Ракетни мастодонти: ракети струват града

Два съпернически гиганта

Сглобяване на втори етап H-1

Панорама от изходни позиции N-1

Една от малкото рисунки на UR-700

Сатурн 5 в позиция за изстрелване

В хоризонтална форма Сатурн-5 можеше да се види само в Музея на космическите технологии

"Протон" - прототип на лунната ракета UR-700

Така може да започне "Вулкан"

Първите съветски спътници толкова шокираха Съединените щати, че за първи път накараха американците да се замислят дали наистина са лидери на световния прогрес. Не само американското правителство, но и простото население на страната се смяташе за уязвимо. Нужна беше национална програма, която да възстанови статуквото само с един скок. Адекватен отговор би могла да бъде само разработването на свръхтежко изстрелващо превозно средство, което би гарантирало полети с пилотирани писти до Луната и Марс. И през август 1958 г. Министерството на съвременните изследвания на Министерството на отбраната на САЩ решава да финансира разработването на най-мощния ракетен носител Сатурн на Земята. По-скоро беше планирано да се създаде цяло семейство Сатурни, но крайната цел беше Saturn5, тристепенен носител за лунна експедиция.

Кой е по-труден?

За разлика от подобни съветски програми, развитието на Сатурн не беше тайна от самото начало. Освен това програмата беше обявена в цялата страна и Джон Ф. Кенеди призова всеки американец да допринесе за успешното й изпълнение. Главният дизайнер на най-мощното ракети-носител в света, Вернер фон Браун, също беше открито кръстен. Създателят на балистична ракета за масовото изтребване на британците във Втората световна война получи шанс да се реабилитира.

Поради откритостта на американската работа, развитието на Сатурн не беше тайна за съветските ракети. През същата 1958 г. се появи постановление на Министерския съвет на СССР за разработването на вътрешна тежка ракета - нашият строго секретен отговор пред американците. Ако обаче фон Браун предложи да се използва двигател с течно гориво върху добре развити кислородно-керосинови компоненти за първия етап на неговата ракета и кислород-водород за следващия чифт, тогава първоначалният съветски проект предвиждаше първостепенният кислородно-водороден двигател фантастично ядрено устройство от второ поколение. Трябваше да се използва амоняк или неговата смес с алкохол като работна течност, всичко това се нагрява в ядрен реактор до температура 3000 градуса. Струите горещи газове биха излетели през четири дюзи.

Не беше възможно съветските ракетни учени да преценят реалността на създаването на ядрен двигател; темата беше строго секретна. Инженерите чуват само слухове за някои разработки в института Курчатов, за опитите на Туполев да инсталира реактор на самолет и успехите в създаването на първите ядрени лодки. Едва до 1961 г. е взето единственото възможно решение - да се изгради тежка ракета върху двигатели с течно гориво. Измина още една година в споровете кой трябва да изгради ракетата. Королев победи. До средата на 1962 г. СССР е готов само по проекта на тежката кралска ракета-носител N-1. А в САЩ още през годината летните изпитания на първия етап, двустепенното ракети-носители Сатурн-1, бяха в разгара си. Още на този етап състезанието, което загубихме!

Как скобите изправят зъбите: видеоклип с бързи стъпки

кооперация

Програмата Сатурн все още е класически пример за организиране на работа по гигантски проект: прозрачен бюджет, спазване на крайните срокове и най-важното - успешно сътрудничество на гигантски конкурентни корпорации. Първият етап е направен от Boeing, вторият от Nord American Rockwell, третият от McDonnell Douglas, отделението за инструменти от IBM, двигателите от Rocketdyne и др. В СССР основните дизайнери най-накрая се карат помежду си на лунния носител. В резултат на това Валентин Глушко, главен конструктор на най-добрите ракетни двигатели в света, отказа да направи двигатели за кралската ракета N-1 и заедно с друг конструктор на ракети Владимир Челомей започва самостоятелна разработка на тежкотоварен носител.

Королев при проектирането на N-1 допусна, може би, всички грешки, които биха могли да бъдат допуснати. Като начало, дизайнерите погрешно изчислили масата на полезния товар, която с начална маса H1 при 2200 тона е била 75 т. Както се оказа много по-късно, такъв товар не позволяваше на хората да кацнат на Луната. („Сатурн-5“ първоначално е проектиран за 150 тона полезен товар.) Липсата на мощни двигатели принуди само първия етап да инсталира тридесет ракетни двигатели, проектирани от Николай Кузнецов, който преди това е изградил самолетни двигатели, поради което N-1, според Глушко, “припомни не ракета, а склад от двигатели. "

Отстъпка беше отхвърлянето на добре разработената пакетна схема на известния R-7 и от носещите резервоари. Резервоарите отново се спряха, както на V-2 - те възприемаха само хидростатичното налягане на горивото, а външният корпус устояваше на динамичните натоварвания. Гигантските танкове и ракетни блокове бяха толкова големи, че в производствените предприятия бяха планирани само преносими блокове. Заваръчните резервоари, сглобяемите блокове и монтирането на ракетата се планираха да бъдат извършени в огромна сграда на Байконур, което значително увеличи цената на превозвача.

Двигатели от втория и третия етап на Сатурн-5 работеха на кислород и водород - много по-ефективни компоненти от двойката кислород-керосин, която се използваше на всички етапи N-1. В резултат дори модифицираният N-1 с пускова маса от 2820 тона изстреля само 90 тона от полезния товар в ниска орбита, докато Сатурн-5 изстреля 140 тона със стартова маса от 2913 тона!

Скептиците за използване на течен водород изплашиха дизайнерите със следните аргументи: че при температури от -2530С всички метали стават крехки и дори учениците знаят, че смес от водород и кислород е взривоопасен газ и малкият теч по време на зареждане ще доведе до огромна експлозия на обем. Подобни аргументи наистина бяха подходящи само за ученици, но не и за истински професионалисти.

Измерете три пъти, пуснете

Надеждността беше основно изискване при изпълнението на програмата Saturn. Решено е да се изпробват почти всички модули на земята, като в полет е трябвало да изпита само онова, което е невъзможно да се тества на Земята. Това се дължи на много високата цена на полетните тестове. Всеки сериен двигател претърпява три пъти редовни огневи изпитания: два пъти - преди доставката и третият - като част от съответния етап на ракетата. Всъщност всички двигатели на Сатурн бяха за многократна употреба. Съветските ракетни двигатели са проектирани само за един старт, тоест те са били за еднократна употреба и са се тествали само селективни проби от партията. Заместник генералният конструктор Леонид Воскресенски говори специално за съветската методология: „Ако пренебрегнем американския опит и продължим да изграждаме ракети с надеждата„ може би да не летят от първия, но от втория път “, тогава всички имаме лула.“ Интуицията на бъдещия академик не разочарова. До 1965 г. американците имаха многократно разработени на Земята двигатели за многократна употреба за всички етапи и преминаха към тяхното серийно производство. За надеждността на медиите това беше от изключително значение. До есента на 1967 г. американците обявяват началото на полетите. Според Борис Херток, заместник Королев, изоставането на съветската програма по това време вече е било повече от две години. Беше очевидно, че СССР няма шанс да спечели лунната надпревара. Въпреки това, нито един от ръководителите на съветската ракетна програма нямаше смелостта да докладва това на правителството: N-1 продължи да поглъща гигантски финансови и материални ресурси.

Късметлия и губещият

Програмата Сатурн призова за създаването на три различни носители в серия. Двустепенната ракета Сатурн-1 (първият етап върху керосин, вторият - водород), чиито летателни изпитания започват още през 1961 г., е била предназначена за тестване на космическия кораб Аполон. Сатурн-1В, пет пъти по-лек от Сатурн-5, се превърна в базовия кораб за пилотираните полети на Аполон. И двата кораба послужиха за прототипи за окончателната модификация - тристепенен лунен носител Сатурн-5.

Ракетата беше сглобена в изправено положение точно в Космическия център на нос Канаверал. За целта е изграден огромен небостъргач с височина 160 м. Транспортирането на сглобената ракета до изстрелващата подложка също е извършено в изправено положение от специален гумено-транспортен конвейер. На първия етап на Saturn5 бяха инсталирани пет двигателя F-1, всеки с тяга от 695 тона, работещи на кислород и керосин. Кислородно-водородни двигатели J-2 с тяга 92 104 тона всеки, стояха на втория и третия етап (съответно пет и един двигател). Обърнете внимание, че нито кислородно-керосиновите двигатели за сцепление над 600 тона, нито мощните кислородно-водородни двигатели по това време дори не са разработени в СССР. Първият Сатурн 5 стартира на 9 ноември 1967 г., а през юли 1969 г. Сатурн 5 доставя първата експедиция на Луната. Общо бяха направени няколко десетки изстрелвания на Saturns с различни модификации, а нито едно изстрелване не завърши с катастрофа.

Съдбата на N-1 беше съвсем различна. Решено е да не се правят никакви междинни опции, а да се изстрелва ракета с пълен размер веднага. Първото изстрелване на N-1 става на 21 февруари 1969 г. Ракетата продължи 69 секунди във въздуха и падна на 50 км от старта - двигателите от първи етап и тяхната система за управление бяха свалени. На 3 юни старта на втория N-1. Още преди излитането от пусковата площадка, един от двигателите избухна, останалите двигатели вдигнаха ракетата на 200 м, след което носачът се разби на земята, като напълно унищожи ракетните съоръжения. Втората пускова площадка, на 3 км от унищожената, оцеля, но не посмя да изстреля трета ракета: експлозия на двигател не е такава авария, която може да бъде отстранена след месец. Да, и самата надпревара е загубила своето значение: през юли американците кацнаха на Луната. През 1971-1972 г. обаче се правят още два неуспешни опита за изстрелване на N-1. Ракетите загинаха на етапа на първия етап. Едва след това е взето окончателно решение за спиране на работата по N-1. Следващата 1973 г. се превръща в криза за мирната космонавтика както в СССР, така и в САЩ. Той дойде при нас заради пълния провал на лунната програма. Американците, изпращайки седем експедиции до Луната, се сблъскаха с друг проблем - е, полетя и тогава какво? Резултатът беше един и за двете страни: работата по свръхтежките носители беше ограничена.

Блок ракета

Можем ли дори теоретично да изпреварим американците в лунната надпревара? Всички експерти са съгласни: с кралския превозвач, определено не. Не само превозвачът не беше готов, в момента на прекратяването на програмата само лунният скафандър беше напълно изработен („PM” ще напише за това в следващия брой)!

Имаше обаче друг вариант. Почти едновременно с Королев Владимир Челомей, който оглавяваше Реутов ОКБ-52, предложи лунния си кораб и проект за изстрелване на превозни средства. За разлика от N-1, проектът на Челомеев за свръхтежка ракета не беше утопичен. Като основа за лунния носач UR-700 Владимир Челомей планира да вземе вече действащия тристепенен UR-500K, прародител на съвременната фамилия Протон. UR-500 имаше необичайно оформление на първия етап. Основата беше централният резервоар за окислители. На него бяха окачени шест блока, всеки от които се състоеше от резервоар с гориво и двигател от първия етап. Предимството на тази подредба беше малката дължина на сглобената сцена. Важно предимство на UR-500 беше, че всички блокове са проектирани, като се вземат предвид размерите на железопътните вагони и платформи, както и ширината на железопътните коловози и размерите на тунели, мостове и кръстовища. Ракетата е построена в основните централи, а в Байконур се извършва само сравнително просто сглобяване на готовите блокове.

Нито един от съществуващите двигатели не беше подходящ за толкова мощна ракета. Именно тук дойде полезният двигател RD-253, разработен от Глушко за N-1 и отхвърлен от Королев. Всички етапи на UR-500 работеха върху висококипящи токсични компоненти на горивото (окислител - азотен тетраксид, гориво - асиметричен диметилхидразин). Подобно гориво беше необходимо изискване на военните: UR-500 беше създаден не толкова под цивилни товари, колкото под военни товари - от тежкотоварни бойни глави до бойни ракетни планове.

Лунният превозвач UR-700, който позволява да се вложи в полезен товар полезен товар от 140 тона, беше вече завършен UR-500, към който беше добавен нов първи етап - девет блока, с по един двигател RD-270 във всеки. Този уникален двигател с тяга от 630 тона (повече от четири пъти по-мощен от двигателите на първи етап N-1) е специално разработен за UR-700 от Валентин Глушко. Всъщност това е единственият сложен елемент, който трябваше да бъде разработен за нов носител. Всички останали компоненти имаха унифицирани размери с UR-500, което им позволяваше да бъдат произведени на съществуващо оборудване. Нямаше основание да се съмняваме, че Глушко би създал такъв двигател: след като спря работата по UR-700, той създаде за Energia най-мощния ракетен двигател RD170 в света с тяга от 740 тона! "Ако бяхме приели моята версия преди десет или дванадесет години", каза Челомей впоследствие, "щяхме да имаме средно не по-ниско от Сатурн-5, но с предимството, че трите горни стъпки са винаги в серийно производство, независимо от лунната програма ". Никой не му възрази.

Марсиански ракети

Ако съветската лунна експедиция от самото начало беше невъзможно приключение, тогава марсианската програма беше доста осъществима. За пилотиран полет до Червената планета ще са необходими тежки ракети, двойно по-големи от носещата способност на лунните превозвачи. СССР имаше колкото два проекта, и двата бяха високо подготвени.

Първият превозвач за марсианската експедиция беше предложен от същия Челомей. Както може би се досещате, втората, третата и четвъртата стъпка на марсианския UR-900 трябваше да се превърне в съществуващия UR-500 Proton. На първия етап беше планирано да се инсталират до 15 двигателя вместо шест, както в UR-700, който ще доведе маса до 240 тона, достатъчна за марсианския кораб, на околоземната орбита.

Вторият марсиански превозвач е предложен 20 години след UR-900. NPO Energia е разработила проект за супер тежкото ракетно превозно средство Vulkan, способно да изстреля 200 тона полезен товар в ниски орбити. „Вулканът“ се основаваше на вече летящата ракета „Енергия“, в която вместо четири странични блока от първия етап (всеки от които имаше двигател RD-170), беше планирано да се инсталират осем подобни блока, леко увеличени по дължина. Всички основни модули и блокове за "Вулкан" са разработени и произведени серийно.

мамути

Свръхтежки ракети биха могли да съществуват само за решаване на суперзадачи, като пилотирани експедиции до Луната или Марс. Те са неподходящи за решаване на ежедневни задачи на човечеството. Подобно на мамутите, тези ракети изчезнаха. И сега дори при голямо желание да се установи производството на Сатурн-5, N-1 или Енергия, това е нереалистично: нито пълна документация, нито монтажни инсталации, нито специалисти не са запазени. По ирония на съдбата, единственият гигантски превозвач, който може да бъде реанимиран в случай на спешност, е UR-700, който остана на хартия. Почти всички компоненти за него все още се произвеждат масово в завода, кръстен на името Khrunichev.

Статията е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 11, ноември 2003 г.). Чудя се как работи ядрен реактор и могат ли роботите да построят къща?

Всичко за новите технологии и изобретения! добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Кои са биохакери
2019
Днес Земята преминава афелий!
2019
Двигател на космически кораби: какви хора ще летят в дълбокото пространство
2019