Myslím, že mnoho nadšenců kosmonautiky, kteří se aktivně zajímají o historii a současný stav věcí v oblasti průzkumu a průzkumu vesmíru, již poznali raketu zachycenou na titulní fotografii.
Tato raketa, nebo spíše raketový posilovač, je největší raketou na tuhá paliva, jakou kdy lidstvo vytvořilo.
No, teď je toho ještě víc.
Toto je boční posilovač systému Space Shuttle, který se nyní ještě zvětšil, protože kromě standardních čtyř sekcí, s nimiž s raketoplánem startoval, získal další pátou sekci, která mu umožní stát se raketou posilovač nového super těžkého vesmírného odpalovacího systému NASA s názvem SLS (Space Launch System).
Právě tento systém by měl podle myšlenky NASA vrátit Spojeným státům americkou dlaň ve všech aspektech průzkumu vesmíru a zároveň dát celému lidstvu příležitost vrátit se na vesmírnou hranici a konečně prolomit začarovaný kruh nízké Země oběžná dráha a vrácení otázky měsíčního průzkumu zpět na pořad dne … a dokonce i Mars.
Jak reálný a proveditelný je tento ambiciózní program? Zkusme na to přijít.
Srovnávací velikosti historických, současných a rozvinutých amerických spouštěcích systémů.
Doplňující otázka: proč je Delta IV větší než Falcon 9?
Současný stav americké kosmonautiky po opuštění arény systému Space Shuttle je dosti žalostný: nejtěžší nosnou raketou, kterou mají Spojené státy k dispozici, pokud jde o její současný stav, je Delta IV Heavy, která může snížit zátěž 28 na nízkou Oběžná dráha Země (LEO), 4 tuny.
Rodina Delta IV se navzdory množství návrhových, inženýrských a komerčních snah Boeingu vytvořit a propagovat své potomky na trhu ukázala být „ve špatnou dobu a na špatném místě“: na pozadí nízkých nákladů na starty ruské rakety Proton a Pro ukrajinský Zenit-3SL se náklady na vypuštění užitečného zatížení pomocí Delty IV ukázaly jako docela nedostupné.
Jediné spuštění „Delta IV“stálo 140–170 milionů $, zatímco náklady na podobné užitečné zatížení Protonu byly přibližně 100 milionů $ a náklady na uvedení menšího, ale konkurenceschopného ukrajinského „Zenith-3SL“„Delta IV“byla ještě nižší - pouhých 60 milionů dolarů.
Tak vysoké náklady na spuštění Delty IV přinutily Boeing hledat pro něj výhradně vládní příkazy a v důsledku toho byly všechny starty Delty, kromě jednoho, placeny z rozpočtu amerického ministerstva zahraničí.
Uvedení nosné rakety Delta IV ve variantě Heavy. Startovací hmotnost je asi 733 tun.
Nakonec, v polovině dvacátých let, Delta IV konečně vypadla z komerčního segmentu vesmírných startů - a nikdy se tam nemohla vrátit až do dnešní doby, kdy začali kluci ze soukromého obchodu SpaceX, jehož raketa Falcon začala. šlápnout na paty. 9 se také přiblížilo tržnímu výklenku „Delta IV“a modifikace stejné rakety s názvem Falcon 9 Heavy, plánované na start v roce 2015, ji dokonce překonala.
Na startu Falconu 9 Heavy bude najednou zapnuto 27 motorů Merlin o tahu 66 tun, poháněných petrolejem a kyslíkem.
Toto myšlenkové dílo Elona Muska by mělo „soukromý“vesmírný program SpaceX dostat do dříve nedosažitelné výšky: u jednorázové verze nosné rakety bude hmotnost přepravovaného nákladu do LEO až 53 tun, na GPO - 21, 2 tuny a na trajektorii na Mars - 13, 2 tuny. S návratem bočních posilovačů a centrální jednotky nepřesáhne nosnost 32 tun na LEO - za znovupoužitelnost nosné rakety musíte zaplatit další spotřebou paliva a v důsledku toho snížením užitečného zatížení.
Mezi technickými novinkami během vývoje Falconu 9 Heavy vývojář deklaroval jedinečnou možnost přetékání paliva a okysličovadla během letu z bočních posilovačů do prvního stupně nosné rakety, což umožní mít v centrální části plné palivové nádrže sekce v době oddělení bočních posilovačů a zlepšit výkon užitečného zatížení umístěného na oběžnou dráhu ….
Sestavení trupů prvních stupňů raket Falcon 9. Nyní je v kruhu již nainstalováno 8 motorů, přičemž jeden je centrální. V přeplněném, ale ne naštvaném.
V posledním odstavci zmíněná „trajektorie na Mars“není abstrakcí. Díky hmotnosti startu 1 462 tun, což je dvojnásobek hmotnosti aktuálně rekordní Delty IV, je těžký Falcon již tím nezbytným krokem, který vám umožní vážně přemýšlet o letech na Měsíc a Mars. I když v konfiguraci, která se více podobá sovětským experimentům s přístroji řady Probe, než kolosálnímu americkému programu Saturn-Apollo.
V budoucnosti však cesta podle konceptu „Delta IV“a Falcon 9 s bočními posilovači, které jsou „klony“jejich prvních fází, začíná podle očekávání sklouzávat.
Věc je, že není možné znásobit počáteční "boční stěny", které vám umožní zvýšit hmotnost výstupního zatížení na LEO do nekonečna - dva nebo čtyři boční bloky mohou být stále nějak připojeny k centrálnímu, ale pak složitost montáže a řízení takové vícesložkové struktury jen exponenciálně roste.
Právě na to obecně „usnula“lunární raketa Korolev N-1, která měla na prvním stupni 30 raketových motorů NK-33, což ve spojení s pětistupňovým schématem samotné rakety udělalo nedovolit dotáhnout do konce všechny otázky jeho bezproblémového spuštění.
Současná konfigurace Falconu 9, počínaje okamžitě s 27 motory, se již blíží hranici složitosti a dále, s největší pravděpodobností, společnost Elona Muska již bude muset zvýšit hmotnost a velikost jediné raketové jednotky, což okamžitě zvyšuje požadavky v celém řetězci výroby, dopravy a startu raket.
Ruská nadějná raketová rodina „Angara“pravděpodobně bude čelit podobným problémům. Malá relativní velikost jednotkového bloku již vede k tomu, že raketa Angara-A5 s počáteční hmotností 733 tun musí okamžitě položit čtyři pomocné „strany“(s nosností 24,5 tun na LEO).
Angara-A5 před startem 23. prosince 2014. Na začátku pracovalo pět motorů RD-191, každý s tahem 196 tun.
Další zvýšení nosnosti Angary spočívá ve skutečnosti, že na základní část druhého stupně není třeba připevňovat čtyři, ale šest raketových posilovačů, což je možná již určitým druhem strukturálního a technického omezení škálování paketových systémů., protože limitem pro koncept Falcon 9 je 27 motorů Merlin-1D na třech startovacích blocích.
Výsledný projekt Angara-A7 bude podle výpočtů schopen s vlastní startovací hmotností 1370 tun přinést užitečné zatížení 50 tun do LEO (v případě použití vodíkového paliva pro druhý stupeň), což bude s největší pravděpodobností být maximálním měřítkem raketového konceptu rodiny Angarů.
Porovnání „Angara A5“a konceptů „Angara A7“- s petrolejem a vodíkovým palivem. Současně existuje odpověď - proč je „Delta IV“velká a Falcon 9 - malá.
Obecně lze říci, cokoli se dá říci, koncepce založené na raketovém bloku třídy 200 nebo dokonce 400 tun - stále se ukazuje, že konstrukční a inženýrská karachunská hranice pro takové „paketové“rakety přichází se startovací hmotností v oblasti 1300 - 1500 tun, což odpovídá odebrané hmotnosti 45-55 tun na LEO.
Pak už je ale nutné zvýšit jak tah jediného motoru, tak velikost raketového stupně nebo akcelerátoru.
A právě touto cestou se dnes projekt SLS ubírá.
Nejprve, s přihlédnutím k negativním zkušenostem s „Delta IV“, se vývojáři SLS pokusili vytěžit maximum z minulosti. Bylo použito všechno a všichni: raketové posilovače Space Shuttle, které byly vyztuženy za účelem vytvoření těžké rakety, a staré vodíkovo-kyslíkové motory RS-25 samotného raketoplánu, které byly instalovány ve druhém stupni, a ….. (zastánci teorie „lunárního spiknutí“-připravte se!) dávno zapomenuté vodíkovo-kyslíkové motory J-2X, které pocházejí z motorů druhého a třetího stupně lunární rakety „Saturn V“a které jsou navrženy tak, aby použít v projektovaných horních stupních SLS!
Dlouhodobé plány na vylepšení akcelerátorů SLS navíc předpokládají dva konkurenční projekty využívající místo pevných pohonných hmot raketové motory na kapalná paliva: projekt společnosti Aerojet, která do budoucna představila svůj vyvinutý petrolejovo-kyslíkový motor uzavřeného cyklu AJ1E6 „těžký“nosič, který pochází z raket NK-33 Royal H-1- a projekt společnosti Pratt & Whitney Rocketdine, který navrhuje … (a opět překvapení, lunosceptika!) Obnovit v USA produkci F -1 motory, které najednou zvedly ze Země slavnou raketu Saturn V.
Možná se do těchto testovacích lavic vrátí život. Testování první etapy LV „Saturn V“- „Saturn 1C“v srpnu 1968 na kyklopské zkušební stolici V -2. Všimněte si, že krok je přepravován na člunu.
Podílí se na vývoji budoucího slibného urychlovače startu a současného výrobce posilovačů tuhých pohonných hmot, které jsou u počáteční montáže nosné rakety SLS Block I - ATK (Alliant Techsystems), která navrhla další rozšíření stávajícího posilovače raketoplánu zvětšením jeho délky a průměru … Projekt slibného akcelerátoru od ATK se nazývá „Temný rytíř“.
Jako třešnička na dortu - jedna z budoucích konfigurací systému SLS, Block Ib, zahrnuje použití jednotky vodík -kyslík jako třetího stupně, vypůjčené z … rakety Delta IV!
To je, víte, „pekelné LEGO“, ve kterém se NASA pokusila vyhodnotit, spojit a využít veškerý dosavadní vývoj v oblasti těžkých raket.
Co je rodina médií SLS? Ostatně, jak si již pamatujeme z příkladu „Delta IV“, „Hangars“a Falcon 9 - celkové rozměry mohou klamat.
Zde je tedy jednoduchý diagram k pochopení toho, co je zamýšleno:
Na levé straně diagramu jsou těžké nosné rakety, které Spojené státy stále měly. Lunární Saturn V, který by mohl LEO přinést užitečné zatížení 118 tun, a Space Shuttle, který jako by sám vypustil opakovaně použitelný raketoplán na oběžnou dráhu o hmotnosti od 120 do 130 tun, ale zároveň s ním mohl dodat jen velmi skromné užitečné zatížení - pouze 24 tun užitečného zatížení.
Koncept SLS bude implementován ve dvou hlavních verzích: s posádkou (bez posádky) a bez posádky (s nákladem).
Kromě toho nedostupnost tří slibných projektů raketových posilovačů od společností Aerojet, Rocketdine a ATK nutí NASA používat ty „LEGO raketové díly“, které jsou k dispozici - totiž právě tyto pětidílné vylepšené posilovače raketoplánu.
Takto postavený přechodový „ersatz-carrier“(oficiálně nazývaný SLS Block I), nicméně podle všech výpočtů již bude mít mnohem vážnější nosnost než provozní „Delta IV“nebo Falcon 9 Heavy, který je připraven ke spuštění. Nosná raketa SLS Block I bude schopna zvednout na LEO užitečné zatížení 70 tun.
Ve srovnání s konceptem SLS je ukázán zastavený vývoj NASA v rámci programu Constellation - nosná raketa Ares (Mars), která ještě nebyla vytvořena až do konce, která v roce 2009 uskutečnila pouze jeden zkušební let, v designu Ares 1X, který sestával ze stejně upraveného čtyřdílného akcelerátoru Space Shuttle, ke kterému bylo připojeno testovací nakládací pátý segment a prototypové zatížení druhého stupně. Účelem tohoto zkušebního letu bylo ověřit činnost prvního stupně na tuhá paliva v uspořádání „single stick“(„log“), ale něco se muselo stát během testů, kdy byly 1. a 2. stupeň odděleny, došlo k neoprávněnému skoku vpřed 1. stupně, způsobenému pravděpodobně spalováním úlomků paliva odtržených otřesy v něm. Posilovač na tuhá paliva nakonec dohnal rozvržení 2. stupně a narazil do něj.
Poté byl v NASA omezen poměrně neúspěšný pokus o sestavení „nového LEGO“ze starých částí, projekt Ares a samotné souhvězdí byly odloženy na poličku neúspěšných konceptů a z rozvinutých základů v rámci souhvězdí, zbyla jen docela úspěšná orbitální pilotovaná kosmická loď. „Orion“, který byl postaven podle schématu návratové kapsle obvyklé pro jednorázové lodě, které konečně ukončilo opakovaně použitelný kluzák Space Shuttle.
Kosmická loď Orion před prvním spuštěním na raketu Delta IV. Prosinec 2014.
Průměr kosmické lodi Orion je 5,3 metru, hmotnost kosmické lodi je asi 25 tun. Vnitřní objem Orionu bude 2,5krát větší než vnitřní objem kosmické lodi Apollo. Objem lodní kabiny je asi 9 m³. Díky tak působivé hmotnosti pro orbitální kosmickou loď a volnému vnitřnímu objemu může Orion během misí poblíž Země na nízkých oběžných drahách (například při expedici na ISS) podporovat 6 kosmonautů.
Nicméně, jak již bylo zmíněno na začátku, hlavním úkolem Orionu a měl by ho dostat na oběžné dráhy mimo nízko referenční startovací systém SLS je návrat USA k úkolům zvládnutí vzdáleného prostoru poblíž Země a především, Měsíc a Mars.
Právě pro let na Měsíc a případně na Mars se počítá s hlavním úsilím USA a Ruska při zlepšování jejich vesmírných lodí a nosných raket.
Zde je v zásadě ve vhodné tabulkové formě analyzován rozdíl mezi americkým „Orionem“a ruským systémem PPTS.
U názvu PPKS PPTS samozřejmě musíte někoho hned porazit, ale dobře. A obecně je bohužel u projektu PPTS zatím vše velmi obtížné.
Proto ohledně PPTS máme z výstavy zatím jen vtipné obrázky. Ale ve skutečnosti se to dosud uráželo málo …
Existuje pouze model - mezi minulostí a budoucností. Existuje pouze model - a držte se ho …
Kromě problémů s financováním, nepochopení koncepce a řady konstrukčních a technických problémů je budoucnost PTS nejistá a kvůli nedostatku adekvátního nosiče pro některé z jeho plánovaných úkolů. Jak jsem řekl, Rusko má zatím v kovu pouze „Angara-A5“, což může přinést do LEO ne více než 24,5 tuny, což je dost na mise blízko Země, ale rozhodně to nestačí na další útok na Měsíc nebo Mars.
Koncept PPTS byl navíc založen na vytvoření alternativy k raketě „Angara“rodiny „Rus-M“, jejíž práce byla také dosud zastavena.
Projekty raket pouze z rodiny „Rus“ve srovnání s rodinami „Sojuz“a „Angara“.
Hlavním účelem rakety rodiny Rusů bylo zajistit lety s posádkou, díky čemuž má raketa za stejných okolností nižší užitečné zatížení na LEO než rakety Angara. Je to dáno skutečností, že během letů s posádkou je jedním z požadavků schopnost nosné rakety opustit start i v případě selhání jednoho z motorů a požadavek zajistit pokračování letu v případě následné poruchy jednoho z motorů - s pokračováním startu kosmické lodi na sníženou oběžnou dráhu nebo poskytnutím záchrany a bezpečného přistání.
Tyto požadavky, včetně speciální trajektorie startu, která by měla zajistit pro posádku přetížení maximálně 12 g pro případ mimořádných událostí a přítomnost nouzového záchranného systému (SAS), vedou k významnému snížení nosnosti Rus “v pilotované verzi.
Kromě toho byl konstrukční průměr základního bloku „Rus“3, 8 metru vybrán na základě tradiční přepravy částí nosných raket po železnici pro SSSR a Rusko.
Ve Spojených státech, záměrně, počínaje programem Saturn-Apollo, byly první fáze nosných raket vyrobeny na základě odpovídající velikosti, s přihlédnutím k možnosti jejich přepravy vodní (pobřežní-námořní a říční) dopravou, což výrazně zjednodušil požadavky na rozměry samostatné raketové jednotky …
Přeprava prvního stupně Saturn V LV na lodi Pearl river.
Dnes jsou práce na SLS a Orion, i po zhroucení Constellation, v plném proudu.
S dokončením SLS Block I, který bude téměř výhradně založen na stávajícím nevyřízeném raketoplánu, plánuje NASA přejít na další, mnohem ambicióznější fázi - SLS Block II, s mezipřistáním ve formě SLS Block Ia a Blok SLS Ib.
Možnost stavby LEGO, pokud jsou raketové posilovače připraveny dříve. Blok I, blok Ia a poté blok II.
Možnost sestavení LEGO, pokud je upravený třetí stupeň připraven dříve. Blok I, blok Ib a poté blok II.
Nosná raketa SLS Block Ia by již měla dostat jeden ze slibných posilovačů startu rakety: buď od společnosti Aerojet na uzavřeném cyklu petrolej-kyslík AJ1E6, nebo od Rocketdyne na upraveném otevřeném cyklu F-1 od Saturnu V, nebo totéž na novém tuhé palivo „Černý rytíř“od ATK.
Každá z těchto možností bude schopna poskytnout struktuře Block Ia nosnost v oblasti LEO 105 tun, která je již srovnatelná s nosností Saturn V a Space Shuttle (pokud to počítáme společně s raketoplánem).
Stejné úkoly bude vyřešeno vytvořením rozsáhlého a přizpůsobeného velikosti celého odpalovacího systému třetího kryogenního stupně, který bude schopen doplnit dvoustupňový systém Block I (startovací boostery a centrální stupeň) na motorech Space Shuttle) s třetím stupněm, který pro variantu Block Ia bude jako já již zmíněný, vypůjčený z rakety Delta IV a také poskytne SLS s výkonem až 105 tun užitečného zatížení pro LEO.
Konečně, konečný systém Block II by již měl mít třetí stupeň SLS v plné velikosti, hromadně konstruovaný, který bude využívat, podobně jako druhý stupeň Saturn V, 5 pokročilých motorů J-2X a dodá 130 tun užitečného zatížení LEO.
Ale i přes všechny tyto triky bude takové „vesmírné LEGO“stát asi 500 milionů dolarů za start, což je samozřejmě méně než náklady na spuštění raketoplánu (1,3 miliardy dolarů), ale přesto - dostatečně citlivé pro rozpočet NASA.
Jaké úkoly by měla SLS řešit a proč NASA nebere v úvahu variantu Falcon 9 Heavy, která má zajistit náklady na 135 milionů dolarů za jednorázový systém přenosu paliva a za 53 tun užitečného zatížení pro LEO?
Věc je, že NASA se zaměřila na Měsíc, Mars a dokonce i asteroidy a satelity Jupitera! A Falcon 9 Heavy se na takové úkoly ukazuje jako příliš malá raketa …
Jaderná raketa na Mars!
Ale to je samozřejmě téma pro dobrý samostatný článek….
PS. Poté, co jsem si znovu přečetl svůj článek, hlásím.
Pokud kritizuji moderní ruské přístupy k průzkumu vesmíru a chválím Američany, pak pro to existují dobré důvody.
V roce 2010 byl stav amerického programu průzkumu vesmíru žalostný: program Space Shuttle byl již naplánován na ukončení, starty Ares ukázaly naprostou nekonzistentnost myšlenek Constellation, všechny americké noviny a časopisy psaly o „ruském vesmírném otroctví“pro Spojené státy.
Ale za posledních 5 let se americký vesmírný průmysl přeskupil, získal potřebné finance - a naučil se žít v nových, drsnějších podmínkách.
Bude se tím ruská kosmonautika moci pochlubit za 5 let - zejména na pozadí skutečnosti, že nám tento rok přináší neradostné zprávy o uzavření programů Rus -M a PPTS LV, o odložení startu kosmodromu Vostočnyj a celkové snížení financování Roscosmosu?
Počkej a uvidíš. Křížem nám držím prsty.
