Мисля, че много ентусиасти на астронавтиката, които се интересуват активно от историята и настоящото състояние на нещата в областта на изследването и изследването на космоса, вече са разпознали ракетата, заснета на заглавната снимка.
Тази ракета, или по-скоро ракетният ускорител, е най-голямата ракета с твърдо гориво, създавана някога от човечеството.
Е, сега стана още повече.
Това е страничният усилвател на системата космическа совалка, която сега стана още по -голяма, след като получи в допълнение към стандартните четири секции, с които стартира с космическата совалка, допълнителна пета секция, която ще й позволи да се превърне в ракета бустер на новата свръх тежка космическа система за изстрелване НАСА, наречена SLS (Space Launch System).
Именно тази система, според идеята на НАСА, трябва да върне на Съединените американски щати палмата във всички аспекти на изследването на космоса, като в същото време дава възможност на цялото човечество да се върне на космическата граница, като най -накрая прекъсне порочния кръг на ниската Земя орбита и поставянето на въпроса за изследването на Луната отново на дневен ред и … дори Марс.
Доколко реална и изпълнима е тази амбициозна програма? Нека се опитаме да го разберем.
Сравнителни размери на исторически, съвременни и развити американски изстрелващи системи.
Въпрос за запълване: защо Delta IV е по -голям от Falcon 9?
Сегашното състояние на американската космонавтика след напускане на арената на системата Space Shuttle е доста плачевно: най -тежката ракета -носител, с която разполага САЩ в момента, е Delta IV Heavy, която може да постави товар от 28 на нисък Земна орбита (LEO), 4 тона.
Семейството Delta IV, въпреки огромните усилия на Boeing за проектиране, инженеринг и търговски усилия за създаване и популяризиране на неговото потомство на пазара, се оказа „в грешното време и на грешното място“: на фона на ниската цена на изстрелването на руската ракета Proton и за украинския Zenit-3SL цената на изстрелването на полезен товар с помощта на Delta IV се оказа доста непосилна.
Еднократното пускане на "Delta IV" струваше $ 140-170 милиона, докато цената на подобен полезен товар Proton беше около 100 милиона долара, а цената на пускането на по-малък, но конкурентен с "Delta IV" украински "Zenith-3SL" беше дори по -ниска - само 60 милиона долара.
Такава висока цена при стартирането на Delta IV принуди Boeing да търси изключително правителствени поръчки за него и в резултат на това всички изстрелвания на Delta, с изключение на едно, бяха платени от бюджета на Държавния департамент на САЩ.
Стартиране на ракетата -носител Delta IV във варианта Heavy. Стартовото тегло е около 733 тона.
В крайна сметка, в средата на 2000 -те, Delta IV най -накрая отпадна от търговския сегмент на космически изстрелвания - и никога не успя да се върне там до сега, когато момчетата от частния магазин SpaceX, чиято ракета Falcon, започнаха 9 също се доближи до пазарната ниша на "Delta IV", а модификацията на същата ракета, наречена Falcon 9 Heavy, планирана за изстрелване през 2015 г., дори я надмина.
В началото на Falcon 9 Heavy 27 двигателя на Merlin с тяга от 66 тона всеки, захранвани от керосин и кислород, ще бъдат включени наведнъж.
Тази идея на Илон Мъск трябва да изведе "частната" космическа програма на SpaceX до недостижима преди това височина: за еднократна версия на ракетата -носител масата на пренасяния товар до LEO ще бъде до 53 тона, на GPO - 21, 2 тона и по траектория към Марс - 13, 2 тона. С връщането на страничните усилватели и централния блок товароносимостта няма да надвишава 32 тона на LEO - за повторна употреба на ракетата -носител трябва да платите с допълнителен разход на гориво и в резултат на това намаляване на полезния товар.
Сред техническите нововъведения по време на разработването на Falcon 9 Heavy, разработчикът декларира уникална възможност за преливане на гориво и окислител по време на полет от страничните усилватели до първия етап на ракетата -носител, което ще позволи да има пълни резервоари за гориво в централната раздел по време на отделянето на страничните усилватели и подобряване на работата на полезния товар, поставен в орбита. …
Сглобяване на корпусите на първите етапи на ракети Falcon 9. Сега 8 двигателя са вече инсталирани в кръг, с един централен. В претъпкано, но не и лудо.
"Траекторията към Марс", спомената в последния параграф, не е абстракция. С изстрелваща маса от 1462 тона, двойно по-голяма от масата на рекордната в момента Delta IV, тежкият Falcon вече е онази необходима стъпка, която ви позволява сериозно да мислите за полети до Луната и Марс. Макар и в конфигурация, по-подобна на съветските експерименти с апарата от серията Probe, отколкото на колосалната американска програма Сатурн-Аполон.
В бъдеще обаче пътят нагоре по концепцията за "Delta IV" и Falcon 9 със странични усилватели, които са "клонинги" на първите им етапи, започва да се подхлъзва според очакванията.
Работата е там, че е невъзможно да се умножат началните "странични стени", които ви позволяват да увеличите масата на изхода на натоварване към LEO до безкрайност - два или четири странични блока все още могат по някакъв начин да бъдат прикрепени към централния, но след това сложността на сглобяване и контрол на такава многокомпонентна структура, която просто расте експоненциално.
Именно на това, като цяло, „заспи“лунната ракета N-1 на Королев, която имаше 30 ракетни двигателя NK-33 на първия етап, което, във връзка с петстепенната схема на самата ракета, направи не позволява да се изработят докрай всички въпроси за безпроблемното му стартиране.
Настоящата конфигурация на Falcon 9, започваща веднага с 27 двигателя, вече е близо до границата на сложност и по -нататък, най -вероятно, компанията на Илон Мъск вече ще трябва да увеличи масата и размера на единична ракетна единица, което незабавно увеличава изискванията по цялата верига на производство, транспорт и изстрелване на ракети.
Руската обещаваща ракетна фамилия „Ангара“вероятно ще се сблъска с подобни проблеми. Малкият относителен размер на единичен блок вече води до факта, че ракетата Angara-A5 с начална маса 733 тона незабавно трябва да постави четири усилващи „страни“(с товароносимост 24,5 тона на LEO).
Angara-A5 преди старта на 23 декември 2014 г. В началото работят пет двигателя RD-191, всеки с тяга от 196 тона.
По -нататъшното увеличаване на товароносимостта на Ангара се основава на факта, че не трябва да бъдат прикрепени четири, а шест ракетни ускорители към основния участък на втория етап, което може би вече е един вид структурно и инженерно ограничение за мащабиране на пакетни системи, като ограничението за концепцията Falcon 9 е 27 двигателя Merlin-1D на три стартови блока.
Резултатът от проекта Angara-A7 ще може, според изчисленията, със собствено изходно тегло 1370 тона, да донесе полезен товар от 50 тона на LEO (в случай на използване на водородно гориво за втория етап), което най-вероятно ще да бъде максималното мащабиране на концепцията за ракетата на семейство Ангара.
Сравнение на "Ангара А5" и концепции на "Ангара А7" - с керосин и водородно гориво. В същото време има отговор - защо "Delta IV" е голям, а Falcon 9 - малък.
Като цяло, каквото и да се каже, концепции, базирани на ракетен блок от клас 200 или дори 400 тона - все пак се оказва, че границата на конструктивните и инженерните карачуни за такива „пакетни“ракети е с тегло на изстрелване в района на 1300- 1500 тона, което съответства на изтеглената маса 45-55 тона на LEO.
Но тогава вече е необходимо да се увеличи както тягата на един двигател, така и размерът на ракетата или ускорителя.
И точно това е пътят, по който SLS проектът върви днес.
Първо, отчитайки негативния опит на "Delta IV", разработчиците на SLS се опитаха да се възползват максимално от миналото. Използвани бяха всичко и всички: ракети-носители на космическата совалка, които бяха подсилени с цел създаване на тежка ракета, и старите водород-кислородни двигатели RS-25 на самата совалка, които бяха инсталирани на втория етап и ….. (привърженици на теорията за „лунния заговор“-пригответе се!) отдавна забравени водород-кислородни двигатели J-2X, които произхождат от двигателите на втория и третия етап на лунната ракета „Сатурн V“и които се предлагат да да се използва в проектираните горни етапи SLS!
Освен това дългосрочните планове за подобряване на ускорителите на SLS предполагат два конкурентни проекта, използващи ракетни двигатели с течно гориво вместо твърди горива: проектът на компанията Aerojet, която представи разработения си двигател с керосин и кислород със затворен цикъл AJ1E6 за в бъдеще "тежък" носител, който произхожда от ракетите NK-33 Royal H-1- и проект на Pratt & Whitney Rocketdine, който предлага … (и отново изненада, луноскептици!) Да се възстанови в САЩ производството на F -1 двигатели, които по едно време вдигнаха известната ракета Сатурн V от Земята.
Може би животът ще се върне към тези тестови скамейки. Тестване на първия етап на "Сатурн V" - "Сатурн 1С" LV през август 1968 г. на циклопския изпитен стенд V -2. Обърнете внимание, че стъпалото се транспортира на шлепа.
Участва в разработването на бъдещ обещаващ ускорител за изстрелване и настоящия производител на твърдо горивни ускорители, които са на първоначалното сглобяване на ракетата -носител SLS, Block I - ATK (Alliant Techsystems), която предлага по -нататъшно разширяване на съществуващия бустер за космическа совалка чрез увеличаване на нейната дължина и диаметър … Проектът на обещаващ ускорител от ATK се нарича „Тъмният рицар“.
Е, като черешата на тортата - една от бъдещите конфигурации на системата SLS, Block Ib, включва използването на водород -кислороден агрегат като трети етап, заимстван от … ракетата Delta IV!
Това е, знаете, „адското LEGO“, в което НАСА се опита да оцени, комбинира и използва всички съществуващи разработки в областта на тежките ракети.
Какво е семейството медии SLS? В края на краищата, както вече си спомняме от примера на "Delta IV", "Hangars" и Falcon 9 - общите размери могат да бъдат измамени.
И така, ето една проста диаграма, за да разберете какво е предназначено:
От лявата страна на диаграмата са тежките ракети -носители, които САЩ все още имаха. Лунният Сатурн V, който може да донесе полезен товар от 118 тона на LEO, и космическата совалка, която сякаш е пуснала самата совалка за многократна употреба в орбита с тегло от 120 до 130 тона, но в същото време може да достави с нея само много скромен полезен товар - само 24 тона полезен товар.
Концепцията на SLS ще бъде реализирана в две основни версии: пилотирани (екипаж) и безпилотни (товар).
В допълнение, липсата на три обещаващи проекта за ракетни ускорители от Aerojet, Rocketdine и ATK принуждава НАСА да използва наличните налични „части от ракети LEGO“- а именно тези много подобрени ускорители на космическата совалка с пет секции.
Изграден по този начин преходен „ерзац-носител“(официално наречен SLS Block I), въпреки това, според всички изчисления, вече ще има много по-сериозна товароносимост от експлоатационния „Delta IV“или Falcon 9 Heavy, който е готов за стартиране. Ракетата -носител SLS Block I ще може да вдигне полезен товар от 70 тона до LEO.
В сравнение с концепцията SLS са показани спрените разработки на НАСА по програмата Constellation - ракетата -носител Ares (Марс), която все още не е създадена до края, която направи само един пробен полет през 2009 г., в дизайна на Ares 1X, който се състоеше от същия модифициран ускорител на космическата совалка с четири секции, към който бяха свързани пети сегмент с тестово зареждане и прототип натоварване на втория етап. Целта на този изпитателен полет беше да се провери работата на първия етап с твърдо гориво в системата с "единична пръчка" ("трупа"), но нещо трябва да се е случило по време на изпитванията, когато първият и вторият етап бяха разделени, настъпи неоторизиран скок напред на първия етап, причинен най -вероятно от последващото изгаряне на фрагменти от гориво, откъснати от удара в него. Усилвателят с твърдо гориво в крайна сметка настигна схемата на втория етап и го заби.
След това доста неуспешен опит за сглобяване на „ново LEGO“от стари части беше съкратен в НАСА, проектът Ares и самото Съзвездие бяха оставени на рафта с неуспешни концепции и от разработената основа в рамките на Съзвездието, е останал само доста успешен орбитален пилотиран космически кораб. "Орион", който е построен по схемата на капсулата за връщане, обичайна за корабите за еднократна употреба, която най -накрая сложи край на планера за многократна употреба на космическата совалка.
Космическият кораб Орион преди първото му изстрелване на ракетата Delta IV. Декември 2014 г.
Диаметърът на космическия кораб Орион е 5,3 метра, теглото на космическия кораб е около 25 тона. Вътрешният обем на Орион ще бъде 2,5 пъти по -голям от вътрешния обем на космическия кораб Аполо. Обемът на кабината на кораба е около 9 м³. Поради такава впечатляваща маса за орбитален космически кораб и свободен вътрешен обем, Орион по време на мисии около Земята на ниски орбити (например при експедиция до МКС) може да поддържа 6 космонавти.
Въпреки това, както вече беше споменато в началото, основната задача на Орион и трябва да го изведе в орбити отвъд нискореферентната система за стартиране SLS е връщането на САЩ към задачите за овладяване на далечното околоземно пространство и на първо място, Луната и Марс.
Именно за полета до Луната и евентуално до Марс основните усилия на САЩ и Русия са изчислени в подобряването на техните космически кораби и ракети -носители.
Тук по принцип в удобна таблична форма се анализира разликата между американския „Орион“и руската система PPTS.
За името PPKS PPTS, разбира се, трябва да победите някого веднага, но добре. И като цяло, за съжаление, всичко с проекта PPTS засега е много трудно.
Следователно, по отношение на PPTS, имаме само смешни снимки от изложбата досега. Но в действителност досега беше направено, за да се обиди малко …
Има само модел - между миналото и бъдещето. Има само модел - и се дръжте за него …
В допълнение към проблемите с финансирането, неразбирането на концепцията и множество проекти и инженерни проблеми, бъдещето на ВТС е несигурно и поради липсата на подходяща ракета -носител за някои от планираните му задачи. Както казах, досега Русия има само „Ангара-А5“в метала, който може да донесе не повече от 24,5 тона в LEO, което е напълно достатъчно за мисии около Земята, но абсолютно не е достатъчно за по-нататъшно нападение на Луната или Марс.
Освен това концепцията PPTS се основаваше на създаването на алтернатива на ракетата „Ангара“от семейство „Рус-М“, работата по която също е спряна досега.
Проекти на ракети от семейство "Рус" в сравнение само със семействата "Союз" и "Ангара".
Основната цел на семейството ракети Rus е да осигури пилотирани полети, поради което ракетата, при равни други условия, има по -нисък полезен товар на LEO от ракетите Angara. Това се дължи на факта, че по време на пилотирани полети едно от изискванията е способността на ракетата -носител да напусне изстрелването, дори ако един от двигателите откаже, и изискването да се гарантира продължаването на полета в случай на последваща повреда на един от двигателите - с продължаване на изстрелването на космическия кораб на спусната орбита или осигуряване на спасяване и безопасно кацане.
Тези изисквания, включително специална траектория за изстрелване, която трябва да осигури претоварване на екипажа с не повече от 12 g за всякакви извънредни ситуации и наличието на аварийна спасителна система (SAS), водят до значително намаляване на товароносимостта на Рус “в пилотния вариант.
В допълнение, проектният диаметър на основния блок "Rus" от 3, 8 метра е избран въз основа на традиционния за СССР и Русия транспорт на части от ракети -носители по железопътен транспорт.
В Съединените щати умишлено, като се започне с програмата Сатурн-Аполон, първите етапи на ракети-носители бяха направени въз основа на подходящия размер, като се вземе предвид възможността за транспортирането им по воден (крайбрежен-морски и речен) транспорт, което значително опростиха изискванията за размерите на отделна ракетна единица …
Транспортиране на първия етап на нивото на Saturn V на баржата на река Pearl.
Днес работата по SLS и Orion, дори след срива на Constellation, е в разгара си.
С приключването на SLS блок I, който ще се основава почти изцяло на съществуващите изоставания в космическата совалка, НАСА планира да премине към следващата, много по -амбициозна фаза - SLS блок II, с междинни спирки под формата на SLS блок Ia и SLS блок Ib.
Опция за изграждане на LEGO, ако ракетните ускорители са готови по -рано. Блок I, блок Ia и след това блок II.
Опция за изграждане на LEGO, ако модифицираният трети етап е готов по -рано. Блок I, блок Ib и след това блок II.
Ракетата-носител SLS Block Ia вече трябва да получи един от обещаващите ускорители за изстрелване на ракети: или от Aerojet при затворен цикъл на керосин-кислород AJ1E6, или от Rocketdyne при модифициран отворен цикъл F-1 от Сатурн V, или същия за новия твърдо гориво "Черен рицар" от ATK.
Всяка от тези опции ще може да осигури на структурата на Блок Ia товароносимост в LEO района от 105 тона, което вече е сравнимо с товароносимостта на Сатурн V и космическата совалка (ако я преброим заедно със совалката).
Същите задачи ще бъдат решени чрез създаването на мащабна и адаптирана към размера на цялата система за изстрелване на третия криогенен етап, която ще може да допълни двустепенната система I блок (ускорители за изстрелване и централната сцена на двигателите на космическата совалка) с трети етап, който за варианта на Block Ia ще бъде като споменатия от мен, заимстван от ракетата Delta IV и също така ще осигури SLS с до 105 тона полезен товар за LEO.
И накрая, последната система Block II вече трябва да има пълноразмерен, масово проектиран SLS трети етап, който ще използва, подобно на втория етап на Saturn V, 5 усъвършенствани двигателя J-2X и ще достави 130 тона полезен товар на LEO.
Но дори и въпреки всички тези трикове, такова „космическо LEGO“ще струва около 500 милиона долара на изстрелване, което, разбира се, е по -малко от цената на изстрелването на космическата совалка (1,3 милиарда долара), но все пак - достатъчно чувствителна за бюджета на НАСА.
Какви задачи трябва да реши SLS и защо НАСА не взема под внимание опцията Falcon 9 Heavy, която трябва да осигури разходи от 135 милиона долара за еднократна система за прехвърляне на гориво и за 53 тона полезен товар за LEO?
Работата е там, че НАСА наистина е прицелила Луната, Марс и дори астероиди и спътници на Юпитер! И Falcon 9 Heavy се оказва твърде малка ракета за такива задачи …
Ядрена ракета към Марс!
Но това, разбира се, е тема за добра отделна статия …
PS. След като прочетох отново статията си, докладвам.
Ако критикувам съвременните руски подходи за изследване на космоса и хваля американците, тогава има основателни причини за това.
Още през 2010 г. състоянието на американската програма за изследване на космоса беше плачевно: програмата за космическа совалка вече беше насрочена за затваряне, пускането на Ares показа пълното несъответствие на идеите на Съзвездието, всички американски вестници и списания писаха за „руското космическо робство“за Съединените щати.
Но през последните 5 години американската космическа индустрия се прегрупира, получи необходимото финансиране - и се научи да живее в нови, по -сурови условия.
Ще успее ли руската космонавтика да се похвали с това след 5 години - особено на фона на факта, че тази година ни носи нещастни новини за закриването на програмите LV Rus -M и PPTS, отлагането на стартирането на космодрома „Восточен“и пълното намаляване на финансирането на Роскосмос?
Изчакай и виж. Държа пръстите ни с кръст.
