Vehicul de lansare Soyuz-5: vom ajunge la ultimul vagon?
Lansați vehiculul „Soyuz-5” sau „Irtysh”
Delicii de inginerie
Programul Soyuz-5 a fost lansat în 2015 cu scopul de a crea un vehicul de lansare de clasă medie capabil să lanseze pe orbită 17 tone de sarcină utilă. În gama largă de tehnologii de rachete interne pentru spațiu, produsul ocupă o poziție intermediară între Soyuz-2.1 și Proton-M. Primul este capabil să lanseze până la 9 tone pe orbita joasă a Pământului, al doilea - 22,4 tone simultan. Absența unei legături intermediare în linia de rachetă nu amenință nimic critic, dacă nu țineți cont de interesele afacerilor.
Costul punerii pe orbită a unui kilogram de sarcină utilă pentru Proton-M este puțin sub 3 mii de dolari, dar mai întâi trebuie să încărcați racheta grea cu comenzi pentru 22 de tone. Situația este similară cu vehiculul de lansare și mai greu Angara-A5, care, în plus, nu are deloc lansări comerciale. Și este puțin probabil să se întâmple în viitorul apropiat - costul lansării unei rachete se apropie de 120 de milioane de dolari. Mai mult, fiecare kilogram de sarcină utilă costă cinci mii de dolari. Cea mai grea rachetă de clasă mijlocie din Rusia este Soyuz-2.1, pentru care un kilogram de marfă pe orbita joasă a Pământului costă de la 5,5 la 7 mii de dolari. În același timp, costul lansării rachetei în sine este de aproximativ 48 de milioane de dolari, ceea ce este în prezent foarte prietenos cu bugetul.
Sarcina principală a dezvoltatorilor sistemului Soyuz-5 nu a fost doar să intre în nișa dintre Soyuz-2.1 și Proton-M, ci și să obțină un cost de lansare de cel mult 55-56 de milioane de dolari. Pentru a realiza acest lucru, racheta trebuie să devină cea mai economică dintre întreaga linie Roscosmos. În primul rând, datorită motoarelor rachete RD-171MV. Anul trecut, 2023, au fost asamblate încă două motoare, ale căror caracteristici sunt unice nu numai pentru Rusia, ci și pentru întreaga lume.
Compararea gigantului cu motoarele de rachetă moderne poate fi foarte condiționată - cei mai avansati dintre ei, Raptor și Merlin din biroul lui Elon Musk, trăiesc într-o categorie de greutate complet diferită. Dezvoltat la NPO Energomash din Khimki, lângă Moscova, RD-171MV cântărește 10,3 tone și dezvoltă 246 mii cai putere. Cel mai probabil, aceasta este acum cea mai puternică centrală electrică din lume dintre toate tipurile. Pentru comparație, proiectat și mai puternic spărgător de gheață domestic al clasei Leader din lume este planificat să fie echipat cu o centrală nucleară cu o capacitate de „doar” 75 de mii de cai putere. Dacă totul decurge conform planului, atunci un motor RD-171MV ar trebui să fie suficient pentru a alimenta prima etapă a vehiculului de lansare Soyuz-5. O trăsătură caracteristică a motorului sunt patru camere de ardere și, în consecință, patru duze cu jet.
Forța lui RD-171MV este estimată la 800 de tone, ceea ce este cu 110 de tone mai mare decât cea a celui mai puternic F-1 american cândva. Motoarele acestei serii cu o singură cameră de ardere au fost instalate pe vehiculul de lansare Saturn 5, care a transportat astronauți pe Lună. Dezvoltatorii RD-171MV iau în considerare posibilitatea de a-l folosi pentru a lansa misiuni nu numai pe Lună, ci și pe Marte. Motorul va fi instalat pe racheta de clasă medie Soyuz-5, precum și pe racheta super-grea Yenisei. Acesta din urmă trebuie să returneze în cele din urmă Rusia în spațiul profund.
RD-171MV
RD-171MV nu a fost dezvoltat de la zero. Ca multe lucruri în tehnologia de inginerie internă, motorul își are originile în Uniunea Sovietică. În primul rând, potențialul inerent designului anilor 70-80 ai secolului trecut nu a fost încă epuizat. În al doilea rând, crearea de produse complet noi este acum un lux inaccesibil pentru Roscosmos. În special cele complexe precum motoarele de rachetă. Nu există timp și nici fonduri pentru asta. Nimeni din lume nu practică acest lucru - toată lumea încearcă să stoarce până la ultimul soluții dovedite. Excepția este Elon Musk - Raptor și Merlon lui au fost create de la zero doar din cauza lipsei motoarelor de rachetă din această clasă în Statele Unite.
Prototipul RD-171MV a fost RD-171M, dezvoltat pentru programul Energia - Buran. Apropo, predecesorul cu 230 de mii de cai putere a fost și cel mai puternic motor de rachetă din lumea vremii sale. Dar nu este vorba doar de putere. Puteți crea un motor care, teoretic, va trage jumătate din lume, dar în același timp consumă o cantitate indecentă de combustibil. Pentru a evalua perfecțiunea energetică a produselor, oamenii de știință rachete au un indicator de impuls specific, măsurat în secunde. Pentru a spune foarte simplu, cu cât este mai mare, cu atât motorul folosește combustibil mai eficient. Pentru RD-171MV, impulsul specific este de 311 secunde la nivelul mării, ceea ce este un record în clasa sa. Dar nu absolut - se presupune că American Raptor produce 330 de secunde. Mult aici depinde nu numai de perfecțiunea designului, ci și de combustibilul folosit. De exemplu, motorul principal al „Energiei” sovietice era alimentat de un combustibil aproape ideal - hidrogen (oxidant - oxigen), motiv pentru care impulsul specific a ajuns la 450 de secunde. Dar dificultățile și pericolele cu hidrogenul sunt clare pentru toată lumea, motiv pentru care nu este larg răspândit în industria spațială.
Killer Falcon 9 se repezi în spațiu
RD-171MV nu este singura soluție unică în cadrul programului Soyuz-5 sau, așa cum este numit și Irtysh. Motoarele de la Khimki sunt instalate pe prima etapă a vehiculului de lansare, iar RD-0124MS sunt prevăzute pentru a doua. Este interesant că prototipul a fost RD-0124, creat în 1993 - a fost primul motor de rachetă din Rusia post-sovietică. Modificarea MS se află în prezent în faza de proiectare și testare a primelor prototipuri, dar parametrii declarați sunt încurajatori. În vid (mediul principal de operare), produsul produce până la 60 de tone și consumă combustibil (oxigen și naftil) foarte eficient - 334 de secunde la nivelul mării.
RD-0124MS pentru a doua etapă a Soyuz-5
Ei plănuiesc să instaleze două motoare cu patru camere pe fiecare rachetă Soyuz-5. Testele de la Biroul de proiectare a automatizării chimice din Voronezh sunt în plină desfășurare, dar nu a sosit momentul pentru producerea de mostre comerciale. Va fi foarte bine dacă acest lucru se va întâmpla în 2024 actual.
Lista de inovații a proiectului Soyuz-5 include utilizarea aliajului promițător de aluminiu-magneziu 1580 pentru rezervoare și compartimente de tranziție ale vehiculului de lansare. Să vă spunem puțin despre acest aliaj de înaltă rezistență. Judecând după datele deschise din 2020, a fost dezvoltat de specialiști de la RUSAL. Aliajul 1580 conține magneziu, cu 0,1% scandiu și 0,15% zirconiu utilizat ca aditivi de aliere. Specificațiile tehnice pentru metalurgiști includeau inițial posibilitatea fabricării compartimentelor vehiculelor de lansare folosind tehnologia WAAM, adică imprimarea 3D cu sârmă metalică, care folosește sudarea cu arc.
Ca rezultat, dezvoltatorii Soyuz-5 au posibilitatea de a crea structuri complexe cu un raport unic rezistență-greutate din aliajul de aluminiu-magneziu 1580. La sfârșitul lunii decembrie 2023, un rezervor experimental din acest aliaj a fost asamblat la Centrul Spațial și Rachetă Progress, iar în viitorul apropiat va fi testat dinamic la Institutul Central de Cercetare de Inginerie Mecanică. Vorbim despre rezervorul din prima etapă pentru oxidant - oxigen. Rezervorul de combustibil, nafta, a fost creat chiar mai devreme și a fost deja testat complet. În a doua etapă, inginerii au fost primii din industrie care au folosit un fund combinat al rezervoarelor de combustibil și de oxidant, ceea ce a redus greutatea și dimensiunea finală a produsului. Folosirea aliajului de aluminiu-magneziu 1580 este mult mai ieftină decât aluminiul-litiu de la SpaceX pentru vehiculele de lansare Falcon 9. Cu toate acestea, produsele autohtone fabricate din aliaj 1580 sunt mai mari și mai grele decât cele produse de biroul lui Elon Musk.
O soluție de inginerie non-trivială pare să fie utilizarea pieselor de sudură ale rezervoarelor folosind metoda amestecării prin frecare. Tehnologia face posibilă să nu se topească suprafețele sudate în stare lichidă, motiv pentru care practic nu există defecte de sudură după răcire. Toate echipamentele pentru un proces de inginerie atât de delicat au fost dezvoltate la JSC Cheboksary Enterprise Sespel.
Principalul avantaj al vehiculului de lansare Soyuz-5 este masa mai mare de sarcină utilă livrată pe orbită decât cea a principalului său concurent, Falcon 9. Conform calculelor, cu aproximativ 10-15 la sută. În același timp, costul lansării rachetei ar trebui să rămână același - 55-56 de milioane de dolari, ceea ce este mai mic decât Falcon 9 cu 62 de milioane, chiar și în versiunea cu o primă etapă returnabilă. Apropo, în cadrul subiectului Soyuz-5, autorii iau în considerare posibilitatea de a returna prima etapă pe Pământ și de a o reutiliza. Nu există probleme cu motoarele în acest sens - inițial sunt reutilizabile. Ei plănuiesc să efectueze o coborâre moale folosind parașute. Dacă totul decurge conform planului, atunci Rusia ar putea prelua unii dintre clienții SpaceX, în special din țările prietene. De exemplu, dezvoltatorii privați din India și China pot folosi foarte bine serviciile Soyuz-5. Având în vedere creșterea continuă a traficului în apropierea spațiului, vehiculele de lansare rentabile nu vor rămâne inactiv în niciun caz.
La sfârșit există puțin gudron în unguent. La începutul anului 2024, dezvoltatorii plănuiesc prima lansare a rachetei Soyuz-5 finite pe 24 decembrie 2025. Dacă te uiți la arhivele pentru 2017-2019, exploatarea comercială a noului sistem ar fi trebuit să înceapă anul trecut. Datele de lansare sunt în mod constant amânate și, într-o anumită măsură, acest lucru este justificat. Principalul lucru este că acest lucru nu devine un proces permanent.
informații