Ik denk dat veel liefhebbers van ruimtevaart die actief geïnteresseerd zijn in de geschiedenis en de huidige stand van zaken op het gebied van verkenning en verkenning van de ruimte, de raket die op de titelfoto is vastgelegd, al hebben herkend.
Deze raket, of liever de raketbooster, is de grootste raket met vaste stuwstof die ooit door de mensheid is gemaakt.
Nou, het is nu nog meer geworden.
Dit is de zij-booster van het Space Shuttle-systeem, dat nu nog groter is geworden, nadat het, naast de standaard vier secties waarmee het met de spaceshuttle werd gelanceerd, een extra vijfde sectie heeft gekregen, waardoor het een raket kan worden booster van het nieuwe superzware ruimtelanceersysteem NASA, genaamd SLS (Space Launch System).
Het is dit systeem, volgens het idee van NASA, dat de Verenigde Staten van Amerika de palm moet teruggeven in alle aspecten van ruimteverkenning, en tegelijkertijd de hele mensheid de kans moet geven om terug te keren naar de ruimtegrens, en eindelijk de vicieuze cirkel van lage aarde te doorbreken baan en zet de kwestie van maanverkenning weer op de agenda en … zelfs Mars.
Hoe reëel en hoe haalbaar is dit ambitieuze programma? Laten we proberen het uit te zoeken.
Vergelijkende maten van historische, hedendaagse en ontwikkelde Amerikaanse lanceersystemen.
Aanvullingsvraag: waarom is Delta IV groter dan Falcon 9?
De huidige staat van de Amerikaanse kosmonauten na het verlaten van de arena van het Space Shuttle-systeem is nogal betreurenswaardig: het zwaarste lanceervoertuig dat de Verenigde Staten ter beschikking staan in termen van zijn huidige status is Delta IV Heavy, die een lading van 28 in lage Om de aarde (LEO), 4 ton.
Ondanks de massale ontwerp-, technische en commerciële inspanningen van Boeing om zijn nakomelingen op de markt te creëren en te promoten, bleek de Delta IV-familie "in de verkeerde tijd en op de verkeerde plaats" te zijn: tegen de achtergrond van de lage kosten van lanceringen van de Russische Proton-raket en voor de Oekraïense Zenit-3SL bleken de kosten van het lanceren van een lading met de Delta IV behoorlijk onbetaalbaar.
Een enkele lancering van "Delta IV" kostte $ 140-170 miljoen, terwijl de kosten van een vergelijkbaar laadvermogen Proton ongeveer $ 100 miljoen waren, en de kosten van het lanceren van een kleinere, maar concurrerende "Delta IV" Oekraïense "Zenith-3SL" was zelfs nog lager - slechts 60 miljoen dollar.
De hoge kosten van de lancering van Delta IV dwong Boeing om uitsluitend overheidsopdrachten ervoor te vragen, en als gevolg daarvan werden alle Delta-lanceringen, op één na, betaald uit de begroting van het Amerikaanse ministerie van Buitenlandse Zaken.
Lancering van het Delta IV-draagraket in de Heavy-variant. Het lanceringsgewicht is ongeveer 733 ton.
Uiteindelijk, in het midden van de jaren 2000, viel Delta IV eindelijk uit het commerciële segment van ruimtelanceringen - en het was nooit in staat om daar terug te keren tot de huidige tijd, toen de jongens van de privéwinkel SpaceX, wiens Falcon-raket, begon 9 kwam ook dicht bij de marktniche van "Delta IV", en de aanpassing van dezelfde raket, Falcon 9 Heavy genaamd, gepland voor lancering in 2015, overtrof deze zelfs.
Bij de start van de Falcon 9 Heavy worden in één keer 27 Merlin-motoren met een stuwkracht van 66 ton elk, aangedreven door kerosine en zuurstof, ingeschakeld.
Dit geesteskind van Elon Musk zou het "private" ruimteprogramma van SpaceX naar een voorheen onbereikbare hoogte moeten brengen: voor een eenmalige versie van het draagraket zal de massa van de vervoerde lading naar LEO maximaal 53 ton zijn, op GPO - 21, 2 ton en op een traject naar Mars - 13, 2 ton. Met de terugkeer van de zijboosters en de centrale eenheid, zal het laadvermogen niet groter zijn dan 32 ton per LEO - voor de herbruikbaarheid van het draagraket moet u betalen met extra brandstofverbruik en als gevolg daarvan een afname van het laadvermogen.
Onder de technische innovaties tijdens de ontwikkeling van de Falcon 9 Heavy, verklaarde de ontwikkelaar een unieke mogelijkheid om brandstof en oxidatiemiddel te laten overlopen tijdens de vlucht van de zijboosters naar de eerste trap van het lanceervoertuig, waardoor volle brandstoftanks in de centrale sectie op het moment van scheiding van de zij-boosters en verbeteren de prestaties van de lading die in een baan om de aarde wordt geplaatst. …
Montage van de rompen van de eerste trappen van Falcon 9-raketten. Nu zijn er al 8 motoren in een cirkel geïnstalleerd, met één centrale. In druk maar niet gek.
Het in de laatste alinea genoemde "traject naar Mars" is geen abstractie. Met een lanceringsmassa van 1.462 ton, twee keer de massa van de momenteel recordbrekende Delta IV, is de zware Falcon nu al die noodzakelijke stap om serieus na te denken over vluchten naar de maan en Mars. Zij het in een configuratie die meer lijkt op Sovjet-experimenten met het apparaat uit de Probe-serie dan op het kolossale Amerikaanse Saturn-Apollo-programma.
In de toekomst begint het concept van "Delta IV" en Falcon 9 met zijboosters, die "klonen" zijn van hun eerste fasen, echter zoals verwacht te slippen.
Het punt is dat het onmogelijk is om de beginnende "zijwanden" te vermenigvuldigen waarmee je de massa van de belastingsoutput naar de LEO tot oneindig kunt vergroten - twee of vier zijblokken kunnen nog steeds op de een of andere manier aan de centrale worden bevestigd, maar dan is de complexiteit van assemblage en controle van zo'n meercomponentenstructuur groeit exponentieel.
Hierop viel in het algemeen de Korolev-maanraket N-1 "in slaap", die 30 NK-33-raketmotoren op de eerste trap had, wat, in combinatie met het vijftrapsschema van de raket zelf, deed niet toestaan om alle vragen van zijn probleemloze lancering tot het einde uit te werken.
De huidige configuratie van Falcon 9, die onmiddellijk begint met 27 motoren, zit al dicht bij de limiet van complexiteit en verder zal het bedrijf van Elon Musk hoogstwaarschijnlijk al de massa en grootte van een enkele raketeenheid moeten vergroten, wat onmiddellijk de vereisten verhoogt langs de hele keten van productie, transport en raketlancering.
De Russische veelbelovende raketfamilie "Angara" zal waarschijnlijk met soortgelijke problemen worden geconfronteerd. De kleine relatieve grootte van een eenheidsblok leidt er al toe dat de Angara-A5-raket met een startmassa van 733 ton onmiddellijk vier booster-"sides" moet plaatsen (met een draagvermogen van 24,5 ton per LEO).
Angara-A5 voor lancering op 23 december 2014. Bij de start werken vijf RD-191 motoren, elk met een stuwkracht van 196 ton.
Een verdere toename van het draagvermogen van de Angara berust op het feit dat er niet vier, maar zes raketboosters moeten worden bevestigd aan het basisgedeelte van de tweede trap, wat misschien al een soort structurele en technische limiet is voor het schalen van pakketsystemen, aangezien de limiet voor het Falcon 9-concept 27 Merlin-1D-motoren op drie startblokken is.
Het resulterende Angara-A7-project zal, volgens berekeningen, met een eigen lanceringsgewicht van 1370 ton, een nuttige lading van 50 ton naar LEO kunnen brengen (in het geval van het gebruik van waterstofbrandstof voor de tweede fase), wat hoogstwaarschijnlijk zal de maximale schaal van het raketconcept van de Angara-familie zijn.
Vergelijking van "Angara A5" en concepten van "Angara A7" - met kerosine en waterstofbrandstof. Tegelijkertijd is er het antwoord - waarom is de "Delta IV" groot en de Falcon 9 - klein.
In het algemeen, wat men ook mag zeggen, concepten gebaseerd op een raketblok van 200 of zelfs 400 ton klasse - het blijkt nog steeds dat de structurele en technische karachun-limiet voor dergelijke "pakket" -raketten een lanceringsgewicht heeft in de regio van 1300- 1500 ton, wat overeenkomt met de onttrokken massa 45-55 ton per LEO.
Maar dan is het al nodig om zowel de stuwkracht van een enkele motor als de grootte van de rakettrap of het gaspedaal te vergroten.
En dit is precies de weg die het SLS-project vandaag inslaat.
Ten eerste, rekening houdend met de negatieve ervaring van "Delta IV", probeerden de SLS-ontwikkelaars het beste uit het verleden te halen. Alles en iedereen werd gebruikt: de Space Shuttle-raketboosters, die werden versterkt om een zware raket te maken, en de oude RS-25 waterstof-zuurstofmotoren van de shuttle zelf, die in de tweede trap werden geïnstalleerd, en…. (aanhangers van de theorie van de "maansamenzwering" - maak je klaar!) lang vergeten waterstof-zuurstofmotoren J-2X, die afkomstig zijn van de motoren van de tweede en derde fase van de maanraket "Saturn V" en die worden voorgesteld om worden gebruikt in de geprojecteerde bovenste trappen SLS!
Bovendien impliceren de langetermijnplannen voor het verbeteren van de SLS-versnellers twee concurrerende projecten waarbij gebruik wordt gemaakt van raketmotoren met vloeibare stuwstof in plaats van vaste stuwstoffen: het project van het bedrijf Aerojet, dat zijn ontwikkelde kerosine-zuurstofmotor van een AJ1E6 met gesloten cyclus voor de toekomst presenteerde "zware" drager, die afkomstig is van de NK-33 Royal H-1-raketten - en een project van Pratt & Whitney Rocketdine, die voorstellen … (en nogmaals, verrassing, lunosceptici!) Om in de VS de productie van F -1 motoren, die ooit de beroemde Saturn V-raket van de aarde tilden.
Misschien komt er leven terug op deze testbanken. Testen van de eerste trap van de "Saturn V" - "Saturn 1C" LV in augustus 1968 op de Cyclopische testbank V-2. Houd er rekening mee dat de step op een binnenschip wordt vervoerd.
Neemt deel aan de ontwikkeling van een toekomstig veelbelovende lanceringsversneller en de huidige fabrikant van boosters voor vaste stuwstof die bij de eerste montage van het SLS-lanceervoertuig, Block I - ATK (Alliant Techsystems), die hebben voorgesteld om de bestaande Space Shuttle-booster verder uit te breiden door de lengte en diameter te vergroten … Het project van een veelbelovende versneller van ATK wordt de "Dark knight" genoemd.
Welnu, als kers op de taart - een van de toekomstige configuraties van het SLS-systeem, Block Ib, omvat het gebruik van een waterstof-zuurstofeenheid als derde trap, geleend van … de Delta IV-raket!
Dit is, je weet wel, "helse LEGO", waarin NASA alle bestaande ontwikkelingen op het gebied van zware raketten probeerde te evalueren, combineren en gebruiken.
Wat is de SLS-familie van media? Immers, zoals we ons al herinneren uit het voorbeeld van "Delta IV", "Hangars" en Falcon 9 - de totale afmetingen kunnen bedrieglijk zijn.
Dus, hier is een eenvoudig diagram om te begrijpen wat de bedoeling is:
Aan de linkerkant van het diagram staan de zware draagraketten die de Verenigde Staten nog hadden. De maan Saturnus V, die een nuttige lading van 118 ton naar LEO kon brengen, en de Space Shuttle, die de herbruikbare shuttle zelf in een baan om de aarde leek te hebben gebracht met een gewicht van 120 tot 130 ton, maar tegelijkertijd slechts een zeer bescheiden laadvermogen - slechts 24 ton laadvermogen.
Het SLS-concept zal in twee hoofdversies worden geïmplementeerd: bemand (bemanning) en onbemand (vracht).
Bovendien dwingt de onbeschikbaarheid van drie veelbelovende raketaanjaagprojecten van Aerojet, Rocketdine en ATK NASA om die "LEGO-raketonderdelen" te gebruiken die beschikbaar zijn - namelijk die zeer vijfdelige verbeterde Space Shuttle-boosters.
Een op deze manier gebouwde tijdelijke "ersatz-carrier" (officieel SLS Block I genoemd), zal echter volgens alle berekeningen al een veel serieuzere draagkracht hebben dan de operationele "Delta IV" of de Falcon 9 Heavy, die klaar om te lanceren. Het SLS Block I-lanceervoertuig zal een nuttige lading van 70 ton naar LEO kunnen tillen.
In vergelijking met het SLS-concept worden de gestopte ontwikkelingen van NASA in het kader van het Constellation-programma getoond - het Ares (Mars) draagraket, dat nog niet tot het einde is gemaakt, dat in 2009 slechts één testvlucht maakte, in het Ares 1X-ontwerp, die bestond uit dezelfde gemodificeerde vierdelige Space Shuttle-versneller, waarop een testlading vijfde segment en een prototypelading van de tweede trap waren aangesloten. Het doel van die testvlucht was om de werking van de eerste trap met vaste stuwstof in de "single stick" ("log") opstelling te controleren, maar er moet iets zijn gebeurd tijdens de tests, toen de 1e en 2e trap werden gescheiden, een ongeoorloofde sprong voorwaarts van de 1e trap vond plaats, veroorzaakt door, hoogstwaarschijnlijk, door de naverbranding van brandstoffragmenten die door de schok erin waren afgescheurd. De booster met vaste stuwstof haalde uiteindelijk de lay-out van de 2e trap in en ramde deze.
Daarna werd een nogal mislukte poging om een "nieuwe LEGO" uit oude onderdelen te assembleren bij NASA beknot, het Ares-project en de Constellation zelf werden weggezet op de plank van mislukte concepten, en van de ontwikkelde basis in het kader van de Constellation, bleef alleen een redelijk succesvol orbitaal bemand ruimtevaartuig over. " Orion ", dat werd gebouwd volgens het schema van de terugkeercapsule die gebruikelijk is voor wegwerpschepen, die uiteindelijk een einde maakte aan het herbruikbare zweefvliegtuig van de Space Shuttle.
Het ruimtevaartuig Orion voor zijn eerste lancering op de Delta IV-raket. december 2014.
De diameter van het Orion-ruimtevaartuig is 5,3 meter, het gewicht van het ruimtevaartuig is ongeveer 25 ton. Het interne volume van Orion zal 2,5 keer groter zijn dan het interne volume van het Apollo-ruimtevaartuig. Het volume van de scheepscabine is ongeveer 9 m³. Vanwege zo'n indrukwekkende massa voor een orbitaal ruimtevaartuig en vrij intern volume, kan Orion tijdens bijna-aardmissies in lage banen (bijvoorbeeld op een expeditie naar het ISS) 6 kosmonauten ondersteunen.
Echter, zoals in het begin al vermeld, is de belangrijkste taak voor Orion en zou het in banen buiten het lage referentie-lanceersysteem SLS moeten brengen, de terugkeer van de Verenigde Staten naar de taken van het beheersen van de verre ruimte nabij de aarde en, in de eerste plaats, de maan en Mars.
Het is voor de vlucht naar de maan en mogelijk naar Mars dat de belangrijkste inspanningen van de Verenigde Staten en Rusland worden berekend om hun ruimteschepen en lanceervoertuigen te verbeteren.
Hier wordt in principe in een handige tabelvorm het verschil tussen het Amerikaanse "Orion" en het Russische PPTS-systeem geanalyseerd.
Voor de naam PPKS PPTS moet je natuurlijk meteen iemand verslaan, maar ach. En in het algemeen is alles helaas tot nu toe erg moeilijk met het PPTS-project.
Daarom hebben we met betrekking tot de PPTS tot nu toe alleen grappige foto's van de tentoonstelling. Maar in werkelijkheid is het tot nu toe gedaan om weinig te beledigen …
Er is slechts een model - tussen het verleden en de toekomst. Er is alleen een model - en houd je eraan vast …
Naast financieringsproblemen, een verkeerd begrip van het concept en een groot aantal ontwerp- en technische problemen, is de toekomst van de PTS onzeker en vanwege het ontbreken van een adequaat draagraket voor sommige van zijn geplande taken. Zoals ik al zei, heeft Rusland tot nu toe alleen "Angara-A5" in het metaal, wat niet meer dan 24,5 ton naar LEO kan brengen, wat voldoende is voor missies in de buurt van de aarde, maar absoluut niet genoeg voor een verdere aanval op de maan of Mars.
Bovendien was het PPTS-concept gebaseerd op de creatie van een alternatief voor de "Angara" -raket van de "Rus-M" -familie, waaraan tot nu toe ook is gestopt.
Projecten van raketten van de familie "Rus" in vergelijking met alleen de families "Sojoez" en "Angara".
Het belangrijkste doel van de Rus-rakettenfamilie was om bemande vluchten te bieden, waardoor de raket, bij gelijkblijvende omstandigheden, een lager laadvermogen op de LEO heeft dan de Angara-raketten. Dit komt door het feit dat tijdens bemande vluchten een van de vereisten is dat de draagraket de lancering kan verlaten, zelfs als een van de motoren uitvalt en de vereiste om de voortzetting van de vlucht te garanderen in het geval van een volgende storing van een van de motoren - met de voortzetting van de lancering van het ruimtevaartuig in een verlaagde baan of het bieden van redding en een veilige landing.
Deze eisen, waaronder een speciaal lanceertraject, dat bij calamiteiten een overbelasting van de bemanning van niet meer dan 12 g mag opleveren en de aanwezigheid van een emergency rescue system (SAS), leiden tot een aanzienlijke vermindering van het draagvermogen van de " Rus" in de bemande versie.
Bovendien werd de ontwerpdiameter van het basisblok "Rus" van 3,8 meter gekozen op basis van het traditionele transport van onderdelen van draagraketten door de USSR en Rusland per spoor.
In de Verenigde Staten werden opzettelijk, te beginnen met het Saturn-Apollo-programma, de eerste fasen van draagraketten gemaakt op basis van de juiste grootte, rekening houdend met de mogelijkheid van transport over water (kust-zee en rivier), wat in hoge mate vereenvoudigde de vereisten voor de afmetingen van een afzonderlijke raketeenheid …
Transport van de eerste trap van de Saturn V LV op de Pearl River-schuit.
Tegenwoordig is het werk aan SLS en Orion, zelfs na de ineenstorting van Constellation, in volle gang.
Met de voltooiing van SLS Block I, dat bijna volledig gebaseerd zal zijn op de bestaande Space Shuttle-achterstand, is NASA van plan door te gaan naar de volgende, veel ambitieuzere fase - SLS Block II, met tussenstops in de vorm van SLS Block Ia en SLS Blok Ib.
LEGO-bouwoptie als raketboosters eerder klaar zijn. Blok I, Blok Ia en vervolgens Blok II.
LEGO-bouwoptie als de aangepaste derde fase eerder klaar is. Blok I, Blok Ib en vervolgens Blok II.
Het SLS Block Ia-lanceervoertuig zou al een van de veelbelovende raketlanceringsboosters moeten krijgen: ofwel van Aerojet op een kerosine-zuurstof AJ1E6 gesloten cyclus, of van Rocketdyne op een gemodificeerde F-1 open cyclus van Saturn V, of hetzelfde op de nieuwe vaste brandstof "Black Knight" van ATK.
Elk van deze opties zal in staat zijn om de Block Ia-structuur te voorzien van een draagvermogen in de LEO-regio van 105 ton, wat al vergelijkbaar is met het draagvermogen van de Saturn V en de Space Shuttle (als we het samen tellen met de shuttle).
Dezelfde taken zullen worden opgelost door het creëren van een grootschalige en aangepast aan de grootte van het gehele lanceersysteem van de derde cryogene trap, die het tweetraps Block I-systeem (lanceerboosters en de centrale trap op de Space Shuttle-motoren) met een derde trap, die voor de Block Ia-variant zal zijn zoals ik al noemde, geleend van de Delta IV-raket en ook SLS zal voorzien van de output van maximaal 105 ton nuttige lading voor LEO.
Ten slotte zou het laatste Block II-systeem al een full-size, in massa ontworpen SLS derde trap moeten hebben die, net als de Saturn V tweede trap, 5 geavanceerde J-2X-motoren zal gebruiken en 130 ton nuttige lading aan LEO zal leveren.
Maar ondanks al deze trucs kost zo'n "ruimte-LEGO" ongeveer $ 500 miljoen per lancering, wat natuurlijk minder is dan de kosten van het lanceren van de Space Shuttle ($ 1,3 miljard), maar toch - gevoelig genoeg voor NASA's budget.
Welke taken moet SLS oplossen, en waarom houdt NASA geen rekening met de Falcon 9 Heavy-optie, die $ 135 miljoen zou moeten kosten voor een wegwerpsysteem voor brandstofoverdracht en voor 53 ton nuttige lading voor LEO?
Het punt is dat NASA de maan, Mars en zelfs asteroïden en satellieten van Jupiter als doelwit had! En de Falcon 9 Heavy blijkt een te kleine raket voor dergelijke taken…
Kernraket naar Mars!
Maar dit is natuurlijk een onderwerp voor een goed apart artikel….
ps. Nadat ik mijn artikel nog een keer heb gelezen, rapporteer ik.
Als ik de moderne Russische benaderingen van ruimteverkenning bekritiseer en de Amerikanen prijs, dan zijn daar goede redenen voor.
In 2010 was de toestand van het Amerikaanse ruimteverkenningsprogramma betreurenswaardig: het Space Shuttle-programma was al gepland om te sluiten, de lanceringen van Ares toonden de volledige inconsistentie van de Constellation-ideeën, alle Amerikaanse kranten en tijdschriften schreven over de "Russische ruimteslavernij" voor de Verenigde Staten.
Maar in de afgelopen 5 jaar heeft de Amerikaanse ruimtevaartindustrie zich gehergroepeerd, de nodige financiering ontvangen - en geleerd om in nieuwe, zwaardere omstandigheden te leven.
Zal de Russische kosmonauten hier over 5 jaar op kunnen opscheppen - vooral tegen de achtergrond van het feit dat dit jaar ons ongelukkig nieuws brengt over de sluiting van de Rus-M- en PPTS LV-programma's, het uitstel van de lancering van de Vostochny-kosmodrome en de totale vermindering van de Roscosmos-financiering?
Wacht maar af. Ik houd onze vingers vast met een kruis.
