Eu acho que muitos entusiastas da astronáutica que estão ativamente interessados na história e no estado atual das coisas no campo da exploração e exploração espacial já reconheceram o foguete capturado na foto do título.
Este foguete, ou melhor, o foguete impulsionador, é o maior foguete de propelente sólido já criado pela humanidade.
Bem, agora se tornou ainda mais.
Este é o reforço lateral do sistema do ônibus espacial, que agora se tornou ainda maior, tendo recebido, além das quatro seções padrão com as quais foi lançado com o ônibus espacial, uma quinta seção adicional, que permitirá que se torne um foguete impulsionador do novo sistema de lançamento espacial superpesado da NASA, denominado SLS (Space Launch System).
É este sistema, segundo a ideia da NASA, que deve devolver aos Estados Unidos da América a palma da mão em todos os aspectos da exploração espacial, ao mesmo tempo que dá a toda a humanidade a oportunidade de regressar à fronteira espacial, quebrando finalmente o círculo vicioso da baixa Terra orbitar e colocar a questão da exploração lunar de volta na ordem do dia … e … até mesmo Marte.
Quão real e viável é este programa ambicioso? Vamos tentar descobrir.
Tamanhos comparativos de sistemas de lançamento americanos históricos, contemporâneos e desenvolvidos.
Pergunta de aterramento: por que o Delta IV é maior do que o Falcon 9?
O estado atual da cosmonáutica americana após deixar a arena do sistema do Ônibus Espacial é bastante deplorável: o veículo de lançamento mais pesado à disposição dos Estados Unidos em termos de seu status atual é o Delta IV Heavy, que pode colocar uma carga de 28 em baixo Órbita terrestre (LEO), 4 toneladas.
A família Delta IV, apesar da massa de projetos, engenharia e esforços comerciais da Boeing para criar e promover seus descendentes no mercado, acabou por estar "na hora errada e no lugar errado": no contexto do baixo custo de lançamentos do foguete Proton russo e Para o Zenit-3SL ucraniano, o custo de lançamento de uma carga usando o Delta IV acabou sendo bastante caro.
Um único lançamento de "Delta IV" custou US $ 140-170 milhões, enquanto o custo de uma carga útil semelhante de Proton foi de cerca de US $ 100 milhões, e o custo de lançamento de um menor, mas competitivo com "Delta IV" ucraniano "Zenith-3SL" foi ainda menor - apenas 60 milhões de dólares.
O alto custo de lançamento do Delta IV forçou a Boeing a buscar exclusivamente encomendas do governo para ele e, como resultado, todos os lançamentos da Delta, exceto um, foram pagos pelo orçamento do Departamento de Estado dos EUA.
Lançamento do lançador Delta IV na variante Heavy. O peso de lançamento é de cerca de 733 toneladas.
No final, em meados dos anos 2000, a Delta IV finalmente saiu do segmento comercial de lançamentos espaciais - e nunca foi capaz de voltar lá até os dias de hoje, quando os caras da loja privada SpaceX, cujo foguete Falcon, começou para pisar em seus calcanhares.9 também se aproximou do nicho de mercado do "Delta IV", e a modificação do mesmo foguete, denominado Falcon 9 Heavy, previsto para lançamento em 2015, chegou a superá-lo.
Na partida do Falcon 9 Heavy, 27 motores Merlin com empuxo de 66 toneladas cada, movidos a querosene e oxigênio, serão ligados ao mesmo tempo.
Esta ideia de Elon Musk deve levar o programa espacial "privado" da SpaceX a uma altura anteriormente inatingível: para uma versão única do veículo de lançamento, a massa da carga transportada para LEO será de até 53 toneladas, no GPO - 21, 2 toneladas e em uma trajetória para Marte - 13, 2 toneladas. Com o retorno dos reforços laterais e da unidade central, a capacidade de carga não ultrapassará 32 toneladas por LEO - para a reutilização do lançador é preciso pagar com consumo adicional de combustível e, consequentemente, diminuição da carga útil.
Entre as inovações técnicas durante o desenvolvimento do Falcon 9 Heavy, o desenvolvedor declarou uma possibilidade única de transbordar de combustível e oxidante durante o voo dos boosters laterais para o primeiro estágio do veículo lançador, o que permitirá ter tanques de combustível cheios na central seção no momento da separação dos reforços laterais e melhorar o desempenho da carga útil colocada em órbita. …
Montagem dos cascos dos primeiros estágios dos foguetes Falcon 9. Agora já estão instalados 8 motores em círculo, sendo um central. Cheio, mas não louco.
A "trajetória para Marte" mencionada no último parágrafo não é uma abstração. Com uma massa de lançamento de 1.462 toneladas, o dobro da massa do atual recorde Delta IV, o pesado Falcon já é aquele passo necessário que permite pensar seriamente em voos para a Lua e Marte. Embora em uma configuração mais semelhante aos experimentos soviéticos com o aparato da série Probe do que ao colossal programa americano Saturn-Apollo.
No entanto, no futuro, a forma como o conceito de "Delta IV" e Falcon 9 com reforços laterais, que são "clones" de seus primeiros estágios, começará a escorregar conforme o esperado.
A questão é que é impossível multiplicar as "paredes laterais" iniciais que permitem aumentar a massa da saída de carga para o LEO até o infinito - dois ou quatro blocos laterais ainda podem ser de alguma forma anexados ao central, mas então a complexidade de montagem e controle de tal estrutura multicomponente apenas crescendo exponencialmente.
Foi nisso, em geral, que o foguete lunar Korolev N-1 "adormeceu", que tinha 30 motores de foguete NK-33 no primeiro estágio, o que, em conjunto com o esquema de cinco estágios do próprio foguete, não permite resolver ao final todas as questões de seu lançamento sem problemas.
A configuração atual do Falcon 9, começando imediatamente com 27 motores, já está perto do limite da complexidade e, além disso, muito provavelmente, a empresa de Elon Musk já precisará aumentar a massa e o tamanho de uma única unidade de foguete, o que aumenta imediatamente os requisitos ao longo de toda a cadeia de produção, transporte e lançamento de foguetes.
A promissora família de mísseis russa "Angara" provavelmente enfrentará problemas semelhantes. O pequeno tamanho relativo de um bloco unitário já leva ao fato de que o foguete Angara-A5 com massa inicial de 733 toneladas deve colocar imediatamente quatro "lados" de reforço (com capacidade de carga de 24,5 toneladas por LEO).
Angara-A5 antes do lançamento em 23 de dezembro de 2014. No início, cinco motores RD-191 operam, cada um com um empuxo de 196 toneladas.
Um aumento adicional na capacidade de carga do Angara repousa no fato de que não quatro, mas seis impulsionadores de foguete precisam ser acoplados à seção de base do segundo estágio, o que, talvez, já seja uma espécie de limite estrutural e de engenharia para escalar sistemas de pacotes, já que o limite para o conceito Falcon 9 é de 27 motores Merlin-1D em três blocos de partida.
O projeto resultante Angara-A7 poderá, segundo cálculos, com peso de lançamento próprio de 1370 toneladas, trazer uma carga útil de 50 toneladas para a LEO (no caso de usar hidrogênio combustível para a segunda fase), o que muito provavelmente será ser a escala máxima do conceito de foguete da família Angara.
Comparação de "Angara A5" e conceitos de "Angara A7" - com querosene e combustível de hidrogênio. Ao mesmo tempo, há a resposta - por que o "Delta IV" é grande e o Falcon 9 - pequeno.
Em geral, digam o que se diga, conceitos baseados em um bloco de foguete de classe de 200 ou mesmo 400 toneladas - ainda se verifica que o limite de karachun estrutural e de engenharia para tais mísseis "pacote" chega a um peso de lançamento na região de 1300- 1500 toneladas, o que corresponde à massa retirada 45-55 toneladas por LEO.
Mas então já é necessário aumentar o impulso de um único motor e o tamanho do estágio do foguete ou acelerador.
E é justamente esse o caminho que o projeto SLS está trilhando hoje.
Em primeiro lugar, levando em consideração a experiência negativa do "Delta IV", os desenvolvedores do SLS tentaram aproveitar ao máximo o passado. Tudo e todos foram usados: os foguetes propulsores do Ônibus Espacial, que foram reforçados com o propósito de criar um foguete pesado, e os antigos motores RS-25 hidrogênio-oxigênio do próprio ônibus, que foram instalados no segundo estágio, e…. (partidários da teoria da "conspiração lunar" - preparem-se!) motores de hidrogênio-oxigênio há muito esquecidos J-2X, que se originam dos motores do segundo e terceiro estágios do foguete lunar "Saturno V" e que são propostos a ser usado nos estágios superiores projetados SLS!
Além disso, os planos de longo prazo para melhorar os aceleradores SLS implicam dois projetos concorrentes usando motores de foguete de propelente líquido em vez de propelentes sólidos: o projeto da empresa Aerojet, que apresentou seu motor de querosene-oxigênio desenvolvido de ciclo fechado AJ1E6 para o futuro porta-aviões "pesado", que se origina dos mísseis NK-33 Royal H-1 - e um projeto de Pratt & Whitney Rocketdine, que propõe … (e mais uma vez, surpresa, lunocéticos!) Restaurar nos EUA a produção de F -1 motores, que uma vez levantaram o famoso foguete Saturno V da Terra.
Talvez a vida volte a esses bancos de teste. Teste da primeira fase do "Saturn V" - "Saturn 1C" LV em agosto de 1968 na bancada de testes Cyclopean V-2. Observe que a etapa está sendo transportada em uma barcaça.
Participa do desenvolvimento de um futuro acelerador de lançamento promissor e do atual fabricante de propulsores de propelente sólido que estão na montagem inicial do veículo de lançamento SLS, Bloco I - ATK (Alliant Techsystems), que se propôs a ampliar ainda mais o impulsionador de ônibus espacial existente aumentando seu comprimento e diâmetro … O projeto de um acelerador promissor da ATK é chamado de "Cavaleiro das Trevas".
Bem, como a cereja do bolo - uma das configurações futuras do sistema SLS, Block Ib, envolve o uso de uma unidade de hidrogênio-oxigênio como o terceiro estágio, emprestado de … o foguete Delta IV!
Este é, você sabe, o "LEGO infernal", no qual a NASA tentou avaliar, combinar e usar todos os desenvolvimentos existentes na área de foguetes pesados.
Qual é a família de mídia SLS? Afinal, como já lembramos do exemplo de "Delta IV", "Hangars" e Falcon 9 - as dimensões gerais podem enganar.
Então, aqui está um diagrama simples para entender o que se pretende:
No lado esquerdo do diagrama estão os veículos de lançamento pesados que os Estados Unidos ainda tinham. O Saturno V lunar, que poderia trazer uma carga útil de 118 toneladas para LEO, e o Ônibus Espacial, que parecia ter colocado o próprio ônibus reutilizável em órbita pesando de 120 a 130 toneladas, mas ao mesmo tempo poderia entregar com ele apenas um carga útil muito modesta - apenas 24 toneladas de carga útil.
O conceito SLS será implementado em duas versões principais: tripulado (tripulação) e não tripulado (carga).
Além disso, a indisponibilidade de três projetos promissores de foguetes da Aerojet, Rocketdine e ATK força a NASA a usar as "peças de foguete Lego" que estão disponíveis - a saber, aqueles propulsores de ônibus espaciais aprimorados de cinco seções.
Um "transportador ersatz" transitório construído desta forma (oficialmente denominado SLS Bloco I), no entanto, de acordo com todos os cálculos, já terá uma capacidade de carga muito mais séria do que o "Delta IV" operacional ou o Falcon 9 Heavy, que é pronto para lançar. O veículo de lançamento SLS Bloco I será capaz de elevar uma carga útil de 70 toneladas para a LEO.
Em comparação com o conceito SLS, são mostrados os desenvolvimentos parados da NASA no programa Constellation - o veículo de lançamento Ares (Marte), que ainda não foi criado até o final, que fez apenas um vôo de teste em 2009, no projeto Ares 1X, que consistia no mesmo acelerador modificado do ônibus espacial de quatro seções, ao qual um teste de carregamento do quinto segmento e um protótipo de carga do segundo estágio foram conectados. O objetivo desse voo de teste era verificar o funcionamento do primeiro estágio de propelente sólido no arranjo "single stick" ("log"), no entanto, algo deve ter acontecido durante os testes, quando o 1º e o 2º estágios foram separados, ocorreu um salto não autorizado para a frente da 1ª fase, causado, muito provavelmente, pela pós-combustão de fragmentos de combustível arrancados pela sacudida no mesmo. O propulsor de propelente sólido eventualmente alcançou o layout do 2º estágio e o abalroou.
Depois disso, uma tentativa bastante malsucedida de montar um "novo LEGO" a partir de peças antigas foi encurtada na NASA, o projeto Ares e a própria Constelação foram colocados na prateleira de conceitos malsucedidos e do trabalho de base desenvolvido dentro da estrutura da Constelação, restou apenas uma nave orbital tripulada com bastante sucesso. "Orion", que foi construída de acordo com o esquema da cápsula de retorno usual para naves descartáveis, que finalmente pôs fim ao planador reutilizável do Ônibus Espacial.
A nave espacial Orion antes de seu primeiro lançamento no foguete Delta IV. Dezembro de 2014.
O diâmetro da espaçonave Orion é de 5,3 metros, o peso da espaçonave é de cerca de 25 toneladas. O volume interno do Orion será 2,5 vezes maior do que o volume interno da espaçonave Apollo. O volume da cabine do navio é de cerca de 9 m³. Devido a uma massa impressionante para uma espaçonave orbital e ao volume interno livre, o Orion durante missões próximas à Terra em órbitas baixas (por exemplo, em uma expedição à ISS) pode suportar 6 cosmonautas.
No entanto, como já mencionado no início, a principal tarefa do Orion e deve colocá-lo em órbitas além do sistema de lançamento de baixa referência SLS é o retorno dos Estados Unidos às tarefas de dominar o distante espaço próximo à Terra e, em primeiro lugar, a Lua e Marte.
É para o vôo à Lua e, possivelmente, a Marte que se calculam os principais esforços dos Estados Unidos e da Rússia no aprimoramento de suas espaçonaves e veículos de lançamento.
Aqui, em princípio, em uma forma tabular conveniente, a diferença entre o "Orion" americano e o sistema PPTS russo é analisada.
Para o nome PPKS PPTS, é claro, você precisa bater em alguém imediatamente, mas tudo bem. E em geral, infelizmente, tudo está muito difícil com o projeto PPTS até agora.
Portanto, em relação ao PPTS, temos apenas fotos engraçadas da exposição até agora. Mas, na realidade, até agora tem sido feito para insultar pouco …
Existe apenas um modelo - entre o passado e o futuro. Existe apenas um modelo - e mantenha-o …
Além de problemas de financiamento, incompreensão do conceito e uma série de questões de design e engenharia, o futuro do PTS é incerto e devido à falta de um veículo de lançamento adequado para algumas de suas tarefas planejadas. Como eu disse, até agora a Rússia tem apenas "Angara-A5" no metal, que pode trazer não mais do que 24,5 toneladas para LEO, o que é o suficiente para missões próximas à Terra, mas absolutamente não o suficiente para um novo ataque à Lua ou Marte.
Além disso, o conceito PPTS baseou-se na criação de uma alternativa ao míssil "Angara" da família "Rus-M", cujo trabalho também se encontra parado.
Projetos de mísseis da família "Rus" em comparação apenas com as famílias "Soyuz" e "Angara".
O principal objetivo da família de mísseis Rus era fornecer voos tripulados, devido ao qual o foguete, outras coisas sendo iguais, tem uma carga útil menor no LEO do que os mísseis Angara. Isso se deve ao fato de que durante os voos tripulados, um dos requisitos é a capacidade do veículo lançador de deixar o lançamento mesmo que um dos motores falhe e o requisito de garantir a continuação do voo no caso de uma falha subsequente de um dos motores - com a continuação do lançamento da espaçonave em uma órbita rebaixada ou fornecendo resgate e um pouso seguro.
Esses requisitos, incluindo uma trajetória de lançamento especial, que deve fornecer uma sobrecarga da tripulação de não mais de 12 g para quaisquer emergências e a presença de um sistema de resgate de emergência (SAS), levam a uma redução significativa na capacidade de carga do " Rus "na versão tripulada.
Além disso, o diâmetro do projeto do bloco de base "Rus" de 3,8 metros foi escolhido com base no transporte tradicional para a URSS e a Rússia de peças de veículos de lançamento por via férrea.
Nos Estados Unidos, deliberadamente, a partir do programa Saturno-Apollo, as primeiras etapas dos veículos lançadores foram feitas com base no tamanho adequado, levando em consideração a possibilidade de seu transporte por transporte aquaviário (litoral-marítimo e fluvial), o que em muito simplificou os requisitos para as dimensões de uma unidade de foguete separada …
Transporte da primeira etapa do Saturn V LV na barcaça do rio Pérola.
Hoje, o trabalho no SLS e no Orion, mesmo após o colapso do Constellation, está em pleno andamento.
Com a conclusão do SLS Bloco I, que será baseado quase inteiramente na carteira existente do Ônibus Espacial, a NASA planeja passar para a próxima fase, muito mais ambiciosa - SLS Bloco II, com paradas intermediárias na forma de SLS Bloco Ia e SLS Block Ib.
Opção de construção de LEGO se os foguetes de reforço estiverem prontos mais cedo. Bloco I, Bloco Ia e Bloco II.
Opção de construção de LEGO se o terceiro estágio modificado estiver pronto antes. Bloco I, Bloco Ib e Bloco II.
O veículo de lançamento SLS Bloco Ia já deve receber um dos impulsionadores de lançamento de foguete promissores: ou da Aerojet em um ciclo fechado de querosene-oxigênio AJ1E6, ou de Rocketdyne em um ciclo aberto F-1 modificado do Saturn V, ou o mesmo no novo combustível sólido "Cavaleiro Negro" da ATK.
Qualquer uma dessas opções será capaz de dotar a estrutura do Bloco Ia de uma capacidade de carga na região de LEO de 105 toneladas, que já é comparável à capacidade de carga do Saturn V e do Ônibus Espacial (se contarmos junto com o ônibus espacial)
As mesmas tarefas serão resolvidas com a criação de um sistema de lançamento em grande escala e adaptado ao tamanho de todo o sistema de lançamento do terceiro estágio criogênico, que poderá complementar o sistema Bloco I de dois estágios (impulsionadores de lançamento e estágio central nos motores do ônibus espacial) com um terceiro estágio, que para a variante Block Ia será como eu já mencionei, emprestado do foguete Delta IV e também fornecerá SLS com a produção de até 105 toneladas de carga útil para LEO.
Finalmente, o sistema Bloco II final já deve ter um terceiro estágio SLS de tamanho real e engenharia em massa que usará, como o segundo estágio Saturn V, 5 motores J-2X avançados e fornecerá 130 toneladas de carga útil para a LEO.
Mas mesmo apesar de todos esses truques, tal "LEGO espacial" custará cerca de US $ 500 milhões por lançamento, o que, é claro, é menos do que o custo de lançamento do ônibus espacial (US $ 1,3 bilhão), mas ainda - sensível o suficiente para o orçamento da NASA.
Quais tarefas o SLS deve resolver e por que a NASA não leva em consideração a opção Falcon 9 Heavy, que supostamente custaria US $ 135 milhões para um sistema de transferência de combustível descartável e 53 toneladas de carga útil para o LEO?
O fato é que a NASA teve como alvo a Lua, Marte e até mesmo asteróides e satélites de Júpiter! E o Falcon 9 Heavy acabou sendo um foguete muito pequeno para tais tarefas …
Foguete nuclear para Marte!
Mas este é, obviamente, um tópico para um bom artigo separado….
PS. Depois de reler meu artigo novamente, eu relato.
Se eu criticar as abordagens russas modernas à exploração espacial e elogiar os americanos, então há boas razões para isso.
Em 2010, o estado do programa de exploração espacial americano era deplorável: o programa do ônibus espacial já estava programado para fechar, os lançamentos do Ares mostravam a inconsistência total das ideias do Constellation, todos os jornais e revistas americanos escreveram sobre a “escravidão espacial russa” para os Estados Unidos.
Mas, nos últimos 5 anos, a indústria espacial dos EUA se reagrupou, recebeu o financiamento necessário - e aprendeu a viver em condições novas e mais difíceis.
Será que a cosmonáutica russa poderá se gabar disso em 5 anos - especialmente contra o fato de que este ano nos traz notícias infelizes sobre o encerramento dos programas Rus-M e PPTS LV, o adiamento do lançamento do cosmódromo de Vostochny e a redução total do financiamento da Roscosmos?
Espere e veja. Eu seguro nossos dedos com uma cruz.
