Je pense que de nombreux passionnés d'astronautique qui s'intéressent activement à l'histoire et à l'état actuel des choses dans le domaine de l'exploration et de l'exploration spatiales ont déjà reconnu la fusée capturée sur la photo de titre.
Cette fusée, ou plutôt le propulseur de fusée, est la plus grande fusée à propergol solide jamais créée par l'humanité.
Eh bien, maintenant c'est devenu encore plus.
Il s'agit du booster latéral du système de la navette spatiale, qui est maintenant devenu encore plus grand, ayant reçu, en plus des quatre sections standard avec lesquelles il a lancé avec la navette spatiale, une cinquième section supplémentaire, qui lui permettra de devenir une fusée booster du nouveau système de lancement spatial super-lourd de la NASA, appelé SLS (Space Launch System).
C'est ce système, selon l'idée de la NASA, devrait rendre aux États-Unis d'Amérique la palme dans tous les aspects de l'exploration spatiale, en donnant en même temps à toute l'humanité la possibilité de retourner à la frontière spatiale, brisant enfin le cercle vicieux de la Terre basse orbite et remettre la question de l'exploration lunaire à l'ordre du jour. et… même Mars.
Dans quelle mesure ce programme ambitieux est-il réel et réalisable ? Essayons de le comprendre.
Tailles comparatives des systèmes de lancement américains historiques, contemporains et développés.
Question de remplissage: pourquoi Delta IV est-il plus gros que Falcon 9 ?
L'état actuel de la cosmonautique américaine après avoir quitté l'arène du système de la navette spatiale est plutôt déplorable: le lanceur le plus lourd à la disposition des États-Unis au regard de son statut actuel est le Delta IV Heavy, qui peut mettre une charge de 28 en bas Orbite terrestre (LEO), 4 tonnes.
La famille Delta IV, malgré la masse des efforts de conception, d'ingénierie et commerciaux de Boeing pour créer et promouvoir sa progéniture sur le marché, s'est avérée être « au mauvais moment et au mauvais endroit »: dans le contexte du faible coût de lancements de la fusée russe Proton et Pour le Zenit-3SL ukrainien, le coût de lancement d'une charge utile à l'aide du Delta IV s'est avéré assez inabordable.
Un seul lancement de "Delta IV" a coûté 140-170 millions de dollars, tandis que le coût d'une charge utile similaire Proton était d'environ 100 millions de dollars, et le coût de lancement d'un "Delta IV" ukrainien "Zenith-3SL" plus petit, mais compétitif. était encore plus bas - seulement 60 millions de dollars.
Un coût aussi élevé de lancement de Delta IV a forcé Boeing à rechercher exclusivement des commandes gouvernementales pour cela, et, par conséquent, tous les lancements de Delta, sauf un, ont été payés par le budget du département d'État américain.
Lancement du lanceur Delta IV dans la variante Heavy. Le poids au lancement est d'environ 733 tonnes.
Finalement, au milieu des années 2000, Delta IV a finalement abandonné le segment commercial des lancements spatiaux - et il n'a jamais pu y revenir jusqu'à l'heure actuelle, lorsque les gars de la boutique privée SpaceX, dont la fusée Falcon, a commencé 9 s'est également rapproché du créneau de marché du "Delta IV", et la modification de la même fusée, baptisée Falcon 9 Heavy, dont le lancement est prévu en 2015, l'a même dépassée.
Au démarrage du Falcon 9 Heavy, 27 moteurs Merlin d'une poussée de 66 tonnes chacun, alimentés au kérosène et à l'oxygène, seront mis en marche en même temps.
Cette idée originale d'Elon Musk devrait porter le programme spatial "privé" de SpaceX à une hauteur auparavant inaccessible: pour une version unique du lanceur, la masse de la cargaison transportée vers LEO atteindra 53 tonnes, sur GPO - 21, 2 tonnes et sur une trajectoire vers Mars - 13, 2 tonnes. Avec le retour des boosters latéraux et de l'unité centrale, la capacité de charge ne dépassera pas 32 tonnes par LEO - pour la réutilisation du lanceur, vous devrez payer avec une consommation de carburant supplémentaire et, par conséquent, une diminution de la charge utile.
Parmi les innovations techniques lors du développement du Falcon 9 Heavy, le développeur a déclaré une possibilité unique de débordement de carburant et de comburant pendant le vol des boosters latéraux au premier étage du lanceur, ce qui permettra d'avoir des réservoirs de carburant pleins dans le centre section au moment de la séparation des boosters latéraux et améliorer les performances de la charge utile mise en orbite. …
Assemblage des coques des premiers étages des fusées Falcon 9. Désormais, 8 moteurs sont déjà installés en cercle, dont un central. Dans bondé mais pas fou.
La "trajectoire vers Mars" mentionnée dans le dernier paragraphe n'est pas une abstraction. Avec une masse au lancement de 1 462 tonnes, soit le double de la masse du Delta IV actuellement record, le Falcon lourd est déjà cette étape nécessaire qui vous permet de penser sérieusement aux vols vers la Lune et Mars. Bien que dans une configuration plus proche des expériences soviétiques avec les appareils de la série Probe que du colossal programme américain Saturn-Apollo.
Cependant, à l'avenir, la montée en puissance du concept de "Delta IV" et de Falcon 9 avec des boosters latéraux, qui sont des "clones" de leurs premiers étages, commence à glisser comme prévu.
Le fait est qu'il est impossible de multiplier les "parois" de départ qui vous permettent d'augmenter à l'infini la masse de la charge transmise au LEO - deux ou quatre blocs latéraux peuvent toujours être attachés d'une manière ou d'une autre au central, mais alors la complexité d'assemblage et de contrôle d'une telle structure multi-composants en croissance exponentielle.
C'est sur ce point, en général, que la fusée lunaire Korolev N-1 "s'est endormie", qui avait 30 moteurs de fusée NK-33 sur le premier étage, ce qui, en conjonction avec le schéma en cinq étages de la fusée elle-même, a fait ne permet pas d'élaborer jusqu'au bout toutes les questions de son lancement sans problème.
La configuration actuelle du Falcon 9, commençant immédiatement avec 27 moteurs, est déjà proche de la limite de complexité et en outre, très probablement, la société d'Elon Musk devra déjà augmenter la masse et la taille d'une seule unité de fusée, ce qui augmente immédiatement les exigences. tout au long de la chaîne de production, de transport et de lancement de fusée.
La famille prometteuse de missiles russes "Angara" est susceptible de faire face à des problèmes similaires. La petite taille relative d'un bloc unitaire conduit déjà au fait que la fusée Angara-A5 avec une masse de départ de 733 tonnes doit immédiatement mettre quatre "côtés" de rappel (avec une capacité de charge de 24,5 tonnes par LEO).
Angara-A5 avant son lancement le 23 décembre 2014. Au départ, cinq moteurs RD-191 fonctionnent, chacun avec une poussée de 196 tonnes.
Une nouvelle augmentation de la capacité de charge de l'Angara repose sur le fait que non pas quatre, mais six propulseurs de fusée doivent être attachés à la section de base du deuxième étage, ce qui, peut-être, est déjà une sorte de limite structurelle et technique pour la mise à l'échelle des systèmes de paquets., car la limite pour le concept Falcon 9 est de 27 moteurs Merlin-1D sur trois blocs de départ.
Le projet Angara-A7 qui en résultera pourra, selon les calculs, avec son propre poids de lancement de 1370 tonnes, apporter une charge utile de 50 tonnes à LEO (dans le cas de l'utilisation de carburant hydrogène pour la deuxième étape), qui sera très probablement être la mise à l'échelle maximale du concept de fusée de la famille Angara.
Comparaison de "Angara A5" et concepts de "Angara A7" - avec du kérosène et de l'hydrogène. En même temps, il y a la réponse - pourquoi le "Delta IV" est-il grand et le Falcon 9 - petit.
En général, quoi qu'on en dise, des concepts basés sur un bloc de fusée de classe 200 ou même 400 tonnes - il s'avère toujours que la limite structurelle et technique de karachun pour de tels missiles "paquets" se situe à un poids de lancement d'environ 1300- 1500 tonnes, ce qui correspond à la masse retirée 45-55 tonnes par LEO.
Mais alors, il est déjà nécessaire d'augmenter à la fois la poussée d'un seul moteur et la taille de l'étage de fusée ou de l'accélérateur.
Et c'est précisément la voie que prend aujourd'hui le projet SLS.
Tout d'abord, compte tenu de l'expérience négative de "Delta IV", les développeurs de SLS ont essayé de tirer le meilleur parti du passé. Tout et tout le monde ont été utilisés: les propulseurs de fusée de la navette spatiale, qui ont été renforcés dans le but de créer une fusée lourde, et les anciens moteurs hydrogène-oxygène RS-25 de la navette elle-même, qui ont été installés dans le deuxième étage, et…. (les partisans de la théorie de la "conspiration lunaire" - préparez-vous !) les moteurs hydrogène-oxygène J-2X, oubliés depuis longtemps, qui proviennent des moteurs des deuxième et troisième étages de la fusée lunaire "Saturne V" et qui sont proposés pour être utilisé dans les étages supérieurs projetés SLS !
De plus, les plans à long terme d'amélioration des accélérateurs SLS impliquent deux projets concurrents utilisant des moteurs-fusées à propergol liquide au lieu de propergols solides: le projet de la société Aerojet, qui a présenté son moteur kérosène-oxygène développé à cycle fermé AJ1E6 pour le futur porte-avions "lourd", qui a pour origine les missiles NK-33 Royal H-1 - et un projet de Pratt & Whitney Rocketdine, qui proposent… (et encore, surprise, les lunosceptiques !) de restituer aux USA la production de F -1 moteurs, qui à un moment donné ont soulevé la célèbre fusée Saturn V de la Terre.
Peut-être que la vie reviendra sur ces bancs d'essai. Essai du premier étage du LV "Saturne V" - "Saturne 1C" en août 1968 au banc d'essai cyclopéen V-2. A noter que la marche est transportée sur une barge.
Participe au développement d'un futur accélérateur de lancement prometteur et au fabricant actuel de propulseurs à propergol solide qui sont à l'assemblage initial du lanceur SLS, Block I - ATK (Alliant Techsystems), qui a proposé d'agrandir davantage le propulseur existant de la navette spatiale en augmentant sa longueur et son diamètre… Le projet d'un accélérateur prometteur d'ATK s'appelle le « Chevalier noir ».
Et bien, cerise sur le gâteau, l'une des futures configurations du système SLS, le bloc Ib, implique l'utilisation d'une unité hydrogène-oxygène comme troisième étage, empruntée à… la fusée Delta IV !
Il s'agit, vous le savez, d'un « LEGO infernal », dans lequel la NASA a tenté d'évaluer, de combiner et d'utiliser tous les développements existants dans le domaine des fusées lourdes.
Qu'est-ce que la famille de médias SLS ? Après tout, comme nous nous en souvenons déjà de l'exemple de "Delta IV", "Hangars" et Falcon 9 - les dimensions globales peuvent être trompeuses.
Alors, voici un schéma simple pour comprendre ce qui est prévu:
Sur le côté gauche du diagramme se trouvent les lanceurs lourds que les États-Unis possédaient encore. La Saturn V lunaire, qui pouvait apporter une charge utile de 118 tonnes à LEO, et la navette spatiale, qui semblait avoir mis en orbite la navette réutilisable elle-même pesant de 120 à 130 tonnes, mais en même temps ne pouvait livrer avec elle qu'un charge utile très modeste - seulement 24 tonnes de charge utile.
Le concept SLS sera mis en œuvre en deux versions principales: avec équipage (équipage) et sans équipage (cargo).
De plus, l'indisponibilité de trois projets de propulseurs de fusée prometteurs d'Aerojet, Rocketdine et ATK oblige la NASA à utiliser les "pièces de fusée LEGO" disponibles, à savoir ces propulseurs de navette spatiale améliorés en cinq sections.
Un "ersatz-carrier" de transition construit de cette manière (officiellement appelé SLS Block I), néanmoins, selon tous les calculs, aura déjà une capacité d'emport beaucoup plus importante que le "Delta IV" opérationnel ou le Falcon 9 Heavy, qui est prêt à lancer. Le lanceur SLS Block I sera capable de soulever une charge utile de 70 tonnes jusqu'à LEO.
En comparaison avec le concept SLS, les développements arrêtés de la NASA dans le cadre du programme Constellation sont présentés - le lanceur Ares (Mars), qui n'a pas encore été créé jusqu'à la fin, qui n'a effectué qu'un seul vol d'essai en 2009, dans la conception Ares 1X, qui consistait en le même accélérateur modifié de la navette spatiale à quatre sections, auquel un cinquième segment de chargement d'essai et une charge prototype du deuxième étage étaient connectés. Le but de ce vol d'essai était de vérifier le fonctionnement du premier étage à propergol solide dans l'arrangement "single stick" ("log"), cependant, quelque chose a dû se passer pendant les tests, lorsque les 1er et 2ème étages ont été séparés, un bond en avant non autorisé du 1er étage s'est produit, causé, très probablement, par la postcombustion de fragments de combustible arrachés par la secousse de celui-ci. Le propulseur à propergol solide a finalement rattrapé le tracé du 2e étage et l'a percuté.
Après cela, une tentative plutôt infructueuse d'assembler un "nouveau LEGO" à partir d'anciennes pièces a été interrompue à la NASA, le projet Ares et la Constellation elle-même ont été rangés sur l'étagère des concepts infructueux et des bases développées dans le cadre de la Constellation., il ne restait qu'un vaisseau spatial habité orbital assez réussi. " Orion ", qui a été construit selon le schéma de la capsule de retour habituelle pour les navires jetables, qui a finalement mis fin au planeur réutilisable de la navette spatiale.
Le vaisseau spatial Orion avant son premier lancement sur la fusée Delta IV. décembre 2014.
Le diamètre du vaisseau spatial Orion est de 5,3 mètres, le poids du vaisseau spatial est d'environ 25 tonnes. Le volume interne d'Orion sera 2,5 fois plus grand que le volume interne du vaisseau spatial Apollo. Le volume de la cabine du navire est d'environ 9 m³. En raison d'une masse aussi impressionnante pour un vaisseau spatial orbital et d'un volume interne libre, Orion lors de missions proches de la Terre en orbite basse (par exemple, lors d'une expédition vers l'ISS) peut prendre en charge 6 cosmonautes.
Cependant, comme déjà mentionné au début, la tâche principale pour Orion et devrait le mettre en orbite au-delà du système de lancement de référence basse SLS est le retour des États-Unis aux tâches de maîtrise de l'espace proche de la Terre lointain et, tout d'abord, la Lune et Mars.
C'est pour le vol vers la Lune et, éventuellement, vers Mars que les principaux efforts des États-Unis et de la Russie sont calculés pour améliorer leurs vaisseaux spatiaux et leurs lanceurs.
Ici, en principe, sous une forme tabulaire pratique, la différence entre le système américain "Orion" et le système PPTS russe est analysée.
Pour le nom PPKS PPTS, bien sûr, vous devez battre quelqu'un tout de suite, mais bon. Et en général, malheureusement, tout est très difficile avec le projet PPTS jusqu'à présent.
Par conséquent, concernant le PPTS, nous n'avons pour l'instant que des images amusantes de l'exposition. Mais en réalité, jusqu'à présent cela s'est fait pour peu insulter…
Il n'y a qu'un modèle - entre le passé et le futur. Il n'y a qu'un modèle - et accrochez-vous-y …
En plus des problèmes de financement, de l'incompréhension du concept et d'une multitude de problèmes de conception et d'ingénierie, l'avenir du PTS est incertain et dû à l'absence d'un lanceur adéquat pour certaines de ses tâches prévues. Comme je l'ai dit, jusqu'à présent, la Russie n'a que "Angara-A5" dans le métal, ce qui ne peut pas apporter plus de 24,5 tonnes à LEO, ce qui est tout à fait suffisant pour les missions proches de la Terre, mais absolument pas assez pour un nouvel assaut sur la Lune. ou Mars.
De plus, le concept PPTS reposait sur la création d'une alternative au missile « Angara » de la famille « Rus-M », dont les travaux ont également été arrêtés jusqu'à présent.
Projets de missiles de la famille "Rus" en comparaison avec les familles "Soyouz" et "Angara" uniquement.
L'objectif principal de la famille de missiles Rus était de fournir des vols habités, grâce auxquels la fusée, toutes choses égales par ailleurs, a une charge utile inférieure sur le LEO que les missiles Angara. Cela est dû au fait que lors des vols habités, l'une des exigences est la capacité du lanceur à quitter le lancement même si l'un des moteurs tombe en panne et l'exigence d'assurer la poursuite du vol en cas de panne ultérieure. de l'un des moteurs - avec la poursuite du lancement du vaisseau spatial sur une orbite abaissée ou le sauvetage et un atterrissage en toute sécurité.
Ces exigences, y compris une trajectoire de lancement spéciale, qui devrait fournir une surcharge de l'équipage ne dépassant pas 12 g pour toute urgence et la présence d'un système de sauvetage d'urgence (SAS), conduisent à une réduction significative de la capacité d'emport du " Rus" dans la version habitée.
En outre, le diamètre de conception du bloc de base "Rus" de 3, 8 mètres a été choisi sur la base du transport traditionnel pour l'URSS et la Russie de pièces de lanceurs par chemin de fer.
Aux États-Unis, délibérément, à partir du programme Saturn-Apollo, les premiers étages de lanceurs ont été réalisés en fonction de la taille appropriée, en tenant compte de la possibilité de leur transport par voie d'eau (côtière-mer et fluviale), ce qui grandement simplifié les exigences relatives aux dimensions d'une unité de fusée séparée …
Transport du premier étage de la Saturn V LV sur la barge de la rivière des Perles.
Aujourd'hui, les travaux sur SLS et Orion, même après l'effondrement de Constellation, battent leur plein.
Avec l'achèvement du SLS Block I, qui reposera presque entièrement sur le carnet de commandes existant de la navette spatiale, la NASA prévoit de passer à la phase suivante, beaucoup plus ambitieuse - SLS Block II, avec des arrêts intermédiaires sous la forme de SLS Block Ia et Bloc SLS Ib.
Option de construction LEGO si les propulseurs de fusée sont prêts plus tôt. Bloc I, Bloc Ia, puis Bloc II.
Option de construction LEGO si la troisième étape modifiée est prête plus tôt. Bloc I, Bloc Ib, puis Bloc II.
Le lanceur SLS Block Ia devrait déjà recevoir l'un des propulseurs de lancement de fusée prometteurs: soit d'Aerojet sur un cycle fermé kérosène-oxygène AJ1E6, soit de Rocketdyne sur un cycle ouvert F-1 modifié de Saturn V, soit le même sur le nouveau combustible solide "Black Knight" d'ATK.
Chacune de ces options sera en mesure de doter la structure du bloc Ia d'une capacité de charge dans la région LEO de 105 tonnes, ce qui est déjà comparable à la capacité de charge de Saturn V et de la navette spatiale (si nous la comptons avec la navette).
Les mêmes tâches seront résolues par la création d'un système à grande échelle et adapté à la taille de l'ensemble du système de lancement du troisième étage cryogénique, qui pourra compléter le système à deux étages du Bloc I (les propulseurs de lancement et l'étage central sur les moteurs de la navette spatiale) avec un troisième étage, qui pour la variante Block Ia sera comme je l'ai déjà mentionné, emprunté à la fusée Delta IV et fournira également à SLS jusqu'à 105 tonnes de charge utile à LEO.
Enfin, le système Block II final devrait déjà disposer d'un troisième étage SLS de grande taille, conçu en série, qui utilisera, comme le deuxième étage Saturn V, 5 moteurs J-2X avancés et fournira 130 tonnes de charge utile à LEO.
Mais même malgré toutes ces astuces, un tel « LEGO spatial » coûtera environ 500 millions de dollars par lancement, ce qui, bien sûr, est inférieur au coût de lancement de la navette spatiale (1,3 milliard de dollars), mais quand même - assez sensible pour le budget de la NASA.
Quelles tâches SLS devrait-il résoudre, et pourquoi la NASA ne prend-elle pas en compte l'option Falcon 9 Heavy, qui est censée prévoir un coût de 135 millions de dollars pour un système de transfert de carburant jetable et pour 53 tonnes de charge utile pour LEO ?
Le fait est que la NASA a ciblé la Lune, Mars et même les astéroïdes et les satellites de Jupiter ! Et le Falcon 9 Heavy s'avère être une fusée trop petite pour de telles tâches…
Fusée nucléaire vers Mars !
Mais c'est, bien sûr, un sujet pour un bon article séparé….
PS. Après avoir relu mon article, je rapporte.
Si je critique les approches russes modernes de l'exploration spatiale et loue les Américains, alors il y a de bonnes raisons à cela.
En 2010, l'état du programme d'exploration spatiale américain était déplorable: la fermeture du programme de la navette spatiale était déjà programmée, les lancements d'Ares montraient l'incohérence totale des idées de la Constellation, tous les journaux et magazines américains écrivaient sur « l'esclavage spatial russe ». pour les États-Unis.
Mais, au cours des 5 dernières années, l'industrie spatiale américaine s'est regroupée, a reçu les financements nécessaires - et a appris à vivre dans des conditions nouvelles et plus difficiles.
La cosmonautique russe pourra-t-elle s'en vanter dans 5 ans - surtout dans le contexte du fait que cette année nous apporte des nouvelles malheureuses sur la fermeture des programmes Rus-M et PPTS LV, le report du lancement du cosmodrome de Vostochny et la réduction totale du financement de Roscosmos ?
Attend et regarde. Je tiens nos doigts avec une croix.
