Uzay araştırmaları ve keşifleri alanındaki tarih ve güncel durumla aktif olarak ilgilenen birçok astronot meraklısının, başlık fotoğrafında yakalanan roketi zaten tanıdığını düşünüyorum.
Bu roket, daha doğrusu roket güçlendirici, insanlık tarafından şimdiye kadar yaratılmış en büyük katı yakıtlı rokettir.
Eh, şimdi daha da fazla oldu.
Bu, uzay mekiği ile fırlattığı standart dört bölüme ek olarak, şimdi daha da büyümüş olan Uzay Mekiği sisteminin yan güçlendiricisidir, ek bir beşinci bölüm, bir roket haline gelmesine izin verecektir. SLS (Uzay Fırlatma Sistemi) adı verilen yeni süper ağır uzay fırlatma sistemi NASA'nın güçlendiricisi.
NASA'nın fikrine göre, bu sistem, Amerika Birleşik Devletleri'ne uzay araştırmalarının tüm yönlerinde avuç içi geri vermeli, aynı zamanda tüm insanlığa uzay sınırına geri dönme fırsatı vererek, sonunda düşük Dünya'nın kısır döngüsünü kırmalıdır. yörüngeye oturtmak ve Ay'ın keşfi sorununu tekrar gündeme getirmek… ve hatta Mars.
Bu iddialı program ne kadar gerçek ve ne kadar uygulanabilir? Anlamaya çalışalım.
Tarihsel, Çağdaş ve Gelişmiş Amerikan Fırlatma Sistemlerinin Karşılaştırmalı Boyutları.
Doldurma sorusu: Delta IV neden Falcon 9'dan daha büyük?
Uzay Mekiği sisteminin arenasını terk ettikten sonra Amerikan kozmonotiğinin mevcut durumu oldukça içler acısı: Amerika Birleşik Devletleri'nin mevcut durumu açısından emrindeki en ağır fırlatma aracı, 28'lik bir yükü düşük seviyeye indirebilen Delta IV Heavy'dir. Dünya yörüngesi (LEO), 4 ton.
Delta IV ailesi, Boeing'in kendi yavrularını piyasada yaratma ve tanıtma konusundaki büyük tasarım, mühendislik ve ticari çabalarına rağmen, “yanlış zamanda ve yanlış yerde” olduğu ortaya çıktı: düşük maliyetli arka plana karşı. Rus Proton roketinin fırlatılması ve Ukraynalı Zenit-3SL için, Delta IV'ü kullanarak bir yük fırlatma maliyetinin oldukça uygun olmadığı ortaya çıktı.
Tek bir "Delta IV" lansmanı 140-170 milyon dolara mal olurken, benzer bir yük Proton'un maliyeti yaklaşık 100 milyon dolardı ve daha küçük, ancak "Delta IV" Ukraynalı "Zenith-3SL" ile rekabetçi bir şekilde rekabet etmenin maliyeti daha da düşüktü - sadece 60 milyon dolar.
Delta IV'ü fırlatmanın bu kadar yüksek maliyeti, Boeing'i bunun için münhasıran hükümet emirleri aramaya zorladı ve sonuç olarak, biri hariç tüm Delta fırlatmaları ABD Dışişleri Bakanlığı bütçesinden ödendi.
Heavy modelinde Delta IV fırlatma aracının lansmanı. Fırlatma ağırlığı yaklaşık 733 tondur.
Sonunda, 2000'lerin ortalarında, Delta IV nihayet uzay lansmanlarının ticari segmentinden ayrıldı - ve Falcon roketi olan özel SpaceX mağazasından adamların başladığı zamana kadar oraya asla geri dönemedi. 9 da "Delta IV" pazar nişine yaklaştı ve 2015'te piyasaya sürülmesi planlanan Falcon 9 Heavy adlı aynı roketin modifikasyonu onu bile aştı.
Falcon 9 Heavy'nin başlangıcında, gazyağı ve oksijenle beslenen, her biri 66 ton itiş gücüne sahip 27 Merlin motoru aynı anda çalıştırılacak.
Elon Musk'ın bu beyni, SpaceX'in "özel" uzay programını daha önce ulaşılamaz bir yüksekliğe getirmeli: fırlatma aracının bir kerelik versiyonu için, LEO'ya taşınan kargonun kütlesi GPO'da 53 tona kadar olacak - 21, 2 ton ve Mars'a giden bir yörüngede - 13, 2 ton. Yan güçlendiricilerin ve merkezi ünitenin geri dönüşüyle, taşıma kapasitesi LEO başına 32 tonu geçmeyecektir - fırlatma aracının yeniden kullanılabilirliği için ek yakıt tüketimi ve bunun sonucunda yükte bir azalma ile ödemeniz gerekir.
Falcon 9 Heavy'nin geliştirilmesi sırasındaki teknik yenilikler arasında, geliştirici, yan güçlendiricilerden fırlatma aracının ilk aşamasına uçuş sırasında yakıt ve oksitleyicinin taşması için benzersiz bir olasılık ilan etti, bu da merkezde tam yakıt depolarına sahip olmasını sağlayacak. yan güçlendiricilerin ayrılması sırasında bölümü ve yörüngeye yerleştirilen yükün performansını artırın. …
Falcon 9 roketlerinin ilk aşamalarının gövdelerinin montajı Şimdi 8 motor zaten bir merkezi olan bir daireye monte edildi. Kalabalık ama deli değil.
Son paragrafta bahsedilen "Mars'a giden yörünge" bir soyutlama değildir. Şu anda rekor kıran Delta IV'ün iki katı olan 1.462 tonluk fırlatma kütlesiyle, ağır Falcon, Ay ve Mars'a uçuşlar hakkında ciddi şekilde düşünmenizi sağlayan gerekli adımdır. Her ne kadar muazzam Amerikan Satürn-Apollo programından ziyade Probe serisi aparatlarla yapılan Sovyet deneylerine daha benzer bir konfigürasyonda olsa da.
Ancak gelecekte, ilk aşamalarının “klonları” olan yan güçlendiricili “Delta IV” ve Falcon 9 konseptinin yukarısı beklendiği gibi kaymaya başlıyor.
Mesele şu ki, yük çıktısının kütlesini LEO'ya sonsuza kadar artırmanıza izin veren başlangıç "yan duvarlarını" çoğaltmak imkansız - iki veya dört yan blok hala bir şekilde merkezi olana eklenebilir, ancak daha sonra karmaşıklık katlanarak büyüyen böyle çok bileşenli bir yapının montajı ve kontrolü.
Genel olarak, ilk aşamada 30 NK-33 roket motoruna sahip olan Korolev ay roketi N-1'in "uyuyakaldığı" ve roketin kendisinin beş aşamalı şemasıyla birlikte yaptığı buydu. sorunsuz lansmanının tüm sorularını sonuna kadar çözmeye izin vermeyin.
Falcon 9'un 27 motorla hemen başlayan mevcut konfigürasyonu, zaten karmaşıklık sınırına yakın ve dahası, büyük olasılıkla, Elon Musk'ın şirketinin, gereksinimleri derhal artıran tek bir roket biriminin kütlesini ve boyutunu artırması gerekecek. tüm üretim, nakliye ve roket fırlatma zinciri boyunca.
Rus umut verici füze ailesi "Angara" muhtemelen benzer sorunlarla karşı karşıya kalacak. Bir birim bloğun göreceli olarak küçük boyutu, 733 tonluk bir başlangıç kütlesine sahip Angara-A5 roketinin hemen dört güçlendirici "yan" (LEO başına 24.5 ton taşıma kapasitesi) koyması gerektiği gerçeğine yol açmaktadır.
Angara-A5, 23 Aralık 2014'te piyasaya sürülmeden önce. Başlangıçta, her biri 196 ton itiş gücüne sahip beş RD-191 motoru çalışır.
Angara'nın taşıma kapasitesindeki bir başka artış, ikinci aşamanın temel bölümüne dört değil, altı roket güçlendiricinin eklenmesi gerektiği gerçeğine dayanıyor; bu, belki de, paket sistemlerini ölçeklendirmek için bir tür yapısal ve mühendislik sınırıdır., Falcon 9 konsepti için sınır üç başlangıç bloğunda 27 Merlin-1D motorudur.
Ortaya çıkan Angara-A7 projesi, hesaplamalara göre, 1370 tonluk kendi fırlatma ağırlığı ile, LEO'ya (ikinci aşama için hidrojen yakıtı kullanılması durumunda) 50 tonluk bir yük getirebilecektir. Angara ailesinin roket konseptinin maksimum ölçeklendirmesi.
"Angara A5" ile "Angara A7" kavramlarının karşılaştırılması - gazyağı ve hidrojen yakıtı ile. Aynı zamanda, cevap var - neden "Delta IV" büyük ve Falcon 9 - küçük.
Genel olarak, ne derse desin, 200 ve hatta 400 ton sınıfı bir roket bloğuna dayanan kavramlar - hala bu tür "paket" füzeler için yapısal ve mühendislik karachun sınırının 1300 bölgesinde bir fırlatma ağırlığına ulaştığı ortaya çıkıyor. 1500 ton, bu da LEO başına 45-55 ton çekilen kütleye karşılık gelir.
Ancak o zaman hem tek bir motorun itişini hem de roket aşamasının veya hızlandırıcının boyutunu artırmak zaten gerekli.
Ve bu tam olarak bugün SLS projesinin izlediği yol.
İlk olarak, "Delta IV"ün olumsuz deneyimini dikkate alarak, SLS geliştiricileri geçmişten en iyi şekilde yararlanmaya çalıştı. Her şey ve herkes kullanıldı: ağır bir roket oluşturmak amacıyla güçlendirilmiş Uzay Mekiği roket güçlendiricileri ve ikinci aşamada kurulan mekiğin eski RS-25 hidrojen-oksijen motorları ve…. ("Ay komplosu" teorisinin destekçileri - hazır olun!) Ay roketi "Satürn V" in ikinci ve üçüncü aşamalarının motorlarından kaynaklanan ve uzun süredir unutulmuş hidrojen-oksijen motorları J-2X öngörülen üst aşamalarda kullanılacak SLS!
Ayrıca, SLS hızlandırıcılarını geliştirmeye yönelik uzun vadeli planlar, katı yakıtlar yerine sıvı yakıtlı roket motorları kullanan iki rakip projeyi ima ediyor: Gelecek için kapalı çevrim AJ1E6'nın gelişmiş gazyağı-oksijen motorunu sunan Aerojet şirketinin projesi. NK-33 Royal H-1 füzelerinden kaynaklanan "ağır" taşıyıcı - ve Pratt & Whitney Rocketdine'nin önerdiği bir proje … (ve yine sürpriz, ay şüphecileri!) ABD'de F üretimini geri yüklemek için Bir zamanlar ünlü Satürn V roketini Dünya'dan kaldıran -1 motorlar.
Belki hayat bu test tezgahlarına geri döner. "Saturn V" - "Saturn 1C" LV'nin ilk aşamasının Ağustos 1968'de Cyclopean test tezgahı V-2'de test edilmesi. Adımın bir mavna üzerinde taşındığını unutmayın.
Gelecek vaat eden bir fırlatma hızlandırıcısının geliştirilmesine ve mevcut Uzay Mekiği güçlendiricisini daha da genişletmeyi öneren SLS fırlatma aracı Block I - ATK'nın (Alliant Techsystems) ilk montajında bulunan mevcut katı yakıtlı güçlendirici üreticisine katılır. uzunluğunu ve çapını artırarak … ATK'dan gelecek vaat eden bir hızlandırıcı projesine "Kara Şövalye" deniyor.
Eh, kek üzerindeki kiraz gibi - SLS sisteminin gelecekteki konfigürasyonlarından biri olan Block Ib, Delta IV roketinden ödünç alınan üçüncü aşama olarak bir hidrojen-oksijen ünitesinin kullanılmasını içerir!
Bu, bilirsiniz, NASA'nın ağır roketler alanındaki mevcut tüm gelişmeleri değerlendirmeye, birleştirmeye ve kullanmaya çalıştığı "cehennem LEGO" dur.
SLS medya ailesi nedir? Sonuçta, "Delta IV", "Hangarlar" ve Falcon 9 örneğinden zaten hatırladığımız gibi - genel boyutlar aldatıcı olabilir.
Bu nedenle, neyin amaçlandığını anlamak için basit bir şema:
Diyagramın sol tarafında, Birleşik Devletler'in hâlâ sahip olduğu ağır fırlatma araçları yer alıyor. LEO'ya 118 tonluk bir yük taşıyabilen Ay Satürn V ve yeniden kullanılabilir mekiği 120 ila 130 ton ağırlığındaki yörüngeye yerleştirmiş gibi görünen Uzay Mekiği, ancak aynı zamanda onunla sadece bir tane teslim edebilir. çok mütevazı yük - sadece 24 ton yük.
SLS konsepti iki ana versiyonda uygulanacaktır: insanlı (mürettebat) ve insansız (kargo).
Ek olarak, Aerojet, Rocketdine ve ATK'dan gelecek vaat eden üç roket güçlendirici projesinin bulunmaması, NASA'yı mevcut olan "LEGO roket parçalarını" kullanmaya zorluyor - yani, bu çok beş bölümlü geliştirilmiş Uzay Mekiği güçlendiricileri.
Bu şekilde inşa edilmiş bir geçiş "ersatz-taşıyıcı" (resmi olarak SLS Blok I olarak adlandırılır), yine de, tüm hesaplamalara göre, halihazırda çalışan "Delta IV" veya Falcon 9 Heavy'den çok daha ciddi bir taşıma kapasitesine sahip olacaktır. fırlatmaya hazır. SLS Block I fırlatma aracı, 70 tonluk bir yükü LEO'ya kaldırabilecek.
SLS konseptine kıyasla, NASA'nın Constellation programı kapsamında durdurulan gelişmeleri gösterilmektedir - Ares 1X tasarımında 2009'da yalnızca bir test uçuşu yapan, henüz sonuna kadar oluşturulmamış Ares (Mars) fırlatma aracı, test yükleme beşinci bölümü ve ikinci aşamanın bir prototip yükünün bağlandığı aynı değiştirilmiş dört bölümlü Uzay Mekiği hızlandırıcısından oluşuyordu. Bu test uçuşunun amacı, "tek çubuk" ("log") düzenlemesinde katı yakıtlı birinci aşamanın çalışmasını kontrol etmekti, ancak testler sırasında 1. ve 2. aşamalar ayrıldığında bir şeyler olmuş olmalı, Büyük olasılıkla, içindeki sarsıntı tarafından parçalanan yakıt parçalarının yanması nedeniyle, 1. aşamada yetkisiz bir ileri sıçrama meydana geldi. Katı yakıtlı güçlendirici sonunda 2. aşamanın düzenini yakaladı ve onu çarptı.
Bundan sonra, NASA'da eski parçalardan "yeni bir LEGO" monte etmek için oldukça başarısız bir girişim kısıtlandı, Ares projesi ve Constellation'ın kendisi başarısız kavramların rafına ve Constellation çerçevesinde geliştirilen temelden uzaklaştırıldı. Tek kullanımlık gemiler için olağan dönüş kapsülünün şemasına göre inşa edilen ve sonunda Uzay Mekiği'nin yeniden kullanılabilir planörüne son veren "Orion", oldukça başarılı bir yörünge insanlı uzay aracı kaldı.
Orion uzay aracı, Delta IV roketiyle ilk fırlatılışından önce. Aralık 2014.
Orion uzay aracının çapı 5,3 metre, uzay aracının ağırlığı ise yaklaşık 25 ton. Orion'un iç hacmi, Apollo uzay aracının iç hacminden 2,5 kat daha büyük olacaktır. Geminin kabin hacmi yaklaşık 9 m³'tür. Bir yörünge uzay aracı ve serbest iç hacim için böylesine etkileyici bir kütle nedeniyle, Orion, düşük yörüngelerde (örneğin, ISS'ye bir keşif gezisinde) dünyaya yakın görevler sırasında 6 kozmonot destekleyebilir.
Bununla birlikte, daha önce de belirtildiği gibi, Orion'un ana görevi ve onu düşük referanslı fırlatma sistemi SLS'nin ötesinde yörüngelere yerleştirmesi gereken, Amerika Birleşik Devletleri'nin uzak Dünya'ya yakın uzayda ustalaşma görevlerine geri dönmesi ve her şeyden önce, Ay ve Mars.
Amerika Birleşik Devletleri ve Rusya'nın ana çabalarının uzay gemilerini ve fırlatma araçlarını geliştirmek için hesaplandığı Ay'a ve muhtemelen Mars'a uçuş içindir.
Burada, prensipte, uygun bir tablo biçiminde, Amerikan "Orion" ile Rus PPTS sistemi arasındaki fark analiz edilmektedir.
PPKS PPTS ismi için elbette birini hemen yenmeniz gerekiyor ama neyse. Ve genel olarak, ne yazık ki, PPTS projesinde şimdiye kadar her şey çok zor.
Bu nedenle, PPTS ile ilgili olarak, şu ana kadar sergiden sadece komik resimler aldık. Ama gerçekte, şimdiye kadar çok az hakaret etmek için yapıldı …
Sadece bir model var - geçmiş ve gelecek arasında. Sadece bir model var - ve ona tutun …
Finansman sorunlarına, kavramın yanlış anlaşılmasına ve bir dizi tasarım ve mühendislik sorununa ek olarak, PTS'nin geleceği belirsizdir ve bazı planlanan görevleri için yeterli bir fırlatma aracının olmaması nedeniyle. Söylediğim gibi, şimdiye kadar Rusya'nın metalinde sadece "Angara-A5" var, bu da LEO'ya 24,5 tondan fazla getiremez, bu da dünyaya yakın görevler için oldukça yeterli, ancak Ay'a daha fazla saldırı için kesinlikle yeterli değil. veya Mars.
Ayrıca, PPTS konsepti, şu ana kadar çalışmaları durdurulan "Rus-M" ailesinin "Angara" füzesine bir alternatif oluşturulmasına dayanıyordu.
"Rus" ailesinin füzelerinin projeleri, yalnızca "Soyuz" ve "Angara" aileleriyle karşılaştırıldığında.
Rus füze ailesinin temel amacı, diğer şeylerin eşit olduğu roketin LEO'da Angara füzelerinden daha düşük bir yüke sahip olması nedeniyle insanlı uçuşlar sağlamaktı. Bunun nedeni, insanlı uçuşlar sırasında, gereksinimlerden birinin, motorlardan biri arızalansa bile fırlatma aracının kalkıştan ayrılabilmesi ve daha sonraki bir arıza durumunda uçuşun devamını sağlama gerekliliği olmasıdır. motorlardan birinin - uzay aracının alçaltılmış bir yörüngeye fırlatılmasına devam edilmesi veya kurtarma ve güvenli bir iniş sağlanması ile.
Herhangi bir acil durum için mürettebata 12 g'dan fazla olmayan bir aşırı yük sağlaması gereken özel bir fırlatma yörüngesi ve bir acil kurtarma sisteminin (SAS) varlığı dahil olmak üzere bu gereksinimler, taşıma kapasitesinde önemli bir azalmaya yol açmaktadır. Rus insanlı versiyonda.
Ek olarak, 3,8 metrelik "Rus" taban bloğunun tasarım çapı, SSCB ve Rusya'nın fırlatma araçlarının parçalarının demiryolu ile taşınması için geleneksel olana göre seçildi.
Amerika Birleşik Devletleri'nde kasıtlı olarak, Satürn-Apollo programından başlayarak, fırlatma araçlarının ilk aşamaları, büyük ölçüde su (kıyı-deniz ve nehir) taşımacılığı ile taşınma olasılıkları dikkate alınarak uygun boyuta göre yapıldı. ayrı bir roket biriminin boyutları için gereksinimleri basitleştirdi …
Satürn V LV'nin ilk aşamasının İnci nehri mavnasında taşınması.
Bugün, Constellation'ın çöküşünden sonra bile SLS ve Orion üzerindeki çalışmalar tüm hızıyla devam ediyor.
Neredeyse tamamen mevcut Uzay Mekiği biriktirme listesine dayanacak olan SLS Blok I'in tamamlanmasıyla NASA, bir sonraki, çok daha iddialı aşamaya geçmeyi planlıyor - SLS Blok Ia şeklinde ara duraklarla SLS Blok II ve SLS Blok Ib.
Roket güçlendiriciler daha erken hazırsa LEGO yapım seçeneği. Blok I, Blok Ia ve ardından Blok II.
Değiştirilen üçüncü aşama daha önce hazırsa LEGO yapım seçeneği. Blok I, Blok Ib ve ardından Blok II.
SLS Block Ia fırlatma aracı, gelecek vaat eden roket fırlatma güçlendiricilerinden birini zaten almış olmalıdır: ya bir kerosen-oksijen AJ1E6 kapalı çevriminde Aerojet'ten ya da Satürn V'den değiştirilmiş bir F-1 açık çevriminde Rocketdyne'den ya da aynısı yeni üzerinde ATK'dan katı yakıt "Kara Şövalye".
Bu seçeneklerden herhangi biri, LEO bölgesinde 105 tonluk bir taşıma kapasitesine sahip olan Blok Ia yapısına, zaten Satürn V ve Uzay Mekiğinin taşıma kapasitesi ile karşılaştırılabilir (mekik ile birlikte sayarsak) sağlayabilecektir.).
Aynı görevler, iki aşamalı Blok I sistemini (fırlatma güçlendiricileri ve merkezi aşama) tamamlayabilecek olan, büyük ölçekli ve üçüncü kriyojenik aşamanın tüm fırlatma sisteminin boyutuna uyarlanarak çözülecek. Uzay Mekiği motorlarında), Blok Ia varyantı için daha önce bahsettiğim gibi olacak, Delta IV roketinden ödünç alınacak ve ayrıca SLS'ye LEO'ya 105 tona kadar yük çıkışı sağlayacak üçüncü bir aşamaya sahip.
Son olarak, nihai Blok II sistemi, Satürn V ikinci aşaması gibi, 5 gelişmiş J-2X motorunu kullanacak ve LEO'ya 130 ton yük taşıyacak tam boyutlu, kitlesel mühendislik ürünü bir SLS üçüncü aşamasına sahip olmalıdır.
Ancak tüm bu hilelere rağmen, böyle bir "uzay LEGO" lansmanı başına yaklaşık 500 milyon dolara mal olacak, ki bu elbette Uzay Mekiği'ni başlatma maliyetinden (1.3 milyar dolar) daha az, ama yine de - yeterince hassas NASA'nın bütçesi için.
SLS hangi görevleri çözmeli ve NASA, tek kullanımlık yakıt transfer sistemi için 135 milyon dolar ve LEO için 53 ton yük için maliyet sağlaması beklenen Falcon 9 Heavy seçeneğini neden dikkate almıyor?
Mesele şu ki, NASA Ay'ı, Mars'ı ve hatta Jüpiter'in asteroitlerini ve uydularını hedef aldı! Ve Falcon 9 Heavy, bu tür görevler için çok küçük bir roket olduğu ortaya çıktı …
Mars'a nükleer roket!
Ancak bu, elbette, iyi bir ayrı makalenin konusu….
not. Yazımı tekrar okuduktan sonra rapor veriyorum.
Uzay araştırmalarına yönelik modern Rus yaklaşımlarını eleştirir ve Amerikalıları övürsem, bunun için iyi sebepler var.
2010 yılında, Amerikan uzay araştırma programının durumu içler acısıydı: Uzay Mekiği programının zaten kapanması planlanıyordu, Ares lansmanları Constellation fikirlerinin tam tutarsızlığını gösterdi, tüm Amerikan gazeteleri ve dergileri “Rus uzay köleliği” hakkında yazdı Amerika Birleşik Devletleri için.
Ancak son 5 yılda ABD uzay endüstrisi yeniden bir araya geldi, gerekli finansmanı aldı ve yeni, daha zorlu koşullarda yaşamayı öğrendi.
Rus kozmonotiği 5 yıl içinde bununla övünebilecek mi - özellikle bu yılın bize Rus-M ve PPTS LV programlarının kapatılması, Vostochny kozmodromunun başlatılmasının ertelenmesi hakkında mutsuz haberler getirmesinin arka planına karşı ve Roscosmos finansmanının toplam azaltılması?
Bekle ve gör. Parmaklarımızı çarpı işaretiyle tutuyorum.
