הוא האמין כי הטכנולוגיות מתפתחות תמיד בהדרגה, מפשוט למורכב, מסכין אבן לפלדה - ורק לאחר מכן למכונת כרסום מתוכנתת. אולם גורלה של רקטות החלל התברר כפשוט יותר. יצירת טילים חד שלביים פשוטים ואמינים במשך זמן רב נותרה בלתי נגישה למעצבים. נדרשו פתרונות שאף מדעני חומרים ולא מהנדסי מנוע יכולים להציע. עד כה, רכבי השיגור נשארים רב -שלביים וחד פעמיים: מערכת מורכבת ויקרה להפליא משמשת לכמה דקות, ולאחר מכן היא נזרקת לפח
“תארו לעצמכם שלפני כל טיסה הייתם מרכיבים מטוס חדש: הייתם מחברים את המטוס לכנפיים, מניחים כבלי חשמל, מתקינים את המנועים, ואחרי הנחיתה הייתם שולחים אותו למזבלה … לא תעופו רחוק כמו זאת ", אמרו לנו מפתחי מרכז הטילים הממלכתי. Makeeva. "אבל זה בדיוק מה שאנחנו עושים בכל פעם שאנחנו שולחים מטען למסלול. כמובן, באופן אידיאלי לכולם היו רוצים "מכונה" אמינה בת שלב אחד שאינה דורשת הרכבה, אלא מגיעה לקוסמודרום, מתודלקת ומשוגרת. ואז הוא חוזר ומתחיל מחדש - ושוב "…
באמצע הדרך
בגדול, רקטות ניסו להסתדר עם שלב אחד מהפרויקטים הראשונים. במערכונים הראשוניים של ציולקובסקי, רק מבנים כאלה מופיעים. הוא זנח את הרעיון הזה רק מאוחר יותר, והבין שהטכנולוגיות של תחילת המאה העשרים לא מאפשרות לממש את הפתרון הפשוט והאלגנטי הזה. ההתעניינות במובילים חד-שלביים התעוררה שוב בשנות ה -60, ופרויקטים כאלה נבחנו משני צידי האוקיינוס. בשנות השבעים, ארצות הברית עבדה על רקטות חד-שלביות SASSTO, פיניקס וכמה פתרונות המבוססים על ה- S-IVB, השלב השלישי של רכב השיגור של סטורן V, שהעביר אסטרונאוטים לירח.
"אופציה כזו לא הייתה שונה ביכולת הנשיאה, המנועים לא היו טובים מספיק בשביל זה - אבל עדיין זה יהיה שלב אחד, די מסוגל לעוף למסלול", ממשיכים המהנדסים. "כמובן, מבחינה כלכלית זה יהיה לגמרי לא מוצדק". חומרים מרוכבים וטכנולוגיות לעבודה איתם הופיעו רק בעשורים האחרונים, המאפשרים להפוך את המוביל לשלב אחד ויותר מכך לשימוש חוזר. העלות של רקטה "עתירת מדע" כזו תהיה גבוהה מזו של עיצוב מסורתי, אך היא "תתפרס" על שיגורים רבים, כך שמחיר השיגור יהיה נמוך בהרבה מהרמה הרגילה.
השימוש החוזר בתקשורת הוא המטרה העיקרית של המפתחים כיום. מערכות מעבורת החלל ומערכות אנרג'יה-בוראן ניתנו לשימוש חוזר חלקי. השימוש החוזר בשלב הראשון נבדק עבור רקטות SpaceX Falcon 9. SpaceX כבר ביצעה מספר נחיתות מוצלחות, ובסוף מרץ ינסו לשגר את אחד השלבים שטסו לחלל שוב. "לדעתנו, גישה זו יכולה להכפיש רק את הרעיון של יצירת מדיה לשימוש חוזר אמיתי", מציינת לשכת העיצוב של Makeev. "אתה עדיין צריך לסדר טיל כזה אחרי כל טיסה, להתקין חיבורים ורכיבים חד פעמיים חדשים … וחזרנו למקום שהתחלנו בו".
אמצעי התקשורת הניתנים לשימוש חוזר לחלוטין עדיין נמצאים רק בצורה של פרויקטים - למעט ה- New Shepard של חברת Blue Origin האמריקאית.עד כה הרקטה עם קפסולה מאוישת מיועדת רק לטיסות תת -קרקעיות של תיירים בחלל, אך ניתן לפתח בקלות את רוב הפתרונות שנמצאו במקרה זה למוביל מסלול רציני יותר. נציגי החברה אינם מסתירים את תוכניותיהם ליצור אופציה כזו, שכבר מפותחים עבורה מנועים רבי עוצמה BE-3 ו- BE-4. "עם כל טיסה תת -עירונית, אנו מתקרבים למסלול", הבטיחה בלו אוריג'ין. אבל גם הספק המבטיח שלהם ניו גלן לא יהיה ניתן לשימוש חוזר במלואו: יש לעשות שימוש חוזר רק בלוק הראשון, שנוצר על בסיס עיצוב New Shepard שכבר נבדק.
עמידות חומרית
חומרי ה- CFRP הנדרשים לרקטות לשימוש חד פעמי וחד-שלבי, שימשו בטכנולוגיה החלל מאז שנות התשעים. באותן שנים, מהנדסים במקדונל דאגלס החלו ליישם במהירות את פרויקט דלתא קליפר (DC-X), וכיום הם יכולים להתפאר במוביל סיבי פחמן מוכן ועף. לרוע המזל, בלחץ של לוקהיד מרטין, הופסקה העבודה על DC-X, הטכנולוגיות הועברו לנאס א, שם ניסו להשתמש בהן לפרויקט VentureStar שלא הצליח, ולאחר מכן מהנדסים רבים העוסקים בנושא זה יצאו לעבודה ב- Blue Origin, והחברה עצמה השתלטה על ידי בואינג.
באותם שנות התשעים, ה- SRC הרוסי מייקאב התעניין במשימה זו. מאז, פרויקט KORONA ("רקטת חלל, מוביל חד-שלבי של רכבים [חלל]) עבר אבולוציה ניכרת, וגרסאות ביניים מראות כיצד העיצוב והפריסה הפכו ליותר ויותר פשוטים ומושלמים. בהדרגה נטשו המפתחים אלמנטים מורכבים - כמו כנפיים או מיכלי דלק חיצוניים - והבינו כי חומר הגוף העיקרי צריך להיות סיבי פחמן. יחד עם המראה, גם המשקל וגם כושר הנשיאה השתנו. "אפילו בעזרת החומרים המודרניים הטובים ביותר, אי אפשר לבנות רקטה חד-שלבית במשקל של פחות מ-60-70 טון, בעוד שהמטען שלה יהיה קטן מאוד", אומר אחד היזמים. - אך ככל שהמסה ההתחלתית גדלה, למבנה (עד גבול מסוים) יש נתח קטן יותר ויותר, ונהיה משתלם יותר ויותר להשתמש בו. עבור רקטה מסלולית, האופטימום הזה הוא כ 160-170 טון, החל מסקאלה זו השימוש בו כבר יכול להיות מוצדק ".
בגרסה העדכנית ביותר של פרויקט KORONA מסת ההשקה גבוהה אף יותר ומתקרבת ל 300 טון. רקטה חד-שלבית כה גדולה דורשת שימוש במנוע סילון יעיל במיוחד המונע על מימן וחמצן. בניגוד למנועים בשלבים נפרדים, מנוע טילים כזה המניע נוזלים חייב להיות מסוגל לפעול בתנאים שונים מאוד ובגבהים שונים, כולל המראה וטיסה מחוץ לאטמוספירה. "מנוע דלק נוזלי קונבנציונאלי עם חרירי לוואל יעיל רק בטווחי גובה מסוימים", מסבירים מעצבי מייבקה, "לכן הגענו לצורך להשתמש במנוע רקטות אוויר-טריז". סילון הגז במנועים כאלה מתאים את עצמו ללחץ "מעל הגבול", והם שומרים על יעילות הן על פני השטח והן גבוה בסטרטוספירה.
עד כה, אין מנוע פועל מסוג זה בעולם, למרות שהם היו ומטופלים גם בארצנו וגם בארה"ב. בשנות השישים בדקו מהנדסי Rocketdyne מנועים כאלה על מעמד, אך הם לא הגיעו להתקנה על טילים. CROWN צריך להיות מצויד בגרסה מודולרית, בה זרבובית טריז-האוויר היא האלמנט היחיד שעדיין אין לו אב טיפוס ולא נבדק. יש גם את כל הטכנולוגיות לייצור חלקים מרוכבים ברוסיה - הן פותחו והשתמשו בהן, למשל, במכון הכל -רוסי לחומרי תעופה (VIAM) וב- OJSC "Kompozit".
התאמה אנכית
כאשר טסים באטמוספירה, מבנה הפלסטיק המחוזק בסיבי פחמן של ה- CORONA יכוסה באריחים המגינים על חום שפותחו על ידי VIAM עבור הבוראנים ומאז שופרו באופן ניכר."עומס החום העיקרי על הרקטה שלנו מתרכז ב"אף" שלה, שבו משתמשים באלמנטים להגנה תרמית בטמפרטורה גבוהה, - מסבירים המעצבים. - במקרה זה, הצדדים המתרחבים של הרקטה הם בעלי קוטר גדול יותר והם בזווית חריפה לזרימת האוויר. העומס התרמי עליהם פחות, מה שמאפשר שימוש בחומרים קלים יותר. כתוצאה מכך חסכנו יותר מ -1.5 טון. המסה של החלק בטמפרטורה גבוהה אינה עולה על 6% מהמסה הכוללת של ההגנה התרמית. לשם השוואה, היא מהווה יותר מ -20% מההסעות ".
העיצוב המלוטש והמחודד של התקשורת הוא תוצאה של אינספור ניסויים וטעויות. לדברי המפתחים, אם תיקח רק את מאפייני המפתח של ספק חד פעמי אפשרי לשימוש חוזר, יהיה עליך לשקול כ -16,000 שילובים ביניהם. מאות מהם זכו להערכה על ידי המעצבים בעת שעבדו על הפרויקט. "החלטנו לנטוש את הכנפיים, כמו בבוראן או במעבורת החלל", הם אומרים. - בגדול, באטמוספירה העליונה, הם מפריעים רק לחלליות. ספינות כאלה נכנסות לאטמוספרה במהירות היפר -קולית לא טובה יותר מ"ברזל ", ורק במהירות קולית הן עוברות לטיסה אופקית ויכולות להסתמך כראוי על האווירודינמיקה של הכנפיים".
צורת החרוט האקסימטרית לא רק מאפשרת הגנה תרמית קלה יותר, אלא גם בעלת אווירודינמיקה טובה בעת נהיגה במהירויות גבוהות מאוד. כבר בשכבות העליונות של האטמוספירה, הרקטה זוכה להרמה, מה שמאפשר לה לא רק לבלום כאן, אלא גם לתמרן. זה, בתורו, מאפשר לבצע את התמרונים הדרושים בגובה רב, לקראת אתר הנחיתה, ובטיסה העתידית נותר רק להשלים את הבלימה, לתקן את המסלול ולפנות לאחור, באמצעות מנועי תמרון חלשים.
נזכיר גם את הפלקון 9 וגם את השפרד החדש: אין שום דבר בלתי אפשרי או אפילו יוצא דופן בנחיתה אנכית כיום. יחד עם זאת, היא מאפשרת להסתדר עם פחות כוחות משמעותיים במהלך בניית המסלול ותפעולו - המסלול שעליו נחתו אותן הסעות ובוראן נאלץ להיות באורך של מספר קילומטרים כדי לבלום את הרכב בשעה מהירות של מאות קילומטרים לשעה. "ה- CROWN, באופן עקרוני, יכול אפילו להמריא מהרציף הימי ולנחות עליו", מוסיף אחד ממחברי הפרויקט, "דיוק הנחיתה הסופי יהיה כ -10 מ ', הרקטה יורדת על בולמי זעזועים פנאומטיים נשלפים..” כל שנותר הוא לבצע אבחון, לתדלק, להטיל מטען חדש - ואתה יכול לעוף שוב.
KORONA עדיין מיושמת בהיעדר מימון, כך שמפתחי לשכת העיצוב של Makeev הצליחו להגיע רק לשלבים האחרונים של טיוטת העיצוב. “עברנו את השלב הזה כמעט לחלוטין ומלא באופן עצמאי, ללא תמיכה חיצונית. כבר עשינו כל מה שאפשר לעשות - אומרים המעצבים. - אנו יודעים מה, היכן ומתי יש לייצר. כעת עלינו לעבור לתכנון, ייצור ופיתוח מעשיים של יחידות מפתח, וזה דורש כסף, אז עכשיו הכל תלוי בהן.
התחלה מתעכבת
רקטת ה- CFRP מצפה לשיגור בהיקף גדול בלבד; עם קבלת התמיכה הדרושה, המעצבים מוכנים להתחיל בבדיקות טיסה בעוד שש שנים, ובעוד שבע עד שמונה שנים - להתחיל בפעולה ניסיונית של הטילים הראשונים. הם מעריכים כי הדבר דורש פחות מ -2 מיליארד דולר - לא הרבה בסטנדרטים של רקטות. יחד עם זאת, ניתן לצפות להחזר על ההשקעה לאחר שבע שנים של שימוש ברקטה, אם מספר השיגורים המסחריים יישאר ברמה הנוכחית, או אפילו בעוד 1.5 שנים - אם היא תגדל בשיעורים הצפויים.
יתר על כן, נוכחותם של מנועי תמרון, מפגשים ומתקני עגינה על הרקטה מאפשרת גם לסמוך על תוכניות שיגור מרובות שיגור. לאחר שהוצאנו דלק לא לנחיתה, אלא לסיום המטען, אפשר להביא אותו למסה של יותר מ -11 טון.אז עגן ה- CROWN עם "המיכלית" השנייה, שתמלא את המיכלים שלה בדלק נוסף הדרוש להחזרה. אך עדיין, הרבה יותר חשוב הוא שימוש חוזר, שלראשונה יקל עלינו מהצורך לאסוף את אמצעי התקשורת לפני כל השקה - ולאבד אותה לאחר כל שיגור. רק גישה כזו יכולה להבטיח יצירת זרימת תנועה דו-כיוונית יציבה בין כדור הארץ למסלול, ובמקביל תחילתו של ניצול ממשי, פעיל, רחב היקף, של מרחב קרוב לכדור הארץ.
בינתיים, ה- CROWN נשאר במגבלה, העבודה על ניו שפרד נמשכת. פרויקט יפני דומה RVT מפתח גם הוא. למפתחים הרוסים פשוט אין מספיק תמיכה לפריצת דרך. אם יש לכם כמה מיליארדים פנויים, מדובר בהשקעה טובה בהרבה אפילו מהיאכטה הגדולה והמפוארת ביותר בעולם.
