Penso che molti appassionati di astronautica che sono attivamente interessati alla storia e allo stato attuale delle cose nel campo dell'esplorazione e dell'esplorazione dello spazio abbiano già riconosciuto il razzo catturato nella foto del titolo.
Questo razzo, o meglio il razzo, è il più grande razzo a propellente solido mai creato dall'umanità.
Bene, ora è diventato ancora di più.
Questo è il booster laterale del sistema Space Shuttle, che ora è diventato ancora più grande, avendo ricevuto, oltre alle quattro sezioni standard con cui è stato lanciato con lo space shuttle, un'ulteriore quinta sezione, che gli permetterà di diventare un razzo booster del nuovo sistema di lancio spaziale super pesante della NASA, chiamato SLS (Space Launch System).
È questo sistema, secondo l'idea della NASA, che dovrebbe restituire agli Stati Uniti d'America la palma in tutti gli aspetti dell'esplorazione spaziale, dando allo stesso tempo a tutta l'umanità l'opportunità di tornare alla frontiera spaziale, rompendo finalmente il circolo vizioso della Terra bassa orbita e rimettendo all'ordine del giorno la questione dell'esplorazione lunare e… anche Marte.
Quanto è reale e quanto fattibile questo programma ambizioso? Proviamo a capirlo.
Dimensioni comparate di sistemi di lancio americani storici, contemporanei e sviluppati.
Domanda di riempimento: perché Delta IV è più grande di Falcon 9?
Lo stato attuale della cosmonautica americana dopo aver lasciato l'arena del sistema Space Shuttle è piuttosto deplorevole: il veicolo di lancio più pesante a disposizione degli Stati Uniti in termini di stato attuale è il Delta IV Heavy, che può portare un carico di 28 in bassa Orbita terrestre (LEO), 4 tonnellate.
La famiglia Delta IV, nonostante la massa degli sforzi progettuali, ingegneristici e commerciali di Boeing per creare e promuovere la sua progenie sul mercato, si è rivelata "nel momento sbagliato e nel posto sbagliato": sullo sfondo del basso costo di lanci del razzo russo Proton e Per l'ucraino Zenit-3SL, il costo del lancio di un carico utile utilizzando il Delta IV si è rivelato abbastanza insostenibile.
Un singolo lancio di "Delta IV" è costato $ 140-170 milioni, mentre il costo di un simile carico utile Proton era di circa $ 100 milioni e il costo del lancio di un più piccolo, ma competitivo con "Delta IV" ucraino "Zenith-3SL" era ancora più basso - solo 60 milioni di dollari.
Un costo così elevato per il lancio di Delta IV ha costretto Boeing a richiedere esclusivamente ordini governativi per esso e, di conseguenza, tutti i lanci Delta, tranne uno, sono stati pagati dal bilancio del Dipartimento di Stato degli Stati Uniti.
Lancio del veicolo di lancio Delta IV nella variante Heavy. Il peso di lancio è di circa 733 tonnellate.
Alla fine, a metà degli anni 2000, Delta IV ha finalmente abbandonato il segmento commerciale dei lanci spaziali - e non è mai stato in grado di tornare lì fino ad oggi, quando i ragazzi del negozio privato SpaceX, il cui razzo Falcon, hanno iniziato 9 si è avvicinato anche alla nicchia di mercato del "Delta IV", e la modifica dello stesso razzo, chiamato Falcon 9 Heavy, previsto per il lancio nel 2015, lo ha addirittura superato.
Alla partenza del Falcon 9 Heavy verranno accesi subito 27 motori Merlin con una spinta di 66 tonnellate ciascuno, alimentati a cherosene e ossigeno.
Questa idea di Elon Musk dovrebbe portare il programma spaziale "privato" di SpaceX a un'altezza precedentemente irraggiungibile: per una versione unica del veicolo di lancio, la massa del carico trasportato su LEO sarà fino a 53 tonnellate, su GPO - 21, 2 tonnellate e su una traiettoria verso Marte - 13, 2 tonnellate. Con il ritorno dei booster laterali e dell'unità centrale, la capacità di carico non supererà le 32 tonnellate per LEO - per la riutilizzabilità del veicolo di lancio devi pagare con un consumo di carburante aggiuntivo e, di conseguenza, una diminuzione del carico utile.
Tra le innovazioni tecniche durante lo sviluppo del Falcon 9 Heavy, lo sviluppatore ha dichiarato una possibilità unica di traboccare di carburante e ossidante durante il volo dai booster laterali al primo stadio del veicolo di lancio, che consentirà di avere i serbatoi di carburante pieni nella centrale sezione al momento della separazione dei booster laterali e migliorare le prestazioni del carico utile messo in orbita. …
Assemblaggio degli scafi dei primi stadi dei razzi Falcon 9. Ora sono già installati 8 motori in cerchio, di cui uno centrale. In affollato ma non arrabbiato.
La "traiettoria verso Marte" menzionata nell'ultimo paragrafo non è un'astrazione. Con una massa di lancio di 1.462 tonnellate, il doppio della massa dell'attuale Delta IV da record, il pesante Falcon è già quel passaggio obbligato che permette di pensare seriamente ai voli verso la Luna e Marte. Sebbene in una configurazione più simile agli esperimenti sovietici con l'apparato della serie Probe che al colossale programma americano Saturn-Apollo.
Tuttavia, in futuro, il concetto di "Delta IV" e Falcon 9 con booster laterali, che sono "cloni" dei loro primi stadi, iniziano a scivolare come previsto.
Il fatto è che è impossibile moltiplicare i "pareti laterali" di partenza che consentono di aumentare all'infinito la massa dell'uscita di carico sul LEO: due o quattro blocchi laterali possono ancora essere in qualche modo collegati a quello centrale, ma poi la complessità di assemblaggio e controllo di una tale struttura multicomponente che sta crescendo esponenzialmente.
Fu su questo, in generale, che il razzo lunare Korolev N-1 "si addormentò", che aveva 30 motori a razzo NK-33 sul primo stadio, che, in combinazione con lo schema a cinque stadi del razzo stesso, fece non consentono di elaborare fino alla fine tutte le domande del suo lancio senza problemi.
L'attuale configurazione di Falcon 9, a partire da subito con 27 motori, è già vicina al limite della complessità e inoltre, molto probabilmente, l'azienda di Elon Musk dovrà già aumentare la massa e le dimensioni di una singola unità razzo, il che aumenta immediatamente i requisiti lungo l'intera catena di produzione, trasporto e lancio di razzi.
È probabile che la promettente famiglia di missili russi "Angara" affronti problemi simili. La piccola dimensione relativa di un blocco unità porta già al fatto che il razzo Angara-A5 con una massa iniziale di 733 tonnellate deve immediatamente mettere quattro "lati" di booster (con una capacità di carico di 24,5 tonnellate per LEO).
Angara-A5 prima del lancio il 23 dicembre 2014. All'inizio operano cinque motori RD-191, ciascuno con una spinta di 196 tonnellate.
Un ulteriore aumento della capacità di carico dell'Angara si basa sul fatto che non quattro, ma sei razzi booster devono essere collegati alla sezione di base del secondo stadio, che, forse, è già una sorta di limite strutturale e ingegneristico per il ridimensionamento dei sistemi a pacchetto, poiché il limite per il concetto Falcon 9 è di 27 motori Merlin-1D su tre blocchi di partenza.
Il progetto Angara-A7 risultante sarà in grado, secondo i calcoli, con il proprio peso di lancio di 1370 tonnellate, di portare un carico utile di 50 tonnellate a LEO (nel caso di utilizzo di combustibile a idrogeno per la seconda fase), che molto probabilmente essere il massimo ridimensionamento del concetto di razzo della famiglia Angara.
Confronto di "Angara A5" e concetti di "Angara A7" - con cherosene e idrogeno. Allo stesso tempo, c'è la risposta: perché il "Delta IV" è grande e il Falcon 9 - piccolo.
In generale, qualunque cosa si possa dire, concetti basati su un blocco di razzi di classe 200 o anche 400 tonnellate - si scopre ancora che il limite di carachun strutturale e ingegneristico per tali missili "a pacchetto" arriva a un peso di lancio nella regione di 1300- 1500 tonnellate, che corrisponde alla massa prelevata 45-55 tonnellate per LEO.
Ma allora è già necessario aumentare sia la spinta di un singolo motore che le dimensioni dello stadio del razzo o dell'acceleratore.
Ed è proprio questo il percorso che sta prendendo oggi il progetto SLS.
Innanzitutto, tenendo conto dell'esperienza negativa di "Delta IV", gli sviluppatori di SLS hanno cercato di sfruttare al meglio il passato. È stato utilizzato tutto e tutti: i razzi Space Shuttle, che sono stati rinforzati allo scopo di creare un razzo pesante, e i vecchi motori idrogeno-ossigeno RS-25 della navetta stessa, che sono stati installati nel secondo stadio, e…. (sostenitori della teoria della "cospirazione lunare" - preparatevi!) motori a idrogeno-ossigeno da tempo dimenticati J-2X, che provengono dai motori del secondo e terzo stadio del razzo lunare "Saturno V" e che si propone di essere utilizzato negli stadi superiori previsti SLS!
Inoltre, i piani a lungo termine per migliorare gli acceleratori SLS implicano due progetti concorrenti che utilizzano motori a razzo a propellente liquido invece di propellenti solidi: il progetto della società Aerojet, che ha presentato il suo motore a cherosene-ossigeno sviluppato di un ciclo chiuso AJ1E6 per il futuro portaerei "pesante", che ha origine dai missili NK-33 Royal H-1 - e un progetto di Pratt & Whitney Rocketdine, che propongono… (e ancora, sorpresa, lunoscettici!) di ripristinare negli USA la produzione di F -1 motori, che un tempo sollevavano il famoso razzo Saturn V dalla Terra.
Forse la vita tornerà su questi banchi di prova. Test del primo stadio del "Saturn V" - "Saturn 1C" LV nell'agosto 1968 al banco prova ciclopico V-2. Notare che il gradino viene trasportato su una chiatta.
Partecipa allo sviluppo di un futuro promettente acceleratore di lancio e l'attuale produttore di booster a propellente solido che sono all'assemblaggio iniziale del veicolo di lancio SLS, Block I - ATK (Alliant Techsystems), che ha proposto di ampliare ulteriormente il booster Space Shuttle esistente aumentandone la lunghezza e il diametro… Il progetto di un promettente acceleratore di ATK si chiama "Cavaliere oscuro".
Bene, come ciliegina sulla torta, una delle future configurazioni del sistema SLS, Block Ib, prevede l'uso di un'unità idrogeno-ossigeno come terzo stadio, presa in prestito dal… razzo Delta IV!
Questo è, sai, "lego infernale", in cui la NASA ha cercato di valutare, combinare e utilizzare tutti gli sviluppi esistenti nel campo dei razzi pesanti.
Cos'è la famiglia di media SLS? Dopotutto, come ricordiamo già dall'esempio di "Delta IV", "Hangar" e Falcon 9, le dimensioni complessive possono ingannare.
Quindi, ecco un semplice diagramma per capire cosa si intende:
Sul lato sinistro del diagramma ci sono i veicoli di lancio pesanti che gli Stati Uniti avevano ancora. Il lunare Saturn V, che poteva portare a LEO un carico utile di 118 tonnellate, e lo Space Shuttle, che sembrava aver messo in orbita lo stesso shuttle riutilizzabile con un peso da 120 a 130 tonnellate, ma allo stesso tempo poteva trasportare con sé solo un carico utile molto modesto - solo 24 tonnellate di carico utile.
Il concetto SLS sarà implementato in due versioni principali: con equipaggio (equipaggio) e senza equipaggio (carico).
Inoltre, l'indisponibilità di tre promettenti progetti di propulsori a razzo di Aerojet, Rocketdine e ATK costringe la NASA a utilizzare quelle "parti di razzi LEGO" disponibili, ovvero quei booster Space Shuttle a cinque sezioni migliorati.
Una "portaerei sostitutiva" di transizione costruita in questo modo (ufficialmente chiamata SLS Block I), tuttavia, secondo tutti i calcoli, avrà già una capacità di carico molto più seria del "Delta IV" operativo o del Falcon 9 Heavy, che è pronto per il lancio. Il veicolo di lancio SLS Block I sarà in grado di sollevare un carico utile di 70 tonnellate a LEO.
Rispetto al concetto SLS, vengono mostrati gli sviluppi interrotti della NASA nell'ambito del programma Constellation: il veicolo di lancio Ares (Mars), che non è stato ancora creato fino alla fine, che ha effettuato un solo volo di prova nel 2009, nel design Ares 1X, che consisteva nello stesso acceleratore Space Shuttle a quattro sezioni modificato, a cui erano collegati un quinto segmento di carico di prova e un carico prototipo del secondo stadio. Lo scopo di quel volo di prova era quello di verificare il funzionamento del primo stadio a propellente solido nella disposizione "single stick" ("log"), tuttavia, qualcosa deve essere successo durante le prove, quando il 1 ° e il 2 ° stadio sono stati separati, si è verificato un balzo in avanti non autorizzato del 1° stadio, causato, molto probabilmente, dalla postcombustione di frammenti di carburante strappati dallo scossone in esso. Il booster a propellente solido alla fine ha raggiunto il layout del secondo stadio e lo ha speronato.
Successivamente, un tentativo piuttosto infruttuoso di assemblare un "nuovo LEGO" da vecchie parti è stato ridotto alla NASA, il progetto Ares e la stessa Constellation sono stati messi da parte sullo scaffale di concetti falliti e dalle basi sviluppate nell'ambito della Constellation, era rimasto solo un veicolo spaziale orbitale con equipaggio abbastanza riuscito "Orion", che è stato costruito secondo lo schema della capsula di ritorno usuale per le navi usa e getta, che alla fine ha messo fine all'aliante riutilizzabile dello Space Shuttle.
La navicella spaziale Orion prima del suo primo lancio sul razzo Delta IV. dicembre 2014.
Il diametro della navicella Orion è di 5,3 metri, il peso della navicella è di circa 25 tonnellate. Il volume interno di Orion sarà 2,5 volte più grande del volume interno della navicella Apollo. Il volume della cabina della nave è di circa 9 m³. A causa di una massa così impressionante per un veicolo spaziale orbitale e del volume interno libero, Orion durante le missioni vicino alla Terra in orbite basse (ad esempio, in una spedizione sulla ISS) può supportare 6 cosmonauti.
Tuttavia, come già accennato all'inizio, il compito principale di Orion e dovrebbe metterlo in orbite al di là del sistema di lancio a basso riferimento SLS è il ritorno degli Stati Uniti ai compiti di dominare il lontano spazio vicino alla Terra e, prima di tutto, la Luna e Marte.
È per il volo sulla Luna e, possibilmente, su Marte, che sono calcolati i principali sforzi di Stati Uniti e Russia per migliorare le loro astronavi e veicoli di lancio.
Qui, in linea di principio, in una comoda forma tabellare, viene analizzata la differenza tra il sistema PPTS americano "Orion" e il russo.
Per il nome PPKS PPTS, ovviamente, devi battere qualcuno subito, ma vabbè. E in generale, purtroppo, finora tutto è molto difficile con il progetto PPTS.
Pertanto, per quanto riguarda il PPTS, finora abbiamo solo immagini divertenti della mostra. Ma in realtà, finora si è fatto per insultare poco…
C'è solo un modello - tra passato e futuro. C'è solo un modello - e tienilo stretto …
Oltre ai problemi di finanziamento, all'incomprensione del concetto e a una serie di problemi di progettazione e ingegneria, il futuro del PTS è incerto e dovuto alla mancanza di un veicolo di lancio adeguato per alcuni dei suoi compiti pianificati. Come ho detto, finora la Russia ha solo "Angara-A5" nel metallo, che può portare non più di 24,5 tonnellate a LEO, il che è abbastanza per le missioni vicino alla Terra, ma assolutamente non abbastanza per un ulteriore assalto alla Luna o Marte.
Inoltre, il concetto PPTS si basava sulla creazione di un'alternativa al missile "Angara" della famiglia "Rus-M", i cui lavori sono stati finora interrotti.
Progetti di missili della famiglia "Rus" rispetto alle sole famiglie "Soyuz" e "Angara".
Lo scopo principale della famiglia di missili Rus era quello di fornire voli con equipaggio, grazie ai quali il razzo, a parità di altre condizioni, ha un carico utile inferiore sul LEO rispetto ai missili Angara. Ciò è dovuto al fatto che durante i voli con equipaggio uno dei requisiti è la capacità del veicolo di lancio di lasciare il lancio anche in caso di guasto di uno dei motori e l'obbligo di garantire la continuazione del volo in caso di successivo guasto di uno dei motori - con la continuazione del lancio del veicolo spaziale in un'orbita abbassata o fornendo salvataggio e un atterraggio sicuro.
Questi requisiti, tra cui una speciale traiettoria di lancio, che dovrebbe prevedere un sovraccarico sull'equipaggio non superiore a 12 g per eventuali emergenze e la presenza di un sistema di salvataggio di emergenza (SAS), comportano una significativa riduzione della capacità di carico del " Rus" nella versione con equipaggio.
Inoltre, il diametro di progettazione del blocco base "Rus" di 3, 8 metri è stato scelto in base al trasporto tradizionale per l'URSS e la Russia di parti di veicoli di lancio su rotaia.
Negli Stati Uniti, volutamente, a partire dal programma Saturn-Apollo, le prime fasi dei veicoli di lancio sono state realizzate in base alle dimensioni appropriate, tenendo conto della possibilità del loro trasporto per via acqua (costiera-mare e fiume), che notevolmente semplificato i requisiti per le dimensioni di un'unità missilistica separata …
Trasporto del primo stadio del Saturn V LV sulla chiatta del fiume Pearl.
Oggi, il lavoro su SLS e Orion, anche dopo il crollo di Constellation, è in pieno svolgimento.
Con il completamento di SLS Block I, che si baserà quasi interamente sul backlog esistente dello Space Shuttle, la NASA prevede di passare alla fase successiva, molto più ambiziosa, SLS Block II, con fermate intermedie sotto forma di SLS Block Ia e Blocco SLS Ib.
Opzione di costruzione LEGO se i razzi sono pronti prima. Blocco I, Blocco Ia e poi Blocco II.
Opzione di costruzione LEGO se il terzo stadio modificato è pronto prima. Blocco I, Blocco Ib e poi Blocco II.
Il veicolo di lancio SLS Block Ia dovrebbe già ricevere uno dei promettenti booster di lancio di razzi: o da Aerojet su un ciclo chiuso AJ1E6 kerosene-ossigeno, o da Rocketdyne su un ciclo aperto F-1 modificato da Saturn V, o lo stesso sul nuovo combustibile solido "Black Knight" di ATK.
Ognuna di queste opzioni sarà in grado di fornire alla struttura del Blocco Ia una capacità di carico nella regione del LEO di 105 tonnellate, che è già paragonabile alla capacità di carico del Saturn V e dello Space Shuttle (se la contiamo insieme allo shuttle).
Gli stessi compiti saranno risolti con la realizzazione di un grande impianto e adattato alle dimensioni dell'intero sistema di lancio del terzo stadio criogenico, che sarà in grado di integrare il sistema Block I a due stadi (boccatori di lancio e stadio centrale sui motori dello Space Shuttle) con un terzo stadio, che per la variante Block Ia sarà come me già menzionato, preso in prestito dal razzo Delta IV e fornirà anche a SLS la produzione di fino a 105 tonnellate di carico utile a LEO.
Infine, il sistema finale del Block II dovrebbe già avere un terzo stadio SLS a grandezza naturale che utilizzerà, come il secondo stadio Saturn V, 5 motori J-2X avanzati e consegnerà 130 tonnellate di carico utile a LEO.
Ma nonostante tutti questi trucchi, un tale "spazio LEGO" costerà circa $ 500 milioni per lancio, che, ovviamente, è inferiore al costo del lancio dello Space Shuttle ($ 1,3 miliardi), ma comunque - abbastanza sensibile per il budget della NASA.
Quali compiti dovrebbe risolvere SLS e perché la NASA non tiene conto dell'opzione Falcon 9 Heavy, che dovrebbe fornire un costo di $ 135 milioni per un sistema di trasferimento di carburante usa e getta e per 53 tonnellate di carico utile per LEO?
Il fatto è che la NASA ha preso di mira la Luna, Marte e persino gli asteroidi e i satelliti di Giove! E il Falcon 9 Heavy risulta essere un razzo troppo piccolo per tali compiti …
Razzo nucleare su Marte!
Ma questo è, ovviamente, un argomento per un buon articolo separato….
PS. Dopo aver riletto il mio articolo, riporto.
Se critico i moderni approcci russi all'esplorazione spaziale e lodo gli americani, allora ci sono buone ragioni per farlo.
Nel 2010, lo stato del programma di esplorazione spaziale americano era deplorevole: il programma Space Shuttle era già programmato per la chiusura, i lanci di Ares mostravano la completa incoerenza delle idee della Costellazione, tutti i giornali e le riviste americani scrivevano della "schiavitù spaziale russa" per gli Stati Uniti.
Ma, negli ultimi 5 anni, l'industria spaziale statunitense si è riorganizzata, ha ricevuto i finanziamenti necessari e ha imparato a vivere in condizioni nuove e più dure.
La cosmonautica russa potrà vantarsene tra 5 anni, soprattutto sullo sfondo del fatto che quest'anno ci porta notizie infelici sulla chiusura dei programmi Rus-M e PPTS LV, il rinvio del lancio del cosmodromo Vostochny e la riduzione totale dei finanziamenti Roscosmos?
Aspetta e vedi. Tengo le nostre dita con una croce.
