Rus kosmosu

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Hesab olunur ki, texnologiyalar həmişə sadədən mürəkkəbə, daş bıçaqdan polada qədər tədricən inkişaf edir - və yalnız bundan sonra proqramlaşdırılmış freze maşınına. Ancaq kosmik raketlərin taleyi o qədər də sadə olmadı. Sadə, etibarlı birpilləli raketlərin yaradılması uzun müddət dizaynerlər üçün əlçatmaz qaldı.

Nə material alimlərinin, nə də mühəndis mühəndislərinin təklif edə bilməyəcəyi həllər tələb olunurdu. İndiyədək reaktiv daşıyıcı maşınlar çoxpilləli və birdəfəlik olaraq qalır: inanılmaz dərəcədə mürəkkəb və bahalı sistem bir neçə dəqiqə ərzində istifadə olunur və sonra atılır.

“Təsəvvür edin ki, hər uçuşdan əvvəl yeni bir təyyarə yığardınız: gövdəni qanadlara qoşardınız, elektrik kabelləri çəkərdiniz, mühərrikləri quraşdırardınız və yerə endikdən sonra onu zibilxanaya göndərərdiniz… Bu qədər uzağa uça bilməzsiniz. "deyə Dövlət Raket Mərkəzinin tərtibatçıları bildiriblər. Makeeva. “Ancaq biz hər dəfə orbitə yük göndərəndə məhz bunu edirik. Əlbəttə ki, ideal olaraq hər kəs montaj tələb etməyən, lakin kosmodromda yanacaqla doldurulan və işə salınan etibarlı bir mərhələli "maşın" əldə etmək istərdi. Və sonra geri qayıdır və yenidən başlayır - və yenidən "…

Yolun yarısında

Ümumiyyətlə, raket texnikası ən erkən layihələrdən bir mərhələdən keçməyə çalışdı. Tsiolkovskinin ilkin eskizlərində məhz belə strukturlar görünür. O, XX əsrin əvvəllərindəki texnologiyaların bu sadə və zərif həlli həyata keçirməyə imkan vermədiyini başa düşərək, bu ideyadan yalnız sonralar imtina etdi. Təkpilləli daşıyıcılara maraq 1960-cı illərdə yenidən yarandı və okeanın hər iki tərəfində belə layihələr hazırlanırdı. 1970-ci illərdə ABŞ astronavtları Aya çatdıran Saturn V daşıyıcı aparatının üçüncü mərhələsi olan S-IVB əsasında birpilləli SASSTO, Phoenix raketləri və bir neçə həllər üzərində işləyirdi.

CORONA robotlaşmalı və idarəetmə sistemi üçün ağıllı proqram təminatı almalıdır. Proqram təminatı birbaşa uçuş zamanı yenilənə biləcək və fövqəladə vəziyyətdə avtomatik olaraq ehtiyat stabil versiyaya “geri dönəcək”.

"Belə bir seçim daşıma qabiliyyətinə görə fərqlənməzdi, mühərriklər bunun üçün kifayət qədər yaxşı deyildi, amma yenə də orbitə uçmaq üçün kifayət qədər qabiliyyətli bir mərhələ olardı" deyə mühəndislər davam edir. “Təbii ki, iqtisadi baxımdan bu, tamamilə əsassız olardı”. Kompozitlər və onlarla işləmək texnologiyaları yalnız son onilliklərdə ortaya çıxdı ki, bu da daşıyıcını bir mərhələli və üstəlik təkrar istifadə edilə bilən hala gətirməyə imkan verir. Belə “elm tutumlu” raketin qiyməti ənənəvi dizayndan daha yüksək olacaq, lakin o, bir çox buraxılışlara “yayılacaq” və beləliklə, buraxılış qiyməti adi səviyyədən xeyli aşağı olacaq.

Bu gün tərtibatçıların əsas məqsədi medianın təkrar istifadəsidir. Space Shuttle və Energia-Buran sistemləri qismən təkrar istifadə edilə bilərdi. Birinci mərhələnin təkrar istifadəsi SpaceX Falcon 9 raketləri üçün sınaqdan keçirilir. SpaceX artıq bir neçə uğurlu eniş edib və martın sonunda onlar kosmosa uçan mərhələlərdən birini yenidən işə salmağa çalışacaqlar. Makeev Dizayn Bürosu qeyd edir: "Bizim fikrimizcə, bu yanaşma yalnız real təkrar istifadə edilə bilən media yaratmaq ideyasını gözdən sala bilər". "Hər uçuşdan sonra hələ də belə bir raketi çeşidləməli, əlaqələri və yeni birdəfəlik komponentləri quraşdırmalısınız… və biz başladığımız yerə qayıdırıq."

Tamamilə təkrar istifadə edilə bilən media hələ də yalnız layihələr şəklindədir - Amerika şirkəti Blue Origin tərəfindən New Shepard istisna olmaqla. İndiyə qədər pilotlu kapsullu raket yalnız kosmik turistlərin suborbital uçuşları üçün nəzərdə tutulub, lakin bu halda tapılan həllərin əksəriyyətini daha ciddi orbital daşıyıcı üçün asanlıqla miqyaslaşdırmaq olar. Şirkət nümayəndələri belə bir variant yaratmaq planlarını gizlətmirlər, bunun üçün artıq güclü BE-3 və BE-4 mühərrikləri hazırlanır. "Hər suborbital uçuşla biz orbitə yaxınlaşırıq" deyə Blue Origin əmin etdi. Lakin onların perspektivli daşıyıcısı New Glenn də tam təkrar istifadə edilə bilməyəcək: yalnız artıq sınaqdan keçirilmiş New Shepard dizaynı əsasında yaradılmış birinci blok təkrar istifadə edilməlidir.

Material müqaviməti

Tamamilə təkrar istifadə edilə bilən və birpilləli raketlər üçün tələb olunan CFRP materialları 1990-cı illərdən bəri aerokosmik texnologiyada istifadə olunur. Həmin illərdə McDonnell Douglas mühəndisləri tez bir zamanda Delta Clipper (DC-X) layihəsini həyata keçirməyə başladılar və bu gün hazır və uçan karbon lifi daşıyıcısı ilə öyünə bilərdilər. Təəssüf ki, Lockheed Martin-in təzyiqi ilə DC-X üzərində iş dayandırıldı, texnologiyalar NASA-ya ötürüldü, burada onlardan uğursuz VentureStar layihəsi üçün istifadə etməyə çalışdılar, bundan sonra bu mövzu ilə məşğul olan bir çox mühəndis Blue Origin-də işə getdi. və şirkətin özü Boeing tərəfindən ələ keçirildi.

Eyni 1990-cı illərdə Rusiya SRC Makeev bu vəzifə ilə maraqlandı. O vaxtdan bəri keçən illər ərzində KORONA layihəsi (“Kosmik raket, təkpilləli daşıyıcı [kosmos] nəqliyyat vasitələri”) nəzərəçarpacaq təkamülə məruz qalmışdır və ara versiyalar dizayn və yerləşdirmənin getdikcə daha sadə və mükəmməl olduğunu göstərir. Tədricən, tərtibatçılar mürəkkəb elementlərdən - məsələn, qanadlardan və ya xarici yanacaq çənlərindən - imtina etdilər və əsas gövdə materialının karbon lifi olması lazım olduğunu başa düşdülər. Görünüşlə birlikdə həm çəki, həm də daşıma qabiliyyəti dəyişdi. "Ən yaxşı müasir materiallardan istifadə etməklə, çəkisi 60-70 tondan az olan birpilləli raket qurmaq mümkün deyil, onun faydalı yükü isə çox kiçik olacaq", - tərtibatçılardan biri deyir. - Amma başlanğıc kütləsi böyüdükcə struktur (müəyyən həddə qədər) getdikcə daha kiçik bir paya sahib olur və ondan istifadə etmək getdikcə daha sərfəli olur. Orbital raket üçün bu optimal həddi 160-170 ton təşkil edir, bu miqyasdan başlayaraq onun istifadəsini artıq əsaslandırmaq olar”.

KORONA layihəsinin son versiyasında buraxılış kütləsi daha da yüksəkdir və 300 tona yaxınlaşır. Belə böyük birpilləli raket hidrogen və oksigenlə işləyən yüksək səmərəli maye yanacaqlı reaktiv mühərrikdən istifadəni tələb edir. Ayrı-ayrı pillələrdə olan mühərriklərdən fərqli olaraq, belə maye yanacaqla işləyən raket mühərriki çox fərqli şəraitdə və müxtəlif hündürlüklərdə, o cümlədən havaya qalxma və atmosferdən kənarda uçuş zamanı işləyə bilməlidir. "Laval burunları olan adi maye yanacaq mühərriki yalnız müəyyən hündürlük diapazonlarında təsirli olur" dedi Makeyevka konstruktorları, "buna görə də biz pazlı hava raket mühərrikindən istifadə etmək zərurətinə gəldik." Bu cür mühərriklərdəki qaz reaktivi avtomatik olaraq "bortdan yuxarı" təzyiqə uyğunlaşır və onlar həm səthdə, həm də stratosferdə yüksək effektivliyini qoruyur.

Yük konteyneri

İndiyə qədər dünyada bu tip işləyən mühərrik yoxdur, baxmayaraq ki, həm ölkəmizdə, həm də ABŞ-da onlarla məşğul olub və aparılır. 1960-cı illərdə Rocketdyne mühəndisləri bu cür mühərrikləri stenddə sınaqdan keçirdilər, lakin onlar raketlərdə quraşdırmaya gəlmədilər. CROWN modul versiyası ilə təchiz edilməlidir, burada paz-hava başlığı hələ prototipi olmayan və sınaqdan keçirilməmiş yeganə elementdir. Rusiyada kompozit hissələrin istehsalı üçün bütün texnologiyalar var - onlar, məsələn, Ümumrusiya Aviasiya Materialları İnstitutunda (VIAM) və Kompozit ASC-də işlənib hazırlanmış və uğurla istifadə olunur.

Şaquli uyğunluq

Atmosferdə uçarkən, KORONA karbon lifli yükdaşıyıcı strukturu Burans üçün VIAM tərəfindən hazırlanmış istilik qoruyucu plitələrlə örtüləcək və o vaxtdan bəri nəzərəçarpacaq dərəcədə təkmilləşdirilmişdir.“Raketimizdəki əsas istilik yükü onun “burun”unda cəmləşib, burada yüksək temperaturlu termal qoruyucu elementlərdən istifadə olunur”, - deyə dizaynerlər izah edirlər. - Bu zaman raketin genişlənən tərəfləri daha böyük diametrə malikdir və hava axınına kəskin bucaq altındadır. Onların üzərindəki istilik yükü daha azdır, bu da daha yüngül materialların istifadəsinə imkan verir. Nəticədə 1,5 tondan çox qənaət etmişik. Yüksək temperaturlu hissənin kütləsi istilik mühafizəsinin ümumi kütləsinin 6%-dən çox deyil. Müqayisə üçün qeyd edək ki, bu, Shuttles-da 20%-dən çox təşkil edir”.

Medianın zərif konik dizaynı saysız-hesabsız sınaq və səhvlərin nəticəsidir. Tərtibatçıların fikrincə, mümkün təkrar istifadə edilə bilən bir mərhələli daşıyıcının yalnız əsas xüsusiyyətlərini götürsəniz, onların təxminən 16 000 kombinasiyasını nəzərdən keçirməli olacaqsınız. Onlardan yüzlərləsi layihə üzərində işləyərkən dizaynerlər tərəfindən yüksək qiymətləndirilib. "Buran və ya Kosmik Şotldakı kimi qanadları tərk etmək qərarına gəldik" deyirlər. - Ümumiyyətlə, yuxarı atmosferdə onlar yalnız kosmik gəmilərə müdaxilə edirlər. Bu cür gəmilər atmosferə "dəmir"dən daha yaxşı olmayan hipersəs sürətlə daxil olurlar və yalnız səsdən yüksək sürətlə üfüqi uçuşa keçirlər və qanadların aerodinamikasına düzgün etibar edə bilərlər.

Eksensimmetrik konus forması nəinki daha asan termal qorunmağa imkan verir, həm də çox yüksək sürətlə sürərkən yaxşı aerodinamikaya malikdir. Artıq atmosferin yuxarı qatlarında raket qaldırıcı qəbul edir ki, bu da ona təkcə burada əyləc etməyə deyil, həm də manevr etməyə imkan verir. Bu, öz növbəsində, yüksək hündürlükdə, eniş sahəsinə doğru irəliləyərkən lazımi manevrləri etməyə imkan verir və gələcək uçuşda zəif manevrdən istifadə edərək yalnız əyləci tamamlamaq, kursu düzəltmək və geriyə dönmək lazımdır. mühərriklər.

Həm Falcon 9, həm də New Shepard-ı xatırlayın: bu gün şaquli enişdə qeyri-mümkün və hətta qeyri-adi heç nə yoxdur. Eyni zamanda, uçuş-enmə zolağının tikintisi və istismarı zamanı əhəmiyyətli dərəcədə daha az qüvvə ilə getməyə imkan verir - eyni Shuttles və Buran-ın endiyi uçuş-enmə zolağı nəqliyyat vasitəsini əyləc etmək üçün bir neçə kilometr uzunluğunda olmalı idi. saatda yüzlərlə kilometr sürət. "CROWN, prinsipcə, hətta dəniz platformasından qalxıb onun üzərinə enə bilər" deyə layihənin müəlliflərindən biri əlavə edir, "son eniş dəqiqliyi təxminən 10 m olacaq, raket geri çəkilə bilən pnevmatik amortizatorlara endirilir. Yalnız diaqnostika aparmaq, yanacaq doldurmaq, yeni bir yük yerləşdirmək qalır - və yenidən uça bilərsiniz.

KORONA hələ də maliyyə olmadığı halda həyata keçirilir, buna görə Makeev Dizayn Bürosunun tərtibatçıları yalnız layihə dizaynının son mərhələlərinə keçə bildilər. “Biz bu mərhələni demək olar ki, tamamilə və tamamilə müstəqil şəkildə, kənar dəstək olmadan keçdik. Artıq etmək mümkün olan hər şeyi etdik, - dizaynerlər deyirlər. - Nəyi, harada və nə vaxt istehsal olunmalı olduğunu bilirik. İndi əsas bölmələrin praktik dizaynına, istehsalına və inkişafına keçməliyik və bunun üçün pul lazımdır, buna görə də indi hər şey onlardan asılıdır.

Gecikmiş başlanğıc

CFRP raketi yalnız genişmiqyaslı buraxılışı gözləyir; lazımi dəstəyi aldıqdan sonra dizaynerlər altı ildən sonra uçuş sınaqlarına, yeddi-səkkiz ildən sonra isə ilk raketlərin eksperimental istismarına başlamağa hazırdırlar. Onlar hesab edirlər ki, bu, 2 milyard dollardan az tələb edir - raket elmi standartlarına görə çox deyil. Eyni zamanda, kommersiya buraxılışlarının sayı hazırkı səviyyədə qalarsa və ya hətta 1,5 ildən sonra - proqnozlaşdırılan templərlə artarsa, raketdən yeddi il istifadə etdikdən sonra investisiyanın qaytarılmasını gözləmək olar.

Üstəlik, raketdə manevr mühərriklərinin, görüş və yerləşdirmə qurğularının olması mürəkkəb çoxşaxəli buraxılış sxemlərinə arxalanmağa imkan verir. Eniş üçün deyil, faydalı yükü əlavə etməklə yanacaq sərf edərək, onu 11 tondan çox kütləyə çatdıra bilərsiniz. Sonra CROWN ikinci "tanker"lə yanaşacaq, bu da öz çənlərini geri qayıtmaq üçün lazım olan əlavə yanacaqla dolduracaq. Ancaq yenə də daha vacib olan təkrar istifadə imkanlarıdır ki, bu da bizi ilk dəfə olaraq hər buraxılışdan əvvəl media toplamaq ehtiyacından azad edəcək və hər buraxılışdan sonra onu itirəcək. Yalnız belə yanaşma Yerlə orbit arasında sabit ikitərəfli nəqliyyat axınının yaradılmasını və eyni zamanda Yerə yaxın kosmosun real, aktiv, genişmiqyaslı istismarının başlanğıcını təmin edə bilər.

Bu vaxt CROWN qeyri-müəyyən vəziyyətdə qalır, New Shepard üzərində işlər davam edir. Oxşar Yapon layihəsi RVT də inkişaf edir. Rus tərtibatçılarının sıçrayış üçün kifayət qədər dəstəyi olmaya bilər. Ehtiyat etmək üçün bir neçə milyardınız varsa, bu, hətta dünyanın ən böyük və ən dəbdəbəli yaxtasından daha yaxşı investisiyadır.