Хроніка космічних сверхтяжеловесов. Частина 3. «Марстодонти» нової ери

    
У 1984 році, НАСА стало очевидно, що система Спейс Шаттл не здатна здійснювати заплановані 20 щорічних запусків заявлених у початковому проекті. Пошук альтернативних рішень призвів до перших робіт по створенню більш бюджетних варіантів космічної системи.
 
Катастрофа шаттла Челленджер в 1986 році стала каталізатором початку перетворення цієї універсальної системи, нехай поки лише на кресленнях, в надважку місячну ракету.
 
Як ми знаємо по попередній частині огляду, космічний човник Орбитер за допомогою своїх маршових двигунів RS 25 використовував зовнішній паливний бак на основній ділянці розгону космічної системи. Завдяки цьому Орбитер вагою близько 100т виходив на земну орбіту. Так само ми знаємо з досвіду радянських інженерів, перероблений багаторазову систему ОС 120 (технічна копія Шаттла) в «Енер-Буран», що така схема в принципі дозволяє конвертувати багаторазову систему в надважку ракету-носій при відносно невисоких витратах.
 
Початок проектування надважкої ракети-носія «Shuttle C» у жовтні 1987р, було першим кроком у цьому напрямку.
По суті це була практично та ж сама система, однак від Орбитера залишалися лише 3 маршових (RS 25) і 2 маневрових (OMS) двигуна, що звільнився вага дозволяв РН «Shuttle C» виводити на навколоземну орбіту до 77 тонн корисного навантаження. Таким чином, в НАСА сподівалися покривати річний план по запуску космічних човників (виводили за раз не більше 25т), а так само використовувати новий носій для запуску великогабаритних орбітальних станцій і великих оптичних телескопів.
 
 Схема РН «Shuttle C», праворуч великогабаритний макет розгінного блоку C
 
 
Вартість всього обсягу робіт була оцінена в 2 млрд $, що приблизно дорівнювало вартості нового Орбитера. До початку дев'яностих, незважаючи на цю відносно невисоку суму в НАСА так і не змогли визначитися з цілями для нової перспективної РН. 2 млрд були витрачені на новий орбитер Endeavour, а в будівництві орбітальних станцій вирішено було покластися на допомогу і досвід Росії («Світ — Atlantis», «МКС»). Проект «Shuttle C» в 1995р був відкладений у довгу шухляду. Як виявилося не на довго.
 
У 2003 році, світ потрясла чергова космічна катастрофа. При поверненні на Землю разом з кораблем Колумбія загинув весь його екіпаж з 7 астронавтів. За іронією долі саме цей човник наприкінці восьмидесятих пропонували переробити в другу ступінь РН «Shuttle C». Керівництву США і НАСА стало очевидно, що епоха Шаттлов підійде до кінця раніше, ніж вони припускали. Вирішено було переосмислити не тільки технічну, але й ідеологічну стратегію американської космонавтики.
 
Це вилилося в амбітну програму «Сузір'я», озвучену в 2004р. В рамках даної програми передбачалося знову використовувати напрацювання за програмою «Space Shuttle», проте на відміну від «Shuttle C», значно збільшувалася потужність твердопаливних ракетних прискорювачів (тяга обох прискорювачів доведена до 1700т! Кожний). Блоки ТРП відділялися через 116 с після старту. Зовнішній паливний бак збільшили в діаметрі з 8 до 10м, а 3 маршових двигуна RS 25 замінені на 5 простіших RS 68 від РН Дельта 4 (тягою в 350т кожен), які були перенесені вже під сам паливний бак (за аналогією з блоком Ц РН «Енергія» ). Через 303 секунди роботи, вище описана перша ступінь РН відокремлювалася, після чого друга ступінь озброєна двигуном J 2X (модифікація двигуна другого і третього ступеня РН «Saturn 5») виводілa на навколоземну орбіту разом з місячним модулем «Альтаїр».
 
 РН «Ares 5» разом з місячним модулем Альтаїр
 
 
Надважка РН була названа Ares 5, ім'я «Арес» означало головну мету цієї РН — пілотовану експедицію на Марс (римляни називали Марсом грецького бога війни Ареса). А цифра 5 відсилала до знаменитої місячної ракеті Saturn 5. Арес 5 здатний був виводити на низьку навколоземну орбіту 188т корисного навантаження (або більше 70т на орбіту Місяця).
 
Паралельно з цим використовувалася важка РН Ares 1, перший ступінь якої становив один блок ТРП (SRB) РН Ares 5, а друга ступінь так само озброєна двигуном J 2X. Ares 1 виводив на орбіту пілотований корабель «Оріон», який після стикування з місячним модулем «Альтаїр» розганявся на траєкторію польоту до Місяця другим ступенем РН Арес 5. Назва ракети так само відсилає індексом до РН «Saturn 1 / B», що використовувалася для запуску пілотованих кораблів «Аполлон» в 60-семидесятих рр…
 
 Пристрій РН «Ares 1»
 
 
 Тестовий пуск РН «Ares 1», 2009р. Закриття цього проекту змусило НАСА використовувати російські кораблі «Союз» для доставки астронавтів на МКС
  
У 2009р знову була запропонована концепція розвитку проекту «Shuttle C» (перейменована в HLLV), деякі модифікації якого дозволяли запускати на навколоземну орбіту вже близько 100т)
 
 
Однак у НАСА відкинули цей проект, а через рік — у 2010 році, на піку світової фінансової кризи, скасована і програма «Созведіе».
 
У 2011 році, на базі проекту Сузір'я, було вирішено створити більш «урізану» версію як самої надважкої ракети Ares 5, так і пілотованого корабля Оріон.
 
Нова ракета SLS (Space Launch System — «Система космічних запусків») набагато менше відрізнялася від базової системи «Space Shuttle», ніж Ares 5. Так до 4 оригінальним секціях ТРП додали п'ятий сегмент,. Параметри зовнішнього паливного бака практично залишилися колишніми (діаметром в 8,4 м). За аналогією з центральним блоком «Енергії» замість трьох маршових двигунів, під оригінальний паливний бак шатлів встановили 4 двигуна RS 25D / E. Однак на відміну від «Енергії» і «Shuttle C», що виводиться навантаження розміщувалася зверху, а не збоку. Корисне навантаження склала ті ж 70т (Блок 1) що й у «Shuttle C». Вага РН зріс до 3000т, висота склала 121м, сумарна тяга при старті — 4000т (3200т тяги в сумі два блоки ТРП + 740т тяги 4х RS 25). Подібний надлишок тяги стосовно виведеної навантаженні (навіть при 130тонной версії Блок 2), пояснюється дуже низьким питомим імпульсом блоків ТРП (265с).
 
 Схема РН «SLS» block 1
 
 
Надалі планується посилити тяговооруженность «SLS» до 105 (Блок 1А) і 130 т (Блок 2) відповідно, для здійснення спочатку місячних, а потім і міжпланетних пілотованих експедицій. Вартість проекту до 2017 року приблизно складе 35 млрд $. Готовність РН «SLS» оцінюється в 70%, перший політ намічений на 2017р.
 
 Різні варіанти РН «SLS»
 
 
Ще один історичний курйоз. НАСА оголосило тендер на покупку перспективних ЖРД двигунів для майбутніх версій РН «SLS» (зокрема Блоку 2), з причини вищезгаданого низького у. імпульсу блоків ТРП. Поряд з пропозицією Rocketdyne модифікованої версії двигунів F 1 ракети «Saturn 5» (F 1B із збільшеною тягою з 690 до 800т), в боротьбу вступила приватна космічна компанія Аероджет з двигунами AJ 26. Курйоз полягає в тому, що AJ 26 це американська модифікація двигуна… НК 33, розробленого свого часу вже для радянської місячної ракети Н 1. Тендер закінчується наступного року, і нова дуель старих суперників за місце в нової місячної ракеті обіцяє бути спекотною. Втім, не виключено що НАСА візьмуть на озброєння обидва двигуни.
 
 Концепт F 1B (ліворуч) і НК 33/AJ 26 на випробувальному стенді фірми Аероджет (праворуч)
 
 
У рік закриття програми "Сузір'я", 4 червня 2010р приватна компанія Space X заснована Ілона Маском, здійснила запуск посиленою версією ракети серії Falcon — «Falcon 9». Незважаючи на те що навіть модифікована версія «Falcon 9 1.1» не дозволяла виводити корисне навантаження вагою більш 14т (трохи менше РН «Зеніт»), але вже в 2012р Space X оголосила про укладення контракту з міністерством оборони США на запуск надважкої версії «Falcon Heavy »у 2015р.
 
 Ілон Маск на тлі РН «Falcon 9 1.0». Добре видно 9 двигунів Merlin 1C розташовані «квадратом»
 
 
Для цього використовується пакетна схема конструкції ракети з трьома блоками «Falcon 9 1.1» для першого і другого ступеня, збройні 9 посиленими двигунами Merlin 1D кожен. Третій ступінь озброєна одним двигуном Merlin 1D використовується для розгону вантажу на земну орбіту (5 на схемі нижче). Всього 27 двигунів при старті розвивають тягу в 1800т при у. імпульсі в 282с. Діаметр кожного блоку — 3,6 м, висота ракети — 68 м, вага — 1460т, маса корисного навантаження на низьку навколоземну орбіту — 53т, при ціні запуску в 100 млн доларів. У майбутньому планується багаторазове використання блоків першого ступеня.
 
 Схема РН «Falcon Heavy», три модулі першого ступеня РН «Falcon 9 1.1» розташовують 9 двигунами Merlin 1D (справа внизу) кожен. Можна відзначити характерне «круговий» розташування маршових двигунів РН «Falcon 9 1.1»
 
 
За планами Space X, головна мета створення цього носія — демонстрація недорогих засобів здійснення пілотованої експедиції на Марс (програма «Червоний Дракон» і «Mars One» ).
 
Модульний «колега» РН сімейства «Falcon» — російська РН «Ангара» розробки РКК «Енергія» і НВО «Енергомаш», так само теоретично здатна виводити на орбіту вантаж масою до 50т. Версія ракети А7, 2В комплектується 6 базовими і одним посиленим блоками УРМ 1 збройні двигунами РД 191 кожен. 7 двигунів повинні розвивати сумарну тягу при старті в 1400т. Для розгону корисного навантаження до земної орбіти використовується блок третин щаблі КВТК2 з двигуном рд 0124. Маса проектної РН — 1200т, висота — 65м. Однак навіть для версії «Ангара А7» з вантажопідйомністю в 35т доведеться будувати окремий стартовий стіл і в найближчі 10 років будуть в основному використовуватися збірки А1 до А5 вантажопідйомністю від 1,5 до 25т.
 
 Різні композиції блоків УРМ 1 РН «Ангара»
 
 
 
Проекти ж окремої надважкої РН знаходяться в Росії в зародковому стані . Хоч наша країна і має усіма необхідними для цього засобами (сімейство легких (РД 191 / НК 33) і важких (РД 171 / М) високоефективних двигунів), конкретного завдання для такої РН поки немає. Однак все може швидко змінитися не тільки на тлі успіхів американських проектів SLS і «Falcon Heavy», а й робіт у цьому напрямку наших східних сусідів.
 
 Гіпотетичний варіант надважкої російської РН «Єнісей 5» багато в чому запозичує напрацювання по ракеті «Енергія», а саме 4 розгінних блоку першого ступеня з двигунами РД 170 і водневі двигуни другого ступеня РД 0120 (відновлення виробництва останніх залишається під великим питанням
 
 
У КНР з 2013р, на проектній стадії робіт знаходиться майбутній надважкий носій "Великий похід 9». Китайські інженери активно ведуть розробку кисень / гасових двигунів YF 660 стартовою тягою в 650т. Чотири таких планується використовувати на першого ступеня РН (або 4 блоки ТРП з тягою в 1000т кожен).
 
 Технологічний макет досвідченого двигуна YF 650 (ліворуч) і схема двигуна YF 220 (праворуч)
 
 
Другий ступінь так само буде озброєна х4 YF 660 (версія А) або х5 YF 220 (версія Б), а третє двома (версія А) або одним (версія Б) двигунами YF 220 тягою в 200т. Маса ракети оцінюється в 4000т, тяга при старті в 5000т, довжина 100м, а корисне навантаження в 130т. Головним завданням нової РН називають початок колонізації людиною нашого природного супутника — Місяця.
 
 РН «Великий похід 9», версія А (ліворуч) і Б (праворуч)
 
 
Залишається лише побажати удачі всім учасникам нової гонки надважких носіїв, і сподівається що цього разу великий похід людини в космос буде початком повномасштабного освоєння людиною сонячної системи.
 
 Частина 1. Місячні «динозаври».
 Частина 2. «Парк» багаторазового періоду.
    
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.