Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Меньше, да лучше или возвращение минишаттлов
lozga
01.jpg
Размер в космонавтике имеет значение. Слишком большую ракету или корабль будет сложно транспортировать и дорого обслуживать, а слишком маленькая выведет в космос слишком легкую полезную нагрузку. Например, по ракетам-носителям самый распространенный диаметр ступени находится в пределах 2-4 метров, а стартовая масса в большинстве случаев колеблется в диапазоне 200-800 тонн. Через пару веков легко можно будет построить кривые распространенности для разных размеров крылатых многоразовых кораблей. А пока у нас есть провалившийся проект большого шаттла и много проектов минишаттлов. Во второй половине 20 века было несколько проектов небольших крылатых орбитальных кораблей, один из которых даже летал за пределы атмосферы. Сейчас один минишаттл уже несколько лет совершает секретные миссии, а в нескольких странах ведутся работы по похожим многоразовым кораблям. Что же это за аппараты?

Совсем не минишаттл


Начиная говорить о многоразовых крылатых кораблях, необходимо прежде всего определиться, что включить, а что исключить из списка. Многоразовых аппаратов с крыльями было довольно много, а их нереализованных проектов - еще больше. И, например, X-15 и SpaceShipOne долетали до условной границы космоса в 100 км. Но они конструктивно не были предназначены для орбитального полета. А далее будут рассматриваться только аппараты, хотя бы теоретически способные выйти на орбиту и вернуться. Также, учитывая обилие проектов, которые не были реализованы в металле, не все они есть в списке.

02.jpg
Поздние версии X-15 могли подняться до 100 км и даже несли теплозащитное покрытие, но не могли выйти на орбиту

X-20


Еще до войны, в 1934 году, австрийский физик Эйген Зенгер предложил проект дальнего ракетного бомбардировщика. После оккупации Австрии проект стал разрабатываться в нацистской Германии, но был закрыт в 1941 году, как не обещающий быстрой отдачи. В 1944 году, когда Германию могло спасти от поражения только чудо, проект возобновили, но, конечно же, ничего сделать не успели. Послевоенные расчеты показывают, что в исходном виде проект был в принципе нереализуем, потому что в нем было очень сильно недооценен нагрев от движения в атмосфере. Но идея орбитального бомбардировщика стала известна и в СССР, и в США. А после запуска первого спутника Советским Союзом, американцы очень сильно испугались. И уже 24 октября 1957 года, объединив несколько отдельных разработок, стартовала программа X-20 Dyna-Soar (от слов Dynamic Soarer - динамический планер, на английском звучит так же, как "динозавр"). Ее результатом должен был стать орбитальный самолет, который мог бы выполнять функции разведчика, бомбардировщика, исследователя и истребителя вражеских спутников.

03.jpg
Макет X-20 в натуральную величину

В зависимости от миссии, X-20 мог стартовать на ракете-носителе Titan-II или Titan-III. В первом случае аппарат выходил на суборбитальную траекторию, нырял в атмосферу, снижаясь до высоты 40-60 км, фотографировал цель или сбрасывал на нее атомную бомбу, и, на подъемной силе от крыльев, возвращался обратно в космос. Суборбитальная траектория означала, что аппарат летел, отскакивая от атмосферы, как плоский камень от воды, и должен был садиться на первом витке. Более грузоподъемная ракета-носитель Titan-III позволяла вывести X-20 на орбиту. Любопытно, что и в этом случае нырок в атмосферу рассматривался как возможный, но для случая "гонки" за маневрирующим спутником противника. X-20 за счет крыльев мог изменить наклонение орбиты больше, чем любой бескрылый спутник. К тому же, в варианте с Titan-III X-20 выходил на орбиту состыкованный с разгонным блоком TransStage и имел широкие возможности для маневрирования благодаря большому запасу топлива.

04.jpg
На первую слева ракету Titan-I X-20 перестал помещаться к 1961 году

Очень интересным была теплозащита аппарата. X-20 не нес испаряющуюся от тепла одноразовую абляционную теплозащиту, а керамическая теплоизоляция, как у Спейс Шаттла и Бурана, еще не была известна. Поэтому на X-20 должны были использоваться тугоплавкие материалы и сплавы - молибден, цирконий, сплав Rene-41. При торможении в атмосфере теплозащита нагревалась и начинала светиться, сбрасывая тепло излучением. Из-за этого, например, на корабле не было шасси - резина бы не выдержала такого нагрева, а отдельный охлаждаемый отсек был роскошью. Поэтому на X-20 по проекту стояли тугоплавкие металлические лыжи. Стекло также не могло выдержать нагрев, поэтому передний иллюминатор закрывался металлической шторкой, которая должна была сбрасываться только перед посадкой. А в полете пилот мог смотреть в боковые иллюминаторы.

05.jpg

В 1962 году проект был официально представлен публике. Наверное, поэтому он настолько известен, несмотря на то, что ни одного полета по программе не было совершено. Уверенность в успехе была настолько большой, что даже набрали семь пилотов. В список входил и будущий командир "Аполлона-11" Нил Армстронг, который успел вовремя уйти аж из двух программ - X-15 и X-20. В 1963 году волевым решением госсекретаря по национальной безопасности Роберта Макнамары проект был закрыт в пользу гражданской программы Gemini (была очень успешной) и военного проекта орбитальной станции MOL (позже также закрыт).



Спираль, БОР и ЭПОС


В 1965 году в СССР стартовала амбициозная программа создания многоразовой системы, в которой первая ступень представляла собой гиперзвуковой самолет-разгонник, а вторая и третья - орбитальный аппарат с разгонным блоком. Самолет-разгонник должен был подниматься на высоту 30 км и разгоняться до 6 скоростей звука, а орбитальный аппарат затем выходил на орбиту на одноразовой ракетной ступени.

06.jpg
Момент разделения

И если работы по самолету-разгоннику шли медленно - уж очень это сложная вещь, гиперзвуковые двигатели, то испытания орбитального аппарата под названием БОР (Беспилотный орбитальный ракетоплан) начались уже в 1969 году. В первом пуске, 15 июля, аппарат запустили без теплозащиты. Он, естественно, сгорел, но по телеметрии была получена информация об успешности управляемого спуска на высоте 60-70 км. Во втором пуске, 6 декабря, аппарат успешно затормозил об атмосферу, но из-за отказа системы управления закрутился, парашюты не смогли нормально раскрыться, и БОР разбился. После этого прошло еще пять пусков, из которых только в одном случае аппарат не вышел на орбиту из-за разрушения обтекателя на ракете-носителе. В оставшихся четырех пусках тестировали жаропрочную ниобиевую панель, проверяли разные углы атаки, и, даже если аппарат в итоге разбивался, каждый пуск приносил важные и интересные данные.

07.jpg

В 1966 году был сформирован специальный отряд космонавтов под руководством космонавта №2 Германа Титова, которые выполняли полеты на аналоге, получившем индекс МиГ-105 (первый полет 11 октября 1976):
08.jpg



В 1980-х начались испытания аппарата БОР-4, на котором отрабатывали теплозащиту для "Бурана". Состоялось пять успешных полетов, из них один суборбитальный на упрощенном аппарате. Программа теперь называлась ЭПОС (Экспериментальный пилотируемый орбитальный самолёт).

09.jpg
На нижней поверхности видна характерная плитка теплозащиты

Но время Спирали уже уходило. Самолет-разгонник так и не разработали, а орбитальный аппарат отменили по политическим причинам, потому что верхушка Министерства обороны СССР хотела "шаттл как у американцев". Поэтому БОР-5 уже был уменьшенной копией "Бурана", а "Спираль" с ЭПОСом в итоге закрыли.

10.jpg

Первая часть - испытания БОР-2,3 вторая (цветная) - БОР-4


Закрытые проекты


Первоначальный успех Спейс Шаттла породил некоторую моду на такие корабли. В Европе в 1985 стартовал предложенный еще в 1975 году проект HERMES, который должен был запускаться на разрабатывающейся в то же время ракете-носителе Ariane 5. Но, в отличие от ракеты, HERMES закрыли в 1992.

11.jpg
"Юбка" в хвостовой части - адаптер на большой диаметр центрального блока Ariane 5

В Японии в 80-х начали разрабатывать челнок HOPE-X. По программе успешно прошли два суборбитальных полета технологических демонстраторов Hyflex и OREX, в 1997 году возникла идея грузовой модификации корабля, что помогло бы справиться с тогдашними проблемами снабжения МКС шаттлами. Но в 1998 году проекту сильно урезали бюджет, а в 1999 вообще закрыли.

12.jpg

В Германии в 1985 году начали разрабатывать свою версию "Спирали" под названием "Зенгер". В 1991 году по проекту даже сумели создать двигатель, сочетающий турбореактивный и прямоточный воздушно-реактивный двигатели, что обеспечило бы проекту хотя бы сверхзвуковую скорость самолета-разгонника, но при аудите проекта подсчитали, что выгода в 10-30% по сравнению с Ariane 5 не оправдает огромные затраты на разработку. Проект закрыли в 1995.

В России в конце 80-х был представлен проект МАКС - Многоцелевая Авиационно-Космическая Система. В ней проблемы с разработкой сложного гиперзвукового самолета-разгонника решили обойти использованием тяжелого самолета Ан-225 "Мрия", или, по другим данным, его еще более грузоподъемной модификации. Проект не закрыт официально, в начале десятых, например, были новости об адаптации системы к суборбитальным туристическим полетам, но информации об активно ведущихся работах нет.

13.jpg

Ну и, наконец, во второй половине 90-х в РКК "Энергия" велись работы, из которых вырос проект корабля "Клипер". Примерно в 2006 году аппарат даже рассматривался как перспективная замена "Союзам" и попал в концепцию развития пилотируемой космонавтики. Но в 2009 году проект закрыли, а "Энергия" стала разрабатывать ПТК НП, который сейчас называется "Федерация".

14.gif

Таинственный Китай


Отдельно стоит упомянуть многоразовые проекты Китая. В интернете иногда появляются новые фотографии различных макетов многоразовых аппаратов, но из-за секретности совершенно непонятно, что это за проекты, и какой у них статус.

В 2007 году появились фото макета того, что может быть кораблем "Шеньлун"
15.jpg

На других фото видны какие-то другие проекты.

16.jpg

17.jpg

18.jpg

19.jpg

20.jpg

Орбитальные пуски сейчас проводить незаметно не получится, поэтому если какой-то из проектов окажется на орбите, мы об этом узнаем. Хотя, конечно, характеристики и назначение аппарата еще долго могут оставаться секретом.

X-37


21.jpg

Именно эта ситуация, когда аппарат летает по орбите, но мы не знаем его назначения, происходит сейчас с единственным минишаттлом, находящимся в эксплуатации. Проект X-37, начатый в 1999 году, сейчас совершает четвертый полет. Беспилотный аппарат, массой примерно 5,5 тонн, находится на орбите все более длительное время. Первая миссия продолжалась 224 дня, вторая 469, третья 674, не удивлюсь, если в этот раз аппарат пробудет на орбите 800 с лишним дней. Такая длительность автономного полета возможна, потому что на орбите X-37 раскрывает из грузового отсека солнечную батарею.

22.jpg

В этот раз в составе миссии анонсированы эксперименты с новым электрореактивным двигателем и воздействием космоса на различные материалы. Параметры орбиты не особо подходят для разведывательного спутника, небольшое наклонение в 30-40° означает, что аппарат не сможет следить, например, за Россией, но совсем гипотезу разведки отбросить не получится, потому что его цели могут находиться в районе экватора. Версию перехватчика спутников тоже нельзя сбросить со счетов - несмотря на то, что X-37 еще никого не перехватил и не уничтожил, конструктивно это маневрирующий аппарат, который может приближаться к своим будущим целям. Астрономы-любители наблюдали X-37 и даже фотографировали его:

23.jpg

24.jpg

Оборудование классом выше есть у военных служб контроля космического пространства развитых государств, но они с нами этими фотографиями не поделятся. Экономической эффективностью от полетов X-37 пока никакой не пахнет, но из-за секретности сказать об успехах или неудачах проекта мы не можем.

IXV


25.jpg

11 февраля 2015 года с космодрома Куру стартовал технологический демонстратор IXV (Intermediate eXperimental Vehicle - Промежуточный экспериментальный аппарат). Полет прошел успешно, и, войдя в атмосферу со скоростью 7,5 км/с, типичной для возврата с низкой околоземной орбиты, аппарат успешно приводнился в Тихом океане, пролетев меньше одного витка. Несмотря на отсутствие крыльев, аппарат управлялся при торможении в атмосфере. Ожидается, что в 2019-2020 состоится еще один полет, скорее всего с посадкой на сушу, а в дальнейшем из этого проекта может получиться грузовой многоразовый корабль.




RLV-TD


26.jpg

23 мая 2016 года Индия успешно запустила технологический демонстратор RLV-TD (Reusable Launch Vehicle - Technology Demonstration - Технологическй демонстратор многоразовой системы выведения). Аппарат поднялся на 60 км, и, успешно пролетев 450 км, по плану испытаний разбился о воду. В будущем индийское космическое агентство собирается провести следующие тесты: посадку, атмосферный полет, испытания гиперзвукового двигателя, испытания аппарата на гиперзвуковой скорости. А в результате ISRO хочет получить способ снижения стоимости выведения килограмма на орбиту за счет многоразовости.

27.jpg

Dream Chaser


28.jpg

Разрабатываемый компанией Sierra Nevada челнок Dream Chaser ("Бегущий за мечтой") еще не выходил за пределы тропосферы, но, несмотря на то, что он проиграл в конкурсе пилотируемых частных кораблей для доставки астронавтов на МКС, проект не закончен. Дело в том, что в начале 2016 года он выиграл конкурс на полеты к МКС в грузовом варианте. NASA гарантирует, что корабль получит шесть миссий по доставке груза на МКС с 2019 года. Ждем новостей о новых испытаниях, которые обязательно понадобятся.

Испытания планирования и посадки. Не вышла одна стойка шасси, аппарат получил повреждения.


Skylon


29.jpg

А этот аппарат пока находится в невысокой стадии технической готовности. Он разрабатывается для реализации сложной концепции Single Stage To Orbit (одной ступенью на орбиту) и требует разработки специального двигателя, который будет сжижать кислород из воздуха. Пока что нет новостей об испытаниях двигателя в сборе, поэтому в ближайшие годы проект не полетит точно.

Заключение


Идея минишаттла привлекательна тем, что может реализовать следующие преимущества:

  • Меньшая стоимость создания и межполетного обслуживания, чем у "большого" шаттла.

  • Управляемая точная посадка.

  • Небольшая перегрузка при торможении в атмосфере (1,5-3 g).

  • Более частые полеты.


В то же время, как любая многоразовая система, минишаттлы очень зависят от точности оценки стоимости и длительности межполетного обслуживания, которые могут сделать их экономически невыгодными. Также к проблемам многоразовых аппаратов можно отнести небольшой размер флота, что повышает чувствительность к авариям.

Некоторые картинки взяты с сайта Буран.ру, там много интересной информации по многоразовым системам.

attentioneer.jpg

Записи из этого журнала по тегу «облегчение доступа в космос»


промо lozga ноябрь 4, 2014 17:00
Разместить за 20 жетонов
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…

  • 1
но все это требует уйму денег а в условиях стагнации мировой экономики их найти довольно сложно А до сверх прибылей полученных в космосе еще далеко

Потому и тренируюются "на кошках" - небольшой шаттл сильно дешевле большого.

несмотря на то, что X-37 еще никого не перехватил и не уничтожил

Думаю, после того, как китайцы своими испытаниями создали на орбите рой мусора, мало кому придёт в голову идея сбивать спутники в мирное время.

Смотря что понимать под словом «сбить». Если «разнести в щебёнку, которая будет после этого мотаться по непредсказуемым орбитам» — то да. А если «аккуратно обездвижить, не нарушая целостности, и пусть летает мёртвым булыжником» — это уже дело другое. Ну а «прицепиться, затормозить и окунуть в атмосферу, а дальше сам сгорит» — и вовсе третье.

У всех этих проектов, включая Буран, (ну, кроме полуфантастического Скайлона) есть существенное отличие от Шаттла, они нуждаются в полноценной расходуемой первой ступени, либо целом отдельном носителе. У Шаттла одноразовым, по сути, был только внешний бак, все остальные элементы могли использоваться повторно. Хотя с экономической эффективностью у него все равно все было очень печально, с инженерной точки зрения это был шедевр.

То есть откат назад тут не только в размерах.

Спираль, МАКС, Зенгер не нуждались бы. А для легких шаттлов можно сделать многоразовую твердотопливную ступень, например.

И 4 многоразовых ступени летавших 1 раз у Маска

Хотя есть ещё боковушки "Союзов", исчезающие в никуда без фоток и орбломков... но это не значит что в принципе невозможно планирование на парашютах.

Edited at 2016-05-30 06:09 (UTC)

На колу мочало, начинай сначала :))

CCCР в аэрокосмосе хоть что-нибудь разрабытывал оригинальное ? Р-7 ? А еще ?

Похоже, CCCР слишком часто "вдохновлялся" западными разработками, котороые он хотел копировать, но в игоге, часто приходил к более продвинутым решениям, что бы потом быстро от этих проектов отказаться. Выглядит как слепая погоня.

Прошу статью с обзором на эту тему:
1. Оригинальные разработки, не имеющие аналогов
2. Подсмотренное за океаном

Вряд ли ответ поместится в одном коментарии



Edited at 2016-05-30 09:01 (UTC)

А какие критерии? "Протон" это оригинальный проект? А "Спираль" с учетом X-23 PRIME, который на три года раньше полетел? Кае можно узнать что проект скопирован, если это не говорится прямо как для Ту-4?

Только это вовсе не все важные разработки в таком направлении. И они никуда не исчезали, а начались до начала времен и, видимо, не закончатся.

Edited at 2016-05-30 11:35 (UTC)

Вот ещё один проект космоплана, он правда довольно большой планируется, но думаю всё же в топик.

Трёхступенчатый, полностью многоразовый космический самолёт, взлетает и садится горизонтально (на полосу), первая ступень турбореактивная, вторая прямоточная, третья ракетная (вторая некоторое время также играет роль дополнительного бака для ракетного движка третьей). Особая фишка - возможность многократной дозаправки вышедшего на орбиту космолёта (третьей ступени) такими же многоразовыми танкерами, в те же баки что используются при выведении; такие дозаправки могут быть многоступенчатыми, за счет чего можно летать на геостационар, на Луну, даже на Марс и астероиды (вопрос только в количестве запусков многоразовых танкеров и во времени).





Более детальное описание проекта - на украинском, кому интересно, можно перевести гуглтранслейтом:

http://lychakivsky.livejournal.com/19008.html
http://lychakivsky.livejournal.com/14516.html
http://lychakivsky.livejournal.com/14023.html

Edited at 2016-05-30 18:38 (UTC)

Первая ступень монструозная получается. Мне подобная идея приходила в голову, но в качестве первой ступени мне больше понравились ракетные сани.

Забыли HOTOL и Х-33.
За Х-33 особо обидно -- успели сделать для него модульный линейный ЖРД внешнего расширения (чума!)XRS-2200 но гадскую натуру жидкого водорода победить не смогли -- композитный бак растрескивался, а люминиевый очевидно не вписался по весу...

"
За Х-33 особо обидно
"

Да. Проблема нынешних управленцев космосом (в любой стране), что они мыслят категориями бизнеса - стоимость, сроки, окупаемость.
Не стоит у них проблема выживания страны, как в 50-е.

А ведь делают-то они нечто более важное чем бизнес-проект.
Нечто, что может продвинуть планету вперед в принципиальном плане.


Имхо, надо тупо пилить скайлон или аналог, не взирая на стоимость.
Потому что надо проблему SSTO решить уже. Сколько можно.
55 лет полету Гагарина! Позор просто.


Так не вопрос, дайте денег и быстро всё допилят.

Кстати, обычные капсулы, типа спускаемого аппарата Союза -- многоразовые?

У "Союзов" начинка (электроника, приборы) многоразовая. А корпус после удара при посадке теряет гарантию производителя. Поэтому и делают посадочные лапы для "Федерации", чтобы корпус не бить о поверхность и использовать повторно.

Судя по всему, все идет по Gartner’s Hype Cycle, так что скоро мини-шаттлов будет еще больше.

> В зависимости от миссии, X-20 мог стартовать на ракете-носителе Titan-II или Titan-III. В первом случае аппарат выходил на суборбитальную траекторию, нырял в атмосферу, снижаясь до высоты 40-60 км, фотографировал цель или сбрасывал на нее атомную бомбу, и, на подъемной силе от крыльев, возвращался обратно в космос

Снова упоминания "нырков" с атомными бомбами, как и в случае с спейс шаттлами?

(1) В каких первоисточниках упоминается этот нырок?
(2) Как конкретно выглядела бы орбита ЛА, траектория полета бомбы, и так далее?

Есть версия, что с нырком это был целенаправленный слив. Якобы, советской делегации в Хьюстоне показали совсекретную инфу чисто случайно. Ну а потом провели расчеты, исходя из возможностей Шаттла определили, что это теоретически возможно. И наши вояки, ясное дело, захотели точно такую же игрушку, как у крутых пацанов из соседней песочницы.

Верю в наших учёных. Разберутся, что к чему.

А как же Ту-2000? Там тоже на уровне макетирования было, довольно интересный был проект.

Это атмосферный бомбардировщик, поэтому тут его и нет.

(Анонимно)
>Через пару веков легко можно будет построить кривые распространенности для разных размеров крылатых многоразовых кораблей.

Через пару веков легко можно будет построить кривые сползания человечества вниз по наклонной. Если вообще кто-нибудь будет в состоянии строить эти самые кривые.

  • 1
?

Log in

No account? Create an account