Ruang Rusia: proyek "Mahkota" dan pengembangan lain dari Makeev SRC

Daftar Isi:

Ruang Rusia: proyek "Mahkota" dan pengembangan lain dari Makeev SRC
Ruang Rusia: proyek "Mahkota" dan pengembangan lain dari Makeev SRC

Video: Ruang Rusia: proyek "Mahkota" dan pengembangan lain dari Makeev SRC

Video: Ruang Rusia: proyek "Mahkota" dan pengembangan lain dari Makeev SRC
Video: Peluncuran pesawat ruang angkasa misterius yang dapat digunakan kembali oleh China 2024, Maret
Anonim
Gambar
Gambar

Diyakini bahwa teknologi selalu berkembang secara bertahap, dari yang sederhana hingga yang kompleks, dari pisau batu hingga baja - dan baru kemudian ke mesin penggilingan terprogram. Namun, nasib roket luar angkasa ternyata tidak sesederhana itu. Pembuatan rudal satu tahap yang sederhana dan andal untuk waktu yang lama tetap tidak dapat diakses oleh perancang. Solusi diperlukan yang tidak dapat ditawarkan oleh ilmuwan material maupun insinyur mesin. Sampai sekarang, kendaraan peluncuran tetap multistage dan sekali pakai: sistem yang sangat kompleks dan mahal digunakan selama beberapa menit, setelah itu dibuang

“Bayangkan bahwa sebelum setiap penerbangan Anda akan merakit pesawat baru: Anda akan menghubungkan badan pesawat ke sayap, memasang kabel listrik, memasang mesin, dan setelah mendarat Anda akan mengirimkannya ke tempat pembuangan sampah… Anda tidak akan terbang jauh seperti itu,” para pengembang Pusat Rudal Negara memberi tahu kami. Makeeva. “Tapi itulah yang kami lakukan setiap kali kami mengirim kargo ke orbit. Tentu saja, idealnya setiap orang ingin memiliki "mesin" satu tahap yang andal yang tidak memerlukan perakitan, tetapi tiba di kosmodrom, mengisi bahan bakar, dan diluncurkan. Dan kemudian itu kembali dan mulai lagi - dan lagi "…

Di tengah jalan

Pada umumnya, peroketan mencoba bertahan dengan satu tahap dari proyek paling awal. Dalam sketsa awal Tsiolkovsky, hanya struktur seperti itu yang muncul. Dia meninggalkan ide ini hanya kemudian, menyadari bahwa teknologi awal abad kedua puluh tidak memungkinkan mewujudkan solusi sederhana dan elegan ini. Ketertarikan pada kapal induk satu tahap muncul lagi pada 1960-an, dan proyek semacam itu sedang dikerjakan di kedua sisi lautan. Pada 1970-an, Amerika Serikat sedang mengerjakan roket satu tahap SASSTO, Phoenix dan beberapa solusi berdasarkan S-IVB, tahap ketiga dari kendaraan peluncuran Saturn V, yang mengantarkan astronot ke bulan.

Gambar
Gambar

"Pilihan seperti itu tidak akan berbeda dalam daya dukung, mesinnya tidak cukup baik untuk ini - tetapi tetap saja itu akan menjadi satu tahap, cukup mampu terbang ke orbit," lanjut para insinyur. "Tentu saja, secara ekonomi itu sama sekali tidak dapat dibenarkan." Komposit dan teknologi untuk bekerja dengan mereka hanya muncul dalam beberapa dekade terakhir, yang memungkinkan untuk membuat pembawa satu tahap dan, terlebih lagi, dapat digunakan kembali. Biaya roket "intensif sains" seperti itu akan lebih tinggi daripada desain tradisional, tetapi akan "disebar" di banyak peluncuran, sehingga harga peluncuran akan jauh lebih rendah dari tingkat biasanya.

Ini adalah penggunaan kembali media yang merupakan tujuan utama pengembang saat ini. Sistem Space Shuttle dan Energia-Buran sebagian dapat digunakan kembali. Penggunaan berulang dari tahap pertama sedang diuji untuk roket SpaceX Falcon 9. SpaceX telah melakukan beberapa pendaratan yang sukses, dan pada akhir Maret mereka akan mencoba meluncurkan salah satu tahap yang terbang ke luar angkasa lagi. “Menurut pendapat kami, pendekatan ini hanya dapat mendiskreditkan gagasan untuk menciptakan media yang dapat digunakan kembali secara nyata,” catat Biro Desain Makeev. "Anda masih harus memilah roket seperti itu setelah setiap penerbangan, memasang koneksi dan komponen sekali pakai baru … dan kami kembali ke tempat kami memulai."

Gambar
Gambar

Media yang dapat digunakan kembali sepenuhnya masih dalam bentuk proyek - dengan pengecualian New Shepard dari perusahaan Amerika Blue Origin. Sejauh ini, roket dengan kapsul berawak dirancang hanya untuk penerbangan suborbital wisatawan luar angkasa, tetapi sebagian besar solusi yang ditemukan dalam kasus ini dapat dengan mudah ditingkatkan untuk pembawa orbit yang lebih serius. Perwakilan perusahaan tidak menyembunyikan rencana mereka untuk membuat opsi seperti itu, di mana mesin yang kuat BE-3 dan BE-4 sedang dikembangkan. "Dengan setiap penerbangan suborbital, kami mendekati orbit," Blue Origin meyakinkan. Tetapi pembawa mereka yang menjanjikan, New Glenn, juga tidak akan sepenuhnya dapat digunakan kembali: hanya blok pertama, yang dibuat berdasarkan desain New Shepard yang telah diuji, yang harus digunakan kembali.

Ketahanan bahan

Bahan CFRP yang diperlukan untuk roket yang dapat digunakan kembali sepenuhnya dan satu tahap telah digunakan dalam teknologi kedirgantaraan sejak tahun 1990-an. Pada tahun-tahun yang sama, para insinyur di McDonnell Douglas dengan cepat mulai mengimplementasikan proyek Delta Clipper (DC-X), dan hari ini mereka dapat membanggakan pembawa serat karbon siap pakai dan terbang. Sayangnya, di bawah tekanan dari Lockheed Martin, pengerjaan DC-X dihentikan, teknologi dipindahkan ke NASA, di mana mereka mencoba menggunakannya untuk proyek VentureStar yang gagal, setelah itu banyak insinyur yang terlibat dalam topik ini bekerja di Blue Origin, dan perusahaan itu sendiri diambil alih oleh Boeing.

Pada 1990-an yang sama, SRC Makeev Rusia menjadi tertarik dengan tugas ini. Sejak itu, proyek KORONA ("Roket luar angkasa, pembawa kendaraan [ruang angkasa] satu tahap") telah mengalami evolusi yang nyata, dan versi menengah menunjukkan bagaimana desain dan tata letak menjadi semakin sederhana dan sempurna. Secara bertahap, para pengembang meninggalkan elemen kompleks - seperti sayap atau tangki bahan bakar eksternal - dan sampai pada pemahaman bahwa bahan bodi utama harus serat karbon. Seiring dengan penampilan, bobot dan daya dukungnya pun berubah. “Dengan menggunakan bahan modern terbaik sekalipun, mustahil untuk membuat roket satu tahap dengan berat kurang dari 60-70 ton, sementara muatannya akan sangat kecil,” kata salah satu pengembang. - Tetapi ketika massa awal tumbuh, struktur (hingga batas tertentu) memiliki bagian yang semakin kecil, dan menjadi lebih dan lebih menguntungkan untuk menggunakannya. Untuk roket orbit, optimal ini sekitar 160-170 ton, mulai dari skala ini penggunaannya sudah dapat dibenarkan.

Dalam versi terbaru dari proyek KORONA, massa peluncuran bahkan lebih tinggi dan mendekati 300 ton. Roket satu tahap yang begitu besar membutuhkan penggunaan mesin jet propelan cair yang sangat efisien yang beroperasi pada hidrogen dan oksigen. Tidak seperti mesin dalam tahap terpisah, mesin roket berbahan bakar cair seperti itu harus dapat beroperasi dalam kondisi yang sangat berbeda dan pada ketinggian yang berbeda, termasuk lepas landas dan terbang di luar atmosfer. “Mesin berbahan bakar cair konvensional dengan nozel Laval hanya efektif pada rentang ketinggian tertentu,” jelas desainer Makeevka, “oleh karena itu, kami sampai pada kebutuhan untuk menggunakan mesin roket wedge-air.” Semburan gas di mesin semacam itu menyesuaikan diri dengan tekanan "ke laut", dan mereka mempertahankan efisiensi baik di permukaan maupun tinggi di stratosfer.

Gambar
Gambar

Sejauh ini, tidak ada mesin jenis ini yang berfungsi di dunia, meskipun mereka telah dan sedang ditangani baik di negara kita maupun di AS. Pada 1960-an, para insinyur Rocketdyne menguji mesin semacam itu di atas dudukan, tetapi mereka tidak dipasang pada rudal. CROWN harus dilengkapi dengan versi modular, di mana nozzle wedge-air adalah satu-satunya elemen yang belum memiliki prototipe dan belum diuji. Ada juga semua teknologi untuk produksi suku cadang komposit di Rusia - mereka telah dikembangkan dan berhasil digunakan, misalnya, di Institut Bahan Penerbangan Seluruh Rusia (VIAM) dan di OJSC "Kompozit".

Kesesuaian vertikal

Saat terbang di atmosfer, struktur plastik CORONA yang diperkuat serat karbon akan ditutupi dengan ubin pelindung panas yang dikembangkan oleh VIAM untuk Buran dan sejak itu telah ditingkatkan secara nyata."Beban panas utama pada roket kami terkonsentrasi pada" hidung ", di mana elemen perlindungan termal suhu tinggi digunakan, - para desainer menjelaskan. - Dalam hal ini, sisi roket yang mengembang memiliki diameter lebih besar dan berada pada sudut lancip terhadap aliran udara. Beban termal pada mereka lebih sedikit, yang memungkinkan penggunaan bahan yang lebih ringan. Akibatnya, kami telah menghemat lebih dari 1,5 ton Massa bagian suhu tinggi tidak melebihi 6% dari total massa perlindungan termal. Sebagai perbandingan, itu menyumbang lebih dari 20% dari Shuttles."

Gambar
Gambar

Desain media yang ramping dan meruncing adalah hasil dari coba-coba yang tak terhitung jumlahnya. Menurut pengembang, jika Anda hanya mengambil karakteristik utama dari kemungkinan pembawa satu tahap yang dapat digunakan kembali, Anda harus mempertimbangkan sekitar 16.000 kombinasi di antaranya. Ratusan di antaranya diapresiasi para desainer saat mengerjakan proyek tersebut. “Kami memutuskan untuk meninggalkan sayap, seperti di Buran atau Pesawat Ulang-alik,” kata mereka. - Pada umumnya, di atmosfer atas, mereka hanya mengganggu pesawat ruang angkasa. Kapal-kapal semacam itu memasuki atmosfer dengan kecepatan hipersonik tidak lebih baik dari "besi", dan hanya dengan kecepatan supersonik mereka beralih ke penerbangan horizontal dan dapat mengandalkan aerodinamika sayap dengan tepat.

Bentuk kerucut aksisimetris tidak hanya memungkinkan perlindungan termal yang lebih mudah, tetapi juga memiliki aerodinamika yang baik saat berkendara pada kecepatan sangat tinggi. Sudah berada di lapisan atas atmosfer, roket menerima daya angkat, yang memungkinkannya tidak hanya mengerem di sini, tetapi juga bermanuver. Ini, pada gilirannya, memungkinkan untuk melakukan manuver yang diperlukan di ketinggian tinggi, menuju lokasi pendaratan, dan dalam penerbangan di masa depan, tetap hanya untuk menyelesaikan pengereman, memperbaiki jalur dan berbelok ke belakang, menggunakan mesin manuver yang lemah.

Ingat baik Falcon 9 dan New Shepard: tidak ada yang mustahil atau bahkan tidak biasa dalam pendaratan vertikal hari ini. Pada saat yang sama, memungkinkan untuk bertahan dengan kekuatan yang jauh lebih sedikit selama konstruksi dan pengoperasian landasan pacu - landasan pacu di mana Shuttles yang sama dan Buran mendarat harus memiliki panjang beberapa kilometer untuk mengerem kendaraan di kecepatan ratusan kilometer per jam. “CROWN, pada prinsipnya, bahkan dapat lepas landas dari platform lepas pantai dan mendarat di atasnya,” tambah salah satu penulis proyek, “akurasi pendaratan akhir akan sekitar 10 m, roket diturunkan ke peredam kejut pneumatik yang dapat ditarik.” Yang tersisa hanyalah melakukan diagnosa, mengisi bahan bakar, menempatkan muatan baru - dan Anda bisa terbang lagi.

KORONA masih diimplementasikan tanpa adanya dana, sehingga pengembang Biro Desain Makeev hanya berhasil mencapai tahap akhir dari rancangan desain. “Kami telah melewati tahap ini hampir seluruhnya dan sepenuhnya secara mandiri, tanpa dukungan eksternal. Kami telah melakukan semua yang bisa dilakukan, - kata para desainer. - Kita tahu apa, di mana dan kapan harus diproduksi. Sekarang kita perlu beralih ke desain praktis, produksi dan pengembangan unit-unit kunci, dan ini membutuhkan uang, jadi sekarang semuanya tergantung pada mereka."

Awal yang tertunda

Roket CFRP hanya mengharapkan peluncuran skala besar; setelah menerima dukungan yang diperlukan, para perancang siap untuk memulai uji terbang dalam enam tahun, dan dalam tujuh hingga delapan tahun - untuk memulai operasi eksperimental rudal pertama. Mereka memperkirakan bahwa ini membutuhkan kurang dari $ 2 miliar - tidak banyak menurut standar roket. Pada saat yang sama, pengembalian investasi dapat diharapkan setelah tujuh tahun menggunakan roket, jika jumlah peluncuran komersial tetap pada tingkat saat ini, atau bahkan dalam 1,5 tahun - jika tumbuh pada tingkat yang diprediksi.

Gambar
Gambar

Selain itu, kehadiran mesin manuver, fasilitas pertemuan dan docking pada roket juga memungkinkan untuk mengandalkan skema peluncuran multi-peluncuran yang kompleks. Setelah menghabiskan bahan bakar bukan untuk mendarat, tetapi untuk menyelesaikan muatan, dimungkinkan untuk membawanya ke massa lebih dari 11 ton. Kemudian CROWN akan berlabuh dengan yang kedua, "tanker", yang akan mengisi tangkinya dengan bahan bakar tambahan yang diperlukan untuk kembali. Tapi tetap saja, yang jauh lebih penting adalah dapat digunakan kembali, yang untuk pertama kalinya akan membebaskan kita dari kebutuhan untuk mengumpulkan media sebelum setiap peluncuran - dan kehilangannya setelah setiap peluncuran. Hanya pendekatan seperti itu yang dapat memastikan terciptanya arus lalu lintas dua arah yang stabil antara Bumi dan orbit, dan pada saat yang sama awal dari eksploitasi ruang dekat Bumi yang nyata, aktif, dan berskala besar.

Sementara itu, CROWN tetap dalam keadaan limbo, pengerjaan New Shepard terus berlanjut. Proyek serupa RVT Jepang juga sedang berkembang. Pengembang Rusia mungkin tidak memiliki cukup dukungan untuk sebuah terobosan. Jika Anda memiliki beberapa miliar untuk cadangan, ini adalah investasi yang jauh lebih baik daripada kapal pesiar terbesar dan termewah di dunia.

Direkomendasikan: