Почему падают ракеты falcon: неудача маска
- Крылатый двигатель Adeline. Разработчик: Airbus Space and Defence
Начиная с 2014 года кое-какие ракеты Falcon 9 — их создаёт созданная Маском компания SpaceX — отправляются в полет в версии 1.1 R. R — значит reusable, другими словами «повторно применяемый». По окончании завершения эры многоразовых обитаемых судов с крылатой посадкой мировая космическая индустрия снова обратилась к теме повторного применения космических средств, лишь сейчас речь заходит не о судах, а о первых ступенях ракетных совокупностей.
В случае если за программами типа Space Shuttle и «Буран» стояло намерение обеспечить сведение с орбиты крупногабаритных грузов (это так и не понадобилось) и рвение обезопасисть экипаж от сильных перегрузок при возвращении на Землю, то с многоразовыми первыми ступенями все значительно несложнее — речь заходит о чистой экономии. Ракетные двигатели первой ступени — изделие сложное и дорогостоящее. Разработчики возвращаемых совокупностей обещают при успехе их программ радикальное понижение цены космических запусков, соответственно, их б? льшую доступность для различных космического туризма и хозяйственных нужд.
Наследники «шаттла»
В вопросе, что именно и как возвращать, существуют различные подходы. К примеру, возможно возвращать ступень полностью, а возможно ограничиться только отделяемым двигательным блоком. А как возвращать?
Самое простое, что приходит в голову, — это применение парашюта либо оснащение первой ступени верно, крылом.
По состоянию на май 2015 года военно-космическое подразделение Airbus Group (бывшая EADS) израсходовало за пять лет Є15 млн на разработку проекта Adeline. Это проект возвращения блока двигателей первой ступени по крылатой схеме.
Adeline, в соответствии с предоставленным видеороликам и рисункам, будет иметь цилиндрический корпус (того же диаметра поперечного сечения, что и вся ступень) и крылья, напоминающие по форме крыло безрадосно известного Spaceship 2. По окончании отделения от корпуса первой ступени, которая повторно не употребляется, блок осуществит вход в воздух, спланирует к аэропорту, выпустит шасси и задействует два маленьких двигателя, вращающих толкающие винты. Так, Adeline будет садиться не как планер, а как самолет — на двигателях.
Для возвращения блоку потребуется дополнительно 2 т топлива. Как заявляют разработчики, такая схема окажет помощь сохранить для повторного применения до 80% стоимости первой ступени (предположительно ракеты Ariane 6 либо другого носителя с ЖРД). Adeline сможет быть использована для 10−20 полетов, перед тем как совсем выработает собственный ресурс и, как указывается, окажет помощь сэкономить до 30% стоимости каждого запуска.
Кстати, Airbus Defence and Space кроме этого разрабатывает еще одну тему, связанную с удешевлением космических запусков, — это космические буксиры (Space Tugs). Суть данной программы в том, дабы разместить на низкой околоземной орбите неизменно дежурящие разгонные блоки. Вместо того дабы тащить с Почвы все нужное для отправки, скажем, геостационарного спутника на орбиту высотой 36 000 км, носителю потребуется аппарат до НОО, а пристыковавшийся космический буксир сделает все другое.
- «Россиянка» — проект тяжелой двухступенчатой ракеты, созданной Национальным ракетным центром им. Макеева. Проект включает в себя возвращаемую первую ступень, которая осуществляет спуск и посадку способом повторного включения двигателей.
В случае если о европейском проекте возвращаемого блока деятельно заговорили лишь сейчас, то в отечественном отечестве замыслы создания крылатой первой ступени озвучены уже давно. Еще на столичном авиасалоне МАКС-2001 публике был показан макет аппарата «Байкал», являвшегося ничем иным, как возвращаемой первой ступенью уже тогда проектировавшегося перспективного российского носителя «Ангара».
Тогда, 14 лет назад, новинка взяла громадной резонанс в медиа, и представители разработчика — ГКНПЦ им. Хруничева — прочили «Байкалу» перспективное будущее. Прошло еще десять лет, и в 2011 году Роскосмос заявил среди фирм космической отрасли тендер на разработку МРКС — многоразовой космической совокупности. Из трех компаний, принявших участие в тендере, предпочтение было дано ГКНПЦ им.
Хруничева, что сулило в той либо другой степени восстановление идеи «Байкала». Но с того времени никаких обнадеживающих новостей на эту тему нет. Что же произошло с русским крылатым проектом?
«Как мне известно, — говорит Павел Пушкин, председатель совета директоров ООО «КосмоКурс» и бывший сотрудник ГКНПЦ им. Хруничева, — тема МРКС послана «в науку», другими словами на дополнительное изучение неприятности, и до практики в скором будущем очевидно не дойдет. А про «Байкал» больше ничего не слышно, по причине того, что, по сути, ничего из данной выдумки не вышло. Мысль скрестить ракетные и авиационные разработки была привлекательной, но была трудноисполнимой.
Начиная с чисто инженерных неприятностей — крыло не проходило по габаритам стандартного стартового стола — и заканчивая экономикой: из-за крыльев и шасси первая ступень получалась сверхтяжелой и дорогостоящей. Экономические пользы от таковой многоразовости смотрелись вызывающе большие сомнения. По той же причине я не очень сильно верю и в европейский проект Adeline, как бы красиво он ни рекламировался».
1. отделение и Запуск I ступени
Двухступенчатая ракета Falcon 9 поднимается со стартового стола, и на высоте 80 км первая ступень отделяется. Космический аппарат продолжает собственный путь посредством второй ступени. Первая ступень поднимается еще выше, после этого начинается спуск.
2. Направление к месту посадки
Три из девяти двигателей запускаются снова. Ступень имеет собственную совокупность навигации, которая руководит двигателям, руководя курсом аппарата. Сейчас ступень нацелена на посадочную площадку.
Сейчас скорость образовывает около 500 км/ч.
3. Торможение двигателем
Включается центральный двигатель, дабы начать помочь и торможение ступени принять вертикальное положение. Выдвигаются аэродинамические рули, дабы стабилизировать направление полета, любой из рулей действует независимо. Скорость на этом этапе понижается до 900 км/ч.
4. Последние метры
Происходит последнее включение двигателей, дабы замедлить спуск приблизительно до девяти километров/ч. Посредством сжатого гелия выдвигаются стойки, выполненные из жаропрочных ячеистого — материала и материалов углепластика на базе алюминия.
5. Посадка
Ступень совершает посадку на платформу. Технический персонал прибывает на баржу, прикрепляет ступень и «проветривает» место посадки от газов, каковые выработались при работе двигателя. На платформе аппарат доставляется к берегу, где его начинают готовить к новой посадке.
6. Посадочная платформа
Посадочная платформа оснащена совокупностью динамического позиционирования. Она руководит гребными винтами, неизменно удерживающими судно в точке с заданными координатами по GPS плюс-минус 3 м.
вертолёты и Парашюты
А для чего такие сложности с крылом? Запрещено ли спасти первую ступень простым парашютированием? Возможно, но тут имеется собственные сложности.
Вот американская компания United Launch Alliance — совместное предприятие двух космических гигантов Boeing и Lockheed-Martin — формирует перспективную ракету Vulcan на замену существующей Atlas V. Первая ступень будет складываться из комплекта твердотопливных ускорителей и двух ЖРД — предположительно это будут силовые установки BE-4, созданные компанией Blue Origin и трудящиеся на жидком кислороде и жидком метане в качестве окислителя. По заявлению разработчиков, цена двух ЖРД образовывает 90% цене всей двигательной совокупности первой ступени (10% приходится на твердотопливные ускорители), а вся двигательная совокупность образовывает 65% цене первой ступени.
Вывод: ЖРД нужно спасти и применять повторно, это заметно удешевит пуски. Предполагается, что двигательный блок на заданной высоте отделится от первой ступени и начнет обратный вход в воздух. От аэродинамического перегрева его защитит особый надувной щит, имеющий форму зонтика.
После этого раскроется парашют. До этого места все ясно, но дальше появляются неприятности.
Уже упоминавшийся Элон Маск пробовал экспериментировать с возвращаемыми ступенями, спуская их на парашюте в океан. Мысль была неудачной: при взаимодействии холодной морской воды с раскаленными соплами происходил взрыв, наносивший двигателям непоправимый ущерб.
В случае если парашютировать двигательный блок на сушу, то при высокой вертикальной скорости спуска на парашюте будет весьма тяжело обеспечить сохранность конструкции, в особенности в случае если удар придется на какую-то неровность типа пня либо громадного камня. У создателей ракеты Vulcan имеется собственный ответ: в воздухе парашют с грузом будет подхватываться тяжелым вертолетом и после этого бережно опускаться на подготовленную площадку. Непосвященным эта мысль думается самую малость сумасшедшей.
«В действительности в подхвате вертолетом нет ничего ни особенно сложного, ни необыкновенного, — говорит Павел Пушкин. — За всю историю эта операция осуществлялась около тысячи раз — действительно, это были не тяжелые аппараты, а возвращаемые модули спутников либо тактические ракеты. Работы в данной области велись и у нас. В том месте имеется две неприятности.
Во-первых, нужен вертолет достаточной грузоподъемности. У американцев его нет, и это одна из обстоятельств, из-за чего они выручают двигательный блок, а не всю ступень. Во-вторых, в случае если аппарат довольно легкий, его возможно подцепить хоть прямо за парашют. Но для громадного груза пригодится парашют с огромным куполом. В случае если сверху подлетит вертолет, он может потоками идущего от винтов воздуха «погасить» парашют и привести к падению аппарата.
Значит, необходимо, дабы от купола тянулся вверх прочный трос, что и будет «ловить» вертолет. Но как вынудить трос тянуться вверх? В то время, когда подобная система разрабатывалась у нас, отечественные конструкторы придумали включить в конструкцию маленькой беспилотный вертолет. Он летит над парашютом и удерживает трос в нужном положении.
По окончании того как трос поймают и груз будет подхвачен, вертолет машинально прекращает работу. У нас это все дальше проектов не пошло, но, быть может, подобную систему применит компания Blue Origin, которая разрабатывает собственную многоразовую ступень для космического туристического корабля».
- Схема возвращения двигательного блока способом самолетной посадки по проекту Adeline
На огненной струе
До тех пор пока у Элона Маска ничего не выходит — ни у одной из запущенных ракет в версии 1.1 R спасти первую ступень не удалось. Совокупность у SpaceX совсем другая: парашютов и никаких крыльев. Первая ступень ракеты обязана опуститься на жёсткую поверхность, тормозя реактивной струей двигателей. До тех пор пока в качестве жёсткой поверхности употребляется особая баржа (а в шторм она в случае если и жёсткая, то неустойчивая), но проводить подобные опыты над сушей Маску до тех пор пока никто не разрешит.
Не смотря на то, что план как раз таковой: ракета обязана стартовать с сухопутного космодрома и на сухопутный же космодром будет возвращаться первая ступень для повторного применения. В отличие от вторых разработчиков многоразовых совокупностей, Элон Маск не особенно в накладе: собственные испытания он ставит в рамках коммерческих запусков, оплаченных по большей части NASA.
В случае если аппарат доставлен на орбиту, будущее первой ступени уже не дело клиента, и он готов оплачивать Falcon 9, а заодно и новые опробования возвращаемого модуля опять и опять. Очевидно, на переделку первой ступени до версии 1.1 R (не так долго осталось ждать будет 1.2 R) Маску было нужно потратиться. В отличие от версии 1.1 первая ступень оснащена раскладываемыми перед самым касанием почвы четырьмя стойками, выполненными из термостойких материалов.
Для торможения, которое требует дополнительно 35 т горючего, задействованы три двигателя из девяти, для чего этим трем было нужно сделать расширенные сопла. Для удержания и маневрирования направления ступень оснащена четырьмя решетчатыми аэродинамическими рулями и мелкими маневровыми двигателями, производящими струйки сжатого азота для коррекции курса. В следствии торможения двигателями первая ступень обязана вертикально опуститься на посадочную площадку со скоростью не более двух метров/с и подняться на стойки.
- Возвращаемая крылатая первая ступень «Байкал» для семейства ракет класса «Ангара» имела возможность бы не только самостоятельно планировать на аэропорт, но и помещалась бы в трюм Ил-76 для эргономичной транспортировки
«Не обращая внимания на неудачи, — рассуждает Павел Пушкин, — мне подход Маска думается самый перспективным. Но, по большому счету говоря, вопрос целесообразности разработки многоразовых совокупностей — это неизменно вопрос экономический. Одно дело, в случае если первую ступень возможно спасти в этот самый момент же поставить ее на новую ракету. Но в мире на данный момент нет по-настоящему многоразовых двигателей.
Заберём опыты Маска — у него двигатели первой ступени трудятся на керосине, а керосин оставляет сажу. Значит, даже в том случае, если силовую установку удастся вернуть, ее нужно чистить и мыть, а возможно, и выбирать, что очевидно стоит денег и не мелких. Либо имеется вторая сторона вопроса.
Допустим, мы обучимся делать возвращаемую первую ступень для «Протона» либо «Ангары». Но при отечественном и без того маленьком количестве пусков первая ступень превратится в штучный продукт, провалится сквозь землю экономический эффект серийного производства, будет деградировать компетенция производственников. В итоге как бы экономический выигрыш не был отрицательным».
Резидент «Сколково» компания «КосмоКурс», которую возглавляет Павел Пушкин, занимается разработкой комплекса для суборбитального туризма. В отличие от известного проекта Virgin Galactic, тут все будет выстроено на чисто ракетных разработках. Ракетный модуль разгонит пилотируемую капсулу до нужной скорости, и та проследует на высоту 130−220 км, по окончании чего, в начале свободного падения, пассажиры испытают желаемую невесомость.
Первая ступень же отправится обратно и, затормозив посредством реактивной струи, опустится на стойки. Все как у Элона Маска. Возврат капсулы на Землю будет осуществлен посредством парашютов. Такая схема, как вычисляют в «КосмоКурсе», возможно весьма надежной и даст туристам все вероятные впечатления в весьма маленький срок — полет будет продолжаться около 20 мин..
В связке же самолет-ракетоплан, как у Virgin Galactic, через чур много времени уходит на комплект высоты, а после этого на планирование при возвращении.
Спрашиваем Павла Пушкина, из-за чего при всем его легко скептическом отношении к многоразовым совокупностям в «громадном» ракетостроении он сам занимается разработкой многоразовой совокупности. «Дело в том, — отвечает Павел, что именно в космическом турбизнесе многоразовость — это наиболее значимый экономический фактор. В случае если мы будем строить под любой пуск новую ракету, полет окажется дешёвым только весьма богатым людям.
А мы желали бы выйти на уровень порядка 120 пусков в год, и на таких масштабах экономический эффект от повторного применения ракетного модуля окажется весьма заметен. Кстати, как сравнительно не так давно выяснилось, по отечественному же пути идет американская компания Blue Origin, которая сооружает собственную суборбитальную туристическую совокупность, основанную на многоразовом использовании и ракетных технологиях ракетного модуля».
Проект суборбитальной ракетной совокупности, разрабатываемой ООО «КосмоКурс». Совокупность складывается из возвращаемого пассажирской капсулы и ракетного модуля, осуществляющей спуск способом парашютирования.
Статья «Спасение с небес» размещена в издании «Популярная механика» (№154, август 2015).
<
h4>