Ruang Rusia

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Adalah dipercayai bahawa teknologi sentiasa berkembang secara beransur-ansur, dari mudah kepada kompleks, dari pisau batu kepada keluli - dan hanya kemudian kepada mesin pengilangan yang diprogramkan. Bagaimanapun, nasib roket angkasa lepas ternyata tidak begitu mudah. Penciptaan peluru berpandu satu peringkat yang mudah dan boleh dipercayai untuk masa yang lama kekal tidak dapat diakses oleh pereka.

Penyelesaian diperlukan yang tidak boleh ditawarkan oleh saintis material mahupun jurutera enjin. Sehingga kini, kenderaan pelancar kekal berbilang peringkat dan boleh guna: sistem yang sangat kompleks dan mahal digunakan selama beberapa minit dan kemudian dibuang.

“Bayangkan sebelum setiap penerbangan anda akan memasang pesawat baharu: anda akan menyambungkan fiuslaj ke sayap, meletakkan kabel elektrik, memasang enjin, dan selepas mendarat anda akan menghantarnya ke tempat barang rongsokan … Anda tidak boleh terbang sejauh itu.,” pemaju Pusat Peluru Berpandu Negara memberitahu kami. Makeeva. “Tetapi inilah yang kami lakukan setiap kali kami menghantar kargo ke orbit. Sudah tentu, idealnya semua orang ingin mempunyai "mesin" satu peringkat yang boleh dipercayai yang tidak memerlukan pemasangan, tetapi tiba di kosmodrom, diisi semula dan dilancarkan. Dan kemudian ia kembali dan bermula lagi - dan lagi "…

Di tengah jalan

Pada umumnya, roket cuba bertahan dengan satu peringkat daripada projek terawal. Dalam lakaran awal Tsiolkovsky, hanya struktur sedemikian muncul. Dia meninggalkan idea ini hanya kemudian, menyedari bahawa teknologi awal abad kedua puluh tidak membenarkan merealisasikan penyelesaian yang mudah dan elegan ini. Minat terhadap pengangkut satu peringkat timbul semula pada tahun 1960-an, dan projek sedemikian sedang diusahakan di kedua-dua belah lautan. Menjelang 1970-an, Amerika Syarikat sedang mengusahakan roket satu peringkat SASSTO, Phoenix dan beberapa penyelesaian berdasarkan S-IVB, peringkat ketiga kenderaan pelancar Saturn V, yang menghantar angkasawan ke bulan.

CORONA mesti menjadi robotik dan menerima perisian pintar untuk sistem kawalan. Perisian ini akan dapat mengemas kini terus dalam penerbangan, dan dalam situasi kecemasan akan "berbalik" secara automatik ke versi sandaran stabil.

"Pilihan sedemikian tidak akan berbeza dalam kapasiti bawaan, enjin tidak cukup baik untuk ini, tetapi ia masih menjadi satu peringkat, cukup mampu terbang ke orbit," para jurutera meneruskan. "Sudah tentu, dari segi ekonomi ia sama sekali tidak wajar." Komposit dan teknologi untuk bekerja dengan mereka hanya muncul dalam beberapa dekad kebelakangan ini, yang memungkinkan untuk menjadikan pembawa satu peringkat dan, lebih-lebih lagi, boleh digunakan semula. Kos roket "intensif sains" sedemikian akan lebih tinggi daripada reka bentuk tradisional, tetapi ia akan "tersebar" pada banyak pelancaran, supaya harga pelancaran akan jauh lebih rendah daripada paras biasa.

Kebolehgunaan semula medialah yang menjadi matlamat utama pembangun hari ini. Sistem Shuttle Angkasa dan Energia-Buran sebahagiannya boleh digunakan semula. Penggunaan berulang peringkat pertama sedang diuji untuk roket SpaceX Falcon 9. SpaceX telah membuat beberapa pendaratan yang berjaya, dan pada akhir Mac mereka akan cuba melancarkan salah satu peringkat yang terbang ke angkasa semula. "Pada pendapat kami, pendekatan ini hanya boleh mendiskreditkan idea untuk mencipta media boleh guna semula sebenar," kata Biro Reka Bentuk Makeev. "Anda masih perlu menyelesaikan roket sedemikian selepas setiap penerbangan, memasang sambungan dan komponen pakai buang baharu … dan kami kembali ke tempat kami bermula."

Media yang boleh diguna semula sepenuhnya masih hanya dalam bentuk projek - kecuali New Shepard oleh syarikat Amerika Blue Origin. Setakat ini, roket dengan kapsul berawak direka hanya untuk penerbangan suborbital pelancong angkasa lepas, tetapi kebanyakan penyelesaian yang ditemui dalam kes ini boleh ditingkatkan dengan mudah untuk pembawa orbit yang lebih serius. Wakil syarikat tidak menyembunyikan rancangan mereka untuk membuat pilihan sedemikian, yang mana enjin berkuasa BE-3 dan BE-4 sedang dibangunkan. "Dengan setiap penerbangan suborbital, kami menghampiri orbit," yakin Blue Origin. Tetapi pembawa mereka yang menjanjikan, New Glenn, juga tidak akan dapat diguna semula sepenuhnya: hanya blok pertama, yang dibuat berdasarkan reka bentuk New Shepard yang telah diuji, harus digunakan semula.

Rintangan bahan

Bahan CFRP yang diperlukan untuk roket boleh guna semula sepenuhnya dan satu peringkat telah digunakan dalam teknologi aeroangkasa sejak 1990-an. Pada tahun-tahun yang sama, jurutera di McDonnell Douglas dengan cepat mula melaksanakan projek Delta Clipper (DC-X) dan hari ini boleh berbangga dengan pembawa gentian karbon yang sudah siap dan terbang. Malangnya, di bawah tekanan Lockheed Martin, kerja pada DC-X telah dihentikan, teknologi telah dipindahkan ke NASA, di mana mereka cuba menggunakannya untuk projek VentureStar yang tidak berjaya, selepas itu ramai jurutera yang terlibat dalam topik ini pergi bekerja di Blue Origin, dan syarikat itu sendiri telah diambil alih oleh Boeing.

Pada 1990-an yang sama, SRC Makeev Rusia mula berminat dengan tugas ini. Selama bertahun-tahun sejak itu, projek KORONA ("roket angkasa lepas, kenderaan pembawa satu peringkat [angkasa]") telah mengalami evolusi yang ketara, dan versi pertengahan menunjukkan bagaimana reka bentuk dan susun atur menjadi lebih mudah dan sempurna. Secara beransur-ansur, pemaju meninggalkan elemen kompleks - seperti sayap atau tangki bahan api luaran - dan mendapat pemahaman bahawa bahan badan utama mestilah gentian karbon. Bersama-sama dengan penampilan, kedua-dua berat dan kapasiti tampung berubah. "Dengan menggunakan bahan moden yang terbaik, adalah mustahil untuk membina roket satu peringkat dengan berat kurang daripada 60-70 tan, manakala muatannya akan menjadi sangat kecil," kata salah seorang pemaju. - Tetapi apabila jisim permulaan bertambah, struktur (sehingga had tertentu) menyumbang bahagian yang semakin kecil, dan ia menjadi semakin menguntungkan untuk menggunakannya. Untuk roket orbit, optimum ini adalah kira-kira 160-170 tan, bermula dari skala ini penggunaannya sudah boleh dibenarkan."

Dalam versi terkini projek KORONA, jisim pelancaran adalah lebih tinggi dan menghampiri 300 tan. Roket satu peringkat yang besar itu memerlukan penggunaan enjin jet pendorong cecair yang sangat cekap yang beroperasi pada hidrogen dan oksigen. Tidak seperti enjin pada peringkat berasingan, enjin roket pendorong cecair mesti "boleh" beroperasi dalam keadaan yang sangat berbeza dan pada ketinggian yang berbeza, termasuk berlepas dan penerbangan di luar atmosfera. "Enjin pendorong cecair konvensional dengan muncung Laval hanya berkesan pada julat ketinggian tertentu," jelas pereka Makeyevka, "oleh itu kami sampai kepada keperluan untuk menggunakan enjin roket udara baji." Pancutan gas dalam enjin sedemikian secara automatik menyesuaikan kepada tekanan "overboard", dan ia kekal cekap di permukaan dan tinggi di stratosfera.

Bekas muatan

Setakat ini, tidak ada enjin yang berfungsi seperti ini di dunia, walaupun ia telah dan sedang ditangani di negara kita dan di Amerika Syarikat. Pada tahun 1960-an, jurutera Rocketdyne menguji enjin sedemikian pada pendirian, tetapi mereka tidak datang ke pemasangan pada peluru berpandu. CROWN harus dilengkapi dengan versi modular, di mana muncung udara baji adalah satu-satunya elemen yang belum mempunyai prototaip dan belum diuji. Terdapat juga semua teknologi untuk pengeluaran bahagian komposit di Rusia - ia telah dibangunkan dan berjaya digunakan, sebagai contoh, di Institut Bahan Penerbangan All-Russian (VIAM) dan di JSC Kompozit.

Kesesuaian menegak

Apabila terbang di atmosfera, struktur galas beban gentian karbon KORONA akan ditutup dengan jubin pelindung haba yang dibangunkan oleh VIAM untuk Buran dan sejak itu telah dipertingkatkan dengan ketara."Beban haba utama pada roket kami tertumpu pada" hidungnya ", di mana elemen perlindungan haba suhu tinggi digunakan, - jelas para pereka. - Dalam kes ini, sisi roket yang mengembang mempunyai diameter yang lebih besar dan berada pada sudut akut dengan aliran udara. Beban terma pada mereka adalah kurang, yang membolehkan penggunaan bahan yang lebih ringan. Akibatnya, kami telah menjimatkan lebih daripada 1.5 tan. Jisim bahagian suhu tinggi tidak melebihi 6% daripada jumlah jisim perlindungan haba. Sebagai perbandingan, dalam Perkhidmatan Ulang-alik ia menyumbang lebih daripada 20%."

Reka bentuk media tirus yang anggun adalah hasil percubaan dan kesilapan yang tidak terkira banyaknya. Menurut pembangun, jika anda mengambil hanya ciri-ciri utama pembawa satu peringkat yang boleh diguna semula, anda perlu mempertimbangkan kira-kira 16,000 kombinasi daripadanya. Beratus-ratus daripada mereka dihargai oleh pereka semasa menjalankan projek itu. "Kami memutuskan untuk meninggalkan sayap, seperti di Buran atau Space Shuttle," kata mereka. - Pada umumnya, di atmosfera atas, mereka hanya mengganggu kapal angkasa. Kapal sedemikian memasuki atmosfera pada kelajuan hipersonik tidak lebih baik daripada "besi", dan hanya pada kelajuan supersonik mereka beralih ke penerbangan mendatar dan boleh bergantung pada aerodinamik sayap dengan betul.

Bentuk kon axisymmetric bukan sahaja membolehkan perlindungan haba yang lebih mudah, tetapi juga mempunyai aerodinamik yang baik apabila memandu pada kelajuan yang sangat tinggi. Sudah berada di lapisan atas atmosfera, roket itu menerima lif, yang membolehkannya bukan sahaja brek di sini, tetapi juga untuk bergerak. Ini, seterusnya, memungkinkan untuk membuat gerakan yang diperlukan pada altitud tinggi, menuju ke tapak pendaratan, dan dalam penerbangan masa depan, ia hanya perlu untuk melengkapkan brek, membetulkan laluan dan membelok ke belakang, menggunakan shunting yang lemah. enjin.

Ingat kedua-dua Falcon 9 dan New Shepard: tiada apa yang mustahil atau luar biasa dalam pendaratan menegak hari ini. Pada masa yang sama, ia memungkinkan untuk bertahan dengan daya yang jauh lebih sedikit semasa pembinaan dan operasi landasan - landasan di mana Shuttles dan Buran yang sama mendarat perlu mempunyai panjang beberapa kilometer untuk membrek kenderaan di kelajuan ratusan kilometer sejam. "CROWN, pada dasarnya, boleh berlepas dari platform luar pesisir dan mendarat di atasnya," tambah salah seorang pengarang projek itu, "ketepatan pendaratan akhir adalah kira-kira 10 m, roket itu diturunkan ke penyerap kejutan pneumatik yang boleh ditarik balik. Yang tinggal hanyalah menjalankan diagnostik, mengisi minyak, meletakkan muatan baharu - dan anda boleh terbang semula.

KORONA masih dilaksanakan tanpa adanya pembiayaan, jadi pemaju Biro Reka Bentuk Makeev berjaya mencapai hanya ke peringkat akhir reka bentuk draf. “Kami telah melepasi peringkat ini hampir sepenuhnya dan sepenuhnya secara bebas, tanpa sokongan luar. Kami telah melakukan semua yang boleh dilakukan, - kata pereka. - Kami tahu apa, di mana dan bila perlu dihasilkan. Sekarang kita perlu beralih kepada reka bentuk praktikal, pengeluaran dan pembangunan unit utama, dan ini memerlukan wang, jadi kini semuanya bergantung kepada mereka.

Permulaan tertunda

Roket CFRP hanya menjangkakan pelancaran berskala besar; selepas menerima sokongan yang diperlukan, pereka bersedia untuk memulakan ujian penerbangan dalam enam tahun, dan dalam tujuh hingga lapan tahun - untuk memulakan operasi percubaan peluru berpandu pertama. Mereka menganggarkan bahawa ini memerlukan kurang daripada $ 2 bilion - tidak banyak mengikut piawaian sains roket. Pada masa yang sama, pulangan pelaburan boleh dijangka selepas tujuh tahun menggunakan roket, jika bilangan pelancaran komersial kekal pada tahap semasa, atau bahkan dalam 1.5 tahun - jika ia berkembang pada kadar yang diunjurkan.

Selain itu, kehadiran enjin manuver, peranti pertemuan dan dok pada roket memungkinkan untuk bergantung pada skim pelancaran berbilang pelancaran yang kompleks. Dengan membelanjakan bahan api bukan untuk mendarat, tetapi dengan menambah muatan, anda boleh membawanya kepada jisim lebih daripada 11 tan. Kemudian CROWN akan berlabuh dengan "kapal tangki" kedua, yang akan mengisi tangkinya dengan bahan api tambahan yang diperlukan untuk pemulangan. Namun, yang lebih penting ialah kebolehgunaan semula, yang buat pertama kalinya akan melegakan kita daripada keperluan untuk mengumpulkan media sebelum setiap pelancaran - dan kehilangannya selepas setiap pelancaran. Hanya pendekatan sedemikian boleh memastikan penciptaan aliran trafik dua hala yang stabil antara Bumi dan orbit, dan pada masa yang sama permulaan eksploitasi nyata, aktif, besar-besaran ruang berhampiran Bumi.

Sementara itu, CROWN kekal dalam limbo, kerja pada New Shepard diteruskan. Projek Jepun yang serupa RVT juga sedang dibangunkan. Pembangun Rusia mungkin tidak mempunyai sokongan yang mencukupi untuk kejayaan itu. Jika anda mempunyai beberapa bilion lagi, ini adalah pelaburan yang jauh lebih baik daripada kapal layar terbesar dan paling mewah di dunia.