Nafasi ya Kirusi

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Inaaminika kuwa teknolojia daima huendeleza hatua kwa hatua, kutoka rahisi hadi ngumu, kutoka kwa kisu cha mawe hadi chuma - na kisha tu kwa mashine ya kusaga iliyopangwa. Walakini, hatima ya roketi za anga iligeuka kuwa sio moja kwa moja. Uundaji wa makombora rahisi, ya kuaminika ya hatua moja kwa muda mrefu ilibaki kuwa haiwezekani kwa wabunifu.

Suluhu zilihitajika ambazo si wanasayansi wa nyenzo au wahandisi wa injini wanaweza kutoa. Hadi sasa, magari ya uzinduzi yanasalia kuwa ya aina nyingi na yanaweza kutumika: mfumo tata sana na wa gharama kubwa hutumiwa kwa dakika chache na kisha kutupwa.

"Fikiria kwamba kabla ya kila safari ya ndege ungekusanya ndege mpya: ungeunganisha fuselage kwa mbawa, kuweka nyaya za umeme, kufunga injini, na baada ya kutua ungeipeleka kwenye junkyard … Huwezi kuruka mbali hivyo.,” watengenezaji wa Kituo cha Kombora cha Jimbo walituambia. Makeeva. "Lakini hivi ndivyo tunavyofanya kila tunapopeleka mizigo kwenye obiti. Kwa kweli, kila mtu angependa kuwa na "mashine" ya kuaminika ya hatua moja ambayo haihitaji kusanyiko, lakini inafika kwenye cosmodrome, iliyojaa mafuta na kuzinduliwa. Na kisha inarudi na kuanza tena - na tena "…

Katika nusu ya njia

Kwa ujumla, roketi zilijaribu kupita kwa hatua moja kutoka kwa miradi ya mapema. Katika michoro za awali za Tsiolkovsky, miundo kama hiyo inaonekana. Aliacha wazo hili tu baadaye, akigundua kwamba teknolojia za mwanzo wa karne ya ishirini hazikuruhusu kutambua suluhisho hili rahisi na la kifahari. Kuvutiwa na wabebaji wa hatua moja kuliibuka tena katika miaka ya 1960, na miradi kama hiyo ilikuwa ikifanyiwa kazi pande zote mbili za bahari. Kufikia miaka ya 1970, Merika ilikuwa ikifanya kazi kwenye roketi za hatua moja SASSTO, Phoenix na suluhisho kadhaa kulingana na S-IVB, hatua ya tatu ya gari la uzinduzi la Saturn V, ambalo lilipeleka wanaanga kwa mwezi.

CORONA lazima iwe ya roboti na ipokee programu mahiri kwa mfumo wa udhibiti. Programu itaweza kusasisha moja kwa moja wakati wa kukimbia, na katika hali ya dharura "itarejesha" kiotomatiki kwa toleo thabiti la chelezo.

"Chaguo kama hilo halingetofautiana katika uwezo wa kubeba, injini hazikuwa za kutosha kwa hili, lakini bado itakuwa hatua moja, yenye uwezo wa kuruka kwenye obiti," wahandisi wanaendelea. "Bila shaka, kiuchumi itakuwa haina haki kabisa." Mchanganyiko na teknolojia za kufanya kazi nao zimeonekana tu katika miongo ya hivi karibuni, ambayo inafanya uwezekano wa kufanya carrier wa hatua moja na, zaidi ya hayo, iweze kutumika tena. Gharama ya roketi kama hiyo "ya kisayansi" itakuwa kubwa zaidi kuliko ile ya muundo wa jadi, lakini "itaenea" juu ya uzinduzi mwingi, ili bei ya uzinduzi iwe chini sana kuliko kiwango cha kawaida.

Ni utumiaji wa media tena ndio lengo kuu la watengenezaji leo. Mifumo ya Space Shuttle na Energia-Buran iliweza kutumika tena kwa kiasi. Matumizi ya mara kwa mara ya hatua ya kwanza yanajaribiwa kwa roketi za SpaceX Falcon 9. SpaceX tayari imefanya kutua kwa mafanikio kadhaa, na mwishoni mwa Machi watajaribu kuzindua moja ya hatua ambazo ziliruka angani tena. "Kwa maoni yetu, njia hii inaweza tu kudharau wazo la kuunda media inayoweza kutumika tena," Ofisi ya Ubunifu ya Makeev inabainisha. "Bado unapaswa kutatua roketi kama hiyo baada ya kila safari ya ndege, kusakinisha miunganisho na vifaa vipya vinavyoweza kutumika … na tumerudi pale tulipoanzia."

Vyombo vya habari vinavyoweza kutumika tena bado viko katika mfumo wa miradi pekee - isipokuwa New Shepard na kampuni ya Amerika ya Blue Origin. Kufikia sasa, roketi iliyo na kifusi cha mtu imeundwa tu kwa ndege ndogo za watalii wa anga, lakini suluhisho nyingi zinazopatikana katika kesi hii zinaweza kupunguzwa kwa urahisi kwa mtoaji mbaya zaidi wa orbital. Wawakilishi wa kampuni hawaficha mipango yao ya kuunda chaguo kama hilo, ambalo injini zenye nguvu BE-3 na BE-4 tayari zinatengenezwa. "Kwa kila safari ya ndege ndogo, tunakaribia obiti," Blue Origin ilihakikishia. Lakini mtoa huduma wao wa kuahidi, New Glenn, pia hawezi kutumika tena kikamilifu: tu kizuizi cha kwanza, kilichoundwa kwa msingi wa muundo wa New Shepard uliojaribiwa tayari, unapaswa kutumika tena.

Upinzani wa nyenzo

Nyenzo za CFRP zinazohitajika kwa roketi zinazoweza kutumika tena kikamilifu na za hatua moja zimetumika katika teknolojia ya angani tangu miaka ya 1990. Katika miaka hiyo hiyo, wahandisi wa McDonnell Douglas walianza haraka kutekeleza mradi wa Delta Clipper (DC-X) na leo wangeweza kujivunia kibeba nyuzinyuzi za kaboni zilizotengenezwa tayari na kuruka. Kwa bahati mbaya, chini ya shinikizo kutoka kwa Lockheed Martin, kazi kwenye DC-X ilikomeshwa, teknolojia zilihamishiwa NASA, ambapo walijaribu kuzitumia kwa mradi ambao haukufanikiwa wa VentureStar, baada ya hapo wahandisi wengi waliohusika katika mada hii walikwenda kufanya kazi katika Blue Origin. na kampuni yenyewe ilichukuliwa na Boeing.

Katika miaka ya 1990 sawa, SRC ya Kirusi Makeev ilipendezwa na kazi hii. Kwa miaka mingi tangu wakati huo, mradi wa KORONA ("roketi ya anga, magari ya kubeba hatua moja [ya nafasi]") umepitia mageuzi yanayoonekana, na matoleo ya kati yanaonyesha jinsi muundo na mpangilio ulivyozidi kuwa rahisi zaidi na kamilifu. Hatua kwa hatua, watengenezaji waliacha vitu ngumu - kama vile mbawa au matangi ya nje ya mafuta - na wakaja kuelewa kuwa nyenzo kuu ya mwili inapaswa kuwa nyuzi za kaboni. Pamoja na mwonekano, uzito na uwezo wa kubeba vilibadilika. "Kwa kutumia hata nyenzo bora za kisasa, haiwezekani kujenga roketi ya hatua moja yenye uzito wa chini ya tani 60-70, wakati mzigo wake wa malipo utakuwa mdogo sana," anasema mmoja wa watengenezaji. - Lakini kadiri wingi wa kuanzia unavyokua, muundo (hadi kikomo fulani) huchangia sehemu ndogo zaidi, na inakuwa faida zaidi na zaidi kuitumia. Kwa roketi ya obiti, hii bora ni takriban tani 160-170, kuanzia kiwango hiki matumizi yake tayari yanaweza kuhesabiwa haki.

Katika toleo la hivi karibuni la mradi wa KORONA, wingi wa uzinduzi ni wa juu zaidi na unakaribia tani 300. Roketi kubwa kama hiyo ya hatua moja inahitaji matumizi ya injini ya jet yenye ufanisi wa juu ya kioevu inayoendesha hidrojeni na oksijeni. Tofauti na injini kwenye hatua tofauti, injini ya roketi inayoendesha kioevu lazima "iweze" kufanya kazi katika hali tofauti sana na katika miinuko tofauti, pamoja na kuruka na kukimbia nje ya anga. "Injini ya kawaida ya kusukuma maji na pua za Laval inafaa tu katika safu fulani za mwinuko," wabuni wa Makeyevka wanaelezea, "kwa hivyo tukapata hitaji la kutumia injini ya roketi ya anga-kabari." Jet ya gesi kwenye injini kama hizo hubadilika kiatomati kwa shinikizo "juu", na zinabaki kuwa bora kwenye uso na juu kwenye stratosphere.

Chombo cha malipo

Kufikia sasa, hakuna injini ya kufanya kazi ya aina hii ulimwenguni, ingawa yamekuwa na yanashughulikiwa katika nchi yetu na USA. Mnamo miaka ya 1960, wahandisi wa Rocketdyne walijaribu injini kama hizo kwenye stendi, lakini hazikuja kusanikishwa kwa makombora. CROWN inapaswa kuwa na toleo la kawaida, ambalo pua ya hewa ya kabari ni kipengele pekee ambacho bado hakina mfano na haijajaribiwa. Pia kuna teknolojia zote za uzalishaji wa sehemu za composite nchini Urusi - zimetengenezwa na zinatumiwa kwa ufanisi, kwa mfano, katika Taasisi ya All-Russian ya Vifaa vya Anga (VIAM) na katika JSC Kompozit.

Kufaa kwa wima

Wakati wa kuruka angani, muundo wa kubeba mzigo wa KORONA-nyuzi kaboni utafunikwa na vigae vya kuzuia joto vilivyotengenezwa na VIAM kwa Burans na tangu wakati huo vimeboreshwa dhahiri."Mzigo mkuu wa joto kwenye roketi yetu umejilimbikizia" pua yake, ambapo vipengele vya ulinzi wa joto la juu hutumiwa, - wabunifu wanaelezea. - Katika kesi hii, pande zinazopanuka za roketi zina kipenyo kikubwa na ziko kwenye pembe ya papo hapo kwa mtiririko wa hewa. Mzigo wa joto juu yao ni mdogo, ambayo inaruhusu matumizi ya vifaa vyepesi. Matokeo yake, tumehifadhi zaidi ya tani 1.5. Wingi wa sehemu ya juu ya joto hauzidi 6% ya jumla ya molekuli ya ulinzi wa joto. Kwa kulinganisha, katika Shuttles inachukua zaidi ya 20%.

Muundo maridadi wa vyombo vya habari ni matokeo ya majaribio na makosa mengi. Kulingana na watengenezaji, ikiwa unachukua tu sifa muhimu za carrier wa hatua moja inayoweza kutumika tena, itabidi uzingatie kuhusu mchanganyiko 16,000 wao. Mamia yao yalithaminiwa na wabunifu wakati wa kufanya kazi kwenye mradi huo. "Tuliamua kuachana na mbawa, kama vile kwenye Buran au Space Shuttle," wanasema. - Kwa kiasi kikubwa, katika anga ya juu, wanaingilia tu vyombo vya anga. Meli kama hizo huingia angani kwa kasi ya hypersonic sio bora kuliko "chuma", na kwa kasi ya juu tu hubadilisha ndege ya usawa na inaweza kutegemea aerodynamics ya mbawa.

Sura ya koni ya axisymmetric hairuhusu tu ulinzi rahisi wa joto, lakini pia ina aerodynamics nzuri wakati wa kuendesha gari kwa kasi ya juu sana. Tayari katika tabaka za juu za anga, roketi hupokea kuinua, ambayo inaruhusu sio tu kuvunja hapa, lakini pia kuendesha. Hii, kwa upande wake, inafanya uwezekano wa kufanya ujanja muhimu kwa urefu wa juu, kuelekea tovuti ya kutua, na katika ndege ya baadaye, itakuwa muhimu tu kukamilisha kusimama, kurekebisha kozi na kugeuka chini, kwa kutumia shunting dhaifu. injini.

Kumbuka Falcon 9 na New Shepard: hakuna kitu kisichowezekana au hata cha kawaida katika kutua kwa wima leo. Wakati huo huo, inafanya uwezekano wa kupita kwa nguvu kidogo wakati wa ujenzi na uendeshaji wa barabara ya kuruka - njia ya kuruka ambayo Shuttles na Buran walitua ilibidi iwe na urefu wa kilomita kadhaa ili kuvunja gari. kasi ya mamia ya kilomita kwa saa. "TAJI, kimsingi, inaweza hata kupaa kutoka kwenye jukwaa la pwani na kutua juu yake," anaongeza mmoja wa waandishi wa mradi huo, "usahihi wa mwisho wa kutua utakuwa kama m 10, roketi inashushwa kwenye vifyonza vya mshtuko wa nyumatiki vinavyoweza kurudishwa. Kilichobaki ni kufanya uchunguzi, kuongeza mafuta, kuweka mzigo mpya - na unaweza kwenda kuruka tena.

KORONA bado inatekelezwa kwa kukosekana kwa ufadhili, kwa hivyo watengenezaji wa Ofisi ya Ubunifu wa Makeev waliweza kufikia hatua za mwisho za muundo wa rasimu. Tumepita hatua hii karibu kabisa na kwa kujitegemea kabisa, bila msaada wa nje. Tayari tumefanya kila kitu ambacho kingeweza kufanywa, - wabunifu wanasema. - Tunajua nini, wapi na lini inapaswa kuzalishwa. Sasa tunahitaji kuendelea na muundo wa vitendo, uzalishaji na ukuzaji wa vitengo muhimu, na hii inahitaji pesa, kwa hivyo sasa kila kitu kinategemea wao.

Kuchelewa kuanza

Roketi ya CFRP inatarajia uzinduzi wa kiwango kikubwa tu; baada ya kupokea msaada unaohitajika, wabunifu wako tayari kuanza majaribio ya kukimbia katika miaka sita, na katika miaka saba hadi minane - kuanza operesheni ya majaribio ya makombora ya kwanza. Wanakadiria kuwa hii inahitaji chini ya dola bilioni 2 - sio nyingi kwa viwango vya sayansi ya roketi. Wakati huo huo, faida ya uwekezaji inaweza kutarajiwa baada ya miaka saba ya kutumia roketi, ikiwa idadi ya uzinduzi wa kibiashara itabaki katika kiwango cha sasa, au hata katika miaka 1.5 - ikiwa inakua kwa viwango vilivyotarajiwa.

Kwa kuongezea, uwepo wa injini za kuendesha, miadi na vifaa vya kuweka kwenye roketi hufanya iwezekane kutegemea miradi ngumu ya uzinduzi wa anuwai. Kwa kutumia mafuta sio kutua, lakini kwa kuongeza mzigo, unaweza kuleta kwa wingi wa tani zaidi ya 11. Kisha CROWN itapanda na ya pili, "tangi", ambayo itajaza mizinga yake na mafuta ya ziada muhimu kwa kurudi. Lakini bado, muhimu zaidi ni reusability, ambayo kwa mara ya kwanza itatusaidia na haja ya kukusanya vyombo vya habari kabla ya kila uzinduzi - na kupoteza baada ya kila uzinduzi. Njia hiyo pekee inaweza kuhakikisha kuundwa kwa mtiririko thabiti wa trafiki wa njia mbili kati ya Dunia na obiti, na wakati huo huo mwanzo wa unyonyaji halisi, wa kazi, wa kiasi kikubwa wa nafasi ya karibu ya Dunia.

Wakati huo huo, TAJI inabaki katika utata, kazi kwenye New Shepard inaendelea. Mradi kama huo wa Kijapani RVT pia unaendelea. Watengenezaji wa Kirusi wanaweza tu kukosa msaada wa kutosha kwa mafanikio hayo. Ikiwa una mabilioni kadhaa ya kuhifadhi, huu ni uwekezaji bora zaidi kuliko hata boti kubwa na la kifahari zaidi ulimwenguni.