Ruski prostor

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Vjeruje se da se tehnologije uvijek postepeno razvijaju, od jednostavnog do složenog, od kamenog noža do čelika - pa tek onda do programirane glodalice. Međutim, ispostavilo se da sudbina svemirske rakete nije bila tako jednostavna. Stvaranje jednostavnih, pouzdanih jednostepenih projektila dugo je vremena ostalo nedostupno dizajnerima.

Bila su potrebna rješenja koja ni naučnici materijala ni inženjeri motora nisu mogli ponuditi. Do sada su lansirne rakete ostale višestepene i za jednokratnu upotrebu: nevjerovatno složen i skup sistem se koristi nekoliko minuta, a zatim se baca.

“Zamislite da prije svakog leta sastavljate novi avion: spajate trup na krila, postavljate električne kablove, postavljate motore, a nakon sletanja šaljete ga na smetlište… Ne možete letjeti tako daleko “, rekli su nam programeri Državnog raketnog centra. Makeeva. „Ali to je upravo ono što radimo svaki put kada šaljemo teret u orbitu. Naravno, idealno bi bilo da svi imaju pouzdanu jednostepenu "mašinu" koja ne zahteva montažu, već stiže na kosmodrom, napunjena gorivom i lansirana. A onda se vraća i počinje iznova - i ponovo "…

Na pola puta

Uglavnom, raketna tehnika je pokušala da prođe sa jednom etapom od najranijih projekata. U početnim skicama Ciolkovskog pojavljuju se upravo takve strukture. Od ove ideje odustaje tek kasnije, shvativši da tehnologije ranog dvadesetog veka ne dozvoljavaju realizaciju ovog jednostavnog i elegantnog rešenja. Interes za jednostepene nosače ponovo se pojavio 1960-ih, a takvi projekti su se razvijali sa obe strane okeana. Do 1970-ih, Sjedinjene Države su radile na jednostepenim raketama SASSTO, Phoenix i nekoliko rješenja baziranih na S-IVB, trećem stepenu rakete-nosača Saturn V, koja je astronaute isporučila na Mjesec.

CORONA mora postati robotizirana i dobiti inteligentni softver za kontrolni sistem. Softver će se moći ažurirati direktno u letu, a u hitnoj situaciji će se automatski "vratiti" na rezervnu stabilnu verziju.

„Takva opcija se ne bi razlikovala po nosivosti, motori nisu bili dovoljno dobri za to, ali bi i dalje bio jedan stepen, sasvim sposoban da leti u orbitu“, nastavljaju inženjeri. "Naravno, ekonomski bi to bilo potpuno neopravdano." Kompoziti i tehnologije za rad s njima pojavili su se tek posljednjih desetljeća, što omogućava da se nosač učini jednostepenim i, štoviše, višekratnim. Cijena takve "naučno intenzivne" rakete bit će veća od cijene tradicionalnog dizajna, ali će biti "rasprostranjena" na mnoga lansiranja, tako da će cijena lansiranja biti znatno niža od uobičajenog nivoa.

Ponovna upotreba medija je glavni cilj današnjih programera. Sistemi Space Shuttle i Energia-Buran bili su djelomično za višekratnu upotrebu. Ponovljena upotreba prvog stepena testira se za rakete SpaceX Falcon 9. SpaceX je već izvršio nekoliko uspješnih sletanja, a krajem marta pokušaće da lansiraju jednu od stepenica koja je ponovo poletjela u svemir. „Po našem mišljenju, ovaj pristup može samo diskreditovati ideju stvaranja pravog medija za višekratnu upotrebu“, napominje Dizajnerski biro Makeev. "Još uvijek morate posložiti takvu raketu nakon svakog leta, instalirati veze i nove komponente za jednokratnu upotrebu… i vratili smo se tamo gdje smo počeli."

Potpuno višekratni mediji su još uvijek samo u obliku projekata - s izuzetkom New Sheparda američke kompanije Blue Origin. Do sada je raketa s kapsulom s ljudskom posadom dizajnirana samo za suborbitalne letove svemirskih turista, ali većina rješenja pronađenih u ovom slučaju može se lako skalirati za ozbiljniji orbitalni nosač. Predstavnici kompanije ne kriju svoje planove za stvaranje takve opcije, za koju se već razvijaju snažni motori BE-3 i BE-4. „Sa svakim suborbitalnim letom približavamo se orbiti,“uvjerava Blue Origin. Ali njihov obećavajući nosač, New Glenn, također neće biti u potpunosti za ponovnu upotrebu: samo bi prvi blok, kreiran na osnovu već testiranog New Shepard dizajna, trebao biti ponovno korišten.

Otpornost materijala

CFRP materijali potrebni za potpuno višekratnu upotrebu i jednostepene rakete koriste se u vazduhoplovnoj tehnologiji od 1990-ih. Tih istih godina, inženjeri u McDonnell Douglasu su brzo započeli implementaciju projekta Delta Clipper (DC-X) i danas bi se mogli pohvaliti gotovim i letećim nosačem od karbonskih vlakana. Nažalost, pod pritiskom Lockheed Martina, rad na DC-X-u je prekinut, tehnologije su prebačene u NASA-u, gdje su pokušali da ih iskoriste za neuspješni VentureStar projekat, nakon čega su mnogi inženjeri uključeni u ovu temu prešli na posao u Blue Origin, a samu kompaniju je preuzeo Boeing.

Istih 1990-ih, ruski SRC Makeev se zainteresovao za ovaj zadatak. Tokom godina od tada, projekat KORONA ("Svemirska raketa, jednostepeni nosač [svemirskih] vozila") doživio je primjetnu evoluciju, a srednje verzije pokazuju kako su dizajn i izgled postajali sve jednostavniji i savršeniji. Postepeno, programeri su napustili složene elemente - kao što su krila ili vanjski rezervoari za gorivo - i došli do shvaćanja da bi glavni materijal karoserije trebao biti karbonska vlakna. Zajedno s izgledom promijenila se i težina i nosivost. „Upotrebom čak i najboljih savremenih materijala nemoguće je napraviti jednostepenu raketu tešku od 60-70 tona, dok će njena nosivost biti veoma mala“, kaže jedan od programera. - Ali kako početna masa raste, struktura (do određene granice) zauzima sve manji udio i postaje sve isplativije koristiti je. Za orbitalnu raketu, ovaj optimum je oko 160-170 tona, počevši od ove skale njena upotreba se već može opravdati."

U najnovijoj verziji projekta KORONA lansirna masa je još veća i približava se 300 tona. Tako velika jednostepena raketa zahtijeva upotrebu visokoefikasnog mlaznog motora na tečno gorivo koji radi na vodonik i kisik. Za razliku od motora na odvojenim stepenicama, takav raketni motor na tečno gorivo mora "moći" da radi u vrlo različitim uslovima i na različitim visinama, uključujući polijetanje i let van atmosfere. „Konvencionalni motor na tečno gorivo sa Lavalovim mlaznicama efikasan je samo na određenim visinama“, objašnjavaju dizajneri Makejevke, „pa smo došli do potrebe da koristimo raketni motor klinastog vazduha“. Gasni mlaz u takvim motorima se automatski prilagođava pritisku "preko broda", a oni ostaju efikasni i na površini i visoko u stratosferi.

Korisni kontejner

Do sada u svijetu ne postoji motor ovog tipa koji radi, iako se njima bavilo i bavi se i kod nas i u SAD. Šezdesetih godina prošlog stoljeća inženjeri Rocketdynea su testirali takve motore na postolju, ali nisu došli do ugradnje na projektile. CROWN bi trebao biti opremljen modularnom verzijom, u kojoj je klinasto-zračna mlaznica jedini element koji još nema prototip i nije testiran. U Rusiji postoje i sve tehnologije za proizvodnju kompozitnih dijelova - razvijene su i uspješno se koriste, na primjer, u Sveruskom institutu za vazduhoplovne materijale (VIAM) i u JSC Kompozit.

Vertical fit

Prilikom letenja u atmosferi, nosiva konstrukcija KORONA od karbonskih vlakana bit će prekrivena pločama za zaštitu od topline koje je VIAM razvio za Burane i od tada su značajno poboljšane.„Glavno toplotno opterećenje naše rakete koncentrisano je na njenom „nosu“, gde se koriste elementi toplotne zaštite od visoke temperature“, objašnjavaju dizajneri. - U ovom slučaju, širine strane rakete imaju veći prečnik i nalaze se pod oštrim uglom u odnosu na strujanje vazduha. Termičko opterećenje na njima je manje, što omogućava upotrebu lakših materijala. Time smo uštedeli više od 1,5 tona, a masa visokotemperaturnog dela ne prelazi 6% ukupne mase termičke zaštite. Poređenja radi, u šatlovima to čini više od 20%.“

Elegantni konusni dizajn medija rezultat je bezbrojnih pokušaja i grešaka. Prema programerima, ako uzmete samo ključne karakteristike mogućeg jednostepenog nosača za višekratnu upotrebu, morat ćete razmotriti oko 16.000 njihovih kombinacija. Stotine njih cijenili su dizajneri dok su radili na projektu. "Odlučili smo da napustimo krila, kao na Buranu ili Space Shuttleu", kažu. - Uglavnom, u gornjim slojevima atmosfere samo ometaju letjelice. Takvi brodovi ulaze u atmosferu hipersoničnom brzinom ne boljom od "pegle", a tek pri nadzvučnoj brzini prelaze na horizontalni let i mogu se pravilno osloniti na aerodinamiku krila."

Ososimetričan konusni oblik ne samo da omogućava lakšu termičku zaštitu, već ima i dobru aerodinamiku pri vožnji pri vrlo velikim brzinama. Već u gornjim slojevima atmosfere, raketa dobija podizanje, što joj omogućava ne samo da ovdje koči, već i da manevrira. To, pak, omogućava da se izvedu potrebni manevri na velikoj visini, krećući se prema mjestu slijetanja, au budućem letu će biti potrebno samo dovršiti kočenje, korigirati kurs i skrenuti prema dolje, uz slab ranžir motori.

Prisjetimo se i Falcona 9 i New Sheparda: danas nema ništa nemoguće ili čak neobično u vertikalnom slijetanju. Istovremeno, omogućava snalaženje sa znatno manjim snagama tokom izgradnje i eksploatacije piste - pista na koju su sletjeli isti Šatlovi i Buran morala je imati dužinu od nekoliko kilometara da bi zakočila vozilo na brzinom od stotine kilometara na sat. „CROWN, u principu, može čak i da poleti sa morske platforme i sleti na nju“, dodaje jedan od autora projekta, „konačna tačnost sletanja biće oko 10 m, raketa se spušta na uvlačive pneumatske amortizere. Ostaje samo da izvršite dijagnostiku, dopunite gorivo, postavite novi teret - i možete ponovo letjeti.

KORONA se još uvijek implementira u nedostatku sredstava, tako da su programeri Projektnog biroa Makeev uspjeli doći samo do završnih faza izrade nacrta. “Ovu fazu smo prošli gotovo u potpunosti i potpuno samostalno, bez vanjske podrške. Već smo uradili sve što je moglo da se uradi - kažu dizajneri. - Znamo šta, gde i kada treba da se proizvodi. Sada treba preći na praktičan dizajn, proizvodnju i razvoj ključnih jedinica, a za to je potreban novac, tako da sada sve ovisi o njima."

Odložen početak

CFRP raketu očekuje samo masovno lansiranje, nakon što dobiju potrebnu podršku, konstruktori su spremni započeti letna testiranja za šest godina, a za sedam do osam godina - započeti eksperimentalni rad prvih projektila. Procjenjuju da je za to potrebno manje od 2 milijarde dolara - što nije mnogo po standardima raketne nauke. Istovremeno, povrat ulaganja može se očekivati nakon sedam godina korištenja rakete, ako broj komercijalnih lansiranja ostane na sadašnjem nivou, ili čak za 1,5 godinu - ako raste predviđenim tempom.

Štaviše, prisustvo motora za manevrisanje, uređaja za sastajanje i pristajanje na raketi omogućava da se računa na složene sheme lansiranja višestrukog lansiranja. Trošenjem goriva ne na slijetanje, već na dodavanje nosivosti, možete ga dovesti do mase veće od 11 tona. Tada će KRUNA pristati sa drugom, "cisternom", koja će svoje rezervoare puniti dodatnim gorivom neophodnim za povratak. Ali ipak, mnogo je važnija ponovna upotreba, koja će nas po prvi put osloboditi potrebe da prikupljamo medij prije svakog pokretanja - i gubimo ga nakon svakog pokretanja. Samo takav pristup može osigurati stvaranje stabilnog dvosmjernog saobraćaja između Zemlje i orbite, a ujedno i početak stvarne, aktivne eksploatacije svemira u blizini Zemlje.

U međuvremenu, CROWN ostaje u limbu, rad na New Shepardu se nastavlja. Sličan japanski projekat RVT se također razvija. Ruski programeri možda jednostavno nemaju dovoljno podrške za proboj. Ako imate par milijardi viška, ovo je daleko bolja investicija čak i od najveće i najluksuznije jahte na svijetu.