Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

0
0

 

Сверхтяжелые ракеты-носители времен лунной гонки прекрасны. «Сатурн-V» выглядит настолько рациональным и инженерно красивым, что можно понять происхождение аргумента сторонников «лунного заговора» — кажется, что такая замечательная ракета должна была бы летать до сегодняшнего дня. Но проблема сверхтяжелых ракет состоит в том, что они непригодны для обычных космических задач, для которых требуется меньшая грузоподъемность. Говоря простым языком, у вас есть грузовик «Урал», на котором вы пару раз в год возите удобрения, кирпичи или доски на дачу. Будете ли вы на нем каждый день ездить на работу в офис? Теоретически это возможно, но очень нерационально — мощный двигатель «ест» десятки литров солярки на сотню километров, не говоря уже о сопутствующих расходах или проблемах с парковкой. С космосом то же самое — «тяжелыми» стали называться ракеты грузоподъемностью двадцать тонн на низкую околоземную орбиту, а «сверхтяжелой» сейчас называют ракету с грузоподъемностью больше 50 тонн на НОО. Но не нужно думать, что изобретательное человечество легко отказалось от мечты получить универсальную ракету, которой можно каждый месяц запускать небольшие спутники, но один-два раза в год отправиться на Луну или дальше.

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Исторический вариант — убрать одну ступень.

Вот три ступени ракеты-носителя Saturn V:

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Слева направо: первая ступень S-IC, вторая S-II, третья — S-IVB и полезная нагрузка (корабль «Аполло»)

Очевидный вариант — убрать первую, самую тяжелую и мощную ступень. Но тут возникла проблема — вторая ступень была рассчитана на запуск на большой высоте после отделения от первой ступени, и ее двигатели просто не смогли бы оторвать ракету от стартового стола. В варианте Saturn INT-17 предполагалось заменить пять двигателей J-2 семью перспективными двигателями HG-3. Впрочем, от создания HG-3 быстро отказались, а наработки по этому двигателю через несколько лет будут использованы при создании двигателя RS-25 для Спейс Шаттла. В варианте Saturn INT-18 на ракету хотели добавить два или четыре твердотопливных ускорителя от ракеты-носителя Titan. Максимальная грузоподъемность достигла бы 66 тонн, а в некоторых более легких вариантах предполагалось убрать третью ступень S-IVB, и ракета бы состояла только из второй ступени S-II и твердотопливных ускорителей. Вариант Saturn INT-19 также дополнялся твердотопливными ступенями, но меньшего размера — предполагалось использовать первые ступени межконтинентальных ракет Minuteman. В самом легком варианте собирались поставить 4 ТТУ, в самом тяжелом — 12, причем четыре должны были включиться уже в полете после сброса восьми, запущенных вместе с двигателями S-II на земле. В таком варианте грузоподъемность ракеты составила бы 34 тонны.

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Слева направо: Saturn INT-17, INT-18, INT-19

Второй, менее очевидный вариант — убрать вторую ступень. В этом случае главной проблемой становилась излишняя тяговооруженность первой ступени. Ракета с первой ступенью без изменений испытывала бы очень серьезные аэродинамические нагрузки, а полезная нагрузка подвергалась бы нежелательным перегрузкам. Вариант сохранения пяти двигателей F-1 и выключения части из них в полете выглядел плохо — в этом случае пришлось бы спустя всего 88 секунд выключать три двигателя, которые становились мертвым грузом. Но если сократить количество двигателей до четырех, то два из них надо было бы выключить на 146 секунде, а два оставшихся дорабатывали бы полностью до 212 секунды. В этом варианте ракета бы выводила примерно 60 тонн на низкую околоземную орбиту. Если пойти еще дальше и сократить количество двигателей до трех, то ни один из них не надо было бы выключать раньше. Хотя полезная нагрузка бы заметно упала — до 35 тонн.

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Saturn INT-20

Ну и последний вариант — убрать третью ступень. В каком-то смысле этот вариант даже летал один раз — вместо третьей ступени в 1973 году в космос отправили разработанную на ее базе орбитальную станцию Skylab массой 77 тонн. Для другой полезной нагрузки пришлось бы перемещать систему управления с третьей ступени на вторую, но это было бы очень небольшое изменение. Такой вариант получил индекс Saturn INT-21.

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Фото запуска станции Skylab

В СССР дело обстояло более упорядоченно. В проект ракеты Н-1 изначально хотели заложить такую модульность — ракета Н-111 должна была начинаться от третьей ступени и выводила бы на орбиту пять тонн. Ракета Н-11 дополнялась второй ступенью и выводила бы примерно 20 тонн. А полный вариант, ракета Н-1 с огромной первой ступенью выводила бы на орбиту 90 тонн.

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Н-111, Н-11, Н-1

К сожалению, эти интересные проекты по обе стороны океана ждала одинаковая судьба — по политическим мотивам они были закрыты. В США приступили к созданию шаттла, а в СССР новый главный конструктор Глушко вынашивал идею своей универсальной ракеты, из которой потом выросла «Энергия».

Современный вариант — модульные ступени пакетом

Мейнстримом двадцать первого века стал другой подход. А что если сделать универсальные ракетные модули, и для получения нужной грузоподъемности использовать разное их количество? Захотели легкую ракету — поставили один модуль, среднюю — три, тяжелую — пять или семь. Меняя верхние ступени, можно еще более гибко настраивать ракету под конкретную полезную нагрузку. В России это, конечно же, ракета «Ангара» с диапазоном от двух до 25 тонн, с возможными вариантами на 35 тонн (А5В с верхним водородным блоком) и 50 тонн (вариант с 7 УРМ, которому потребуется отдельный старт).

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Различные варианты «Ангары»

Кроме того, в инициативном порядке ЦСКБ «Прогресс» разрабатывает проект РН «Союз-5» в вариантах от 8 до 22,5 тонн на метане.

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

В США это РН Delta IV с диапазоном полезных нагрузок 8,5 – 25,9 тонн:

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

РН Atlas V, для которой в 2006 году предложили вариант с тремя блоками. Грузоподъемность в этом случае окажется в диапазоне 9,7 – 29,4 тонны.

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Стартует тяжелый одноблочный вариант с боковыми твердотопливными ускорителями

И Falcon 9 (13 тонн) с вариантом Falcon Heavy на 53 тонны, первый испытательный полет которого съехал на 2016 год.

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Одноблочный вариант

Пытливый читатель спросит меня, а причем тут «сосиски» и «сардельки» в названии? Дело в том, что вариант с модульными блоками имеет свои сложности. Прежде всего, судьба ракеты определяется тем, насколько удачно выбран размер универсального модуля. Если сделать его слишком маленьким, то тяжелый вариант будет нерациональным, потому что модулей потребуется слишком много. Если сделать его слишком большим, то может потеряться гибкость настройки под конкретную полезную нагрузку. Из существующих ракет самые маленькие блоки у «Ангары» — диаметром всего 2,9 м. Поэтому вариант на 25 тонн требует целых пять блоков, а более тяжелые варианты и вовсе пока не реализованы в металле. Ракетой с самыми большими блоками окажется Falcon, где всего три блока обещают целых 53 тонны полезной нагрузки. Забавно, что долгое время на форумах увлеченных космонавтикой людей обсуждалась идея «тризенита» — ракеты с модульными блоками на основе РН «Зенит». Увы, жизнь «Зенита» фактически закончена, но зато Falcon по своим характеристикам больше всего похож именно на этот вариант. Гадать же о будущем этих ракет сейчас нет смысла — слишком многое нам неизвестно.

Кроме глобального выбора размера модуля есть и другие технические вызовы. Например, центральный модуль является фактически второй ступенью и должен иметь двигатель, способный дросселироваться (менять уровень тяги) в широких пределах — для того, чтобы не сбрасываться вынужденно вместе с боковыми блоками. Очень поможет модульным ракетам технология перелива топлива из боковых модулей в центральный, которая пока что нигде еще не реализована. Боковые блоки первой ступени можно пытаться делать многоразовыми и возвращать, а это уже совсем новые сложности.

Сейчас нас ждет интересное время — модульные ракеты только начинают летать. Посмотрим, как они себя покажут в грядущих десятилетиях.


Оригинал взят у Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальностиalex_leshy в Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

14
Комментировать

Пожалуйста, авторизуйтесь чтобы добавить комментарий.
7 Цепочка комментария
7 Ответы по цепочке
0 Последователи
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
0 Авторы комментариев
jrgrunmouseСагаре 2PiselAnsar02 Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
новее старее большинство голосов
Уведомление о
Ansar02

!!! Интересно. Спасибо.

yes!!! Интересно. Спасибо.

Сагаре 2

Вообще-то самый очевидный

Вообще-то самый очевидный вариант экономической эффективности, это выводить сверхтяжем несколько спутников не опорную орбиту, а затем растаскивать их по заданным орбитам с помощью буксиров.

 

Рейхс-маршал

Я вообще не инженер, но

Я вообще не инженер, но по-моему, самый лучший вариант — это построить космическую станцию из надувных модулей (как европейский проект Genesis), возить отдельные модули на Протонах или Ангаре и собирать их прямо на орбите внутри такого надувного модуля, тестировать и отправлять куда нужно, не заморачиваясь с тяжелой ракетой.

Ansar02

ИМХО — самый экономичный

ИМХО — самый экономичный вариант — выводить несколько высокотехнологичных миниспутников, каждый из которых заменяет большой старый, одной РН среднего класса wink.

Сагаре 2

Миниспутник — маленькие

Миниспутник — маленькие батарейки — короткий период  эксплуатации — лишний космический мусор.

Кроме того, не всё можно запихнуть в миниспутник.

grunmouse
grunmouse

Слишком большой риск в случае

Слишком большой риск в случае отказа ракеты.

NF

++++++++++

++++++++++

rrrush
rrrush

таки оригинал и авторство

таки оригинал и авторство статьи  — http://geektimes.ru/post/264138/.

Рад за земляка, что статья стала народной.

Pisel

««Сатурн-V» выглядит

"«Сатурн-V» выглядит настолько рациональным и инженерно красивым, что можно понять происхождение аргумента сторонников «лунного заговора» — кажется, что такая замечательная ракета должна была бы летать до сегодняшнего дня."

Да, "Сатурн-5" — супер-ракета. Единственная в мире ракета, на которой после двух первых неудачных беспилотных запусков, сразу запулили в космос самых драгаценных граждан земли — американцев. Это вам не кровавый СССР, в котором прежде чем запустить в космос Гагарина, сделали три безаварийных пуска. Какой уж тут "лунный заговор"…

Сагаре 2

1.Спейс Шаттл полетел в

1.Спейс Шаттл полетел в космос с экипажем  вообще без беспилотных испытаний.

2.Первый запуск Сатурна-5 был удачным

3. Второй запуск Сатурна-5 был частично неудачным. Зя ступень ракеты не запустилась на орбите 2й раз.

Pisel

Шатыл, если не ошибаюсь, раз

Шатыл, если не ошибаюсь, раз семнадцать сажали на самолетных движках

Сагаре 2

Ошибаетесь, Энтерпрайз просто

Ошибаетесь, Энтерпрайз просто сбрасывали с Боинга, как планер. Движков там не было. А пилоты были.

Главный косяк при первом запуске Колумбии произошёл на моменте схода с орбиты, когда шаттл совершает манёвры , чтобы занять нужный угол к набегающему потоку. Автоматическая программа оказалась неадекватной реальности и в трёх первых полётах манёвр схода  с орбиты шаттла проводился вручную.

jr
jr

1. Модульные ракеты давно

1. Модульные ракеты давно используются: Titan начиная с 4, скажем. Или Atlas-5 — без ускорителей, с одним!, двумя, тремя, четырьмя и пятью. Соответсвенно, очень разные возможности.

2. Именно ТТУ быстро заменили F-1 первой ступени. Они лучше и дешевле.

Собственно, уже при разработке Saturn 1 собирались перейти на твердотопливную первую ступень, испытали двигатель,, который самый большой до сих пор, вроде. Но F-1 и H-1 оказались готовыми раньше.

jr
jr

Ну и, конечно, верхние

Ну и, конечно, верхние ступени принято использовать с разными нижними. У нас — разгонные блоки единые для Протона и Зенита, в США унифицируемые водороднае верхние ступени ULA.

×
Зарегистрировать новую учетную запись
Сбросить пароль
Compare items
  • Включить общее количество Поделиться (0)
Сравнить