Dipercayai bahawa teknologi selalu berkembang secara beransur-ansur, dari yang sederhana hingga yang kompleks, dari pisau batu hingga baja - dan hanya kemudian ke mesin penggilingan yang diprogramkan. Walau bagaimanapun, nasib roket angkasa lepas tidak begitu mudah. Penciptaan peluru berpandu satu tahap yang mudah dan boleh dipercayai untuk masa yang lama tetap tidak dapat diakses oleh pereka. Penyelesaian diperlukan yang tidak dapat ditawarkan oleh saintis material dan jurutera mesin. Sehingga kini, kenderaan pelancaran tetap bertingkat dan boleh guna: sistem yang sangat kompleks dan mahal digunakan selama beberapa minit, selepas itu dibuang
"Bayangkan bahawa sebelum setiap penerbangan anda akan memasang pesawat baru: anda akan menghubungkan pesawat ke sayap, meletakkan kabel elektrik, memasang mesin, dan setelah mendarat anda akan menghantarnya ke tempat pembuangan sampah … Anda tidak akan terbang jauh seperti itu,”kata pemaju State Missile Center kepada kami. Makeeva. “Tetapi itulah yang kami lakukan setiap kali menghantar kargo ke orbit. Sudah tentu, idealnya setiap orang ingin mempunyai "mesin" satu tahap yang boleh dipercayai yang tidak memerlukan pemasangan, tetapi tiba di kosmodrom, diisi bahan bakar dan dilancarkan. Dan kemudian ia kembali dan bermula lagi - dan sekali lagi "…
Di pertengahan jalan
Pada amnya, roket cuba dicapai dengan satu tahap dari projek-projek terawal. Dalam lakaran awal Tsiolkovsky, hanya struktur seperti itu muncul. Dia meninggalkan idea ini hanya kemudian, menyedari bahawa teknologi pada awal abad kedua puluh tidak memungkinkan untuk merealisasikan penyelesaian sederhana dan elegan ini. Minat untuk syarikat penerbangan tahap satu timbul lagi pada tahun 1960-an, dan projek seperti ini sedang dikerjakan di kedua sisi lautan. Menjelang tahun 1970-an, Amerika Syarikat telah mengusahakan roket tahap satu SASSTO, Phoenix dan beberapa penyelesaian berdasarkan S-IVB, tahap ketiga kenderaan pelancaran Saturn V, yang menghantar angkasawan ke bulan.
"Pilihan seperti itu tidak akan berbeza dalam daya dukung, mesin tidak cukup baik untuk ini - tetapi tetap menjadi satu tahap, cukup mampu terbang ke orbit," lanjut jurutera. "Sudah tentu, dari segi ekonomi, ia sama sekali tidak dibenarkan." Komposit dan teknologi untuk bekerja dengannya hanya muncul dalam beberapa dekad kebelakangan ini, yang memungkinkan untuk menjadikan pembawa satu tahap dan, lebih-lebih lagi, dapat digunakan kembali. Kos roket "intensif sains" seperti itu akan lebih tinggi daripada reka bentuk tradisional, tetapi akan "tersebar" ke banyak pelancaran, sehingga harga pelancarannya akan jauh lebih rendah daripada tahap biasa.
Ini adalah penggunaan semula media yang merupakan tujuan utama pembangun hari ini. Sistem Space Shuttle dan Energia-Buran sebahagiannya dapat digunakan kembali. Penggunaan berulang tahap pertama diuji untuk roket SpaceX Falcon 9. SpaceX telah berjaya melakukan beberapa pendaratan yang berjaya, dan pada akhir bulan Mac mereka akan berusaha melancarkan salah satu tahap yang terbang ke angkasa lagi. "Pada pendapat kami, pendekatan ini hanya dapat mendiskreditkan idea untuk mewujudkan media yang dapat digunakan kembali," kata Biro Reka Bentuk Makeev. "Anda masih perlu menyelesaikan roket seperti itu setelah setiap penerbangan, memasang sambungan dan komponen pakai baru … dan kami kembali ke tempat kami memulakannya."
Media yang dapat diguna semula sepenuhnya hanya dalam bentuk projek - kecuali New Shepard dari syarikat Amerika Syarikat Blue Origin. Sejauh ini, roket dengan kapsul berawak direka hanya untuk penerbangan suborbital pelancong luar angkasa, tetapi sebahagian besar penyelesaian yang dijumpai dalam kes ini dapat dengan mudah ditingkatkan untuk pembawa orbit yang lebih serius. Wakil syarikat tidak menyembunyikan rancangan mereka untuk membuat pilihan seperti itu, yang mana enjin berkuasa BE-3 dan BE-4 sudah dikembangkan. "Dengan setiap penerbangan suborbital, kami mendekati orbit," kata Blue Origin. Tetapi syarikat penerbangan mereka yang menjanjikan New Glenn juga tidak akan dapat digunakan kembali sepenuhnya: hanya blok pertama, yang dibuat berdasarkan reka bentuk New Shepard yang sudah diuji, harus digunakan kembali.
Rintangan bahan
Bahan CFRP yang diperlukan untuk roket tahap satu yang boleh digunakan semula dan telah digunakan dalam teknologi aeroangkasa sejak tahun 1990-an. Pada tahun-tahun yang sama, jurutera di McDonnell Douglas dengan cepat mula melaksanakan projek Delta Clipper (DC-X), dan hari ini mereka dapat membanggakan pembawa serat karbon siap pakai dan terbang. Malangnya, di bawah tekanan dari Lockheed Martin, kerja DC-X dihentikan, teknologi dipindahkan ke NASA, di mana mereka cuba menggunakannya untuk projek VentureStar yang tidak berjaya, setelah itu banyak jurutera yang terlibat dalam topik ini pergi bekerja di Blue Origin, dan syarikat itu sendiri diambil alih oleh Boeing.
Pada tahun 1990-an yang sama, SRC Makeev Rusia tertarik dengan tugas ini. Sejak itu, projek KORONA ("Roket angkasa, pembawa kenderaan angkasa satu peringkat") telah mengalami evolusi yang ketara, dan versi pertengahan menunjukkan bagaimana reka bentuk dan susun atur menjadi semakin mudah dan sempurna. Secara beransur-ansur, para pembangun meninggalkan unsur-unsur kompleks - seperti sayap atau tangki bahan bakar luaran - dan mulai memahami bahawa bahan utama badan mestilah serat karbon. Bersama dengan penampilan, berat dan daya dukung juga berubah. "Menggunakan bahan moden yang terbaik sekalipun, mustahil untuk membina roket satu tahap dengan berat kurang dari 60-70 tan, sementara muatannya akan sangat kecil," kata salah seorang pemaju. - Tetapi apabila jisim permulaan bertambah, struktur (hingga had tertentu) mempunyai bahagian yang semakin kecil, dan semakin menguntungkan untuk menggunakannya. Untuk roket orbit, optimum ini adalah sekitar 160-170 tan, mulai dari skala ini penggunaannya sudah dapat dibenarkan."
Dalam versi terbaru projek KORONA, jisim pelancarannya lebih tinggi dan menghampiri 300 tan. Roket satu tahap yang besar memerlukan penggunaan enjin jet pendorong cecair yang sangat efisien yang beroperasi pada hidrogen dan oksigen. Tidak seperti enjin dalam tahap yang berasingan, enjin roket propelan cecair mesti dapat beroperasi dalam keadaan yang sangat berbeza dan pada ketinggian yang berbeza, termasuk lepas landas dan penerbangan di luar atmosfera. "Mesin pemacu cecair konvensional dengan muncung Laval hanya berkesan pada jarak ketinggian tertentu," jelas pereka Makeevka, "oleh itu, kami memerlukan penggunaan mesin roket udara baji." Jet gas dalam mesin semacam itu menyesuaikan diri dengan tekanan "overboard", dan mereka mempertahankan kecekapan baik di permukaan dan tinggi di stratosfer.
Sejauh ini, tidak ada mesin jenis ini di dunia, walaupun mereka telah dan sedang ditangani di negara kita dan di Amerika Syarikat. Pada tahun 1960-an, jurutera Rocketdyne menguji enjin sedemikian pada pendirian, tetapi mereka tidak dipasang pada peluru berpandu. CROWN harus dilengkapi dengan versi modular, di mana muncung udara baji adalah satu-satunya elemen yang belum mempunyai prototaip dan belum diuji. Terdapat juga semua teknologi untuk pembuatan komponen komposit di Rusia - mereka telah dikembangkan dan berjaya digunakan, misalnya, di All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM) dan di OJSC "Kompozit".
Kesesuaian menegak
Ketika terbang di atmosfer, struktur plastik CORONA yang diperkuat dengan serat karbon akan ditutup dengan jubin pelindung haba yang dikembangkan oleh VIAM untuk orang Burban dan sejak itu telah diperbaiki dengan ketara."Beban haba utama pada roket kita tertumpu pada" hidungnya ", di mana elemen perlindungan terma suhu tinggi digunakan, - pereka menerangkan. - Dalam kes ini, sisi roket yang mengembang mempunyai diameter yang lebih besar dan berada pada sudut akut terhadap aliran udara. Beban terma pada mereka lebih sedikit, yang memungkinkan penggunaan bahan yang lebih ringan. Hasilnya, kita telah menjimatkan lebih daripada 1.5 tan. Jisim bahagian suhu tinggi tidak melebihi 6% daripada jumlah jisim perlindungan terma. Sebagai perbandingan, ia merangkumi lebih dari 20% Shuttles."
Reka bentuk media tirus yang ramping adalah hasil percubaan dan kesilapan yang tidak terkira banyaknya. Menurut pembangunnya, jika anda hanya mengambil ciri-ciri utama pembawa tahap tunggal yang boleh digunakan semula, anda harus mempertimbangkan kira-kira 16,000 kombinasi dari mereka. Beratus-ratus dari mereka dihargai oleh pereka semasa mengerjakan projek itu. "Kami memutuskan untuk meninggalkan sayap, seperti di Buran atau Space Shuttle," kata mereka. - Pada umumnya, di atmosfer atas, mereka hanya mengganggu kapal angkasa. Kapal seperti itu memasuki atmosfera dengan kelajuan hipersonik tidak lebih baik daripada "besi", dan hanya dengan kelajuan supersonik mereka beralih ke penerbangan mendatar dan dapat bergantung pada aerodinamik sayap dengan betul."
Bentuk kerucut axisymmetric bukan sahaja memungkinkan untuk melindungi haba yang lebih mudah, tetapi juga mempunyai aerodinamik yang baik ketika memandu pada kelajuan yang sangat tinggi. Sudah berada di lapisan atas atmosfer, roket itu menerima pengangkatan, yang memungkinkannya tidak hanya meluncur di sini, tetapi juga melakukan manuver. Ini, seterusnya, memungkinkan untuk melakukan manuver yang diperlukan pada ketinggian tinggi, menuju ke lokasi pendaratan, dan pada penerbangan yang akan datang, hanya tinggal menyelesaikan brek, membetulkan arah dan membelok ke belakang, menggunakan mesin manuver yang lemah.
Ingatlah Falcon 9 dan New Shepard: tidak ada yang mustahil atau tidak biasa dalam pendaratan menegak hari ini. Pada masa yang sama, ia memungkinkan untuk melewati kekuatan yang jauh lebih sedikit semasa pembinaan dan operasi landasan - landasan landasan di mana Shuttles dan Buran yang sama mendarat harus mempunyai jarak beberapa kilometer untuk meremukkan kenderaan di kelajuan ratusan kilometer sejam. "CROWN, pada prinsipnya, bahkan dapat lepas landas dari pelantar lepas pantai dan mendarat di atasnya," tambah salah seorang penulis projek itu, "ketepatan pendaratan terakhir adalah sekitar 10 m, roket diturunkan ke penyerap kejutan pneumatik yang dapat ditarik. " Yang tinggal hanyalah menjalankan diagnostik, mengisi minyak, meletakkan muatan baru - dan anda boleh terbang lagi.
KORONA masih dilaksanakan tanpa adanya dana, jadi pemaju Biro Reka Bentuk Makeev hanya dapat mencapai tahap akhir rancangan rancangan. "Kami telah melewati tahap ini hampir sepenuhnya dan sepenuhnya secara bebas, tanpa sokongan dari luar. Kami telah melakukan semua yang boleh dilakukan, - kata pereka. - Kami tahu apa, di mana dan kapan harus dihasilkan. Sekarang kita perlu beralih kepada reka bentuk praktikal, pengeluaran dan pengembangan unit utama, dan ini memerlukan wang, jadi sekarang semuanya bergantung pada mereka."
Permulaan yang tertangguh
Roket CFRP hanya mengharapkan pelancaran berskala besar; setelah mendapat sokongan yang diperlukan, para pereka bersedia untuk memulakan ujian penerbangan dalam enam tahun, dan dalam tujuh hingga lapan tahun - untuk memulakan operasi eksperimental peluru berpandu pertama. Mereka menganggarkan bahawa ini memerlukan kurang dari $ 2 bilion - tidak banyak berdasarkan standard roket. Pada masa yang sama, pulangan pelaburan dapat dijangkakan setelah tujuh tahun menggunakan roket, jika jumlah pelancaran komersial tetap berada pada tahap semasa, atau bahkan dalam 1,5 tahun - jika ia meningkat pada kadar yang diramalkan.
Lebih-lebih lagi, kehadiran mesin manuver, pertemuan dan kemudahan dok pada roket juga memungkinkan untuk mengandalkan skema pelancaran pelbagai pelancaran yang kompleks. Setelah menghabiskan bahan bakar bukan untuk mendarat, tetapi untuk menyelesaikan muatan, mungkin untuk membawanya lebih dari 11 ton. Kemudian CROWN akan berlabuh dengan yang kedua, "kapal tangki", yang akan mengisi tangki dengan bahan bakar tambahan yang diperlukan untuk pengembalian. Tetapi tetap, yang lebih penting adalah penggunaan semula, yang untuk pertama kalinya akan membebaskan kita dari keperluan mengumpulkan media sebelum setiap pelancaran - dan kehilangannya selepas setiap pelancaran. Hanya pendekatan seperti itu yang dapat memastikan terciptanya aliran lalu lintas dua arah yang stabil antara Bumi dan orbit, dan pada masa yang sama permulaan eksploitasi ruang-Bumi yang hampir nyata, aktif, berskala besar.
Sementara itu, CROWN masih dalam keadaan tidak bergerak, kerja-kerja di New Shepard berterusan. RVT projek Jepun yang serupa juga sedang dibangunkan. Pembangun Rusia mungkin tidak mempunyai cukup sokongan untuk mencapai kejayaan. Sekiranya anda mempunyai beberapa bilion lagi, ini adalah pelaburan yang jauh lebih baik daripada kapal layar terbesar dan paling mewah di dunia.
