Vulcan cohete - un rival reutilizable Falcon 9 v1.1R cohete Elon Mask
ULA Corporation (United Launch Alliance) (EE. UU.), Uno de los desarrolladores y fabricantes de tecnología espacial más famosos del mundo, la empresa conjunta Boeing y Lockheed Martin, desde hace unos 2, ha estado desarrollando el sistema de lanzamiento Vulcan. Hacer la salida de satélites más barata y más accesible. Se supone que el sistema competirá seriamente con el cohete Falcon 9v1.1R reutilizable (R del inglés. Reutilizable, reutilizado (reutilizado) Máscara Elon).
En lugar de devolver toda la primera etapa, los ingenieros de ULA ofrecen devolver solo sus motores. La reutilización de partes de cohetes es un componente clave de Vulcan. En ULA, la reutilización NO está en el aterrizaje suave de TODA la primera etapa. En su lugar, se propone devolver solo una parte pequeña, pero la más cara del escenario: los motores, es más fácil y más barato. Uno de los líderes de la ULA en esta ocasión dijo lo siguiente: "No siempre lo más difícil en un cohete es lo más caro".
Antes de los lanzamientos de Elon Mask en el mercado, ULA era un monopolista y cobraba el precio de lanzamiento del programa completo sin vergüenza. Con la llegada de Mask, el precio de los lanzamientos disminuyó significativamente (de $ 110 millones a $ 60 million) y parte de los lanzamientos de ULA se transfirió a Mask, y una parte sustancial. Por diversión, se puede decir que el desarrollo del cohete Vulcan se lleva a cabo bajo el lema de Star Wars: "El Imperio Contraataca". Leí que el trabajo sobre la creación de cohetes reutilizables comenzó en ULA hace mucho tiempo, casi al principio de 2000, pero luego se detuvo. Entonces eran monopolistas y no tenía sentido reducir el costo de lanzamiento. Debemos rendir homenaje a la Máscara: ¡llamó la atención de todo el mundo a los cohetes reutilizables, y cómo!
Antes de continuar la historia sobre el cohete Vulcan, quiero recordarles, para aquellos que no están en el tema, las características de la primera etapa (retornable) del cohete Falcon 9v1.1R y la tecnología de retorno. En la primera etapa, se instalan los motores 9 Merlin 1D, con mayor empuje e impulso específico. Un nuevo tipo de motor recibió la capacidad de aceleración de 100% a 70% y, posiblemente, incluso más bajo. Se modificó la ubicación de los motores: en lugar de tres filas de tres motores, se utilizó el diseño con el motor central y la ubicación del resto alrededor de la circunferencia. El motor central también se instala ligeramente más bajo que el resto. El esquema se llama Octaweb, simplifica el proceso general de diseño y ensamblaje del compartimiento del motor de la primera etapa. El empuje total de los motores es 5885 kN a nivel del mar y aumenta a 6672 kN en vacío, el impulso específico a nivel del mar es 282 s, en vacío 311 c. El tiempo de ejecución nominal de la primera etapa es 180. La altura de la primera etapa es 45,7 m, la masa seca de la etapa v1.1 es alrededor de 23 t y alrededor de 26 t para la modificación (R). La masa del combustible colocado es 395 700 kg, de los cuales 276 600 kg es oxígeno líquido y 119 100 kg es queroseno. Masa de un motor Merlin 1D: 450-490 kg. La masa de los motores 9 es de aproximadamente 4,5 toneladas, es 17,3% de la masa SECA de la primera etapa. La tecnología y la ruta de retorno del Falcon 9 v1.1R se muestran en la Figura. 1.
La figura Ruta de vuelo 1.
Del diagrama queda claro que para el aterrizaje de la primera etapa sobre los soportes de plegado es necesario hacer que los motores avancen, es decir. gire alrededor de su eje, y para esto, el Falcon 9 v1.1 debe complementarse con el equipo de sistemas de giro y aterrizaje, que se realizó:
1. La primera etapa está equipada con cuatro puntales de aterrizaje plegables, que se utilizan para un aterrizaje suave. La masa total de los puntales alcanza los 2100 kg (esto es casi la mitad del peso de los 9 motores para los que se puso en marcha todo esto).
2. Se ha instalado equipo de navegación para llevar la etapa al punto de aterrizaje (es necesario llegar exactamente al lugar en el OCÉANO);
3. Tres de los nueve motores están diseñados para frenar y tienen un sistema de encendido para volver a arrancar;
4. En la parte superior de la primera etapa se instalan timones de celosía de titanio plegables para estabilizar la rotación y mejorar la capacidad de control durante la fase de descenso, especialmente cuando los motores están apagados. Los timones de titanio son ligeramente más largos y pesados que sus predecesores de aluminio, aumentan las capacidades de control del escenario, soportan altas temperaturas sin necesidad de un recubrimiento ablativo y pueden usarse un número ilimitado de veces sin mantenimiento entre vuelos.
5. En la parte superior del escenario se instala un sistema de orientación: un conjunto de boquillas de gas que utilizan la energía del nitrógeno comprimido para controlar la posición del escenario en el espacio antes de soltar los timones de celosía. A ambos lados del escenario hay un bloque, cada uno con 4 boquillas dirigidas hacia adelante, hacia atrás, hacia los lados y hacia abajo. Las boquillas orientadas hacia abajo se utilizan antes de encender los tres motores Merlin durante las maniobras de frenado por etapas en el espacio; el pulso producido hace bajar el combustible al fondo de los tanques, donde es capturado por las bombas del motor. En la foto 2 se muestran los timones de celosía de titanio y el bloque de boquillas de gas del sistema de control de actitud (debajo de la bandera) antes y después del aterrizaje. La pintura debajo de las boquillas no se ha despegado porque se utiliza la energía del nitrógeno comprimido.
La figura. 2
Para el aterrizaje, SpaceX arrienda DOS puertos espaciales: la base de la Fuerza Aérea en Cabo Cañaveral (LC-13) en la costa este (Atlántico) y la base de Vandenberg (SLC-4-West) en la costa oeste (Pacífico). En consecuencia, las plataformas costa afuera son utilizadas por DOS, cada una de las cuales es una barcaza convertida. Los motores y el equipo GPS instalados en ellos hacen posible entregarlos al punto necesario y sostenerlos, creando un terreno de aterrizaje estable, pero el clima afecta la posibilidad de un aterrizaje sin problemas. SpaceX tiene dos plataformas de este tipo, porque el ancho de las plataformas no les permite pasar el Canal de Panamá desde la Base Vandenberg hasta Cabo Cañaveral.
El descenso del motor de toda la primera etapa reduce la carga MÁXIMA del vehículo de lanzamiento en 30 - 40%. Esto se debe a la necesidad de reservar una cantidad significativa de combustible para frenar y aterrizar, así como el peso adicional del equipo de aterrizaje (soportes de aterrizaje, volantes de celosía, un sistema de control reactivo, etc.). Permítame recordarle que los cohetes no siempre comienzan con 100% de carga, la carga incompleta es casi siempre y los promedios de 10 a 17%.
Volvamos a la historia sobre la tecnología de los motores Vulcan cohetes que regresan. La técnica de aterrizaje se muestra en la figura 3.
La figura. 3.
La tecnología se llama Tecnología de retorno autónoma, modular y sensible (SMART - inteligente, ingeniosa). Los motores de marcha y dirección quedarán atrapados en el aire, esta es la parte más cara de la primera etapa. El plan de ULA es que la parte inferior del cohete se desconecte después de completar la primera etapa. Luego, usando protección térmica inflable, ingresa a la atmósfera. Se abrirán paracaídas, el helicóptero recogerá el bloque del motor y aterrizará con él en cualquier lugar conveniente para esto: no se necesitan centros de aterrizaje ni barcazas flotantes. En la tecnología SMART, el equipo de aterrizaje adicional que reduce la masa de la carga útil consiste solo en un paracaídas y protección térmica inflable. Recogida en helicóptero de cargas de paracaídas, una tecnología común en aviación y astronáutica. Alrededor de 2 millones de tales operaciones se han completado en el mundo y continúan realizándose.
Ris.4
La figura. 5
Fabricado por ULA Delta 4 y Atlas 5 (Atlas 5 aún vuela en nuestro RD-180 y volará al menos hasta 2019) modular, Vulcan también será modular con diferentes tamaños de carenados de cabeza o con aceleradores de arranque adicionales, lo que permitirá si es necesario aumentar la productividad. La modularidad distingue a ULA de otros jugadores en el mercado estadounidense (nuestro Angara también es modular): SpaceX tiene el Falcon 9 habitual y la versión pesada planeada, Arianespace puede ofrecer solo Vega y Soyuz, pero no hay graduaciones. El volcán estará disponible en versiones 12 medianas a pesadas. El cohete estará disponible con carenados de cabeza de cuatro o cinco metros de diámetro. En la primera opción, puede colocar hasta cuatro propulsores de combustible sólido, en la segunda, hasta seis. En este último caso, el cohete se convertirá en un análogo de una modificación pesada del Delta 4.
El primer lanzamiento de Vulcan está programado para el año 2019. Se implementará con la ayuda de dos motores Blue Origin BE-4 en gas licuado, o con un par de queroseno más tradicional Aerojet Rocketdyne AR-1. El proceso de creación es bastante caro, por lo que el cohete se desarrollará en varias etapas. Estamos hablando de miles de millones: no se llaman cifras específicas, pero históricamente se sabe que el desarrollo de un nuevo motor de cohete cuesta 1 mil millones de dólares, y el comienzo del trabajo en un nuevo cohete es de aproximadamente 2 mil millones.
Fuentes:
https://geektimes.ru/post/248980/ и другие источники.
En lugar de devolver toda la primera etapa, los ingenieros de ULA ofrecen devolver solo sus motores. La reutilización de partes de cohetes es un componente clave de Vulcan. En ULA, la reutilización NO está en el aterrizaje suave de TODA la primera etapa. En su lugar, se propone devolver solo una parte pequeña, pero la más cara del escenario: los motores, es más fácil y más barato. Uno de los líderes de la ULA en esta ocasión dijo lo siguiente: "No siempre lo más difícil en un cohete es lo más caro".
Antes de los lanzamientos de Elon Mask en el mercado, ULA era un monopolista y cobraba el precio de lanzamiento del programa completo sin vergüenza. Con la llegada de Mask, el precio de los lanzamientos disminuyó significativamente (de $ 110 millones a $ 60 million) y parte de los lanzamientos de ULA se transfirió a Mask, y una parte sustancial. Por diversión, se puede decir que el desarrollo del cohete Vulcan se lleva a cabo bajo el lema de Star Wars: "El Imperio Contraataca". Leí que el trabajo sobre la creación de cohetes reutilizables comenzó en ULA hace mucho tiempo, casi al principio de 2000, pero luego se detuvo. Entonces eran monopolistas y no tenía sentido reducir el costo de lanzamiento. Debemos rendir homenaje a la Máscara: ¡llamó la atención de todo el mundo a los cohetes reutilizables, y cómo!
Antes de continuar la historia sobre el cohete Vulcan, quiero recordarles, para aquellos que no están en el tema, las características de la primera etapa (retornable) del cohete Falcon 9v1.1R y la tecnología de retorno. En la primera etapa, se instalan los motores 9 Merlin 1D, con mayor empuje e impulso específico. Un nuevo tipo de motor recibió la capacidad de aceleración de 100% a 70% y, posiblemente, incluso más bajo. Se modificó la ubicación de los motores: en lugar de tres filas de tres motores, se utilizó el diseño con el motor central y la ubicación del resto alrededor de la circunferencia. El motor central también se instala ligeramente más bajo que el resto. El esquema se llama Octaweb, simplifica el proceso general de diseño y ensamblaje del compartimiento del motor de la primera etapa. El empuje total de los motores es 5885 kN a nivel del mar y aumenta a 6672 kN en vacío, el impulso específico a nivel del mar es 282 s, en vacío 311 c. El tiempo de ejecución nominal de la primera etapa es 180. La altura de la primera etapa es 45,7 m, la masa seca de la etapa v1.1 es alrededor de 23 t y alrededor de 26 t para la modificación (R). La masa del combustible colocado es 395 700 kg, de los cuales 276 600 kg es oxígeno líquido y 119 100 kg es queroseno. Masa de un motor Merlin 1D: 450-490 kg. La masa de los motores 9 es de aproximadamente 4,5 toneladas, es 17,3% de la masa SECA de la primera etapa. La tecnología y la ruta de retorno del Falcon 9 v1.1R se muestran en la Figura. 1.
La figura Ruta de vuelo 1.
Del diagrama queda claro que para el aterrizaje de la primera etapa sobre los soportes de plegado es necesario hacer que los motores avancen, es decir. gire alrededor de su eje, y para esto, el Falcon 9 v1.1 debe complementarse con el equipo de sistemas de giro y aterrizaje, que se realizó:
1. La primera etapa está equipada con cuatro puntales de aterrizaje plegables, que se utilizan para un aterrizaje suave. La masa total de los puntales alcanza los 2100 kg (esto es casi la mitad del peso de los 9 motores para los que se puso en marcha todo esto).
2. Se ha instalado equipo de navegación para llevar la etapa al punto de aterrizaje (es necesario llegar exactamente al lugar en el OCÉANO);
3. Tres de los nueve motores están diseñados para frenar y tienen un sistema de encendido para volver a arrancar;
4. En la parte superior de la primera etapa se instalan timones de celosía de titanio plegables para estabilizar la rotación y mejorar la capacidad de control durante la fase de descenso, especialmente cuando los motores están apagados. Los timones de titanio son ligeramente más largos y pesados que sus predecesores de aluminio, aumentan las capacidades de control del escenario, soportan altas temperaturas sin necesidad de un recubrimiento ablativo y pueden usarse un número ilimitado de veces sin mantenimiento entre vuelos.
5. En la parte superior del escenario se instala un sistema de orientación: un conjunto de boquillas de gas que utilizan la energía del nitrógeno comprimido para controlar la posición del escenario en el espacio antes de soltar los timones de celosía. A ambos lados del escenario hay un bloque, cada uno con 4 boquillas dirigidas hacia adelante, hacia atrás, hacia los lados y hacia abajo. Las boquillas orientadas hacia abajo se utilizan antes de encender los tres motores Merlin durante las maniobras de frenado por etapas en el espacio; el pulso producido hace bajar el combustible al fondo de los tanques, donde es capturado por las bombas del motor. En la foto 2 se muestran los timones de celosía de titanio y el bloque de boquillas de gas del sistema de control de actitud (debajo de la bandera) antes y después del aterrizaje. La pintura debajo de las boquillas no se ha despegado porque se utiliza la energía del nitrógeno comprimido.
La figura. 2
Para el aterrizaje, SpaceX arrienda DOS puertos espaciales: la base de la Fuerza Aérea en Cabo Cañaveral (LC-13) en la costa este (Atlántico) y la base de Vandenberg (SLC-4-West) en la costa oeste (Pacífico). En consecuencia, las plataformas costa afuera son utilizadas por DOS, cada una de las cuales es una barcaza convertida. Los motores y el equipo GPS instalados en ellos hacen posible entregarlos al punto necesario y sostenerlos, creando un terreno de aterrizaje estable, pero el clima afecta la posibilidad de un aterrizaje sin problemas. SpaceX tiene dos plataformas de este tipo, porque el ancho de las plataformas no les permite pasar el Canal de Panamá desde la Base Vandenberg hasta Cabo Cañaveral.
El descenso del motor de toda la primera etapa reduce la carga MÁXIMA del vehículo de lanzamiento en 30 - 40%. Esto se debe a la necesidad de reservar una cantidad significativa de combustible para frenar y aterrizar, así como el peso adicional del equipo de aterrizaje (soportes de aterrizaje, volantes de celosía, un sistema de control reactivo, etc.). Permítame recordarle que los cohetes no siempre comienzan con 100% de carga, la carga incompleta es casi siempre y los promedios de 10 a 17%.
Volvamos a la historia sobre la tecnología de los motores Vulcan cohetes que regresan. La técnica de aterrizaje se muestra en la figura 3.
La figura. 3.
La tecnología se llama Tecnología de retorno autónoma, modular y sensible (SMART - inteligente, ingeniosa). Los motores de marcha y dirección quedarán atrapados en el aire, esta es la parte más cara de la primera etapa. El plan de ULA es que la parte inferior del cohete se desconecte después de completar la primera etapa. Luego, usando protección térmica inflable, ingresa a la atmósfera. Se abrirán paracaídas, el helicóptero recogerá el bloque del motor y aterrizará con él en cualquier lugar conveniente para esto: no se necesitan centros de aterrizaje ni barcazas flotantes. En la tecnología SMART, el equipo de aterrizaje adicional que reduce la masa de la carga útil consiste solo en un paracaídas y protección térmica inflable. Recogida en helicóptero de cargas de paracaídas, una tecnología común en aviación y astronáutica. Alrededor de 2 millones de tales operaciones se han completado en el mundo y continúan realizándose.
Ris.4
La figura. 5
Fabricado por ULA Delta 4 y Atlas 5 (Atlas 5 aún vuela en nuestro RD-180 y volará al menos hasta 2019) modular, Vulcan también será modular con diferentes tamaños de carenados de cabeza o con aceleradores de arranque adicionales, lo que permitirá si es necesario aumentar la productividad. La modularidad distingue a ULA de otros jugadores en el mercado estadounidense (nuestro Angara también es modular): SpaceX tiene el Falcon 9 habitual y la versión pesada planeada, Arianespace puede ofrecer solo Vega y Soyuz, pero no hay graduaciones. El volcán estará disponible en versiones 12 medianas a pesadas. El cohete estará disponible con carenados de cabeza de cuatro o cinco metros de diámetro. En la primera opción, puede colocar hasta cuatro propulsores de combustible sólido, en la segunda, hasta seis. En este último caso, el cohete se convertirá en un análogo de una modificación pesada del Delta 4.
El primer lanzamiento de Vulcan está programado para el año 2019. Se implementará con la ayuda de dos motores Blue Origin BE-4 en gas licuado, o con un par de queroseno más tradicional Aerojet Rocketdyne AR-1. El proceso de creación es bastante caro, por lo que el cohete se desarrollará en varias etapas. Estamos hablando de miles de millones: no se llaman cifras específicas, pero históricamente se sabe que el desarrollo de un nuevo motor de cohete cuesta 1 mil millones de dólares, y el comienzo del trabajo en un nuevo cohete es de aproximadamente 2 mil millones.
Fuentes:
https://geektimes.ru/post/248980/ и другие источники.
información