Saya pikir banyak penggemar astronot yang secara aktif tertarik pada sejarah dan keadaan terkini di bidang eksplorasi dan eksplorasi ruang angkasa telah mengenali roket yang diambil dalam foto judul.
Roket ini, atau lebih tepatnya pendorong roket, adalah roket propelan padat terbesar yang pernah dibuat oleh umat manusia.
Nah, sekarang menjadi lebih.
Ini adalah pendorong samping dari sistem Pesawat Ulang-alik, yang kini menjadi lebih besar, setelah menerima, selain empat bagian standar yang diluncurkan dengan pesawat ulang-alik, bagian kelima tambahan, yang akan memungkinkannya menjadi roket. pendorong sistem peluncuran luar angkasa super-berat baru NASA, yang disebut SLS (Space Launch System).
Sistem inilah, menurut ide NASA, harus mengembalikan telapak tangan Amerika Serikat dalam semua aspek eksplorasi ruang angkasa, pada saat yang sama memberi semua umat manusia kesempatan untuk kembali ke perbatasan luar angkasa, akhirnya memutus lingkaran setan Bumi rendah. mengorbit dan menempatkan pertanyaan eksplorasi bulan kembali dalam agenda, dan … bahkan Mars.
Seberapa nyata dan seberapa layak program ambisius ini? Mari kita coba mencari tahu.
Ukuran Perbandingan Sistem Peluncuran Amerika yang Bersejarah, Kontemporer, dan Berkembang.
Pertanyaan isi ulang: mengapa Delta IV lebih besar dari Falcon 9?
Keadaan kosmonotika Amerika saat ini setelah meninggalkan arena sistem Pesawat Ulang-alik agak menyedihkan: kendaraan peluncuran terberat yang dimiliki Amerika Serikat dalam hal statusnya saat ini adalah Delta IV Heavy, yang dapat menempatkan muatan 28 menjadi rendah. Orbit bumi (LEO), 4 ton.
Keluarga Delta IV, terlepas dari banyaknya upaya desain, rekayasa, dan komersial Boeing untuk menciptakan dan mempromosikan keturunannya di pasar, ternyata "di waktu yang salah dan di tempat yang salah": dengan latar belakang rendahnya biaya produksi. peluncuran roket Proton Rusia dan Untuk Zenit-3SL Ukraina, biaya peluncuran muatan menggunakan Delta IV ternyata cukup terjangkau.
Peluncuran tunggal "Delta IV" menelan biaya $ 140-170 juta, sedangkan biaya muatan serupa Proton sekitar $ 100 juta, dan biaya peluncuran yang lebih kecil, tetapi kompetitif dengan "Delta IV" Ukraina "Zenith-3SL" bahkan lebih rendah - hanya 60 juta dolar.
Biaya peluncuran Delta IV yang begitu tinggi memaksa Boeing untuk mencari perintah pemerintah secara eksklusif untuk itu, dan, sebagai akibatnya, semua peluncuran Delta, kecuali satu, dibayar oleh anggaran Departemen Luar Negeri AS.
Peluncuran kendaraan peluncuran Delta IV dalam varian Heavy. Berat peluncuran sekitar 733 ton.
Pada akhirnya, pada pertengahan 2000-an, Delta IV akhirnya keluar dari segmen komersial peluncuran luar angkasa - dan tidak pernah dapat kembali ke sana sampai saat ini, ketika orang-orang dari toko pribadi SpaceX, yang roket Falcon-nya, mulai untuk melangkah di belakangnya.9 juga mendekati ceruk pasar "Delta IV", dan modifikasi roket yang sama, yang disebut Falcon 9 Heavy, yang direncanakan untuk diluncurkan pada tahun 2015, bahkan melampauinya.
Pada awal Falcon 9 Heavy, 27 mesin Merlin dengan daya dorong masing-masing 66 ton, berbahan bakar minyak tanah dan oksigen, akan dinyalakan sekaligus.
Gagasan Elon Musk ini harus membawa program luar angkasa "pribadi" SpaceX ke ketinggian yang sebelumnya tidak dapat dicapai: untuk versi satu kali kendaraan peluncuran, massa kargo yang dibawa ke LEO akan mencapai 53 ton, di GPO - 21, 2 ton dan pada lintasan ke Mars - 13, 2 ton. Dengan kembalinya booster samping dan unit pusat, daya dukung tidak akan melebihi 32 ton per LEO - untuk penggunaan kembali kendaraan peluncuran Anda harus membayar dengan konsumsi bahan bakar tambahan dan, sebagai akibatnya, penurunan muatan.
Di antara inovasi teknis selama pengembangan Falcon 9 Heavy, pengembang menyatakan kemungkinan unik bahan bakar dan oksidator meluap selama penerbangan dari booster samping ke tahap pertama kendaraan peluncuran, yang akan memungkinkan tangki bahan bakar penuh di pusat bagian pada saat pemisahan booster samping dan meningkatkan kinerja muatan yang ditempatkan ke orbit. …
Perakitan lambung tahap pertama roket Falcon 9. Sekarang 8 mesin sudah dipasang dalam lingkaran, dengan satu pusat. Di ramai tapi tidak gila.
"Lintasan ke Mars" yang disebutkan di paragraf terakhir bukanlah abstraksi. Dengan massa peluncuran 1.462 ton, dua kali massa Delta IV yang saat ini memecahkan rekor, Falcon yang berat sudah menjadi langkah penting yang memungkinkan Anda untuk secara serius memikirkan penerbangan ke Bulan dan Mars. Meskipun dalam konfigurasi yang lebih mirip dengan eksperimen Soviet dengan peralatan seri Probe daripada program kolosal Saturn-Apollo Amerika.
Namun, di masa depan, konsep "Delta IV" dan Falcon 9 dengan booster samping yang merupakan "klon" tahap pertama mereka mulai tergelincir seperti yang diharapkan.
Masalahnya adalah tidak mungkin untuk melipatgandakan "dinding samping" awal yang memungkinkan Anda untuk meningkatkan massa keluaran beban ke LEO hingga tak terbatas - dua atau empat blok samping masih dapat dilampirkan ke blok pusat, tetapi kemudian kompleksitasnya perakitan dan kontrol struktur multikomponen seperti itu tumbuh secara eksponensial.
Di sinilah, secara umum, roket bulan Korolev N-1 "tertidur", yang memiliki 30 mesin roket NK-33 pada tahap pertama, yang, bersama dengan skema lima tahap roket itu sendiri, melakukan tidak memungkinkan untuk bekerja sampai akhir semua pertanyaan peluncuran bebas masalah.
Konfigurasi Falcon 9 saat ini, segera dimulai dengan 27 mesin, sudah mendekati batas kerumitan dan selanjutnya, kemungkinan besar, perusahaan Elon Musk sudah perlu meningkatkan massa dan ukuran satu unit roket, yang segera meningkatkan persyaratan sepanjang seluruh rantai produksi, transportasi dan peluncuran roket.
Keluarga rudal Rusia yang menjanjikan "Angara" kemungkinan akan menghadapi masalah serupa. Ukuran relatif kecil dari satu unit blok sudah mengarah pada fakta bahwa roket Angara-A5 dengan massa awal 733 ton harus segera menempatkan empat "sisi" booster (dengan daya dukung 24,5 ton per LEO).
Angara-A5 sebelum diluncurkan pada 23 Desember 2014. Pada awalnya, lima mesin RD-191 beroperasi, masing-masing dengan daya dorong 196 ton.
Peningkatan lebih lanjut dalam daya dukung Angara bertumpu pada kenyataan bahwa tidak hanya empat, tetapi enam pendorong roket perlu dipasang ke bagian dasar tahap kedua, yang, mungkin, sudah semacam batas struktural dan rekayasa untuk penskalaan sistem paket., karena batas untuk konsep Falcon 9 adalah 27 mesin Merlin-1D pada tiga blok awal.
Proyek Angara-A7 yang dihasilkan akan dapat, menurut perhitungan, dengan berat peluncurannya sendiri 1370 ton, untuk membawa muatan 50 ton ke LEO (dalam hal menggunakan bahan bakar hidrogen untuk tahap kedua), yang kemungkinan besar akan menjadi skala maksimum dari konsep roket keluarga Angara.
Perbandingan "Angara A5" dan konsep "Angara A7" - dengan bahan bakar minyak tanah dan hidrogen. Pada saat yang sama, ada jawabannya - mengapa "Delta IV" besar, dan Falcon 9 - kecil.
Secara umum, apa pun yang dikatakan, konsep berdasarkan blok roket kelas 200 atau bahkan 400 ton - ternyata masih ada batas karachun struktural dan rekayasa untuk rudal "paket" semacam itu dengan bobot peluncuran di wilayah 1300- 1500 ton, yang sesuai dengan massa yang ditarik 45-55 ton per LEO.
Tetapi kemudian sudah perlu untuk meningkatkan daya dorong mesin tunggal dan ukuran tahap roket atau akselerator.
Dan inilah tepatnya jalan yang diambil proyek SLS hari ini.
Pertama, dengan mempertimbangkan pengalaman negatif "Delta IV", para pengembang SLS mencoba memanfaatkan masa lalu sebaik-baiknya. Semuanya dan semua orang digunakan: pendorong roket Pesawat Ulang-alik, yang diperkuat untuk tujuan membuat roket berat, dan mesin hidrogen-oksigen RS-25 lama dari pesawat ulang-alik itu sendiri, yang dipasang pada tahap kedua, dan…. (pendukung teori "konspirasi bulan" - bersiap-siap!) mesin hidrogen-oksigen J-2X yang sudah lama terlupakan, yang berasal dari mesin tahap kedua dan ketiga dari roket bulan "Saturnus V" dan yang diusulkan untuk digunakan dalam SLS tahap atas yang diproyeksikan!
Selain itu, rencana jangka panjang untuk meningkatkan akselerator SLS menyiratkan dua proyek bersaing menggunakan mesin roket propelan cair daripada propelan padat: proyek perusahaan Aerojet, yang mempresentasikan mesin minyak tanah-oksigen yang dikembangkan dari siklus tertutup AJ1E6 untuk masa depan kapal induk "berat", yang berasal dari rudal NK- 33 Royal H-1 - dan sebuah proyek oleh Pratt & Whitney Rocketdine, yang mengusulkan … (dan sekali lagi, kejutan, lunosceptics!) Untuk mengembalikan produksi F di AS -1 mesin, yang pada suatu waktu mengangkat roket Saturn V yang terkenal dari Bumi.
Mungkin kehidupan akan kembali ke bangku ujian ini. Pengujian tahap pertama "Saturnus V" - "Saturnus 1C" LV pada Agustus 1968 di bangku tes Cyclopean V-2. Perhatikan bahwa anak tangga sedang diangkut dengan tongkang.
Berpartisipasi dalam pengembangan akselerator peluncuran yang menjanjikan di masa depan dan produsen penguat propelan padat saat ini yang berada di perakitan awal kendaraan peluncuran SLS, Blok I - ATK (Alliant Techsystems), yang mengusulkan untuk lebih memperbesar penguat Pesawat Ulang-alik yang ada dengan menambah panjang dan diameternya… Proyek akselerator yang menjanjikan dari ATK disebut "Ksatria Kegelapan".
Nah, sebagai ceri pada kue - salah satu konfigurasi masa depan dari sistem SLS, Blok Ib, melibatkan penggunaan unit hidrogen-oksigen sebagai tahap ketiga, dipinjam dari … roket Delta IV!
Ini adalah, Anda tahu, "LEGO neraka", di mana NASA mencoba mengevaluasi, menggabungkan, dan menggunakan semua perkembangan yang ada di bidang roket berat.
Apa keluarga media SLS? Lagi pula, seperti yang sudah kita ingat dari contoh "Delta IV", "Hangars" dan Falcon 9 - dimensi keseluruhan bisa menipu.
Jadi, berikut adalah diagram sederhana untuk memahami apa yang dimaksud:
Di sisi kiri diagram adalah kendaraan peluncuran berat yang masih dimiliki Amerika Serikat. Saturn V bulan, yang dapat membawa muatan 118 ton ke LEO, dan Pesawat Ulang-alik, yang tampaknya telah menempatkan pesawat ulang-alik itu sendiri ke orbit dengan berat 120 hingga 130 ton, tetapi pada saat yang sama hanya dapat mengirimkannya dengan itu. muatan sangat sederhana - hanya 24 ton muatan.
Konsep SLS akan diimplementasikan dalam dua versi utama: berawak (crew) dan tanpa awak (cargo).
Selain itu, tidak tersedianya tiga proyek pendorong roket yang menjanjikan dari Aerojet, Rocketdine dan ATK memaksa NASA untuk menggunakan "bagian roket LEGO" yang tersedia - yaitu, pendorong Pesawat Ulang-alik lima bagian yang ditingkatkan.
Sebuah "ersatz-carrier" transisi yang dibangun dengan cara ini (secara resmi disebut SLS Block I), namun, menurut semua perhitungan, sudah akan memiliki daya dukung yang jauh lebih serius daripada "Delta IV" yang beroperasi atau Falcon 9 Heavy, yang siap diluncurkan. Kendaraan peluncuran SLS Blok I akan mampu mengangkat muatan 70 ton ke LEO.
Dibandingkan dengan konsep SLS, pengembangan yang dihentikan NASA di bawah program Constellation ditampilkan - kendaraan peluncuran Ares (Mars), yang belum dibuat sampai akhir, yang hanya melakukan satu uji terbang pada tahun 2009, dalam desain Ares 1X, yang terdiri dari akselerator Pesawat Ulang-alik empat bagian yang dimodifikasi yang sama, yang terhubung dengan uji pemuatan segmen kelima dan beban prototipe tahap kedua. Tujuan dari uji terbang itu adalah untuk memeriksa pengoperasian propelan padat tahap pertama dalam susunan "tongkat tunggal" ("log"), namun, sesuatu pasti telah terjadi selama pengujian, ketika tahap 1 dan 2 dipisahkan, lompatan maju yang tidak sah dari tahap 1 terjadi, kemungkinan besar disebabkan oleh sisa pembakaran fragmen bahan bakar yang terkoyak oleh sentakan di dalamnya. Booster propelan padat akhirnya menyusul tata letak tahap ke-2 dan menabraknya.
Setelah itu, upaya yang agak gagal untuk merakit "LEGO baru" dari bagian-bagian lama dibatasi di NASA, proyek Ares dan Konstelasi itu sendiri disimpan di rak konsep yang gagal, dan dari dasar yang dikembangkan dalam kerangka Konstelasi, hanya pesawat ruang angkasa berawak orbital yang cukup sukses yang tersisa. " Orion ", yang dibangun sesuai dengan skema kapsul kembali yang biasa untuk kapal sekali pakai, yang akhirnya mengakhiri glider yang dapat digunakan kembali oleh Pesawat Ulang-alik.
Pesawat ruang angkasa Orion sebelum peluncuran pertamanya pada roket Delta IV. Desember 2014.
Diameter pesawat ruang angkasa Orion adalah 5,3 meter, berat pesawat ruang angkasa sekitar 25 ton. Volume internal Orion akan 2,5 kali lebih besar dari volume internal pesawat ruang angkasa Apollo. Volume kabin kapal sekitar 9 m³. Karena massa yang mengesankan untuk pesawat ruang angkasa orbital dan volume internal yang bebas, Orion selama misi dekat bumi di orbit rendah (misalnya, dalam ekspedisi ke ISS) dapat mendukung 6 kosmonot.
Namun, seperti yang telah disebutkan di awal, tugas utama Orion dan harus menempatkannya di orbit di luar sistem peluncuran referensi rendah SLS adalah mengembalikan Amerika Serikat ke tugas menguasai ruang dekat Bumi yang jauh dan, pertama-tama, Bulan dan Mars.
Untuk penerbangan ke Bulan dan, mungkin, ke Mars, upaya utama Amerika Serikat dan Rusia diperhitungkan dalam meningkatkan pesawat ruang angkasa dan kendaraan peluncuran mereka.
Di sini, pada prinsipnya, dalam bentuk tabel yang nyaman, perbedaan antara "Orion" Amerika dan sistem PPTS Rusia dianalisis.
Untuk yang namanya PPKS PPTS tentunya harus langsung mengalahkan seseorang, tapi yasudahlah. Dan secara umum, sayangnya, semuanya sangat sulit dengan proyek PPTS selama ini.
Oleh karena itu, mengenai PPTS, kami hanya memiliki gambar lucu dari pameran sejauh ini. Namun kenyataannya, selama ini yang dilakukan untuk menghina sedikit …
Hanya ada model - antara masa lalu dan masa depan. Hanya ada model - dan pertahankan …
Selain masalah pendanaan, kesalahpahaman konsep dan sejumlah masalah desain dan rekayasa, masa depan PTS tidak pasti dan karena kurangnya kendaraan peluncuran yang memadai untuk beberapa tugas yang direncanakan. Seperti yang saya katakan, sejauh ini Rusia hanya memiliki "Angara-A5" dalam logam, yang dapat membawa tidak lebih dari 24,5 ton ke LEO, yang cukup untuk misi dekat bumi, tetapi sama sekali tidak cukup untuk serangan lebih lanjut di Bulan. atau Mars.
Selain itu, konsep PPTS didasarkan pada penciptaan alternatif rudal "Angara" dari keluarga "Rus-M", yang juga telah dihentikan sejauh ini.
Proyek rudal keluarga "Rus" dibandingkan dengan keluarga "Soyuz" dan "Angara".
Tujuan utama dari keluarga rudal Rus adalah untuk menyediakan penerbangan berawak, karena roket, jika dianggap sama, memiliki muatan yang lebih rendah pada LEO daripada rudal Angara. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama penerbangan berawak, salah satu persyaratannya adalah kemampuan kendaraan peluncur untuk meninggalkan peluncuran meskipun salah satu mesinnya rusak dan persyaratan untuk memastikan kelanjutan penerbangan jika terjadi kegagalan berikutnya. dari salah satu mesin - dengan kelanjutan peluncuran pesawat ruang angkasa ke orbit yang lebih rendah atau memberikan penyelamatan dan pendaratan yang aman.
Persyaratan ini, termasuk lintasan peluncuran khusus, yang harus memberikan kelebihan beban pada awak tidak lebih dari 12 g untuk keadaan darurat apa pun dan adanya sistem penyelamatan darurat (SAS), menyebabkan pengurangan yang signifikan dalam daya dukung " Rus" dalam versi berawak.
Selain itu, diameter desain blok dasar "Rus" 3, 8 meter dipilih berdasarkan transportasi tradisional untuk bagian-bagian kendaraan peluncuran Uni Soviet dan Rusia dengan kereta api.
Di Amerika Serikat, sengaja dimulai dengan program Saturn-Apollo, tahap pertama kendaraan peluncuran dibuat berdasarkan ukuran yang sesuai, dengan mempertimbangkan kemungkinan pengangkutannya melalui transportasi air (pesisir-laut dan sungai), yang sangat menyederhanakan persyaratan untuk dimensi unit roket terpisah …
Transportasi tahap pertama Saturn V LV di tongkang sungai Pearl.
Hari ini, bekerja pada SLS dan Orion, bahkan setelah runtuhnya Constellation, sedang berjalan lancar.
Dengan selesainya SLS Blok I, yang hampir seluruhnya akan didasarkan pada backlog Pesawat Ulang-alik yang ada, NASA berencana untuk melanjutkan ke fase berikutnya yang jauh lebih ambisius - SLS Blok II, dengan pemberhentian antara berupa SLS Blok Ia dan Blok SLS Ib.
Opsi pembuatan LEGO jika pendorong roket siap lebih cepat. Blok I, Blok Ia, dan kemudian Blok II.
Opsi build LEGO jika tahap ketiga yang dimodifikasi sudah siap sebelumnya. Blok I, Blok Ib, dan kemudian Blok II.
Kendaraan peluncuran SLS Block Ia seharusnya sudah menerima salah satu pendorong peluncuran roket yang menjanjikan: baik dari Aerojet pada siklus tertutup AJ1E6 minyak tanah-oksigen, atau dari Rocketdyne pada siklus terbuka F-1 yang dimodifikasi dari Saturn V, atau yang sama pada yang baru. bahan bakar padat "Black Knight" dari ATK.
Salah satu opsi ini akan dapat menyediakan struktur Blok Ia dengan daya dukung di wilayah LEO sebesar 105 ton, yang sudah sebanding dengan daya dukung Saturn V dan Pesawat Ulang-alik (jika kita hitung bersama dengan pesawat ulang-alik).
Tugas yang sama akan diselesaikan dengan pembuatan skala besar dan disesuaikan dengan ukuran seluruh sistem peluncuran tahap kriogenik ketiga, yang akan dapat melengkapi sistem Blok I dua tahap (penguat peluncuran dan tahap pusat pada mesin Space Shuttle) dengan tahap ketiga, yang untuk varian Blok Ia akan seperti yang telah saya sebutkan, dipinjam dari roket Delta IV dan juga akan memberikan SLS dengan output muatan hingga 105 ton ke LEO.
Terakhir, sistem terakhir Blok II seharusnya sudah memiliki SLS tahap ketiga ukuran penuh yang direkayasa secara massal yang akan menggunakan, seperti tahap kedua Saturn V, 5 mesin J-2X canggih dan mengirimkan 130 ton muatan ke LEO.
Tetapi terlepas dari semua trik ini, "LEGO luar angkasa" seperti itu akan menelan biaya sekitar $ 500 juta per peluncuran, yang, tentu saja, lebih rendah daripada biaya peluncuran Pesawat Ulang-alik ($ 1,3 miliar), tetapi masih - cukup sensitif untuk anggaran NASA.
Tugas apa yang harus diselesaikan SLS, dan mengapa NASA tidak memperhitungkan opsi Falcon 9 Heavy, yang seharusnya menyediakan biaya $ 135 juta untuk sistem transfer bahan bakar sekali pakai dan untuk 53 ton muatan untuk LEO?
Masalahnya adalah NASA memang menargetkan Bulan, Mars dan bahkan asteroid dan satelit Jupiter! Dan Falcon 9 Heavy ternyata roket yang terlalu kecil untuk tugas seperti itu …
Roket nuklir ke Mars!
Tapi ini, tentu saja, topik untuk artikel terpisah yang bagus….
PS. Setelah membaca ulang artikel saya lagi, saya laporkan.
Jika saya mengkritik pendekatan Rusia modern untuk eksplorasi ruang angkasa dan memuji Amerika, maka ada alasan bagus untuk itu.
Kembali pada tahun 2010, keadaan program eksplorasi ruang angkasa Amerika menyedihkan: program Pesawat Ulang-alik sudah dijadwalkan untuk ditutup, peluncuran Ares menunjukkan ketidakkonsistenan total dari ide-ide Konstelasi, semua surat kabar dan majalah Amerika menulis tentang "perbudakan luar angkasa Rusia" untuk Amerika Serikat.
Namun, selama 5 tahun terakhir, industri luar angkasa AS telah berkumpul kembali, menerima dana yang diperlukan - dan belajar untuk hidup dalam kondisi baru yang lebih keras.
Akankah kosmonotika Rusia dapat membanggakan ini dalam 5 tahun - terutama dengan latar belakang fakta bahwa tahun ini membawa kita berita buruk tentang penutupan program Rus-M dan PPTS LV, penundaan peluncuran kosmodrom Vostochny dan pengurangan total pendanaan Roscosmos?
Tunggu dan lihat. Aku memegang jari kita dengan salib.
