Espasyo ng Russia

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ito ay pinaniniwalaan na ang mga teknolohiya ay palaging umuunlad nang unti-unti, mula sa simple hanggang sa kumplikado, mula sa kutsilyong bato hanggang sa bakal - at pagkatapos lamang sa isang naka-program na milling machine. Gayunpaman, ang kapalaran ng space rocketry ay naging hindi diretso. Ang paglikha ng simple, maaasahang single-stage missiles sa loob ng mahabang panahon ay nanatiling hindi naa-access sa mga designer.

Kinakailangan ang mga solusyon na hindi maiaalok ng mga materyal na siyentipiko o mga inhinyero ng makina. Hanggang ngayon, ang mga ilulunsad na sasakyan ay nananatiling multistage at disposable: isang hindi kapani-paniwalang kumplikado at mamahaling sistema ang ginagamit sa loob ng ilang minuto at pagkatapos ay itinapon.

“Isipin na bago ang bawat paglipad ay mag-iipon ka ng isang bagong eroplano: ikokonekta mo ang fuselage sa mga pakpak, maglalagay ng mga kable ng kuryente, mag-install ng mga makina, at pagkatapos lumapag ay ipapadala mo ito sa isang junkyard … Hindi ka makakalipad nang ganoon kalayo,” ang sabi sa amin ng mga developer ng State Missile Center. Makeeva. "Ngunit ito mismo ang ginagawa namin sa tuwing nagpapadala kami ng mga kargamento sa orbit. Siyempre, sa isip ng lahat ay nais na magkaroon ng isang maaasahang isang yugto na "makina" na hindi nangangailangan ng pagpupulong, ngunit dumating sa cosmodrome, muling nag-refuel at inilunsad. At pagkatapos ay babalik ito at magsisimula muli - at muli "…

Sa kalagitnaan

Sa pangkalahatan, sinubukan ng rocketry na makamit sa isang yugto mula sa mga pinakaunang proyekto. Sa mga paunang sketch ng Tsiolkovsky, lumilitaw ang gayong mga istraktura. Tinalikuran niya ang ideyang ito nang maglaon, napagtanto na ang mga teknolohiya ng unang bahagi ng ikadalawampu siglo ay hindi nagpapahintulot sa pagsasakatuparan ng simple at eleganteng solusyon na ito. Ang interes sa mga single-stage carrier ay lumitaw muli noong 1960s, at ang mga naturang proyekto ay ginagawa sa magkabilang panig ng karagatan. Sa pamamagitan ng 1970s, ang Estados Unidos ay nagtatrabaho sa mga single-stage na rocket na SASSTO, Phoenix at ilang mga solusyon batay sa S-IVB, ang ikatlong yugto ng Saturn V launch vehicle, na naghatid ng mga astronaut sa buwan.

Ang CORONA ay dapat maging robotic at makatanggap ng matalinong software para sa control system. Direktang makakapag-update ang software sa paglipad, at sa isang emergency na sitwasyon ay awtomatikong "magbabalik" sa backup na stable na bersyon.

"Ang ganitong opsyon ay hindi magkakaiba sa kapasidad ng pagdadala, ang mga makina ay hindi sapat para dito, ngunit ito ay magiging isang yugto pa rin, medyo may kakayahang lumipad sa orbit," patuloy ng mga inhinyero. "Siyempre, sa ekonomiya ito ay ganap na hindi makatwiran." Ang mga composite at teknolohiya para sa pagtatrabaho sa kanila ay lumitaw lamang sa mga nakalipas na dekada, na ginagawang posible na gawing isang yugto ang carrier at, bukod dito, magagamit muli. Ang halaga ng naturang "science-intensive" na rocket ay magiging mas mataas kaysa sa isang tradisyonal na disenyo, ngunit ito ay "kakalat" sa maraming paglulunsad, upang ang presyo ng paglulunsad ay magiging makabuluhang mas mababa kaysa sa karaniwang antas.

Ang media reusability ang pangunahing layunin ng mga developer ngayon. Ang mga sistema ng Space Shuttle at Energia-Buran ay bahagyang magagamit muli. Ang paulit-ulit na paggamit ng unang yugto ay sinusubok para sa SpaceX Falcon 9 rockets. Ang SpaceX ay nakagawa na ng ilang matagumpay na landing, at sa katapusan ng Marso ay susubukan nilang ilunsad ang isa sa mga yugto na muling lumipad sa kalawakan. "Sa aming opinyon, ang diskarte na ito ay maaari lamang siraan ang ideya ng paglikha ng isang tunay na magagamit muli na media," ang sabi ng Makeev Design Bureau. "Kailangan mo pa ring ayusin ang gayong rocket pagkatapos ng bawat paglipad, mag-install ng mga koneksyon at mga bagong disposable na bahagi … at bumalik kami sa kung saan kami nagsimula."

Ang ganap na magagamit muli na media ay nasa anyo lamang ng mga proyekto - maliban sa New Shepard ng American company na Blue Origin. Sa ngayon, ang rocket na may manned capsule ay idinisenyo lamang para sa mga suborbital flight ng mga turista sa kalawakan, ngunit karamihan sa mga solusyon na matatagpuan sa kasong ito ay madaling mai-scale para sa isang mas seryosong orbital carrier. Ang mga kinatawan ng kumpanya ay hindi itinago ang kanilang mga plano upang lumikha ng gayong pagpipilian, kung saan ang mga makapangyarihang makina na BE-3 at BE-4 ay binuo na. "Sa bawat suborbital flight, lumalapit kami sa orbit," tiniyak ng Blue Origin. Ngunit ang kanilang promising carrier, New Glenn, ay hindi rin ganap na magagamit muli: tanging ang unang bloke, na nilikha batay sa nasubok na disenyo ng New Shepard, ay dapat na muling gamitin.

Materyal na pagtutol

Ang mga materyales ng CFRP na kinakailangan para sa ganap na magagamit muli at single-stage na mga rocket ay ginamit sa teknolohiya ng aerospace mula noong 1990s. Sa parehong mga taon, ang mga inhinyero sa McDonnell Douglas ay mabilis na nagsimulang ipatupad ang proyektong Delta Clipper (DC-X) at ngayon ay maipagmamalaki ang isang handa at lumilipad na carbon fiber carrier. Sa kasamaang palad, sa ilalim ng presyon mula sa Lockheed Martin, ang trabaho sa DC-X ay hindi na ipinagpatuloy, ang mga teknolohiya ay inilipat sa NASA, kung saan sinubukan nilang gamitin ang mga ito para sa hindi matagumpay na proyekto ng VentureStar, pagkatapos kung saan maraming mga inhinyero na kasangkot sa paksang ito ang napunta sa trabaho sa Blue Origin, at ang kumpanya mismo ay kinuha ng Boeing.

Sa parehong 1990s, ang Russian SRC Makeev ay naging interesado sa gawaing ito. Sa paglipas ng mga taon mula noon, ang proyekto ng KORONA ("Space rocket, single-stage carrier [ng espasyo] na mga sasakyan") ay sumailalim sa isang kapansin-pansing ebolusyon, at ang mga intermediate na bersyon ay nagpapakita kung paano naging mas simple at perpekto ang disenyo at layout. Unti-unti, iniwan ng mga developer ang mga kumplikadong elemento - tulad ng mga pakpak o panlabas na tangke ng gasolina - at naunawaan na ang pangunahing materyal ng katawan ay dapat na carbon fiber. Kasama ang hitsura, nagbago ang bigat at kapasidad ng pagdadala. "Gamit ang kahit na ang pinakamahusay na modernong mga materyales, imposibleng bumuo ng isang solong yugto ng rocket na tumitimbang ng mas mababa sa 60-70 tonelada, habang ang kargamento nito ay napakaliit," sabi ng isa sa mga developer. - Ngunit habang lumalaki ang panimulang masa, ang istraktura (hanggang sa isang tiyak na limitasyon) ay nagkakaroon ng mas maliit na bahagi, at nagiging mas kumikita ang paggamit nito. Para sa isang orbital rocket, ang pinakamabuting kalagayan na ito ay humigit-kumulang 160-170 tonelada, simula sa sukat na ito ay maaari nang makatwiran ang paggamit nito.

Sa pinakabagong bersyon ng proyekto ng KORONA, ang mass ng paglulunsad ay mas mataas at lumalapit sa 300 tonelada. Ang ganitong malaking single-stage na rocket ay nangangailangan ng paggamit ng isang napakahusay na liquid-propellant jet engine na tumatakbo sa hydrogen at oxygen. Hindi tulad ng mga makina sa magkahiwalay na yugto, ang naturang liquid-propellant na rocket na makina ay dapat na "magagawang" gumana sa ibang-iba't ibang mga kondisyon at sa iba't ibang taas, kabilang ang pag-alis at paglipad sa labas ng atmospera. "Ang isang kumbensyonal na liquid-propellant na makina na may mga Laval nozzle ay epektibo lamang sa ilang mga hanay ng altitude," paliwanag ng mga taga-disenyo ng Makeyevka, "kaya't dumating kami sa pangangailangan na gumamit ng isang wedge-air rocket engine." Ang gas jet sa naturang mga makina ay awtomatikong nag-aayos sa presyon na "overboard", at nananatili silang mahusay sa ibabaw at mataas sa stratosphere.

Lalagyan ng payload

Sa ngayon, walang gumaganang makina ng ganitong uri sa mundo, bagama't sila ay napag-aralan na sa ating bansa at sa USA. Noong 1960s, sinubukan ng mga inhinyero ng Rocketdyne ang naturang mga makina sa isang stand, ngunit hindi sila dumating sa pag-install sa mga missile. Ang CROWN ay dapat na nilagyan ng modular na bersyon, kung saan ang wedge-air nozzle ay ang tanging elemento na wala pang prototype at hindi pa nasubok. Mayroon ding lahat ng mga teknolohiya para sa paggawa ng mga composite na bahagi sa Russia - sila ay binuo at matagumpay na ginagamit, halimbawa, sa All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM) at sa JSC Kompozit.

Vertical fit

Kapag lumilipad sa atmospera, ang KORONA carbon-fiber load-bearing structure ay tatakpan ng heat-shielding tiles na binuo ng VIAM para sa mga Buran at mula noon ay kapansin-pansing napabuti."Ang pangunahing pag-load ng init sa aming rocket ay nakatuon sa" ilong " nito, kung saan ginagamit ang mga elemento ng proteksyon ng thermal na may mataas na temperatura, - paliwanag ng mga taga-disenyo. - Sa kasong ito, ang lumalawak na mga gilid ng rocket ay may mas malaking diameter at nasa matinding anggulo sa daloy ng hangin. Ang thermal load sa kanila ay mas mababa, na nagpapahintulot sa paggamit ng mas magaan na materyales. Bilang resulta, nakatipid kami ng higit sa 1.5 tonelada. Ang masa ng bahaging may mataas na temperatura ay hindi lalampas sa 6% ng kabuuang masa ng thermal protection. Para sa paghahambing, sa Shuttles ito ay nagkakahalaga ng higit sa 20%."

Ang makinis na tapered na disenyo ng media ay resulta ng hindi mabilang na pagsubok at pagkakamali. Ayon sa mga developer, kung kukuha ka lamang ng mga pangunahing katangian ng isang posibleng magagamit muli na single-stage carrier, kakailanganin mong isaalang-alang ang tungkol sa 16,000 mga kumbinasyon ng mga ito. Daan-daan sa kanila ang pinahahalagahan ng mga taga-disenyo habang nagtatrabaho sa proyekto. "Nagpasya kaming iwanan ang mga pakpak, tulad ng sa Buran o sa Space Shuttle," sabi nila. - Sa pangkalahatan, sa itaas na kapaligiran, nakakasagabal lamang sila sa spacecraft. Ang ganitong mga barko ay pumapasok sa kapaligiran sa bilis na hypersonic na hindi mas mahusay kaysa sa isang "bakal", at sa supersonic na bilis lamang sila lumipat sa pahalang na paglipad at maaaring umasa nang maayos sa aerodynamics ng mga pakpak.

Ang axisymmetric cone na hugis ay hindi lamang nagbibigay-daan para sa mas madaling thermal protection, ngunit mayroon ding magandang aerodynamics kapag nagmamaneho sa napakataas na bilis. Nasa itaas na mga layer ng atmospera, ang rocket ay tumatanggap ng isang pag-angat, na nagbibigay-daan hindi lamang sa preno dito, kundi pati na rin sa pagmaniobra. Ito naman, ginagawang posible na gawin ang mga kinakailangang maniobra sa mataas na altitude, patungo sa landing site, at sa hinaharap na paglipad, kakailanganin lamang upang makumpleto ang pagpepreno, itama ang kurso at lumiko pababa, gamit ang mahinang pag-shunting. mga makina.

Alalahanin ang parehong Falcon 9 at ang New Shepard: walang imposible o kahit na hindi karaniwan sa vertical landing ngayon. Kasabay nito, ginagawang posible na makayanan nang may mas kaunting puwersa sa panahon ng pagtatayo at pagpapatakbo ng runway - ang runway kung saan dumaong ang parehong Shuttles at Buran ay kailangang magkaroon ng haba na ilang kilometro upang mapreno ang sasakyan sa bilis na daan-daang kilometro bawat oras. "Ang CROWN, sa prinsipyo, ay maaaring mag-alis mula sa isang platform sa malayo sa pampang at makarating dito," idinagdag ng isa sa mga may-akda ng proyekto, "ang huling katumpakan ng landing ay mga 10 m, ang rocket ay ibinababa sa mga maaaring iurong na pneumatic shock absorbers. Ang natitira na lang ay magsagawa ng mga diagnostic, mag-refuel, maglagay ng bagong kargamento - at maaari kang lumipad muli.

Ang KORONA ay ipinapatupad pa rin sa kawalan ng pagpopondo, kaya ang mga developer ng Makeev Design Bureau ay nakamit lamang sa mga huling yugto ng draft na disenyo. Nalampasan namin ang yugtong ito halos ganap at ganap na independyente, nang walang panlabas na suporta. Nagawa na namin ang lahat ng maaaring gawin, - sabi ng mga taga-disenyo. - Alam namin kung ano, saan at kailan dapat gawin. Ngayon kailangan nating lumipat sa praktikal na disenyo, paggawa at pag-unlad ng mga pangunahing yunit, at nangangailangan ito ng pera, kaya ngayon ang lahat ay nakasalalay sa kanila.

Naantalang simula

Inaasahan lamang ng CFRP rocket ang isang malakihang paglulunsad; sa pagtanggap ng kinakailangang suporta, ang mga taga-disenyo ay handa na magsimula ng mga pagsubok sa paglipad sa anim na taon, at sa pito hanggang walong taon - upang simulan ang eksperimentong operasyon ng mga unang missile. Tinatantya nila na nangangailangan ito ng mas mababa sa $ 2 bilyon - hindi gaanong ayon sa mga pamantayan ng rocket science. Kasabay nito, ang isang return on investment ay maaaring asahan pagkatapos ng pitong taon ng paggamit ng rocket, kung ang bilang ng mga komersyal na paglulunsad ay nananatili sa kasalukuyang antas, o kahit na sa loob ng 1.5 taon - kung ito ay lumalaki sa inaasahang mga rate.

Bukod dito, ang pagkakaroon ng mga maneuvering engine, rendezvous at docking device sa rocket ay ginagawang posible na umasa sa mga kumplikadong multi-launch launch schemes. Sa pamamagitan ng paggastos ng gasolina hindi sa landing, ngunit sa pagdaragdag ng kargamento, maaari mong dalhin ito sa isang mass na higit sa 11 tonelada. Pagkatapos ay dadaong ang CROWN kasama ang pangalawa, "tanker", na pupunuin ang mga tangke nito ng karagdagang gasolina na kinakailangan para sa pagbabalik. Ngunit gayon pa man, higit na mahalaga ang muling paggamit, na sa unang pagkakataon ay magpapagaan sa atin ng pangangailangang kolektahin ang media bago ang bawat paglulunsad - at mawala ito pagkatapos ng bawat paglulunsad. Ang ganitong diskarte lamang ang makakatiyak sa paglikha ng isang matatag na two-way na daloy ng trapiko sa pagitan ng Earth at ng orbit, at sa parehong oras ang simula ng isang tunay, aktibo, malakihang pagsasamantala ng malapit sa Earth na espasyo.

Pansamantala, nananatiling nasa limbo ang CROWN, nagpapatuloy ang trabaho sa New Shepard. Ang isang katulad na Japanese project na RVT ay umuunlad din. Maaaring walang sapat na suporta ang mga developer ng Russia para sa pambihirang tagumpay. Kung mayroon kang ilang bilyong natitira, ito ay isang mas mahusay na pamumuhunan kaysa sa kahit na ang pinakamalaki at pinaka-marangyang yate sa mundo.