러시아 우주 : 프로젝트 "크라운"및 기타 개발 GRTS Makeeva
기술은 석재 칼에서 강철에 이르기까지 단순한 것에서부터 복잡한 것에 이르기까지 항상 점진적으로 발전하고 있으며, 그 이후에는 프로그램 가능한 밀링 기계에만 적용되는 것으로 간주됩니다. 그러나 우주 로켓의 운명은 그리 간단하지가 않았다. 오랜 기간 동안 간단하고 안정적인 단일 스테이지 로켓을 제작하는 것은 디자이너가 쉽게 접근 할 수 없었습니다. 재료 과학자 또는 엔진을 제공 할 수없는 이러한 솔루션이 필요합니다. 지금까지 캐리어 로켓은 다단계 및 일회용으로 유지됩니다. 매우 복잡하고 값 비싼 시스템이 몇 분 안에 사용 된 후 폐기됩니다.
"각 비행 전에는 동체와 날개를 연결하고, 전기 케이블을 깔고, 엔진을 설치하고, 상륙 후 덤프로 보내십시오. 당신은 날아갈 수 없습니다."라고 State Rocket Center의 개발자는 말했습니다. 메이페. "그러나 그것은 정확하게 우리가 궤도에화물을 보내는 매번하는 일입니다." 물론, 모든 사람들은 조립을 필요로하지 않고 우주 정거장에 도착하여 연료를 재충전하고 시동하는 신뢰할 수있는 단일 단계의 "자동차"를 갖고 싶어합니다. 그런 다음 다시 돌아와서 다시 시작합니다. "
중간 중간
대체로 로켓 기술은 초기 프로젝트의 한 걸음을 내딛었습니다. Tsiolkovsky의 초기 스케치에서 이와 같은 구조가 정확하게 나타납니다. 그는 20 세기 초반의 기술이이 단순하고 우아한 해결책을 깨닫지 못한다는 것을 깨달았을 때만이 아이디어를 나중에 포기했습니다. 다시 한번, 1960-x에서 단일 스테이지 캐리어에 대한 관심이 이미 제기되었으며, 이러한 프로젝트는 바다 양측에서 진행되었습니다. 미국의 1970-m은 달에 우주 비행사를 납품 한 S-IVB를 기반으로 한 단일 스테이지 로켓 SASSTO, Phoenix 및 토성 V PH의 세 번째 단계에서 근무했습니다.
CROWN은 로봇이되어 제어 시스템을위한 지능형 소프트웨어를 갖추어야합니다. 이 소프트웨어는 비행 중에 직접 업데이트 할 수 있으며 비상 상황에서는 자동으로 백업 안정 버전으로 "롤백"할 수 있습니다.
"부하 용량은 그렇게 선택하지 않을 것입니다.이 엔진은 충분하지 않을 것입니다. 그러나 여전히 궤도에 진입 할 수있는 한 단계가 될 것입니다."엔지니어는 계속합니다. "물론, 경제적으로 그것은 완전히 정당화 될 것입니다." 지난 수십 년 동안에 만 일할 수있는 복합 재료와 기술이 등장했습니다.이를 통해 통신 사업자는 한 단계 더 나아가 재사용이 가능합니다. 이러한 "하이테크"로켓의 가격은 전통적인 디자인보다 높지만, 많은 출발점에 "번지기"때문에 발사 가격은 평소 수준보다 훨씬 낮을 것입니다.
재사용 가능한 미디어 - 오늘날 개발자의 주요 목표입니다. 우주 왕복선과 Energiya-Buran 시스템은 부분적으로 재사용 가능했습니다. SpaceX Falcon 9 로켓 용으로 첫 단계의 반복 사용이 개발 중입니다. SpaceX는 이미 몇 차례 성공적으로 상륙했으며, 3 월 말에 다시 우주 비행을 시작했습니다. "우리의 의견으로 볼 때,이 접근법은 실제 재사용 가능한 운송 업체를 창출한다는 아이디어를 훼손시킬 수 있습니다."라고 Makeev Design Bureau는 언급했다. "그런 로켓트는 각 비행 후에 아직도 소집해야하고, 커뮤니케이션 및 새로운 1 시간 분대를 조립한다 ... 우리는 우리가 시작한 무슨을에 다시 돌려 보낸다."
완전히 재사용 가능한 미디어는 여전히 미국 기업 Blue Origin의 New Shepard를 제외하고는 프로젝트의 형태로만 존재합니다. 지금까지 유인 캡슐을 장착 한 로켓은 우주 여행객의 비행을 위해서만 설계되었지만이 과정에서 발견 된 대부분의 해결책은보다 심각한 우주 비행사를 위해 조정될 수 있습니다. 회사의 대표자들은 BE-3 및 BE-4의 강력한 엔진이 이미 개발되고있는 그러한 옵션을 만들기위한 계획을 숨기지 않습니다. "각 하위 비행선에서 우리는 궤도에 접근합니다."- Blue Origin에서 확인되었습니다. 그러나 유망한 New Glenn 항공사도 불완전하게 재사용 할 수 있습니다. 이미 테스트를 마친 New Shepard 건설을 기반으로 만들어진 첫 번째 블록 만 재사용해야합니다.
재료 저항
완전 재사용 및 단일 스테이지 로켓에 필요한 탄소 섬유 재료는 1990 이후로 항공 우주 공학에 사용됩니다. 같은 해 McDonnell Douglas의 엔지니어들은 신속하게 Delta Clipper 프로젝트 (DC-X)를 구현하기 시작했으며 현재는 기성품 및 비행 용 탄소 섬유 운반선을 자랑 할 수있었습니다. 불행하게도 록히드 마틴의 압력으로 DC-X에서의 작업이 중단되었고 기술이 NASA로 이전되어 실패한 VentureStar 프로젝트를 신청하려고 시도한 후이 주제에 종사하는 많은 엔지니어가 Blue Origin에서 근무했으며 회사는 보잉에 흡수되었습니다.
같은 1990-e에서이 관심은 러시아의 SRC Makeyev에도 관심이있었습니다. 그 이후로 CORONA 프로젝트 ( "우주 일회용 로켓, 우주선의 단일 스테이지 캐리어")는 눈에 띄는 진화를 거쳤으며 중간 버전은 구조와 레이아웃이 점점 더 단순하고 완벽해진 방법을 보여줍니다. 점차적으로 개발자들은 날개 나 외부 연료 탱크와 같은 복잡한 요소를 포기하고 탄소 섬유가 주 재료가되어야한다는 사실을 깨닫게되었습니다. 외관과 함께 질량 및 운반 능력이 모두 변경되었습니다. "가장 현대적인 재료를 사용해도 60-70 t보다 작은 무게의 단일 스테이지 로켓을 제작하는 것은 불가능합니다. 반면 페이로드는 아주 작습니다."라고 한 개발자는 말합니다. "그러나 시작 질량이 증가함에 따라 구조 (일정 한계까지)는 더 적은 점유율을 가지며 사용하는 것이 점점 더 수익을 창출하게됩니다. 궤도 로켓의 경우이 최적 값은 대략 160 - 170 t이며,이 스케일에서 시작하여 사용법이 이미 정당화 될 수 있습니다. "
CORONA 프로젝트의 최신 버전에서는 출발 질량이 훨씬 높고 300에 접근하고 있습니다. 이러한 대형 1 단 로켓에는 수소와 산소로 작동되는 고효율 액체 추진 제트 엔진이 필요합니다. 특정 단계의 엔진과는 달리, 이러한 로켓 엔진은 이륙 및 항공기 외부 비행을 포함하여 매우 다른 조건 및 다른 고도에서 작동 할 수 있어야합니다. "Laval 노즐이있는 기존의 액체 엔진은 특정 높이 범위에서만 효과가 있습니다."라고 Makeevsky의 생성자는 설명합니다. "그래서 우리는 공기 쐐기 LRE를 사용해야 할 필요가 생겼습니다." 그러한 엔진에서의 가스 제트는 압력에 "적응"하며, 성층권의 표면과 높은 곳에서 효율성을 유지합니다.
페이로드 컨테이너
지금까지 이러한 유형의 작동 엔진은 우리나라와 미국에서 모두 다루어졌고 다루어지고 있지만 세계에는 없습니다. 1960 년대에 Rocketdyne 엔지니어들은 이러한 엔진을 스탠드에서 테스트했지만 미사일에 설치하지 않았습니다. CROWN에는 쐐기 형 공기 노즐이 아직 프로토 타입이없고 테스트되지 않은 유일한 요소 인 모듈 버전이 장착되어야합니다. 러시아는 또한 복합 부품 생산을위한 모든 기술을 보유하고 있습니다. 예를 들어 All-Russian Institute에서 개발되었으며 성공적으로 적용되었습니다. 항공 재료 (VIAM) 및 JSC "복합".
수직 착륙
대기 중에 날아갈 때, CROWN의 탄소 섬유 파워 구조는 VIAM에서 Burans를 위해 개발 된 열 차폐 타일을 덮을 것이고 그 이후 크게 개선되었습니다. "우리의 로켓의 주요 열 부하는 고온 열 보호 요소가 사용되는"코 "에 집중되어 있다고 디자이너는 설명합니다. - 동시에 로켓의 확장면은 더 큰 지름을 가지며 공기 흐름에 예각을 이룹니다. 온도 부하가 적기 때문에 더 가벼운 재료를 사용할 수 있습니다. 결과적으로 우리는 1,5 이상을 저장했습니다. 고온 부품의 질량은 열 보호 총 질량의 6 %를 초과하지 않습니다. 비교를 위해 "셔틀"은 20 % 이상을 차지합니다. "
매끄러운 테이퍼 형 디자인의 캐리어는 수많은 시행 착오의 결과입니다. 개발자들에 따르면 재사용 가능한 단일 스테이지 운송 업체의 주요 특징 만 취하면 16 000 및 그 조합의 순서를 고려해야합니다. 설계자는 프로젝트에서 작업하는 동안 수백 명을 예상했습니다. "우리는 부란이나 우주 왕복선과 같은 날개를 포기하기로 결정했다. - 전반적으로 대기의 상층에서는 우주선 만 간섭합니다. 이러한 선박은 "철"보다 더 나은 극 초음속 사운드로 대기에 진입하고 초음속에서만 그들은 수평 비행으로 이동하며 날개의 공기 역학에 적절하게 의존 할 수 있습니다. "
축 대칭 원추형은 열 보호를 용이하게 할뿐만 아니라 매우 빠른 속도로 주행 할 때 공기 역학이 우수합니다. 이미 상부 대기권에서 로켓은 리프트 포스 (lift force)를받습니다.이 리프트 포스는 여기에서 느려지는 것뿐만 아니라 기동 할 수 있습니다. 이는 차례로 높은 고도에서 필요한 기동을 수행하여 착륙 지점으로 향하는 것을 가능하게하고, 추가 비행에서는 약한 기동 엔진을 사용하여 제동을 완수하고 코스를 수정하고 선미를 아래로 내리기 만합니다.
Falcon 9와 New Shepard를 모두 기억하십시오. 수직 착륙에서는 오늘날 불가능하거나 심지어 특이한 것이 없습니다. 동시에, 활주로의 건설 및 운영 중에는 현저하게 작은 힘으로 접근 할 수 있습니다.이 셔틀과 부란은 시간당 수백 킬로미터의 속도로 차량을 감속시키기 위해 수 킬로미터의 길이가 있어야했습니다. 프로젝트의 저자 중 한 명은 "CROWN은 근본적으로 해양 플랫폼에서 벗어나 착륙 할 수 있습니다."라고 말하면서 "최종 착륙 정확도는 10 m 정도가 될 것이고 로켓은 수축 식 공압식 충격 흡수 장치로 내려갑니다"라고 덧붙입니다. 새로운 페이로드를 진단하고, 연료를 보급하고, 재충전하는 것만 남아 있습니다. 그리고 다시 날 수 있습니다.
CROWN은 아직 자금이 부족한 상태에서 구현 중이며, 따라서 Makeev Design Bureau의 개발자는 초안 디자인의 마지막 단계에만 도달 할 수있었습니다. "우리는 외부 지원없이이 단계를 거의 완전히 그리고 완전히 우리 자신의 것으로 넘어갔습니다. 할 수있는 모든 일은 이미 완료했습니다. 디자이너에게 말하십시오. - 우리는 무엇을 언제 어디서 생산해야하는지 알고 있습니다. 이제 우리는 실질적인 설계, 핵심 어셈블리의 생산 및 개발로 나아갈 필요가 있습니다. 그리고 이것은 돈이 필요합니다. 그래서 모든 것이 그들에 달려 있습니다. "
지연된 시작
탄소 섬유 로켓은 필요한 지원을 받으면서 대규모 발사를 기대하며 설계자는 6 년 후에 비행 테스트를 시작할 준비가되고 첫 번째 로켓의 시범 운행을 시작하기 위해 7-8시 후에 준비를 마친다. 그들의 견적에 따르면, 이것은 로켓 생산의 기준에 의해 2 억 달러 이하의 금액을 요구합니다. 이 경우 상업적 발사 횟수가 현재 수준으로 유지되거나 1,5 년 이상 지속되는 경우 로켓 사용 후 7 년이 지나면 예측 수익률로 예상되는 투자 수익률을 기대할 수 있습니다.
또한 기동 엔진의 로켓에 존재, 접근 및 도킹의 수단으로 복잡한 다중 발사 계획을 기대할 수 있습니다. 연료를 착륙에 사용하지 않고 탑재량을 추가하면 11 m 이상으로 대량으로 가져올 수 있습니다. 그러면 CROWN이 두 번째 "유조선"과 도킹하여 반환에 필요한 추가 연료를 탱크에 채 웁니다. 그러나 재사용이 더 중요합니다. 처음 사용하기 시작할 때마다 이동 통신사를 모으지 않아도되며, 출시 할 때마다 잃어 버리게됩니다. 그러한 접근 만이 지구와 궤도 사이의 안정적인 양자화물 운송의 생성을 보장 할 수 있으며, 동시에 지구와 가까운 공간에 대한 실제적이고 적극적인 대규모 착취의 시작을 보장 할 수 있습니다.
그 동안 CROWN은 림보 (limbo)에 머물러 있고, New Shepard에서의 작업은 계속됩니다. 비슷한 일본 프로젝트 인 RVT도 개발 중입니다. 러시아 개발자들은 돌파구를 충분히 지원하지 못할 수도 있습니다. 몇 십억 달러가 있다면 세계에서 가장 크고 호화로운 요트보다 훨씬 더 나은 투자가 될 것입니다.
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