoeg vir 'n verdere aanval op die maan nie of Mars.
Boonop was die PPTS-konsep gebaseer op die skepping van 'n alternatief vir die "Angara" -missiel van die "Rus-M" -gesin, waarop werk tot dusver ook gestaak is.
Slegs projekte van missiele van die "Rus" -gesin in vergelyking met die "Soyuz" en "Angara" families.
Die hoofdoel van die Rus -missielfamilie was om bemande vlugte te verskaf, waardeur die vuurpyl, andersins gelyk, 'n laer vrag op die LEO het as die Angara -missiele. Dit is te danke aan die feit dat tydens bemande vlugte een van die vereistes die vermoë is van die lanseervoertuig om die lanseerder te verlaat, selfs as een van die enjins misluk, en die vereiste om die vlug voort te sit in die geval van 'n daaropvolgende mislukking. van een van die enjins - met die voortsetting van die lansering van die ruimtetuig in 'n verlaagde wentelbaan of as redding en 'n veilige landing.
Hierdie vereistes, insluitend 'n spesiale lanseerbaan, wat 'n oorlading van die bemanning van hoogstens 12 g vir noodgevalle en die teenwoordigheid van 'n noodreddingsstelsel (SAS) moet bied, lei tot 'n aansienlike vermindering van die drakrag van die " Rus "in die bemande weergawe.
Daarbenewens is die ontwerpdeursnee van die basisblok "Rus" van 3,8 meter gekies op grond van die tradisionele vervoer van die Sovjet -Unie en Rusland per spoor na Rusland.
In die Verenigde State is doelbewus, vanaf die Saturnus-Apollo-program, die eerste fases van lanseervoertuie gemaak op grond van die toepaslike grootte, met inagneming van die moontlikheid van vervoer per water (kus- en see-), wat baie vereenvoudig die vereistes vir die afmetings van 'n aparte vuurpyl -eenheid …
Vervoer van die eerste fase van die Saturnus V LV op die skip van die Pearl River.
Vandag is die werk aan SLS en Orion, selfs na die ineenstorting van Constellation, in volle gang.
Met die voltooiing van SLS Block I, wat byna geheel en al op die bestaande Space Shuttle -agterstand gebaseer sal wees, beplan NASA om oor te gaan na die volgende, baie meer ambisieuse fase - SLS Block II, met tussenstoppe in die vorm van SLS Block Ia en SLS Blok Ib.
LEGO -bouopsie as vuurpylversterkers vroeër gereed is. Blok I, Blok Ia, en dan Blok II.
LEGO -bouopsie as die gewysigde derde fase vroeër gereed is. Blok I, blok Ib, en dan blok II.
Die SLS Block Ia-lanseervoertuig behoort reeds een van die belowende raketlanseerders te kry: óf van Aerojet op 'n AJ1E6-geslote siklus van kerosine-suurstof, óf van Rocketdyne op 'n aangepaste F-1 oop siklus van Saturn V, of dieselfde op die nuwe vaste brandstof "Black Knight" van ATK.
Elkeen van hierdie opsies kan die blok Ia -struktuur voorsien van 'n drakrag in die LEO -gebied van 105 ton, wat reeds vergelykbaar is met die drakrag van die Saturn V en die ruimtetuig (as ons dit saam met die pendeltuig tel)).
Dieselfde take sal opgelos word deur die oprigting van 'n grootskaalse en aangepas by die grootte van die hele lanseerstelsel van die derde kryogene fase, wat die tweestadige Block I-stelsel (lanseerversterkers en die sentrale fase) kan aanvul op die Space Shuttle -enjins) met 'n derde fase, wat vir die Block Ia -variant sal wees, soos ek reeds genoem het, geleen van die Delta IV -vuurpyl en ook 'n opbrengs van tot 105 ton loonvrag aan LEO sal gee.
Laastens behoort die finale Block II-stelsel reeds 'n volledige SLS-derde fase in massa te hê wat, soos die tweede fase van Saturn V, 5 gevorderde J-2X-enjins sal gebruik en 130 ton loonvrag aan LEO sal lewer.
Maar selfs ten spyte van al hierdie truuks, sal so 'n "ruimte -LEGO" ongeveer $ 500 miljoen per lanseer kos, wat natuurlik minder is as die koste om die ruimtetuig te lanseer ($ 1,3 miljard), maar steeds sensitief genoeg vir NASA se begroting.
Watter take moet SLS oplos, en waarom neem NASA nie die Falcon 9 Heavy -opsie in ag nie, wat 'n koste van $ 135 miljoen vir 'n weggooibare brandstofoordragstelsel en 53 ton loonvrag vir LEO moet kos?
Die ding is dat NASA wel die maan, Mars en selfs asteroïdes en satelliete van Jupiter geteiken het! En die Falcon 9 Heavy blyk 'n te klein vuurpyl te wees vir sulke take …
Kernraket na Mars!
Maar dit is natuurlik 'n onderwerp vir 'n goeie aparte artikel …
PS. Nadat ek my artikel weer gelees het, rapporteer ek.
As ek moderne Russiese benaderings tot ruimteverkenning kritiseer en die Amerikaners prys, is daar goeie redes daarvoor.
In 2010 was die toestand van die Amerikaanse ruimteverkenningsprogram betreurenswaardig: die Space Shuttle -program sou reeds gesluit wees, die Ares -lanseerings toon die volledige inkonsekwentheid van die Constellation -idees, wat alle Amerikaanse koerante en tydskrifte oor die "Russiese ruimteslawerny" geskryf het vir die Verenigde State.
Maar die afgelope vyf jaar het die Amerikaanse ruimtevaartbedryf hergroepeer, die nodige geld gekry - en geleer om in nuwe, moeiliker omstandighede te leef.
Sal die Russiese kosmonautika oor 5 jaar hierop kan spog - veral teen die agtergrond dat hierdie jaar ons ongelukkige nuus bring oor die sluiting van die Rus -M- en PPTS LV -programme, die uitstel van die bekendstelling van die Vostochny -kosmodroom en die totale vermindering van Roscosmos -befondsing?
Wag en sien. Ek hou ons vingers met 'n kruis vas.
