Rus uzay

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Teknolojilerin her zaman, basitten karmaşığa, taş bıçaktan çeliğe ve ancak o zaman programlanmış bir freze makinesine yavaş yavaş geliştiğine inanılır. Ancak uzay roketçiliğinin kaderinin o kadar basit olmadığı ortaya çıktı. Uzun süredir basit, güvenilir tek aşamalı füzelerin yaratılması tasarımcılar için erişilemez kaldı.

Ne malzeme bilimcilerin ne de motor mühendislerinin sunamayacağı çözümler gerekliydi. Şimdiye kadar fırlatma araçları çok aşamalı ve tek kullanımlık olarak kaldı: inanılmaz derecede karmaşık ve pahalı bir sistem birkaç dakika kullanıldı ve sonra atıldı.

“Her uçuştan önce yeni bir uçak yapacağınızı düşünün: Gövdeyi kanatlara bağlar, elektrik kablolarını döşer, motorları kurar ve indikten sonra onu bir hurdalığa gönderirsiniz… O kadar uzağa uçamazsınız.”Devlet Füze Merkezi'nin geliştiricileri bize söyledi. Makeeva. “Ama yörüngeye her kargo gönderdiğimizde tam olarak bunu yapıyoruz. Tabii ki, ideal olarak herkes, montaj gerektirmeyen, ancak kozmodroma ulaşan, yakıt ikmali yapan ve başlatılan güvenilir, tek aşamalı bir "makineye" sahip olmak ister. Ve sonra geri gelir ve tekrar başlar - ve tekrar "…

yarı yolda

Genel olarak, roketçilik, en eski projelerden bir aşama ile geçmeye çalıştı. Tsiolkovsky'nin ilk eskizlerinde, sadece bu tür yapılar ortaya çıkıyor. Bu fikirden ancak daha sonra vazgeçti ve yirminci yüzyılın başlarındaki teknolojilerin bu basit ve zarif çözümü gerçekleştirmeye izin vermediğini fark etti. Tek kademeli taşıyıcılara ilgi 1960'larda yeniden ortaya çıktı ve bu tür projeler okyanusun her iki tarafında yürütülüyordu. 1970'lere gelindiğinde, Amerika Birleşik Devletleri tek aşamalı roketler SASSTO, Phoenix ve astronotları aya ulaştıran Saturn V fırlatma aracının üçüncü aşaması olan S-IVB'ye dayalı çeşitli çözümler üzerinde çalışıyordu.

CORONA robotik hale gelmeli ve kontrol sistemi için akıllı yazılım almalıdır. Yazılım doğrudan uçuşta güncellenebilecek ve acil bir durumda otomatik olarak yedek kararlı sürüme "geri dönecek".

Mühendisler, "Böyle bir seçenek, taşıma kapasitesi açısından farklılık göstermez, motorlar bunun için yeterince iyi değildi, ancak yine de tek aşamalı, yörüngeye uçma kabiliyetine sahip olurdu," diye devam ediyor mühendisler. "Tabii ki, ekonomik olarak tamamen haksız olurdu." Onlarla çalışmak için kompozitler ve teknolojiler, yalnızca son yıllarda ortaya çıktı ve bu, taşıyıcıyı tek aşamalı ve ayrıca yeniden kullanılabilir hale getirmeyi mümkün kıldı. Böyle bir "bilim-yoğun" roketin maliyeti, geleneksel bir tasarımın maliyetinden daha yüksek olacaktır, ancak birçok fırlatmada "yayılacaktır", böylece fırlatma fiyatı normal seviyeden önemli ölçüde düşük olacaktır.

Bugün geliştiricilerin ana hedefi medyanın yeniden kullanılabilirliğidir. Uzay Mekiği ve Energia-Buran sistemleri kısmen yeniden kullanılabilirdi. İlk aşamanın tekrarlı kullanımı SpaceX Falcon 9 roketleri için test ediliyor. SpaceX şimdiden birkaç başarılı iniş yaptı ve Mart sonunda tekrar uzaya uçan aşamalardan birini başlatmaya çalışacaklar. Makeev Tasarım Bürosu, “Bize göre, bu yaklaşım yalnızca gerçek bir yeniden kullanılabilir medya oluşturma fikrini gözden düşürebilir” diyor. "Hala her uçuştan sonra böyle bir roketi ayırmanız, bağlantıları ve yeni tek kullanımlık bileşenleri kurmanız gerekiyor … ve başladığımız yere geri döndük."

Amerikan şirketi Blue Origin'in New Shepard haricinde, tamamen yeniden kullanılabilir medya hala yalnızca proje biçimindedir. Şimdiye kadar, insanlı bir kapsüle sahip roket, yalnızca uzay turistlerinin yörünge altı uçuşları için tasarlandı, ancak bu durumda bulunan çözümlerin çoğu, daha ciddi bir yörünge taşıyıcısı için kolayca ölçeklenebilir. Şirket temsilcileri, güçlü motorlar BE-3 ve BE-4'ün halihazırda geliştirilmekte olduğu böyle bir seçenek yaratma planlarını gizlemiyor. Blue Origin, "Her yörünge altı uçuşla yörüngeye yaklaşıyoruz" dedi. Ancak gelecek vaat eden taşıyıcıları New Glenn de tamamen yeniden kullanılamayacak: yalnızca önceden test edilmiş New Shepard tasarımı temelinde oluşturulan ilk blok yeniden kullanılmalıdır.

Malzeme direnci

Tamamen yeniden kullanılabilir ve tek kademeli roketler için gerekli olan CFRP malzemeleri, 1990'lardan beri havacılık teknolojisinde kullanılmaktadır. Aynı yıllarda, McDonnell Douglas'taki mühendisler, Delta Clipper (DC-X) projesini hızla uygulamaya başladılar ve bugün, hazır ve uçan bir karbon fiber taşıyıcıyla övünebilirler. Ne yazık ki Lockheed Martin'in baskısı altında DC-X üzerindeki çalışmalar durduruldu, teknolojiler NASA'ya aktarıldı ve burada başarısız VentureStar projesi için onları kullanmaya çalıştılar, ardından bu konuyla ilgilenen birçok mühendis Blue Origin'de çalışmaya başladı, ve şirketin kendisi Boeing tarafından devralındı.

Aynı 1990'larda, Rus SRC Makeev bu görevle ilgilenmeye başladı. O zamandan beri, KORONA projesi ("Uzay roketi, [uzay] araçlarının tek kademeli taşıyıcısı") gözle görülür bir evrim geçirdi ve ara versiyonlar, tasarım ve yerleşimin nasıl daha basit ve mükemmel hale geldiğini gösteriyor. Yavaş yavaş, geliştiriciler, kanatlar veya harici yakıt tankları gibi karmaşık unsurları terk ettiler ve ana gövde malzemesinin karbon fiber olması gerektiğini anladılar. Görünümle birlikte hem ağırlık hem de taşıma kapasitesi değişti. Geliştiricilerden biri, “En iyi modern malzemeleri kullanarak bile, 60-70 tondan daha hafif tek aşamalı bir roket inşa etmek imkansız, ancak yükü çok küçük olacak” diyor. - Ancak başlangıç kütlesi büyüdükçe, yapı (belirli bir sınıra kadar) giderek daha küçük bir paya sahiptir ve onu kullanmak giderek daha karlı hale gelir. Bir yörünge roketi için bu optimum yaklaşık 160-170 tondur, bu ölçekten başlayarak kullanımı zaten haklı çıkarılabilir."

KORONA projesinin en son versiyonunda, fırlatma kütlesi daha da yüksek ve 300 tona yaklaşıyor. Böylesine büyük tek kademeli roket, hidrojen ve oksijenle çalışan yüksek verimli sıvı itici jet motorunun kullanılmasını gerektiriyor. Ayrı aşamalardaki motorlardan farklı olarak, böyle bir sıvı yakıtlı roket motoru, atmosfer dışında kalkış ve uçuş dahil olmak üzere çok farklı koşullarda ve farklı irtifalarda çalışabilmelidir. Makeyevka tasarımcıları, "Laval nozullu geleneksel bir sıvı yakıtlı motor yalnızca belirli irtifa aralıklarında etkilidir," diye açıklıyor, "bu nedenle bir kama hava roket motoru kullanma ihtiyacına geldik." Bu tür motorlardaki gaz jeti, otomatik olarak "denize düşen" basınca göre ayarlanır ve hem yüzeyde hem de stratosferin yükseklerinde verimli kalırlar.

Yük konteyneri

Şu ana kadar dünyada bu tip çalışan bir motor yok, hem ülkemizde hem de ABD'de ele alınmış ve yapılıyor olsa da. 1960'larda Rocketdyne mühendisleri bu tür motorları bir stand üzerinde test ettiler, ancak füzelere kuruluma gelmediler. CROWN, kama-hava memesinin henüz bir prototipi olmayan ve test edilmemiş tek unsur olduğu modüler bir versiyonla donatılmalıdır. Rusya'da kompozit parçaların üretimi için tüm teknolojiler de var - örneğin, Tüm Rusya Havacılık Malzemeleri Enstitüsü'nde (VIAM) ve JSC Kompozit'te geliştirildi ve başarıyla kullanıldı.

Dikey uyum

Atmosferde uçarken, KORONA karbon fiber yük taşıyıcı yapı, VIAM tarafından Buranlar için geliştirilen ve o zamandan beri gözle görülür şekilde iyileştirilen ısıdan koruyucu karolarla kaplanacak. Tasarımcılar, “Roketimizdeki ana ısı yükü, yüksek sıcaklıkta termal koruma elemanlarının kullanıldığı“burnunda” yoğunlaşıyor - açıklıyor. - Bu durumda, roketin genişleyen kenarları daha büyük bir çapa sahiptir ve hava akışına dar bir açıdadır. Üzerlerindeki termal yük daha azdır, bu da daha hafif malzemelerin kullanılmasına izin verir. Sonuç olarak, 1,5 tondan fazla tasarruf sağladık. Yüksek sıcaklık parçasının kütlesi, termal korumanın toplam kütlesinin %6'sını geçmez. Karşılaştırma için, Shuttle'larda %20'den fazlasını oluşturuyor."

Medyanın zarif, sivriltilmiş tasarımı, sayısız deneme yanılmanın sonucudur. Geliştiricilere göre, olası bir yeniden kullanılabilir tek aşamalı taşıyıcının yalnızca temel özelliklerini alırsanız, bunların yaklaşık 16.000 kombinasyonunu göz önünde bulundurmanız gerekecektir. Yüzlerce tanesi proje üzerinde çalışırken tasarımcılar tarafından beğenildi. “Buran veya Uzay Mekiği'ndeki gibi kanatları terk etmeye karar verdik” diyorlar. - Genel olarak, üst atmosferde, sadece uzay aracına müdahale ederler. Bu tür gemiler atmosfere bir "demirden" daha iyi olmayan hipersonik hızda girerler ve sadece süpersonik hızda yatay uçuşa geçerler ve kanatların aerodinamiğine uygun şekilde güvenebilirler.

Asimetrik koni şekli yalnızca daha kolay termal koruma sağlamakla kalmaz, aynı zamanda çok yüksek hızlarda sürerken iyi aerodinamiğe sahiptir. Zaten atmosferin üst katmanlarında, roket sadece burada fren yapmasına değil aynı zamanda manevra yapmasına da izin veren bir asansör alır. Bu da, yüksek irtifada gerekli manevraları yapmayı, iniş alanına yönelmeyi ve gelecekteki uçuşta, zayıf şönt kullanarak sadece frenlemeyi tamamlamak, rotayı düzeltmek ve kıç aşağı dönmek gerekli olacaktır. motorlar.

Hem Falcon 9'u hem de New Shepard'ı hatırlayın: Bugün dikey inişte imkansız ve hatta olağandışı hiçbir şey yoktur. Aynı zamanda, pistin inşası ve işletilmesi sırasında önemli ölçüde daha az kuvvetle geçmeyi mümkün kılar - aynı Shuttles ve Buran'ın indiği pistin, aracı frenlemek için birkaç kilometre uzunluğunda olması gerekiyordu. saatte yüzlerce kilometrelik bir hız. Projenin yazarlarından biri, "Prensip olarak CROWN, bir açık deniz platformundan kalkabilir ve üzerine inebilir" diye ekliyor, "nihai iniş doğruluğu yaklaşık 10 m olacak, roket geri çekilebilir pnömatik amortisörlere indirilecek. Geriye kalan tek şey teşhis yapmak, yakıt ikmali yapmak, yeni bir yük yerleştirmek - ve tekrar uçmaya başlayabilirsiniz.

KORONA, finansman yokluğunda hala uygulanıyor, bu nedenle Makeev Tasarım Bürosu geliştiricileri, taslak tasarımın yalnızca son aşamalarına ulaşmayı başardı. “Bu aşamayı neredeyse tamamen ve tamamen bağımsız olarak, dışarıdan destek almadan geçtik. Yapılabilecek her şeyi zaten yaptık, - diyor tasarımcılar. - Neyin, nerede ve ne zaman üretilmesi gerektiğini biliyoruz. Şimdi temel birimlerin pratik tasarımına, üretimine ve geliştirilmesine geçmemiz gerekiyor ve bu para gerektiriyor, bu yüzden şimdi her şey onlara bağlı."

Rötar

CFRP roketi yalnızca büyük ölçekli bir fırlatma bekliyor; gerekli desteği aldıktan sonra, tasarımcılar altı yıl içinde ve yedi ila sekiz yıl içinde uçuş testlerine başlamaya hazır - ilk füzelerin deneysel çalışmasına başlamak için. Bunun 2 milyar dolardan daha azını gerektirdiğini tahmin ediyorlar - roket bilimi standartlarına göre çok fazla değil. Aynı zamanda, ticari fırlatma sayısı mevcut seviyede kalırsa, roketi yedi yıl kullandıktan sonra, hatta öngörülen oranlarda büyürse 1,5 yıl içinde bir yatırım getirisi beklenebilir.

Ayrıca, roket üzerinde manevra motorlarının, buluşma ve yerleştirme cihazlarının varlığı, karmaşık çoklu fırlatma fırlatma planlarına güvenmeyi mümkün kılar. Yakıtı inişe değil, yükü ekleyerek 11 tondan fazla bir kütleye getirebilirsiniz. Ardından CROWN, tanklarını dönüş için gerekli olan ek yakıtla dolduracak olan ikinci "tanker" ile yanaşacak. Ancak yine de çok daha önemli olan yeniden kullanılabilirlik, ilk kez bizi her lansmandan önce medyayı toplama ve her lansmandan sonra kaybetme ihtiyacımızdan kurtaracak. Sadece böyle bir yaklaşım, Dünya ile yörünge arasında istikrarlı bir iki yönlü trafik akışının yaratılmasını ve aynı zamanda Dünya'ya yakın alanın gerçek, aktif, büyük ölçekli bir sömürüsünün başlangıcını sağlayabilir.

Bu arada, CROWN arafta kalır, New Shepard üzerinde çalışmalar devam eder. Benzer bir Japon projesi RVT de geliştirilmektedir. Rus geliştiriciler, atılım için yeterli desteğe sahip olmayabilir. Eğer harcayacak birkaç milyarınız varsa, bu dünyanın en büyük ve en lüks yatından bile çok daha iyi bir yatırımdır.