Pinaniniwalaan na ang mga teknolohiya ay palaging umuunlad nang unti-unti, mula sa simple hanggang sa kumplikado, mula sa bato na kutsilyo hanggang sa bakal - at pagkatapos lamang sa isang naka-program na makinang paggiling. Gayunpaman, ang kapalaran ng rocketry sa kalawakan ay naging mas prangka. Ang paglikha ng simple, maaasahang mga solong yugto na missile sa loob ng mahabang panahon ay nanatiling hindi maa-access sa mga taga-disenyo. Kinakailangan ang mga solusyon na hindi maaaring mag-alok ng mga materyal na siyentipiko o engine engineer. Hanggang ngayon, ang mga sasakyang naglunsad ay mananatiling multistage at disposable: isang hindi kapani-paniwalang kumplikado at mamahaling sistema ang ginagamit sa loob ng ilang minuto, at pagkatapos ay itinapon ito
"Isipin na bago ang bawat paglipad ay nagtitipon ka ng isang bagong eroplano: ikonekta mo ang fuselage sa mga pakpak, maglatag ng mga kable ng kuryente, i-install ang mga makina, at pagkatapos ng landing ay ipadala mo ito sa isang landfill … Hindi ka lalipad tulad ng iyon, "sinabi sa amin ng mga tagabuo ng State Missile Center. Si Makeeva. "Ngunit iyon mismo ang ginagawa namin tuwing nagpapadala kami ng kargamento sa orbit. Siyempre, perpekto ang bawat isa ay nais magkaroon ng isang maaasahang isang-yugto na "machine" na hindi nangangailangan ng pagpupulong, ngunit dumating sa cosmodrome, refueled at inilunsad. At pagkatapos ay babalik ito at magsisimulang muli - at muli "…
Sa kalahati
Sa pangkalahatan, sinubukan ng rocketry na makakuha ng isang yugto mula sa mga pinakamaagang proyekto. Sa mga paunang sketch ng Tsiolkovsky, lilitaw lamang ang gayong mga istraktura. Iniwan niya lamang ang ideyang ito kalaunan, napagtanto na ang mga teknolohiya ng unang bahagi ng ikadalawampu siglo ay hindi pinapayagan ang napagtanto ang simple at matikas na solusyon na ito. Ang interes sa mga carrier ng solong yugto ay lumitaw muli noong 1960, at ang mga nasabing proyekto ay ginagawa sa magkabilang panig ng karagatan. Pagsapit ng dekada 1970, ang Estados Unidos ay nagtatrabaho sa mga solong yugto na rocket na SASSTO, Phoenix at maraming mga solusyon batay sa S-IVB, ang pangatlong yugto ng paglulunsad ng Saturn V na sasakyan, na naghahatid ng mga astronaut sa buwan.
"Ang ganitong pagpipilian ay hindi magkakaiba sa kapasidad sa pagdadala, ang mga makina ay hindi sapat para dito - ngunit magiging isang yugto pa rin ito, na may kakayahang lumipad sa orbit," patuloy ng mga inhinyero. "Siyempre, matipid ito ay magiging ganap na hindi nabibigyang katarungan." Ang mga compound at teknolohiya para sa pagtatrabaho sa kanila ay lumitaw lamang sa mga nakaraang dekada, na ginagawang posible na gawing isang yugto ang carrier at, saka, magagamit muli. Ang gastos ng naturang "science-intensive" rocket ay magiging mas mataas kaysa sa isang tradisyonal na disenyo, ngunit ito ay "kumakalat" sa maraming mga paglulunsad, upang ang presyo ng paglunsad ay magiging mas mababa kaysa sa karaniwang antas.
Ito ang kakayahang magamit muli ng media na siyang pangunahing layunin ng mga developer ngayon. Ang mga sistema ng Space Shuttle at Energia-Buran ay bahagyang magagamit muli. Ang paulit-ulit na paggamit ng unang yugto ay sinusubukan para sa mga SpaceX Falcon 9 rocket. Ang SpaceX ay nakagawa ng maraming matagumpay na landing, at sa pagtatapos ng Marso susubukan nilang ilunsad ang isa sa mga yugto na lumipad muli sa kalawakan. "Sa aming palagay, ang diskarte na ito ay maaari lamang masiraan ang ideya ng paglikha ng isang tunay na magagamit muli na media," sabi ng Makeev Design Bureau. "Kailangan mo pa ring pag-ayusin ang tulad ng isang rocket pagkatapos ng bawat flight, pag-install ng mga koneksyon at mga bagong sangkap na hindi kinakailangan … at bumalik kami sa kung saan kami nagsimula."
Ang ganap na magagamit na media ay nasa anyo pa rin ng mga proyekto - maliban sa New Shepard ng American company na Blue Origin. Sa ngayon, ang rocket na may isang may kalalakihan na kapsula ay dinisenyo lamang para sa mga suborbital flight ng mga turista sa kalawakan, ngunit ang karamihan sa mga solusyon na matatagpuan sa kasong ito ay maaaring madaling mai-scale para sa isang mas seryosong orbital carrier. Ang mga kinatawan ng kumpanya ay hindi itinatago ang kanilang mga plano upang lumikha ng naturang pagpipilian, kung saan ang mga makapangyarihang engine na BE-3 at BE-4 ay nabuo na. "Sa bawat suborbital flight, papalapit na kami sa orbit," panigurado sa Blue Origin. Ngunit ang kanilang nangangako na carrier na si New Glenn ay hindi rin ganap na magagamit muli: ang unang bloke lamang, na nilikha batay sa nasubukan na disenyo ng New Shepard, ay dapat muling gamitin.
Paglaban ng materyal
Ang mga materyal na CFRP na kinakailangan para sa ganap na magagamit muli at solong-yugto na mga rocket ay ginamit sa teknolohiya ng aerospace mula pa noong 1990s. Sa mga parehong taon, ang mga inhinyero sa McDonnell Douglas ay mabilis na nagsimulang ipatupad ang proyekto ng Delta Clipper (DC-X), at ngayon ay maipagmamalaki nila ang isang handa at lumilipad na carbon fiber carrier. Sa kasamaang palad, sa ilalim ng presyon mula kay Lockheed Martin, ang pagtatrabaho sa DC-X ay hindi na ipinagpatuloy, ang mga teknolohiya ay inilipat sa NASA, kung saan sinubukan nilang gamitin ang mga ito para sa hindi matagumpay na proyekto ng VentureStar, pagkatapos na maraming mga inhinyero na kasangkot sa paksang ito ay nagtatrabaho sa Blue Origin, at ang kumpanya mismo ay kinuha ng Boeing.
Noong parehong taon ng 1990, naging interesado ang Russian SRC Makeev sa gawaing ito. Simula noon, ang proyekto ng KORONA ("Space rocket, single-stage carrier ng [space] sasakyan") ay sumailalim sa isang kapansin-pansin na ebolusyon, at ipinapakita ng mga intermediate na bersyon kung paano naging mas simple at perpekto ang disenyo at layout. Unti-unti, inabandona ng mga developer ang mga kumplikadong elemento - tulad ng mga pakpak o panlabas na tanke ng gasolina - at naunawaan na ang pangunahing materyal sa katawan ay dapat na carbon fiber. Kasama ang hitsura, ang parehong bigat at ang kapasidad sa pagdala ay nagbago. "Gumagamit kahit na ang pinakamahusay na mga modernong materyales, imposibleng bumuo ng isang solong yugto na rocket na may timbang na mas mababa sa 60-70 tonelada, habang ang bayad nito ay magiging napakaliit," sabi ng isa sa mga developer. - Ngunit habang lumalaki ang panimulang masa, ang istraktura (hanggang sa isang tiyak na limitasyon) ay mayroong isang napakaliit na bahagi, at nagiging mas at mas kapaki-pakinabang itong gamitin. Para sa isang orbital rocket, ang pinakamabuting kalagayan na ito ay humigit-kumulang 160-170 tonelada, simula sa sukatang ito ang paggamit nito ay maaaring maging makatwiran."
Sa pinakabagong bersyon ng proyekto ng KORONA, ang paglulunsad ng masa ay mas mataas pa at papalapit sa 300 tonelada. Ang nasabing malaking solong-yugto na rocket ay nangangailangan ng paggamit ng isang mahusay na likido-propellant na jet engine na tumatakbo sa hydrogen at oxygen. Hindi tulad ng mga makina sa magkakahiwalay na yugto, ang naturang isang likido-propellant na rocket engine ay dapat na makapagpatakbo sa ibang-iba ng mga kondisyon at sa iba't ibang mga altitude, kabilang ang pag-alis at paglipad sa labas ng kapaligiran. "Ang isang maginoo na likidong likido-propellant na may mga nobelang Laval ay epektibo lamang sa ilang mga saklaw ng altitude," paliwanag ng mga taga-disenyo ng Makeevka, "samakatuwid, kailangan naming gumamit ng isang wedge-air rocket engine." Ang gas jet sa naturang mga makina ay inaayos ang sarili sa presyur na "overboard", at pinapanatili nila ang kahusayan kapwa sa ibabaw at mataas sa stratosfer.
Sa ngayon, wala pang gumaganang engine ng ganitong uri sa mundo, kahit na naging at hinarap sila pareho sa ating bansa at sa USA. Noong 1960, sinubukan ng mga inhinyero ng Rocketdyne ang gayong mga makina sa isang paninindigan, ngunit hindi sila nakarating sa pag-install sa mga misil. Ang CROWN ay dapat na nilagyan ng isang modular na bersyon, kung saan ang wedge-air nozzle ay ang tanging elemento na wala pang isang prototype at hindi pa nasubok. Mayroon ding lahat ng mga teknolohiya para sa paggawa ng mga pinagsamang bahagi sa Russia - binuo ang mga ito at matagumpay na ginamit, halimbawa, sa All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM) at sa OJSC "Kompozit".
Vertical fit
Kapag lumilipad sa himpapawid, ang carbon-fiber reinforced plastic na istraktura ng CORONA ay tatakpan ng mga tile ng heat-Shielding na binuo ni VIAM para sa mga Burans at mula noon ay kapansin-pansin na napabuti."Ang pangunahing pag-load ng init sa aming rocket ay nakatuon sa" ilong "nito, kung saan ginagamit ang mga elemento ng proteksyon ng thermal na may mataas na temperatura, - paliwanag ng mga taga-disenyo. - Sa kasong ito, ang mga lumalawak na panig ng rocket ay may mas malaking lapad at nasa isang matinding anggulo sa daloy ng hangin. Ang thermal load sa mga ito ay mas mababa, na nagbibigay-daan sa paggamit ng mga mas magaan na materyales. Bilang isang resulta, naka-save kami ng higit sa 1.5 tonelada. Ang masa ng bahagi ng mataas na temperatura ay hindi hihigit sa 6% ng kabuuang masa ng pang-init na proteksyon. Para sa paghahambing, kumikita ito ng higit sa 20% ng mga Shuttle."
Ang makinis na naka-tapered na disenyo ng media ay ang resulta ng hindi mabilang na pagsubok at error. Ayon sa mga developer, kung kukunin mo lamang ang mga pangunahing katangian ng isang posibleng magagamit muli na solong-yugto na carrier, kakailanganin mong isaalang-alang ang tungkol sa 16,000 na mga kumbinasyon ng mga ito. Daan-daang mga ito ang pinahahalagahan ng mga tagadisenyo habang nagtatrabaho sa proyekto. "Napagpasyahan naming talikuran ang mga pakpak, tulad ng sa Buran o sa Space Shuttle," sabi nila. - Sa pamamagitan ng at malaki, sa itaas na kapaligiran, makagambala lamang sila sa spacecraft. Ang mga nasabing barko ay pumapasok sa himpapawid sa bilis ng hypersonic na hindi mas mahusay kaysa sa isang "iron", at sa bilis na supersonic lamang ay lumipat sila sa pahalang na paglipad at maaaring maayos na umasa sa aerodynamics ng mga pakpak."
Ang hugis ng axisymmetric cone ay hindi lamang pinapayagan para sa mas madaling proteksyon sa thermal, ngunit mayroon ding mahusay na aerodynamics kapag nagmamaneho sa napakataas na bilis. Nasa itaas na mga layer ng himpapawid, ang rocket ay tumatanggap ng isang pag-angat, na nagpapahintulot dito hindi lamang mag-preno dito, kundi pati na rin sa maneuver. Ito naman, ginagawang posible na gawin ang mga kinakailangang maneuver sa mataas na altitude, patungo sa landing site, at sa hinaharap na paglipad, mananatili lamang ito upang makumpleto ang pagpepreno, iwasto ang kurso at lumiko sa ibaba, gamit ang mahinang mga maneuvering engine.
Alalahanin ang parehong Falcon 9 at ang New Shepard: walang imposible o kahit hindi karaniwan sa patayong pag-landing ngayon. Sa parehong oras, ginagawang posible na makapunta sa pamamagitan ng mas kaunting mga puwersa sa panahon ng konstruksyon at pagpapatakbo ng landas ng landas - ang runway kung saan nakarating ang parehong Shuttles at Buran ay kailangang may haba na maraming kilometro upang masira ang sasakyan sa bilis ng daan-daang kilometro bawat oras. "Ang CROWN, sa prinsipyo, ay maaaring mag-landas mula sa isang malayo sa pampang na platform at mapunta dito," dagdag ng isa sa mga may-akda ng proyekto, "ang panghuli na katumpakan sa landing ay mga 10 m, ang rocket ay ibinaba sa maaaring iatras na mga pneumatic shock absorber. " Ang natitira lamang ay upang magsagawa ng mga diagnostic, refuel, maglagay ng isang bagong kargamento - at maaari kang muling lumipad.
Ang KORONA ay ipinatutupad pa rin sa kawalan ng pondo, kaya't ang mga tagabuo ng Makeev Design Bureau ay pinamamahalaang makarating lamang sa mga huling yugto ng draft na disenyo. "Nakapasa tayo sa yugtong ito halos buong at ganap na nakapag-iisa, nang walang panlabas na suporta. Nagawa na namin ang lahat ng maaaring magawa, - sabi ng mga taga-disenyo. - Alam natin kung ano, saan at kailan dapat gawin. Ngayon kailangan nating magpatuloy sa praktikal na disenyo, paggawa at pag-unlad ng mga pangunahing yunit, at nangangailangan ito ng pera, kaya't ngayon lahat ay nakasalalay sa kanila."
Naantala na simula
Ang CFRP rocket ay inaasahan lamang ng isang malakihang paglulunsad; sa pagtanggap ng kinakailangang suporta, ang mga taga-disenyo ay handa na upang simulan ang mga pagsubok sa paglipad sa anim na taon, at sa pitong hanggang walong taon - upang simulan ang pang-eksperimentong pagpapatakbo ng mga unang misil. Tinantya nila na nangangailangan ito ng mas mababa sa $ 2 bilyon - hindi gaanong ayon sa mga pamantayan ng rocket. Sa parehong oras, ang isang pagbalik sa pamumuhunan ay maaaring asahan pagkatapos ng pitong taon na paggamit ng rocket, kung ang bilang ng mga paglulunsad ng komersyo ay mananatili sa kasalukuyang antas, o kahit na sa 1.5 taon - kung lumalaki ito sa hinulaang mga rate.
Bukod dito, ang pagkakaroon ng mga maneuvering engine, rendezvous at mga docking na pasilidad sa rocket ay ginagawang posible ring bilangin sa mga kumplikadong multi-launch scheme. Ang nagastos na gasolina hindi para sa landing, ngunit para sa pagtatapos ng payload, posible na dalhin ito sa isang masa na higit sa 11 tonelada. Pagkatapos ang CROWN ay dumadulog sa pangalawa, "tanker", na pupunuin ang mga tangke nito ng karagdagang gasolina na kinakailangan para sa pagbabalik. Ngunit gayon pa man, higit na mahalaga ang kakayahang magamit muli, na sa kauna-unahang pagkakataon ay mapawi ang pangangailangan na kolektahin ang media bago ang bawat paglulunsad - at mawala ito pagkatapos ng bawat paglulunsad. Ang nasabing diskarte lamang ang makasisiguro sa paglikha ng isang matatag na dalawahang daloy ng daloy ng trapiko sa pagitan ng Earth at ng orbit, at sa parehong oras ang simula ng isang tunay, aktibo, malakihang pagsasamantala ng malapit sa Earth space.
Pansamantala, ang CROWN ay nananatili sa limbo, patuloy na nagtatrabaho sa New Shepard. Ang isang katulad na proyekto sa Hapon na RVT ay nagkakaroon din. Ang mga developer ng Russia ay maaaring walang sapat na suporta para sa isang tagumpay. Kung mayroon kang isang parilyong bilyong matitira, ito ay isang mas mahusay na pamumuhunan kaysa sa kahit na ang pinakamalaki at pinaka marangyang yate sa buong mundo.
