Crec que molts aficionats a l'astronautica que estan interessats activament en la història i l'estat actual de les coses en el camp de l'exploració i exploració espacial ja han reconegut el coet capturat a la foto del títol.
Aquest coet, o millor dit, el coet, és el coet de combustible sòlid més gran mai creat per la humanitat.
Bé, ara s’ha convertit en més.
Aquest és el reforç lateral del sistema del transbordador espacial, que ara s’ha fet encara més gran, ja que ha rebut, a més de les quatre seccions estàndard amb què es va llançar amb el transbordador espacial, una cinquena secció addicional, que li permetrà convertir-se en un coet. reforç del nou sistema de llançament espacial súper pesat de la NASA, anomenat SLS (Space Launch System).
Segons la idea de la NASA, aquest sistema hauria de retornar als Estats Units d'Amèrica la palma en tots els aspectes de l'exploració espacial, al mateix temps que donaria a tota la humanitat l'oportunitat de tornar a la frontera espacial, trencant finalment el cercle viciós de la Terra baixa orbita i torna a posar a l’ordre del dia la qüestió de l’exploració lunar i … fins i tot a Mart.
Què tan real i factible és aquest ambiciós programa? Intentem esbrinar-ho.
Mides comparatives de sistemes de llançament americans històrics, contemporanis i desenvolupats.
Pregunta de farciment: per què Delta IV és més gran que Falcon 9?
L’estat actual de la cosmonautica nord-americana després d’abandonar l’arena del sistema del transbordador espacial és bastant deplorable: el vehicle de llançament més pesat a disposició dels Estats Units pel que fa al seu estat actual és Delta IV Heavy, que pot posar una càrrega de 28 en mínims Orrbita terrestre (LEO), 4 tones.
La família Delta IV, malgrat la gran quantitat d’esforços de disseny, enginyeria i comercials de Boeing per crear i promocionar els seus descendents al mercat, va resultar estar “en el moment i el lloc equivocats”: en el context del baix cost de llançaments del coet rus Proton i per a l’Ucraïnès Zenit-3SL, el cost del llançament d’una càrrega útil amb el Delta IV va resultar ser força inabordable.
Un llançament únic de "Delta IV" va costar entre 140 i 170 milions de dòlars, mentre que el cost d'una càrrega útil similar Proton va ser d'aproximadament 100 milions de dòlars i el cost del llançament d'un "Delta IV" ucraïnès "Zenith-3SL" era fins i tot inferior: només 60 milions de dòlars.
Un cost tan elevat del llançament de Delta IV va obligar Boeing a demanar exclusivament ordres governamentals i, en conseqüència, tots els llançaments de Delta, excepte un, van ser pagats pel pressupost del Departament d'Estat dels Estats Units.
Llançament del vehicle de llançament Delta IV en la variant Heavy. El pes del llançament és d’unes 733 tones.
Al final, a mitjans de la dècada de 2000, Delta IV finalment va abandonar el segment comercial de llançaments espacials, i mai va poder tornar-hi fins al moment actual, quan van començar els nois de la botiga privada SpaceX, el coet Falcon del qual 9 també es va apropar al nínxol de mercat de "Delta IV" i la modificació del mateix coet, anomenat Falcon 9 Heavy, prevista per al llançament el 2015, fins i tot la va superar.
A l’inici del Falcon 9 Heavy, s’engegaran alhora 27 motors Merlin amb una empenta de 66 tones cadascun, alimentats amb querosè i oxigen.
Aquesta idea d'Elon Musk hauria de portar el programa espacial "privat" de SpaceX a una alçada inabastable: per a una versió única del vehicle de llançament, la massa de la càrrega transportada a LEO serà de fins a 53 tones, en GPO - 21, 2 tones i en una trajectòria cap a Mart - 13, 2 tones. Amb el retorn dels amplificadors laterals i de la unitat central, la capacitat de càrrega no superarà les 32 tones per LEO; per a la reutilització del vehicle de llançament, cal pagar amb un consum addicional de combustible i, com a conseqüència, una disminució de la càrrega útil.
Entre les innovacions tècniques durant el desenvolupament del Falcon 9 Heavy, el desenvolupador va declarar la possibilitat única de desbordar combustible i oxidant durant el vol des dels amplificadors laterals fins a la primera etapa del vehicle de llançament, cosa que permetrà tenir tancs de combustible plens a la central secció en el moment de la separació dels amplificadors laterals i millorar el rendiment de la càrrega útil col·locada en òrbita …
Muntatge dels casc de les primeres etapes dels coets Falcon 9. Ara ja hi ha 8 motors instal·lats en cercle, amb un de central. En plena gent però no boig.
La "trajectòria cap a Mart" esmentada a l'últim paràgraf no és una abstracció. Amb una massa de llançament de 1.462 tones, el doble de la massa actual del rècord Delta IV, el falcó pesat és ja el pas necessari que us permet pensar seriosament sobre els vols a la Lluna i Mart. Tot i que en una configuració més similar als experiments soviètics amb l’aparell de la sèrie Probe que al colossal programa americà Saturn-Apollo.
No obstant això, en el futur, la pujada al concepte de "Delta IV" i Falcon 9 amb reforços laterals, que són "clons" de les seves primeres etapes, comença a relliscar com s'esperava.
La cosa és que és impossible multiplicar les "parets laterals" inicials que us permeten augmentar la massa de la sortida de càrrega al LEO fins a l'infinit; encara es poden unir dos o quatre blocs laterals al central, però la complexitat de muntatge i control d’aquesta estructura multicomponent que només creix exponencialment.
En aquest sentit, en general, el coet lunar Korolev N-1 "es va quedar adormit", que tenia 30 motors de coet NK-33 a la primera etapa, cosa que, juntament amb l'esquema de cinc etapes del coet, sí no permet resoldre fins al final totes les qüestions del seu llançament sense problemes.
La configuració actual de Falcon 9, que comença immediatament amb 27 motors, ja s’acosta al límit de complexitat i, molt probablement, la companyia d’Elon Musk ja haurà d’augmentar la massa i la mida d’una única unitat de coets, cosa que augmenta immediatament els requisits al llarg de tota la cadena de producció, transport i llançament de coets.
És probable que la prometedora família de míssils russos "Angara" s'enfronti a problemes similars. La petita mida relativa d'un bloc unitari ja porta al fet que el coet Angara-A5 amb una massa inicial de 733 tones ha de posar immediatament quatre "costats" de reforç (amb una capacitat de càrrega de 24,5 tones per LEO).
Angara-A5 abans del llançament el 23 de desembre de 2014. A l’inici, funcionen cinc motors RD-191, cadascun amb una empenta de 196 tones.
Un nou augment de la capacitat de càrrega de l'Angara es basa en el fet que cal afegir no quatre, sinó sis impulsors de coets a la secció base de la segona etapa, que, potser, ja és una mena de límit estructural i d'enginyeria per escalar sistemes de paquets., ja que el límit del concepte Falcon 9 és de 27 motors Merlin-1D en tres blocs d’arrencada.
El projecte Angara-A7 resultant serà capaç, segons els càlculs, amb un pes de llançament propi de 1370 tones, aportar una càrrega útil de 50 tones a LEO (en el cas d’utilitzar combustible d’hidrogen per a la segona etapa), cosa que probablement serà ser la mida màxima del concepte de coet de la família Angara.
Comparació de "Angara A5" i conceptes de "Angara A7" - amb combustible de querosè i hidrogen. Al mateix temps, hi ha la resposta: per què el "Delta IV" és gran i el Falcon 9 és petit.
En general, qualsevol cosa que es pugui dir, conceptes basats en un bloc de coets de classe de 200 o fins i tot 400 tones - encara resulta que el límit karachun estructural i d’enginyeria per a aquests míssils “paquet” té un pes de llançament a la regió de 1300- 1500 tones, que correspon a la massa retirada de 45 a 55 tones per LEO.
Però llavors ja és necessari augmentar l’empenta d’un sol motor i la mida de l’etapa del coet o de l’accelerador.
I aquest és precisament el camí que segueix avui el projecte SLS.
En primer lloc, tenint en compte l'experiència negativa de "Delta IV", els desenvolupadors de SLS van intentar aprofitar al màxim el passat. Es va utilitzar tot i tothom: els coets del transbordador espacial, que es van reforçar amb la finalitat de crear un coet pesat, i els antics motors RS-25 d’hidrogen-oxigen de la pròpia llançadora, que es van instal·lar a la segona etapa, i…. (partidaris de la teoria de la "conspiració lunar" - prepareu-vos!) Motors d'hidrogen-oxigen J-2X oblidats durant molt de temps, que provenen dels motors de la segona i tercera etapa del coet lunar "Saturn V" i que es proposen per s'utilitzarà a les etapes superiors projectades SLS!
A més, els plans a llarg termini per millorar els acceleradors SLS impliquen dos projectes competitius que utilitzen motors coets propulsors líquids en lloc de propulsors sòlids: el projecte de la companyia Aerojet, que va presentar el seu motor desenvolupat querosè-oxigen de cicle tancat AJ1E6 per al futur transportista "pesat", que s'origina a partir dels míssils NK- 33 Royal H-1 - i un projecte de Pratt & Whitney Rocketdine, que proposa … (i, de nou, sorpresa, lunosèptics!) Restaurar als EUA la producció de F -1 motors, que en un moment van aixecar el famós coet Saturn V de la Terra.
Potser la vida tornarà a aquests bancs de proves. Proves de la primera etapa del "Saturn V" - "Saturn 1C" LV a l'agost de 1968 al banc de proves Ciclopea V-2. Tingueu en compte que el pas s’està transportant sobre una barcassa.
Participa en el desenvolupament d’un futur prometedor accelerador de llançament i l’actual fabricant d’impulsors de combustible sòlid que es troben en el muntatge inicial del vehicle de llançament SLS, Block I - ATK (Alliant Techsystems), que proposava ampliar encara més l’amplificador de transbordador espacial existent augmentant la seva longitud i diàmetre … El projecte d'un prometedor accelerador d'ATK s'anomena "cavaller fosc".
Doncs bé, com la cirera del pastís, una de les futures configuracions del sistema SLS, el bloc Ib, implica l’ús d’una unitat d’hidrogen-oxigen com a tercera etapa, prestada al … coet Delta IV.
Aquest és, ja sabeu, un "LEGO infernal", en què la NASA va intentar avaluar, combinar i utilitzar tots els desenvolupaments existents en el camp dels coets pesats.
Què és la família de mitjans SLS? Al cap i a la fi, com ja recordem de l'exemple de "Delta IV", "Hangars" i Falcon 9, les dimensions generals poden ser enganyoses.
Per tant, aquí teniu un esquema senzill per entendre què es pretén:
Al costat esquerre del diagrama hi ha els vehicles pesants de llançament que encara tenien els Estats Units. El saturn V lunar, que podria portar una càrrega útil de 118 tones a LEO, i el transbordador espacial, que semblava haver posat el propi transbordador reutilitzable en òrbita que pesava de 120 a 130 tones, però al mateix temps només podia lliurar càrrega útil molt modesta: només 24 tones de càrrega útil.
El concepte SLS s’implementarà en dues versions principals: tripulat (tripulació) i no tripulat (càrrega).
A més, la indisponibilitat de tres prometedors projectes de reforç de coets d’Aerojet, Rocketdine i ATK obliga la NASA a utilitzar aquelles "parts de coets LEGO" disponibles, és a dir, aquells impulsors del transbordador espacial millorats de cinc seccions.
Un "ersatz-carrier" de transició construït d'aquesta manera (oficialment anomenat SLS Block I), però, segons tots els càlculs, ja tindrà una capacitat de càrrega molt més greu que el "Delta IV" o el Falcon 9 Heavy, que és llest per al llançament. El vehicle de llançament SLS Block I serà capaç d’elevar una càrrega útil de 70 tones a LEO.
En comparació amb el concepte SLS, es mostren els avenços aturats de la NASA en el marc del programa Constellation: el vehicle de llançament d’Ares (Mars), que encara no s’ha creat fins al final, que només va fer un vol de prova el 2009, en el disseny de l’Ares 1X, que consistia en el mateix accelerador de transbordador espacial de quatre seccions modificat, al qual es connectaven una prova de càrrega del cinquè segment i una prototip de càrrega de la segona etapa. El propòsit d'aquest vol de prova era comprovar el funcionament de la primera etapa de combustible sòlid en la disposició de "pal únic" ("registre"), no obstant això, alguna cosa va haver d'haver passat durant les proves, quan es van separar la 1a i la 2a fases, es va produir un salt no autoritzat cap a la 1a etapa, provocat, molt probablement, per la postcombustió de fragments de combustible arrencats per la sacsejada. El reforç de combustible sòlid va acabar amb el disseny de la segona etapa i el va encertar.
Després d'això, es va reduir un intent bastant infructuós de muntar un "nou LEGO" a partir de parts antigues a la NASA, el projecte Ares i la mateixa Constel·lació es van deixar al prestatge de conceptes fallits i des de les bases desenvolupades en el marc de la Constel·lació, només va quedar una sonda espacial tripulada orbital bastant reeixida. "Orion", que va ser construïda segons l'esquema de la càpsula de retorn habitual per als vaixells d'un sol ús, que finalment va posar fi al planador reutilitzable del transbordador espacial.
La sonda Orion abans del seu primer llançament al coet Delta IV. Desembre de 2014.
El diàmetre de la sonda Orion és de 5,3 metres, el pes de la sonda és d’unes 25 tones. El volum intern d'Orió serà 2,5 vegades més gran que el volum intern de la sonda espacial Apollo. El volum de la cabina del vaixell és d'uns 9 m³. A causa d’una massa tan impressionant per a una nau espacial orbital i un volum intern lliure, Orion durant missions properes a la terra en òrbites baixes (per exemple, en una expedició a la ISS) pot suportar 6 cosmonautes.
No obstant això, com ja es va esmentar al principi, la tasca principal d'Orion i que hauria de situar-se en òrbites més enllà del sistema de llançament de baixa referència SLS és el retorn dels Estats Units a les tasques de domini de l'espai proper a la Terra i, en primer lloc,, la Lluna i Mart.
Per al vol a la Lluna i, possiblement, a Mart, es calculen els esforços principals dels Estats Units i Rússia per millorar les seves naus espacials i llançar vehicles.
Aquí, en principi, en una forma tabular convenient, s’analitza la diferència entre el sistema americà "Orion" i el sistema PPTS rus.
Per al nom de PPKS PPTS, és clar, heu de guanyar algú de seguida, però bé. I, en general, per desgràcia, fins ara tot és molt difícil amb el projecte PPTS.
Per tant, pel que fa al PPTS, fins ara només tenim imatges divertides de l’exposició. Però, en realitat, fins ara s’ha fet per insultar poc …
Només hi ha un model: entre el passat i el futur. Només hi ha un model, i mantingueu-vos-hi …
A més de problemes de finançament, malentès del concepte i una gran quantitat de problemes de disseny i enginyeria, el futur del PTS és incert i a causa de la manca d'un vehicle de llançament adequat per a algunes de les seves tasques previstes. Com he dit, fins ara Rússia només té "Angara-A5" al metall, que pot portar més de 24,5 tones a LEO, que és suficient per a missions properes a la terra, però absolutament no suficient per a un nou assalt a la Lluna o Mart.
A més, el concepte PPTS es basava en la creació d'una alternativa al míssil "Angara" de la família "Rus-M", treball en el qual també s'ha aturat fins ara.
Projectes de míssils de la família "Rus" en comparació només amb les famílies "Soyuz" i "Angara".
El propòsit principal de la família de míssils Rus era proporcionar vols tripulats, a causa dels quals el coet, sent altres coses iguals, té una càrrega útil inferior al LEO que els míssils Angara. Això es deu al fet que durant els vols tripulats, un dels requisits és la capacitat del vehicle de llançament per sortir del llançament fins i tot si un dels motors falla i el requisit per garantir la continuació del vol en cas de fallada posterior d'un dels motors: amb la continuació del llançament de la nau espacial cap a una òrbita reduïda o proporcionant rescat i un aterratge segur.
Aquests requisits, inclosa una trajectòria especial de llançament, que hauria de proporcionar una sobrecàrrega a la tripulació de 12 g com a màxim per a qualsevol emergència i la presència d'un sistema de rescat d'emergència (SAS), condueixen a una reducció significativa de la capacitat de càrrega del " Rus "en la versió tripulada.
A més, el diàmetre de disseny del bloc base "Rus" de 3, 8 metres es va triar en funció del transport tradicional per a la URSS i Rússia de les parts dels vehicles de llançament per ferrocarril.
Als Estats Units, deliberadament, començant pel programa Saturn-Apollo, les primeres etapes dels vehicles de llançament es van fer en funció de la mida adequada, tenint en compte la possibilitat del seu transport per transport per aigua (costa-mar i riu), que simplificat els requisits per a les dimensions d'una unitat de coets independent …
Transport de la primera etapa del Saturn V LV a la barcassa del riu Pearl.
Avui, els treballs sobre SLS i Orion, fins i tot després del col·lapse de Constellation, estan en ple desenvolupament.
Amb la finalització del SLS Block I, que es basarà gairebé en la seva totalitat en l’endarreriment del transbordador espacial existent, la NASA planeja passar a la següent fase, molt més ambiciosa, el SLS Block II, amb parades intermèdies en forma de SLS Block Ia i SLS Block Ib.
Opció de construcció de LEGO si els impulsors de coets estan a punt abans. Bloc I, bloc Ia i, a continuació, bloc II.
Opció de construcció de LEGO si la tercera etapa modificada està preparada abans. Bloc I, bloc Ib i, a continuació, bloc II.
El vehicle de llançament SLS Block Ia ja hauria de rebre un dels prometedors impulsors de llançament de coets: ja sigui d’Aerojet en un cicle tancat de querosè-oxigen AJ1E6, o de Rocketdyne en un cicle obert F-1 modificat de Saturn V, o el mateix en el nou combustible sòlid "Black Knight" d'ATK.
Qualsevol d’aquestes opcions podrà proporcionar a l’estructura Block Ia una capacitat de càrrega a la regió LEO de 105 tones, que ja és comparable a la capacitat de càrrega del Saturn V i del transbordador espacial (si el comptem juntament amb el transbordador).
Les mateixes tasques es resoldran mitjançant la creació d'una gran escala i adaptada a la mida de tot el sistema de llançament de la tercera etapa criogènica, que serà capaç de complementar el sistema de dues etapes Bloc I (impulsors de llançament i l'escenari central) als motors del transbordador espacial) amb una tercera etapa, que per a la variant Block Ia serà com jo ja he esmentat, manllevada del coet Delta IV i que també proporcionarà SLS amb una producció de fins a 105 tones de càrrega útil a LEO.
Finalment, el sistema Block II final ja hauria de tenir una tercera etapa SLS de mida completa, dissenyada en massa, que utilitzarà, com la segona etapa Saturn V, cinc motors J-2X avançats i lliurarà 130 tones de càrrega útil a LEO.
Però, fins i tot malgrat tots aquests trucs, aquest "LEGO espacial" costarà uns 500 milions de dòlars per llançament, que, per descomptat, és inferior al cost del llançament del transbordador espacial (1.300 milions de dòlars), però encara prou sensible pel pressupost de la NASA.
Quines tasques hauria de resoldre SLS i per què la NASA no té en compte l’opció Falcon 9 Heavy, que suposadament suposaria un cost de 135 milions de dòlars per a un sistema de transferència de combustible d’un sol ús i 53 tones de càrrega útil per a LEO?
El cas és que la NASA es va dirigir a la Lluna, Mart i fins i tot asteroides i satèl·lits de Júpiter. I el Falcon 9 Heavy resulta ser un coet massa petit per a aquestes tasques …
Coet nuclear a Mart!
Però aquest és, per descomptat, un tema per a un bon article separat …
PD. Després de rellegir de nou el meu article, informo.
Si critico els enfocaments russos moderns d’exploració espacial i elogio els nord-americans, hi ha bones raons.
El 2010, l’estat del programa nord-americà d’exploració espacial era deplorable: el programa del transbordador espacial ja estava previst tancar, els llançaments d’Ares van mostrar la total inconsistència de les idees de la Constel·lació, tots els diaris i revistes nord-americans van escriure sobre “l’esclavitud espacial russa”. per als Estats Units.
Però, durant els darrers cinc anys, la indústria espacial nord-americana s’ha reagrupat, ha rebut el finançament necessari i ha après a viure en noves condicions més dures.
Podrà la cosmonautica russa presumir-se d’aquí a cinc anys, sobretot en el context del fet que aquest any ens aporta notícies infeliços sobre el tancament dels programes Rus-M i PPTS LV, l’ajornament del llançament del cosmodrom Vostochny i la reducció total del finançament de Roscosmos?
Espera i veuràs. Agafo els dits amb una creu.
