Kwenye nafasi kwenye roketi ya hali ya hewa: miradi ya magari ya uzinduzi wa nafasi ndogo-ndogo

Kwenye nafasi kwenye roketi ya hali ya hewa: miradi ya magari ya uzinduzi wa nafasi ndogo-ndogo
Kwenye nafasi kwenye roketi ya hali ya hewa: miradi ya magari ya uzinduzi wa nafasi ndogo-ndogo
Anonim
Picha

Ushindi wa nafasi ya nje umekuwa moja ya mafanikio muhimu na yenye enzi kubwa ya wanadamu. Uundaji wa magari ya uzinduzi na miundombinu ya uzinduzi wao ilihitaji juhudi kubwa kutoka kwa nchi zinazoongoza ulimwenguni. Kwa wakati wetu, kuna tabia ya kuunda gari zinazoweza kutumika tena zinazoweza kufanya ndege kadhaa angani. Maendeleo na operesheni yao bado inahitaji rasilimali kubwa, ambayo inaweza tu kugawanywa na majimbo au mashirika makubwa (tena, na msaada wa serikali).

Picha

Mwanzoni mwa karne ya XXI, uboreshaji na utaftaji wa vifaa vya elektroniki viliwezesha kuunda satelaiti zenye ukubwa mdogo (zile zinazoitwa "microsatellites" na "nanosatellites"), ambayo idadi yake iko kati ya 1-100 kilo. Hivi karibuni, tunazungumza juu ya "picosatellites" (yenye uzito kutoka 100 g hadi 1 kg) na "sattoiti za kike" (zenye uzito wa chini ya 100 g). Satelaiti kama hizo zinaweza kuzinduliwa kama shehena ya vikundi kutoka kwa wateja tofauti au kama mzigo wa kupita kwa spacecraft "kubwa" (SC). Njia hii ya uzinduzi sio rahisi kila wakati, kwani watengenezaji wa nanosatellites (kwa ifuatayo tutatumia jina hili kwa vipimo vyote vya angani ndogo-ndogo) lazima wabadilishe ratiba ya wateja kwa uzinduzi wa shehena kuu, na pia kwa sababu ya tofauti katika mizunguko ya uzinduzi.

Hii imesababisha kuibuka kwa mahitaji ya gari ndogo ndogo za uzinduzi zenye uwezo wa kuzindua vyombo vya angani vyenye uzani wa kilo 1-100.

DARPA na KB "MiG"

Kulikuwa na inaendelezwa miradi mingi ya magari ya uzinduzi wa mwangaza - na uzinduzi wa ardhi, hewa na bahari. Hasa, wakala wa Amerika DARPA alikuwa akifanya kazi kwa bidii juu ya shida ya uzinduzi wa haraka wa spacecraft ndogo-ndogo. Hasa, mtu anaweza kukumbuka mradi wa ALASA, uliozinduliwa mnamo 2012, ndani ya mfumo ambao ilipangwa kuunda roketi ya ukubwa mdogo iliyoundwa kuzindua kutoka kwa mpiganaji wa F-15E na kuzindua satelaiti zenye uzito wa kilo 45 katika obiti ya chini ya kumbukumbu (LEO).

Kwenye nafasi kwenye roketi ya hali ya hewa: miradi ya magari ya uzinduzi wa nafasi ndogo-ndogo

Injini ya roketi iliyowekwa kwenye roketi ililazimika kufanya kazi kwa monopropellant NA-7, pamoja na monopropen, oksidi ya nitrous na asetilini. Gharama ya uzinduzi haikuzidi dola milioni 1. Labda, ilikuwa shida na mafuta, haswa na mwako wake wa kawaida na tabia ya kulipuka, ambayo ilimaliza mradi huu.

Mradi kama huo ulikuwa ukifanywa huko Urusi. Mnamo 1997, ofisi ya muundo wa MiG, pamoja na KazKosmos (Kazakhstan), walianza kukuza mfumo wa uzinduzi wa malipo (PN) kwa kutumia kipaza sauti cha MiG-31I (Ishim). Mradi huo ulibuniwa kwa msingi wa msingi wa kuundwa kwa muundo wa anti-satellite wa MiG-31D.

Roketi ya hatua tatu, iliyozinduliwa kwa urefu wa mita 17,000 na kasi ya 3,000 km / h, ilitakiwa kutoa mzigo wa malipo yenye uzito wa kilo 160 katika obiti katika urefu wa kilomita 300, na mzigo wa uzani wa kilo 120 kwenye obiti kwa urefu wa kilomita 600.

Picha

Hali ngumu ya kifedha nchini Urusi mwishoni mwa miaka ya 90 na mapema 2000 haikuruhusu mradi huu kutekelezwa kwa chuma, ingawa inawezekana kwamba vizuizi vya kiufundi vinaweza kutokea katika mchakato wa maendeleo.

Kulikuwa na miradi mingine mingi ya gari za uzinduzi wa mwangaza. Kipengele chao cha kutofautisha kinaweza kuzingatiwa maendeleo ya miradi na miundo ya serikali au mashirika makubwa (kwa kweli "serikali").Jukwaa tata na ghali kama vile wapiganaji, washambuliaji, au ndege nzito za usafirishaji mara nyingi zililazimika kutumiwa kama majukwaa ya uzinduzi.

Yote haya kwa pamoja yaligumu maendeleo na kuongeza gharama za majengo, na sasa uongozi katika uundaji wa magari ya uzinduzi wa mwangaza umepita mikononi mwa kampuni za kibinafsi.

Maabara ya roketi

Moja ya miradi iliyofanikiwa zaidi na inayojulikana ya roketi za macho inaweza kuzingatiwa kama gari la uzinduzi wa "Elektroni" ya kampuni ya Rocket Lab ya Amerika na New Zealand. Roketi hii ya hatua mbili na uzani wa kilo 12,550 inauwezo wa kuzindua kilo 250 za PS au kilo 150 za PS ndani ya mzunguko wa jua-sawa (SSO) na urefu wa kilomita 500 kwenda LEO. Kampuni hiyo imepanga kuzindua hadi makombora 130 kwa mwaka.

Picha

Ubunifu wa roketi umetengenezwa na nyuzi za kaboni; injini za kusafirisha kioevu (LRE) hutumiwa kwenye jozi ya mafuta ya mafuta ya taa + oksijeni. Ili kurahisisha na kupunguza gharama ya muundo, inatumia betri za lithiamu-polima kama chanzo cha nguvu, mifumo ya kudhibiti nyumatiki na mfumo wa kuhamisha mafuta kutoka kwa mizinga, inayofanya kazi kwenye heliamu iliyoshinikizwa. Katika utengenezaji wa injini za roketi zinazotumia kioevu na vifaa vingine vya roketi, teknolojia za nyongeza zinatumika kikamilifu.

Picha

Inaweza kuzingatiwa kuwa roketi ya kwanza kutoka kwa Roketi ya Roketi ilikuwa roketi ya hali ya hewa ya Kosmos-1 (Atea-1 kwa lugha ya Maori), inayoweza kuinua kilo 2 za malipo kwa urefu wa kilomita 120.

Picha

Lin Viwanda

"Analog" ya Kirusi ya Rocket Lab inaweza kuitwa kampuni "Lin Viwanda", ambayo huendeleza miradi ya roketi rahisi zaidi ya suborbital inayoweza kufikia urefu wa kilomita 100, na kuzindua magari yaliyoundwa kutoa malipo kwa LEO na SSO.

Ingawa soko la makombora ya suborbital (haswa kama roketi za hali ya hewa na geophysical) linaongozwa na suluhisho na injini dhabiti za mafuta, Lin Viwanda inajenga roketi yake ndogo kwa msingi wa injini za roketi za mafuta zinazotokana na mafuta ya taa na peroksidi ya hidrojeni. Uwezekano mkubwa hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba Lin Viwanda inaona mwelekeo wake kuu wa maendeleo katika uzinduzi wa kibiashara wa gari la uzinduzi kwenye obiti, na roketi ya suborbital inayotumia kioevu ina uwezekano mkubwa wa kutumika kutengeneza suluhisho za kiufundi.

Picha

Mradi kuu wa Lin Viwanda ni gari la uzinduzi wa Taimyr ultralight. Hapo awali, mradi huo ulipeana mpangilio wa moduli na mpangilio wa safu-zinazofanana, ambayo inaruhusu uundaji wa gari la uzinduzi na uwezekano wa kutoa mzigo wa malipo kutoka kwa kilo 10 hadi 180 hadi LEO. Mabadiliko katika kiwango cha chini cha uzinduzi wa gari la uzinduzi ilitakiwa kuhakikisha kwa kubadilisha idadi ya vitengo vya kombora zima (UBR) - URB-1, URB-2 na URB-3 na hatua ya tatu ya kitengo cha roketi.

Picha

Injini za gari la uzinduzi wa Taimyr lazima zifanye mafuta ya taa na peroksidi ya hidrojeni iliyokolea; mafuta lazima yatolewe kwa kuhamishwa na heliamu iliyoshinikwa. Ubunifu unatarajiwa kutumia vifaa vyenye mchanganyiko, pamoja na plastiki zilizoimarishwa za kaboni na vifaa vya 3D vilivyochapishwa.

Baadaye, kampuni ya Lin Viwanda ilitelekeza mpango wa msimu - gari la uzinduzi likawa hatua mbili, na mpangilio wa hatua, kama matokeo ambayo gari la uzinduzi wa Taimyr lilianza kufanana na kuonekana kwa gari la uzinduzi wa Elektroni na Roketi Lab. Pia, mfumo wa kuhama kwenye heliamu iliyoshinikizwa ilibadilishwa na usambazaji wa mafuta kwa kutumia pampu za umeme zinazotumiwa na betri.

Picha

Uzinduzi wa kwanza wa Taimyr LV umepangwa mnamo 2023.

Anga ya IHI

Moja ya gari la uzinduzi wa kupendeza zaidi wa mwendo wa jua ni roketi ya Japani ya SS-520 yenye hatua tatu inayotengenezwa na IHI Aerospace, iliyoundwa kwa msingi wa roketi ya kijiografia ya S-520 kwa kuongeza hatua ya tatu na uboreshaji unaofanana wa mifumo ya ndani. Urefu wa roketi ya SS-520 ni mita 9.54, kipenyo ni mita 0.54, uzani wa uzinduzi ni kilo 2600. Misa ya malipo iliyotolewa kwa LEO ni karibu kilo 4.

Picha

Mwili wa hatua ya kwanza umetengenezwa na chuma chenye nguvu nyingi, hatua ya pili imetengenezwa na mchanganyiko wa nyuzi za kaboni, fairing ya kichwa imetengenezwa na glasi ya nyuzi. Hatua zote tatu ni mafuta dhabiti. Mfumo wa udhibiti wa SS-520 LV huwashwa mara kwa mara wakati wa kujitenga kwa hatua ya kwanza na ya pili, na wakati wote wa roketi imetulia na kuzunguka.

Mnamo Februari 3, 2018, SS-520-4 LV ilifanikiwa kuzindua ujazo wa TRICOM-1R na uzani wa kilo 3, iliyoundwa iliyoundwa kuonyesha uwezekano wa kuunda spacecraft kutoka kwa vifaa vya elektroniki vya watumiaji. Wakati wa uzinduzi, SS-520-4 LV ilikuwa gari ndogo zaidi ya uzinduzi ulimwenguni, ambayo imesajiliwa katika Kitabu cha kumbukumbu cha Guinness.

Picha

Uundaji wa gari ndogo ndogo za uzinduzi kulingana na roketi zenye nguvu za hali ya hewa na geofizikia inaweza kuwa mwelekeo wa kuahidi. Makombora kama haya ni rahisi kutunza, yanaweza kuhifadhiwa kwa muda mrefu katika hali ambayo inahakikisha maandalizi yao ya uzinduzi kwa wakati mfupi zaidi.

Gharama ya injini ya roketi inaweza kuwa karibu 50% ya gharama ya roketi na haiwezekani kwamba itawezekana kufikia takwimu chini ya 30%, hata ikizingatia utumiaji wa teknolojia za kuongeza. Katika magari ya uzinduzi thabiti, kioksidishaji cha cryogenic haitumiki, ambayo inahitaji uhifadhi maalum na hali ya kuongeza mafuta mara moja kabla ya uzinduzi. Wakati huo huo, kwa utengenezaji wa mashtaka thabiti ya kushawishi, teknolojia za kuongeza zinaundwa pia ambazo zinaruhusu "kuchapisha" malipo ya mafuta ya usanidi unaohitajika.

Vipimo vyepesi vya uzinduzi wa magari ya mwangaza hurahisisha usafirishaji wao na huruhusu uzinduzi kutoka sehemu anuwai za sayari kupata mwelekeo unaofaa wa orbital. Kwa magari ya uzinduzi wa mwendo wa mbele, jukwaa rahisi zaidi la uzinduzi linahitajika kuliko kwa roketi "kubwa", ambayo hufanya iwe ya rununu.

Je! Kuna miradi ya makombora kama hayo nchini Urusi na kwa msingi gani inaweza kutekelezwa?

Katika USSR, idadi kubwa ya maroketi ya hali ya hewa yalizalishwa - MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 na roketi za kijiografia - R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, "Wima", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Mengi ya miundo hii ilitokana na maendeleo ya kijeshi katika makombora ya balistiki au anti-makombora. Wakati wa miaka ya uchunguzi wa anga wa juu, idadi ya uzinduzi ilifikia makombora 600-700 kwa mwaka.

Picha

Baada ya kuanguka kwa USSR, idadi ya uzinduzi na aina ya makombora ilipunguzwa sana. Kwa sasa, Roshydromet hutumia majengo mawili - MR-30 na roketi ya MN-300 iliyoundwa na Kimbunga cha NPO / OKB Novator na kombora la hali ya hewa MERA iliyoundwa na KBP JSC.

M-30 (MN-300)

Kombora la tata ya MR-30 hutoa kuinua kilo 50-150 za vifaa vya kisayansi hadi urefu wa kilomita 300. Urefu wa roketi ya MN-300 ni 8012 mm na kipenyo cha 445 mm, uzani wa uzinduzi ni kilo 1558. Gharama ya uzinduzi mmoja wa roketi ya MN-300 inakadiriwa kuwa rubles milioni 55-60.

Picha

Kwa msingi wa roketi ya MN-300, uwezekano wa kuunda gari ndogo ya uzinduzi IR-300 kwa kuongeza hatua ya pili na hatua ya juu (kwa kweli, hatua ya tatu) inazingatiwa. Hiyo ni, kwa kweli, inapendekezwa kurudia uzoefu uliofanikiwa wa kutekeleza gari la uzinduzi wa kijeshi la Kijapani SS-520.

Wakati huo huo, wataalam wengine wanatoa maoni kwamba kwa kuwa kasi ya juu ya roketi ya MN-300 ni karibu 2000 m / s, basi kupata kasi ya kwanza ya ulimwengu ya karibu 8000 m / s, ambayo ni muhimu kuweka gari la uzinduzi. katika obiti, inaweza kuhitaji marekebisho makubwa sana ya mradi wa asili., ambayo kimsingi ni maendeleo ya bidhaa mpya, ambayo inaweza kusababisha kuongezeka kwa gharama ya uzinduzi kwa karibu agizo la ukubwa na kuifanya isifaidi ikilinganishwa na washindani.

KIPIMO

Roketi ya hali ya hewa MERA imeundwa kuinua mzigo wa uzito wa kilo 2-3 hadi urefu wa kilomita 110. Uzito wa roketi ya MERA ni kilo 67.

Picha
Picha

Kwa mtazamo wa kwanza, roketi ya hali ya hewa MERA haifai kabisa kutumiwa kama msingi wa kuunda gari la uzinduzi wa mwendo wa mbele, lakini wakati huo huo, kuna alama kadhaa zinazowezesha kupinga maoni haya.

Kombora la hali ya hewa MERA ni bicaliber ya hatua mbili, na ni hatua ya kwanza tu hufanya kazi ya kuongeza kasi, ya pili - baada ya kujitenga, inaruka kwa hali, ambayo inafanya ugumu huu kuwa sawa na makombora ya kuongozwa na ndege (SAM) ya Tunguska na Makombora ya kupambana na ndege ya Pantsir na kanuni za mizinga (ZRPK). Kwa kweli, kwa msingi wa makombora ya mifumo ya kombora la utetezi wa anga la tata hizi, roketi ya hali ya hewa MERA iliundwa.

Hatua ya kwanza ni mwili uliojumuishwa na malipo yenye nguvu ya kuweka vitu ndani yake. Katika sekunde 2.5, hatua ya kwanza inaharakisha roketi ya hali ya hewa hadi kasi ya 5M (kasi ya sauti), ambayo ni karibu 1500 m / s. Kipenyo cha hatua ya kwanza ni 170 mm.

Picha

Hatua ya kwanza ya roketi ya hali ya hewa MERA, iliyotengenezwa na kugonga nyenzo zenye mchanganyiko, ni nyepesi sana (ikilinganishwa na muundo wa chuma na aluminium wa vipimo sawa) - uzani wake ni kilo 55 tu. Pia, gharama yake inapaswa kuwa chini sana kuliko suluhisho zilizotengenezwa kutoka kwa nyuzi za kaboni.

Kulingana na hii, inaweza kudhaniwa kuwa kwa msingi wa hatua ya kwanza ya roketi ya hali ya hewa MERA, moduli ya roketi iliyounganishwa (URM) inaweza kutengenezwa, iliyoundwa kwa uundaji wa kundi la hatua za magari ya uzinduzi wa mwangaza

Kwa kweli, kutakuwa na moduli mbili kama hizo, zitatofautiana katika bomba la injini ya roketi, iliyoboreshwa, mtawaliwa, kwa kazi katika anga au kwenye utupu. Kwa sasa, kipenyo cha juu cha kasino zilizotengenezwa na JSC KBP na njia ya kukokotoa inadaiwa ni 220 mm. Inawezekana kuwa kuna uwezekano wa kiufundi wa utengenezaji wa nyumba zenye kipenyo na urefu mkubwa.

Kwa upande mwingine, inawezekana kuwa suluhisho mojawapo itakuwa utengenezaji wa vibanda, saizi ambayo itaunganishwa na risasi yoyote kwa mfumo wa kombora la ulinzi wa anga la Pantsir, makombora yaliyoongozwa ya tata ya Hermes au maroketi ya hali ya hewa ya MERA, ambayo punguza gharama ya bidhaa moja kwa kuongeza kiwango cha kutolewa kwa serial ya aina hiyo ya bidhaa.

Hatua za gari la uzinduzi zinapaswa kuajiriwa kutoka URM, zimefungwa kwa usawa, wakati mgawanyo wa hatua utafanywa kinyume - kutengwa kwa urefu wa URM katika hatua hakutolewa. Inaweza kudhaniwa kuwa hatua za gari kama hilo la uzinduzi litakuwa na misa kubwa ya vimelea ikilinganishwa na mwili wa monoblock wa kipenyo kikubwa. Kwa kweli hii ni kweli, lakini uzito mdogo wa kesi iliyotengenezwa kwa vifaa vyenye mchanganyiko hufanya iwezekane kwa kiwango kikubwa kikwazo hiki. Inaweza kutokea kuwa kesi ya kipenyo kikubwa, iliyotengenezwa kwa kutumia teknolojia kama hiyo, itakuwa ngumu zaidi na ya gharama kubwa kutengenezwa, na kuta zake zitalazimika kuzidiwa ili kuhakikisha ugumu wa muundo kuliko ule wa URM zilizounganishwa. na kifurushi, ili mwishowe kuna suluhisho nyingi za monoblock na vifurushi zitalinganishwa kwa gharama ya chini ya mwisho. Na kuna uwezekano mkubwa kwamba kesi ya chuma au alumini monoblock itakuwa nzito kuliko ile iliyojumuishwa.

Picha

Uunganisho sawa wa URM unaweza kutekelezwa kwa kutumia viunzi vya gorofa vyenye mchanganyiko ulio kwenye sehemu za juu na za chini za hatua (mahali pa kupungua kwa mwili wa URM). Ikiwa ni lazima, viboreshaji vya ziada vilivyotengenezwa kwa vifaa vyenye mchanganyiko vinaweza kutumika. Ili kupunguza gharama katika muundo, teknolojia na vifaa vya bei rahisi vya viwandani, viboreshaji vya nguvu nyingi vinapaswa kutumiwa iwezekanavyo.

Vivyo hivyo, hatua za LV zinaweza kushikamana na vitu vyenye mchanganyiko au vya kuimarisha, na muundo unaweza kutenganishwa, wakati hatua zinapotenganishwa, vitu vyenye kubeba mzigo vinaweza kuharibiwa na mashtaka ya pyro kwa njia inayodhibitiwa.Kwa kuongezea, ili kuongeza kuegemea, mashtaka ya pyro yanaweza kupatikana katika sehemu kadhaa za muundo unaounga mkono na kuanzishwa na moto wa umeme na moto wa moja kwa moja kutoka kwa moto wa injini za hatua ya juu, wakati zinawashwa (kwa risasi hatua ya chini ikiwa moto wa umeme haukufanya kazi).

Picha

Gari la uzinduzi linaweza kudhibitiwa kwa njia ile ile kama inavyofanyika kwenye gari la uzinduzi wa mwisho wa Japani SS-520. Chaguo la kusanikisha mfumo wa kudhibiti amri ya redio, sawa na ile iliyowekwa kwenye mfumo wa kombora la ulinzi wa anga la Pantsir, inaweza pia kuzingatiwa kusahihisha uzinduzi wa gari la uzinduzi angalau kwa sehemu ya njia ya kukimbia (na labda katika hatua zote za ndege). Kwa uwezekano, hii itapunguza vifaa vya gharama kubwa kwenye roketi ya matumizi moja kwa kuibeba kwa gari linaloweza kutumika tena.

Inaweza kudhaniwa kuwa, kwa kuzingatia muundo unaounga mkono, vitu vya kuunganisha na mfumo wa kudhibiti, bidhaa ya mwisho itaweza kutoa mzigo wa malipo kutoka kwa kilo kadhaa hadi makumi ya kilo kwa LEO (kulingana na idadi ya moduli za roketi zilizounganishwa katika hatua) na kushindana na taa ya juu ya Japani ya SS-LV. 520 na gari zingine zinazofanana za uzinduzi zilizotengenezwa na kampuni za Urusi na za kigeni.

Kwa kufanikisha biashara ya mradi huo, makadirio ya gharama ya kuzindua gari la uzinduzi wa MERA-K la juu haipaswi kuzidi $ 3.5 milioni (hii ni gharama ya uzinduzi wa gari la uzinduzi la SS-520).

Mbali na maombi ya kibiashara, gari la uzinduzi wa MERA-K linaweza kutumika kwa uondoaji wa dharura wa chombo cha angani, saizi na uzani wa ambayo pia itapungua polepole.

Pia, maendeleo yaliyopatikana wakati wa utekelezaji wa gari la uzinduzi wa MERA-K inaweza kutumika kuunda silaha za hali ya juu, kwa mfano, tata ya hypersonic na kichwa cha kawaida cha kijeshi kwa njia ya glider compact, ambayo imeshuka baada ya uzinduzi wa uzinduzi gari hadi hatua ya juu ya trajectory.

Inajulikana kwa mada