रूसी अंतरिक्ष

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

यह माना जाता है कि प्रौद्योगिकियां हमेशा धीरे-धीरे विकसित होती हैं, सरल से जटिल तक, पत्थर के चाकू से स्टील तक - और उसके बाद ही एक क्रमादेशित मिलिंग मशीन तक। हालाँकि, अंतरिक्ष रॉकेट का भाग्य इतना सीधा नहीं निकला। लंबे समय तक सरल, विश्वसनीय एकल-चरण मिसाइलों का निर्माण डिजाइनरों के लिए दुर्गम रहा।

समाधान की आवश्यकता थी जो न तो भौतिक वैज्ञानिक और न ही इंजन इंजीनियर पेश कर सकते थे। अब तक, लॉन्च वाहन मल्टीस्टेज और डिस्पोजेबल रहते हैं: एक अविश्वसनीय रूप से जटिल और महंगी प्रणाली का उपयोग कुछ मिनटों के लिए किया जाता है और फिर फेंक दिया जाता है।

"कल्पना कीजिए कि प्रत्येक उड़ान से पहले आप एक नया विमान इकट्ठा करेंगे: आप धड़ को पंखों से जोड़ेंगे, बिजली के केबल बिछाएंगे, इंजन लगाएंगे, और उतरने के बाद आप इसे कबाड़खाने में भेज देंगे … आप इतनी दूर नहीं उड़ सकते, "राज्य मिसाइल केंद्र के डेवलपर्स ने हमें बताया। मेकेवा। "लेकिन यह वही है जो हम हर बार जब हम कार्गो को कक्षा में भेजते हैं। बेशक, आदर्श रूप से हर कोई एक विश्वसनीय एक-चरण "मशीन" चाहता है जिसे असेंबली की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन कॉस्मोड्रोम में आता है, ईंधन भरा और लॉन्च किया जाता है। और फिर यह वापस आता है और फिर से शुरू होता है - और फिर "…

आधे रास्ते में

मोटे तौर पर, रॉकेटरी ने शुरुआती परियोजनाओं से एक चरण के साथ प्राप्त करने की कोशिश की। Tsiolkovsky के प्रारंभिक रेखाचित्रों में, बस ऐसी संरचनाएँ दिखाई देती हैं। उन्होंने इस विचार को बाद में ही त्याग दिया, यह महसूस करते हुए कि बीसवीं शताब्दी की शुरुआत की तकनीकों ने इस सरल और सुरुचिपूर्ण समाधान को साकार करने की अनुमति नहीं दी। 1960 के दशक में सिंगल-स्टेज कैरियर्स में रुचि फिर से उठी और इस तरह की परियोजनाओं पर समुद्र के दोनों किनारों पर काम किया जा रहा था। 1970 के दशक तक, संयुक्त राज्य अमेरिका एकल-चरण रॉकेट SASSTO, फीनिक्स और S-IVB पर आधारित कई समाधानों पर काम कर रहा था, जो कि शनि V लॉन्च वाहन का तीसरा चरण था, जिसने अंतरिक्ष यात्रियों को चंद्रमा तक पहुंचाया।

कोरोना को रोबोट बनना होगा और नियंत्रण प्रणाली के लिए बुद्धिमान सॉफ्टवेयर प्राप्त करना होगा। सॉफ़्टवेयर सीधे उड़ान में अपडेट करने में सक्षम होगा, और आपातकालीन स्थिति में बैकअप स्थिर संस्करण में स्वचालित रूप से "रोल बैक" हो जाएगा।

"ऐसा विकल्प वहन क्षमता में भिन्न नहीं होगा, इंजन इसके लिए पर्याप्त नहीं थे, लेकिन यह अभी भी एक चरण होगा, जो कक्षा में उड़ान भरने में काफी सक्षम होगा," इंजीनियरों ने जारी रखा। "बेशक, आर्थिक रूप से यह पूरी तरह से अनुचित होगा।" उनके साथ काम करने के लिए कंपोजिट और प्रौद्योगिकियां हाल के दशकों में ही दिखाई दी हैं, जो वाहक को एक-चरण और इसके अलावा, पुन: प्रयोज्य बनाना संभव बनाती हैं। इस तरह के "विज्ञान-गहन" रॉकेट की लागत पारंपरिक डिजाइन की तुलना में अधिक होगी, लेकिन इसे कई लॉन्चों पर "फैलाया" जाएगा, ताकि लॉन्च की कीमत सामान्य स्तर से काफी कम हो।

यह मीडिया पुन: प्रयोज्य है जो आज डेवलपर्स का मुख्य लक्ष्य है। स्पेस शटल और एनर्जिया-बुरान सिस्टम आंशिक रूप से पुन: प्रयोज्य थे। स्पेसएक्स फाल्कन 9 रॉकेट के लिए पहले चरण के बार-बार उपयोग का परीक्षण किया जा रहा है। स्पेसएक्स ने पहले ही कई सफल लैंडिंग की हैं, और मार्च के अंत में वे उन चरणों में से एक को लॉन्च करने का प्रयास करेंगे जो फिर से अंतरिक्ष में चले गए। "हमारी राय में, यह दृष्टिकोण केवल एक वास्तविक पुन: प्रयोज्य मीडिया बनाने के विचार को बदनाम कर सकता है," मेकेव डिज़ाइन ब्यूरो नोट करता है। "आपको अभी भी प्रत्येक उड़ान के बाद ऐसे रॉकेट को छांटना है, कनेक्शन और नए डिस्पोजेबल घटकों को स्थापित करना है … और हम वापस वहीं हैं जहां हमने शुरू किया था।"

पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य मीडिया अभी भी केवल परियोजनाओं के रूप में हैं - अमेरिकी कंपनी ब्लू ओरिजिन द्वारा न्यू शेपर्ड के अपवाद के साथ।अब तक, एक मानवयुक्त कैप्सूल के साथ रॉकेट को केवल अंतरिक्ष पर्यटकों की उपकक्षीय उड़ानों के लिए डिज़ाइन किया गया है, लेकिन इस मामले में पाए जाने वाले अधिकांश समाधानों को अधिक गंभीर कक्षीय वाहक के लिए आसानी से बढ़ाया जा सकता है। कंपनी के प्रतिनिधि ऐसा विकल्प बनाने की अपनी योजनाओं को नहीं छिपाते हैं, जिसके लिए पहले से ही शक्तिशाली बीई -3 और बीई -4 इंजन विकसित किए जा रहे हैं। "हर उपकक्षीय उड़ान के साथ, हम कक्षा में पहुंचते हैं," ब्लू ओरिजिन का आश्वासन दिया। लेकिन उनका होनहार वाहक, न्यू ग्लेन, भी पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य नहीं होगा: पहले से ही परीक्षण किए गए न्यू शेपर्ड डिजाइन के आधार पर बनाए गए केवल पहले ब्लॉक का पुन: उपयोग किया जाना चाहिए।

सामग्री प्रतिरोध

1990 के दशक से एयरोस्पेस प्रौद्योगिकी में पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य और एकल-चरण रॉकेट के लिए आवश्यक CFRP सामग्री का उपयोग किया गया है। उन्हीं वर्षों में, मैकडॉनेल डगलस के इंजीनियरों ने डेल्टा क्लिपर (डीसी-एक्स) परियोजना को जल्दी से लागू करना शुरू कर दिया और आज एक तैयार और उड़ने वाले कार्बन फाइबर वाहक का दावा कर सकते हैं। दुर्भाग्य से, लॉकहीड मार्टिन के दबाव में, डीसी-एक्स पर काम बंद कर दिया गया था, प्रौद्योगिकियों को नासा में स्थानांतरित कर दिया गया था, जहां उन्होंने असफल वेंचरस्टार परियोजना के लिए उनका उपयोग करने की कोशिश की, जिसके बाद इस विषय में शामिल कई इंजीनियर ब्लू ओरिजिन में काम करने चले गए, और कंपनी को ही बोइंग ने अपने कब्जे में ले लिया।

उसी 1990 के दशक में, रूसी एसआरसी मेकेव इस कार्य में रुचि रखने लगे। उसके बाद के वर्षों में, कोरोना परियोजना ("अंतरिक्ष रॉकेट, एकल-चरण वाहक [अंतरिक्ष के] वाहन") में एक उल्लेखनीय विकास हुआ है, और मध्यवर्ती संस्करण दिखाते हैं कि कैसे डिजाइन और लेआउट अधिक से अधिक सरल और परिपूर्ण हो गया। धीरे-धीरे, डेवलपर्स ने जटिल तत्वों को छोड़ दिया - जैसे पंख या बाहरी ईंधन टैंक - और यह समझ में आया कि मुख्य शरीर सामग्री कार्बन फाइबर होना चाहिए। उपस्थिति के साथ, वजन और वहन क्षमता दोनों बदल गए। डेवलपर्स में से एक का कहना है, "यहां तक कि सर्वोत्तम आधुनिक सामग्रियों का उपयोग करके, 60-70 टन से कम वजन वाले एकल-चरण रॉकेट का निर्माण करना असंभव है, जबकि इसका पेलोड बहुत छोटा होगा।" - लेकिन जैसे-जैसे शुरुआती द्रव्यमान बढ़ता है, संरचना (एक निश्चित सीमा तक) एक छोटे से हिस्से के लिए जिम्मेदार होती है, और इसका उपयोग करना अधिक से अधिक लाभदायक हो जाता है। एक कक्षीय रॉकेट के लिए, यह इष्टतम लगभग 160-170 टन है, इस पैमाने से शुरू करके इसका उपयोग पहले से ही उचित हो सकता है।"

कोरोना परियोजना के नवीनतम संस्करण में, प्रक्षेपण द्रव्यमान और भी अधिक है और 300 टन तक पहुंचता है। इतने बड़े एकल-चरण रॉकेट के लिए हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पर चलने वाले अत्यधिक कुशल तरल-प्रणोदक जेट इंजन के उपयोग की आवश्यकता होती है। अलग-अलग चरणों में इंजनों के विपरीत, इस तरह के तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजन को बहुत अलग परिस्थितियों में और अलग-अलग ऊंचाई पर संचालित करने में सक्षम होना चाहिए, जिसमें वायुमंडल के बाहर टेकऑफ़ और उड़ान शामिल है। मेकयेवका डिजाइनरों को समझाते हुए, "लवल नोजल के साथ एक पारंपरिक तरल-प्रणोदक इंजन केवल कुछ ऊंचाई सीमाओं पर प्रभावी होता है," इसलिए हमें एक वेज-एयर रॉकेट इंजन का उपयोग करने की आवश्यकता हुई।" ऐसे इंजनों में गैस जेट स्वचालित रूप से "ओवरबोर्ड" दबाव में समायोजित हो जाता है, और वे सतह पर और समताप मंडल में उच्च दोनों पर कुशल रहते हैं।

पेलोड कंटेनर

अब तक, दुनिया में इस प्रकार का कोई काम करने वाला इंजन नहीं है, हालांकि वे हमारे देश और संयुक्त राज्य अमेरिका दोनों में निपटाए जा रहे हैं। 1960 के दशक में, Rocketdyne इंजीनियरों ने स्टैंड पर ऐसे इंजनों का परीक्षण किया, लेकिन वे मिसाइलों पर स्थापना के लिए नहीं आए। CROWN को एक मॉड्यूलर संस्करण से लैस किया जाना चाहिए, जिसमें वेज-एयर नोजल एकमात्र ऐसा तत्व है जिसका अभी तक कोई प्रोटोटाइप नहीं है और इसका परीक्षण नहीं किया गया है। रूस में मिश्रित भागों के उत्पादन के लिए सभी प्रौद्योगिकियां भी हैं - उन्हें विकसित किया गया है और सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, अखिल रूसी विमानन सामग्री संस्थान (VIAM) और JSC Kompozit में।

लंबवत फिट

वायुमंडल में उड़ते समय, कोरोना कार्बन-फाइबर लोड-असर संरचना को VIAM द्वारा बुरेन के लिए विकसित हीट-शील्डिंग टाइलों से ढक दिया जाएगा और तब से इसमें उल्लेखनीय सुधार हुआ है।"हमारे रॉकेट पर मुख्य ताप भार इसकी" नाक "पर केंद्रित है, जहां उच्च तापमान वाले थर्मल सुरक्षा तत्वों का उपयोग किया जाता है, - डिजाइनर बताते हैं। - इस मामले में, रॉकेट के विस्तार वाले पक्षों का व्यास बड़ा होता है और वे वायु प्रवाह के तीव्र कोण पर होते हैं। उन पर थर्मल लोड कम होता है, जो हल्की सामग्री के उपयोग की अनुमति देता है। नतीजतन, हमने 1.5 टन से अधिक बचाया है उच्च तापमान वाले हिस्से का द्रव्यमान थर्मल संरक्षण के कुल द्रव्यमान का 6% से अधिक नहीं है। तुलना के लिए, शटल में यह 20% से अधिक है।"

मीडिया का चिकना पतला डिजाइन अनगिनत परीक्षण और त्रुटि का परिणाम है। डेवलपर्स के अनुसार, यदि आप एक संभावित पुन: प्रयोज्य एकल-चरण वाहक की केवल प्रमुख विशेषताओं को लेते हैं, तो आपको उनमें से लगभग 16,000 संयोजनों पर विचार करना होगा। परियोजना पर काम करते समय डिजाइनरों द्वारा उनमें से सैकड़ों की सराहना की गई। "हमने पंखों को छोड़ने का फैसला किया, जैसे बुरान या स्पेस शटल पर," वे कहते हैं। - कुल मिलाकर, ऊपरी वायुमंडल में, वे केवल अंतरिक्ष यान में हस्तक्षेप करते हैं। ऐसे जहाज हाइपरसोनिक गति से वायुमंडल में प्रवेश करते हैं जो "लोहे" से बेहतर नहीं है, और केवल सुपरसोनिक गति से ही वे क्षैतिज उड़ान पर स्विच करते हैं और पंखों के वायुगतिकी पर ठीक से भरोसा कर सकते हैं।

अक्षीय शंकु आकार न केवल आसान थर्मल संरक्षण की अनुमति देता है, बल्कि बहुत तेज गति से ड्राइविंग करते समय अच्छा वायुगतिकीय भी होता है। पहले से ही वायुमंडल की ऊपरी परतों में, रॉकेट को एक लिफ्ट प्राप्त होती है, जो इसे न केवल यहां ब्रेक लगाने की अनुमति देती है, बल्कि पैंतरेबाज़ी भी करती है। यह, बदले में, उच्च ऊंचाई पर आवश्यक युद्धाभ्यास करना संभव बनाता है, लैंडिंग साइट के लिए जा रहा है, और भविष्य की उड़ान में, केवल ब्रेकिंग को पूरा करना, पाठ्यक्रम को सही करना और कमजोर शंटिंग का उपयोग करके पीछे की ओर मुड़ना आवश्यक होगा। इंजन।

फाल्कन 9 और न्यू शेपर्ड दोनों को याद करें: आज ऊर्ध्वाधर लैंडिंग में कुछ भी असंभव या असामान्य नहीं है। साथ ही, यह रनवे के निर्माण और संचालन के दौरान काफी कम बलों के साथ प्राप्त करना संभव बनाता है - जिस रनवे पर एक ही शटल और बुरान उतरा था, उस पर वाहन को ब्रेक करने के लिए कई किलोमीटर की लंबाई होनी चाहिए थी सैकड़ों किलोमीटर प्रति घंटे की रफ्तार से। "क्राउन, सिद्धांत रूप में, एक अपतटीय मंच से भी उड़ान भर सकता है और उस पर उतर सकता है," परियोजना के लेखकों में से एक कहते हैं, "अंतिम लैंडिंग सटीकता लगभग 10 मीटर होगी, रॉकेट को वापस लेने योग्य वायवीय सदमे अवशोषक पर उतारा जाता है। केवल निदान करना, ईंधन भरना, एक नया पेलोड रखना है - और आप फिर से उड़ान भर सकते हैं।

कोरोना अभी भी फंडिंग के अभाव में लागू किया जा रहा है, इसलिए मेकव डिजाइन ब्यूरो के डेवलपर्स केवल ड्राफ्ट डिजाइन के अंतिम चरण तक पहुंचने में कामयाब रहे। "हमने बाहरी समर्थन के बिना इस चरण को लगभग पूरी तरह से और पूरी तरह से स्वतंत्र रूप से पारित किया है। हम पहले ही वह सब कुछ कर चुके हैं जो किया जा सकता था, - डिजाइनरों का कहना है। - हम जानते हैं कि क्या, कहां और कब उत्पादन किया जाना चाहिए। अब हमें प्रमुख इकाइयों के व्यावहारिक डिजाइन, उत्पादन और विकास के लिए आगे बढ़ने की जरूरत है, और इसके लिए धन की आवश्यकता होती है, इसलिए अब सब कुछ उन पर निर्भर करता है।"

देरी से प्रारम्भ

सीएफआरपी रॉकेट केवल बड़े पैमाने पर लॉन्च की उम्मीद करता है; आवश्यक समर्थन प्राप्त करने पर, डिजाइनर छह साल में उड़ान परीक्षण शुरू करने के लिए तैयार हैं, और सात से आठ साल में - पहली मिसाइलों का प्रायोगिक संचालन शुरू करने के लिए। उनका अनुमान है कि इसके लिए 2 अरब डॉलर से भी कम की आवश्यकता है - रॉकेट विज्ञान मानकों से ज्यादा नहीं। उसी समय, रॉकेट का उपयोग करने के सात साल बाद निवेश पर वापसी की उम्मीद की जा सकती है, अगर वाणिज्यिक लॉन्च की संख्या मौजूदा स्तर पर बनी रहती है, या 1.5 साल में भी - अगर यह अनुमानित दरों पर बढ़ती है।

इसके अलावा, रॉकेट पर पैंतरेबाज़ी इंजन, मिलन स्थल और डॉकिंग उपकरणों की उपस्थिति जटिल बहु-लॉन्च लॉन्च योजनाओं पर भरोसा करना संभव बनाती है। ईंधन को लैंडिंग पर नहीं, बल्कि पेलोड जोड़ने पर, आप इसे 11 टन से अधिक के द्रव्यमान में ला सकते हैं।फिर क्राउन दूसरे, "टैंकर" के साथ डॉक करेगा, जो वापसी के लिए आवश्यक अतिरिक्त ईंधन के साथ अपने टैंक भर देगा। लेकिन फिर भी, बहुत अधिक महत्वपूर्ण पुन: प्रयोज्य है, जो पहली बार हमें प्रत्येक लॉन्च से पहले मीडिया को इकट्ठा करने की आवश्यकता से मुक्त करेगा - और प्रत्येक लॉन्च के बाद इसे खो देगा। केवल ऐसा दृष्टिकोण पृथ्वी और कक्षा के बीच एक स्थिर दो-तरफा यातायात प्रवाह के निर्माण को सुनिश्चित कर सकता है, और साथ ही निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष के वास्तविक, सक्रिय, बड़े पैमाने पर शोषण की शुरुआत भी कर सकता है।

इस बीच, क्राउन अधर में है, न्यू शेपर्ड पर काम जारी है। इसी तरह का एक जापानी प्रोजेक्ट आरवीटी भी विकसित हो रहा है। रूसी डेवलपर्स के पास सफलता के लिए पर्याप्त समर्थन नहीं हो सकता है। यदि आपके पास कुछ अरबों रुपये शेष हैं, तो यह दुनिया की सबसे बड़ी और सबसे शानदार नौका से भी कहीं बेहतर निवेश है।