რუსული სივრცე

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

ითვლება, რომ ტექნოლოგიები ყოველთვის ვითარდება თანდათანობით, მარტივიდან რთულამდე, ქვის დანიდან ფოლადამდე - და მხოლოდ ამის შემდეგ დაპროგრამებული საღარავი მანქანამდე. თუმცა, კოსმოსური რაკეტების ბედი არც ისე პირდაპირი აღმოჩნდა. მარტივი, საიმედო ერთსაფეხურიანი რაკეტების შექმნა დიდი ხნის განმავლობაში დიზაინერებისთვის მიუწვდომელი რჩებოდა.

საჭირო იყო გადაწყვეტილებები, რომლებსაც არც მატერიალური მეცნიერები და არც ძრავის ინჟინრები არ შესთავაზებენ. ამ დრომდე, გამშვები მანქანები რჩება მრავალსაფეხურიანი და ერთჯერადი: წარმოუდგენლად რთული და ძვირადღირებული სისტემა გამოიყენება რამდენიმე წუთის განმავლობაში და შემდეგ გადაყრილი.

„წარმოიდგინეთ, რომ ყოველი ფრენის წინ ახალ თვითმფრინავს აწყობდით: ფიუზელაჟს დააკავშირებდით ფრთებთან, გადებდით ელექტრო კაბელებს, დაამონტაჟებდით ძრავებს და დაფრენის შემდეგ აგზავნიდით ნაგვის ქარხანაში… ასე შორს ვერ გაფრინდებით.”, - გვითხრეს სახელმწიფო სარაკეტო ცენტრის დეველოპერებმა. მაკეევა.”მაგრამ ეს არის ზუსტად ის, რასაც ვაკეთებთ ყოველ ჯერზე, როდესაც ტვირთს ორბიტაზე ვაგზავნით. რა თქმა უნდა, იდეალურად ყველას სურს ჰქონდეს საიმედო ერთსაფეხურიანი "მანქანა", რომელიც არ საჭიროებს აწყობას, მაგრამ ჩადის კოსმოდრომზე, საწვავის შევსება და გაშვება. შემდეგ კი ის ბრუნდება და ისევ იწყება - და ისევ "…

შუა გზაზე

ზოგადად, რაკეტა ცდილობდა გასულიყო ადრეული პროექტებიდან ერთი ეტაპით. ციოლკოვსკის საწყის ჩანახატებში სწორედ ასეთი სტრუქტურები ჩნდება. მან მიატოვა ეს იდეა მხოლოდ მოგვიანებით, მიხვდა, რომ მეოცე საუკუნის დასაწყისის ტექნოლოგიები არ იძლეოდა ამ მარტივი და ელეგანტური გადაწყვეტის რეალიზაციის საშუალებას. ერთსაფეხურიანი გადამზიდავების მიმართ ინტერესი კვლავ გაჩნდა 1960-იან წლებში და ასეთი პროექტები ოკეანის ორივე მხარეს მუშავდებოდა. 1970-იანი წლებისთვის შეერთებული შტატები მუშაობდა ერთსაფეხურიან რაკეტებზე SASSTO, Phoenix და რამდენიმე გადაწყვეტაზე, რომელიც დაფუძნებულია S-IVB-ზე, Saturn V-ის გამშვები მანქანის მესამე საფეხურზე, რომელიც ასტრონავტებს მთვარეზე აწვდიდა.

CORONA უნდა გახდეს რობოტი და მიიღოს ინტელექტუალური პროგრამული უზრუნველყოფა კონტროლის სისტემისთვის. პროგრამას შეეძლება განახლდეს უშუალოდ ფრენისას, ხოლო საგანგებო სიტუაციებში ავტომატურად „უბრუნდება“სარეზერვო სტაბილურ ვერსიას.

”ასეთი ვარიანტი არ განსხვავდებოდა ტარების ტევადობით, ძრავები არ იყო საკმარისი ამისთვის, მაგრამ ეს მაინც იქნებოდა ერთი საფეხური, რომელსაც საკმაოდ შეეძლო ორბიტაზე ფრენა”, - განაგრძობენ ინჟინრები. „რა თქმა უნდა, ეკონომიკურად სრულიად გაუმართლებელი იქნებოდა. მათთან მუშაობის კომპოზიტები და ტექნოლოგიები მხოლოდ ბოლო ათწლეულების განმავლობაში გამოჩნდა, რაც შესაძლებელს ხდის გადამზიდის ერთსაფეხურიან და, უფრო მეტიც, მრავალჯერად გამოყენებას. ასეთი "მეცნიერების ინტენსიური" რაკეტის ღირებულება უფრო მაღალი იქნება, ვიდრე ტრადიციული დიზაინის, მაგრამ ის "გავრცელდება" ბევრ გაშვებაზე, ისე, რომ გაშვების ფასი მნიშვნელოვნად დაბალი იქნება, ვიდრე ჩვეულებრივი.

სწორედ მედიის ხელახალი გამოყენებაა დღეს დეველოპერების მთავარი მიზანი. Space Shuttle და Energia-Buran სისტემები ნაწილობრივ ხელახლა გამოყენებადი იყო. პირველი ეტაპის განმეორებითი გამოყენების ტესტირება მიმდინარეობს SpaceX-ის რაკეტებზე Falcon 9. SpaceX-მა უკვე რამდენიმე წარმატებული დაშვება მოახდინა და მარტის ბოლოს შეეცდება კოსმოსში გაფრენილი ერთ-ერთი ეტაპის გაშვებას.”ჩვენი აზრით, ამ მიდგომას შეუძლია მხოლოდ დისკრედიტაცია მოახდინოს რეალური მრავალჯერადი მედიის შექმნის იდეის შესახებ,” - აღნიშნავს Makeev Design Bureau. „თქვენ მაინც უნდა მოაგვაროთ ასეთი რაკეტა ყოველი ფრენის შემდეგ, დააინსტალიროთ კავშირები და ახალი ერთჯერადი კომპონენტები… და ჩვენ დავბრუნდით იქ, სადაც დავიწყეთ“.

სრულად მრავალჯერადი გამოყენებადი მედია ჯერ კიდევ მხოლოდ პროექტების სახითაა - ამერიკული კომპანიის Blue Origin-ის New Shepard-ის გარდა.ჯერჯერობით, პილოტირებული კაფსულის მქონე რაკეტა განკუთვნილია მხოლოდ კოსმოსური ტურისტების სუბორბიტალური ფრენებისთვის, მაგრამ ამ შემთხვევაში აღმოჩენილი გადაწყვეტილებების უმეტესობა ადვილად შეიძლება იყოს უფრო სერიოზული ორბიტალური გადამზიდავისთვის. კომპანიის წარმომადგენლები არ მალავენ გეგმებს შექმნან ასეთი ვარიანტი, რისთვისაც უკვე მუშავდება ძლიერი ძრავები BE-3 და BE-4. „ყოველი ქვეორბიტალური ფრენისას ჩვენ ვუახლოვდებით ორბიტას“, - დაარწმუნა Blue Origin-მა. მაგრამ მათი პერსპექტიული გადამზიდავი, New Glenn, ასევე არ იქნება სრულად ხელახალი გამოყენება: მხოლოდ პირველი ბლოკი, რომელიც შექმნილია უკვე გამოცდილი New Shepard დიზაინის საფუძველზე, ხელახლა უნდა იქნას გამოყენებული.

მასალის წინააღმდეგობა

სრულად მრავალჯერადი და ერთსაფეხურიანი რაკეტებისთვის საჭირო CFRP მასალები გამოიყენება კოსმოსურ ტექნოლოგიაში 1990-იანი წლებიდან. იმავე წლებში, მაკდონელ დუგლასის ინჟინერებმა სწრაფად დაიწყეს Delta Clipper (DC-X) პროექტის განხორციელება და დღეს შეიძლება დაიკვეხნოს მზა და მფრინავი ნახშირბადის ბოჭკოვანი მატარებლით. სამწუხაროდ, Lockheed Martin-ის ზეწოლის ქვეშ, DC-X-ზე მუშაობა შეწყდა, ტექნოლოგიები გადაეცა NASA-ს, სადაც ისინი ცდილობდნენ გამოეყენებინათ ისინი წარუმატებელი VentureStar პროექტისთვის, რის შემდეგაც ამ თემაზე ჩართული ბევრი ინჟინერი წავიდა სამუშაოდ Blue Origin-ში. ხოლო თავად კომპანია Boeing-მა ჩაიბარა.

იმავე 1990-იან წლებში ამ საქმით დაინტერესდა რუსეთის სრკ მაკეევი. მას შემდეგ წლების განმავლობაში KORONA-ს პროექტმა ("კოსმოსური რაკეტა, ერთსაფეხურიანი [კოსმოსური] მანქანების გადამზიდავი") შესამჩნევი ევოლუცია განიცადა და შუალედური ვერსიები აჩვენებს, თუ როგორ ხდებოდა დიზაინი და განლაგება უფრო და უფრო მარტივი და სრულყოფილი. თანდათანობით, დეველოპერებმა მიატოვეს რთული ელემენტები - როგორიცაა ფრთები ან გარე საწვავის ავზები - და მივიდნენ იმის გაგებაში, რომ სხეულის ძირითადი მასალა უნდა იყოს ნახშირბადის ბოჭკოვანი. გარეგნობასთან ერთად შეიცვალა წონაც და ტარების მოცულობაც. „საუკეთესო თანამედროვე მასალების გამოყენებითაც კი, შეუძლებელია 60-70 ტონაზე ნაკლები წონის ერთსაფეხურიანი რაკეტის აშენება, ხოლო მისი დატვირთვა ძალიან მცირე იქნება“, - ამბობს ერთ-ერთი დეველოპერი. - მაგრამ როგორც საწყისი მასა იზრდება, სტრუქტურა (გარკვეულ ზღვარამდე) სულ უფრო მცირე წილს იკავებს და მისი გამოყენება უფრო და უფრო მომგებიანი ხდება. ორბიტალური რაკეტისთვის ეს ოპტიმალური არის დაახლოებით 160-170 ტონა, ამ მასშტაბიდან დაწყებული მისი გამოყენება უკვე შეიძლება გამართლებული იყოს.

KORONA პროექტის უახლეს ვერსიაში გაშვების მასა კიდევ უფრო მაღალია და უახლოვდება 300 ტონას.ასეთი დიდი ერთსაფეხურიანი რაკეტა მოითხოვს წყალბადზე და ჟანგბადზე მომუშავე მაღალეფექტური თხევადი საწვავი ძრავის გამოყენებას. ცალკეულ საფეხურზე მყოფი ძრავებისგან განსხვავებით, ასეთმა თხევადი სარაკეტო ძრავამ უნდა „შეუძლოს“იმუშაოს ძალიან განსხვავებულ პირობებში და სხვადასხვა სიმაღლეზე, ატმოსფეროს გარეთ აფრენისა და ფრენის ჩათვლით.”ჩვეულებრივი თხევადი საწვავი ძრავა Laval საქშენებით ეფექტურია მხოლოდ გარკვეულ სიმაღლეებზე,” განმარტავენ მაკეევკას დიზაინერები,”ამიტომ მივედით სოლი-ჰაერის სარაკეტო ძრავის გამოყენების აუცილებლობამდე”. ასეთ ძრავებში გაზის ჭავლი ავტომატურად რეგულირდება წნევაზე „გადაღმა“და ისინი რჩება ეფექტური როგორც ზედაპირზე, ასევე სტრატოსფეროში მაღალ დონეზე.

ტვირთამწე კონტეინერი

ჯერჯერობით მსოფლიოში არ არსებობს ამ ტიპის მოქმედი ძრავა, თუმცა მათთან საქმე ჰქონდათ და მიმდინარეობს როგორც ჩვენს ქვეყანაში, ასევე აშშ-ში. 1960-იან წლებში Rocketdyne-ის ინჟინრებმა გამოსცადეს ასეთი ძრავები სადგამზე, მაგრამ ისინი არ მოდიოდნენ რაკეტებზე ინსტალაციისთვის. CROWN აღჭურვილი უნდა იყოს მოდულური ვერსიით, რომელშიც სოლი-ჰაერის საქშენი ერთადერთი ელემენტია, რომელსაც ჯერ არ გააჩნია პროტოტიპი და არ არის გამოცდილი. ასევე არსებობს რუსეთში კომპოზიტური ნაწილების წარმოების ყველა ტექნოლოგია - ისინი შემუშავებულია და წარმატებით გამოიყენება, მაგალითად, საავიაციო მასალების სრულიად რუსეთის ინსტიტუტში (VIAM) და სს კომპოზიტში.

ვერტიკალური მორგება

ატმოსფეროში ფრენისას KORONA ნახშირბადის ბოჭკოვანი მზიდი სტრუქტურა დაფარული იქნება თბოდამცავი ფილებით, რომელიც შექმნილია VIAM-ის მიერ Burans-ისთვის და მას შემდეგ შესამჩნევად გაუმჯობესდა.„ჩვენს რაკეტაზე ძირითადი თერმული დატვირთვა კონცენტრირებულია მის“ცხვირზე“, სადაც გამოიყენება მაღალი ტემპერატურის თერმული დამცავი ელემენტები, - განმარტავენ დიზაინერები. - ამ შემთხვევაში რაკეტის გაფართოებულ გვერდებს უფრო დიდი დიამეტრი აქვთ და ჰაერის ნაკადთან მწვავე კუთხით არიან. მათზე თერმული დატვირთვა ნაკლებია, რაც იძლევა მსუბუქი მასალების გამოყენების საშუალებას. შედეგად დავზოგეთ 1,5 ტონაზე მეტი, მაღალტემპერატურული ნაწილის მასა არ აღემატება თერმული დაცვის მთლიანი მასის 6%-ს. შედარებისთვის, Shuttles-ში ის 20%-ზე მეტს შეადგენს.

მედიის დახვეწილი დახვეწილი დიზაინი უთვალავი საცდელისა და შეცდომის შედეგია. დეველოპერების თქმით, თუ თქვენ აიღებთ მხოლოდ შესაძლო მრავალჯერადი გამოყენებადი ერთსაფეხურიანი ოპერატორის ძირითად მახასიათებლებს, მოგიწევთ განიხილოთ მათი დაახლოებით 16000 კომბინაცია. პროექტზე მუშაობისას დიზაინერებმა ასობით მათგანი დააფასეს. „ჩვენ გადავწყვიტეთ ფრთების მიტოვება, როგორც ბურანზე ან კოსმოსურ შატლზე“, - ამბობენ ისინი. - ზოგადად, ზედა ატმოსფეროში ისინი მხოლოდ კოსმოსურ ხომალდებს ერევიან. ასეთი ხომალდები ატმოსფეროში ჰიპერბგერითი სიჩქარით შედიან, ვიდრე "რკინა" და მხოლოდ ზებგერითი სიჩქარით გადადიან ჰორიზონტალურ ფრენაზე და შეუძლიათ სათანადოდ დაეყრდნონ ფრთების აეროდინამიკას.

ღერძული სიმეტრიული კონუსის ფორმა არა მხოლოდ საშუალებას იძლევა უფრო მარტივი თერმული დაცვა, არამედ აქვს კარგი აეროდინამიკა ძალიან მაღალი სიჩქარით მართვისას. უკვე ატმოსფეროს ზედა ფენებში რაკეტა იღებს აწევას, რაც საშუალებას აძლევს მას არა მხოლოდ აქ დამუხრუჭოს, არამედ მანევრირებაც. ეს, თავის მხრივ, შესაძლებელს ხდის საჭირო მანევრების გაკეთებას დიდ სიმაღლეზე, სადესანტო ადგილისკენ, ხოლო მომავალ ფრენაში მხოლოდ დამუხრუჭების დასრულება, კურსის გამოსწორება და უკნიდან გადახვევა იქნება საჭირო სუსტი შუნტირების გამოყენებით. ძრავები.

გავიხსენოთ Falcon 9 და New Shepard: დღეს არაფერია შეუძლებელი ან თუნდაც უჩვეულო ვერტიკალურ დაშვებაში. ამავდროულად, შესაძლებელს ხდის ასაფრენი ბილიკის მშენებლობისა და ექსპლუატაციის დროს მნიშვნელოვნად ნაკლები ძალებით გავლა - ასაფრენი ბილიკი, რომელზეც იგივე Shuttles და Buran დაეშვნენ, უნდა ჰქონოდა რამდენიმე კილომეტრის სიგრძე, რათა მანქანა დამუხრუჭდეს. სიჩქარე ასობით კილომეტრი საათში. „CROWN-ს, პრინციპში, შეუძლია ოფშორული პლატფორმიდან აფრენაც კი და მასზე დაშვება“, დასძენს პროექტის ერთ-ერთი ავტორი, „საბოლოო სადესანტო სიზუსტე იქნება დაახლოებით 10 მ, რაკეტა დაშვებულია ამოსაღებ პნევმატურ ამორტიზატორებზე. რჩება მხოლოდ დიაგნოსტიკის ჩატარება, საწვავის შევსება, ახალი ტვირთის განთავსება - და შეგიძლიათ კვლავ ფრენა.

KORONA კვლავ ხორციელდება დაფინანსების არარსებობის პირობებში, ამიტომ მაკეევის დიზაინის ბიუროს დეველოპერებმა შეძლეს პროექტის დიზაინის მხოლოდ ბოლო ეტაპებზე მოხვედრა. „ეს ეტაპი თითქმის მთლიანად და სრულიად დამოუკიდებლად, გარე მხარდაჭერის გარეშე გავიარეთ. ჩვენ უკვე გავაკეთეთ ყველაფერი, რისი გაკეთებაც შეიძლებოდა, - აცხადებენ დიზაინერები. - ჩვენ ვიცით, რა, სად და როდის უნდა აწარმოოს. ახლა ჩვენ უნდა გადავიდეთ საკვანძო ერთეულების პრაქტიკულ დიზაინზე, წარმოებასა და განვითარებაზე და ეს მოითხოვს ფულს, ამიტომ ახლა ყველაფერი მათზეა დამოკიდებული.”

დაგვიანებული დაწყება

CFRP რაკეტა ელის მხოლოდ ფართომასშტაბიან გაშვებას; საჭირო მხარდაჭერის მიღებისთანავე, დიზაინერები მზად არიან დაიწყონ ფრენის ტესტები ექვს წელიწადში, ხოლო შვიდიდან რვა წელიწადში - დაიწყონ პირველი რაკეტების ექსპერიმენტული ოპერაცია. მათი შეფასებით, ამას 2 მილიარდ დოლარზე ნაკლები სჭირდება - რაკეტის მეცნიერების სტანდარტებით არც ისე ბევრი. ამავდროულად, ინვესტიციის დაბრუნება შეიძლება მოსალოდნელია რაკეტის გამოყენების შვიდი წლის შემდეგ, თუ კომერციული გაშვებების რაოდენობა დარჩება არსებულ დონეზე, ან თუნდაც 1,5 წელიწადში - თუ ის გაიზრდება დაგეგმილი ტემპებით.

უფრო მეტიც, რაკეტაზე მანევრირების ძრავების, პაემანისა და დასამაგრებელი მოწყობილობების არსებობა შესაძლებელს ხდის მრავალგაშვების რთული სქემების დათვლას. საწვავის დახარჯვით არა დაშვებაზე, არამედ ტვირთამწეობის დამატებით, შეგიძლიათ მიიყვანოთ იგი 11 ტონაზე მეტ მასაზე.შემდეგ CROWN დაჯდება მეორე „ტანკერთან“, რომელიც შეავსებს მის ავზებს დაბრუნებისთვის საჭირო დამატებითი საწვავით. მაგრამ მაინც, ბევრად უფრო მნიშვნელოვანია ხელახლა გამოყენებადობა, რომელიც პირველად გაგვათავისუფლებს მედიის შეგროვების საჭიროებისგან ყოველი გაშვების წინ - და დავკარგავთ მას ყოველი გაშვების შემდეგ. მხოლოდ ასეთ მიდგომას შეუძლია უზრუნველყოს დედამიწასა და ორბიტას შორის სტაბილური ორმხრივი მოძრაობის ნაკადის შექმნა და ამავდროულად დედამიწის მახლობლად სივრცის რეალური, აქტიური, ფართომასშტაბიანი ექსპლუატაციის დაწყება.

იმავდროულად, CROWN გაურკვევლობაში რჩება, New Shepard-ზე მუშაობა გრძელდება. ანალოგიური იაპონური პროექტი RVT ასევე ვითარდება. რუს დეველოპერებს შესაძლოა უბრალოდ არ ჰქონდეთ საკმარისი მხარდაჭერა გარღვევისთვის. თუ თქვენ გაქვთ რამდენიმე მილიარდი დაზოგვა, ეს ბევრად უკეთესი ინვესტიციაა, ვიდრე თუნდაც ყველაზე დიდი და მდიდრული იახტა მსოფლიოში.