Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Сверхтяжелые ракеты-носители времен лунной гонки красивы. «Сатурн-V» выглядит таким рациональным и инженерно прекрасным, что можно понять происхождение довода приверженцев «лунного заговора» — думается, что такая превосходная ракета должна была бы летать по сей день. Но неприятность сверхтяжелых ракет пребывает в том, что они негодны для простых космических задач, для которых требуется меньшая грузоподъемность.

Говоря несложным языком, у вас имеется грузовик «Урал», на котором вы несколько раз в год возите удобрения, кирпичи либо доски на дачу. Станете ли вы на нем ежедневно ездить на работу в офис? Теоретически это быть может, но весьма нерационально — замечательный двигатель «ест» десятки литров солярки на сотню километров, не говоря уже о сопутствующих расходах либо проблемах с парковкой.

С космосом то же самое — «тяжелыми» стали называться ракеты грузоподъемностью двадцать тысячь киллограм на низкую околоземную орбиту, а «сверхтяжелой» на данный момент именуют ракету с грузоподъемностью больше 50 тысячь киллограм на НОО. Но не требуется думать, что изобретательное человечество легко отказалось от грезы взять универсальную ракету, которой возможно ежемесячно запускать маленькие спутники, но один-два раза в год отправиться на Луну либо дальше.

Исторический вариант — убрать одну ступень.

Вот три ступени ракеты-носителя Saturn V:

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

Очевидный вариант — убрать первую, самую тяжелую и замечательную ступень. Но тут появилась неприятность — вторая ступень была запланирована на запуск на громадной высоте по окончании отделения от первой ступени, и ее двигатели просто не имели возможность оторвать ракету от стартового стола. В варианте Saturn INT-17 предполагалось заменить пять двигателей J-2 семью перспективными двигателями HG-3.

Но, от создания HG-3 скоро отказались, а наработки по этому двигателю через пара лет будут использованы при создании двигателя RS-25 для Спейс Шаттла. В варианте Saturn INT-18 на ракету желали добавить два либо четыре твердотопливных ускорителя от ракеты-носителя Titan. Большая грузоподъемность достигла бы 66 тысячь киллограм, а в некоторых более легких вариантах предполагалось убрать третью ступень S-IVB, и ракета бы состояла лишь из второй ступени S-II и твердотопливных ускорителей.

Вариант Saturn INT-19 кроме этого дополнялся твердотопливными ступенями, но меньшего размера — предполагалось применять первые ступени межконтинентальных ракет Minuteman. В самом легком варианте планировали поставить 4 ТТУ, в самом тяжелом — 12, причем четыре должны были включиться уже в полете по окончании сброса восьми, запущенных вместе с двигателями S-II на земле. В таком варианте грузоподъемность ракеты составила бы 34 тонны.

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

Второй, менее очевидный вариант — убрать вторую ступень. В этом случае основной проблемой становилась излишняя тяговооруженность первой ступени. Ракета с первой ступенью без трансформаций испытывала бы весьма важные аэродинамические нагрузки, а нужная нагрузка подвергалась бы нежелательным перегрузкам.

Вариант сохранения пяти двигателей F-1 и выключения части из них в полете смотрелся не хорошо — в этом случае было нужно бы спустя всего 88 секунд выключать три двигателя, каковые становились мертвым грузом. Но в случае если сократить количество двигателей до четырех, то два из них нужно было бы отключить на 146 секунде, а два оставшихся дорабатывали бы всецело до 212 секунды. В этом варианте ракета бы выводила приблизительно 60 тысячь киллограм на низкую околоземную орбиту.

В случае если пойти еще дальше и сократить количество двигателей до трех, то ни один из них не нужно было бы выключать раньше. Не смотря на то, что нужная нагрузка бы заметно упала — до 35 тысячь киллограм.

Saturn INT-20

Ну и последний вариант — убрать третью ступень. В каком-то смысле данный вариант кроме того летал один раз — вместо третьей ступени в первой половине 70-ых годов XX века в космос послали созданную на ее базе орбитальную станцию Skylab массой 77 тысячь киллограм. Для второй нужной нагрузки было нужно бы перемещать совокупность управления с третьей ступени на вторую, но это было бы совсем маленькое изменение.

Таковой вариант взял индекс Saturn INT-21.

Фото запуска станции Skylab

В СССР дело обстояло более упорядоченно. В проект ракеты Н-1 изначально желали заложить такую модульность — ракета Н-111 должна была начинаться от третьей ступени и выводила бы на орбиту пять тысячь киллограм. Ракета Н-11 дополнялась второй ступенью и выводила бы приблизительно 20 тысячь киллограм.

А полный вариант, ракета Н-1 с огромной первой ступенью выводила бы на орбиту 90 тысячь киллограм.

Н-111, Н-11, Н-1

К сожалению, эти увлекательные проекты по обе стороны океана ожидала однообразная будущее — по политическим мотивам они были закрыты. В Соединенных Штатах приступили к созданию шаттла, а в СССР новый основной конструктор Глушко +строил идею собственной универсальной ракеты, из которой позже выросла «Энергия».

Современный вариант — модульные ступени пакетом

Мейнстримом двадцать первого века стал второй подход. А ну как сделать универсальные ракетные модули, и для получения нужной грузоподъемности применять различное их количество? Захотели легкую ракету — поставили один модуль, среднюю — три, тяжелую — пять либо семь. Меняя верхние ступени, возможно еще более гибко настраивать ракету под конкретную нужную нагрузку.

В Российской Федерации это, конечно же, ракета «Ангара» с диапазоном от двух до 25 тысячь киллограм, с вероятными вариантами на 35 тысячь киллограм (А5В с верхним водородным блоком) и 50 тысячь киллограм (вариант с 7 УРМ, которому потребуется отдельный старт).

Разные варианты «Ангары»

Помимо этого, в инициативном порядке ЦСКБ «Прогресс» разрабатывает проект РН «Альянс-5» в вариантах от 8 до 22,5 тысячь киллограм на метане.

В Соединенных Штатах это РН Delta IV с диапазоном нужных нагрузок 8,5 – 25,9 тысячь киллограм:

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

Стартует тяжелый одноблочный вариант с боковыми твердотопливными ускорителями

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

Одноблочный вариант

Пытливый читатель спросит меня, а причем сардельки «и» тут «сосиски» в заглавии? Дело в том, что вариант с модульными блоками имеет собственные сложности. В первую очередь, будущее ракеты определяется тем, как удачно выбран размер универсального модуля.

В случае если сделать его через чур мелким, то тяжелый вариант будет нерациональным, по причине того, что модулей потребуется через чур много. В случае если сделать его через чур громадным, то может потеряться гибкость настройки под конкретную нужную нагрузку. Из существующих ракет самые мелкие блоки у «Ангары» — диаметром всего 2,9 м. Исходя из этого вариант на 25 тысячь киллограм требует целых пять блоков, а более тяжелые варианты и вовсе пока не реализованы в металле.

Ракетой с самыми громадными блоками окажется Falcon, где всего три блока обещают целых 53 тонны нужной нагрузки. Забавно, что продолжительное время на форумах увлеченных космонавтикой людей обсуждалась мысль «тризенита» — ракеты с модульными блоками на базе РН «Зенит». Увы, жизнь «Зенита» практически закончена, но Falcon по своим чертям больше всего похож именно на данный вариант.

Гадать же о будущем этих ракет на данный момент ненужно — через чур очень многое нам неизвестно.

Не считая глобального выбора размера модуля имеется и другие технические вызовы. К примеру, центральный модуль есть практически второй ступенью и должен иметь двигатель, талантливый дросселироваться (поменять уровень тяги) в широких пределах — чтобы не сбрасываться вынужденно вместе с боковыми блоками. Весьма окажет помощь модульным ракетам разработка перелива горючего из боковых модулей в центральный, которая до тех пор пока что нигде еще не реализована.

Боковые блоки первой ступени возможно пробовать делать многоразовыми и возвращать, а это уже совсем новые сложности.

на данный момент нас ожидает увлекательное время — модульные ракеты лишь начинают летать. Посмотрим, как они себя продемонстрируют в будущих десятилетиях.

Оригинал забран у alex_leshy в сардельки «и» Ракетные «сосиски» либо проклятие неуниверсальности

Ракетные «сосиски» и «сардельки» или проклятие неуниверсальности

Домашние Молочные Сосиски из Куриной Грудки | Homemade Sausages

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: