Ruský prostor: projekt „Crown“a další vývoj Makeev SRC

Obsah:

Ruský prostor: projekt „Crown“a další vývoj Makeev SRC
Ruský prostor: projekt „Crown“a další vývoj Makeev SRC

Video: Ruský prostor: projekt „Crown“a další vývoj Makeev SRC

Video: Ruský prostor: projekt „Crown“a další vývoj Makeev SRC
Video: Watch Jeff Bezos Launch Into Space On Blue Origin Rocket And Land 2024, Březen
Anonim
obraz
obraz

Věří se, že technologie se vždy vyvíjejí postupně, od jednoduchých po složité, od kamenného nože po ocel - a teprve poté k programované frézce. Osud vesmírné rakety se však ukázal být méně přímočarý. Vytváření jednoduchých, spolehlivých jednostupňových raket po dlouhou dobu zůstávalo pro designéry nepřístupné. Byla požadována řešení, která nedokázali nabídnout ani vědci z materiálů, ani inženýři. Až dosud zůstávaly nosné rakety vícestupňové a jednorázové: na několik minut se používá neuvěřitelně složitý a drahý systém, poté se vyhodí

"Představte si, že před každým letem sestavíte nové letadlo: připojíte trup ke křídlům, položíte elektrické kabely, nainstalujete motory a po přistání ho pošlete na skládku … Neletíte daleko jako to, “řekli nám vývojáři Státního raketového centra. Makeeva. "Ale přesně to děláme pokaždé, když posíláme náklad na oběžnou dráhu." Samozřejmě v ideálním případě by každý chtěl mít spolehlivý jednostupňový „stroj“, který nevyžaduje montáž, ale dorazí na kosmodrom, natankuje a spustí. A pak se to vrátí a začne znovu - a znovu „…

Na půli cesty

Celkově se raketa pokusila obejít s jedním stupněm od prvních projektů. V počátečních náčrtcích Tsiolkovského se objevují právě takové struktury. Tuto myšlenku opustil až později, protože si uvědomil, že technologie počátku dvacátého století neumožňují realizovat toto jednoduché a elegantní řešení. Zájem o jednostupňové nosiče se opět objevil v 60. letech minulého století a na obou stranách oceánu se připravovaly takové projekty. V sedmdesátých letech už Spojené státy pracovaly na jednostupňových raketách SASSTO, Phoenix a několika řešeních založených na S-IVB, třetím stupni nosné rakety Saturn V, který dopravil astronauty na Měsíc.

obraz
obraz

"Taková možnost by se nelišila v nosnosti, motory na to nebyly dost dobré - ale přesto by to byl jeden stupeň, který by byl schopen letět na oběžnou dráhu," pokračují inženýři. „Samozřejmě, ekonomicky by to bylo zcela neoprávněné.“Kompozity a technologie pro práci s nimi se objevily až v posledních desetiletích, což umožňuje, aby byl nosič jednostupňový a navíc opakovaně použitelný. Náklady na takovou „vědecky náročnou“raketu budou vyšší než náklady na tradiční konstrukci, ale budou „rozloženy“na mnoho startů, takže startovací cena bude mnohem nižší, než je obvyklá úroveň.

Právě opětovné použití médií je dnes hlavním cílem vývojářů. Systémy Space Shuttle a Energia-Buran byly částečně opakovaně použitelné. Opakované použití prvního stupně se testuje u raket SpaceX Falcon 9. SpaceX již provedlo několik úspěšných přistání a na konci března se pokusí vypustit jeden ze stupňů, které znovu letěly do vesmíru. "Podle našeho názoru může tento přístup pouze diskreditovat myšlenku vytvoření skutečného opakovaně použitelného média," poznamenává Makeev Design Bureau. „Po každém letu musíte ještě vyřešit takovou raketu, nainstalovat připojení a nové jednorázové komponenty … a jsme zase tam, kde jsme začali.“

obraz
obraz

Plně opakovaně použitelná média jsou stále pouze ve formě projektů - s výjimkou New Shepard americké společnosti Blue Origin. Zatím je raketa s kapslí s posádkou určena pouze pro suborbitální lety vesmírných turistů, ale většinu řešení nalezených v tomto případě lze snadno upravit pro vážnější orbitální nosič. Zástupci společnosti neskrývají své plány na vytvoření takové možnosti, pro kterou se již vyvíjejí výkonné motory BE-3 a BE-4. „S každým suborbitálním letem se blížíme k oběžné dráze,“ujistil Blue Origin. Jejich slibný nosič New Glenn ale také nebude plně opakovaně použitelný: pouze první blok, vytvořený na základě již testovaného designu New Shepard, by měl být znovu použit.

Odolnost materiálu

Materiály CFRP potřebné pro plně opakovaně a jednostupňové rakety se používají v letecké technice od 90. let minulého století. Ve stejných letech začali inženýři v McDonnell Douglas rychle implementovat projekt Delta Clipper (DC-X) a dnes se mohli pochlubit hotovým a létajícím nosičem uhlíkových vláken. Bohužel pod tlakem Lockheed Martin byly práce na DC-X ukončeny, technologie byly přeneseny do NASA, kde se je pokusily využít pro neúspěšný projekt VentureStar, po kterém mnoho inženýrů zapojených do tohoto tématu začalo pracovat v Blue Origin, a samotnou společnost převzal Boeing.

Ve stejných devadesátých letech se o tento úkol začal zajímat ruský SRC Makeev. Od té doby prošel projekt KORONA („Vesmírná raketa, jednostupňový nosič [vesmírných] vozidel“) znatelným vývojem a mezilehlé verze ukazují, jak byl design a uspořádání stále jednodušší a dokonalejší. Vývojáři postupně opouštěli složité prvky - například křídla nebo externí palivové nádrže - a dospěli k názoru, že hlavním materiálem těla by měla být uhlíková vlákna. Spolu se vzhledem se změnila jak hmotnost, tak nosnost. "S využitím i těch nejlepších moderních materiálů není možné postavit jednostupňovou raketu o hmotnosti menší než 60-70 tun, zatímco její užitečné zatížení bude velmi malé," říká jeden z vývojářů. - Jak ale počáteční hmota roste, struktura (do určité hranice) má stále menší podíl a její používání je stále výnosnější. Pro orbitální raketu je toto optimum asi 160–170 tun, počínaje tímto měřítkem lze jeho použití již odůvodnit. “

V nejnovější verzi projektu KORONA je startovací hmotnost ještě vyšší a blíží se 300 tun. Tak velká jednostupňová raketa vyžaduje použití vysoce účinného proudového motoru na kapalné palivo pracujícího na vodík a kyslík. Na rozdíl od motorů v oddělených stupních musí být takový raketový motor na kapalné palivo schopen pracovat ve velmi odlišných podmínkách a v různých výškách, včetně vzletu a letu mimo atmosféru. "Konvenční motor na kapalná paliva s tryskami Laval je účinný pouze v určitých výškových rozsazích," vysvětlují konstruktéři Makeevky, "proto jsme dospěli k potřebě použít klínový vzduchový raketový motor." Proud plynu v takových motorech se přizpůsobuje tlaku „přes palubu“a udržuje účinnost jak na povrchu, tak vysoko ve stratosféře.

obraz
obraz

Na světě zatím žádný fungující motor tohoto typu neexistuje, přestože se s nimi jak v USA, tak v USA se zabývá. V šedesátých letech inženýři Rocketdyne testovali takové motory na stojanu, ale k instalaci na rakety se nedostali. CROWN by měl být vybaven modulární verzí, ve které je klínová vzduchová tryska jediným prvkem, který zatím nemá prototyp a nebyl testován. V Rusku existují také všechny technologie pro výrobu kompozitních dílů - byly vyvinuty a úspěšně se používají například v All -Russian Institute of Aviation Materials (VIAM) a OJSC „Kompozit“.

Svislé uložení

Při letu v atmosféře bude plastová konstrukce CORONA vyztužená uhlíkovými vlákny pokryta tepelně stínícími dlaždicemi vyvinutými společností VIAM pro Burany a od té doby byly znatelně vylepšeny."Hlavní tepelné zatížení naší rakety je soustředěno na její" nos ", kde jsou použity vysokoteplotní tepelné ochranné prvky, - vysvětlují designéři. - V tomto případě mají rozpínající se strany rakety větší průměr a jsou v ostrém úhlu k proudu vzduchu. Tepelné zatížení je menší, což umožňuje použití lehčích materiálů. Ve výsledku jsme ušetřili více než 1,5 tuny. Hmotnost vysokoteplotní části nepřesahuje 6% celkové hmotnosti tepelné ochrany. Pro srovnání, tvoří více než 20% raketoplánů. “

obraz
obraz

Elegantní zúžený design média je výsledkem nesčetných pokusů a omylů. Podle vývojářů, pokud vezmete pouze klíčové vlastnosti možného opakovaně použitelného jednostupňového nosiče, budete muset zvážit asi 16 000 jejich kombinací. Při práci na projektu jich designéři ocenili stovky. "Rozhodli jsme se opustit křídla, jako na Buranu nebo raketoplánu," říkají. - Celkově v horních vrstvách atmosféry zasahují pouze do kosmických lodí. Takové lodě vstupují do atmosféry nadzvukovou rychlostí ne lépe než „železo“a pouze nadzvukovou rychlostí přepnou na horizontální let a mohou se náležitě spolehnout na aerodynamiku křídel. “

Osyymetrický tvar kužele umožňuje nejen snadnější tepelnou ochranu, ale také má dobrou aerodynamiku při jízdě velmi vysokými rychlostmi. Už ve vyšších vrstvách atmosféry dostává raketa vztlak, který jí umožňuje nejen zde zabrzdit, ale také manévrovat. To zase umožňuje provádět potřebné manévry ve vysokých nadmořských výškách, směřujících k místu přistání, a v budoucím letu zbývá pouze dokončit brzdění, opravit kurz a zabočit dolů, pomocí slabých manévrovacích motorů.

Připomeňme si Falcon 9 i New Shepard: na vertikálním přistání dnes není nic nemožného ani neobvyklého. Současně umožňuje obejít se podstatně menšími silami při stavbě a provozu dráhy - přistávací dráha, na níž přistávaly stejné Shuttles a Buran, musela mít délku několik kilometrů, aby bylo možné vozidlo zabrzdit při rychlost stovek kilometrů za hodinu. "CROWN může v zásadě dokonce vzlétnout z pobřežní plošiny a přistát na ní," dodává jeden z autorů projektu, "konečná přesnost přistání bude asi 10 m, raketa se spustí na zatahovací pneumatické tlumiče.” Nezbývá než provést diagnostiku, natankovat, naložit nové užitečné zatížení - a můžete znovu létat.

KORONA se stále zavádí bez financování, takže vývojářům Makeev Design Bureau se podařilo dostat se pouze do závěrečných fází návrhu návrhu. "Prošli jsme touto fází téměř úplně a zcela nezávisle, bez externí podpory." Už jsme udělali všechno, co se dalo udělat, - říkají designéři. - Víme, co, kde a kdy by se mělo vyrábět. Nyní musíme přejít k praktickému návrhu, výrobě a vývoji klíčových jednotek, a to vyžaduje peníze, takže nyní vše závisí na nich. “

Opožděný start

Raketa CFRP očekává pouze rozsáhlý start; po obdržení potřebné podpory jsou konstruktéři připraveni zahájit letové zkoušky za šest let a za sedm až osm let - zahájit experimentální provoz prvních raket. Odhadují, že to vyžaduje méně než 2 miliardy dolarů - podle raketových standardů nic moc. Návratnost investice lze přitom očekávat po sedmi letech používání rakety, pokud počet komerčních startů zůstane na současné úrovni, nebo dokonce za 1,5 roku - pokud poroste předpovězenými sazbami.

obraz
obraz

Přítomnost manévrovacích motorů, setkání a dokovacích zařízení na raketě navíc umožňuje počítat se složitými schématy odpalování na více startů. Vyhořelé palivo ne k přistání, ale k dokončení užitečného zatížení, je možné jej přivést na hmotnost více než 11 tun. Poté CROWN zakotví s druhým, „tankerem“, který naplní své nádrže dalším palivem nezbytným pro návrat. Ale mnohem důležitější je opětovná použitelnost, která nás poprvé zbaví nutnosti sbírat média před každým spuštěním - a po každém spuštění o ně přijít. Pouze takový přístup může zajistit vytvoření stabilního obousměrného dopravního toku mezi Zemí a oběžnou dráhou a zároveň začátek skutečného, aktivního, rozsáhlého využívání prostoru blízkého Země.

CROWN mezitím zůstává v limbu, práce na New Shepard pokračují. Podobný japonský projekt RVT se také vyvíjí. Ruští vývojáři jednoduše nemusí mít dostatečnou podporu pro průlom. Pokud máte pár miliard nazbyt, je to mnohem lepší investice než dokonce největší a nejluxusnější jachta na světě.

Doporučuje: