Intento # XXUMX. LEGO cohete americano
Creo que muchos entusiastas del espacio que están interesados activamente en historia y el estado actual de las cosas en el campo de la exploración y exploración espacial, ya hemos aprendido cohete, capturado en la foto del título.
Este cohete, o más bien, el propulsor de cohetes, el cohete de combustible sólido más grande jamás creado por la humanidad.
Bueno, ahora conviértete y más.
Este es el acelerador lateral del sistema Space Shuttle, que ahora se ha vuelto aún más, al haber recibido, además de las cuatro secciones estándar, con las que lanzó junto con el transbordador espacial, una quinta sección adicional, que le permitirá convertirse en un acelerador de cohetes del nuevo sistema de lanzamiento súper pesado, llamado SLS (Space Launch System).
Este sistema, de acuerdo con la idea de la NASA, debería devolver a la palma de los Estados Unidos de América en todos los aspectos de la exploración espacial, dando simultáneamente a toda la humanidad la oportunidad de regresar a la frontera espacial, rompiendo finalmente el círculo vicioso de la órbita baja de la Tierra y poniendo el tema de la exploración lunar nuevamente en la agenda y ... incluso Marte.
¿Qué tan realista y qué tan realista es este ambicioso programa? Vamos a tratar de resolverlo.
Tamaños comparativos de sistemas de lanzamiento americanos históricos, modernos y desarrollados.
Pregunta de reposición: ¿por qué el Delta IV es más que el Falcon 9?
El estado actual de la cosmonauta estadounidense después de abandonar la arena del sistema del transbordador espacial es bastante lamentable: el vehículo de lanzamiento más pesado a disposición de los Estados Unidos hoy en día es el Delta IV Heavy, que puede poner toneladas de 28,4 en órbita terrestre baja (NOO) .
La familia Delta IV, a pesar de una gran cantidad de esfuerzos de diseño, ingeniería y comerciales de Boeing para construir y promover su descendencia en el mercado, resultó "no en el momento adecuado y en un lugar innecesario": en medio del bajo costo de los lanzamientos del cohete ruso Proton y Ucraniano "Zenit-3SL" el costo de lanzar la carga útil con la ayuda de "Delta IV" era completamente inasequible.
Un solo lanzamiento de Delta IV le costó a 140-170 millones de dólares, mientras que el costo de la carga útil de Proton similar fue de alrededor de 100 millones de dólares, y el costo de lanzar uno más pequeño pero competitivo con Delta IV de Ucrania. Zenit-3SL fue incluso más bajo, solo 60 millones de dólares.
El alto costo del lanzamiento de Delta IV hizo que Boeing buscara exclusivamente pedidos del gobierno y, como resultado, todos los lanzamientos de Delta, excepto por una cosa, fueron pagados por el Departamento de Estado por el presupuesto de los EE. UU.
El lanzamiento del vehículo de lanzamiento Delta IV en la versión Heavy. El peso inicial es de aproximadamente 733 toneladas.
Al final, en medio de las 2000-s, Delta IV finalmente se retiró del segmento comercial de los lanzamientos espaciales, y no pudo volver allí hasta el momento actual, cuando los chicos de la tienda privada SpaceX, cuyo cohete Falcon comenzó a pisar sus talones. 9 también estuvo cerca del nicho de mercado Delta IV, y la modificación del mismo cohete llamado Falcon 2015 Heavy planeado para su lanzamiento en 9, incluso lo superó.
Al comienzo del Falcon 9 Heavy, los motores 27 Merlin se encenderán de inmediato utilizando 66 toneladas de queroseno y oxígeno.
Esta creación de Ilona Mask debería llevar el programa espacial “privado” de SpaceX a una altura inalcanzable: para la versión única de vehículo de lanzamiento, la masa de la carga de salida en la NOU será de hasta 53 toneladas, por GPO - 21,2 toneladas y en el camino a Marte - 13,2 toneladas. Al devolver los aceleradores laterales y la unidad central, la carga útil no superará 32 toneladas por LEO; el vehículo de lanzamiento reutilizable debe pagarse con un consumo de combustible adicional y, como resultado, con una disminución de la carga útil.
Entre las innovaciones técnicas en el desarrollo de Falcon 9 Heavy, el desarrollador ha declarado una oportunidad única para que el combustible y el oxidante se desborden durante el vuelo desde los aceleradores laterales a la primera etapa del vehículo de lanzamiento, lo que permitirá a los tanques de combustible completos de la sección central en el momento de la separación de los aceleradores laterales y mejorar la carga útil en órbita. .
Ensamblaje del cuerpo de las primeras etapas de cohetes Falcon 9. Ahora los motores 8 ya están instalados en un círculo, con una central. En apretado, pero no enojado.
La "trayectoria a Marte" mencionada en el último párrafo no es una abstracción. Con una masa inicial de 1 462, toneladas, dos veces más grande que la masa de Delta IV, un récord hasta ahora, el pesado Falcon ya es el paso necesario que le permite pensar seriamente en los vuelos a la Luna y Marte. Aunque en la configuración, más similar a los experimentos soviéticos con los dispositivos de la serie de sondas, en lugar del colosal programa estadounidense Saturno-Apolo.
Sin embargo, en el futuro, los caminos a la parte superior de los conceptos de "Delta IV" y Falcon 9 con aceleradores laterales, que son "clones" de sus primeras etapas, comienzan a deslizarse como se espera.
El problema es que los "lados" iniciales que aumentan las masas de la salida de carga al LEO no se multiplican hasta el infinito: dos o cuatro bloques laterales aún pueden engancharse al central, pero la complejidad de ensamblar y administrar tal construcción de múltiples componentes creciendo igual de forma exponencial.
Fue en esto, en general, que el cohete lunar real H-1 "se durmió", en el que los motores de cohete 30 NK-33 estaban en la primera etapa, lo que, junto con el esquema de cinco etapas del cohete en sí, no permitió Todas las cuestiones de su lanzamiento sin problemas.
La configuración actual de Falcon 9, que comienza de inmediato con los motores 27, ya está cerca del límite de la complejidad y, además, lo más probable es que Ilona Mask deba aumentar la masa y las dimensiones de una única unidad de cohete, lo que aumenta inmediatamente los requisitos para toda la cadena de producción, transporte y lanzamiento de cohetes
La familia rusa avanzada de cohetes Angara probablemente enfrentará problemas similares. El pequeño tamaño relativo de una sola unidad ya lleva al hecho de que el cohete Angara-A5 con una masa de lanzamiento de 733 toneladas tiene que colocar inmediatamente cuatro "calderas" de aceleración (con una capacidad de NOU en toneladas de 24,5).
Angara-A5 antes del lanzamiento de diciembre 23 2014. Al comienzo, hay cinco motores RD-191, cada uno con una carga de toneladas de 196.
Un aumento adicional en la capacidad de carga de Angara se basa en el hecho de que seis impulsores de cohetes no necesitan estar conectados a la sección base de la segunda etapa, lo que, quizás, ya es un tipo de límite de ingeniería y construcción para escalar sistemas de paquetes, como lo es el límite del concepto Falcon 9. Motores Merlin-27D 1 en tres bloques de arranque.
El proyecto Angara-A7 resultante, según los cálculos, con su propio peso inicial en toneladas 1370, traerá a la NOU una carga útil en toneladas 50 (en el caso de usar combustible de hidrógeno para la segunda etapa), que probablemente será la escala máxima del concepto de cohete familia "angara".
Comparación de los hangares A5 y los conceptos de los hangares A7 con queroseno y combustible de hidrógeno. Al mismo tiempo, aquí está la respuesta: por qué el "Delta IV" es grande y el Falcon 9 es pequeño.
En general, no importa qué tan geniales se basen los conceptos en la unidad de cohetes de la clase 200 o incluso en las toneladas de 400, todavía resulta que el límite de Karachun de construcción e ingeniería para dichos cohetes de "paquetes" se produce en el peso de lanzamiento en el área 1300-1500, que corresponde a la salida en masa en toneladas 45-55 por NOU.
Pero además, es necesario aumentar el empuje de un solo motor y el tamaño de la plataforma del cohete o del acelerador.
Y así es exactamente como va el proyecto SLS hoy.
Primero, teniendo en cuenta la experiencia negativa de "Delta IV", los desarrolladores de SLS han tratado de aprovechar al máximo las experiencias pasadas. Todo y todo entró en vigencia: los propulsores de cohetes Space Shuttle, que se fortalecieron con el propósito de crear un cohete pesado, y los viejos motores de hidrógeno y oxígeno RS-25 de la propia lanzadera, que se instalaron en la segunda etapa, y ... (partidarios de la teoría " conspiración "- ¡Prepárese!) motores de hidrógeno-oxígeno olvidados hace mucho tiempo J-2X, que se derivan de los motores de la segunda y tercera etapas del cohete lunar" Saturn V "y que se propone utilizar en las etapas superiores proyectadas de la SLS.
Además, los planes a largo plazo para mejorar los aceleradores SLS implican dos proyectos en competencia que utilizan motores de cohetes de propulsión líquida en lugar de propulsores sólidos: el proyecto de la empresa Aerojet, que presentó su desarrollado motor de queroseno-oxígeno de ciclo cerrado AJ1E6 para el futuro vehículo "pesado", que se origina en el NK 33 misiles Royal H-1 - y un proyecto de Pratt & Whitney Rocketdine, que proponen ... (y de nuevo, ¡sorpresa, lunosceptics!) Para restaurar la producción de motores F-1 en los Estados Unidos, que una vez levantó el famoso cohete Saturno V de la Tierra ".
Es posible que la vida vuelva nuevamente a estos bancos de pruebas. Prueba de la primera etapa del "Saturno V" LV - "Saturno 1С" en agosto 1968 del año en el stand ciclópeo В-2. Tenga en cuenta que el escenario se transporta en barcaza.
Participar en el desarrollo de un prometedor acelerador de arranque futuro y el actual fabricante de refuerzos de combustible sólido, que se ubican en el ensamblaje inicial del vehículo de lanzamiento SLS, Bloque I - ATK (Alliant Techsystems), que propuso integrar aún más el acelerador del transbordador espacial existente, aumentando su longitud y diámetro. . El proyecto del acelerador avanzado de ATK se llama Dark Knight.
Bueno, como guinda del pastel, una de las futuras configuraciones del sistema SLS, el Bloque Ib, implica el uso de un bloque de hidrógeno y oxígeno tomado de... ¡el cohete Delta IV como tercera etapa!
Aquí está, usted sabe, el "LEGO infernal" en el que la NASA intentó evaluar, conectar y usar todos los desarrollos existentes en el campo de los misiles pesados.
¿Qué es la familia de portadores SLS? Después de todo, como ya recordamos, siguiendo el ejemplo de "Delta IV", "Hangares" y Falcon 9, las dimensiones generales son engañosas.
Entonces, aquí hay un esquema simple para entender lo que se pretendía:
En el lado izquierdo del esquema - los vehículos de lanzamiento pesados que existían hasta ahora en los Estados Unidos. El lunar Saturno V, que podía lanzar una carga útil de 118 toneladas y un Transbordador espacial, que parecía lanzar el propio transbordador reutilizable, pesaba de 120 a 130 toneladas, pero solo podía ofrecer uno muy modesto. Carga útil: solo 24 toneladas de carga útil.
El concepto de SLS se implementará en dos versiones principales: tripulado (tripulación) y no tripulado (carga).
Además, la falta de disponibilidad de tres proyectos de aceleradores de misiles prometedores de Aerojet, Rocketdine y ATK obliga a la NASA a usar las "partes del cohete LEGO" disponibles, es decir, esos cinco aceleradores mejorados del Transbordador Espacial.
Un "transportista ersatz" de transición (denominado oficialmente SLS Block I), construido de esta manera, sin embargo, según todos los cálculos, ya tendrá una capacidad de carga mucho más seria que el Delta IV operado o el Falcon 9 Heavy listo para su lanzamiento. El SLS Block I booster podrá aumentar la carga útil de 70 toneladas a la NOU.
En comparación con el concepto SLS, se presentan los programas de desarrollo detenido de la NASA para el programa Constellation: el portador de cohetes Ares (Marte) que no se desarrolló completamente hasta el final, que realizó solo un vuelo de prueba en el año 2009, en el diseño “Ares 1X”. Consiste en el mismo Acelerador espacial de cuatro secciones modificado, al que se adjuntó el quinto segmento de carga y la carga de diseño de la segunda etapa. El propósito de ese vuelo de prueba fue probar el funcionamiento de la primera etapa sólida en el diseño del "stick único", pero probablemente sucedió durante las pruebas, cuando 1 y 2 se separaron, un salto no autorizado de la etapa 1 causado por , al parecer, quemando fragmentos de combustible en ella cortados por un tirón. El acelerador de combustible sólido eventualmente alcanzó el diseño de la etapa 2-th y lo golpeó.
Después de esto, se rechazó un intento bastante infructuoso de ensamblar el "nuevo LEGO" de partes antiguas en la NASA, el proyecto Ares y la propia Constelación quedaron atrapados lejos en el estante de conceptos no exitosos, y de la acumulación desarrollada dentro de la "Constelación" dejaron solo un vehículo espacial bastante exitoso " Orion ”, que se construyó de acuerdo con el esquema habitual de los barcos desechables de la cápsula devuelta, que finalmente puso fin al parapente reutilizable“ Transbordador espacial ”.
La nave Orion antes de su primer lanzamiento en el cohete Delta IV. Diciembre 2014 del año.
El diámetro de la nave "Orion" - metros 5,3, la masa de la nave - aproximadamente 25 toneladas. El volumen interno del Orion será 2,5 veces mayor que el volumen interno del Apollo. El volumen de la cabina de la nave es de aproximadamente 9 m³. Gracias a una masa tan imponente para la nave orbital y el volumen interno libre, Orion durante las misiones cercanas a la Tierra en órbitas bajas (por ejemplo, en una expedición a la ISS) puede proporcionar soporte vital para los cosmonautas 6.
Sin embargo, como se mencionó al principio, la tarea principal de Orion y su puesta en órbita más allá del bajo sistema básico de lanzamiento de SLS es el regreso de los EE. UU. A las tareas de desarrollo del espacio cercano a la Tierra y, en primer lugar, la Luna y Marte.
Fue en el vuelo a la Luna y, posiblemente, a Marte, que se calcularon los principales esfuerzos de los EE. UU. Y Rusia para mejorar sus naves espaciales y vehículos de lanzamiento.
Aquí, en principio, el distintivo "Orion" estadounidense del sistema ruso PTS se desmonta en una forma tabular conveniente.
Por supuesto, para el nombre PPS PTS, debes vencer a alguien de inmediato, pero bueno. Y, en general, desafortunadamente, todo es muy difícil con el proyecto PPTS.
Por lo tanto, en relación con el PPTS, hasta ahora solo tenemos imágenes divertidas de la exposición. Pero en realidad, mientras se hace al insultante poco ...
Solo hay un diseño, entre el pasado y el futuro. Sólo hay un diseño, para él y espera ...
Además de los problemas con el financiamiento, la falta de comprensión del concepto y la masa de cuestiones del plan de diseño e ingeniería, el futuro del PCA es incierto y debido a la falta de un vehículo de lanzamiento adecuado para algunas de las tareas planificadas. Como ya he dicho, "en metal" hasta ahora, Rusia solo tiene Angara-A5, que no puede traer más toneladas de 24,5 a NOU, lo cual es suficiente para misiones cercanas a la Tierra, pero ya no es suficiente para atacar a la Luna o Marte.
Además, el concepto de PCV se basó en la creación de un misil Angara alternativo de la familia Rus-M, el trabajo en el que, también, se ha detenido hasta el momento.
Proyectos de la familia de misiles "Rus" en comparación con la familia de solo "Soyuz" y "Angara".
El principal objetivo de los misiles de la familia Rus era proporcionar vuelos tripulados, por lo que el cohete, en igualdad de condiciones, tiene una carga útil más pequeña en LEO que los misiles de la familia Angara. Esto se debe al hecho de que, durante los vuelos tripulados, uno de los requisitos es la capacidad del vehículo de lanzamiento para abandonar el lanzamiento, incluso si uno de los motores falla y el requisito de garantizar la continuación del vuelo en caso de una falla subsiguiente de uno de los motores, con la continuación del lanzamiento de la nave espacial en una órbita inferior. y aterrizaje seguro.
Estos requisitos, incluida la trayectoria de lanzamiento especial, que debe proporcionar una sobrecarga en la tripulación de no más de 12 g para cualquier emergencia y la disponibilidad de un sistema de rescate de emergencia (CAC), llevan a una disminución significativa en la capacidad de transporte de Rus en la versión tripulada.
Además, el diámetro de diseño de la unidad base "Rus" en el medidor 3,8 se seleccionó en base al transporte tradicional para el transporte de partes de vehículos de lanzamiento por ferrocarril de la URSS y Rusia.
En los EE. UU., Conscientemente, a partir del programa Saturno-Apolo, las primeras etapas de los vehículos de lanzamiento se realizaron sobre la base de un tamaño razonable, teniendo en cuenta la posibilidad de transportarlos por transporte acuático (costero-marino y fluvial), lo que simplificó enormemente los requisitos de las dimensiones de una unidad de cohete separada .
Transporte de la primera etapa del vehículo de lanzamiento Saturn V en la barcaza del río Pearl ("Pearl").
Hoy, el trabajo en el SLS y en Orion, incluso después del colapso de la Constelación, está en pleno apogeo.
Después de completar el trabajo en el Bloque I de SLS, que se basará casi por completo en el Transbordador espacial existente, la NASA planea pasar a la siguiente etapa, mucho más ambiciosa: el Bloque II de SLS, con paradas intermedias en forma del Bloque Ia de SLS y el Bloque Ib SLS.
Opción de ensamblaje de LEGO, si los cohetes están listos antes. Bloque I, Bloque Ia, y luego - Bloque II.
Opción de ensamblaje de LEGO, si previamente una tercera etapa modificada estará lista. Bloque I, Bloque Ib, y luego - Bloque II.
El vehículo de lanzamiento SLS Block Ia ya debería recibir algunos de los prometedores propulsores de lanzamiento de cohetes: de Aerojet en un ciclo cerrado de queroseno-oxígeno AJ1E6, o de Rocketdine en un ciclo abierto modificado F-1 de Saturn V, o Lo mismo en el nuevo sólido "Black Knight" de ATK.
Cualquiera de estas opciones podrá proporcionar al diseño del Bloque Ia una capacidad de elevación en la NOU en el área de 105 toneladas, que ya es comparable a la capacidad de carga del Saturn V y del Transbordador espacial (si lo cuenta junto con el transbordador).
Las mismas tareas se resolverán mediante la creación de la tercera etapa criogénica, que es a gran escala y se adapta al tamaño del sistema de arranque completo, que puede complementar el sistema de dos etapas Bloque I (aceleradores de arranque y la etapa central en los motores del Transbordador espacial) en la tercera etapa, que para la variante de Bloque Ia Ya lo mencioné, tomé prestado del cohete Delta IV y también proporcionaré a SLS la salida de hasta 105 toneladas de carga útil para el DOE.
Finalmente, la versión final del sistema Block II ya debería recibir un motor de tercera etapa de tamaño completo diseñado específicamente para la masa SLS, que, al igual que la segunda etapa V de Saturno, utilizará los motores J-5X avanzados de 2 y emitirá toneladas de carga útil a XOUMX.
Pero incluso a pesar de todos estos trucos, tal "LEGO espacial" costará alrededor de 500 millones de dólares por lanzamiento, lo que, por supuesto, es menor que el costo del lanzamiento del Transbordador espacial (1,3 mil millones de dólares), pero aún así es bastante delicado. para el presupuesto de la NASA.
¿Qué tareas deben ser resueltas por SLS y por qué la NASA no tiene en cuenta la variante Falcon 9 Heavy, que parece ser capaz de proporcionar el costo de 135 millones de dólares estadounidenses para un sistema de una sola vez con exceso de combustible y para 53 toneladas de carga útil para LEO?
¡La cosa es que la NASA todavía apuntaba a la luna, Marte e incluso a los asteroides y satélites de Júpiter! Y el Falcon 9 Heavy resulta ser un cohete demasiado pequeño para tales tareas ...
Cohete nuclear - a Marte!
Pero este es, por supuesto, un tema para un buen artículo separado ...
Salmo Después de leer mi artículo otra vez, te informo.
Si critico los acercamientos rusos modernos a la exploración espacial y elogio a los estadounidenses, entonces hay buenas razones para ello.
De vuelta en 2010, el estado del programa de exploración espacial estadounidense fue deplorable: el programa del Transbordador espacial ya se había cerrado, los lanzamientos de Ares mostraron un completo fracaso de las ideas de la Constelación, todos los periódicos y revistas estadounidenses escribieron sobre la "esclavitud rusa espacial" para los Estados Unidos.
Pero, durante los últimos años de 5, la industria espacial de EE. UU. Se ha reagrupado, ha recibido los fondos necesarios y ha aprendido a vivir en condiciones nuevas y más graves.
¿Podrá la cosmonauta rusa alardear de esto en los años 5, especialmente dado que este año nos trae noticias tristes sobre el cierre de los programas RN Rus-M y PTS, posponiendo el lanzamiento del cosmódromo Vostochny y la reducción total en la financiación de Roscosmos?
Ya veremos Sostengo nuestros dedos por la cruz.
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