Бул технологиялар акырындык менен өнүгөт деп ишенишет, жөнөкөйдөн татаалга чейин, таш бычактан болотко чейин - андан кийин гана программаланган фрезер станогуна чейин. Бирок, космостук ракетанын тагдыры анча оңой эмес болуп чыкты. Жөнөкөй, ишенимдүү бир баскычтуу ракеталарды түзүү узак убакыт бою дизайнерлер үчүн жеткиликсиз бойдон калды. Материал илимпоздору да, мотор инженерлери да сунуштай албаган чечимдер талап кылынган. Ушул убакка чейин старттык унаалар көп баскычтуу жана бир жолку бойдон калууда: укмуштуудай татаал жана кымбат система бир нече мүнөттө колдонулат, андан кийин ыргытылат
"Элестетип көрүңүз, ар бир учуунун алдында сиз жаңы учак чогултмаксыз: фюзеляжды канаттарга туташтырып, электр кабелдерин салып, моторлорду орнотуп, жерге түшкөндөн кийин таштанды полигонуна жөнөтмөк элеңиз … Сиз алыска учпайсыз. деп », - деди Мамлекеттик ракета борборунун иштеп чыгуучулары. Макеева. «Бирок биз так орбитага жүк жөнөткөн сайын ушундай кылабыз. Албетте, идеалдуу түрдө бардыгы монтажды талап кылбаган, бирок космодромго келип, май куюп, учурулган ишенимдүү бир баскычтуу "машинанын" болушун каалашат. Анан кайра кайтып келип, кайра башталат "…
Жарым жолдо
Жалпысынан алганда, ракета алгачкы долбоорлордон бир этап менен өтүүгө аракет кылган. Циолковскийдин алгачкы эскиздеринде дал ушундай структуралар пайда болот. Ал ХХ кылымдын башындагы технологиялар бул жөнөкөй жана жарашыктуу чечимди ишке ашырууга мүмкүндүк бербегенин түшүнүп, кийинчерээк бул идеядан баш тартты. Бир баскычтуу ташуучуларга кызыгуу 1960-жылдары кайра пайда болгон жана мындай долбоорлор океандын эки тарабында иштелип чыккан. 1970-жылдарга чейин Америка Кошмо Штаттары космонавттарды Айга жеткирген Сатурн V ракетасынын үчүнчү баскычы S-IVBдин бир баскычтуу SASSTO, Phoenix жана бир нече чечимдери боюнча иштеп жаткан.
"Мындай вариант жүк көтөрүмдүүлүгүндө айырмаланбайт, моторлор бул үчүн жетиштүү эмес болчу, бирок ошентсе да орбитага учууга жөндөмдүү бир этап болмок", - деп улантышат инженерлер. "Албетте, экономикалык жактан таптакыр негизсиз болмок." Композиттер жана алар менен иштөө технологиялары акыркы ондогон жылдарда гана пайда болгон, бул ташуучуну бир баскычтуу кылууга, андан тышкары кайра колдонууга мүмкүндүк берет. Мындай "илим сыйымдуу" ракетанын баасы кадимки конструкцияга караганда кымбатыраак болот, бирок ал көптөгөн учурууларга "жайылат", ошон үчүн учуруу баасы кадимки деңгээлден бир топ төмөн болот.
Бул бүгүнкү күндө иштеп чыгуучулардын негизги максаты болгон медианы кайра колдонуу. Space Shuttle жана Energia-Buran системалары жарым-жартылай кайра колдонууга жарактуу болгон. Биринчи баскычты кайталап колдонуу SpaceX Falcon 9 ракеталары үчүн сыноодон өткөрүлүүдө. SpaceX буга чейин бир нече ийгиликтүү конгон жана март айынын аягында алар кайрадан космоско учкан этаптардын бирин учурууга аракет кылышат. "Биздин оюбузча, бул ыкма реалдуу көп жолу колдонулуучу маалымат каражаттарын түзүү идеясын жаманатты кыла алат", - деп белгилейт Макеев Дизайн Бюросу. "Сиз дагы эле ар бир учуудан кийин мындай ракетаны иретке келтиришиңиз керек, байланыштарды жана жаңы колдонулуучу компоненттерди орнотушуңуз керек … жана биз башталган жерге кайтып келдик."
Толук колдонулуучу медиа дагы эле долбоор түрүндө - америкалык Blue Origin компаниясынын Жаңы Шепардынан башка. Азырынча башкарылуучу капсуласы бар ракета космостук туристтердин суборбиталдык учуулары үчүн гана иштелип чыккан, бирок бул учурда табылган чечимдердин көбү орбиталдык олуттуу ташуучу үчүн оңой эле масштабдалышы мүмкүн. Компаниянын өкүлдөрү мындай вариантты түзүү пландарын жашырышпайт, ал үчүн BE-3 жана BE-4 күчтүү кыймылдаткычтары иштелип чыгууда. "Ар бир суборбиталдык учууда биз орбитага жакындап келебиз" деп ишендирди Blue Origin. Бирок алардын келечектүү ташуучу New Glenn дагы толугу менен колдонулбайт: буга чейин сыналган New Shepard дизайнынын негизинде түзүлгөн биринчи блокту гана кайра колдонуу керек.
Материалдык каршылык
Толугу менен колдонулуучу жана бир баскычтуу ракеталар үчүн керектүү CFRP материалдары 1990-жылдардан бери аэрокосмостук технологияда колдонулуп келет. Ошол эле жылдары, McDonnell Douglas инженерлери тез эле Delta Clipper (DC-X) долбоорун ишке ашыра башташты жана бүгүн алар даяр жана учуучу көмүр буласы ташуучусу менен мактана алышты. Тилекке каршы, Локхид Мартиндин кысымы астында DC-X боюнча иштөө токтотулду, технологиялар НАСАга өткөрүлүп берилди, ал жерден ийгиликсиз VentureStar долбоору үчүн колдонууга аракет кылышты, андан кийин бул темага катышкан көптөгөн инженерлер Blue Originде иштөө үчүн, жана компаниянын өзүн Боинг ээлеп алган.
Ошол эле 1990 -жылдары орусиялык МКК Макеев бул ишке кызыккан. Ошондон бери KORONA долбоору ("Космостук ракета, [космостук] транспорт каражаттарынын бир баскычтуу алып жүрүүчүсү") байкаларлык эволюцияны башынан өткөрдү жана аралык версиялар дизайн менен макеттин барган сайын жөнөкөй жана кемчиликсиз болуп калганын көрсөтүүдө. Бара -бара, иштеп чыгуучулар татаал элементтерден баш тартышты - канаттар же тышкы күйүүчү май бактары - жана негизги дене материалы көмүр буласы болушу керек деген түшүнүккө келишти. Сырткы көрүнүшү менен бирге салмагы да, көтөрүмдүүлүгү да өзгөрдү. "Эң мыкты заманбап материалдарды колдонуп, салмагы 60-70 тоннадан ашпаган бир баскычтуу ракетаны куруу мүмкүн эмес, ошол эле учурда анын жүгү өтө аз болот",-дейт иштеп чыгуучулардын бири. - Бирок баштапкы масса өскөн сайын, структуранын (белгилүү бир чекке чейин) үлүшү азыраак болот жана аны колдонуу барган сайын кирешелүү болуп калат. Орбиталык ракета үчүн бул оптимум болжол менен 160-170 тоннаны түзөт, бул масштабдан баштап аны колдонуу негиздүү болот."
KORONA долбоорунун акыркы версиясында учуруу массасы андан да жогору жана 300 тоннага жакындайт.. Мындай чоң бир баскычтуу ракета суутек жана кычкылтек менен иштеген жогорку эффективдүү суюк кыймылдаткыч реактивдүү кыймылдаткычты колдонууну талап кылат. Айрым баскычтардагы кыймылдаткычтардан айырмаланып, мындай суюк кыймылдаткыч ракета кыймылдаткычы ар кандай шарттарда жана ар кандай бийиктикте иштей алышы керек, анын ичинде атмосферадан тышкары учуу жана учуу. "Laval насостору бар кадимки суюк кыймылдаткыч белгилүү бир бийиктик диапазондорунда гана эффективдүү болот",-деп түшүндүрүшөт Макеевка дизайнерлери, "ошондуктан биз клин-аба ракетасынын кыймылдаткычын колдонуу зарылчылыгына келдик." Мындай кыймылдаткычтардагы газ учагы "чектен ашкан" басымга жөнгө салынат жана алар стратосферанын үстүндө да, бийиктигинде да эффективдүүлүгүн сакташат.
Азырынча дүйнөдө мындай типтеги кыймылдаткыч жок, бирок алар биздин өлкөдө да, АКШда да болгон жана болуп жатат. 1960 -жылдары Rocketdyne инженерлери мындай кыймылдаткычтарды стендде сынашкан, бирок алар ракеталарга орнотууга келишкен эмес. CROWN модулдук версиясы менен жабдылууга тийиш, анда клин-аба шүмүгү азырынча прототипи жок жана сыноодон өтө элек. Россияда курама бөлүктөрдү өндүрүү үчүн бардык технологиялар бар - алар иштелип чыккан жана ийгиликтүү колдонулууда, мисалы, Бүткүл россиялык авиациялык материалдар институтунда (VIAM) жана "Композит" ААКсында.
Vertical fit
Атмосферада учуп баратканда, CORONAнын көмүртек була менен бекемделген пластикалык структурасы VIAM тарабынан Бурандар үчүн иштелип чыккан жылуулуктан коргоочу плиткалар менен капталат жана ошондон бери кыйла жакшырды."Биздин ракетанын негизги жылуулук жүгү анын" мурдуна "топтолгон, анда жогорку температуралуу термикалык коргоочу элементтер колдонулат, - деп түшүндүрүшөт дизайнерлер. - Бул учурда ракетанын кеңейген капталдары чоңураак диаметри бар жана аба агымынын курч бурчунда. Аларга жылуулук жүктөмү азыраак, бул жеңил материалдарды колдонууга мүмкүндүк берет. Натыйжада биз 1,5 тоннадан ашык үнөмдөдүк. Жогорку температуралуу бөлүктүн массасы термикалык коргоонун жалпы массасынын 6% ашпайт. Салыштыруу үчүн, ал Шаттлдын 20% дан ашыгын түзөт."
ЖМКнын саркеч конструкциясы сансыз сыноолордун жана каталардын натыйжасы. Иштеп чыгуучулардын айтымында, эгер сиз кайра иштетилүүчү бир этаптуу ташуучунун негизги мүнөздөмөлөрүн гана алсаңыз, анда алардын 16000ге жакын комбинациясын карап чыгууга туура келет. Алардын жүздөгөндөрү долбоордун үстүндө иштеп жатканда дизайнерлер тарабынан бааланган. "Биз Буран же Космостук Шаттлдагыдай канаттан баш тартууну чечтик" дейт алар. - Жалпысынан алганда, атмосферанын үстүңкү катмарында алар космостук кемелерге гана тоскоол болушат. Мындай кемелер атмосферага гиперсоник ылдамдыкта "темирден" жакшыраак киришет, жана ылдамдыктан жогорку ылдамдыкта гана горизонталдык учууга өтүшөт жана канаттардын аэродинамикасына туура таянышат."
Оксимметриялык конустун формасы термикалык коргоону жеңилдетүүгө гана мүмкүндүк бербестен, өтө жогорку ылдамдыкта айдаганда жакшы аэродинамикага ээ. Атмосферанын үстүңкү катмарында ракета лифтти алат, бул бул жерде тормозго гана эмес, маневр кылууга да мүмкүнчүлүк берет. Бул, өз кезегинде, бийиктикте керектүү маневрлерди жасоого мүмкүндүк берет, конуучу жерге карай багыт алат, жана келечектеги учууда тормозду бүтүрүү, багытын оңдоо жана артка буруу, алсыз маневр кыймылдаткычтарын колдонуу менен гана калат.
Falcon 9ду да, Жаңы Шепардды дагы эстеп көрүңүз: бүгүнкү күндө вертикалдуу конууда мүмкүн эмес же адаттан тыш эч нерсе жок. Ошол эле учурда, учуу -конуу тилкесин куруу жана эксплуатациялоо учурунда бир кыйла аз күч менен өтүүгө мүмкүндүк берет - ошол эле Шаттл менен Буран конгон учуу -конуу тилкеси машинаны тормоздоо үчүн бир нече километрге созулушу керек болчу. ылдамдыгы саатына жүздөгөн километр. "CROWN, негизинен, жада калса оффшордук платформадан учуп, ага коно алат", - деп кошумчалайт долбоордун авторлорунун бири, "акыркы конуу тактыгы болжол менен 10 м болот, ракета түшүүчү пневматикалык амортизаторлорго түшүрүлөт.. " Диагностика жүргүзүү, май куюу, жаңы жүктү коюу гана калды - жана сиз дагы учуп кете аласыз.
KORONA каржылоо жок болгон учурда дагы эле ишке ашырылып жатат, ошондуктан Макеев Дизайн Бюросун иштеп чыгуучулар долбоордун акыркы стадияларына чейин жетише алышты. «Биз бул этапты дээрлик толугу менен жана толугу менен көз карандысыз, тышкы колдоосуз өттүк. Биз буга чейин колдон келгендин баарын жасадык, - дешет дизайнерлер. - Биз эмнени, кайда жана качан өндүрүш керек экенин билебиз. Эми биз практикалык долбоорлоого, негизги блокторду өндүрүүгө жана өнүктүрүүгө өтүшүбүз керек жана бул үчүн акча керек, ошондуктан азыр бардыгы аларга көз каранды ».
Кечигүү башталышы
CFRP ракетасы масштабдуу учурууну гана күтөт; керектүү колдоо алгандан кийин, дизайнерлер алты жылдын ичинде учуу сыноолорун баштоого даяр, ал эми жети -сегиз жылдан кийин - биринчи ракеталардын эксперименталдык ишин башташат. Алардын эсептөөсү боюнча, бул үчүн 2 миллиард доллардан азыраак каражат керек - бул ракета стандарттары боюнча анча деле көп эмес. Ошол эле учурда, эгерде коммерциялык учуруулардын саны азыркы деңгээлде, ал тургай 1,5 жылдын ичинде калса, ракетаны колдонгондон жети жыл өткөндөн кийин, инвестициялардын кайтарымын күтсө болот - эгерде ал болжолдонгон темпте өссө.
Мындан тышкары, ракетада маневр жасоочу кыймылдаткычтардын, жолугушуу жана конуу каражаттарынын болушу дагы комплекстүү көп учуруу схемаларына ишенүүгө мүмкүндүк берет. Отунду конуу үчүн эмес, пайдалуу жүктү бүтүрүү үчүн коротуп, аны 11 тоннадан ашык массага жеткирүүгө болот. Андан кийин CROWN экинчи "танкер" менен токтойт, ал өз танктарын кайтып келүү үчүн зарыл болгон кошумча күйүүчү май менен толтурат. Бирок, дагы деле маанилүүрөөк кайра колдонууга болот, бул бизди биринчи жолу ар бир учуруунун алдында массалык маалымат каражаттарын чогултуу зарылчылыгынан арылтат - жана ар бир учуруудан кийин жоготот. Мындай мамиле гана Жер менен орбитанын ортосунда туруктуу эки тараптуу трафиктин түзүлүшүн жана ошол эле учурда Жерге жакын мейкиндикти реалдуу, активдүү, кеңири пайдалануунун башталышын камсыздай алат.
Бул арада CROWN иштебей турат, New Shepard боюнча иштер уланууда. Ушуга окшош япониялык RVT долбоору да өнүгүүдө. Орус иштеп чыгуучуларынын жетишкендиктери жетишсиз болушу мүмкүн. Эгер сизде бир нече миллиард бар болсо, бул дүйнөдөгү эң чоң жана люкс яхтадан алда канча жакшы инвестиция.
