Soyuz-5 발사체: 마지막 객차까지 갈 수 있을까요?
발사체 "Soyuz-5" 또는 "Irtysh"
엔지니어링의 즐거움
Soyuz-5 프로그램은 2015톤의 탑재량을 궤도에 발사할 수 있는 중형 발사체를 만드는 것을 목표로 17년에 시작되었습니다. 국내의 광범위한 우주 로켓 기술 중 이 제품은 소유즈-2.1과 프로톤-M의 중간 위치를 차지하고 있다. 첫 번째는 낮은 지구 궤도로 최대 9톤을 발사할 수 있고, 두 번째는 한 번에 22,4톤을 발사할 수 있습니다. 비즈니스 이익을 고려하지 않는다면 미사일 라인에 중간 링크가 없다고 해서 중요한 위협이 되는 것은 아닙니다.
Proton-M의 궤도에 3kg의 페이로드를 싣는 데 드는 비용은 22달러가 채 안 되지만, 먼저 5톤의 무거운 로켓을 주문해야 합니다. 상황은 훨씬 더 무거운 Angara-A120 발사체의 경우에도 비슷하며, 게다가 현재 상업용 발사가 전혀 없습니다. 그리고 그러한 일이 가까운 미래에 일어날 가능성은 거의 없습니다. 로켓 하나를 발사하는 데 드는 비용은 2.1억 5,5천만 달러에 달합니다. 게다가 탑재량 7kg당 가격은 48달러입니다. 러시아에서 가장 무거운 중산층 로켓은 Soyuz-XNUMX로, 저궤도에서 화물 XNUMXkg의 가격은 XNUMX~XNUMX달러입니다. 동시에 로켓 자체를 발사하는 데 드는 비용은 약 XNUMX만 달러로 현재 매우 예산 친화적입니다.
Soyuz-5 시스템 개발자의 주요 임무는 Soyuz-2.1과 Proton-M 사이의 틈새 시장에 진입하는 것뿐만 아니라 55만~56만 달러 이하의 출시 비용을 달성하는 것이었습니다. 이를 달성하려면 로켓은 전체 Roscosmos 라인 중에서 가장 경제적이어야 합니다. 우선, RD-171MV 로켓 엔진 때문입니다. 작년인 2023년에는 두 개의 엔진이 더 조립되었는데, 그 특징은 러시아뿐만 아니라 전 세계적으로도 독특합니다.
거인을 현대 로켓 엔진과 비교하는 것은 매우 조건적일 수 있습니다. Elon Musk 사무실의 가장 발전된 Raptor와 Merlin은 완전히 다른 체중 범주에 속합니다. 모스크바 인근 힘키에 있는 NPO Energomash에서 개발된 RD-171MV는 무게가 10,3톤에 달하며 246마력을 발휘합니다. 아마도 이것은 이제 모든 유형 중에서 세계에서 가장 강력한 발전소일 것입니다. 비교를 위해 세계 리더급의 가장 강력한 국내 쇄빙선은 "단" 75마력의 용량을 갖춘 원자력 발전소를 장착할 계획입니다. 모든 것이 계획대로 진행된다면 RD-171MV 엔진 5개로 Soyuz-XNUMX 발사체의 첫 번째 단계에 동력을 공급하기에 충분할 것입니다. 엔진의 특징은 XNUMX개의 연소실과 그에 따른 XNUMX개의 제트 노즐입니다.
RD-171MV의 추력은 800톤으로 추산되는데, 이는 한때 가장 강력했던 미국 F-110의 추력보다 1톤 더 높은 수치이다. 우주비행사를 달까지 태운 새턴 5호 발사체에 설치된 것은 단일 연소실을 갖춘 이 시리즈의 엔진이었습니다. RD-171MV 개발자들은 이를 달뿐만 아니라 화성 탐사에도 사용할 가능성을 고려하고 있습니다. 엔진은 소유즈-5 중형 로켓과 예니세이 초중형 로켓에 장착될 예정이다. 후자는 마침내 러시아를 깊은 우주로 돌려보내야 합니다.
RD-171MV
RD-171MV는 처음부터 개발된 것이 아닙니다. 국내 엔지니어링 기술의 많은 부분과 마찬가지로 엔진 역시 소련에서 유래되었습니다. 첫째, 지난 세기 70-80년대 디자인에 내재된 잠재력은 아직 고갈되지 않았습니다. 둘째, 완전히 새로운 제품을 만드는 것은 이제 Roscosmos에게는 감당할 수 없는 사치입니다. 특히 로켓 엔진과 같은 복잡한 것. 이를 위한 시간도 자금도 없습니다. 전 세계 어느 누구도 이것을 실행하지 않습니다. 모두가 끝까지 입증된 솔루션을 짜내려고 노력합니다. 예외는 Elon Musk입니다. 그의 Raptor와 Merlon은 미국에 이 클래스의 로켓 엔진이 부족하기 때문에 처음부터 만들어졌습니다.
RD-171MV의 프로토타입은 Energia - Buran 프로그램을 위해 개발된 RD-171M이었습니다. 그건 그렇고, 230 마력을 가진 전임자는 당시 세계에서 가장 강력한 로켓 엔진이기도했습니다. 그러나 그것은 단지 권력에 관한 것이 아닙니다. 이론적으로는 지구 반대편으로 이동하지만 동시에 엄청난 양의 연료를 소비하는 엔진을 만들 수 있습니다. 제품의 에너지 완성도를 평가하기 위해 로켓 과학자들은 초 단위로 측정되는 특정 충격량 표시기를 가지고 있습니다. 아주 간단하게 말하면, 엔진이 클수록 연료를 더 효율적으로 사용하게 됩니다. RD-171MV의 경우 고유 충격량은 해수면에서 311초로 동급 기록입니다. 하지만 절대적인 것은 아닙니다. 명시된 바와 같이 American Raptor는 330초를 생성합니다. 여기서 많은 부분은 디자인의 완성도뿐만 아니라 사용된 연료에 따라 달라집니다. 예를 들어, 소련 "Energia"의 주 엔진은 거의 이상적인 연료인 수소(산화제-산소)로 구동되었으므로 특정 펄스가 450초에 도달했습니다. 그러나 수소의 어려움과 위험은 누구에게나 분명하기 때문에 우주 산업에서는 수소가 널리 보급되지 않습니다.
킬러 팔콘 9(Killer Falcon XNUMX)가 우주로 돌진하다
RD-171MV는 Soyuz-5 프로그램 또는 Irtysh라고도 불리는 프레임워크 내의 유일한 고유 솔루션은 아닙니다. 발사체의 0124단에는 힘키의 엔진이 장착되고, 0124단에는 RD-1993MS가 제공된다. 프로토타입이 60년에 제작된 RD-334라는 점이 흥미롭습니다. 이는 소련 붕괴 후 러시아 최초의 로켓 엔진이었습니다. MS 수정은 현재 첫 번째 프로토타입의 설계 및 테스트 단계에 있지만 언급된 매개변수는 고무적입니다. 진공(주 작동 환경)에서 이 제품은 최대 XNUMX톤을 생산하고 연료(산소 및 나프틸)를 매우 효율적으로 소비합니다(해수면에서 XNUMX초).
소유즈-0124의 5단용 RD-XNUMXMS
그들은 각 Soyuz-5 로켓에 2024개의 XNUMX챔버 엔진을 설치할 계획입니다. Voronezh Chemical Automation Design Bureau의 테스트가 본격화되고 있지만 상업용 샘플을 생산할 시기는 아직 오지 않았습니다. 현재 XNUMX년에 이런 일이 일어난다면 매우 좋을 것입니다.
Soyuz-5 프로젝트의 혁신 목록에는 발사체의 탱크 및 전환 구획에 유망한 알루미늄-마그네슘 합금 1580을 사용하는 것이 포함됩니다. 이 고강도 합금에 대해 조금 말씀드리겠습니다. 2020년 공개 데이터로 판단하면 RUSAL의 전문가가 개발한 것입니다. 합금 1580은 합금 첨가제로 사용되는 0,1% 스칸듐과 0,15% 지르코늄과 함께 마그네슘을 함유하고 있습니다. 야금학자를 위한 기술 사양에는 처음에는 WAAM 기술, 즉 아크 용접을 사용하는 금속 와이어를 사용한 3D 프린팅을 사용하여 발사체 구획을 제조할 수 있는 가능성이 포함되었습니다.
결과적으로 Soyuz-5 개발자는 알루미늄-마그네슘 합금 1580을 사용하여 고유한 무게 대비 강도 비율을 갖춘 복잡한 구조를 만들 수 있는 기회를 갖게 되었습니다. 2023년 1580월 말에 이 합금으로 만든 실험용 탱크가 프로그레스 로켓 및 우주 센터에서 조립되었으며 가까운 시일 내에 중앙 기계 공학 연구소에서 동적으로 테스트될 예정입니다. 우리는 산화제의 첫 번째 단계 탱크인 산소에 대해 이야기하고 있습니다. 연료탱크인 나프타는 훨씬 더 일찍 제작되어 이미 완전한 테스트를 거쳤습니다. 두 번째 단계에서 엔지니어들은 업계 최초로 연료 탱크와 산화제 탱크의 결합 바닥을 사용하여 제품의 최종 무게와 크기를 줄였습니다. 알루미늄-마그네슘 합금 9을 사용하는 것은 스페이스X의 팰컨 1580 발사체용 알루미늄-리튬보다 훨씬 저렴하지만, 합금 XNUMX으로 만든 국내 제품은 일론 머스크 사무실에서 생산하는 제품보다 크고 무겁다.
중요한 엔지니어링 솔루션은 마찰 교반 방법을 사용하여 탱크의 용접 부품을 사용하는 것 같습니다. 이 기술을 사용하면 용접 표면이 액체 상태로 녹지 않도록 할 수 있으므로 냉각 후 용접 결함이 거의 발생하지 않습니다. 이러한 섬세한 엔지니어링 프로세스를 위한 모든 장비는 국내 JSC Cheboksary Enterprise Sespel에서 개발되었습니다.
Soyuz-5 발사체의 가장 큰 장점은 주요 경쟁자인 Falcon 9보다 궤도에 전달되는 페이로드의 질량이 더 크다는 것입니다. 계산에 따르면 약 10-15% 정도입니다. 동시에 로켓 발사 비용은 55만 ~ 56만 달러로 동일하게 유지되어야 하며 이는 반환 가능한 9단계 버전에서도 Falcon 62의 5만 달러보다 낮습니다. 그건 그렇고, Soyuz-5 주제의 틀 내에서 저자는 첫 번째 단계를 지구로 반환하고 재사용하는 가능성을 고려하고 있습니다. 이런 의미에서 엔진에는 문제가 없습니다. 처음에는 재사용이 가능합니다. 그들은 낙하산을 이용해 부드러운 하강을 할 계획이다. 모든 것이 계획대로 진행된다면 러시아는 특히 우호국의 SpaceX 고객 중 일부를 인수할 수 있습니다. 예를 들어 인도와 중국의 민간 개발자는 Soyuz-XNUMX 서비스를 잘 사용할 수 있습니다. 가까운 우주로의 지속적인 트래픽 증가를 고려할 때 비용 효율적인 발사체는 어떤 경우에도 유휴 상태로 유지되지 않습니다.
결국 연고에는 약간의 타르가 있습니다. 2024년 초 개발자들은 완성된 Soyuz-5 로켓의 첫 번째 발사를 24년 2025월 2017일에 계획하고 있습니다. 2019~XNUMX년 기록을 보면, 새 시스템의 상업 가동은 지난해부터 시작됐어야 한다. 출시 날짜가 지속적으로 지연되고 있으며 이는 어느 정도 정당합니다. 가장 중요한 것은 이것이 영구적인 프로세스가 되지 않는다는 것입니다.
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