Russisk rom

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Det antas at teknologier alltid utvikler seg gradvis, fra enkel til kompleks, fra steinkniv til stål - og først da til en programmert fresemaskin. Skjebnen til romraketter viste seg imidlertid ikke å være så enkel. Opprettelsen av enkle, pålitelige ett-trinns missiler forble i lang tid utilgjengelig for designere.

Det var nødvendig med løsninger som verken materialforskere eller motoringeniører kunne tilby. Inntil nå forblir bæreraketter flertrinns og engangsbiler: et utrolig komplekst og kostbart system brukes i noen minutter og kastes deretter.

«Tenk deg at du før hver flytur ville sette sammen et nytt fly: du ville koble flykroppen til vingene, legge elektriske kabler, installere motorene, og etter landing ville du sende det til et søppelplass … Du kan ikke fly så langt ", fortalte utviklerne av State Missile Center til oss. Makeeva. "Men dette er akkurat hva vi gjør hver gang vi sender last i bane. Selvfølgelig vil alle ideelt sett ha en pålitelig ett-trinns "maskin" som ikke krever montering, men kommer til kosmodromen, fylles på og lanseres. Og så kommer det tilbake og starter igjen - og igjen "…

På halvveis

I det store og hele prøvde rocketry å klare seg med ett trinn fra de tidligste prosjektene. I de første skissene til Tsiolkovsky vises nettopp slike strukturer. Han forlot denne ideen først senere, og innså at teknologiene fra det tidlige tjuende århundre ikke tillot å realisere denne enkle og elegante løsningen. Interessen for entrinns transportører oppsto igjen på 1960-tallet, og slike prosjekter ble under arbeid på begge sider av havet. På 1970-tallet jobbet USA med en-trinns raketter SASSTO, Phoenix og flere løsninger basert på S-IVB, den tredje fasen av Saturn V bæreraketten, som leverte astronauter til månen.

CORONA må bli robot og motta intelligent programvare for kontrollsystemet. Programvaren vil kunne oppdateres direkte under flyging, og vil i en nødsituasjon automatisk "rulle tilbake" til den stabile backupversjonen.

"Et slikt alternativ ville ikke avvike i bæreevne, motorene var ikke gode nok for dette, men det ville fortsatt være ett trinn, ganske i stand til å fly inn i bane," fortsetter ingeniørene. "Selvfølgelig ville det økonomisk være helt uberettiget." Kompositter og teknologier for å jobbe med dem har dukket opp bare de siste tiårene, noe som gjør det mulig å gjøre bæreren ett-trinns og dessuten gjenbrukbar. Kostnaden for en slik "vitenskapsintensiv" rakett vil være høyere enn for en tradisjonell design, men den vil "spres ut" over mange oppskytinger, slik at oppskytningsprisen blir betydelig lavere enn det vanlige nivået.

Det er gjenbruk av media som er hovedmålet til utviklere i dag. Romfergen og Energia-Buran-systemene var delvis gjenbrukbare. Den gjentatte bruken av det første trinnet testes for SpaceX Falcon 9-raketter. SpaceX har allerede gjort flere vellykkede landinger, og i slutten av mars skal de prøve å skyte opp en av etappene som fløy ut i verdensrommet igjen. "Etter vår mening kan denne tilnærmingen bare diskreditere ideen om å lage et ekte gjenbrukbart medium," bemerker Makeev Design Bureau. "Du må fortsatt sortere ut en slik rakett etter hver flytur, installere koblinger og nye engangskomponenter … og vi er tilbake til der vi startet."

Fullt gjenbrukbare medier er fortsatt kun i form av prosjekter – med unntak av New Shepard av det amerikanske selskapet Blue Origin. Så langt er raketten med en bemannet kapsel designet kun for suborbitale flyvninger av romturister, men de fleste av løsningene som finnes i dette tilfellet kan enkelt skaleres for en mer seriøs orbitalbærer. Representanter for selskapet legger ikke skjul på planene sine om å lage et slikt alternativ, for hvilke kraftige motorer BE-3 og BE-4 allerede er under utvikling. "Med hver suborbital flytur nærmer vi oss bane," forsikret Blue Origin. Men deres lovende transportør, New Glenn, vil heller ikke være fullt gjenbrukbar: bare den første blokken, laget på grunnlag av det allerede testede New Shepard-designet, skal gjenbrukes.

Materialmotstand

CFRP-materialene som kreves for fullt gjenbrukbare og entrinns raketter har blitt brukt i romfartsteknologi siden 1990-tallet. I de samme årene begynte ingeniører ved McDonnell Douglas raskt å implementere Delta Clipper (DC-X)-prosjektet og kunne i dag godt skryte av en ferdiglaget og flygende karbonfiberbærer. Dessverre, under press fra Lockheed Martin, ble arbeidet med DC-X avbrutt, teknologiene ble overført til NASA, hvor de prøvde å bruke dem til det mislykkede VentureStar-prosjektet, hvoretter mange ingeniører involvert i dette emnet gikk på jobb hos Blue Origin, og selskapet selv ble overtatt av Boeing.

På samme 1990-tallet ble den russiske SRC Makeev interessert i denne oppgaven. I løpet av årene siden den gang har KORONA-prosjektet ("Romrakett, entrinns bærer [of space] vehicles") gjennomgått en merkbar utvikling, og mellomversjoner viser hvordan design og layout ble mer og mer enkelt og perfekt. Gradvis forlot utviklerne komplekse elementer - som vinger eller eksterne drivstofftanker - og kom til den forståelsen at hovedkroppsmaterialet skulle være karbonfiber. Sammen med utseendet endret både vekten og bæreevnen seg. "Med selv de beste moderne materialene er det umulig å bygge en ett-trinns rakett som veier mindre enn 60-70 tonn, mens nyttelasten vil være veldig liten," sier en av utviklerne. – Men etter hvert som startmassen vokser, står strukturen (opp til en viss grense) for en stadig mindre andel, og det blir mer og mer lønnsomt å bruke den. For en orbital rakett er dette optimum omtrent 160-170 tonn, fra denne skalaen kan bruken allerede rettferdiggjøres."

I den siste versjonen av KORONA-prosjektet er utskytningsmassen enda høyere og nærmer seg 300 tonn. En så stor etttrinnsrakett krever bruk av en høyeffektiv jetmotor med flytende drivstoff som opererer på hydrogen og oksygen. I motsetning til motorer på separate trinn, må en slik rakettmotor med flytende drivstoff «kunne» operere under svært forskjellige forhold og i forskjellige høyder, inkludert start og flukt utenfor atmosfæren. "En konvensjonell flytende drivstoffmotor med Laval-dyser er effektiv bare i visse høydeområder," forklarer Makeyevka-designerne, "derfor kom vi til behovet for å bruke en kileluftrakettmotor." Gassstrålen i slike motorer justerer seg automatisk til trykket "overbord", og de forblir effektive både på overflaten og høyt i stratosfæren.

Nyttelastcontainer

Så langt er det ingen fungerende motor av denne typen i verden, selv om de har vært og blir behandlet både i vårt land og i USA. På 1960-tallet testet Rocketdyne-ingeniører slike motorer på stativ, men de kom ikke til installasjon på missiler. CROWN skal utstyres med en modulær versjon, der kileluftdysen er det eneste elementet som ennå ikke har en prototype og ikke er testet. Det er også alle teknologier for produksjon av komposittdeler i Russland - de er utviklet og brukes med hell, for eksempel ved All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM) og ved JSC Kompozit.

Vertikal passform

Når du flyr i atmosfæren, vil KORONA karbonfiber bærende struktur være dekket med varmeskjermende fliser utviklet av VIAM for Burans og siden den gang blitt merkbart forbedret."Hovedvarmebelastningen på raketten vår er konsentrert på dens" nese, der termiske beskyttelseselementer med høy temperatur brukes, - forklarer designerne. – I dette tilfellet har rakettens ekspanderende sider større diameter og er i spiss vinkel mot luftstrømmen. Den termiske belastningen på dem er mindre, noe som tillater bruk av lettere materialer. Som et resultat har vi spart mer enn 1,5 tonn Massen til høytemperaturdelen overstiger ikke 6 % av totalmassen til termisk beskyttelse. Til sammenligning, i Shuttles utgjør det mer enn 20 %.

Den slanke, koniske utformingen av mediene er resultatet av utallige prøving og feiling. I følge utviklerne, hvis du bare tar nøkkelegenskapene til en mulig gjenbrukbar entrinns bærer, må du vurdere rundt 16 000 kombinasjoner av dem. Hundrevis av dem ble satt pris på av designerne mens de jobbet med prosjektet. "Vi bestemte oss for å forlate vingene, som på Buran eller romfergen," sier de. – I det store og hele, i den øvre atmosfæren, forstyrrer de bare romfartøy. Slike skip går inn i atmosfæren med hypersonisk hastighet, ikke bedre enn et "jern", og bare ved supersonisk hastighet bytter de til horisontal flyvning og kan stole på aerodynamikken til vingene."

Den aksesymmetriske kjegleformen gir ikke bare enklere termisk beskyttelse, men har også god aerodynamikk ved kjøring i svært høye hastigheter. Allerede i de øvre lagene av atmosfæren mottar raketten et løft, som lar den ikke bare bremse her, men også manøvrere. Dette gjør det igjen mulig å foreta de nødvendige manøvrene i stor høyde, med kurs mot landingsstedet, og i den fremtidige flygingen vil det bare være nødvendig å fullføre bremsingen, korrigere kursen og svinge akter ned ved bruk av svak rangering. motorer.

Husk både Falcon 9 og New Shepard: det er ingenting umulig eller til og med uvanlig ved vertikal landing i dag. Samtidig gjør det det mulig å klare seg med betydelig mindre krefter under bygging og drift av rullebanen – rullebanen som samme Shuttles og Buran landet på måtte ha en lengde på flere kilometer for å kunne bremse kjøretøyet kl. en hastighet på hundrevis av kilometer i timen. "CROWN kan i prinsippet til og med ta av fra en offshore-plattform og lande på den," legger en av forfatterne til prosjektet til, "den endelige landingsnøyaktigheten vil være omtrent 10 m, raketten senkes ned på uttrekkbare pneumatiske støtdempere. Det gjenstår bare å foreta diagnostikk, fylle drivstoff, plassere en ny nyttelast – så kan du fly igjen.

KORONA blir fortsatt implementert i mangel av finansiering, så utviklerne av Makeev Design Bureau klarte å komme bare til sluttfasen av utkastet til design. "Vi har passert dette stadiet nesten helt og helt uavhengig, uten ekstern støtte. Vi har allerede gjort alt som kunne vært gjort, - sier designerne. – Vi vet hva, hvor og når som skal produseres. Nå må vi gå videre til praktisk design, produksjon og utvikling av nøkkelenheter, og dette krever penger, så nå avhenger alt av dem."

Forsinket start

CFRP-raketten forventer bare en storskala oppskyting; etter mottak av nødvendig støtte er designerne klare til å begynne flytester om seks år, og om syv til åtte år - for å begynne eksperimentell drift av de første missilene. De anslår at dette krever mindre enn 2 milliarder dollar – ikke mye etter rakettvitenskapelige standarder. Samtidig kan det forventes en avkastning på investeringen etter syv år med bruk av raketten, hvis antall kommersielle oppskytninger holder seg på dagens nivå, eller til og med om 1,5 år - hvis den vokser med de anslåtte hastighetene.

Dessuten gjør tilstedeværelsen av manøvreringsmotorer, møte- og dokkingenheter på raketten det mulig å stole på komplekse flerlanseringsoppskytingsordninger. Ved å bruke drivstoff ikke på landing, men på å legge til nyttelasten, kan du bringe den til en masse på mer enn 11 tonn. Deretter vil KRONEN legge til kai med den andre, "tankeren", som vil fylle tankene med ekstra drivstoff som er nødvendig for returen. Men likevel, mye viktigere er gjenbrukbarhet, som for første gang vil avlaste oss for behovet for å samle media før hver lansering – og miste det etter hver lansering. Bare en slik tilnærming kan sikre etableringen av en stabil toveis trafikkflyt mellom jorden og banen, og samtidig begynnelsen på en reell, aktiv, storskala utnyttelse av verdensrommet nær jorden.

I mellomtiden forblir CROWN i limbo, arbeidet med New Shepard fortsetter. Et lignende japansk prosjekt RVT er også under utvikling. Russiske utviklere har kanskje rett og slett ikke nok støtte for gjennombruddet. Har du et par milliarder til overs, er dette en langt bedre investering enn selv den største og mest luksuriøse yachten i verden.