Saya berpendapat bahawa ramai peminat angkasawan yang berminat secara aktif dalam sejarah dan keadaan semasa dalam bidang penerokaan dan penjelajahan angkasa lepas telah mengenali roket yang ditangkap dalam foto tajuk.
Roket ini, atau lebih tepatnya roket penggalak, adalah roket padat terbesar yang pernah dibuat oleh manusia.
Nah, sekarang ia menjadi lebih.
Ini adalah penguat sisi sistem Space Shuttle, yang kini menjadi lebih besar, setelah menerima, selain empat bahagian standard yang dilancarkan dengan pesawat ulang-alik, bahagian kelima tambahan, yang akan memungkinkannya menjadi roket penggalak sistem pelancaran ruang angkasa super berat baru NASA, yang disebut SLS (Space Launch System).
Sistem ini, menurut idea NASA, harus mengembalikan telapak tangan Amerika Syarikat dalam semua aspek penerokaan angkasa, sekaligus memberi peluang kepada semua manusia untuk kembali ke perbatasan ruang angkasa, akhirnya melanggar lingkaran setan Bumi yang rendah mengorbit dan meletakkan persoalan penerokaan bulan kembali ke agenda. dan … malah Mars.
Seberapa nyata dan seberapa layak program bercita-cita tinggi ini? Mari cuba mengetahuinya.
Saiz Perbandingan Sistem Pelancaran Amerika yang Bersejarah, Kontemporari, dan Dibangunkan.
Soalan Isi Ulang: mengapa Delta IV lebih besar daripada Falcon 9?
Keadaan kosmonautik Amerika ketika ini setelah meninggalkan arena sistem Space Shuttle agak menyedihkan: kenderaan pelancaran paling berat yang ada di Amerika Syarikat dari segi statusnya sekarang ialah Delta IV Heavy, yang dapat menurunkan beban 28 menjadi rendah Orbit bumi (LEO), 4 tan.
Keluarga Delta IV, walaupun terdapat banyak usaha reka bentuk, teknik dan komersial Boeing untuk membuat dan mempromosikan keturunannya di pasar, ternyata "pada waktu yang salah dan di tempat yang salah": dengan latar belakang biaya rendah pelancaran roket Proton Rusia dan Untuk Zenit-3SL Ukraine, kos melancarkan muatan menggunakan Delta IV ternyata agak tidak terjangkau.
Pelancaran tunggal "Delta IV" berharga $ 140-170 juta, sementara kos Proton muatan yang serupa adalah sekitar $ 100 juta, dan kos pelancaran yang lebih kecil, tetapi kompetitif dengan "Delta IV" Ukraine "Zenith-3SL" lebih rendah - hanya 60 juta dolar.
Kos peluncuran Delta IV yang begitu tinggi memaksa Boeing meminta perintah pemerintah secara eksklusif untuknya, dan sebagai hasilnya, semua pelancaran Delta, kecuali satu, dibayar oleh anggaran Jabatan Negara AS.
Pelancaran kenderaan pelancaran Delta IV dalam varian Heavy. Berat pelancaran adalah sekitar 733 tan.
Pada akhirnya, pada pertengahan tahun 2000an, Delta IV akhirnya keluar dari segmen pelancaran ruang angkasa - dan ia tidak pernah dapat kembali ke sana sehingga sekarang, ketika lelaki dari kedai peribadi SpaceX, yang roket Falconnya, bermula untuk menginjak tumitnya. 9 juga mendekati ceruk pasar "Delta IV", dan pengubahsuaian roket yang sama, yang disebut Falcon 9 Heavy, yang dirancang untuk dilancarkan pada tahun 2015, bahkan melampaui itu.
Pada permulaan Falcon 9 Heavy, 27 mesin Merlin dengan daya tuju masing-masing 66 tan, didorong oleh minyak tanah dan oksigen, akan dihidupkan sekaligus.
Keperibadian Elon Musk ini harus membawa program ruang angkasa "peribadi" SpaceX ke ketinggian yang sebelumnya tidak dapat dicapai: untuk versi satu kali kenderaan pelancaran, jisim kargo yang dibawa ke LEO akan mencapai 53 tan, pada GPO - 21, 2 tan dan lintasan ke Marikh - 13, 2 tan. Dengan kembalinya penggalak samping dan unit pusat, daya dukung tidak akan melebihi 32 tan per LEO - untuk penggunaan semula kenderaan pelancaran yang harus Anda bayar dengan penggunaan bahan bakar tambahan dan, sebagai hasilnya, penurunan muatan.
Di antara inovasi teknikal semasa pengembangan Falcon 9 Heavy, pemaju menyatakan kemungkinan unik melimpah bahan bakar dan pengoksidaan semasa penerbangan dari penggalak sisi ke tahap pertama kenderaan pelancaran, yang akan membolehkan tangki bahan bakar penuh di pusat bahagian pada masa pemisahan penguat sisi dan meningkatkan prestasi muatan yang diletakkan ke orbit …
Pemasangan lambung roket Falcon 9. tahap pertama. Kini 8 enjin sudah dipasang dalam bulatan, dengan satu pusat. Dalam keadaan ramai tetapi tidak marah.
"Lintasan ke Mars" yang disebutkan dalam perenggan terakhir bukanlah abstraksi. Dengan jisim pelancaran 1,462 tan, dua kali jisim Delta IV yang memecahkan rekod, Falcon berat sudah menjadi langkah yang perlu yang membolehkan anda memikirkan secara serius mengenai penerbangan ke Bulan dan Marikh. Walaupun dalam konfigurasi lebih mirip dengan eksperimen Soviet dengan alat siri Probe daripada program Amerika Saturn-Apollo yang kolosal.
Namun, di masa depan, konsep "Delta IV" dan Falcon 9 dengan penggalak samping, yang merupakan "klon" pada tahap pertama mereka, mulai tergelincir seperti yang diharapkan.
Masalahnya adalah mustahil untuk melipatgandakan "dinding sisi" permulaan yang membolehkan anda meningkatkan jisim output beban ke LEO hingga tak terhingga - dua atau empat blok sisi masih boleh dilekatkan pada yang tengah, tetapi kemudian kerumitannya pemasangan dan kawalan struktur multikomponen sedemikian berkembang dengan pesat.
Secara amnya, roket lunar Korolev N-1 "tertidur", yang mempunyai 30 enjin roket NK-33 pada tahap pertama, yang, bersamaan dengan skema lima peringkat roket itu sendiri, tidak membenarkan untuk menyelesaikan semua soalan pelancarannya yang bebas masalah.
Konfigurasi Falcon 9 semasa, bermula dengan 27 enjin, sudah hampir dengan tahap kerumitan dan kemungkinan besar, syarikat Elon Musk sudah tentu perlu menambah jisim dan ukuran satu unit roket, yang segera meningkatkan keperluan sepanjang rangkaian pengeluaran, pengangkutan dan pelancaran roket.
Keluarga peluru berpandu Rusia "Angara" kemungkinan akan menghadapi masalah serupa. Ukuran relatif kecil blok unit sudah mengarah pada fakta bahawa roket Angara-A5 dengan jisim permulaan 733 tan harus segera meletakkan empat "sisi" penggalak (dengan daya dukung 24.5 tan per LEO).
Angara-A5 sebelum dilancarkan pada 23 Disember 2014. Pada mulanya, lima enjin RD-191 beroperasi, masing-masing dengan daya tuju 196 tan.
Peningkatan lebih lanjut dalam daya dukung Angara bergantung pada fakta bahawa bukan empat, tetapi enam penguat roket perlu dipasang pada bahagian dasar tahap kedua, yang, mungkin, sudah menjadi semacam had struktur dan kejuruteraan untuk skala sistem paket, kerana had untuk konsep Falcon 9 adalah 27 mesin Merlin-1D pada tiga blok permulaan.
Projek Angara-A7 yang dihasilkan akan dapat, menurut perhitungan, dengan berat pelancaran sendiri 1370 tan, untuk membawa muatan 50 tan ke LEO (dalam hal menggunakan bahan bakar hidrogen untuk tahap kedua), yang kemungkinan besar menjadi skala maksimum konsep roket dari keluarga Angara.
Perbandingan "Angara A5" dan konsep "Angara A7" - dengan minyak tanah dan bahan bakar hidrogen. Pada masa yang sama, ada jawapan - mengapa "Delta IV" besar, dan Falcon 9 - kecil.
Secara umum, apa sahaja yang boleh dikatakan, konsep berdasarkan blok roket kelas 200 atau bahkan 400 tan - masih ternyata had karachun struktur dan kejuruteraan untuk peluru berpandu "paket" seperti itu mempunyai berat pelancaran di wilayah 1300- 1500 tan, yang sepadan dengan jisim yang ditarik 45-55 tan per LEO.
Tetapi sudah tentu perlu meningkatkan daya tuju satu mesin dan ukuran tahap roket atau pemecut.
Dan inilah jalan yang diambil oleh projek SLS hari ini.
Pertama, dengan mengambil kira pengalaman negatif "Delta IV", pemaju SLS berusaha memanfaatkan masa lalu. Semuanya dan semua orang digunakan: penggalak roket Space Shuttle, yang diperkuat dengan tujuan membuat roket berat, dan mesin hidrogen-oksigen RS-25 lama dari pesawat ulang-alik itu sendiri, yang dipasang pada tahap kedua, dan…. (penyokong teori "konspirasi lunar" - bersiap sedia!) enjin hidrogen-oksigen J-2X yang telah lama dilupakan, yang berasal dari enjin tahap kedua dan ketiga roket lunar "Saturn V" dan yang dicadangkan untuk digunakan di SLS tahap atas yang diunjurkan!
Lebih-lebih lagi, rancangan jangka panjang untuk meningkatkan pemecut SLS menyiratkan dua projek yang bersaing menggunakan enjin roket pendorong cecair dan bukan pendorong padat: projek syarikat Aerojet, yang menyajikan mesin minyak tanah-oksigen yang dikembangkan dari kitaran tertutup AJ1E6 untuk masa depan pengangkut "berat", yang berasal dari peluru berpandu N-33 Royal H-1 - dan projek oleh Pratt & Whitney Rocketdine, yang mencadangkan … (dan sekali lagi, kejutan, lunosceptics!) Untuk memulihkan pengeluaran F -1 enjin, yang pada satu masa mengangkat roket Saturn V yang terkenal dari Bumi.
Mungkin hidup akan kembali ke bangku ujian ini. Pengujian tahap pertama LV "Saturn V" - "Saturnus 1C" pada bulan Ogos 1968 di bangku ujian Cyclopean V-2. Perhatikan bahawa langkah itu diangkut di tongkang.
Berpartisipasi dalam pengembangan akselerator peluncuran yang menjanjikan di masa depan dan pengeluar penggalak pemacu padat semasa yang berada pada pemasangan awal kenderaan peluncuran SLS, Blok I - ATK (Alliant Techsystems), yang mencadangkan untuk memperbesar lebih lanjut penggalak Space Shuttle yang ada dengan meningkatkan panjang dan diameternya … Projek pemecut yang menjanjikan dari ATK disebut "Dark Knight".
Nah, sebagai ceri pada kek - salah satu konfigurasi masa depan sistem SLS, Block Ib, melibatkan penggunaan unit hidrogen-oksigen sebagai tahap ketiga, yang dipinjam dari … roket Delta IV!
Ini, anda tahu, "LEGO neraka", di mana NASA cuba menilai, menggabungkan dan menggunakan semua perkembangan yang ada di bidang roket berat.
Apakah keluarga media SLS? Lagipun, seperti yang telah kita ingat dari contoh "Delta IV", "Hangar" dan Falcon 9 - dimensi keseluruhan dapat menipu.
Jadi, berikut adalah gambarajah ringkas untuk memahami apa yang dimaksudkan:
Di sebelah kiri rajah terdapat kenderaan pelancaran berat yang masih dimiliki Amerika Syarikat. Saturn V bulan, yang dapat membawa muatan 118 ton ke LEO, dan Space Shuttle, yang sepertinya telah menempatkan pesawat ulang-alik yang dapat digunakan kembali ke orbit seberat 120 hingga 130 tan, tetapi pada masa yang sama hanya dapat mengirimkannya muatan yang sangat sederhana - hanya 24 tan muatan.
Konsep SLS akan dilaksanakan dalam dua versi utama: berawak (kru) dan tanpa pemandu (kargo).
Di samping itu, ketiadaan tiga projek penggalak roket yang menjanjikan dari Aerojet, Rocketdine dan ATK memaksa NASA untuk menggunakan "bahagian roket LEGO" yang ada - iaitu, penggalak Space Shuttle yang diperbaiki lima bahagian itu.
Sebuah "ersatz-carrier" peralihan yang dibina dengan cara ini (secara rasmi disebut SLS Blok I), namun, menurut semua perhitungan, akan memiliki daya dukung yang jauh lebih serius daripada operasi "Delta IV" atau Falcon 9 Heavy, yang bersedia untuk dilancarkan. Kenderaan pelancaran SLS Block I akan dapat mengangkat muatan 70 tan ke LEO.
Sebagai perbandingan dengan konsep SLS, perkembangan terhenti NASA di bawah program Constellation ditunjukkan - kenderaan pelancaran Ares (Mars), yang belum dibuat sehingga akhir, yang hanya membuat satu penerbangan uji coba pada tahun 2009, dalam reka bentuk Ares 1X, yang terdiri dari akselerator Space Shuttle empat bahagian yang dimodifikasi yang sama, dengan mana ujian memuat segmen kelima dan muatan prototaip tahap kedua dihubungkan. Tujuan penerbangan ujian itu adalah untuk memeriksa pengoperasian tahap pertama bahan pelarut pepejal dalam susunan "tongkat tunggal" ("log"), namun, sesuatu mesti berlaku semasa ujian, ketika peringkat 1 dan 2 dipisahkan, berlaku lompatan ke hadapan tahap ke-1 yang tidak dibenarkan, yang disebabkan oleh, kemungkinan besar, akibat pecahan bahan api yang terkoyak oleh kegoncangan di dalamnya. Penguat pejal pepejal akhirnya mengikuti susun atur tahap ke-2 dan memukulnya.
Selepas itu, percubaan yang agak tidak berjaya untuk mengumpulkan "LEGO baru" dari bahagian lama dikurangkan di NASA, projek Ares dan Konstelasi itu sendiri disingkirkan di rak konsep yang tidak berjaya, dan dari landasan yang dikembangkan dalam kerangka Konstelasi, hanya kapal angkasa berawak orbital yang cukup berjaya yang tersisa. "Orion", yang dibina mengikut skema kapsul pengembalian yang biasa digunakan untuk kapal sekali pakai, yang akhirnya mengakhiri kapal terbang Space Shuttle yang dapat digunakan kembali.
Kapal angkasa Orion sebelum pelancaran pertama di roket Delta IV. Disember 2014.
Diameter kapal angkasa Orion adalah 5.3 meter, berat kapal angkasa sekitar 25 tan. Isipadu dalaman Orion akan 2.5 kali lebih besar daripada isipadu dalaman kapal angkasa Apollo. Isi padu kabin kapal adalah sekitar 9 m³. Oleh kerana jisim yang sangat mengagumkan untuk kapal angkasa orbit dan kelantangan dalaman yang bebas, Orion semasa misi dekat bumi di orbit rendah (misalnya, dalam ekspedisi ke ISS) dapat menyokong 6 angkasawan.
Namun, seperti yang telah disebutkan di awal, tugas utama untuk Orion dan harus memasukkannya ke orbit di luar sistem pelancaran rujukan rendah SLS adalah kembalinya Amerika Syarikat ke tugas-tugas menguasai ruang dekat Bumi yang jauh dan, pertama sekali, Bulan dan Marikh.
Untuk penerbangan ke Bulan dan, mungkin, ke Mars, usaha utama Amerika Syarikat dan Rusia dihitung dalam memperbaiki kapal angkasa mereka dan melancarkan kenderaan.
Di sini, secara prinsip, dalam bentuk jadual yang mudah, perbezaan antara sistem "Orion" Amerika dan sistem PPTS Rusia dianalisis.
Untuk nama PPKS PPTS, tentu saja, anda perlu mengalahkan seseorang dengan segera, tapi oh ya. Dan secara amnya, sayangnya, semuanya sangat sukar dengan projek PPTS setakat ini.
Oleh itu, mengenai PPTS, kami hanya mempunyai gambar lucu dari pameran setakat ini. Tetapi pada hakikatnya, sejauh ini telah dilakukan untuk menghina sedikit …
Hanya ada model - antara masa lalu dan masa depan. Hanya ada model - dan berpegang pada …
Selain masalah pembiayaan, salah faham konsep dan banyak isu reka bentuk dan kejuruteraan, masa depan PTS tidak menentu dan kerana kekurangan kenderaan pelancaran yang mencukupi untuk beberapa tugas yang dirancang. Seperti yang saya katakan, sejauh ini Rusia hanya memiliki "Angara-A5" dalam logam, yang dapat membawa tidak lebih dari 24,5 ton ke LEO, yang cukup untuk misi dekat bumi, tetapi sama sekali tidak cukup untuk serangan selanjutnya di Bulan atau Marikh.
Di samping itu, konsep PPTS didasarkan pada penciptaan alternatif untuk peluru berpandu "Angara" keluarga "Rus-M", pekerjaan yang juga telah dihentikan setakat ini.
Projek peluru berpandu keluarga "Rus" dibandingkan dengan keluarga "Soyuz" dan "Angara" sahaja.
Tujuan utama keluarga peluru berpandu Rus adalah untuk menyediakan penerbangan berawak, kerana roket itu, yang sama lain, mempunyai muatan yang lebih rendah pada LEO daripada peluru berpandu Angara. Ini disebabkan oleh fakta bahawa semasa penerbangan berawak, salah satu syaratnya adalah kemampuan kenderaan pelancaran untuk meninggalkan pelancaran walaupun salah satu mesin gagal dan syarat untuk memastikan penerusan penerbangan sekiranya berlaku kegagalan berikutnya salah satu enjin - dengan berlanjutan pelancaran kapal angkasa ke orbit yang diturunkan atau memberikan penyelamatan dan pendaratan yang selamat.
Keperluan ini, termasuk lintasan pelancaran khas, yang harus memberikan beban yang berlebihan pada kru tidak lebih dari 12 g untuk keadaan darurat dan adanya sistem penyelamatan kecemasan (SAS), menyebabkan penurunan yang signifikan dalam daya dukung " Rus "dalam versi berawak.
Di samping itu, diameter reka bentuk blok dasar "Rus" sepanjang 3, 8 meter dipilih berdasarkan tradisional untuk pengangkutan bahagian pelancaran oleh USSR dan Rusia dengan kereta api.
Di Amerika Syarikat, dengan sengaja, dimulai dengan program Saturn-Apollo, tahap pertama kendaraan peluncuran dibuat berdasarkan ukuran yang sesuai, dengan mempertimbangkan kemungkinan pengangkutan mereka dengan pengangkutan air (laut-laut dan sungai), yang sangat mempermudah keperluan untuk dimensi unit roket yang berasingan …
Pengangkutan tahap pertama Saturn V LV di tongkang sungai Pearl.
Hari ini, kerja di SLS dan Orion, walaupun selepas kejatuhan Constellation, sedang berlangsung.
Dengan selesainya SLS Block I, yang akan didasarkan hampir sepenuhnya pada backlog Space Shuttle yang ada, NASA merancang untuk beralih ke fasa seterusnya yang jauh lebih bercita-cita tinggi - SLS Block II, dengan perhentian antara dalam bentuk SLS Block Ia dan SLS Blok Ib.
Pilihan membina LEGO jika penggalak roket siap lebih awal. Blok I, Blok Ia, dan kemudian Blok II.
Pilihan membina LEGO jika tahap ketiga yang diubah siap lebih awal. Blok I, Blok Ib, dan kemudian Blok II.
Kenderaan pelancaran SLS Block Ia seharusnya sudah mendapat salah satu penggalak pelancaran roket yang menjanjikan: sama ada dari Aerojet pada kitaran tertutup minyak tanah-oksigen AJ1E6, atau dari Rocketdyne pada kitaran terbuka F-1 yang diubah suai dari Saturn V, atau yang sama pada yang baru bahan api pepejal "Black Knight" dari ATK.
Mana-mana pilihan ini akan dapat memberikan struktur Block Ia dengan daya dukung di wilayah LEO 105 ton, yang sudah sebanding dengan daya dukung Saturn V dan Space Shuttle (jika kita menghitungnya bersama dengan pesawat ulang-alik).
Tugas yang sama akan diselesaikan dengan penciptaan skala besar dan disesuaikan dengan ukuran keseluruhan sistem pelancaran tahap kriogenik ketiga, yang akan dapat melengkapi sistem Blok I dua tahap (peluncur peluncur dan tahap tengah pada mesin Space Shuttle) dengan tahap ketiga, yang untuk varian Block Ia akan seperti yang saya sebutkan, dipinjam dari roket Delta IV dan juga akan memberikan SLS dengan output muatan hingga 105 tan kepada LEO.
Akhirnya, sistem Blok II terakhir semestinya sudah memiliki tahap ketiga SLS berskala besar yang akan menggunakan, seperti tahap kedua Saturn V, 5 enjin J-2X canggih dan memberikan 130 ton muatan kepada LEO.
Tetapi walaupun terlepas dari semua muslihat ini, "LEGO ruang" seperti itu akan menelan belanja kira-kira $ 500 juta setiap pelancaran, yang tentunya lebih rendah daripada kos melancarkan Space Shuttle ($ 1.3 bilion), tetapi masih - cukup sensitif untuk anggaran NASA.
Tugas apa yang harus diselesaikan SLS, dan mengapa NASA tidak memperhitungkan pilihan Falcon 9 Heavy, yang seharusnya memberikan biaya $ 135 juta untuk sistem pemindahan bahan bakar sekali pakai dan untuk 53 ton muatan untuk LEO?
Masalahnya ialah NASA menyasarkan Bulan, Marikh dan juga asteroid dan satelit Musytari! Dan Falcon 9 Heavy ternyata roket terlalu kecil untuk tugas-tugas seperti itu …
Roket nuklear ke Marikh!
Tetapi ini, tentu saja, adalah topik untuk artikel terpisah yang baik….
PS. Setelah membaca semula artikel saya lagi, saya melaporkan.
Sekiranya saya mengkritik pendekatan Rusia moden untuk penerokaan angkasa lepas dan memuji orang Amerika, maka ada alasan yang baik untuk itu.
Kembali pada tahun 2010, keadaan program penerokaan ruang angkasa Amerika sangat menyedihkan: program Space Shuttle sudah dijadualkan ditutup, pelancaran Ares menunjukkan ketidakkonsistenan sepenuhnya idea-idea Buruj, semua akhbar dan majalah Amerika menulis mengenai "perbudakan angkasa Rusia" untuk Amerika Syarikat.
Tetapi, selama 5 tahun terakhir, industri angkasa AS telah berkumpul kembali, menerima dana yang diperlukan - dan belajar hidup dalam keadaan baru yang lebih keras.
Adakah kosmonautik Rusia dapat membanggakannya dalam 5 tahun - terutamanya dengan latar belakang fakta bahawa tahun ini membawa kita berita yang tidak senang mengenai penutupan program Rus-M dan PPTS LV, penangguhan pelancaran kosmodrom Vostochny dan jumlah pengurangan dana Roscosmos?
Tunggu dan lihat. Saya memegang jari kita dengan salib.
