אני חושב שחובבי אסטרונאוטיקה רבים המתעניינים באופן פעיל בהיסטוריה ובמצב העניינים הנוכחי בתחום חקר החלל וחקר החלל כבר זיהו את הרקטה שנלכדה בתצלום הכותרת.
רקטה זו, או ליתר דיוק מגביר הרקטות, היא הרקטה הגדולה ביותר להנעה מוצקה שיצרה אי פעם המין האנושי.
ובכן, עכשיו זה נהיה אפילו יותר.
זהו המאיץ הצדדי של מערכת מעבורת החלל, שהפכה כעת אפילו גדולה יותר, לאחר שקיבלה, בנוסף לארבעת הקטעים הסטנדרטיים איתם היא שיגרה עם מעבורת החלל, קטע חמישי נוסף, שיאפשר לה להפוך לטיל. מגביר את מערכת שיגור החלל הסופר-כבדה החדשה NASA, הנקראת SLS (Space Launch System).
מערכת זו, על פי הרעיון של נאס א, צריכה להשיב לארצות הברית של אמריקה את כף היד בכל ההיבטים של חקר החלל, במקביל לתת לכל האנושות את האפשרות לחזור לגבול החלל, ולבסוף לשבור את מעגל הקסמים של כדור הארץ הנמוך מסלול ומחזיר את שאלת חקר הירח לסדר היום … ואפילו מאדים.
עד כמה התוכנית השאפתנית הזו אמיתית ועד כמה היא אפשרית? בואו ננסה להבין את זה.
גדלים השוואתיים של מערכות השקה אמריקאיות היסטוריות, עכשוויות ומפותחות.
שאלת מילוי: מדוע דלתא IV גדולה יותר מ- Falcon 9?
המצב הנוכחי של הקוסמונאוטיקה האמריקאית לאחר שעזב את זירת מערכת מעבורת החלל די מביש: רכב השיגור הכבד ביותר העומד לרשות ארצות הברית מבחינת מעמדה הנוכחי הוא Delta IV Heavy, שיכול להכניס עומס של 28 לנמוך מסלול כדור הארץ (LEO), 4 טון.
משפחת דלתא IV, למרות המוני המאמצים העיצוביים, ההנדסיים והמסחריים של בואינג ליצור ולקדם את צאצאיה בשוק, התבררה "בזמן הלא נכון ובמקום הלא נכון": על רקע העלות הנמוכה של שיגורי רקטת הפרוטון הרוסית ול- Zenit-3SL האוקראינית, עלות השיגור של מטען באמצעות דלתא IV התבררה כבלתי משתלמת למדי.
השקה יחידה של "דלתא IV" עלתה 140-170 מיליון דולר, בעוד שעלות מטען דומה של פרוטון הייתה כ -100 מיליון דולר, ועלות ההשקה קטנה יותר אך תחרותית מול "דנית IV" אוקראינית "זניט-3 סל". היה אפילו נמוך יותר - רק 60 מיליון דולר.
עלות כה גבוהה של שיגור דלתא הרביעי אילצה את בואינג לחפש עבורה הוראות ממשלתיות בלבד, וכתוצאה מכך כל שיגורי דלתא, למעט אחת, שולמו בתקציב משרד החוץ האמריקאי.
השקת רכב ההשקה של דלתא IV בגרסה הכבדה. משקל ההשקה הוא כ -733 טון.
בסופו של דבר, באמצע שנות האלפיים, דלתא IV נפלה סופית מהקטע המסחרי של שיגורי חלל - והיא מעולם לא הצליחה לחזור לשם עד היום, כאשר החבר'ה מהחנות הפרטית SpaceX, שרקטת הפלקון שלה, החלו. לדרוך על עקביו.9 התקרבה גם לנישת השוק של "דלתא IV", והשינוי של אותה רקטה, בשם Falcon 9 Heavy, שתוכנן לשיגור בשנת 2015, אף עלה עליה.
בתחילת הפלקון 9 כבד, 27 מנועי מרלין עם דחף של 66 טון כל אחד, המונעים על ידי נפט וחמצן, יופעלו בבת אחת.
פרי מוחו של אלון מאסק צריך להביא את תוכנית החלל ה"פרטית "של SpaceX לגובה שלא ניתן היה להשיג בעבר: לגרסה חד פעמית של רכב השיגור, מסת המטען הנישא ל- LEO תהיה עד 53 טון, ב- GPO - 21, 2 טון ובמסלול למאדים - 13, 2 טון. עם החזרת מגברי הצד והיחידה המרכזית, כושר הנשיאה לא יעלה על 32 טון לכל LEO - עבור השימוש החוזר של רכב השיגור עליך לשלם עם צריכת דלק נוספת וכתוצאה מכך ירידה במטען.
בין החידושים הטכניים במהלך פיתוח ה- Falcon 9 Heavy, היזם הכריז על אפשרות ייחודית של הצפת דלק וחמצון במהלך הטיסה מהמגברים הצדדיים לשלב הראשון של רכב השיגור, שיאפשר להחזיק במיכלי דלק מלאים במרכז סעיף בזמן הפרדת מגביר הצד ולשפר את ביצועי המטען המונח במסלול. …
הרכבה של גוף השלבים הראשונים של רקטות Falcon 9. כעת כבר מותקנים 8 מנועים במעגל, כאשר אחד מהם מרכזי. בצפוף אבל לא כועס.
"המסלול למאדים" המוזכר בפסקה האחרונה אינו הפשטה. עם מסת השקעה של 1,462 טון, כפולה מהמסה של דלתא IV שובר השיאים כיום, הפלקון הכבד הוא כבר הצעד ההכרחי המאפשר לך לחשוב ברצינות על טיסות לירח ולמאדים. אם כי בתצורה דומה יותר לניסויים סובייטיים במכשיר מסדרת Probe מאשר לתוכנית השבתאי-אפולו האמריקאית הגדולה.
עם זאת, בעתיד, הדרך למעלה המושג "דלתא IV" ופלקון 9 עם מאיצי צד, שהם "שיבוטים" בשלביהם הראשונים, מתחילה להחליק כצפוי.
העניין הוא שאי אפשר להכפיל את "דפנות הצד" ההתחלתיות המאפשרות להגדיל את מסת תפוקת העומס ל- LEO עד אינסוף - עדיין יכולים להיות מוצמדים איכשהו שניים או ארבעה בלוקים צדיים למרכזי, אך אז המורכבות של הרכבה ושליטה במבנה רב -רכיבי כזה שרק גדל באופן אקספוננציאלי.
על זה, באופן כללי, "נרדמה" רקטת הירח N-1 של קורולב, שבה היו 30 מנועי רקטות מסוג NK-33 בשלב הראשון, מה שבצירוף התוכנית בת חמישה השלבים של הרקטה עצמה, לא מאפשרים לסיים עד הסוף את כל השאלות של ההשקה ללא בעיות.
התצורה הנוכחית של Falcon 9, המתחילה מיד עם 27 מנועים, כבר קרובה לגבול המורכבות ובהמשך, סביר להניח, החברה של אילון מאסק כבר תצטרך להגדיל את המסה והגודל של יחידת רקטות אחת, מה שמגדיל באופן מיידי את הדרישות לאורך כל שרשרת הייצור, התחבורה ושיגור הרקטות.
משפחת הטילים הרוסית המבטיחה "אנגרה" צפויה להתמודד עם בעיות דומות. הגודל היחסי הקטן של בלוק יחידה כבר מוביל לכך שרקטת Angara-A5 עם מסת התחלה של 733 טון צריכה מיד לשים ארבעה "צדדים" מגבירים (עם כושר נשיאה של 24.5 טון ל- LEO).
Angara-A5 לפני ההשקה ב -23 בדצמבר 2014. בתחילת הדרך פועלים חמישה מנועי RD-191, כל אחד מהם בעל דחף של 196 טון.
עלייה נוספת ביכולת הנשיאה של האנגרה נשענת על העובדה שלא צריך לחבר ארבע, אלא שש מגביר טילים לחלק הבסיס של השלב השני, שהוא, אולי, כבר סוג של גבול מבני והנדסי למערכות קנה מידה של קנה מידה., כגבול הקונספט של Falcon 9 הוא 27 מנועי Merlin-1D בשלושה אבני התחלה.
פרויקט Angara-A7 שהתקבל יוכל, על פי חישובים, עם משקל שיגור משלו של 1370 טון, להביא מטען של 50 טון ל- LEO (במקרה של שימוש בדלק מימן לשלב השני), מה שסביר להניח להיות קנה המידה המרבי של רעיון הרקטות. של משפחת אנגרה.
השוואה של "אנגרה A5" ומושגים של "אנגרה A7" - עם נפט ודלק מימן. יחד עם זאת, יש את התשובה - מדוע "דלתא IV" גדולה, והפלקון 9 - קטנה.
באופן כללי, מה שאפשר לומר, מושגים המבוססים על בלוק רקטות של 200 או אפילו 400 טון - זה עדיין מסתבר שמגבלת הקארצ'ון המבנית וההנדסית של טילים "מנות" כאלה מגיעים למשקל שיגור באזור 1300- 1500 טון, התואם את המסה שנמשכה 45-55 טון לכל LEO.
אבל אז כבר יש צורך להגדיל הן את הדחף של מנוע בודד והן את גודל שלב הטילים או המאיץ.
וזו בדיוק הדרך שפרויקט ה- SLS צועד היום.
ראשית, בהתחשב בחוויה השלילית של "דלתא IV", מפתחי SLS ניסו להפיק את המרב מהעבר.נעשה שימוש בכולם וכולם: מגברי הרקטות של מעבורת החלל, שחוזקו לצורך יצירת רקטה כבדה, ומנועי RS-25 המימן-חמצן הישן של המעבורת עצמה, שהותקנו בשלב השני, ו…. (תומכי התיאוריה של "קונספיריית הירח"-תתכוננו!) מנועי חמצן מימן-חמצן שנשכחו מזמן, שמקורם במנועי השלב השני והשלישי של טיל הירח "שבתאי V" ואשר מוצעים לשמש בשלבים העליונים המוקרנים SLS!
יתר על כן, התוכניות ארוכות הטווח לשיפור מאיצי SLS מרמזות על שני פרויקטים מתחרים באמצעות מנועי טילים מונעים במקום דחפים מוצקים: הפרויקט של חברת Aerojet, שהציגה את מנוע הנפט-חמצן המפותח שלה של AJ1E6 במחזור סגור לעתיד. מנשא "כבד", שמקורו בטילים NK-33 רויאל H-1- ופרויקט של פראט וויטני רוקטדין, שמציעים … (ושוב, הפתעה, משוגעים!) לשחזר בארה"ב את הייצור של F -1 מנועים, שהרימו בעת ובעונה אחת את רקטת שבתאי V המפורסמת מכדור הארץ.
אולי החיים יחזרו לספסלי הבדיקה האלה. בדיקת השלב הראשון של "שבתאי V" - "שבתאי 1C" LV באוגוסט 1968 בספסל המבחנים הקיקלופי V -2. שימו לב כי המדרגה מועברת על דוברה.
משתתף בפיתוח מאיץ שיגור מבטיח בעתיד וייצרנית הנוכחית של מאיצי הנעה מוצקים הנמצאים בהרכבה הראשונית של רכב השיגור SLS, בלוק I - ATK (Alliant Techsystems), שהציעה להגדיל עוד יותר את מגבר המעבורת החלל הקיים על ידי הגדלת אורכו וקוטרו … הפרויקט של מאיץ מבטיח מ- ATK נקרא "האביר האפל".
ובכן, כמו הדובדבן שבקצפת - אחת התצורות העתידיות של מערכת SLS, בלוק איב, כרוכה בשימוש ביחידת מימן -חמצן כשלב השלישי, שאולה מ … רקטת דלתא IV!
זהו, אתם יודעים, "לגו גיהנום", שבו ניס"א ניסתה להעריך, לשלב ולהשתמש בכל ההתפתחויות הקיימות בתחום הרקטות הכבדות.
מהי משפחת התקשורת SLS? אחרי הכל, כפי שאנו כבר זוכרים מהדוגמה של "דלתא IV", "האנגרים" ופלקון 9 - המידות הכוללות עלולות להטעות.
אז הנה תרשים פשוט כדי להבין למה הכוונה:
בצד השמאלי של התרשים נמצאים רכבי השיגור הכבדים שעדיין היו בארצות הברית. שבתאי V הירח, שיכול להביא מטען של 118 טון ל- LEO, ומעבורת החלל, שנראתה כאילו הכניסה את המעבורת הניתנת לשימוש חוזר למסלול במשקל של 120 עד 130 טון, אך במקביל יכולה לספק איתה רק מטען צנוע מאוד - 24 טון מטען בלבד.
קונספט ה- SLS יושם בשתי גרסאות עיקריות: מאוישות (צוות) ובלתי מאוישות (מטען).
בנוסף, אי זמינותם של שלושה פרויקטים מבטיחים להגברת רקטות מ- Aerojet, Rocketdine ו- ATK מאלצת את נאס"א להשתמש באותם "חלקי רקטות לגו" הקיימים - כלומר אותם מאיצי מעבורת חלל משופרים מאוד בחמישה חלקים.
"נושאת-ersץ" מעבר שנבנתה בצורה כזו (נקראת רשמית SLS Block I), עם זאת, על פי כל החישובים, כבר תהיה בעלת כושר נשיאה רציני בהרבה מאשר "Delta IV" ההפעלה או Falcon 9 Heavy, שהיא מוכן להשקה. רכב השיגור של בלוק SLS מסוגל להרים מטען של 70 טון ל- LEO.
בהשוואה לקונספט ה- SLS, מוצגות ההתפתחויות המופסקות של נאס"א במסגרת תוכנית הכוכבים - רכב השיגור ארס (מאדים), שטרם נוצר עד הסוף, שביצע טיסת ניסוי אחת בלבד בשנת 2009, בעיצוב ארס 1X, שהורכב מאותו מאיץ מעבורת החלל שהשתנה בארבעה חלקים, שאליו חוברו קטע חמישי וטעינת אב טיפוס של השלב השני.מטרת טיסת הניסוי ההיא הייתה לבדוק את פעולתו של השלב הראשון של ההנעה המוצקה בהסדר "מקש יחיד" ("יומן"), אולם משהו כנראה קרה במהלך הבדיקות, כאשר השלב הראשון והשני הופרדו, קפיצת מדרגה לא מורשית של השלב הראשון התרחשה, שנגרמה ככל הנראה משריפה של שברי דלק שנקרעו על ידי הטלטלה בו. מאיץ ההנעה המוצק בסופו של דבר הדביק את פריסת השלב השני ונגח אותו.
לאחר מכן, ניסיון לא מוצלח למדי להרכיב "לגו חדשה" מחלקים ישנים הופחת בנאס"א, פרויקט ארס וקבוצת הכוכבים עצמה הונחו על מדף המושגים הלא מוצלחים, ומהעבודות המפותחות במסגרת קבוצת הכוכבים., נותרה רק חללית מאוישת מוצלחת למדי במסלול. "אוריון", שנבנתה על פי התוכנית של קפסולת ההחזרה הרגילה לספינות חד פעמיות, אשר סוף סוף שמה קץ לרחפן הניתן לשימוש חוזר של מעבורת החלל.
חללית אוריון לפני שיגורה הראשון על רקטת דלתא IV. דצמבר 2014.
קוטר החללית אוריון הוא 5.3 מטר, משקל החללית כ -25 טון. הנפח הפנימי של אוריון יהיה גדול פי 2.5 מהנפח הפנימי של חללית אפולו. נפח תא הספינה הוא כ -9 מ ק. בשל מסה כה מרשימה לחללית מסלולית ונפח פנימי חופשי, אוריון במהלך משימות קרקעיות בכדור הארץ במסלולים נמוכים (למשל במשלחת ל- ISS) יכול לתמוך ב -6 קוסמונאוטים.
עם זאת, כפי שכבר הוזכר בתחילת הדרך, המשימה העיקרית של אוריון וצריכה להכניס אותה למסלולים מעבר למערכת השיגור הנמוכה SLS היא החזרת ארצות הברית למשימות השליטה במרחב הקרוב לכדור הארץ, ובראש ובראשונה, הירח ומאדים.
על הטיסה לירח ואולי גם למאדים מחושבים המאמצים העיקריים של ארצות הברית ורוסיה בשיפור ספינות החלל והשיגור של כלי רכב.
כאן, באופן עקרוני, בצורה טבלאית נוחה, נותח ההבדל בין ה"אוריון "האמריקאי למערכת ה- PPTS הרוסית.
בשביל השם PPKS PPTS, כמובן, אתה צריך לנצח מישהו מיד, אבל טוב. ובכלל, למרבה הצער, הכל קשה מאוד עם פרויקט PPTS עד כה.
לכן, לגבי PPTS, יש לנו רק תמונות מצחיקות מהתערוכה עד כה. אבל במציאות, עד כה זה נעשה כדי להעליב מעט …
יש רק מודל - בין העבר לעתיד. יש רק דגם - ותחזיקו אותו …
בנוסף לבעיות מימון, אי הבנה של הרעיון ושלל נושאי עיצוב והנדסה, עתידו של ה- PTS אינו בטוח ובשל היעדר רכב שיגור הולם לחלק ממשימותיו המתוכננות. כפי שאמרתי, לרוסיה יש רק "Angara-A5" במתכת, שיכולה להביא לא יותר מ -24.5 טון ל- LEO, וזה מספיק מספיק למשימות קרקע-אדמה, אבל בהחלט לא מספיק להתקפה נוספת על הירח. או מאדים.
בנוסף, תפיסת ה- PPTS התבססה על יצירת אלטרנטיבה לטיל ה"אנגרה "של משפחת" רוס-מ ", שגם עליה הופסקה עד כה.
פרויקטים של טילים ממשפחת "רוס" בהשוואה למשפחות "סויוז" ו"אנגרה "בלבד.
המטרה העיקרית של משפחת הטילים רוס הייתה לספק טיסות מאוישות, שבגללן הטיל, למעט דברים אחרים, יש מטען נמוך יותר ב- LEO מאשר טילי אנגרה. זאת בשל העובדה כי במהלך טיסות מאוישות, אחת הדרישות היא יכולתו של רכב השיגור לעזוב את השיגור גם אם אחד המנועים נכשל והדרישה להבטיח את המשך הטיסה במקרה של תקלה לאחר מכן. של אחד המנועים - עם המשך שיגור החללית למסלול מונמך או מתן הצלה ונחיתה בטוחה.
דרישות אלה, כולל מסלול שיגור מיוחד, שאמור לספק עומס על הצוות של לא יותר מ -12 גרם לכל מקרה חירום ונוכחות מערכת חילוץ חירום (SAS), מובילות להפחתה משמעותית ביכולת הנשיאה של " רוס "בגרסה המאוישת.
בנוסף, קוטר העיצוב של בלוק הבסיס "רוס" של 3, 8 מטרים נבחר על בסיס המסורתי של ברית המועצות ורוסיה הובלת חלקים מכלי שיגור באמצעות רכבת.
בארצות הברית, בכוונה, החל מתוכנית שבתאי-אפולו, נעשו השלבים הראשונים של רכבי השיגור על בסיס הגודל המתאים, תוך התחשבות באפשרות הובלתם באמצעות מים (חוף-ים ונהר), דבר אשר מאוד פישט את הדרישות למידות של יחידת רקטות נפרדת …
הובלת השלב הראשון של שבתאי V LV על דוברת נהר הפנינה.
כיום העבודה על SLS ואוריון, גם לאחר קריסת קבוצת הכוכבים, בעיצומה.
עם השלמת בלוק SLS I, שיתבסס כמעט במלואו על העומס הקיים במעבורת החלל, מתכננת נאס א לעבור לשלב הבא והשאפתני הרבה יותר - בלוק SLS II, עם עצירות ביניים בדמות SLS בלוק Ia SLS Block Ib.
אפשרות בניית LEGO אם מגביר הטילים מוכן מוקדם יותר. בלוק I, בלוק Ia ולאחר מכן בלוק II.
אפשרות בניית LEGO אם השלב השלישי שהשתנה מוכן מוקדם יותר. בלוק I, בלוק Ib ולאחר מכן בלוק II.
רכב השיגור SLS Block Ia אמור כבר לקבל את אחד ממגברי השיגור הטילים המבטיחים: או מ- Aerojet על מחזור סגור AJ1E6 נפט חמצן, או מ Rocketdyne במחזור פתוח F-1 שונה משבתאי V, או אותו דבר על החדש דלק מוצק "אביר שחור" מבית ATK.
כל אחת מהאפשרויות הללו תוכל לספק למבנה Block Ia כושר נשיאה באזור LEO של 105 טון, שכבר ניתן להשוות ליכולת הנשיאה של סטורן V ומעבורת החלל (אם נספור אותו יחד עם המעבורת).
אותן משימות ייפתרו על ידי יצירת מערכת בקנה מידה גדול ומותאם לגודל כל מערכת השיגור של השלב הקריוגני השלישי, שתוכל להשלים את מערכת בלוק I הדו-שלבית (מאיצי שיגור והבמה המרכזית על מנועי מעבורת החלל) עם שלב שלישי, אשר עבור הגרסה של Block Ia יהיה כמו שכבר הזכרתי, הושאל מטיל דלתא IV וגם יספק ל- SLS תפוקה של עד 105 טון מטען ל- LEO.
לבסוף, מערכת ה- Block II הסופית אמורה כבר להיות בעלת שלב שלישי SLS בגודל מלא, המהונדס, שישתמש, כמו השלב השני של סטורן V, ב -5 מנועי J-2X מתקדמים ויספק 130 טון מטען ל- LEO.
אבל גם למרות כל הטריקים האלה, "לגו חלל" כזה יעלה כ -500 מיליון דולר לשיגור, וזה כמובן פחות מעלות ההשקה של מעבורת החלל (1.3 מיליארד דולר), אבל עדיין - מספיק רגיש לתקציב נאס"א.
אילו משימות צריכה SLS לפתור, ומדוע נאס א אינה מביאה בחשבון את האפשרות Falcon 9 Heavy, שאמורה לספק עלות של 135 מיליון דולר עבור מערכת העברת דלק חד פעמית ועבור 53 טון מטען עבור LEO?
העניין הוא שנאס א אכן כיוונה את הירח, מאדים ואפילו אסטרואידים ולוויינים של צדק! ומתגלה שהפלקון 9 כבד היא רקטה קטנה מדי למשימות כאלה …
רקטה גרעינית למאדים!
אבל זה כמובן נושא למאמר נפרד טוב….
נ.ב. אחרי שקראתי שוב את המאמר שלי, אני מדווח.
אם אני מבקר גישות רוסיות מודרניות לחקר החלל ואשבח את האמריקאים, אז יש לכך סיבות טובות.
בשנת 2010, מצבה של תוכנית חקר החלל האמריקאית היה מצער: תוכנית מעבורת החלל כבר הייתה אמורה להיסגר, שיגורי ארס הראו את חוסר העקביות המלא של רעיונות קבוצת הכוכבים, כל העיתונים והמגזינים האמריקאים כתבו על "עבדות החלל הרוסית". עבור ארצות הברית.
אבל במהלך 5 השנים האחרונות תעשיית החלל האמריקאית התאגדה מחדש, קיבלה את המימון הדרוש - ולמדה לחיות בתנאים חדשים וקשים יותר.
האם הקוסמונאוטיקה הרוסית תוכל להתפאר בכך בעוד 5 שנים - במיוחד על רקע העובדה שהשנה מביאה לנו חדשות אומללות על סגירת תוכניות Rus -M ו- PPTS LV, דחיית השקת קוסמודרום ווסטוצ'ני וההפחתה הכוללת של מימון רוסקוסמוס?
חכה ותראה. אני מחזיק את אצבעותינו עם צלב.
