Teknolojilerin her zaman, basitten karmaşığa, taş bıçaktan çeliğe ve ancak o zaman programlanmış bir freze makinesine kadar yavaş yavaş geliştiğine inanılır. Ancak, uzay roketçiliğinin kaderinin daha az basit olduğu ortaya çıktı. Uzun süre basit, güvenilir tek aşamalı füzelerin oluşturulması tasarımcılar için erişilemez kaldı. Ne malzeme bilimcilerin ne de motor mühendislerinin sunamayacağı çözümler gerekiyordu. Şimdiye kadar, fırlatma araçları çok aşamalı ve tek kullanımlık kalıyor: inanılmaz derecede karmaşık ve pahalı bir sistem birkaç dakika kullanılıyor ve ardından atılıyor
“Her uçuştan önce yeni bir uçak yapacağınızı hayal edin: gövdeyi kanatlara bağlayacak, elektrik kablolarını döşeyecek, motorları yerleştirecek ve indikten sonra onu bir çöp sahasına göndereceksiniz… Bunu, "Devlet Füze Merkezi'nin geliştiricileri bize söyledi. Makeeva. “Ama yörüngeye her kargo gönderdiğimizde tam olarak bunu yapıyoruz. Elbette, ideal olarak herkes, montaj gerektirmeyen, ancak kozmodroma ulaşan, yakıt ikmali yapılan ve başlatılan güvenilir, tek aşamalı bir "makineye" sahip olmak ister. Ve sonra geri gelir ve tekrar başlar - ve tekrar "…
yarı yolda
Genel olarak, roketçilik, en eski projelerden bir aşama ile geçmeye çalıştı. Tsiolkovsky'nin ilk eskizlerinde, sadece bu tür yapılar ortaya çıkıyor. Bu fikirden ancak daha sonra vazgeçti ve yirminci yüzyılın başlarındaki teknolojilerin bu basit ve zarif çözümü gerçekleştirmeye izin vermediğini fark etti. Tek kademeli taşıyıcılara ilgi 1960'larda yeniden ortaya çıktı ve bu tür projeler okyanusun her iki tarafında yürütülüyordu. 1970'lere gelindiğinde, Amerika Birleşik Devletleri tek aşamalı roketler SASSTO, Phoenix ve astronotları aya ulaştıran Satürn V fırlatma aracının üçüncü aşaması olan S-IVB'ye dayalı çeşitli çözümler üzerinde çalışıyordu.
Mühendisler, "Böyle bir seçenek, taşıma kapasitesi açısından farklılık göstermez, motorlar bunun için yeterince iyi değildi - ama yine de, yörüngeye uçma kabiliyetine sahip tek bir aşama olurdu," diye devam ediyor mühendisler. "Tabii ki, ekonomik olarak tamamen haksız olurdu." Onlarla çalışmak için kompozitler ve teknolojiler, yalnızca son yıllarda ortaya çıktı ve bu, taşıyıcıyı tek aşamalı ve ayrıca yeniden kullanılabilir hale getirmeyi mümkün kıldı. Böyle "bilim ağırlıklı" bir roketin maliyeti, geleneksel bir tasarımın maliyetinden daha yüksek olacaktır, ancak birçok fırlatmaya "yayılacaktır", böylece fırlatma fiyatı normal seviyeden çok daha düşük olacaktır.
Bugün geliştiricilerin ana hedefi medyanın yeniden kullanılabilirliğidir. Uzay Mekiği ve Energia-Buran sistemleri kısmen yeniden kullanılabilirdi. İlk aşamanın tekrarlı kullanımı SpaceX Falcon 9 roketleri için test ediliyor. SpaceX şimdiden birkaç başarılı iniş yaptı ve Mart sonunda tekrar uzaya uçan aşamalardan birini başlatmaya çalışacaklar. Makeev Tasarım Bürosu, "Bize göre, bu yaklaşım yalnızca gerçek bir yeniden kullanılabilir medya oluşturma fikrini itibarsızlaştırabilir" diyor. "Hala her uçuştan sonra böyle bir roketi ayırmanız, bağlantıları ve yeni tek kullanımlık bileşenleri kurmanız gerekiyor … ve başladığımız yere geri döndük."
Amerikan şirketi Blue Origin'in New Shepard'ı hariç, tamamen yeniden kullanılabilir medya hala yalnızca proje biçimindedir. Şimdiye kadar, insanlı bir kapsüle sahip roket, yalnızca uzay turistlerinin yörünge altı uçuşları için tasarlandı, ancak bu durumda bulunan çözümlerin çoğu, daha ciddi bir yörünge taşıyıcısı için kolayca ölçeklenebilir. Şirket temsilcileri, güçlü motorlar BE-3 ve BE-4'ün halihazırda geliştirilmekte olduğu böyle bir seçenek yaratma planlarını gizlemiyor. Blue Origin, "Her yörünge altı uçuşla yörüngeye yaklaşıyoruz" dedi. Ancak gelecek vaat eden taşıyıcıları New Glenn de tamamen yeniden kullanılamayacak: yalnızca önceden test edilmiş New Shepard tasarımı temelinde oluşturulan ilk blok yeniden kullanılmalıdır.
Malzeme direnci
Tamamen yeniden kullanılabilir ve tek kademeli roketler için gerekli olan CFRP malzemeleri, 1990'lardan beri havacılık teknolojisinde kullanılmaktadır. Aynı yıllarda, McDonnell Douglas'taki mühendisler Delta Clipper (DC-X) projesini hızla uygulamaya başladılar ve bugün hazır ve uçan bir karbon fiber taşıyıcıyla övünebilirler. Ne yazık ki Lockheed Martin'in baskısı altında DC-X üzerindeki çalışmalar durduruldu, teknolojiler NASA'ya aktarıldı ve burada başarısız VentureStar projesi için onları kullanmaya çalıştılar, ardından bu konuyla ilgili birçok mühendis Blue Origin'de çalışmaya başladı, ve şirketin kendisi Boeing tarafından devralındı.
Aynı 1990'larda, Rus SRC Makeev bu görevle ilgilenmeye başladı. O zamandan beri, KORONA projesi ("Uzay roketi, [uzay] araçlarının tek aşamalı taşıyıcısı") gözle görülür bir evrim geçirdi ve ara sürümler, tasarımın ve yerleşimin nasıl daha basit ve mükemmel hale geldiğini gösteriyor. Yavaş yavaş, geliştiriciler, kanatlar veya harici yakıt tankları gibi karmaşık unsurları terk ettiler ve ana gövde malzemesinin karbon fiber olması gerektiğini anladılar. Görünümle birlikte hem ağırlık hem de taşıma kapasitesi değişti. Geliştiricilerden biri, “En iyi modern malzemeleri bile kullanarak, 60-70 tondan daha hafif tek aşamalı bir roket inşa etmek imkansız, ancak yükü çok küçük olacak” diyor. - Ancak başlangıç kütlesi büyüdükçe yapının (belirli bir sınıra kadar) payı giderek küçülür ve onu kullanmak giderek daha karlı hale gelir. Bir yörünge roketi için bu optimum yaklaşık 160-170 tondur, bu ölçekten başlayarak kullanımı zaten haklı çıkarılabilir."
KORONA projesinin son versiyonunda, fırlatma kütlesi daha da yüksek ve 300 tona yaklaşıyor. Böylesine büyük tek kademeli roket, hidrojen ve oksijenle çalışan yüksek verimli sıvı itici jet motorunun kullanılmasını gerektiriyor. Ayrı aşamalardaki motorlardan farklı olarak, böyle bir sıvı yakıtlı roket motoru, kalkış ve atmosfer dışında uçuş dahil olmak üzere çok farklı koşullarda ve farklı irtifalarda çalışabilmelidir. Makeevka tasarımcıları, "Laval nozullu geleneksel bir sıvı yakıtlı motor sadece belirli irtifa aralıklarında etkilidir," diye açıklıyor, "bu nedenle, bir kama hava roket motoru kullanma ihtiyacına geldik." Bu tür motorlardaki gaz jeti, kendisini "denize düşen" basınca göre ayarlar ve hem yüzeyde hem de stratosferde yüksek verimliliği korurlar.
Şu ana kadar dünyada bu tip çalışan bir motor yok, hem ülkemizde hem de ABD'de ele alınmış ve yapılıyor olsa da. 1960'larda Rocketdyne mühendisleri bu tür motorları bir stand üzerinde test ettiler, ancak füzelere kuruluma gelmediler. CROWN, kama-hava memesinin henüz prototipi olmayan ve test edilmemiş tek unsur olduğu modüler bir versiyonla donatılmalıdır. Rusya'da kompozit parçaların üretimi için tüm teknolojiler de var - örneğin, Tüm Rusya Havacılık Malzemeleri Enstitüsü'nde (VIAM) ve OJSC “Kompozit” de geliştirildi ve başarıyla kullanıldı.
Dikey uyum
Atmosferde uçarken, CORONA'nın karbon fiber takviyeli plastik yapısı, VIAM tarafından Buranlar için geliştirilen ve o zamandan beri gözle görülür şekilde iyileştirilen ısıya dayanıklı karolarla kaplanacak. Tasarımcılar, “Roketimizdeki ana ısı yükü, yüksek sıcaklıkta termal koruma elemanlarının kullanıldığı“burnunda” yoğunlaşıyor - açıklıyor. - Bu durumda, roketin genişleyen kenarları daha büyük bir çapa sahiptir ve hava akışına dar bir açıdadır. Üzerlerindeki termal yük daha azdır, bu da daha hafif malzemelerin kullanılmasına izin verir. Sonuç olarak, 1,5 tondan fazla tasarruf sağladık. Yüksek sıcaklık parçasının kütlesi, termal korumanın toplam kütlesinin %6'sını geçmez. Karşılaştırma için, Mekiklerin %20'sinden fazlasını oluşturuyor."
Medyanın zarif, sivriltilmiş tasarımı, sayısız deneme yanılmanın sonucudur. Geliştiricilere göre, olası bir yeniden kullanılabilir tek aşamalı taşıyıcının yalnızca temel özelliklerini alırsanız, bunların yaklaşık 16.000 kombinasyonunu göz önünde bulundurmanız gerekecektir. Yüzlerce tanesi proje üzerinde çalışırken tasarımcılar tarafından beğenildi. “Buran veya Uzay Mekiği'ndeki gibi kanatları terk etmeye karar verdik” diyorlar. - Genel olarak, üst atmosferde, sadece uzay aracına müdahale ederler. Bu tür gemiler atmosfere bir "demirden" daha iyi olmayan hipersonik hızda girerler ve sadece süpersonik hızda yatay uçuşa geçerler ve kanatların aerodinamiğine uygun şekilde güvenebilirler.
Asimetrik koni şekli yalnızca daha kolay termal koruma sağlamakla kalmaz, aynı zamanda çok yüksek hızlarda sürerken iyi aerodinamiğe sahiptir. Zaten atmosferin üst katmanlarında, roket sadece burada fren yapmasına değil aynı zamanda manevra yapmasına da izin veren bir asansör alır. Bu da, yüksek irtifada gerekli manevraları yapmayı, iniş alanına gitmeyi ve gelecekteki uçuşta, zayıf manevra motorları kullanarak sadece frenlemeyi tamamlamak, rotayı düzeltmek ve kıç aşağı dönmek için kalır.
Hem Falcon 9'u hem de New Shepard'ı hatırlayın: Bugün dikey inişte imkansız ve hatta olağandışı hiçbir şey yoktur. Aynı zamanda, pistin inşası ve işletilmesi sırasında önemli ölçüde daha az kuvvetle geçmeyi mümkün kılar - aynı Shuttles ve Buran'ın indiği pistin, aracı frenlemek için birkaç kilometre uzunluğunda olması gerekiyordu. saatte yüzlerce kilometrelik bir hız. Projenin yazarlarından biri, “CROWN, prensip olarak, bir açık deniz platformundan bile kalkabilir ve üzerine inebilir” diye ekliyor, “nihai iniş doğruluğu yaklaşık 10 m olacak, roket geri çekilebilir pnömatik amortisörlere indirilecek” Geriye kalan tek şey teşhis yapmak, yakıt ikmali yapmak, yeni bir yük yerleştirmek - ve tekrar uçmaya başlayabilirsiniz.
KORONA, finansman yokluğunda hala uygulanıyor, bu nedenle Makeev Tasarım Bürosu geliştiricileri, taslak tasarımın yalnızca son aşamalarına ulaşmayı başardı. “Bu aşamayı neredeyse tamamen ve tamamen bağımsız olarak, dışarıdan destek almadan geçtik. Yapılabilecek her şeyi zaten yaptık, - tasarımcılar söylüyor. - Neyin, nerede ve ne zaman üretilmesi gerektiğini biliyoruz. Şimdi temel birimlerin pratik tasarımına, üretimine ve geliştirilmesine geçmemiz gerekiyor ve bu para gerektiriyor, bu yüzden şimdi her şey onlara bağlı."
Rötar
CFRP roketi yalnızca büyük ölçekli bir fırlatma bekliyor; gerekli desteği aldıktan sonra, tasarımcılar altı yıl içinde ve yedi ila sekiz yıl içinde uçuş testlerine başlamaya hazır - ilk füzelerin deneysel çalışmasına başlamak için. Bunun 2 milyar dolardan daha azını gerektirdiğini tahmin ediyorlar - roket standartlarına göre çok fazla değil. Aynı zamanda, ticari fırlatma sayısı mevcut seviyede kalırsa, roketi yedi yıl kullandıktan sonra, hatta tahmin edilen oranlarda büyürse 1,5 yıl içinde bir yatırım getirisi beklenebilir.
Ayrıca, roket üzerinde manevra motorlarının, buluşma ve yerleştirme tesislerinin varlığı da karmaşık çok fırlatma fırlatma planlarına güvenmeyi mümkün kılıyor. Yakıtı iniş için değil, yükü bitirmek için harcadıktan sonra, onu 11 tondan fazla bir kütleye getirmek mümkündür. Ardından CROWN, tanklarını dönüş için gerekli ek yakıtla dolduracak olan ikinci "tanker" ile yanaşacak. Ancak yine de çok daha önemli olan yeniden kullanılabilirlik, ilk kez bizi her lansmandan önce medyayı toplama ve her lansmandan sonra kaybetme ihtiyacından kurtaracak. Sadece böyle bir yaklaşım, Dünya ile yörünge arasında istikrarlı bir iki yönlü trafik akışının yaratılmasını ve aynı zamanda Dünya'ya yakın alanın gerçek, aktif, büyük ölçekli bir sömürüsünün başlangıcını sağlayabilir.
Bu arada, CROWN arafta kalır, New Shepard üzerinde çalışmalar devam eder. Benzer bir Japon projesi RVT de geliştirilmektedir. Rus geliştiriciler, bir atılım için yeterli desteğe sahip olmayabilir. Eğer harcayacak birkaç milyarınız varsa, bu dünyanın en büyük ve en lüks yatından bile çok daha iyi bir yatırımdır.
