Хроніка космічних сверхтяжеловесов. Частина 1. Місячні «динозаври»

    
Людина здавна прагнув перевершити себе. Використовуючи закладений природою потенціал, ми одночасно боялися і тяглися до всього грандіозного. Якщо наші давні предки прагнули уподібнитися богам, споруджуючи колосальні пам'ятники архітектури, то без сумніву «вавилонської вежею» нашого часу стала космічна ера. Найкраще воістину космічні амбіції людського генія виражають його масштабні технологічні проекти. Нижче мова піде про історію створення надважких космічних транспортних систем і про майбутні перспективи їх використання.
 
 
 
У березні 59 року, за два роки до першого пілотованого польоту в космос, НАСА проводило вогневі випробування найпотужнішого на той час (і до початку восьмидесятих рр.) ракетного двигуна Ф 1, дітища фірми Rocketdyne.
 
Цьому однокамерному ЖРД вагою в 9т, тягою в 700т і питомим імпульсом в 265с, відводилася важлива роль у майбутньої місячної ракеті програми Аполлон. З проектів місячної ракети Сатурн З 2, 3 і 4, в остаточній версії носія сконструйованого командою Вернера фон Брауна, до 62г була обрана конфігурація вже з 5 двигунами Ф 1 — Сатурн З 5, або пізніше Сатурн 5.
 
 Довідка: Питома імпульс ракетного двигуна висловлює його ефективність. Будучи співвідношенням створюваного кількості руху (імпульсу) до витрати палива, він переводиться на «людський» мову як час (у секундах), протягом якого двигун створює тягу в 1кг, витрачаючи паливо такої ж маси. Чим вище У.імпульс, тим ефективніше двигун і економічніше витрата палива. У пості ця величина, як і тяга, указанна для рівня моря при старті і зростає в середньому під час польоту на 10-15%.
 
 Одне з вогневих випробувань двигуна Ф 1 в 60г. Зверніть увагу на характерну темну ракетну струмінь. Особливості системи охолодження сопла двигуна, коли через трубки в його структурі частина палива прокачується в камеру згоряння.
 
 
 Установка двигунів Ф 1 на першу сходинку РН Сатурн 5. Нижня частина сопла встановлювалася вже після монтажу двигуна
 
 
Більш ніж через рік, наприкінці 63 року, на іншому боці земної кулі проводилися випробування радянського ЖРД НК 15, маршових двигунів першого ступеня конкурента американського носія — ракети Н 1, спільного дітища Мішина та Королева. Із за відносно невеликий тяги в 150т (при вазі в 1,2 т і імпульсі 297С), спочатку передбачалося розмістити 24 двигуна на першій ступені ракети. До закінчення випробувань двигуна в 67г, число їх довели до 30, із збільшенням корисного навантаження ракети від 70 до 90т.
 
 30 двигунів НК 15 на Блоці А РН Н 1.
 
 
У листопаді того ж року, перший Сатурн 5 вже стояв на стартовій позиції мису Канаверал, у Флориді. Безпілотна випробувальна місія Аполлона 4 стартувала точно за розкладом 9 листопада 1967р о 12 годині за світовим часом. Перший ступінь ракети S1C завдяки 5 двигунів Ф 1, дозволяла ракеті заввишки в 110м і вагою майже в 3000т, розвивати стартову тягу в 3500т!
 
 «Традиційна» для НАСА вертикальна доставка і установка РН Сатурн 5 до стартового столу. Мис Канаверал, Флорида. Масштаби вражають
 
 
Ступень S1C важила 2300т і споживала 770 000 літрів гасу Рп1 і 1 300 000 л кисню в перебігу 150 -160 секунд, розганяючи ракету до 2,3 км / с на висоті в 68 км.
 
Друга ступінь ракети — SII вагою в 460т, включала 5 двигунів J2, що забезпечували сумарну тягу в 500т у вакуумі (імпульс 420 с в порожнечі). У перебігу 6 хвилин всі 5 двигунів споживали 70 тонн водню і 360т кисню, поки ступінь не відокремлювалася на висоті в 186км, при швидкості в 7 км / с.
Третій ступінь SIVB (і за сумісництвом другий ступінь носія Сатурн 1Б), мала у своєму розпорядженні одним двигуном J2, для якого щабель заправлялася 73 тоннами кисню і 16т водню.
 
Двигун включався двічі, спочатку для довиведенія щаблі на низьку орбіту протягом 2,5 хвилин, а потім вже для розгону до Місяця. Втім, програма Аполлона 4 обмежилася лише тестуванням корабля Аполлон на земній орбіті. Вантажопідйомність ракети під час місії Аполлон 15 склала 140т на низькій земній орбіті (НГО).
 
 Схема ракети Сатурн 5
 
 
 Запуск РН Сатурн 5
  
До того часу радянські конструктори усвідомили що запізнюються, бо тестовий політ ракети Н 1 планувався лише до 69 року. Для забезпечення пріоритету СРСР у місячній гонці вирішено було сконцентруватися на пілотованому обльоті Місяця за програмою Зонд, за допомогою ще молодого тоді дітища Челомея — РН «Протон». До першого пілотованого обльоту Місяця в рамках американської місії Аполлон 8 в грудні 68 року, Місяць встигли облетіти лише дві радянські черепахи.
 
 Пілотована версія РН Протон К з місячним кораблем 7к Л1 (обліт Місяця ). Пілотовані варіанти РН легко відрізнити за розташованої на маківці Системі Аварійного Спасіння. Зверніть увагу на 4 гратчастих стабілізатора на головному обтічнику РН, за подобою РН «Союз»
 
 
Рівно через два місяці, в лютому 69 року, перша ракета Н 1 вже готувалася до першого польоту на Байконурі. За планами цей колос заввишки в 105м і вагою в 2800т, мав доставити корисний вантаж, що включав місячний експедиційний комплекс 7К-Л1А/Л1С вагою в 90т, на земну орбіту.
 
 «Традиційна» вже для радянської космонавтики горизонтальна доставка і установка РН Н 1 на стартовий стіл. Космодром Байконур
 
 
Перший ступінь «Блок А», вагою в 1880т і озброєна 30 кисень / гасовими двигунами НК 15, розвивала тягу при старті в 4600т, до повного відпрацювання палива на протязі 120 секунд.
 
 3D анімація РН Н 1. Можна помітити висунення в польоті гратчастих стабілізаторів на першій ступені
 
 
Другий ступінь «Блок Б» вагою в 560т, розганявся 8 двигунами НК 15В, развивавшими тягу в 1400т в перебігу 120 секунд. У виду універсальності ракети Н 1, «Блок Б» разом з третім ступенем «Блоком В» і четвертої «Блоком Г», міг бути використаний як самостійна РН Н 11, виводила на НГО 20т корисного навантаження.
 
«Блок В» вагою в 180т, і сумарною тягою х4 двигунів НК 31 в 170т, працював 6 хвилин.
Так само окремо в зв'язці з четвертим ступенем «Блок Г», міг бути використаний як РН Н 111, з корисним навантаженням в 5т.
Четвертий ступінь «Блок Г» і п'ятий ступінь «Блок Д» загальною вагою в 80т використовувалися для довиведенія експедиційного корабля на земну орбіту і далі на траєкторію польоту до Місяця.
 
 Імітація польоту місячного комплексу ракети Н 1 в орбитер
  
 Порівняння розмірів двох конкурентних РН і схема РН Н 1
 
 
На практиці, всі чотири старту ракети були аварійними. Другий запуск ракети Н 1, вироблений за кілька тижнів до історичний місії Аполлона 11 в липні 69года, закінчився знищенням як самої ракети, так і всього стартового столу.
 
  
Останній, четвертий політ ракети відбувся 25 листопада 72 року, за два тижні до останньої, дев'ятий пілотованої місячної експедиції — Аполлона 17. Вибух одного з двигунів першого ступеня за 7 секунд до її відділення від РН, привів до ліквідації всього носія.
 
Одним з основних проблем носія вважають те, що для такої складної системи з 30 двигунів вибрали занадто грубий варіант відпрацювання — замість стендових випробувань, ракету вирішено було доводити в польоті. Причин вибору такого методу кілька — це і пізніше вступ СРСР в місячну гонку, а так само вельми слабке фінансування проекту: 6 млрд рублів на всю місячну програму СРСР, проти 6,5 млрд $ лише на розробку РН Сатурн 5 (90коп / 1 $ по курсом шестидесятих).
 
П'ятий старт ракети був намічений на 74год. Нова версія ракети — Н1Ф, комплектувалася модифікованими двигунами першого ступеня НК 15-х30 НК 33. Сумарна тяга двигунів доведена до рекордних 5000 тонн, а корисне навантаження — до 100т! Однак ракеті не судилося злетіти. Замінив Мішина на посту головного конструктора ракетної техніки — В.П. Глушко , закрив всі роботи по носію в травні 74года. Два готових примірника були знищені, і лише стараннями Кузнєцова, який керував розробкою НК 15 і його модифікації в ОКБ 276, 150 двигунів НК 33 і 43 були збережені до наших днів. Його ОКБ свого часу доручили розробку двигунів для Н 1, із за відмови більш досвідченого ОКБ 456 очолюваного В. П. Глушко.
 
Сьогодні двигуни НК 33 використовуються на приватній американській РН «Антарес» та легкої версії РН «Союз» — 2-1б.
 
Це єдиний момент в історії радянської космонавтики, коли середня або важка ракета літала без двигунів першого ступеня від КБ 476 (нині НВО «Енергомаш») очолюваного Глушко (на рахунку ОКБ двигуни РД 107/108 для ракет сімейства Р-7, РД 253 для РН «Протон», РД 170/171 для РН «Зеніт» і «Енергія»).
 
Кар'єра більш удачливого опонента Н 1 — Сатурна 5 завершилася в 1973 році після запуску першої американської орбітальної станції Скайлеб (14 травня). Виробничі потужності були сконцентровані на вже затвердженою програмою «Space Shuttle». До речі двигуни Ф 1 ймовірно так само чекає друга життя в особі модифікації Ф 1Б для перспективної надважкої РН для НАСА.
 
Утім «вимирання» місячний гігантів було і початком нової віхи в історії світової космонавтики. Докладніше про це в наступній частині.
    
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.