اعتقاد بر این است که فناوری ها همیشه به تدریج ، از ساده به پیچیده ، از چاقوی سنگی تا فولاد - و تنها در آن صورت به یک فرز برنامه ریزی شده توسعه می یابند. با این حال ، سرنوشت موشکی فضایی چندان ساده نبود. ایجاد موشک های تک مرحله ای ساده و قابل اعتماد برای مدت طولانی برای طراحان غیرقابل دسترسی بود. راه حل هایی لازم بود که نه دانشمندان مواد و نه مهندسین موتور آن را ارائه دهند. تا کنون ، وسایل نقلیه پرتاب چند مرحله ای و یکبار مصرف باقی می مانند: یک سیستم فوق العاده پیچیده و گران قیمت برای چند دقیقه استفاده می شود ، پس از آن دور ریخته می شود
تصور کنید که قبل از هر پرواز یک هواپیمای جدید را مونتاژ می کنید: بدنه هواپیما را به بال وصل می کنید ، کابل های برق را می چسبانید ، موتورها را نصب می کنید و پس از فرود آن را به محل دفن زباله می فرستید. توسعه دهندگان مرکز موشکی دولتی به ما گفتند. ماکیوا اما این دقیقاً همان کاری است که ما هر بار که محموله را به مدار می فرستیم ، انجام می دهیم. البته ، در حالت ایده آل ، همه دوست دارند یک "دستگاه" قابل اعتماد یک مرحله ای داشته باشند که نیازی به مونتاژ نداشته باشد ، اما به کاسمودروم می رسد ، سوخت گیری و راه اندازی می شود. و سپس برمی گردد و دوباره شروع می شود - و دوباره "…
در نیمه راه
به طور کلی ، موشک کشی سعی کرد با یک مرحله از پروژه های اولیه به نتیجه برسد. در طرح های اولیه Tsiolkovsky ، چنین ساختارهایی ظاهر می شود. او این ایده را فقط بعداً کنار گذاشت و فهمید که فناوری های اولیه قرن بیستم اجازه نمی دهد این راه حل ساده و ظریف را بفهمیم. علاقه به حامل های تک مرحله ای در دهه 1960 دوباره ظاهر شد و چنین پروژه هایی در دو طرف اقیانوس در حال انجام بود. در دهه 1970 ، ایالات متحده در حال کار بر روی موشک های تک مرحله ای SASSTO ، Phoenix و چندین راه حل بر اساس S-IVB بود ، سومین مرحله از وسیله پرتاب Saturn V ، که فضانوردان را به ماه تحویل می داد.
مهندسان ادامه می دهند: "چنین گزینه ای از نظر ظرفیت حمل متفاوت نخواهد بود ، موتورها برای این کار به اندازه کافی مناسب نبوده اند - اما با این وجود یک مرحله خواهد بود ، کاملا قادر به پرواز در مدار است." البته از نظر اقتصادی کاملاً غیرقابل توجیه خواهد بود. » کامپوزیت ها و فناوری های کار با آنها فقط در دهه های اخیر ظاهر شده است ، که باعث می شود حامل یک مرحله ای و علاوه بر این قابل استفاده مجدد باشد. هزینه چنین موشکی "فشرده به علم" بیشتر از یک طرح سنتی خواهد بود ، اما در بسیاری از پرتاب ها "پخش" می شود ، به طوری که قیمت پرتاب بسیار کمتر از سطح معمول خواهد بود.
هدف اصلی توسعه دهندگان امروزه استفاده مجدد از رسانه است. سیستم های شاتل فضایی و انرژی انرژی بوران تا حدی قابل استفاده مجدد بودند. استفاده مکرر از مرحله اول برای موشک های SpaceX Falcon 9. در حال آزمایش است. SpaceX قبلاً چندین فرود موفق انجام داده است و در پایان ماه مارس آنها سعی می کنند یکی از مراحل را که دوباره به فضا پرواز کرد ، پرتاب کنند. دفتر طراحی Makeev یادآور می شود: "به نظر ما ، این رویکرد تنها می تواند ایده ایجاد یک رسانه واقعی قابل استفاده مجدد را بی اعتبار کند." "شما هنوز باید چنین موشکی را بعد از هر پرواز مرتب کنید ، اتصالات و اجزای یکبار مصرف جدید را نصب کنید … و ما به جایی که شروع کرده ایم باز می گردیم."
رسانه های کاملاً قابل استفاده هنوز فقط در قالب پروژه هستند - به استثنای New Shepard شرکت آمریکایی Blue Origin.تا کنون ، موشک با کپسول سرنشین دار فقط برای پروازهای زیر مداری گردشگران فضایی طراحی شده است ، اما اکثر راه حل های موجود در این مورد را می توان به راحتی برای حامل مداری جدی تر تغییر داد. نمایندگان این شرکت برنامه های خود را برای ایجاد چنین گزینه ای پنهان نمی کنند ، که موتورهای قدرتمند BE-3 و BE-4 در حال توسعه هستند. Blue Origin اطمینان داد: "با هر پرواز زیر مداری ما به مدار نزدیک می شویم." اما حامل امیدوارکننده آنها New Glenn نیز قابل استفاده مجدد نخواهد بود: فقط اولین بلوک ، که بر اساس طرح آزمایش شده New Shepard ایجاد شده است ، باید مجدداً مورد استفاده قرار گیرد.
مقاومت مواد
مواد CFRP مورد نیاز برای استفاده مجدد و موشک های تک مرحله ای از دهه 1990 در فناوری هوافضا استفاده می شود. در همان سالها ، مهندسان مک دانل داگلاس به سرعت اجرای پروژه Delta Clipper (DC-X) را آغاز کردند و امروز به خوبی می توانند به یک حامل فیبر کربن آماده و پرواز مباهات کنند. متأسفانه ، تحت فشار لاکهید مارتین ، کار بر روی DC-X متوقف شد ، فناوری ها به ناسا منتقل شد ، جایی که آنها سعی کردند از آنها برای پروژه ناموفق VentureStar استفاده کنند ، پس از آن بسیاری از مهندسان درگیر در این موضوع به کار در Blue Origin رفتند ، و خود شرکت توسط بوئینگ تصاحب شد.
در همان 1990 ، SRC Makeev روسی به این کار علاقه مند شد. از آن زمان ، پروژه KORONA ("موشک فضایی ، حامل تک مرحله ای وسایل نقلیه [فضایی]) متحول شده است و نسخه های میانی نشان می دهد که چگونه طرح و طرح بیش از پیش ساده و بی نقص شده است. به تدریج ، توسعه دهندگان عناصر پیچیده - مانند بال یا مخازن سوخت خارجی - را کنار گذاشتند و به این نتیجه رسیدند که مواد اصلی بدنه باید از فیبر کربن باشد. همراه با ظاهر ، وزن و ظرفیت حمل هم تغییر کرد. یکی از توسعه دهندگان می گوید: "حتی با استفاده از بهترین مواد مدرن ، ساخت موشک تک مرحله ای با وزن کمتر از 60-70 تن غیرممکن است ، در حالی که بار آن بسیار کم خواهد بود." - اما با افزایش توده اولیه ، ساختار (تا حد معینی) سهم کوچکتری دارد و استفاده از آن سودآورتر می شود. برای یک موشک مداری ، این بهینه حدود 160-170 تن است ، با استفاده از این مقیاس استفاده از آن در حال حاضر قابل توجیه است."
در جدیدترین نسخه پروژه KORONA ، جرم پرتاب حتی بیشتر است و به 300 تن می رسد.چنین موشک بزرگ تک مرحله ای نیاز به استفاده از موتور جت پیشرفته مایع بسیار کارآمد دارد که روی هیدروژن و اکسیژن کار می کند. برخلاف موتورهایی که در مراحل جداگانه قرار دارند ، چنین موتور موشکی با سوخت مایع باید بتواند در شرایط بسیار متفاوت و در ارتفاعات مختلف ، از جمله برخاستن و پرواز خارج از جو ، کار کند. طراحان Makeevka توضیح می دهند: "یک موتور معمولی پیشران مایع با نازل Laval فقط در محدوده ارتفاعی م effectiveثر است ،" بنابراین ما نیاز به استفاده از موتور موشک گوه-هوا پیدا کردیم. " جت گاز در چنین موتورهایی خود را با فشار "خارج از دریا" تنظیم می کند و کارایی خود را در سطح و بالا در استراتوسفر حفظ می کنند.
تا کنون ، هیچ موتور کاری از این نوع در جهان وجود ندارد ، اگرچه در کشور ما و ایالات متحده با آنها برخورد شده و در حال انجام است. در دهه 1960 ، مهندسان Rocketdyne چنین موتورهایی را روی پایه آزمایش کردند ، اما آنها روی موشک نصب نشدند. CROWN باید مجهز به یک نسخه ماژولار باشد ، که در آن نازل گوه هوا تنها عنصری است که هنوز نمونه اولیه ندارد و آزمایش نشده است. همچنین همه فن آوری ها برای تولید قطعات کامپوزیت در روسیه وجود دارد - آنها توسعه یافته اند و با موفقیت مورد استفاده قرار می گیرند ، به عنوان مثال ، در م Instituteسسه تمام روسی مواد هوانوردی (VIAM) و در OJSC "Kompozit".
مناسب عمودی
هنگام پرواز در جو ، ساختار پلاستیکی تقویت شده با فیبر کربن CORONA با کاشی های محافظ در برابر حرارت که توسط VIAM برای Burans ایجاد شده است پوشانده می شود و از آن زمان به طور قابل توجهی بهبود یافته است.طراحان توضیح می دهند: "بار اصلی حرارتی موشک ما روی" دماغه "آن متمرکز است ، جایی که از عناصر محافظ حرارتی با درجه حرارت بالا استفاده می شود. - در این حالت ، طرفهای منبسط کننده موشک دارای قطر بزرگتری هستند و نسبت به جریان هوا زاویه ای حاد دارند. بار حرارتی روی آنها کمتر است ، که اجازه می دهد از مواد سبک تر استفاده کنید. در نتیجه ، ما بیش از 1.5 تن صرفه جویی کرده ایم. جرم قسمت با درجه حرارت بالا از 6 of از کل جرم حفاظت حرارتی تجاوز نمی کند. برای مقایسه ، بیش از 20 درصد از شاتل ها را تشکیل می دهد."
طراحی باریک و باریک رسانه ، نتیجه آزمایش و خطای بی شماری است. به گفته توسعه دهندگان ، اگر فقط ویژگی های اصلی یک حامل تک مرحله ای احتمالی قابل استفاده مجدد را در نظر بگیرید ، باید حدود 16000 ترکیب از آنها را در نظر بگیرید. صدها نفر از آنها هنگام کار بر روی پروژه مورد استقبال طراحان قرار گرفتند. آنها می گویند: "ما تصمیم گرفتیم بالها را رها کنیم ، مانند بوران یا شاتل فضایی." - به طور کلی ، در جو فوقانی ، آنها فقط با فضاپیماها تداخل دارند. چنین کشتی هایی با سرعت مافوق صوت بهتر از یک "آهن" وارد جو نمی شوند و فقط با سرعت مافوق صوت به پرواز افقی روی می آورند و می توانند به درستی به آیرودینامیک بالها اعتماد کنند."
شکل مخروط متقارن محوری نه تنها امکان محافظت حرارتی آسان تر را فراهم می کند ، بلکه هنگام رانندگی با سرعت بسیار بالا نیز آیرودینامیک مناسبی دارد. در حال حاضر در لایه های بالایی جو ، موشک بالابر دریافت می کند ، که به آن اجازه می دهد نه تنها در اینجا ترمز کند ، بلکه مانور هم می دهد. این امر به نوبه خود امکان انجام مانورهای لازم در ارتفاع بالا و حرکت به سمت محل فرود را فراهم می آورد و در پروازهای آینده ، تنها باید ترمزها را تکمیل کرد ، مسیر را اصلاح کرد و با استفاده از موتورهای ضعیف مانور ، به عقب برگشت.
فالکون 9 و نیو شپرد را به یاد بیاورید: امروزه هیچ چیز غیرممکن یا حتی غیرعادی در فرود عمودی وجود ندارد. در عین حال ، می توان با نیروهای بسیار کمتری در طول ساخت و بهره برداری از باند کنار آمد - باندی که همان شاتل ها و بوران روی آن فرود آمدند باید چندین کیلومتر طول داشته باشند تا بتوانند خودرو را ترمز کنند. سرعت صدها کیلومتر در ساعت یکی از نویسندگان پروژه می افزاید: "CROWN ، در اصل ، حتی می تواند از سکوی دریایی بلند شود و بر روی آن فرود بیاید ،" دقت فرود نهایی حدود 10 متر خواهد بود ، موشک بر روی کمک فنرهای جمع شونده پنوماتیک جمع می شود.. » تنها چیزی که باقی می ماند انجام آزمایشات ، سوخت گیری ، قرار دادن یک محموله جدید است - و می توانید دوباره پرواز کنید.
KORONA هنوز در غیاب بودجه اجرا می شود ، بنابراین توسعه دهندگان دفتر طراحی Makeev موفق شدند تنها به مراحل نهایی پیش نویس طراحی برسند. ما تقریباً به طور کامل و کاملاً مستقل و بدون پشتیبانی خارجی این مرحله را پشت سر گذاشته ایم. طراحان می گویند ما قبلاً همه کارهایی را که می توان انجام داد ، انجام داده ایم. - ما می دانیم چه چیزی ، کجا و چه زمانی باید تولید شود. اکنون ما باید به طراحی عملی ، تولید و توسعه واحدهای کلیدی بپردازیم ، و این نیاز به پول دارد ، بنابراین اکنون همه چیز به آنها بستگی دارد."
شروع با تاخیر
موشک CFRP فقط یک پرتاب در مقیاس بزرگ را پیش بینی می کند ؛ با دریافت پشتیبانی لازم ، طراحان آماده شروع آزمایشات پروازی در شش سال و در هفت تا هشت سال - برای شروع عملیات آزمایشی اولین موشک ها هستند. آنها تخمین می زنند که این امر به کمتر از 2 میلیارد دلار نیاز دارد - نه چندان زیاد بر اساس استانداردهای موشکی. در عین حال ، اگر تعداد پرتاب های تجاری در سطح فعلی باقی بماند ، یا حتی در 1.5 سال - در صورت رشد با نرخ های پیش بینی شده ، می توان بازگشت سرمایه را پس از هفت سال استفاده از موشک انتظار داشت.
علاوه بر این ، وجود موتورهای مانور ، قرارهای ملاقات و اسکله بر روی موشک نیز می تواند روی طرح های پیچیده پرتاب چند پرتاب حساب کند. با صرف سوخت نه برای فرود بلکه برای اتمام بار ، می توان آن را به جرم بیش از 11 تن رساند.سپس CROWN با دومین "تانکر" متصل می شود ، که مخازن خود را با سوخت اضافی لازم برای بازگشت پر می کند. اما باز هم ، بسیار مهمتر قابلیت استفاده مجدد است ، که برای اولین بار ما را از جمع آوری رسانه ها قبل از هر پرتاب - و از دست دادن آن پس از هر پرتاب - رهایی می بخشد. تنها چنین رویکردی می تواند ایجاد یک جریان ترافیکی دو طرفه پایدار بین زمین و مدار و در عین حال آغاز بهره برداری واقعی ، فعال و در مقیاس وسیع از فضای نزدیک زمین را تضمین کند.
در همین حال ، CROWN در بلاتکلیفی به سر می برد ، کار روی New Shepard ادامه دارد. پروژه ژاپنی RVT مشابهی نیز در حال توسعه است. توسعه دهندگان روسی ممکن است به سادگی از پشتیبانی کافی برای دستیابی به موفقیت برخوردار نباشند. اگر چند میلیارد هزینه دارید ، این سرمایه گذاری به مراتب بهتر از بزرگترین و لوکس ترین قایق تفریحی جهان است.
