Rossiya kosmik

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Texnologiyalar har doim asta-sekin, oddiydan murakkabgacha, tosh pichoqdan po'latgacha - va shundan keyingina dasturlashtirilgan frezalash mashinasigacha rivojlanadi, deb ishoniladi. Biroq, kosmik raketaning taqdiri unchalik oson bo'lmagan. Oddiy, ishonchli bir bosqichli raketalarni yaratish uzoq vaqt davomida dizaynerlar uchun imkonsiz bo'lib qoldi.

Materialshunoslar ham, muhandislar ham taklif qila olmaydigan yechimlar talab qilindi. Hozirgacha raketalar ko'p bosqichli va bir martalik bo'lib qolmoqda: nihoyatda murakkab va qimmat tizim bir necha daqiqa davomida ishlatiladi va keyin uloqtiriladi.

“Tasavvur qiling-a, har bir parvozdan oldin siz yangi samolyot yig'asiz: siz fyuzelyajni qanotlarga ulaysiz, elektr kabellarini yotqirasiz, dvigatellarni o'rnatasiz va qo'nganingizdan so'ng uni axlatxonaga jo'natardingiz… Bunchalik uzoqqa uchib bo'lmaydi. ", - dedi bizga Davlat raketa markazi ishlab chiquvchilari. Makeeva. “Ammo biz har safar orbitaga yuk jo'natganimizda aynan shunday qilamiz. Albatta, ideal holda har bir kishi ishonchli bir bosqichli "mashina" ga ega bo'lishni xohlaydi, u yig'ishni talab qilmaydi, lekin kosmodromga yonilg'i quyish va ishga tushiriladi. Va keyin u qaytib keladi va yana boshlanadi - va yana "…

Yarim yo'lda

Umuman olganda, raketasozlik eng dastlabki loyihalardan bir bosqichda o'tishga harakat qildi. Tsiolkovskiyning dastlabki eskizlarida aynan shunday tuzilmalar paydo bo'ladi. Yigirmanchi asrning boshidagi texnologiyalar ushbu oddiy va oqlangan yechimni amalga oshirishga imkon bermasligini anglab, u bu g'oyadan keyinroq voz kechdi. Bir bosqichli tashuvchilarga qiziqish 1960-yillarda yana paydo bo'ldi va bunday loyihalar okeanning har ikki tomonida ishlab chiqildi. 1970-yillarga kelib Qo'shma Shtatlar bir bosqichli SASSTO, Feniks raketalari va kosmonavtlarni Oyga yetkazuvchi Saturn V raketasining uchinchi bosqichi bo'lgan S-IVB negizida bir nechta yechimlar ustida ishlamoqda.

CORONA robotga aylanishi va boshqaruv tizimi uchun aqlli dasturiy ta'minotni olishi kerak. Dasturiy ta'minot parvoz paytida to'g'ridan-to'g'ri yangilanishi mumkin bo'ladi va favqulodda vaziyatda avtomatik ravishda zaxira barqaror versiyasiga "orqaga o'tadi".

"Bunday variant yuk ko'tarish qobiliyati bo'yicha farq qilmaydi, dvigatellar buning uchun etarli emas edi, lekin u hali ham bir bosqich bo'lib, orbitaga ucha oladi", deb davom etadi muhandislar. – Albatta, iqtisodiy jihatdan bu mutlaqo asossiz bo‘lardi. Kompozitlar va ular bilan ishlash texnologiyalari faqat so'nggi o'n yilliklarda paydo bo'ldi, bu esa tashuvchini bir bosqichli va bundan tashqari, qayta foydalanishga imkon beradi. Bunday “ilm-fanni talab qiluvchi” raketaning narxi an’anaviy konstruksiyadan yuqori bo‘ladi, biroq u ko‘plab uchirmalarga “tarqaladi”, shuning uchun uchirish narxi odatdagi darajadan ancha past bo‘ladi.

Bugungi kunda ishlab chiquvchilarning asosiy maqsadi ommaviy axborot vositalarini qayta ishlatishdir. Space Shuttle va Energia-Buran tizimlari qisman qayta foydalanish mumkin edi. Birinchi bosqichdan takroriy foydalanish SpaceX Falcon 9 raketalari uchun sinovdan o‘tkazilmoqda. SpaceX allaqachon bir nechta muvaffaqiyatli qo‘nishni amalga oshirgan va mart oyi oxirida yana koinotga uchgan bosqichlardan birini uchirishga harakat qiladi. "Bizning fikrimizcha, bu yondashuv haqiqiy qayta foydalanish mumkin bo'lgan ommaviy axborot vositalarini yaratish g'oyasini obro'sizlantirishi mumkin", deb ta'kidlaydi Makeev konstruktorlik byurosi. "Siz hali ham har bir parvozdan keyin bunday raketani saralashingiz, ulanishlar va bir marta ishlatiladigan yangi komponentlarni o'rnatishingiz kerak … va biz boshlagan joyga qaytdik."

To'liq qayta foydalanish mumkin bo'lgan ommaviy axborot vositalari hali ham faqat loyihalar ko'rinishida - Amerikaning Blue Origin kompaniyasining New Shepard-dan tashqari. Hozircha, boshqariladigan kapsulali raketa faqat kosmik sayyohlarning suborbital parvozlari uchun mo'ljallangan, ammo bu holda topilgan echimlarning aksariyati jiddiyroq orbital tashuvchi uchun osonlik bilan o'lchanishi mumkin. Kompaniya vakillari BE-3 va BE-4 kuchli dvigatellari ishlab chiqilayotgan bunday variantni yaratish rejalarini yashirishmayapti. "Har bir suborbital parvoz bilan biz orbitaga yaqinlashamiz", deb ishontirdi Blue Origin. Ammo ularning istiqbolli tashuvchisi New Glenn ham to'liq qayta foydalanishga yaroqli bo'lmaydi: faqat sinovdan o'tgan New Shepard dizayni asosida yaratilgan birinchi blokdan qayta foydalanish kerak.

Materiallarga qarshilik

To'liq qayta foydalanish mumkin bo'lgan va bir bosqichli raketalar uchun zarur bo'lgan CFRP materiallari 1990-yillardan beri aerokosmik texnologiyalarda qo'llanilgan. O'sha yillarda McDonnell Duglas muhandislari Delta Clipper (DC-X) loyihasini tezda amalga oshirishni boshladilar va bugungi kunda tayyor va uchuvchi uglerod tolasi tashuvchisi bilan maqtanishlari mumkin edi. Afsuski, Lockheed Martin bosimi ostida DC-X ustida ishlash to'xtatildi, texnologiyalar NASAga topshirildi, u erda ular muvaffaqiyatsiz VentureStar loyihasi uchun foydalanishga harakat qilishdi, shundan so'ng ushbu mavzu bilan shug'ullangan ko'plab muhandislar Blue Origin-da ishlashga ketishdi. va kompaniyaning o'zi Boeing tomonidan qabul qilingan.

Xuddi shu 1990-yillarda Rossiya SRC Makeev bu vazifa bilan qiziqdi. O'shandan beri o'tgan yillar davomida KORONA loyihasi ("Kosmik raketa, bir bosqichli tashuvchi [kosmik] transport vositalari") sezilarli evolyutsiyani boshdan kechirdi va oraliq versiyalar dizayn va joylashuv qanchalik sodda va mukammal bo'lganini ko'rsatadi. Asta-sekin ishlab chiquvchilar murakkab elementlardan - qanotlar yoki tashqi yonilg'i baklari kabilardan voz kechdilar va asosiy korpus materiali uglerod tolasi bo'lishi kerakligini tushunishdi. Tashqi ko'rinishi bilan birga og'irlik ham, tashish qobiliyati ham o'zgardi. "Eng yaxshi zamonaviy materiallardan foydalangan holda, og'irligi 60-70 tonnadan kam bo'lgan bir bosqichli raketani qurish mumkin emas, uning foydali yuki juda kichik bo'ladi", deydi ishlab chiquvchilardan biri. - Ammo boshlang'ich massa o'sishi bilan struktura (ma'lum chegaragacha) tobora kichikroq ulushni egallaydi va undan foydalanish yanada foydali bo'ladi. Orbital raketa uchun bu optimal qiymat taxminan 160-170 tonnani tashkil qiladi, shu miqyosdan boshlab uni ishlatish allaqachon oqlanishi mumkin.

KORONA loyihasining so‘nggi versiyasida uchirish massasi bundan ham yuqori va 300 tonnaga yaqinlashadi. Bunday bir bosqichli yirik raketa vodorod va kislorodda ishlaydigan yuqori samarali suyuq yonilg‘i reaktiv dvigatelidan foydalanishni talab qiladi. Alohida bosqichlardagi dvigatellardan farqli o'laroq, bunday suyuq yonilg'i raketa dvigateli juda boshqacha sharoitlarda va turli balandliklarda, shu jumladan atmosferadan tashqarida uchish va parvoz qilishda "ishlay olishi" kerak. "Laval nozullari bo'lgan an'anaviy suyuq yonilg'i dvigateli faqat ma'lum balandlik oralig'ida samarali bo'ladi," deb tushuntiradi Makeyevka dizaynerlari, "shuning uchun biz xanjar-havo raketa dvigatelidan foydalanish zarurati tug'ildi". Bunday dvigatellardagi gaz oqimi avtomatik ravishda "bortdan" bosimga moslashadi va ular stratosferada ham, sirtda ham samarali bo'lib qoladi.

Yuk tashish konteyneri

Hozirgacha dunyoda bunday turdagi ishlaydigan dvigatel yo'q, garchi ular bizning mamlakatimizda ham, AQShda ham ko'rib chiqilgan va qilinmoqda. 1960-yillarda Rocketdyne muhandislari bunday dvigatellarni stendda sinab ko'rdilar, ammo ular raketalarga o'rnatishga kelmadi. CROWN modulli versiya bilan jihozlangan bo'lishi kerak, unda takoz-havo ko'krak hali prototipga ega bo'lmagan va sinovdan o'tmagan yagona element hisoblanadi. Shuningdek, Rossiyada kompozit qismlarni ishlab chiqarish uchun barcha texnologiyalar mavjud - ular, masalan, Butunrossiya aviatsiya materiallari institutida (VIAM) va "Kompozit" OAJda ishlab chiqilgan va muvaffaqiyatli qo'llanilmoqda.

Vertikal moslik

Atmosferada parvoz qilganda, KORONA uglerod tolali yuk ko'taruvchi konstruktsiyasi Burans uchun VIAM tomonidan ishlab chiqilgan issiqlikdan himoya qiluvchi plitkalar bilan qoplanadi va shundan beri sezilarli darajada yaxshilandi."Raketamizdagi asosiy issiqlik yuki uning "burni" ga to'g'ri keladi, bu erda yuqori haroratli termal himoya elementlari ishlatiladi, - deya tushuntiradi dizaynerlar. - Bu holda raketaning kengayuvchi tomonlari kattaroq diametrga ega va havo oqimiga keskin burchak ostida joylashgan. Ulardagi termal yuk kamroq, bu esa engilroq materiallardan foydalanishga imkon beradi. Natijada 1,5 tonnadan ortiq tejab qoldik. Yuqori haroratli qismning massasi termal himoyaning umumiy massasining 6% dan oshmaydi. Taqqoslash uchun, Shuttlesda bu 20% dan ko'proqni tashkil qiladi.

Ommaviy axborot vositalarining silliq konusli dizayni son-sanoqsiz sinov va xatolar natijasidir. Ishlab chiquvchilarning fikriga ko'ra, agar siz qayta foydalanish mumkin bo'lgan bir bosqichli tashuvchining faqat asosiy xususiyatlarini olsangiz, ularning 16 000 ga yaqin kombinatsiyasini hisobga olishingiz kerak bo'ladi. Ulardan yuzlabi loyiha ustida ishlash jarayonida dizaynerlar tomonidan yuqori baholandi. "Biz qanotlardan voz kechishga qaror qildik, xuddi Buran yoki Space Shuttle kabi", - deyishadi ular. - Umuman olganda, atmosferaning yuqori qismida ular faqat kosmik kemalarga xalaqit beradi. Bunday kemalar atmosferaga gipersonik tezlikda "temir" dan yaxshiroq emas va faqat yuqori tezlikda gorizontal parvozga o'tadi va qanotlarning aerodinamikasiga to'g'ri tayanishi mumkin.

Eksensimetrik konus shakli nafaqat oson termal himoya qilish imkonini beradi, balki juda yuqori tezlikda haydashda yaxshi aerodinamikaga ega. Atmosferaning yuqori qatlamlarida allaqachon raketa liftni oladi, bu esa bu erda nafaqat tormozlash, balki manevr qilish imkonini beradi. Bu, o'z navbatida, yuqori balandlikda, qo'nish joyiga qarab kerakli manevrlarni amalga oshirishga imkon beradi va kelajakda parvozda zaif manyovrdan foydalangan holda faqat tormozlashni yakunlash, yo'nalishni to'g'rilash va orqaga burilish kerak bo'ladi. dvigatellar.

Falcon 9 va New Shepard-ni eslang: bugungi kunda vertikal qo'nishda imkonsiz va hatto g'ayrioddiy narsa yo'q. Shu bilan birga, bu uchish-qo'nish yo'lagini qurish va ishlatish jarayonida sezilarli darajada kamroq kuch bilan harakat qilish imkonini beradi - xuddi shu Shuttles va Buran qo'ngan uchish-qo'nish yo'lagi transport vositasini tormozlash uchun bir necha kilometr uzunlikka ega bo'lishi kerak edi. tezligi soatiga yuzlab kilometr. "CROWN, qoida tariqasida, hatto dengiz platformasidan ko'tarilib, unga qo'nishi mumkin", deb qo'shimcha qiladi loyiha mualliflaridan biri, - yakuniy qo'nish aniqligi taxminan 10 mni tashkil qiladi, raketa tortiladigan pnevmatik amortizatorlarga tushiriladi. Faqat diagnostika o'tkazish, yonilg'i quyish, yangi foydali yukni joylashtirish qoladi - va siz yana uchishingiz mumkin.

KORONA hali ham moliyalashtirilmagan holda amalga oshirilmoqda, shuning uchun Makeev dizayn byurosini ishlab chiquvchilari faqat loyiha loyihasining yakuniy bosqichiga o'tishga muvaffaq bo'lishdi. “Biz bu bosqichdan deyarli butunlay va butunlay mustaqil, tashqi yordamsiz o‘tdik. Biz qilish mumkin bo'lgan hamma narsani qildik, - deydi dizaynerlar. - Biz nimani, qayerda va qachon ishlab chiqarish kerakligini bilamiz. Endi biz amaliy dizayn, ishlab chiqarish va asosiy birliklarni ishlab chiqishga o'tishimiz kerak va bu pul talab qiladi, shuning uchun endi hamma narsa ularga bog'liq.

Kechiktirilgan boshlash

CFRP raketasi faqat keng ko'lamli uchishni kutmoqda; zarur yordamni olgandan so'ng, dizaynerlar olti yildan keyin parvoz sinovlarini boshlashga va etti-sakkiz yildan keyin - birinchi raketalarning eksperimental ishlashini boshlashga tayyor. Ularning hisob-kitoblariga ko'ra, buning uchun 2 milliard dollardan kam mablag' kerak bo'ladi - bu raketa fanlari standartlari bo'yicha unchalik ko'p emas. Shu bilan birga, agar tijoriy uchirilishlar soni hozirgi darajada saqlanib qolsa yoki hatto 1,5 yil ichida - agar u prognoz qilingan sur'atlarda o'ssa, raketani etti yil qo'llashdan keyin investitsiya daromadini kutish mumkin.

Bundan tashqari, raketada manevr dvigatellari, uchrashish va o'rnatish moslamalarining mavjudligi murakkab ko'p martali ishga tushirish sxemalariga ishonish imkonini beradi. Yoqilg'ini qo'nishga emas, balki foydali yukni qo'shishga sarflab, siz uni 11 tonnadan ortiq massaga etkazishingiz mumkin. Keyin CROWN ikkinchi "tanker" bilan bog'lanadi, u o'z baklarini qaytish uchun zarur bo'lgan qo'shimcha yoqilg'i bilan to'ldiradi. Ammo baribir, qayta foydalanish imkoniyati muhimroqdir, bu bizni birinchi marta har bir ishga tushirishdan oldin ommaviy axborot vositalarini yig'ish zaruratidan xalos qiladi - va har bir ishga tushirilgandan keyin uni yo'qotadi. Faqatgina bunday yondashuv Yer va orbita o'rtasida barqaror ikki tomonlama transport oqimini yaratishni va shu bilan birga Yerga yaqin fazodan haqiqiy, faol, keng ko'lamli ekspluatatsiya boshlanishini ta'minlashi mumkin.

Ayni paytda, CROWN noaniq holatda qolmoqda, Nyu Shepard ustida ish davom etmoqda. Shunga o'xshash yapon loyihasi RVT ham rivojlanmoqda. Rossiya ishlab chiquvchilari yutuq uchun etarli darajada qo'llab-quvvatlamasligi mumkin. Agar sizda zaxira qilish uchun bir necha milliard mablag'ingiz bo'lsa, bu hatto dunyodagi eng katta va hashamatli yaxtadan ham yaxshiroq sarmoyadir.