Ty si tento. ⇡ Pristátie padákom a prúdovým padákom. Výhody pristátia na padáku

© CC0

Vtedy letí ich Falcon 1, potom sa porozprávajme.

Keď bude zmluva s NASA, potom sa porozprávame.

Keď postavia svoju loď, potom sa porozprávame.

Keď prídu na to, ako pristáť rakety, potom sa porozprávame.

Keď ich dajú na čln, potom sa porozprávame.

si tu

Ale "tu" samozrejme nič neznamená. Stručne opíšme toto miesto.

Nachádzate sa na ulici divízie Tridsať Irkutsk, dom 8, byt 219.

Vo vašom dome je obchod s názvom „Magnolia“, vraj doň predvčerom priniesli marocké mandarínky, ktoré však nie sú ani abcházske na chuť. Na chvíľu ste dokonca premýšľali, kde je možné pestovať takú kyslosť, ale nemáte žiadne verzie.

Sused zhora neustále niečo vŕta, sused zdola klope na batériu. Najprv ste si mysleli, že váš televízor je pri pozeraní seriálu príliš hlasný, no potom vás o tretej ráno zobudil sused na klopanie na batériu a nejako sa mu uľavilo.

V televízii sa vážne diskutuje o tom, či by mal byť kňaz zodpovedný za zlyhanie odpálenia rakety. Predtým tiež vážne diskutovali o tom, aké filmy sa dajú natočiť o kráľovi, ale nepamätáte si, k akému záveru dospeli. Súdiac podľa toho, že mauzóleum a stanica Voikovskaja sú stále s nami, pravdepodobne akékoľvek.

Ste tu, kde celý svet potrebuje vyberať peniaze na liečbu ťažko chorých pacientov a potom týchto pacientov liečiť v inej krajine, pretože tu, na ulici Tridsať Irkutskej divízie, peniaze nič nezaručujú.

Kde prezidentské voľby sú také nezmyselné, že kandidáti o tom otvorene hovoria.

Kde sú vaše dôchodkové úspory už niekoľko rokov zmrazené (a vy nerozumiete, čo to je, ale máte pocit, že dobrá vec sa zmrazením nebude nazývať) a v byte plukovníka sa našlo 8,5 miliardy rubľov.

Včera si tiež našiel peniaze, dvesto rubľov vo vrecku zimnej bundy. Najprv sa veľmi tešili a potom si prečítali o plk.

Ste tu, kam mesto musí ísť, aby mohlo cestovať. A úžasná vec - po zúžení centra vozovka, je tam viac dopravných zápch, kto by to bol povedal.

Tam, kde halušky stáli šesťsto rubľov. Áno, v skutočnosti ani táto cena nič nezaručuje, samozrejme okrem toho, že po kúpe knedlí budete mať o šesťsto rubľov menej.

To znamená, že ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že ste našli dvesto, potom po kúpe knedlíkov budete mať mínus štyristo rubľov. Tu táto aritmetika nepôsobí čudne, tu sa historické, matematické a fyzikálne zákony správajú inak.

Zdá sa, že tu, ktorú ste dostali, už trochu vypršala a je v nej možné všetko, najmä ak vám je to všetko nanič.

Ráno sa na seba pozriete do zrkadla a nad sebou vidíte ohnivé písmená „nedá sa opraviť v záruke“.

Samozrejme, je tu niečo dobré. Ale aj tak si tu. Nie v tomto zozname vyššie, ale tu. Zapísali ste sa do zoznamu, navštíviť, snívať.

Pokiaľ ide o dobré veci, musíte ich pridať sami. Preto si večer uvaríte silnú kávu, dlho pozeráte televízne programy so slúchadlami na ušiach, zabavíte ich haluškami v barbecue omáčke – aj tak sa haluškám veľmi nepodobajú.

O 2.45 vstávate zo stoličky. Všetko sa mi v hlave poplietlo z nedostatku spánku a televíznych relácií, Flash zase zachránil planétu a večeral s pseudohaluškami.

Zoberiete kladivo a idete k batérii. Najprv klopete len zriedka, čakáte, kým ozvena utíchne, potom čoraz častejšie. Najskôr sa ozve sused zospodu, no postupne sa naň napojí aj zvyšok. O tretej ráno spieva celý dom.

Kladivo odložíte a idete do zásuvky.

"Si tu," zakričíš do zásuvky.

"Sme tu," kričíš do ventilácie.

- Som tu! - kričíš cez otvorené okno, aby sa rozsvietili aj okná vo vedľajšom dome.

Keď bude zariadenie vypustené na Mesiac, potom sa porozprávame.

Keď pristane na Marse, potom sa porozprávame.

30. marca o 22:27 UTC, keď bolo v Moskve 31. marca takmer pol jednej, odštartovala nosná raketa Falcon z historického štartovacieho komplexu LC-39A Kennedyho vesmírneho strediska na myse Canaveral na Floride, odkiaľ Apolloes naraz priletel na Mesiac 9 FT. Vo svojom zložení sa po prvý raz v histórii svetovej kozmonautiky opäť vydal na vesmírnu misiu raketový stupeň s kvapalinovými motormi (prvý let CRS-8 s nákladná loď Dragon sa konal 8. apríla 2016). Raketa SpaceX úspešne vyniesla na obežnú dráhu komunikačný satelit SES-10 a prvý stupeň – „veterán“ – jemne pristál na automatickom člne „Of Course I Still Love You“.

⇡ Strach, poistenie a štart

„Epochálnosť“ udalosti by sa dala posúdiť podľa reakcie elektronických a tlačených médií. Ešte by! „Musk plánuje (a podľa mnohých aj robí) revolúciu v realizácii operácií vesmírnej prepravy: znovu použije stupeň v nosnej rakete, ktorá už dokončila svoju misiu na vypustenie satelitu, raz sa bezpečne vrátila na Zem. zachránený a obnovený“.

Oficiálne bolo hlavnou úlohou misie vypustenie komunikačného satelitu SES-10 na geostacionárnu dráhu. Všetci však pochopili, že SpaceX týmto letom plánovalo demonštrovať možnosť opakovaného použitia prvého stupňa po návrate z vesmíru. Za pomocnú úlohu sa považovalo pristátie stupňa (po splnení hlavnej úlohy) na diaľkovo ovládanú bárku, ktorá bola na mori pozdĺž štartovacej trajektórie. Ako bonus bol plánovaný pokus o záchranu klapiek kapotáže hlavy.

Veteráni rakiet a kozmických technológií tvrdili, že "zákazník štartu by nikdy nesúhlasil s opätovným použitím použitého materiálu, najmä na najintenzívnejšom mieste štartu." Spoločnosť SES S.A. - globálny satelitný operátor so sídlom v Luxemburgu - nielenže išiel, ale aj s jeho podporou umožnil SpaceX vykonať prvé opätovné spustenie rakety so skutočným ("živým") nákladom, a nie s maketou, ako niektorí navrhol.

„Ako prvý komerčný satelitný operátor, ktorý dokončil misiu so SpaceX v roku 2013, sme radi, že môžeme byť prví, ktorí opäť letia do vesmíru,“ povedal Martin Halliwell, technický riaditeľ spoločnosti SES. "Veríme, že opakovane použiteľné rakety ohlásia novú éru vesmírneho cestovania, vďaka čomu budú dostupnejšie a lacnejšie."

Po triumfálnom návrate raketového stupňa z chvostové číslo 1021 takmer pred rokom vykonali špecialisti SpaceX podrobnú analýzu stavu tejto raketovej jednotky. Najviac zo všetkého sa obávali motorov - osem "Merlin-1D", zostavených do kruhu okolo deviateho, centrálneho. Pre opätovné použitie stupňov bola dôležitá 100% istota v ich prevádzkyschopnosť po niekoľkých cykloch prevádzky, ako aj vplyvom termodynamického zaťaženia pri návrate do atmosféry z trajektórie štartu.

Prvý stupeň # 1021 bol počas celej svojej životnosti - až do tejto noci - opakovane „testovaný ohňom“ a v dôsledku toho pred druhým štartom fungoval šesť zapnutých a vypnutých pohonných systémov (tri z nich boli v prvý let).

„Tieto motory sme neopravovali, len sme chceli vymeniť niektoré tesnenia... – povedali technici koncom januára 2017 pred požiarnymi testami v stánku SpaceX v McGregor, Texas. "Ale práve sme odstránili tieto motory, otestovali ich, nasadili späť a práve teraz ich pálime."

Je potrebné poznamenať, že zástupcovia SES sa v posledných mesiacoch podieľali na prípravách tohto spustenia. Podľa Halliwella "SpaceX poskytla inžinierom SES ..." úplnú transparentnosť "v ich činnosti, umožnila nahliadnuť do procesu prípravy motorov a palubnej elektroniky, ako aj oboznámiť sa s výsledkami testov."

Prekvapivé bolo aj to, že sa nezvýšilo poistné za prvý let „použitej“ etapy, ako keby každý pochopil, že pozornosť tomuto štartu je mimoriadna a SpaceX dáva do hry veľa. V dôsledku toho bude úroveň prípravy misie bezprecedentne vysoká. Podľa pozorovateľov „z hľadiska spoľahlivosti konštrukcie nebude nosič oveľa nižší ako tie predchádzajúce“.

Pokiaľ ide o rast poistenia, potom „môžeme hovoriť o stotinách percenta,“ povedal Halliwell. "V skutočnosti nedošlo k žiadnym zmenám v poistnom."

Takže večer v predvečer štartu bol do nosnej rakety nainštalovaný obrovský - 70 m vysoký - "makarón" Falcon 9 FT. Dĺžka štartovacieho okna bola 150 minút. Pod nosným kužeľom rakety bol SES 10, komunikačný satelit vyrobený európskym konzorciom Airbus Defense and Space na vysielanie televíznych programov a prenos údajov z geostacionárnej obežnej dráhy po celej Latinskej Amerike.

Časová os nižšie popisuje odhadovanú štartovaciu sekvenciu pre prvú misiu SpaceX s predtým leteckou, zachránenou a prestavanou raketou prvého stupňa.

Deväť motorov prvého stupňa rakety sa zaplo pár sekúnd pred štartom na automatickú kontrolu prevádzkyschopnosti. Po skúške pridržiavacie svorky uvoľnili raketu a Falcon 9 sa zdvihol z podložky LC-39A a položil sa na dráhu letu.

Čoskoro bola postupne prekonaná zvuková bariéra a zóna maximálneho aerodynamického tlaku. Po odpracovaní predpísaných 158 sekúnd boli motory prvého stupňa vypnuté a po troch sekundách sa stupne oddelili.

Po zapnutí jediného motora druhého stupňa, keď už nosič opustil husté vrstvy atmosféry, zhodila obrovská kapotáž hlavy z uhlíkových vlákien s priemerom 5,2 m.

Kým motor druhého stupňa ešte bežal, prvý stupeň urobil salto, otvoril mriežkové aerodynamické kormidlá vpredu a zapol tri z deviatich motorov na brzdenie na 20 sekúnd, aby sa spomalila nájazdová rýchlosť a vytvoril plyn. dynamický „zvonček“ okolo chvostovej časti.

Posledná aktivácia centrálneho motora pre mäkké pristátie nastala bezprostredne pred pristátím: krok smeroval na čln umiestnený v Atlantický oceán približne 340 míľ (550 km) východne od Cape Canaveral. V tej chvíli bolo televízne vysielanie prerušené, no velín vybuchol s potleskom, keď sa na obrazovke objavil schodík stojaci na „nohách“ na palube dronovej lode.

Práve v tomto čase druhý stupeň dokončoval dosiahnutie strednej nízkej obežnej dráhy. Motor bol vypnutý a začala sa krátka 18-minútová pasívna etapa („balistická pauza“).

Nasledovalo krátke zapnutie Elona Muska, ktorý hovoril o „obrovskej revolúcii vo vesmírnom lete“ a zablahoželal kolegom k víťazstvu, na ktoré všetci čakali.

Potom sa Merlin 1D Vacuum opäť spustilo a prenieslo raketu na vysoko eliptickú obežnú dráhu s apogeom blízko geostacionára. Satelit sa oddelil od druhého stupňa 32 minút po štarte.

⇡ Debrífing

Aký historicky významný sa stal opätovný let raketového stupňa? Názory na túto otázku boli rozdelené už pred misiou. Niekto to považoval za prelom v nosných raketách, ktorý by drasticky znížil náklady na prístup do vesmíru. Niekto to myslel inak a experimenty SpaceX nazval „šou a cirkusom“, čo nemá nič spoločné s technickou a ekonomickou realizovateľnosťou.

Objektívny pohľad však predpokladá rovnováhu. V histórii kozmonautiky sa v praxi potvrdila technická realizovateľnosť viacnásobného využitia urýchľovačov štartov na tuhé palivo pri orbitálnych štartoch (Space Shuttle) a jednotiek rakiet na kvapalné palivo pri suborbitálnych letoch (New Shepard of Blue Origin). Musk ako prvý vyriešil technický problém opätovného použitia kvapalného stupňa orbitálneho nosiča, komplikovaný použitými zložkami paliva (pri spaľovaní petroleja v kvapalnom kyslíku vypadávajú sadze v motorových jednotkách, čo spôsobuje mnohé vážne problémy). Ide o významný technický úspech.

Na udržanie nízkych nákladov je však potrebná opätovná použiteľnosť. A tu nie je všetko také jednoduché. SpaceX vynaložila minimálne štyri mesiace a neznámu sumu peňazí na opravu, obnovu a testovanie už zalietaného stupňa. A opätovné použitie má zmysel, pokiaľ náklady na „letovú službu“ nepresiahnu úspory pri výrobe nového stupňa. Hovorí sa, že zákazník na spustenie SES-10 stál asi 40 miliónov dolárov - o tretinu menej ako štandardná cenovka. Ide o špeciálnu cenu na základe možných rizík. Či sa Muskovi podarí udržať takýto ukazovateľ pri opätovnom použití prvých stupňov v bežnej prevádzke, je veľkou otázkou. Opatrní odborníci predpovedajú možný pokles ceny o desať percent. A to nie sú čísla, ktoré „dramaticky“ znížia náklady na štarty do vesmíru. Inými slovami, Musk preukázal technickú uskutočniteľnosť opätovného použitia raketovej technológie a ekonomická uskutočniteľnosť ešte nebola preukázaná.

Halliwell však vopred povedal, že ak bude štart úspešný, jeho spoločnosť bude môcť koncom tohto roka vypustiť ďalšie dva satelity – SES 14 a SES 16 na už predtým používaných urýchľovačoch. „Ďalšia pridelená kozmická loď SpaceX, SES 11, poletí toto leto na nedávno vypustenej rakete,“ povedal.

Prechod na opakovane použiteľné rakety navyše podľa neho pravdepodobne nezrušia ani v prípade havárie.

⇡ Porovnanie

Aby sme presnejšie pochopili, aké nové výšky Musk dosiahol, pozrime sa na to bližšie možné možnosti záchrana spodných (prvých) stupňov nosných rakiet. Doteraz boli podrobne preskúmané tri hlavné metódy:

1. Vertikálny zoskok padákom (v prípade potreby s použitím raketových motorov s mäkkým pristátím v poslednej fáze).
2. Horizontálne kĺzanie pomocou krídel alebo kĺzavých padákov.
3. Vertikálne prúdové pristátie na hlavných alebo pomocných raketových motoroch.

Za hlavnú výhodu týchto metód možno považovať, že umožňujú vytvoriť systém (nižší stupeň) s opakovaným použitím materiálovej časti ako súčasti raketového a vesmírneho komplexu, a to dvakrát až trikrát (v závislosti od frekvencie použitia ) znižuje náklady na spustenie užitočného zaťaženia.

Hlavné nevýhody metód sa scvrkávali na komplikáciu a zvýšenie nákladov na vývoj, výrobu, testovanie a prevádzku javiska, zvýšenie jeho „pasívnej“ hmotnosti, čo v dôsledku toho nemôže viesť k poklesu, ale k zvýšeniu jednotkových nákladov na spustenie užitočného zaťaženia.

⇡ Pristátie padákom a prúdovým padákom

Doposiaľ bola úspešne implementovaná len do systému Space Shuttle pre návrat štartovacích pomocných motorov na tuhé palivo pri pristávaní na vode a uvažovalo sa aj o záchrane bočných blokov prvého stupňa nosnej rakety Energia (nezaznamenala privedené do praktickej realizácie). Pokusy o záchranu prvých stupňov nosnej rakety Falcon-1 pomocou padáka boli neúspešné. Za pripomenutie stojí aj jednotlivé experimenty na záchranu boosterov nosnej rakety Ariane-5. Teoreticky sa študoval spôsob vyzdvihnutia parašutistických blokov nosnej rakety "Angara" vrtuľníkom.

Výhody pristátia na padáku:

1. umožňuje využitie zemskej atmosféry na tlmenie zvyškovej rýchlosti po oddelení prvého a druhého stupňa;
2. relatívna jednoduchosť implementácie pre robustné a stabilné systémy, ako sú posilňovače na tuhé palivo;
3. relatívne malé náklady na hmotnosť.

Nevýhody:

1. veľké plochy kupol, ktorých štandardné otváranie sa mení na ťažko riešiteľný problém, keď množstvo vráteného tovaru (v tomto prípade vyčerpané etapy) presiahne 20 - 30 ton;
2. neschopnosť zabezpečiť presné pristátie v dôsledku účinkov vetra a iných atmosférických porúch, ako aj nedostatok aktívnych kontrol pristátia (pre diskové a kupolové padáky);
3. pomerne vysoké náklady na hmotnosť pre krehké raketové jednotky na kvapalné palivo v dôsledku potreby inštalácie dodatočné finančné prostriedky(motory na mäkké pristátie, pristávacie podpery, výstužné prvky) na tlmenie rýchlosti a preťaženia v poslednej fáze pristátia. Napríklad pre blok A nosnej rakety Energia tvorila hmotnosť záchranného a pristávacieho zariadenia významnú časť konečnej hmotnosti, čo viedlo k zvýšeniu nákladov na vývoj a výstavbu systému. Blok A v jednorazovej verzii bez prostriedkov na záchranu mal hmotnosť o 60 % nižšiu, navyše náklady na opakovane použiteľný blok A v roku 1990 boli 18 miliónov rubľov, zatiaľ čo spustenie nosnej rakety Zenit vrátane jednorazovej časový analóg bloku A, nestál drahšie ako 6 miliónov rubľov;
4. vysoké preťaženie pri brzdení v atmosfére, v momente uvedenia padákového systému do prevádzky a v momente dotyku s povrchom (pri absencii mäkkých pristávacích motorov);
5. nedostatok záruk bezpečnosti konštrukcie (najmä blokov tekutín) počas pristátia v dôsledku nemožnosti (alebo extrémnych ťažkostí) zabezpečiť nulovú vertikálnu a horizontálnu rýchlosť, a teda prítomnosť rázových zaťažení;
6. pri pristátí priamo do vody - pomerne veľké nárazové zaťaženie a vysoké riziko korózie konštrukčných prvkov;
7. veľké ťažkosti pri preprave veľkých dlhých schodov z miesta pristátia do opravovne alebo kozmodrómu.

⇡ Plánované pristátie lietadla

V súčasnosti je na okrídlenom orbitálnom stupni Space Shuttle, na orbitálnej lodi Buran a na experimentálnom raketovom lietadle Kh-37 realizované horizontálne kĺzavé pristátie na letisku s relatívne vysokou aerodynamickou kvalitou. V mnohých projektoch v rokoch 1960-2000 bola táto metóda považovaná za hlavnú.

Výhody:

1. umožňuje využívať atmosféru nielen na tlmenie zvyškových rýchlostí, ale aj na manévrovanie (v rámci určitých limitov) pozdĺž pozdĺžneho a priečneho rozsahu na výber miesta pristátia s minimálnou spotrebou paliva;
2. v ideálnom prípade je možné vrátiť sa a pristáť v oblasti štartu, čím sa znížia náklady na vykonávanie pátracích a záchranných a prepravných operácií;
3. vysoká presnosť pristátia (v rámci dráhy) vďaka prítomnosti aerodynamických ovládacích prvkov;
4. nízke preťaženie počas brzdenia v atmosfére (približne 1,5-2 jednotiek);
5. nízke rázové zaťaženie pri pristávaní (vertikálna rýchlosť cca 3 m/s môže byť absorbovaná tlmičmi podvozku).

Nevýhody:

1. vysoká zložitosť a náklady na vývoj, výrobu, testovanie a prevádzku v dôsledku prítomnosti leteckých systémov a zostáv (krídlo, ostroh, podvozok, pomocné motory, aerodynamické ovládacie prvky, zložitý hydraulický systém atď.)
2. veľká objemnosť a vysoká spotreba hmotnosti v dôsledku prítomnosti systémov lietadla (až 25-30% konečnej hmotnosti zachraňovanej jednotky);
3. sú možné prevádzkové obmedzenia (limity programu zmeny uhlov nábehu pri štarte a na atmosférickom mieste štartu, ako aj mimoriadne presné dodržanie parametrov vstupu do atmosféry a obmedzenia rýchlosti vetra pozdĺž spätnej trasy a pri miesto pristátia);
4. nemožnosť vykonania obletu pre horizontálne pristátie (na realizáciu takejto šance je potrebné vybaviť vrátenú jednotku pomocným pohonným systémom a zásobou paliva, čo ďalej zvyšuje „inertnú“ hmotu);
5. potreba posilnenia nádrží a iných oddelení (vedie k zvýšeniu konečnej hmotnosti bloku), spojená s vysokými bočnými zaťaženiami, ktoré nie sú typické pre technológiu jednorazových rakiet.

⇡ Vertikálne prúdové pristátie

K dnešnému dňu je dostatočne rozvinuté prúdové pristávanie na prvom stupni nosnej rakety Falcon 9 (spoločnosť SpaceX) a suborbitálnom systéme NewShepard (Blue Origin), ako aj na pristávacej lodi medziplanetárnych (hlavne lunárnych) sond a experimentálnych DC. Lietadlo typu X. a Kobylka. Prúdové pristátie na pomocných prúdových motoroch bolo uvažované v projekte opätovne použiteľného raketového a vesmírneho systému „Rise“ podniku, ktorý sa teraz nazýva Rocket and Space Center (RSC) „Progress“, Samara.

Výhody:

1. relatívne nízke náklady na vývoj a výrobu, pretože hlavné masové výdavky sa vynakladajú na najlacnejšiu zložku systému - raketové palivo;
2. schopnosť obmedziť preťaženie pri brzdení v atmosfére;
3. schopnosť presne pristáť, a to aj v oblasti štartu (zníženie nákladov na pátracie, záchranné a dopravné operácie);
4. nízke zaťaženie pri pristátí (blízko nulovej rýchlosti) a nízke bočné zaťaženie počas zostupu do atmosféry;
5. nízke straty v hmotnosti užitočného zaťaženia počas pristátia v oblasti normálneho pádu bloku (alebo na pristávacej plošine v oceáne) - od 5 do 15%;
6. možnosť použitia raketovej jednotky v opakovane použiteľnej aj jednorazovej verzii (rozšírenie flexibility prevádzky).

Nevýhody:

1. slabé využitie zemskej atmosféry na tlmenie zvyškových rýchlostí;
2. zvýšené požiadavky na riadiaci systém (v skutočnosti boli použité technológie, ktoré sú charakteristickejšie pre moderné vysoko presné zbrane ako raketové a vesmírne komplexy);
3. komplikácia raketovej jednotky v dôsledku inštalácie ďalších systémov (pomocné raketové dýzy alebo motory, aerodynamické ovládacie prvky, pristávacie podpery);
4. vysoká strata hmotnosti užitočného zaťaženia pri návrate stupňa na miesto štartu (až 30 – 50 %);
5. prevádzkové obmedzenia (v prvom rade rýchlosť a smer vetra pozdĺž trasy zostupu a na mieste pristátia);
6. prísnejšie požiadavky na pohonný systém (potreba rýchleho viacnásobného automatického štartu za letu a možnosť hlbokého priškrtenia ťahu pri pristávaní).

⇡ Zobudíme sa zajtra v novom svete?

V súčasnosti, po impozantných úspechoch SpaceX a Blue Origin, množstvo odborníkov uprednostňuje vertikálne pristávanie prúdom z hľadiska prevádzkových nákladov celého systému. Výber však musí byť urobený na základe mnohokrát potvrdených príkladov podložených skutočnými údajmi o nákladoch.

Napríklad úspech tejto metódy, ktorú predviedla spoločnosť Elon Musk, je do značnej miery spôsobený možnosťou jednoduchého, rýchleho a lacného dodania mŕtveho štádia plavidlom s vlastným pohonom na americký pobrežný kozmodróm: deklarované minimálne straty v hmotnosti užitočného zaťaženia sú kombinované s minimálnymi nákladmi na pátracie, záchranné a prepravné operácie. V podmienkach „kontinentálnych“ kozmodrómov (Vostochnyj, Bajkonur, Pleseck) sa pristátie stupňa v tajge alebo v púšti pri absencii dopravnej infraštruktúry môže ukázať ako neprijateľné a jediný možný návrat na miesto štartu môže byť . V tomto prípade sa metóda lietadla môže stať ziskovejšou (v dôsledku nižších strát v hmotnosti užitočného zaťaženia).

Pri odpaľovaní rakiet z kontinentálnych kozmických prístavov je pristátie opakovane použiteľného stupňa na nerovnom teréne neprijateľné

Možné (a široko zvažované) sú kombinované spôsoby návratu, medzi ktoré patrí napríklad využitie aerodynamickej kvality celého stupňa v brzdnej sekcii v atmosfére v kombinácii s pristátím parašutistu jednotky oddelenej od priestorov nádrže s najdrahšie a najkomplexnejšie vybavenie - hnacie motory a riadiaci systém.

V každom prípade je potrebné poznamenať, že existujúce kritériá pre vývoj jednorazových nosných rakiet sú zjavne neprijateľné (alebo vyžadujú značnú úpravu) pri vytváraní opakovane použiteľných raketových a vesmírnych systémov, dokonca vrátane jedného (prvého) stupňa s vertikálnym prúdovým pristátím.

Len pred desiatimi rokmi, 28. septembra 2008, sa SpaceX podarilo po prvý raz vyslať na obežnú dráhu satelit – pomocou rakety ľahkej triedy Falcon 1. Odvtedy spoločnosť vyvinula ťažké nosné rakety Falcon 9 a Falcon Heavy a zachytil s ich pomocou polovicu globálneho trhu s komerčným štartom. , postaví obrovskú raketu BFR a o ďalších desať rokov očakáva, že bude mať vlastnú obývanú základňu na Marse. Fantastické úspechy spoločnosti vyvolávajú množstvo otázok: ako sa stalo, že „súkromný obchodník“ dokázal v krátkom čase obísť aj niektoré zaslúžené vesmírne veľmoci? A aká je cena za sľuby Elona Muska dostať sa na Mesiac a Mars? Redakcia N + 1 požiadali odborníkov – riaditeľa Inštitútu vesmírnej politiky Ivana Mojsejeva a redaktora časopisu Novosti Cosmonautics Igora Afanasjeva, aby vysvetlili rýchly rozvoj SpaceX a zhodnotili jej plány do budúcnosti.

Nákladná kozmická loď Dragon počas pristávania k ISS

„Maskofóbovia“ pripisujú úspech SpaceX tomu, že spoločnosť získala financie a technológie od NASA. O to ide?

Ivan Mojsejev : NASA zaplatila za raketu Falcon 9, ako sa hovorí, „na viniči“. To znamená, že raketa ešte nebola postavená a americká vesmírna agentúra už začala vyplácať peniaze spoločnosti SpaceX – v rámci zmlúv o dodávke nákladu na palubu Medzinárodnej vesmírnej stanice. SpaceX sa podarilo tieto peniaze efektívne využiť a rozšíriť svoje aktivity – získať objednávky na štarty satelitov z iných krajín, od americkej armády aj od telekomunikačných spoločností.

Samozrejme, tieto úspechy by neboli možné bez technologického kapitálu, na ktorý sa v Spojených štátoch nazbieral tento moment... A úlohou NASA, vtedy aj dnes, bolo práve predstaviť duševné vlastníctvo, ktoré je sústredené v agentúre. To výrazne prispelo k úspechu SpaceX.

Igor Afanasjev Nepochybne, externé financovanie od NASA a iných vládnych agentúr (najmä od DARPA) v raných (ale nie v raných) fázach vývoja nosných rakiet a kozmických lodí výrazne ovplyvnilo úspech SpaceX.

Nemožno však podceniť skutočnosť, že Musk začal pracovať na peniazoch spoločnosti (dalo by sa povedať, že na vlastných) a/alebo na fondoch, ktoré sa mu podarilo získať prostredníctvom externých zdrojov a fondov rizikového kapitálu. A tieto sumy boli merané v šesť-sedemciferných číslach a rástli od štádia k štádiu. Najmä pri vývoji ľahkej rakety Falcon 1 si Musk uvedomil, že jeho vlastné úspory sotva postačujú na vytvorenie malej, relatívne jednoduchej nosnej rakety a už od samotného vzniku SpaceX bolo potrebné nadviazať dobré vzťahy s vládnymi rezortmi – NASA a Pentagon – najväčší záujem o výskum a prieskum vesmíru.

Po vyrobení prvej rakety a demonštrácii schopností svojej spoločnosti potenciálnym zákazníkom si Musk zabezpečil štátnu podporu a na jej základe mohol postaviť výkonný Falcon 9. SpaceX, vyzbrojený novou nosnou raketou, sa tak stal nielen ďalším hráčom. na trhu štartovacích služieb, ale aj silným hnacím motorom vývoja raketových a vesmírnych technológií v Spojených štátoch a na celom svete.

Podiely spoločností a krajín na trhu komerčných štartov

Tim Hughes, SpaceX

To isté možno povedať o duševnom vlastníctve. A tu hovoríme skôr nie o získavaní technológií patriacich NASA, ale o konkrétnych ľuďoch s bohatými skúsenosťami v raketovom a vesmírnom priemysle. Práve týchto ľudí sa Musk snažil získať akýmikoľvek prostriedkami, boli to oni, ktorí tvorili intelektuálnu chrbticu SpaceX.

Existujú však aj konšpiračné názory, napríklad, že Muska „vychovala a živila“ NASA (nezávisle alebo s podporou Pentagonu), čím sa vytvorila konkurencia pre najväčších leteckých gigantov súčasnosti, Boeing a Lockheed Martin, ktorý sa z pohľadu viacerých odborníkov „opil a odhryzol si z rozpočtového koláča sú príliš mastné kúsky, neadekvátne k prineseným výhodám“.

Prvý štart superťažkej rakety Falcon Heavy

Aký je hlavný technický úspech vývojárov rakiet Falcon?

Ivan Mojsejev : Načrtol by som dva hlavné úspechy, sú trochu iné.

Prvým je, že v štádiu vývoja budúcej rakety Falcon 9 ju prispôsobili požiadavkám trhu. Používali najmä jednoduché motory s otvoreným okruhom. V nich sa generátorový plyn, ktorý otáča turbočerpadlá, jednoducho vypúšťa a neprivádza sa do spaľovacej komory, kde by mohol vytvárať ďalší ťah.

Tieto motory sa považujú za zastarané a menej účinné ako motory s uzavretým okruhom. Ale keďže sa ukázali byť lacnejšie, jednoduchšie, SpaceX na tom veľa vyhralo.

Po druhé, vyvinuli fázu návratu. Ide o vlastnú iniciatívu SpaceX, neuskutočnilo sa to s využitím prostriedkov zo zmlúv s NASA, ale to umožňuje spoločnosti ušetriť pomerne veľa na štartoch - až 20-25 percent.

Igor Afanasjev: Existuje niekoľko skutočných úspechov.

Po prvé: tvorba, masová výroba a prevádzku dvojstupňovej stredne ťažkej/ťažkej nosnej rakety s doteraz najvyššou konštrukčnou účinnosťou bez použitia kyslíkovo-vodíkového paliva. Z hľadiska počtu stupňov a pomeru užitočného zaťaženia k hmotnosti štartu je Falcon 9 efektívnejší ako nosné rakety podobnej triedy, ako sú Ariane-5, Changzheng-5, Zenit, Proton a pod. .

Po druhé: vypracovanie technológie pristátia a prvé etapy viacnásobného využitia najdrahšieho a zvyčajne strateného prvku raketového a vesmírneho dopravného systému – viacmotorového prvého stupňa. Ak sa potvrdia deklarované vlastnosti, môže sa to stať trendom v moderných raketových a vesmírnych technológiách.

Po tretie: výnimočne vysoká miera štartov (netypická pre americké nosné rakety z roku 2010) a dobré ukazovatele nákladov, ktoré umožnili dobyť významný podiel na štartovacom trhu vytlačením (alebo výrazným utlmením nadšenia) tradičných hráčov. so svojimi nosnými raketami založenými na technológiách 1960-1980.

Pristátie bočných posilňovačov Falcon Heavy

Bude opätovné použitie prvých stupňov rakiet SpaceX skutočne nákladovo efektívne?

Ivan Mojsejev : Zdá sa mi veľmi pochybné, že sľuby, že použité prvé stupne budú schopné po návrate, okamžite, takmer bez prípravy, ísť späť do vesmíru. Stále budú potrebné vážne kontroly, testy, príprava na nový štart. SpaceX to samozrejme dokáže znížiť, no existujú zásadné veci, ktoré sa znížiť nedajú.

Faktom však je, že zníženie štartovacích nákladov dokonca o 25 percent pre raketový priemysel je veľa, to je veľmi dobrý ukazovateľ. Ak je možné, povedzme, znížiť cenu o jedno percento, to už sú vážne peniaze, pretože uvedenie na trh stojí milióny dolárov a potom hneď 25. A Elon Musk urobil v istom zmysle revolúciu, pretože zotrvačnosť vývojárov myslenie ich prinútilo vyrábať najefektívnejšie motory a nestarať sa veľmi o osud kroku. A urobil opak a dosiahol výsledok.

Igor Afanasjev: Viacnásobné použitie prvých krokov už bolo stanovené. Pravda, zatiaľ je tento proces zredukovaný na dvojnásobné použitie raketových blokov (ale čoskoro nám bude sľúbené niečo viac, s pomocou najnovšej verzie nosiča Falcon 9 Block 5). Prinieslo to skutočné úspory nákladov? Ťažko povedať – spoločnosť (rovnako ako väčšina poskytovateľov štartov) neuvádza konkrétne „cenovky“, buď musíte vziať na slovo Muskovo slovo, alebo „na to prísť“ pomocou proporcií, ktoré predtým naznačili predstavitelia SpaceX.

Ak predpokladáme, že prvý stupeň stojí 60 – 80 percent celej dvojstupňovej rakety Falcon 9, potom pri jej dvojnásobnom použití (okrem medziletovej služby) sú náklady na štart 60 – 70 percent nákladov na podobnú raketu. jednorazová raketa, s trojnásobkom - 47-60 percent. Cieľom Muskových inžinierov je znížiť náklady rádovo. Bude to mimoriadne náročné, berúc do úvahy nevyhnutný vzhľad pri viacnásobnom spustení vyššie uvedených nákladov na medziodpalové operácie, vrátane opravy opotrebovaných mechanizmov, obnovy tepelno-ochranných sekcií stratených pri vstupe do ovzdušia, odstraňovanie sadzí z pohonných systémov atď. Mimochodom, počas prevádzky systému Space Shuttle sa tieto náklady ukázali byť oveľa vyššie, ako vývojári očakávali ...

Údajný vzhľad superťažkej rakety BFR

Ako realistický je projekt 150-tonovej rakety BFR?

Ivan Mojsejev : Táto raketa zostane na papieri, podobne ako predchádzajúci projekt – marťanský transportér. Faktom je, že na to neexistuje zákazník. Vývoj rakety tejto triedy, triedy superťažkej lunárnej rakety Saturn V, stojí desiatky miliárd dolárov, aj keď sú úspory veľmi veľké. Vytvorenie jeho náprotivku, rakety SLS, už minulo 30 miliárd dolárov.

SpaceX také peniaze nemá a pre túto raketu neexistuje žiadny iný zákazník, pretože NASA sa vo svojich medziplanetárnych projektoch riadi použitím vlastnej rakety SLS. Žiadny zákazník – žiadna raketa.

Igor Afanasjev: Projekt BFR nie je väčší ako polstoročie letiaci Saturn V a z hľadiska hmotnosti štartu je ľahší ako sovietska nosná raketa Vulcan, ktorá mala byť vytvorená na báze Energia. Kyslíkovo-metánové motory Raptor pre BFR sú svojou veľkosťou blízke tým na sovietskej lunárnej rakete N-1 NK-33 Kuznecov. Analytici poznamenávajú, že finančná stránka projektu už nie je taká beznádejná ako bývala a nespôsobuje pretrvávajúce odmietanie zo strany potenciálnych investorov. Je možné, že v určitom scenári bude mať o projekt záujem NASA, pretože jedným z cieľov BFR je nahradiť vesmírnu loď Dragon slúžiacu ISS.

Ak odhliadneme od ekonomiky projektu, môžeme povedať, že celkovo neexistujú žiadne zvláštne pochybnosti o uskutočniteľnosti BFR (ako ukazuje prax, je možné vyriešiť takmer akýkoľvek formulovaný inžiniersky problém, ktorý nie je v rozpore so zákonmi mechaniky). Zostáva však veľa otázok, a to ako k celému konceptu vo všeobecnosti, tak aj k detailom. Stále je ťažké dosiahnuť základné ukazovatele dokonalosti krokov. Nie je známe, čo robiť s akustickými záťažami, ktoré sú pre prvý stupeň BFR takmer dvakrát vyššie ako na Saturne. Zvýšená akustika núti konštrukciu spevniť, čím sa stáva ťažšou. Skeptici poznamenávajú utopickú povahu myšlienky „univerzálneho systému schopného pristáť na Zemi, Mesiaci a Marse, ako aj na všetkých ostatných. nebeských telies“, Ako vyhlasuje Musk. O možnosti uskutočniť „štarty dopravníkov“ sú veľmi veľké pochybnosti – a pre budúcu kolonizáciu Marsu sú potrebné tisíce štartov ročne!

Mnoho otázok vyvoláva plánovaná prevádzka systému, ktorá zabezpečuje minimálne opravy a reštaurátorské práce po letoch BFR, prípadne ich úplné odmietnutie a dokonca aj údržbu. Medzitým doteraz bezobslužnú techniku ​​(perlíky, sekery a iné vybavenie neprichádza do úvahy) nikto nedokázal predať - dokonca aj autá (nehovoriac o lietadlách) prechádzajú pravidelnou údržbou. Je úplne nejasné, ako vytvoriť neopraviteľnú raketu lietadla podlieha oveľa vyššej záťaži?

Nie je jasné, ako sa rieši otázka núdzovej záchrany posádky BFR a pasažierov počas abnormálneho štartu. Musk redukuje všetko na analógiu s osobným letectvom, kde ani posádka, ani cestujúci nemajú prostriedky na záchranu v prípade núdze a katastrofálne situácie... Ak je to žiaduce, možno v týchto argumentoch nájsť racionálne zrno, treba však vziať do úvahy, že „história letectva písaná krvou“ je stará viac ako 100 rokov, pričom zatiaľ nebol vykonaný ani jeden medziplanetárny let pasažierov (profesionáli leteli na Mesiac a pre nich bolo riziko každodenným javom), preto sa šírenie leteckých skúseností a kritérií pre lety do vesmíru na veľké vzdialenosti javí ako neopodstatnené.

Ivan Mojsejev : Toto je čistá fantázia. Po prvé, kto bude zákazníkom tohto projektu? Tento zákazník by mal mať peniaze nielen na superťažkú ​​raketu, ale aj na loď, a na celú infraštruktúru, na neustále zásobovanie tejto základne. Na pristátie iba dvoch astronautov na Marse a ich návrat späť (a Musk, dovoľte mi pripomenúť, plánuje poslať stovky ľudí), je podľa niektorých odhadov potrebných 500 miliárd dolárov. Najväčším zákazníkom v tejto oblasti je NASA s rozpočtom 20 miliárd dolárov ročne. To znamená, že ak sa NASA bude zaoberať iba Marsom a ničím iným, potom bude realizácia tohto projektu trvať 25 rokov.

Preto všetky tieto reči o Marse zostanú len rečami. Len čo začnú počítať peniaze a pýtať sa „kto to zaplatí?“, okamžite je jasné, že nemá kto zaplatiť. Okrem toho automaty fungujú celkom dobre, prenášajú veľa informácií z Marsu, takže z vedeckého hľadiska nebude expedícia s posádkou opodstatnená. Aký zmysel má obývateľná základňa, ak rover môže jazdiť a zbierať informácie roky?

Igor Afanasjev: Je tu príliš veľa „ak“... Ak sa projekt BFR zasekne, ak Musk nájde potrebné peniaze, ak letové testy rakety budú pokračovať zamýšľaným tempom atď. Ale súdiac podľa toho, ako dlho sa rozsiahly program SpaceX naťahuje v porovnaní s predtým zverejnenými plánmi, s najväčšou pravdepodobnosťou nie.

Ale to je prirodzené: v kozmonautike je každý nasledujúci krok oveľa ťažší ako ten predchádzajúci, ako keby ste stúpali po schodisku s čoraz väčšou strmosťou. Postaviť obrovskú raketu veľkosti BFR je veľký krok, poslať ľudí na Mars je obrovský krok a vybudovanie základne a dokonca do konca budúceho desaťročia sa zdá byť utópiou. Okrem toho všetky hlavné úspechy SpaceX za posledných desať rokov tak či onak súvisia s riešením problémov v záujme vládnych agentúr. NASA však plánuje pristáť ľudí na Marse (aspoň v súčasnosti) sama, aj keď nemožno úplne vylúčiť, že „súkromní obchodníci“ (sčítané – SpaceX a prípadne Blue Origin) budú v určitom štádiu prepojenia. implementáciu programu. Väčšina technických aspektov problému sa zdá byť realizovateľná, hoci rozsah vývoja je ohromujúci.

Rozhovor s Grigorijom Kopievom