Mislim, da so številni ljubitelji astronavtike, ki jih aktivno zanima zgodovina in trenutno stanje na področju raziskovanja in raziskovanja vesolja, že prepoznali raketo, zajeto na naslovni fotografiji.
Ta raketa ali bolje rečeno raketni ojačevalnik je največja raketa s trdnim pogonom, ki jo je človeštvo kdaj ustvarilo.
No, zdaj je postalo še več.
To je stranski ojačevalnik sistema Space Shuttle, ki je zdaj postal še večji, saj je poleg standardnih štirih odsekov, s katerimi je izstrelil s vesoljskim čolnom, prejel še dodaten peti odsek, ki mu bo omogočil, da postane raketa ojačevalnik novega super težkega vesoljskega sistema NASA, imenovanega SLS (Space Launch System).
Prav ta sistem bi moral po zamisli NASA Združenim državam Amerike vrniti palmo v vseh vidikih raziskovanja vesolja, hkrati pa vsem človeštvom dati možnost, da se vrnejo na vesoljsko mejo in končno razbijejo začarani krog nizke Zemlje. orbito in na dnevni red uvrstili vprašanje raziskovanja Lune in … celo Mars.
Kako resničen in izvedljiv je ta ambiciozen program? Poskusimo ugotoviti.
Primerjalne velikosti zgodovinskih, sodobnih in razvitih ameriških izstrelitvenih sistemov.
Vprašanje pri zapolnitvi: zakaj je Delta IV večji od Falcona 9?
Trenutno stanje ameriške kozmonavtike, potem ko je zapustilo areno sistema Space Shuttle, je precej obžalovanja vredno: najtežja izstrelitvena naprava, ki je na voljo Združenim državam glede na njen trenutni status, je Delta IV Heavy, ki lahko obremenitev 28 spusti na nizko Zemljina orbita (LEO), 4 tone.
Družina Delta IV se je kljub množici Boeingovih oblikovalskih, inženirskih in komercialnih prizadevanj za ustvarjanje in promocijo svojih potomcev na trgu izkazala za "ob napačnem času in na napačnem mestu": v ozadju nizkih stroškov izstrelitev ruske rakete Proton in za ukrajinski Zenit-3SL so se stroški izstrelitve tovora z uporabo Delte IV izkazali za precej neprimerne.
En sam izstrelitev "Delte IV" je stal 140-170 milijonov dolarjev, medtem ko so bili stroški podobnega tovora Protona približno 100 milijonov dolarjev, stroški lansiranja manjšega, a konkurenčnega z "Delta IV" ukrajinskega "Zenith-3SL" je bila še nižja - le 60 milijonov dolarjev.
Tako visoki stroški izstrelitve Delte IV so prisilili Boeing, da je zanj iskal izključno vladna naročila, zato so vse izstrelitve Delte, razen ene, plačali iz proračuna ameriškega State Departmenta.
Lansiranje nosilne rakete Delta IV v različici Heavy. Izhodiščna teža je približno 733 ton.
Na koncu sredi 2000 -ih je Delta IV končno izpadel iz komercialnega segmenta vesoljskih izstrelitev - tja pa se nikoli ni mogel vrniti do danes, ko so začeli fantje iz zasebne trgovine SpaceX, katere raketa Falcon stopiti mu za pete. 9 se je približal tudi tržni niši "Delta IV", modifikacija iste rakete, imenovana Falcon 9 Heavy, ki je bila načrtovana za izstrelitev leta 2015, jo je celo presegla.
Na začetku Falcon 9 Heavy se bo takoj vklopilo 27 motorjev Merlin s potiskom po 66 ton, ki jih poganjata petrolej in kisik.
Ta zamisel Elona Muska bi morala "zasebni" vesoljski program SpaceX pripeljati na prej nedosegljivo višino: pri enkratni različici nosilne rakete bo masa prenesenega tovora v LEO do 53 ton, na GPO - 21, 2 tone in na poti do Marsa - 13, 2 tone. Z vrnitvijo stranskih ojačevalnikov in centralne enote nosilnost ne bo presegla 32 ton na LEO - za večkratno uporabo lansirnega vozila morate plačati z dodatno porabo goriva in posledično zmanjšanjem nosilnosti.
Med tehničnimi novostmi med razvojem Falcon 9 Heavy je razvijalec razglasil edinstveno možnost prelivanja goriva in oksidanta med letom od stranskih ojačevalnikov do prve stopnje nosilne rakete, kar bo omogočilo polne rezervoarje za gorivo v središču. odsek v času ločitve stranskih ojačevalnikov in izboljšajo zmogljivost tovora, ki je postavljen v orbito. …
Sestava trupov prvih stopenj raket Falcon 9. Zdaj je v krogu nameščenih že 8 motorjev z enim osrednjim. V gneči, a ne nori.
"Pot do Marsa", omenjena v zadnjem odstavku, ni abstrakcija. Z izstrelitveno maso 1462 ton, dvakrat večjo od mase trenutno rekordne Delte IV, je težki Falcon že tisti potreben korak, ki vam omogoča, da resno razmišljate o poletih na Luno in Mars. Čeprav v konfiguraciji, ki je bolj podobna sovjetskim poskusom z aparatom serije Probe kot pa kolosalnemu ameriškemu programu Saturn-Apollo.
V prihodnosti pa se koncept "Delta IV" in Falcon 9 s stranskimi ojačevalniki, ki sta "kloni" svojih prvih stopenj, v prihodnosti začne zdrsniti.
Stvar je v tem, da je nemogoče pomnožiti začetne "stranske stene", ki vam omogočajo, da povečate maso tovora na LEO do neskončnosti - dva ali štiri stranske bloke lahko še vedno nekako pritrdite na osrednjega, potem pa kompleksnost montaže in nadzora takšne večkomponentne strukture, ki eksponentno narašča.
Na splošno je prav na tem "zaspala" lunarna raketa Korolev N-1, ki je imela na prvi stopnji 30 raketnih motorjev NK-33, kar je v povezavi s petstopenjsko shemo same rakete ne dovolijo do konca rešiti vseh vprašanj njegovega lahkega zagona.
Trenutna konfiguracija Falcona 9, ki se je začela takoj s 27 motorji, je že blizu meje zapletenosti, nadalje pa bo najverjetneje podjetje Elona Muska že moralo povečati maso in velikost ene raketne enote, kar takoj poveča zahteve vzdolž celotne verige proizvodnje, transporta in lansiranja raket.
Ruska obetavna raketna družina "Angara" se bo verjetno soočila s podobnimi težavami. Majhna relativna velikost bloka enote že vodi k dejstvu, da mora raketa Angara-A5 z začetno maso 733 ton takoj postaviti štiri ojačevalne "stranice" (z nosilnostjo 24,5 tone na LEO).
Angara-A5 pred izstrelitvijo 23. decembra 2014. Na začetku deluje pet motorjev RD-191, vsak s potiskom 196 ton.
Nadaljnje povečanje nosilnosti Angare temelji na dejstvu, da na osnovni del druge stopnje ni treba pritrditi štirih, ampak šest raketnih ojačevalnikov, kar je morda že nekakšna strukturna in inženirska meja za povečanje paketov, saj je omejitev za koncept Falcon 9 27 motorjev Merlin-1D na treh zagonskih blokih.
Nastali projekt Angara-A7 bo lahko po izračunih z lastno izstrelitveno maso 1370 ton prinesel nosilnost 50 ton v LEO (v primeru uporabe vodikovega goriva za drugo stopnjo), kar bo najverjetneje biti največji obseg koncepta rakete družine Angara.
Primerjava "Angare A5" in konceptov "Angare A7" - s kerozinom in vodikovim gorivom. Hkrati obstaja odgovor - zakaj je "Delta IV" velik, Falcon 9 pa majhen.
Na splošno, karkoli že rečemo, koncepti, ki temeljijo na raketnem bloku razreda 200 ali celo 400 ton - še vedno se izkaže, da je konstrukcijska in inženirska meja karačuna za takšne "paketne" rakete pri izstrelitveni masi v območju 1300- 1500 ton, kar ustreza umaknjeni masi 45-55 ton na LEO.
Potem pa je že treba povečati potisk enega samega motorja in velikost raketne stopnje ali pospeševalnika.
In prav to je pot, po kateri danes hodi projekt SLS.
Najprej so razvijalci SLS ob upoštevanju negativnih izkušenj "Delte IV" poskušali izkoristiti preteklost. Uporabljeni so bili vsi in vsi: raketni ojačevalniki Space Shuttle, ki so bili okrepljeni z namenom ustvarjanja težke rakete, in stari vodikovo-kisikovi motorji RS-25 samega šatla, ki so bili nameščeni v drugi fazi in ….. (zagovorniki teorije "lunine zarote"-pripravite se!) že dolgo pozabljeni motorji na vodikov kisik J-2X, ki izvirajo iz motorjev druge in tretje stopnje lunine rakete "Saturn V" in ki naj bi se uporablja v predvidenih zgornjih stopnjah SLS!
Poleg tega dolgoročni načrti za izboljšanje pospeševalnikov SLS predvidevajo dva konkurenčna projekta, ki uporabljajo raketne motorje na tekoče gorivo namesto trdnih goriv: projekt podjetja Aerojet, ki je za prihodnost predstavil svoj razvit motor na kerozin-kisik z zaprtim ciklom AJ1E6 "težki" nosilec, ki izvira iz raket NK-33 Royal H-1- in projekt podjetja Pratt & Whitney Rocketdine, ki predlaga … (in spet presenečenje, lunoskeptiki!) V ZDA obnoviti proizvodnjo F -1 motorjev, ki so nekoč z Zemlje dvignili znamenito raketo Saturn V.
Morda se bo življenje vrnilo na te testne klopi. Testiranje prve stopnje "Saturn V" - "Saturn 1C" LV avgusta 1968 na ciklopskem preizkusnem pultu V -2. Upoštevajte, da se stopnica prevaža na barki.
Sodeluje pri razvoju prihodnjega obetavnega izstrelitvenega pospeševalnika in sedanjega proizvajalca ojačevalcev na trda goriva, ki so na začetni sestavi nosilne rakete SLS, Blok I - ATK (Alliant Techsystems), ki je predlagal nadaljnjo širitev obstoječega ojačevalnika Space Shuttle. s povečanjem njegove dolžine in premera … Projekt obetavnega pospeševalnika iz ATK se imenuje "Temni vitez".
No, kot češnja na torti - ena od prihodnjih konfiguracij sistema SLS, Block Ib, vključuje uporabo enote vodikovega kisika kot tretjo stopnjo, izposojeno iz … rakete Delta IV!
To je, veste, "peklenski LEGO", v katerem je NASA poskušala oceniti, združiti in uporabiti ves obstoječi razvoj na področju težkih raket.
Kaj je družina medijev SLS? Konec koncev, kot se že spomnimo iz primera "Delta IV", "Hangars" in Falcon 9 - so lahko splošne dimenzije zavajajoče.
Torej, tukaj je preprost diagram, da razumete, kaj je namenjeno:
Na levi strani diagrama so težka lansirna vozila, ki so jih imele ZDA. Lunin Saturn V, ki bi LEO lahko prinesel koristno obremenitev 118 ton, in vesoljski šatl, za katerega se je zdelo, da je sam šatl za večkratno uporabo dal v orbito, težo od 120 do 130 ton, hkrati pa bi lahko s seboj prinesel le zelo skromna nosilnost - le 24 ton nosilnosti.
Koncept SLS bo izveden v dveh glavnih različicah: s posadko (posadka) in brez posadke (tovor).
Poleg tega je nerazpoložljivost treh obetavnih projektov raketnih ojačevalcev iz družb Aerojet, Rocketdine in ATK prisilila NASA, da uporabi tiste "raketne dele LEGO", ki so na voljo, in sicer tiste zelo izboljšane ojačevalnike vesoljskih ladij v petih delih.
Tako zgrajen prehodni "ersatz-nosilec" (uradno imenovan SLS Block I) bo kljub temu po vseh izračunih že imel veliko resnejšo nosilnost kot delujoči "Delta IV" ali Falcon 9 Heavy, ki je pripravljen za zagon. Nosilka SLS Block I bo lahko LEO dvignila nosilnost 70 ton.
V primerjavi s konceptom SLS je prikazan zaustavljen razvoj NASA v okviru programa Constellation - lansirna naprava Ares (Mars), ki še ni bila ustvarjena do konca in je leta 2009 opravila le en poskusni let, v zasnovi Ares 1X, ki je bil sestavljen iz istega spremenjenega pospeševalnika Space Shuttle s štirimi deli, na katerega sta bila povezana preskusna obremenitev petega segmenta in prototipna obremenitev druge stopnje. Namen tega preizkusnega leta je bil preveriti delovanje prve stopnje trdnega goriva v aranžmaju "enojna palica" ("hlod"), vendar se je moralo med preskusi nekaj zgoditi, ko sta bili 1. in 2. stopnja ločeni, prišlo je do nepooblaščenega skoka naprej 1. stopnje, ki ga je najverjetneje povzročilo naknadno izgorevanje drobcev goriva, ki jih je odtrgal potres v njem. Ojačevalnik na trdno gorivo je sčasoma dohitel postavitev 2. stopnje in jo zabil.
Po tem so v NASI okrnili precej neuspešen poskus sestavljanja "novega LEGA" iz starih delov, projekt Ares in samo ozvezdje sta bila odložena na polico neuspešnih konceptov in iz razvite osnove v okviru ozvezdja, je ostalo le dokaj uspešno orbitalno vesoljsko plovilo s posadko. "Orion", ki je bil zgrajen po shemi povratne kapsule, običajne za ladje za enkratno uporabo, ki je končno končala jadralno letalo Space Shuttle za večkratno uporabo.
Vesoljsko plovilo Orion pred prvim izstrelitvijo na raketo Delta IV. Decembra 2014.
Premer vesoljskega plovila Orion je 5,3 metra, teža vesoljskega plovila je približno 25 ton. Notranja prostornina Oriona bo 2,5 -krat večja od notranje prostornine vesoljskega plovila Apollo. Prostornina ladijske kabine je približno 9 m³. Zaradi tako impresivne mase za orbitalno vesoljsko plovilo in proste notranje prostornine lahko Orion med misijami okoli Zemlje v nizkih orbitah (na primer na odpravi na ISS) podpira 6 kozmonavtov.
Vendar pa je, kot je bilo že omenjeno na začetku, glavna naloga Oriona, ki bi ga moral postaviti v orbite onkraj nizkega referenčnega izstrelitvenega sistema SLS, vrnitev Združenih držav k nalogam obvladovanja oddaljenega okolizemnega prostora in najprej, Luna in Mars.
Za polet na Luno in po možnosti na Mars so glavni napori ZDA in Rusije izračunani pri izboljšanju njihovih vesoljskih ladij in raketnih nosilcev.
Tu se načeloma v priročni tabelarni obliki analizira razlika med ameriškim "Orionom" in ruskim sistemom PPTS.
Za ime PPKS PPTS morate seveda nekoga takoj premagati, a dobro. In na splošno je na žalost pri dosedanjem projektu PPTS vse zelo težko.
Zato imamo glede PPTS do sedaj le smešne slike z razstave. Toda v resnici je bilo doslej storjeno malo žaljivega …
Obstaja le model - med preteklostjo in prihodnostjo. Obstaja samo model - in držite se ga …
Poleg težav s financiranjem, nerazumevanja koncepta in številnih oblikovalskih in inženirskih vprašanj je prihodnost PTS negotova in zaradi pomanjkanja ustreznega nosilca za nekatere načrtovane naloge. Kot sem rekel, ima Rusija doslej le "Angaro-A5" v kovini, ki lahko LEO prinese največ 24,5 tone, kar je povsem dovolj za misije v bližini Zemlje, vendar absolutno ne dovolj za nadaljnji napad na Luno ali Mars.
Poleg tega je koncept PPTS temeljil na ustvarjanju alternative raketi "Angara" družine "Rus-M", katere delo je bilo do zdaj tudi ustavljeno.
Projekti raket družine "Rus" v primerjavi samo z družinama "Soyuz" in "Angara".
Glavni namen raketne družine Rus je bil zagotoviti lete s posadko, zaradi česar ima raketa, pri drugih enakih pogojih, nižjo nosilnost na LEO kot rakete Angara. To je posledica dejstva, da je med leti s posadko ena od zahtev sposobnost lansirnega vozila, da zapusti izstrelitev, tudi če eden od motorjev odpove, in zahteva, da se zagotovi nadaljevanje leta v primeru naknadne okvare enega od motorjev - z nadaljevanjem izstrelitve vesoljskega plovila v spuščeno orbito ali zagotavljanjem reševanja in varnega pristanka.
Te zahteve, vključno s posebno potjo izstrelitve, ki bi morala zagotoviti preobremenitev posadke za največ 12 g v vseh nujnih primerih in prisotnost reševalnega sistema v sili (SAS), vodijo do znatnega zmanjšanja nosilnosti " Rus "v različici s posadko.
Poleg tega je bil konstrukcijski premer osnovnega bloka "Rus" 3,8 metra izbran na podlagi tradicionalnega za ZSSR in Rusijo prevoza delov lansirnih vozil po železnici.
V Združenih državah so namerno, začenši s programom Saturn-Apollo, prve stopnje raketnih nosilcev izdelane glede na ustrezno velikost, ob upoštevanju možnosti njihovega prevoza po vodnem (obalno-morskem in rečnem) transportu, kar je močno poenostavil zahteve za dimenzije ločene raketne enote …
Prevoz prve stopnje Saturna V LV na rečni barki Pearl.
Danes je delo na SLS in Orionu tudi po razpadu Constellation v polnem teku.
Z dokončanjem bloka I SLS, ki bo skoraj v celoti temeljil na obstoječih zaostankih vesoljskega plovila, NASA namerava preiti na naslednjo, veliko bolj ambiciozno fazo - blok SLS II, z vmesnimi postanki v obliki bloka SLS Ia in SLS blok Ib.
Možnost izdelave LEGO, če so raketni ojačevalniki pripravljeni prej. Blok I, Blok Ia in nato Blok II.
Možnost izdelave LEGO, če je spremenjena tretja stopnja pripravljena prej. Blok I, Blok Ib in nato Blok II.
Izstreljevalna naprava SLS Block Ia bi morala že prejeti enega od obetavnih raketnih ojačevalnikov: bodisi iz Aerojeta v zaprtem ciklu s kerozinom in kisikom AJ1E6, bodisi iz Rocketdyna v spremenjenem odprtem ciklu F-1 iz Saturna V ali enako na novem trdno gorivo "Black Knight" iz ATK.
Vsaka od teh možnosti bo lahko strukturi Block Ia zagotovila nosilnost v območju LEO 105 ton, kar je že primerljivo z nosilnostjo Saturna V in vesoljskega plovila (če ga štejemo skupaj s šatlom)).
Iste naloge bodo rešene z oblikovanjem obsežnega in prilagojenega velikosti celotnega izstrelitvenega sistema tretje kriogene stopnje, ki bo lahko dopolnil dvostopenjski sistem Block I (ojačevalci izstrelitve in osrednji oder na motorjih Space Shuttle) s tretjo stopnjo, ki bo za varianto Block Ia, kot sem že omenil, izposojena iz rakete Delta IV in bo prav tako SLS zagotavljala do 105 ton nosilnosti za LEO.
Končno bi moral zadnji sistem Block II že imeti tretjo stopnjo SLS v polni velikosti, ki je bila masovno zasnovana in bo uporabljala, tako kot druga stopnja Saturn V, 5 naprednih motorjev J-2X in prinesla 130 ton nosilnosti LEO.
Toda tudi kljub vsem tem trikom bo takšen "vesoljski LEGO" stal okoli 500 milijonov dolarjev na izstrelitev, kar je seveda manj kot stroški izstrelitve vesoljskega plovila (1,3 milijarde dolarjev), a vseeno dovolj občutljivo za proračun NASA.
Katere naloge naj reši SLS in zakaj NASA ne upošteva možnosti Falcon 9 Heavy, ki naj bi zagotovila stroške 135 milijonov dolarjev za sistem za prenos goriva za enkratno uporabo in 53 ton nosilnosti za LEO?
Stvar je v tem, da je NASA res ciljala na Luno, Mars in celo asteroide in satelite Jupitra! In Falcon 9 Heavy se izkaže za premajhno raketo za take naloge …
Jedrska raketa na Mars!
Ampak to je seveda tema za dober ločen članek …
PS. Ko sem ponovno prebral članek, poročam.
Če kritiziram sodobne ruske pristope k raziskovanju vesolja in hvalim Američane, potem obstajajo dobri razlogi za to.
Leta 2010 je bilo stanje ameriškega programa raziskovanja vesolja obžalovanja vredno: program Space Shuttle je bil že načrtovan za zaprtje, izstrelitve Aresa so pokazale popolno nedoslednost idej Constellation, vsi ameriški časopisi in revije so pisali o "ruskem vesoljskem suženjstvu" za ZDA.
Toda v zadnjih 5 letih se je ameriška vesoljska industrija ponovno združila, prejela potrebna sredstva - in se naučila živeti v novih, ostrejših razmerah.
Ali se bo ruska kozmonavtika s tem lahko pohvalila v 5 letih - zlasti ob ozadju dejstva, da nam letos prinaša nesrečne novice o zaprtju programov Rus -M in PPTS LV, preložitvi zagona kozmodroma Vostochny in popolno zmanjšanje financiranja Roscosmosa?
Počakaj in boš videl. Držim nas za prste s križem.
