Ռուսական տարածություն

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Ենթադրվում է, որ տեխնոլոգիաները միշտ զարգանում են աստիճանաբար՝ պարզից բարդ, քարե դանակից մինչև պողպատ, և հետո միայն ծրագրավորված ֆրեզերային մեքենա: Այնուամենայնիվ, տիեզերական հրթիռների ճակատագիրը պարզվեց, որ այնքան էլ պարզ չէ: Պարզ, հուսալի միաստիճան հրթիռների ստեղծումը երկար ժամանակ անհասանելի էր դիզայներների համար:

Պահանջվում էին լուծումներ, որոնք ոչ նյութագետները, ոչ էլ շարժիչի ինժեներները չէին կարող առաջարկել: Մինչ այժմ արձակման մեքենաները մնում են բազմաստիճան և միանգամյա օգտագործման. անհավանական բարդ և թանկ համակարգն օգտագործվում է մի քանի րոպե, իսկ հետո դեն նետվում:

«Պատկերացրեք, որ ամեն թռիչքից առաջ նոր ինքնաթիռ կհավաքեիք՝ ֆյուզելյաժը միացնեիք թևերին, էլեկտրական մալուխներ անցկացնեիք, շարժիչները կտեղադրեիք և վայրէջքից հետո այն կուղարկեիք աղբանոց… Չի կարելի այդքան հեռու թռչել։ », - մեզ ասացին Պետական հրթիռային կենտրոնի մշակողները: Մակեևա. «Բայց սա հենց այն է, ինչ մենք անում ենք ամեն անգամ, երբ բեռ ենք ուղարկում ուղեծիր: Իհարկե, իդեալական տարբերակում բոլորը կցանկանային ունենալ հուսալի միաստիճան «մեքենա», որը չի պահանջում հավաքում, բայց հասնում է տիեզերք, լիցքավորվում և գործարկվում: Եվ հետո այն վերադառնում է և նորից սկսում, և նորից «…

Կես ճանապարհին

Մեծ հաշվով, հրթիռային տեխնիկան ամենավաղ նախագծերից մեկ փուլով փորձում էր հաղթահարել: Ցիոլկովսկու սկզբնական էսքիզներում հենց այդպիսի կառույցներ են հայտնվում. Նա հրաժարվել է այս գաղափարից միայն ավելի ուշ՝ հասկանալով, որ քսաներորդ դարասկզբի տեխնոլոգիաները թույլ չեն տվել իրականացնել այս պարզ ու էլեգանտ լուծումը։ Միաստիճան փոխադրողների նկատմամբ հետաքրքրությունը կրկին առաջացավ 1960-ականներին, և նման նախագծեր մշակվում էին օվկիանոսի երկու կողմերում։ 1970-ականներին Միացյալ Նահանգները աշխատում էր SASSTO, Phoenix միաստիճան հրթիռների և մի քանի լուծումների վրա, որոնք հիմնված էին S-IVB-ի՝ Saturn V արձակման մեքենայի երրորդ փուլի վրա, որը տիեզերագնացներին հասցրեց Լուսին:

CORONA-ն պետք է դառնա ռոբոտ և ստանա խելացի ծրագրակազմ կառավարման համակարգի համար: Ծրագրային ապահովումը կկարողանա թարմացվել անմիջապես թռիչքի ժամանակ, իսկ արտակարգ իրավիճակներում ավտոմատ կերպով «ետ կվերադառնա» պահեստային կայուն տարբերակին:

«Նման տարբերակը չի տարբերվի կրող հզորությամբ, շարժիչները դրա համար բավականաչափ լավը չէին, բայց այն դեռ մեկ փուլ կլիներ, որը բավականին ընդունակ էր թռչել ուղեծիր», - շարունակում են ինժեներները: «Իհարկե, տնտեսապես դա լիովին չարդարացված կլիներ։ Կոմպոզիտները և դրանց հետ աշխատելու տեխնոլոգիաները ի հայտ են եկել միայն վերջին տասնամյակներում, որոնք հնարավորություն են տալիս կրիչը դարձնել մեկ փուլային և առավել եւս՝ բազմակի օգտագործման։ Նման «գիտական ինտենսիվ» հրթիռի արժեքը կլինի ավելի բարձր, քան ավանդական դիզայնը, սակայն այն «կտարածվի» բազմաթիվ արձակումների վրա, այնպես որ արձակման գինը զգալիորեն ցածր կլինի սովորական մակարդակից։

Հենց մեդիայի կրկնակի օգտագործումն է այսօր մշակողների հիմնական նպատակը: Space Shuttle-ը և Energia-Buran համակարգերը մասամբ վերօգտագործելի էին: Առաջին փուլի կրկնակի օգտագործումը փորձարկվում է SpaceX Falcon 9 հրթիռների համար, SpaceX-ն արդեն մի քանի հաջող վայրէջք է կատարել, իսկ մարտի վերջին կփորձեն նորից տիեզերք թռչող փուլերից մեկը գործարկել։ «Մեր կարծիքով, այս մոտեցումը կարող է միայն վարկաբեկել իրական բազմակի օգտագործման մեդիա ստեղծելու գաղափարը», - նշում է Makeev Design Bureau-ն: «Դուք դեռ պետք է տեսակավորեք նման հրթիռը յուրաքանչյուր թռիչքից հետո, տեղադրեք միացումներ և նոր միանգամյա օգտագործման բաղադրիչներ… և մենք վերադառնում ենք այնտեղ, որտեղ սկսել ենք»:

Լիովին վերօգտագործվող կրիչները դեռևս միայն նախագծերի տեսքով են՝ բացառությամբ ամերիկյան Blue Origin ընկերության New Shepard-ի:Առայժմ կառավարվող պարկուճով հրթիռը նախատեսված է միայն տիեզերական զբոսաշրջիկների ենթաօրբիտալ թռիչքների համար, սակայն այս դեպքում հայտնաբերված լուծումների մեծ մասը հեշտությամբ կարելի է չափել ավելի լուրջ ուղեծրային կրիչի համար: Ընկերության ներկայացուցիչները չեն թաքցնում նման տարբերակ ստեղծելու իրենց ծրագրերը, որի համար արդեն մշակվում են հզոր BE-3 և BE-4 շարժիչներ։ «Յուրաքանչյուր ենթաուղեծրային թռիչքի ժամանակ մենք մոտենում ենք ուղեծրին», - վստահեցրել է Blue Origin-ը: Բայց նրանց խոստումնալից կրիչը՝ New Glenn-ը, նույնպես ամբողջությամբ չի կարող օգտագործվել. միայն առաջին բլոկը, որը ստեղծվել է արդեն փորձարկված New Shepard դիզայնի հիման վրա, պետք է նորից օգտագործվի:

Նյութի դիմադրություն

CFRP նյութերը, որոնք անհրաժեշտ են լիովին բազմակի օգտագործման և միաստիճան հրթիռների համար, օգտագործվել են օդատիեզերական տեխնոլոգիաներում 1990-ական թվականներից: Այդ նույն տարիներին McDonnell Douglas-ի ինժեներները արագ սկսեցին իրականացնել Delta Clipper (DC-X) նախագիծը և այսօր կարող են պարծենալ պատրաստի և թռչող ածխածնային մանրաթելից կրողով: Ցավոք, Lockheed Martin-ի ճնշման ներքո DC-X-ի վրա աշխատանքը դադարեցվեց, տեխնոլոգիաները փոխանցվեցին ՆԱՍԱ-ին, որտեղ նրանք փորձեցին օգտագործել դրանք անհաջող VentureStar նախագծի համար, որից հետո այս թեմայով շատ ինժեներներ գնացին աշխատանքի Blue Origin-ում: իսկ ընկերությունն ինքը վերցրել է Boeing-ը:

Նույն 1990-ականներին Ռուսաստանի ՊԵԿ Մակեևը հետաքրքրվեց այս գործով։ Այդ ժամանակից ի վեր KORONA նախագիծը («Տիեզերական հրթիռ, միաստիճան [տիեզերական] մեքենաների կրող») նկատելի էվոլյուցիայի է ենթարկվել, և միջանկյալ տարբերակները ցույց են տալիս, թե ինչպես են դիզայնը և դասավորությունը դառնում ավելի ու ավելի պարզ և կատարյալ: Աստիճանաբար, մշակողները լքեցին բարդ տարրերը, ինչպիսիք են թևերը կամ արտաքին վառելիքի տանկերը, և հասկացան, որ մարմնի հիմնական նյութը պետք է լինի ածխածնի մանրաթել: Արտաքինին զուգահեռ փոխվել է և՛ քաշը, և՛ կրողունակությունը։ «Օգտագործելով նույնիսկ լավագույն ժամանակակից նյութերը, անհնար է կառուցել 60-70 տոննայից պակաս միաստիճան հրթիռ, մինչդեռ դրա օգտակար բեռնվածությունը շատ փոքր կլինի», - ասում է մշակողներից մեկը: - Բայց քանի որ մեկնարկային զանգվածը մեծանում է, կառուցվածքը (մինչև որոշակի սահման) ավելի փոքր մասնաբաժին է կազմում, և ավելի ու ավելի շահավետ է դառնում դրա օգտագործումը: Ուղեծրային հրթիռի համար այս օպտիմալը կազմում է մոտ 160-170 տոննա, այս մասշտաբից սկսած դրա օգտագործումն արդեն կարելի է արդարացնել»։

KORONA նախագծի վերջին տարբերակում արձակման զանգվածը նույնիսկ ավելի բարձր է և մոտենում է 300 տոննայի: Նման մեծ միաստիճան հրթիռի համար պահանջվում է օգտագործել բարձր արդյունավետ հեղուկ շարժիչ ռեակտիվ շարժիչ, որն աշխատում է ջրածնի և թթվածնի վրա: Ի տարբերություն առանձին փուլերի շարժիչների, նման հեղուկ շարժիչով հրթիռային շարժիչը պետք է «կարողանա» աշխատել շատ տարբեր պայմաններում և տարբեր բարձրությունների վրա, ներառյալ թռիչքը և թռիչքը մթնոլորտից դուրս: «Լավալ վարդակներով սովորական հեղուկ շարժիչը արդյունավետ է միայն որոշակի բարձրությունների միջակայքում», - բացատրում են Մակեևկայի դիզայներները, «հետևաբար մենք հասանք սեպ-օդ հրթիռային շարժիչ օգտագործելու անհրաժեշտությանը»: Նման շարժիչներում գազի շիթն ինքնաբերաբար հարմարվում է «արտերկրում» ճնշմանը, և դրանք արդյունավետ են մնում ինչպես մակերեսին, այնպես էլ ստրատոսֆերայում բարձր:

Բեռնատար կոնտեյներ

Առայժմ աշխարհում նման աշխատող շարժիչ չկա, թեև դրանցով զբաղվել և զբաղվում են ինչպես մեր երկրում, այնպես էլ ԱՄՆ-ում։ 1960-ականներին Rocketdyne-ի ինժեներները փորձարկեցին նման շարժիչները կանգառի վրա, բայց դրանք տեղադրվեցին հրթիռների վրա: CROWN-ը պետք է հագեցած լինի մոդուլային տարբերակով, որում սեպ-օդային վարդակը միակ տարրն է, որը դեռ չունի նախատիպ և չի փորձարկվել: Կան նաև Ռուսաստանում կոմպոզիտային մասերի արտադրության բոլոր տեխնոլոգիաները. դրանք մշակվել և հաջողությամբ օգտագործվում են, օրինակ, Ավիացիոն նյութերի համառուսաստանյան ինստիտուտում (VIAM) և Կոմպոզիտ ԲԲԸ-ում:

Ուղղահայաց տեղավորում

Մթնոլորտում թռչելիս KORONA ածխածնային մանրաթելից կրող կառուցվածքը ծածկվելու է ջերմապաշտպան սալիկներով, որոնք մշակվել են VIAM-ի կողմից Burans-ի համար և դրանից հետո նկատելիորեն բարելավվել են:«Մեր հրթիռի հիմնական ջերմային բեռը կենտրոնացած է նրա «քթի» վրա, որտեղ օգտագործվում են բարձր ջերմաստիճանի ջերմապաշտպանիչ տարրեր»,- բացատրում են դիզայներները։ -Այս դեպքում հրթիռի ընդլայնվող կողմերն ունեն ավելի մեծ տրամագիծ և գտնվում են օդի հոսքի նկատմամբ սուր անկյան տակ։ Նրանց վրա ջերմային բեռը ավելի քիչ է, ինչը թույլ է տալիս օգտագործել ավելի թեթեւ նյութեր։ Արդյունքում խնայել ենք ավելի քան 1,5 տոննա։Բարձրաջերմային մասի զանգվածը չի գերազանցում ջերմային պաշտպանության ընդհանուր զանգվածի 6%-ը։ Համեմատության համար նշենք, որ Shuttles-ում այն կազմում է ավելի քան 20%:

Լրատվամիջոցների նուրբ կոնաձև դիզայնը անթիվ փորձությունների և սխալների արդյունք է: Ըստ մշակողների, եթե դուք վերցնում եք միայն հնարավոր բազմակի օգտագործման մեկ փուլով կրիչի հիմնական բնութագրերը, ապա պետք է հաշվի առնեք դրանց մոտ 16000 համակցությունները: Դրանցից հարյուրավոր մարդիկ գնահատվել են դիզայներների կողմից նախագծի վրա աշխատելիս։ «Մենք որոշեցինք թողնել թևերը, ինչպես Բուրանի կամ տիեզերական մաքոքի վրա», - ասում են նրանք: - Մեծ հաշվով մթնոլորտի վերին շերտերում միայն տիեզերանավերին են խանգարում։ Նման նավերը մթնոլորտ են մտնում հիպերձայնային արագությամբ, ոչ ավելի, քան «երկաթը», և միայն գերձայնային արագությամբ են նրանք անցնում հորիզոնական թռիչքի և կարող են պատշաճ կերպով ապավինել թևերի աերոդինամիկայի վրա»:

Առանցքային կոնի ձևը ոչ միայն թույլ է տալիս ավելի հեշտ ջերմային պաշտպանություն, այլև լավ աերոդինամիկա ունի շատ բարձր արագություններով վարելիս: Արդեն մթնոլորտի վերին շերտերում հրթիռը վերելք է ստանում, ինչը թույլ է տալիս այստեղ ոչ միայն արգելակել, այլեւ մանեւրել։ Սա, իր հերթին, հնարավորություն է տալիս կատարել անհրաժեշտ մանևրներ բարձր բարձրության վրա՝ ուղղվելով դեպի վայրէջքի վայր, իսկ ապագա թռիչքում անհրաժեշտ կլինի միայն ավարտել արգելակումը, ուղղել ընթացքը և թեքվել դեպի ներքև՝ օգտագործելով թույլ շունտավորում։ շարժիչներ.

Հիշեք և՛ Falcon 9-ը, և՛ New Shepard-ը. այսօր ոչ մի անհնարին կամ նույնիսկ արտասովոր բան չկա ուղղահայաց վայրէջքի մեջ: Միևնույն ժամանակ, այն թույլ է տալիս զգալիորեն ավելի քիչ ուժերով անցնել թռիչքուղու կառուցման և շահագործման ընթացքում. թռիչքուղին, որի վրա վայրէջք կատարեցին նույն Shuttles-ը և Buran-ը, պետք է ունենար մի քանի կիլոմետր երկարություն, որպեսզի արգելակեր մեքենան: ժամում հարյուրավոր կիլոմետր արագություն: «CROWN-ը, սկզբունքորեն, կարող է նույնիսկ թռչել օֆշորային հարթակից և վայրէջք կատարել դրա վրա», - ավելացնում է նախագծի հեղինակներից մեկը, «վերջնական վայրէջքի ճշգրտությունը կլինի մոտ 10 մ, հրթիռը իջեցվում է քաշվող օդաճնշական շոկի կլանիչների վրա: Մնում է միայն ախտորոշում կատարել, լիցքավորել, տեղադրել նոր բեռ, և դուք կարող եք նորից թռչել:

KORONA-ն դեռ իրականացվում է ֆինանսավորման բացակայության պայմաններում, ուստի Makeev Design Bureau-ի մշակողներին հաջողվել է հասնել միայն նախագծի նախագծի վերջնական փուլին: «Մենք այս փուլն անցել ենք գրեթե ամբողջությամբ և ամբողջովին անկախ, առանց արտաքին աջակցության։ Մենք արդեն արել ենք այն ամենը, ինչ կարելի էր անել»,- ասում են դիզայներները։ -Մենք գիտենք, թե ինչ, որտեղ և երբ պետք է արտադրվի։ Այժմ մենք պետք է անցնենք հիմնական ստորաբաժանումների գործնական նախագծմանը, արտադրությանը և զարգացմանը, և դա գումար է պահանջում, ուստի այժմ ամեն ինչ կախված է դրանցից»:

Հետաձգված մեկնարկ

CFRP հրթիռը ակնկալում է միայն լայնածավալ արձակում; անհրաժեշտ աջակցություն ստանալուց հետո նախագծողները պատրաստ են թռիչքային փորձարկումներ սկսել վեց տարի անց, իսկ յոթից ութ տարի հետո՝ սկսել առաջին հրթիռների փորձարարական շահագործումը: Նրանք գնահատում են, որ դրա համար պահանջվում է ավելի քիչ, քան 2 միլիարդ դոլար, ինչը ոչ շատ հրթիռային գիտության չափանիշներով: Միևնույն ժամանակ, ներդրումների վերադարձը կարելի է ակնկալել հրթիռը օգտագործելուց յոթ տարի հետո, եթե առևտրային արձակումների թիվը մնա ներկայիս մակարդակի վրա, կամ նույնիսկ 1,5 տարում, եթե այն աճի կանխատեսվող տեմպերով:

Ավելին, հրթիռի վրա մանևրելու շարժիչների, ժամադրության և դոկինգ սարքերի առկայությունը թույլ է տալիս հույս դնել բազմակի արձակման բարդ սխեմաների վրա: Վառելիքը ծախսելով ոչ թե վայրէջքի, այլ օգտակար բեռը ավելացնելու վրա՝ կարող եք այն հասցնել 11 տոննայից ավելի զանգվածի։Այնուհետև CROWN-ը կկանգնեցվի երկրորդ՝ «տանկերի» հետ, որն իր տանկերը կլցնի վերադարձի համար անհրաժեշտ լրացուցիչ վառելիքով։ Այնուամենայնիվ, շատ ավելի կարևոր է կրկնակի օգտագործման հնարավորությունը, որն առաջին անգամ մեզ կազատի յուրաքանչյուր գործարկումից առաջ լրատվամիջոցները հավաքելու և յուրաքանչյուր գործարկումից հետո կորցնելու անհրաժեշտությունից: Միայն նման մոտեցումը կարող է ապահովել Երկրի և ուղեծրի միջև կայուն երկկողմանի երթևեկության հոսքի ստեղծում և միևնույն ժամանակ մերձերկրյա տարածության իրական, ակտիվ, լայնածավալ շահագործման սկիզբ։

Միևնույն ժամանակ, CROWN-ը մնում է անորոշության մեջ, աշխատանքը New Shepard-ի վրա շարունակվում է: Նմանատիպ ճապոնական RVT նախագիծը նույնպես զարգանում է: Ռուս ծրագրավորողները կարող են պարզապես բավարար աջակցություն չունենալ բեկման համար: Եթե դուք ունեք մի քանի միլիարդ խնայելու, սա շատ ավելի լավ ներդրում է, քան նույնիսկ աշխարհի ամենամեծ և շքեղ զբոսանավը: