Hapësira ruse

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Besohet se teknologjitë zhvillohen gjithmonë gradualisht, nga e thjeshta në komplekse, nga thika prej guri te çeliku - dhe vetëm atëherë në një makinë bluarjeje të programuar. Sidoqoftë, fati i raketave hapësinore doli të mos ishte aq i drejtpërdrejtë. Krijimi i raketave të thjeshta dhe të besueshme me një fazë për një kohë të gjatë mbeti i paarritshëm për projektuesit.

Kërkoheshin zgjidhje që as shkencëtarët e materialeve dhe as inxhinierët e motorëve nuk mund t'i ofronin. Deri më tani, mjetet e lëshimit mbeten me shumë faza dhe të disponueshme: një sistem tepër kompleks dhe i shtrenjtë përdoret për disa minuta dhe më pas hidhet.

“Imagjinoni që para çdo fluturimi do të montoni një aeroplan të ri: do të lidhni gypin me krahët, do të vendosnit kabllot elektrike, do të instalonit motorët dhe pas uljes do ta dërgonit në një kantier mbeturinash … Nuk mund të fluturoni aq larg”, na thanë zhvilluesit e Qendrës Shtetërore të Raketave. Makeeva. “Por kjo është pikërisht ajo që ne bëjmë sa herë që dërgojmë ngarkesë në orbitë. Natyrisht, në mënyrë ideale të gjithë do të dëshironin të kishin një "makinë" të besueshme njëfazore që nuk kërkon montim, por arrin në kozmodrom, e furnizuar me karburant dhe e lëshuar. Dhe pastaj kthehet dhe fillon përsëri - dhe përsëri "…

Në gjysmë të rrugës

Në përgjithësi, raketa u përpoq të arrinte me një fazë nga projektet më të hershme. Në skicat fillestare të Tsiolkovsky, shfaqen vetëm struktura të tilla. Ai e braktisi këtë ide vetëm më vonë, duke kuptuar se teknologjitë e fillimit të shekullit të njëzetë nuk e lejonin realizimin e kësaj zgjidhjeje të thjeshtë dhe elegante. Interesi për transportuesit me një fazë u ngrit përsëri në vitet 1960, dhe projekte të tilla po përpunoheshin në të dy anët e oqeanit. Deri në vitet 1970, Shtetet e Bashkuara po punonin për raketat me një fazë SASSTO, Phoenix dhe disa zgjidhje të bazuara në S-IVB, faza e tretë e mjetit lëshues Saturn V, i cili dërgoi astronautët në Hënë.

CORONA duhet të bëhet robotik dhe të marrë softuer inteligjent për sistemin e kontrollit. Softueri do të jetë në gjendje të përditësohet drejtpërdrejt gjatë fluturimit dhe në një situatë emergjente automatikisht do të "rikthehet" në versionin e qëndrueshëm rezervë.

"Një opsion i tillë nuk do të ndryshonte në kapacitetin mbajtës, motorët nuk ishin mjaft të mirë për këtë, por do të ishte ende një fazë, mjaft e aftë për të fluturuar në orbitë," vazhdojnë inxhinierët. “Sigurisht, ekonomikisht do të ishte krejtësisht e pajustifikuar”. Kompozitat dhe teknologjitë për të punuar me to janë shfaqur vetëm në dekadat e fundit, të cilat bëjnë të mundur bërjen e transportuesit njëfazor dhe, për më tepër, të ripërdorshëm. Kostoja e një rakete të tillë "shkencë intensive" do të jetë më e lartë se ajo e një dizajni tradicional, por do të "shpërndahet" në shumë lëshime, në mënyrë që çmimi i lëshimit të jetë dukshëm më i ulët se niveli i zakonshëm.

Është ripërdorimi i medias ai që është qëllimi kryesor i zhvilluesve sot. Sistemet Space Shuttle dhe Energia-Buran ishin pjesërisht të ripërdorshme. Përdorimi i përsëritur i fazës së parë është duke u testuar për raketat SpaceX Falcon 9. SpaceX tashmë ka bërë disa ulje të suksesshme dhe në fund të marsit do të përpiqet të nisë sërish një nga fazat që fluturoi në hapësirë. "Sipas mendimit tonë, kjo qasje mund të diskreditojë vetëm idenë e krijimit të një media të vërtetë të ripërdorshme," vëren Byroja e Dizajnit Makeev. "Ju duhet të zgjidhni një raketë të tillë pas çdo fluturimi, të instaloni lidhje dhe komponentë të rinj të disponueshëm … dhe ne jemi kthyer atje ku kemi filluar."

Mediat plotësisht të ripërdorshme janë ende vetëm në formën e projekteve - me përjashtim të New Shepard nga kompania amerikane Blue Origin. Deri më tani, raketa me një kapsulë të drejtuar është projektuar vetëm për fluturimet suborbitale të turistëve hapësinorë, por shumica e zgjidhjeve të gjetura në këtë rast mund të shkallëzohen lehtësisht për një transportues orbital më serioz. Përfaqësuesit e kompanisë nuk i fshehin planet e tyre për të krijuar një opsion të tillë, për të cilin motorët e fuqishëm BE-3 dhe BE-4 tashmë janë duke u zhvilluar. "Me çdo fluturim suborbital, ne i afrohemi orbitës," siguroi Blue Origin. Por transportuesi i tyre premtues, New Glenn, gjithashtu nuk do të jetë plotësisht i ripërdorshëm: vetëm blloku i parë, i krijuar në bazë të modelit tashmë të testuar të New Shepard, duhet të ripërdoret.

Rezistenca materiale

Materialet CFRP të kërkuara për raketa plotësisht të ripërdorshme dhe me një fazë janë përdorur në teknologjinë e hapësirës ajrore që nga vitet 1990. Në të njëjtat vite, inxhinierët në McDonnell Douglas filluan shpejt zbatimin e projektit Delta Clipper (DC-X) dhe sot mund të mburren me një transportues fibër karboni të gatshëm dhe fluturues. Fatkeqësisht, nën presionin e Lockheed Martin, puna në DC-X u ndërpre, teknologjitë u transferuan në NASA, ku u përpoqën t'i përdorin ato për projektin e pasuksesshëm VentureStar, pas së cilës shumë inxhinierë të përfshirë në këtë temë shkuan për të punuar në Blue Origin. dhe vetë kompania u mor nga Boeing.

Në të njëjtat vitet 1990, SRC Ruse Makeev u interesua për këtë detyrë. Me kalimin e viteve që nga ajo kohë, projekti KORONA ("Raketa hapësinore, transportues [i automjeteve] hapësinore me një fazë") ka pësuar një evolucion të dukshëm dhe versionet e ndërmjetme tregojnë se si dizajni dhe faqosja u bënë gjithnjë e më të thjeshta dhe të përsosura. Gradualisht, zhvilluesit braktisën elementet komplekse - të tilla si krahët ose rezervuarët e jashtëm të karburantit - dhe arritën të kuptojnë se materiali kryesor i trupit duhet të jetë fibër karboni. Së bashku me pamjen, si pesha ashtu edhe kapaciteti mbajtës ndryshuan. "Duke përdorur edhe materialet më të mira moderne, është e pamundur të ndërtohet një raketë me një fazë që peshon më pak se 60-70 ton, ndërsa ngarkesa e saj do të jetë shumë e vogël," thotë një nga zhvilluesit. - Por ndërsa masa fillestare rritet, struktura (deri në një kufi të caktuar) zë një pjesë gjithnjë e më të vogël, dhe përdorimi i saj bëhet gjithnjë e më fitimprurës. Për një raketë orbitale, kjo optimale është rreth 160-170 tonë, duke filluar nga kjo shkallë përdorimi i saj tashmë mund të justifikohet.

Në versionin më të fundit të projektit KORONA, masa e lëshimit është edhe më e lartë dhe i afrohet 300 tonëve. Një raketë kaq e madhe me një shkallë kërkon përdorimin e një motori reaktiv të lëngshëm me efikasitet të lartë që vepron me hidrogjen dhe oksigjen. Ndryshe nga motorët në faza të veçanta, një motor i tillë rakete me lëndë të lëngshme duhet të "mund të funksionojë" në kushte shumë të ndryshme dhe në lartësi të ndryshme, duke përfshirë ngritjen dhe fluturimin jashtë atmosferës. "Një motor konvencional me lëndë djegëse të lëngët me grykë Laval është efektiv vetëm në vargje të caktuara të lartësive," shpjegojnë projektuesit Makeyevka, "prandaj ne erdhëm në nevojën për të përdorur një motor rakete me ajër pykë". Avioni i gazit në motorë të tillë përshtatet automatikisht me presionin "jashtë bord" dhe ato mbeten efikase si në sipërfaqe ashtu edhe lart në stratosferë.

Kontejner me ngarkesë

Deri më tani në botë nuk ka asnjë motor në punë të këtij lloji, ndonëse janë trajtuar dhe po merren si në vendin tonë ashtu edhe në SHBA. Në vitet 1960, inxhinierët e Rocketdyne testuan motorë të tillë në një stendë, por ato nuk u instaluan në raketa. CROWN duhet të pajiset me një version modular, në të cilin gryka e ajrit me pykë është i vetmi element që nuk ka ende një prototip dhe nuk është testuar. Ekzistojnë gjithashtu të gjitha teknologjitë për prodhimin e pjesëve të përbëra në Rusi - ato janë zhvilluar dhe përdoren me sukses, për shembull, në Institutin Gjith-Rus të Materialeve të Aviacionit (VIAM) dhe në SHA Kompozit.

Përshtatje vertikale

Kur fluturon në atmosferë, struktura mbajtëse me fibër karboni KORONA do të mbulohet me pllaka mbrojtëse ndaj nxehtësisë të zhvilluara nga VIAM për Burans dhe që atëherë janë përmirësuar dukshëm."Ngarkesa kryesore e nxehtësisë në raketën tonë është e përqendruar në" hundën " e saj, ku përdoren elementë mbrojtës termikë me temperaturë të lartë, - shpjegojnë projektuesit. - Në këtë rast, anët zgjeruese të raketës kanë një diametër më të madh dhe janë në një kënd të mprehtë me rrjedhën e ajrit. Ngarkesa termike mbi to është më e vogël, gjë që lejon përdorimin e materialeve më të lehta. Si rrjedhojë kemi kursyer më shumë se 1.5 ton Masa e pjesës me temperaturë të lartë nuk kalon 6% të masës totale të mbrojtjes termike. Për krahasim, në Shuttles ajo përbën më shumë se 20%.

Dizajni elegant i përmbledhur i medias është rezultat i provave dhe gabimeve të panumërta. Sipas zhvilluesve, nëse merrni vetëm karakteristikat kryesore të një transportuesi të mundshëm të ripërdorshëm njëfazor, do t'ju duhet të merrni parasysh rreth 16,000 kombinime të tyre. Qindra prej tyre u vlerësuan nga projektuesit gjatë punës në projekt. "Ne vendosëm të braktisnim krahët, si në Buran ose në anijen kozmike," thonë ata. - Në përgjithësi, në atmosferën e sipërme, ato ndërhyjnë vetëm me anijen kozmike. Anije të tilla hyjnë në atmosferë me shpejtësi hipersonike jo më të mirë se një "hekur", dhe vetëm me shpejtësi supersonike kalojnë në fluturim horizontal dhe mund të mbështeten siç duhet në aerodinamikën e krahëve ".

Forma e konit aksimetrik jo vetëm që lejon mbrojtje më të lehtë termike, por gjithashtu ka aerodinamikë të mirë kur vozitni me shpejtësi shumë të larta. Tashmë në shtresat e sipërme të atmosferës, raketa merr një ngritje, e cila i lejon asaj jo vetëm të frenojë këtu, por edhe të manovrojë. Kjo, nga ana tjetër, bën të mundur kryerjen e manovrave të nevojshme në lartësi të madhe, duke u drejtuar për në vendin e uljes, dhe në fluturimin e ardhshëm, do të jetë e nevojshme vetëm të përfundoni frenimin, të korrigjoni kursin dhe të ktheni prapa poshtë, duke përdorur një lëvizje të dobët. motorët.

Kujtoni si Falcon 9 ashtu edhe New Shepard: nuk ka asgjë të pamundur apo edhe të pazakontë në uljen vertikale sot. Në të njëjtën kohë, bën të mundur kalimin me shumë më pak forca gjatë ndërtimit dhe funksionimit të pistës - pista në të cilën u ulën të njëjtat Shuttles dhe Buran duhej të kishte një gjatësi prej disa kilometrash për të frenuar automjetin në një shpejtësi prej qindra kilometrash në orë. "CROWN, në parim, madje mund të ngrihet nga një platformë në det të hapur dhe të ulet mbi të," shton një nga autorët e projektit, "saktësia përfundimtare e uljes do të jetë rreth 10 m, raketa ulet në amortizues pneumatikë të tërheqshëm. E tëra që mbetet është të kryeni diagnostifikimin, të furnizoheni me karburant, të vendosni një ngarkesë të re - dhe mund të fluturoni përsëri.

KORONA është ende duke u zbatuar në mungesë të fondeve, kështu që zhvilluesit e Byrosë së Dizajnit Makeev arritën të arrijnë vetëm në fazat përfundimtare të projekt-dizajnit. “Ne e kemi kaluar këtë fazë pothuajse tërësisht dhe plotësisht në mënyrë të pavarur, pa mbështetje të jashtme. Ne kemi bërë tashmë gjithçka që mund të ishte bërë, - thonë projektuesit. - Ne e dimë se çfarë, ku dhe kur duhet të prodhohet. Tani duhet të kalojmë në projektimin praktik, prodhimin dhe zhvillimin e njësive kryesore, dhe kjo kërkon para, kështu që tani gjithçka varet prej tyre."

Fillimi i vonuar

Raketa CFRP pret vetëm një lëshim në shkallë të gjerë; pas marrjes së mbështetjes së nevojshme, projektuesit janë gati të fillojnë testet e fluturimit në gjashtë vjet, dhe në shtatë deri në tetë vjet - për të filluar funksionimin eksperimental të raketave të para. Ata vlerësojnë se kjo kërkon më pak se 2 miliardë dollarë - jo shumë sipas standardeve të shkencës raketore. Në të njëjtën kohë, një kthim nga investimi mund të pritet pas shtatë viteve të përdorimit të raketës, nëse numri i lëshimeve komerciale mbetet në nivelin aktual, ose edhe në 1.5 vjet - nëse rritet me ritmet e parashikuara.

Për më tepër, prania e motorëve të manovrimit, pajisjeve të takimit dhe dokimit në raketë bën të mundur llogaritjen në skemat komplekse të lëshimit me shumë lëshime. Duke shpenzuar karburant jo në ulje, por duke shtuar ngarkesën, mund ta çoni atë në një masë prej më shumë se 11 tonë. Pastaj CROWN do të ankorohet me të dytën, "cisternë", e cila do të mbushë rezervuarët e saj me karburant shtesë të nevojshëm për kthimin. Por gjithsesi, shumë më e rëndësishme është ripërdorimi, i cili për herë të parë do të na çlirojë nga nevoja për të mbledhur media para çdo lëshimi - dhe për ta humbur atë pas çdo lëshimi. Vetëm një qasje e tillë mund të sigurojë krijimin e një fluksi të qëndrueshëm trafiku të dyanshëm midis Tokës dhe orbitës, dhe në të njëjtën kohë fillimin e një shfrytëzimi real, aktiv dhe në shkallë të gjerë të hapësirës afër Tokës.

Ndërkohë, CROWN mbetet në harresë, puna për New Shepard vazhdon. Një projekt i ngjashëm japonez RVT po zhvillohet gjithashtu. Zhvilluesit rusë thjesht mund të mos kenë mbështetje të mjaftueshme për përparimin. Nëse keni disa miliarda për të kursyer, ky është një investim shumë më i mirë se edhe jahti më i madh dhe më luksoz në botë.