Альтернативная история освоения космоса
Дельта принтеры крайне требовательны к точности изготовления комплектующих (геометрия рамы, длины диагоналей, люфтам соединения диагоналей, эффектора и кареток) и всей геометрии принтера. Так же, если концевые выключатели (EndStop) расположены на разной высоте (или разный момент срабатывания в случае контактных концевиков), то высота по каждой из осей оказывается разная и мы получаем наклонную плоскость не совпадающая с плоскостью рабочего столика(стекла). Данные неточности могут быть исправлены либо механически (путем регулировки концевых выключателей по высоте), либо программно. Мы используем программный способ калибровки.
Далее будут рассмотрены основные настройки дельта принтера.
Для управления и настройки принтера мы используем программу Pronterface.
Калибровка принтера делится на три этапа:
1 Этап. Корректируем плоскость по трем точкам
Выставление в одну плоскость трех точек — A, B, C (расположенных рядом с тремя направляющими). По сути необходимо уточнить высоту от плоскости до концевых выключателей для каждой из осей.
Большинство (если не все) платы для управления трехмерным принтером (В нашем случае RAMPS 1.4) работают в декартовой системе координат, другими словами есть привод на оси: X, Y, Z.
В дельта принтере необходимо перейти от декартовых координат к полярным. Поэтому условимся, что подключенные к двигателям X, Y, Z соответствует осям A, B, C.(Против часовой стрелки начиная с любого двигателя, в нашем случае смотря на логотип слева — X-A, справа Y-B, дальний Z-C) Далее при слайсинге, печати и управлении принтером в ручном режиме, мы будем оперировать классической декартовой системой координат, электроника принтера сама будет пересчитывать данные в нужную ей систему. Это условность нам необходима для понятия принципа работы и непосредственной калибровки принтера. 
Точки, по которым мы будем производить калибровку назовем аналогично (A, B, C) и позиция этих точек равна A= X-52 Y-30; B= X+52 Y-30; C= X0 Y60. 
Алгоритм настройки:
- Подключаемся к принтеру. (В случае “крагозяб” в командной строке, необходимо сменить скорость COM порта. В нашем случае с 115200 на 250000 и переподключится)
После чего мы увидим все настройки принтера. - Обнуляем высоты осей X, Y, Z командой M666 x0 y0 z0.
И сохраняем изменения командой M500. После каждого изменения настроек необходимо нажать home (или команда g28), для того что бы принтер знал откуда брать отсчет. - Калибровка принтера производится “на горячую”, то есть должен быть включен подогрев стола (если имеется) и нагрев печатающей головки (HotEnd’а) (Стол 60град., сопло 185 град.) Так же нам понадобится щуп, желательно металлический, известных размеров. Для этих задач вполне подойдет шестигранный ключ (самый большой, в нашем случае 8мм, он предоставляется в комплекте с принтерами Prizm Pro и Prizm Mini)
- Опускаем печатающую головку на высоту (условно) 9мм (от стола, так, что бы сопло еле касалось нашего щупа, т.к. высота пока что не точно выставлена.) Команда: G1 Z9.
- Теперь приступаем непосредственно к настройке наших трех точек.
Для удобства можно вместо g- команд создать в Pronterface четыре кнопки, для перемещения печатающей головки в точки A, B, C, 0-ноль.
Далее командой меняем параметры высоты оси Y: M666 Y <посчитанная величина>
M666 Y0.75
M500
G28
2 Этап. Исправляем линзу
После того как мы выставили три точки в одну плоскость необходимо произвести коррекцию высоты центральной точки. Из за особенности механики дельты при перемещении печатающей головки между крайними точками в центре она может пройти либо ниже либо выше нашей плоскости, тем самым мы получаем не плоскость а линзу, либо вогнутую либо выпуклую. 
Корректируется этот параметр т.н. дельта радиусом, который подбирается экспериментально.
Калибровка:
- Отправляем головку на высоту щупа в любую из трех точек стола. Например G1 Z9 X-52 Y-30
- Сравниваем высоту центральной точки и высоту точек A,B,C. (Если высота точек A, B, C разная, необходимо вернутся к предыдущей калибровки.)
- Если высота центральной точки больше остальных, то линза выпуклая и необходимо увеличить значение дельта радиуса. Увеличивать или уменьшать желательно с шагом +-0,2мм, при необходимости уменьшить или увеличить шаг в зависимости от характера и величины искривления (подбирается экспериментально)
- Команды:
G666 R67,7
M500
G28 - Подгоняем дельта радиус пока наша плоскость не выровняется
3 Этап. Находим истинную высоту от сопла до столика
Третьим этапом мы подгоняем высоту печати (от сопла до нижней плоскости — столика) Так как мы считали, что общая высота заведомо не правильная, необходимо ее откорректировать, после всех настроек высот осей. Можно пойти двумя путями решения данной проблемы:
1 Способ:
Подогнав вручную наше сопло под щуп, так что бы оно свободно под ним проходило, но при этом не было ощутимого люфта,
- Командой M114 выводим на экран значение фактической высоты нашего HotEnd’а
- Командой M666 L получаем полное значение высоты (Параметр H)
- После чего вычитаем из полной высоты фактическую высоту.
- Получившееся значение вычитаем из высоты щупа.
Таким образом мы получаем величину недохода сопла до нижней плоскости, которое необходимо прибавить к полному значению высоты и и записать в память принтера командами:
G666 H 235.2
M500
G28
2 Способ:
Второй способ прост как валенок. С “потолка”, “на глаз” прибавляем значение высоты (после каждого изменение не забываем “уходить” в home), добиваясь необходимого значения высоты, но есть шанс переборщить со значениями и ваше сопло с хрустом шмякнется об стекло.
Как сделать авто калибровку для вашего принтера и что при этом авто калибрует принтер вы узнаете из следующих статей.
Источник
Альтернативная история космонавтики
В начале 1960-х для НАСА не было никаких границ. Космос лежал под ее ногами, и его можно было брать столько, сколько можно было унести. Уязвленное успехами СССР самолюбие американцев требовало сатисфакции. Однако, первыми достигнув Луны, они успокоились. Увы, но еще до этого эпохального события, в августе 1967 года Конгресс США отказался поддержать планы НАСА на 1970-е годы. С тех пор бюджет НАСА на исследования космоса постоянно подвергается сокращению. И в наше время даже о возвращении на Луну приходится лишь мечтать…
Но давайте минуту помечтаем. Представьте себе, чего можно было достигнуть в космосе в последние десятилетия, если бы финансовый прагматизм не вмешался в процесс освоения пространства. Проекты 70-х и 80-х годов, перечисленные ниже, были действительно предложены. Проекты же 1990-х — это фантазии относительно планов НАСА, но я уверен, все было бы именно так. Потенциал СССР будет рассмотрен в отдельной статье.
Итак, поехали
Июль 1969 года. «Аполлон-11» и его экипаж высаживаются на Луне. После этого триумфа лунные миссии «Аполлон» продолжаются в течение всех 1970-х годов.
1970. На основе существующих исследований начинается разработка ядерного двигателя для применения на ракетных транспортных средствах (NERVA), то есть многоразового ядерного теплового ракетного ускорителя для использования в космосе. Он будет запускаться в космос с помощью ракеты Сатурн-5.
1972. Первая американская орбитальная станция Skylab-1 выведена на орбиту. На ней постоянно работает команда из трех человек. Развитие проекта Skylab происходит в течение всех 70-х годов.
1973. НАСА отправляет первые два зонда в рамках программы «Вояджер» на Марс. Подобные запуски происходят раз в два года в течение 1970-х годов. Это позволяет отработать необходимые технологии для осуществления пилотируемых миссий к Марсу.
1975. Люди впервые отправляются в межпланетное пространство. Три астронавта пролетают мимо Венеры и Марса на корабле, построенном на основе Skylab. Экипаж фотографирует планеты и выпускает зонды. Аналогичная миссия проходит в 1977 году.
1976. Первый полет космического челнока. Это крылатый космический корабль, запущенный с помощью новой мощной ядерной ракеты-носителя. Полностью многоразовый шаттл вызывает резкое снижение стоимости отправки людей и грузов в космос.
В этом же году стартует миссия «Аполлон-20». Это первый полет, в ходе которого экипаж остается на Луне на восемь недель. Лунная команда остается в убежище, доставленном грузовым кораблем, запущенном ранее ракетой Сатурн-5.
1977. Основываясь на опыте работы Skylab, космическая станция, рассчитанная на 12 человек запускается на орбиту ракетой Сатурн-5. Станция вращается, создавая искусственную гравитацию. И постоянно расширяется и совершенствуется в течение следующего десятилетия.
1979. «Классическая» серия лунных миссий «Аполлон» заканчивается 22 экспедицией. В течение нескольких лет ядерные челноки с NERVA перевозят, используя космические буксиры, многоцелевые модульные космические корабли на лунную орбиту. На Луне создается база для дальнейших исследований спутника Земли.
1980. Начинается работа на околоземной космической базе. Космическая станция может принять экипаж до 100 человек.
12 ноября 1981 г. Первая космическая миссия НАСА на Марс отправляется с орбиты Земли. В миссии задействованы два одинаковых космических корабля длиной 90 метров, оснащенные тремя ядерными шаттлами. Все компоненты были запущены ракетами Сатурн-5 и собраны на орбите. Каждый корабль имеет команду из шести человек.
9 августа 1982 г. Миссия на Марс выходит на орбиту вокруг Красной планеты. Первые люди, которые ступят на другую планету, проведут там от 30 до 60 дней. Целями их работы являются изучение геологии Марса, поиск жизни и ресурсов для будущих экспедиций на Красную планету.
28 февраля 1983 г. Возвращающаяся с Марса экспедиция пролетает мимо Венеры. Тем временем вторая миссия на Марс готовится покинуть Землю (она вернется на Землю в 1985 году).
14 августа 1983 г. Первая марсианская экспедиция возвращается на орбиту вокруг Земли. Из-за опасения, что ее члены загрязнены марсианскими организмами, экипаж помещают в карантин на космической станции до тех пор, пока он не сможет безопасно вернуться домой.
1986-7 Третья экспедиция на Марс.
1988-1989 гг. Четвертая миссия НАСА на Марс предусматривает создание базы на 50 человек. Человечество становится межпланетным видом.
1994. США начинают строительство постоянной колонии под лунной поверхностью. К концу десятилетия в ней проживают 1700 человек.
К 1999 году, построенная совместно США и СССР космическая станция (также известная как Международная космическая станция) представляет собой комплекс диаметром 560 м. Она имеет форму колеса. Помимо научной базы, здесь есть ресторан, почта, кинотеатр и сувенирный магазин.
Авиакомпании выполняют регулярные рейсы на орбиту, используя парк шаттлов Orion III.
Первые дети рождаются на Луне.
Используя последние достижения в области ядерного двигателестроения, искусственно вызванной гибернации человека и искусственного интеллекта, США планируют направить пилотируемые миссии на Юпитер (и возможно даже на Сатурн).
2001?
Как вы думаете. Могла ли история пойти именно так? Какой была бы наша жизнь, если бы все это было реальностью?
Источник
Альтернативная космонавтика
Мог ли СССР, проиграв лунную гонку, сохранить лидирующие позиции в космонавтике? Да, мог. Причем, без увеличения расходов на космос. Что для этого нужно было сделать? В данной статье писатель-фантаст и аналитик Павел Шумил дает ответ на этот вопрос.
Шумил Павел
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ИСТОРИЯ КОСМОНАВТИКИ СССР
История советской космонавтики последней трети ХХ века — это песня. Грустная такая. По типу: «Этот стон у нас песней зовется». После смерти С.П. Королева в январе 1966г лидера в космической отрасли так и не нашлось. Им мог бы стать В.Н. Челомей, но затяжной конфликт с Д.Ф. Устиновым (членом Политбюро и министром обороны) не дал конструктору развернуться. Отношения Устинова и Челомея были всегда натянутыми.
Началась эпоха разброда и метаний. Отсутствие долгосрочной программы развития космонавтики и четкого, целевого руководства, сведение личных счетов привели к бессмысленной растрате сил и средств, потере лидирующего положения. Застой, или упадок, длился примерно до 1986 года.
Наша задача — используя послезнание, выработать программу развития космонавтики СССР, которая сохранила бы лидирующее положение СССР в космической индустрии. Причем, финансирование отрасли не должно превышать реально имевшее место. Рассмотрим не всю отрасль космонавтики, а только средства выведения. Остальное — постольку, поскольку. Так, например, если бы испытания парашютной системы Союза-1 были проведены в полном объеме ДО старта, а не после, космонавт В.М. Комаров вернулся бы из полета живым и здоровым. А если бы на Союзе-1 имелся скафандр для выхода в открытый космос, он смог бы выйти из корабля и раскрыть нераскрывшуюся панель солнечной батареи. После чего полет прошел бы по намеченной программе.
Если б у экипажа Союза-11 имелись легкие скафандры, Добровольский, Волков, Пацаев не погибли бы при разгерметизации спускаемого аппарата. Но эти случаи (и многие другие) не являются предметом рассмотрения данной статьи. Нас интересуют только средства выведения.
Итак, начинаем. Точка ветвления — январь 1966г (момент смерти С.П. Королева.)
«Главные черты Владимира Николаевича Челомея — боевитость, прозорливость в технических решениях и чутье на талантливых людей. Если верил в идею, шел в бой за ее осуществление до конца. Чужое мнение уважал, прислушивался и стремился, если было необходимо для дела, понять. Если был не согласен или не понимал вопроса, дискутировал, свою точку зрения доказывал логично, владел искусством спора без перехода на личности. Много положительных черт было у В.Н. Челомея, были и отрицательные (проявлял иногда раздражительность, нервозность). Но одно бесспорно, что он был талантлив, умел смотреть вперед, понимал важность задач в области развития науки и техники,» — написал о Челомее Анатолий Павлович Завалишин, ветеран космодрома Байконур, президент Федерации космонавтики Украины.
На одном из высоких совещаний В.Н. Челомей, не сдержавшись, бросит в лицо некоему чиновнику весьма высокого ранга: «Вы — центрпробка!», имея в виду постоянное в последнее время торможение своих работ. Это запомнили. В период с 1978 г. по 1981 г. у Челомея отбирают все филиалы его фирмы.
В 1981 г. Д.Ф. Устинов скажет о В.Н. Челомее: «Он стал слишком самостоятельным». В это время из уст в уста передавались слова Д.Ф. Устинова: «Челомею нет места в Космосе. ОКБ создано не для таких задач.»
В этом же году выйдет постановление ЦК КПСС и Совмина СССР, фактически запрещающее Челомею все работы по космосу. (Кстати, постановление это посвящено также и развитию работ по «Бурану».)
Дмитрий Федорович Устинов. «Его решения были в большинстве своем единоличными. Ни для кого не секрет, что всем ВПК управлял он. Возможно, что так и должно было быть. После того как Устинов сам склонялся к одному решению, обычно создавалась комиссия для изучения вопроса. В эту комиссию входили люди, понимавшие приказы даже тогда, когда они не произносились вслух. Решения ЦК и Совмина принимались на основании доклада комиссии, и никогда личное мнение министра не фигурировало в обоснованиях» — цитата, дословно.
«Острый конфликт между Королевым и Глушко возник не без помощи Василия Мишина, где-то в шестидесятом году. . Глушко работает не щадя сил, но мечтает о славе, даже посмертной. Королев тоже не щадил сил, но ему нужна была слава при жизни.» пишет А.М. Исаев. Формальным поводом для разрыва стал отказ Глушко создавать кислородно-керосиновые двигатели для РН Н-1. Те самые двигатели РД-170, которые Глушко создал позднее для РН Зенит и Энергия, когда сел в кресло Королева.
Как пишет М. Ребров: «Творческий путь Глушко был отмечен стремлением и желанием находиться впереди других. Он был вхож к Хрущеву и Брежневу, пользовался поддержкой Устинова, это помогло ему осуществить многие замыслы». В.П. Глушко участвовал вместе с военно-промышленной комиссией в обсуждении проекта «Мини-Шаттл» (ЛКС) В.Н. Челомея, знал о разработках В.Н. Челомея в области легких космических самолетов. Проект он не поддержал, но за это выторговал себе «Энергию-Буран».
Что мы имеем на 1966 год? 25 мая 1961 года президент Кеннеди в послании Конгрессу и всему американскому народу сказал: «Сейчас время сделать большой шаг, время для более великой новой Америки, время для американской науки занять ведущую роль в космических достижениях, которые могут дать ключ к нашему будущему на Земле. Я верю, что эта нация примет на себя обязательства достижения великой цели — высадки человека на Луну и безопасного возвращения его на Землю еще в этом десятилетии». Так началась лунная гонка.
Главное звено лунной гонки — ракетоноситель. Американцы разработали под лунную программу сверхтяжелый РН Сатурн-5.
Сатурн-5 — трёхступенчатый РН. Предназначался для запуска к Луне полностью оборудованного КК «Аполлон», для доставки космонавтов на Луну. Стартовая масса до 2950т, длина без полезного груза 85,6м, с полезным грузом — 110.6м, диаметр 10,1м (по лопастям стабилизатора 19,2м). Способна выводить на круговую геоцентрическую орбиту высотой 195км полезный груз около 130т (впоследствии — 140т), а на траекторию полёта к Луне — до 48,8т (космический корабль) + 18т — третья ступень РН с остатками топлива. Двигательная установка первой ступени состоит из 5 ЖРД, работающих на жидком кислороде и керосине, общей тягой 34,33 Мн. Вторая ступень имеет 5 ЖРД (общая тяга 5,2 Мн), третья ступень с 1 ЖРД тягой 1,043 Мн аналогична второй ступени Сатурн-1Б, но имеет конструктивные отличия. Топливо для ЖРД — жидкие кислород и водород.
Состоялось 12 запусков РН Сатурн-5 по лунной программе и один (в двухступенчатом варианте) — для выведения орбитальной станции Скайлэб.
Сухой вес 77т. Полный, с пристыкованным кораблем — 91т. Длина 24.6м. С кораблем — 36м. Мах диаметр 6.6м. Объем жилых отсеков — 352.4куб.м. Одну панель солнечной батареи и часть теплозащитного покрытия Скайлэб потерял во время выведения. Астронавтам пришлось импровизировать.
1-й запуск Сатурн-5 прошел 9.11.1967, последний — 14.05.1973. Все 13 запусков прошли успешно. На этом история РН Сатурн-5 закончилась.
Что же было у Советского Союза? С середины 60-х в СКБ-1 под руководством Сергея Королёва, а после его смерти — под руководством Василия Мишина разрабатывался сверхтяжелый РН Н-1. Предполагалось, что на Н-1 будут стоять ядерные двигатели. Но «чистых» ядерных двигателей создать не удалось ни нам, ни американцам. А запрет ядерных испытаний в трех средах поставил крест на этой идее. Достаточно мощных химических движков у нас в то время не было. Н-1 остался без двигателей. Королев обратился к Глушко, но тот наотрез отказался проектировать двигатели на керосине и жидком кислороде. Королев обратился к Николаю Дмитривичу Кузнецову. Но до 1959г. КБ Кузнецова космическими двигателями вообще не занималось. В сжатые сроки создать мощный и надежный двигатель КБ Кузнецова не смогло. На первую ступень Н-1 пришлось ставить 30 двигателей, что отрицательно сказалось на общей надежности системы.
Первоначально Н-1 предназначался для вывода на околоземную орбиту тяжёлой (75 т) орбитальной станции с перспективой обеспечения сборки тяжелого межпланетного корабля для полётов к Венере и Марсу. С принятием запоздалого решения по включению СССР в лунную гонку, Н1 был форсирован и стал носителем для экспедиционного космического корабля Л3 в комплексе Н1-Л3.
РН Н1 выполнен по последовательной схеме расположения и работы ступеней и включал 5 ступеней. На всех ступенях использовались кислород-керосиновые двигатели. Все четыре испытательных запуска Н1 были неуспешными на этапе работы первой ступени. В 1974 году советская пилотируемая лунная программа была закрыта, а несколько позже — в 1976 году — также закрыты и работы по Н1. Первый пуск прошел 21.02.1969, второй — 3.07.1969, третий — 27.06.1971 и последний — 23.11.1972. После чего два оставшихся экземпляра РН и два недостроенных были уничтожены (зарыты в землю) по личному распоряжению В.П. Глушко.
На этом история РН Н-1 закончилась.
В 1976г, сразу после закрытия программы Н-1 начались работы по программе «Энергия-Буран». Энергия — принципиально новый сверхтяжёлый носитель, на базе которого рассматривался, но не был реализован новый проект сверхтяжелого РН «Вулкан».
РН Вулкан от РН Энергия отличается вертикальным (а не боковым) размещением полезной нагрузки и увеличенным (до восьми) количеством «боковушек». Масса на НОО 200т.
РН Энергия стартовал дважды, оба раза успешно:
— Первый пуск — 15.05.1987 со спутником «Полюс» (Он же — «Скиф-ДМ»).
— Второй пуск — 15.11.1988 с МТКК «Буран».
На этом история РН «Энергия» закончилась.
Кроме носителей сверхтяжелого класса у СССР имелся носитель тяжелого класса — 20-тонник «Протон» (В девичестве — МБР УР-500). Постановление Совмина СССР о создании МБР УР-500 вышло 29 апреля 1962 года. На разработку ракеты отводилось три года. Диаметр центральных блоков ракеты был определён максимально возможным размером железнодорожного груза — 4100 мм. В то же время, длина конструкции центрального блока первой ступени была определена необходимым объёмом окислителя в ускорителе первой ступени и длиной железнодорожного крупногабаритного груза. В качестве верхних ступеней УР-500 было решено использовать модифицированный вариант ракеты УР-200.
Первый пуск двухступенчатой РН УР-500 состоялся 16.07.1965 года с КА «Протон-1». Всего в 1965-66 годах были выполнены четыре запуска спутников «Протон», которые и дали новому носителю его имя. Начиная с июля 1965 года началась разработка трёхступенчатого варианта РН УР-500К («Протон-К»).
Параметры РН Протон-К :
Стартовая масса 702т. Длина 58.2м. Диаметр 7.4м. Полезная нагрузка на НОО 20т Топливо НДМГ + АТ
НДМГ расшифровывается как несимметричный диметилгидразин. Он же — гептил. АТ — тетраоксид азота. Оба компонента — страшно ядовитая гадость. Так, например, гептил в четыре раза токсичнее синильной кислоты. Однако. У гептила и тетраоксида азота есть очень привлекательные для военных свойства. Оба компонента достаточно стойкие и могут долгое время храниться при обычной температуре. То есть, баллистическая ракета с заправленными баками может месяцами стоять в шахте на боевом дежурстве в десятиминутной готовности к запуску. И компоненты топлива самовоспламеняются при соединении. То есть, в двигателе не нужна система поджига.
Топливо керосин-жидкий кислород экологически привлекательно. Продукты горения — углекислый газ и вода. Но жидкий кислород не может долго храниться в баках РН. Он нагревается и испаряется. Следовательно, баки РН нужно заполнять непосредственно перед стартом. Что не устраивает военных. «Пока я жив, человек не сядет на ядовитую ракету!» — говорил С.П. Королев. И хотя Челомею и Глушко удалось пробить разрешение на выведение Протоном пилотируемых кораблей, до сих пор ни один человек на ядовитом Протоне в космос не поднялся. А вот китайцы летают в космос на гептиле. Впрочем, это их проблемы.
РН Протон-К должен был использоваться для вывода на отлётную траекторию новых КА для облёта Луны. Кроме того, начались работы над четвёртой ступенью РН Протон-К на базе пятой ступени ракеты-носителя Н-1, получившей название «блок Д». Согласно этому проекту, двухсекционный корабль 7К-Л1 (вариант «Союза») выводился на отлётную траекторию для полёта к Луне, совершал облёт Луны и благополучно возвращался.
На вершине хорошо видна система аварийного спасения корабля Зонд (7К-Л1). На таком корабле две советские черепахи облетели Луну раньше трех американских астронавтов (Аполлон-8).
Первый пуск РН Протон-К с блоком Д и КК 7К-Л1П («Космос-146»), прототипом будущего лунного корабля 7К-Л1 был произведён 10.03.1967. Собственно, сырая, неотработанная машина погубила половину советской лунной программы. Более половины запусков Протонов закончились аварией РН. Вторую половину лунной программы погубили четыре неудачных запуска Н-1. В 1969 году нам просто не на чем было лететь на Луну.
Такие исходные данные из реальной истории космонавтики СССР.
Из приведенного выше ясно, что выиграть лунную гонку невозможно. Однако, на ней свет клином не сошелся. И из ошибок нужно уметь делать выводы. Мы вывезли на старт Н-1 в 1969 году. Не сумели отладить, зарыли в землю. Начали с нуля проектирование «Энергии». В результате РН лунного класса впервые взлетел только в 1987 году. Потеряно почти 20 лет. Впустую растрачены силы и средства. И самое обидное — из-за развала СССР этот поздний ребенок оказался никому не нужен.
Вопрос: Зачем разрабатывать два РН одного класса? Не логичнее ли довести первый, Н-1? Ведь разработчики клялись и божились, что пятый или, в крайнем случае, шестой запуск пройдет успешно!
В последнем, четвертом запуске первая ступень недоработала всего 7 секунд. И запуск мог бы пройти успешно, если б в программе полета была предусмотрена возможность досрочного разделения ступеней в случае аварии на первой ступени. Вторая и третья ступени скомпенсировали бы недобор скорости первой.
Но самое интересное, что Н-1 — это, по-существу, не один ракетоноситель, а семейство. Если убрать 1-ю и 4-ю ступени Н-1, а на второй высотные двигатели НК-43 заменить на «приземные» НК-33, то получим двадцатитонник Н-11. Экологически чистый, использующий керосин и кислород конкурент ядовитому Протону. Ясно, что Протон сошел бы со сцены очень быстро. А на Протоне стоят двигатели, разработанные кем? Да-да-да, В.П. Глушко. Тем самым человеком, который в пух и прах разругался с Королевым, а в 1974 году сел в его кресло. И приказал закопать в землю готовые РН Н-1, а всю документацию уничтожить. Тем самым, обеспечив своему детищу, гептиловым двигателям Протона долгую жизнь.
Так амбиции одного человека отбросили советское ракетостроение на 20 лет. Я понимаю, что такими словами разбрасываться нельзя. Поэтому провел компьютерное моделирование и сравнение двух РН — Протон-К и Н-11. Протон-К имеет стартовую массу 702т и выводит на низкую опорную орбиту (НОО, высота 200км) полезную нагрузку 20т. При этом, всё на пределе. Конструкция за 40 лет развития отработана до предела, и не имеет перспектив дальнейшего развития.
Н-11, наоборот, сырая двухступенчатая машина со стартовой массой 770т, легко взяла планку в 20 тонн на НОО. Однако, характеристики машины мне не понравились, и я взялся за оптимизацию конструкции. Назовем эту модель Н-11-у.
Что такое Н-11 и чем Н-11-у отличается от Н-11? Н-11 — это РН Н-1 без первой и четвертой ступеней. Первая ступень Н-11 имеет сухую массу 55т, стартовую 561т. На второй ступени Н-1 стоят 8 двигателей НК-43. Двигатели НК-43 это модификация двигателей НК-33 для больших высот и вакуума. Они имеют сопло с большим расширением. Для работы в нижних слоях атмосферы на Н-11 нужно ставить «атмосферный» НК-33.
На Н-11-у я поставил двигатели более поздней разработки НК-33-1 (и добавил 4т сухого веса). Теперь сухая масса — 59т, стартовая — 565т. Двигатели НК-33-1 снабжены выдвижной сопловой насадкой, которая выдвигается на высотах больше 10 км и, по-существу, превращает «приземный» НК-33 в высотный НК-43. Кроме того, НК-33-1 немного мощнее и совершеннее НК-33.
Итак, с первой ступенью разобрались. Переходим ко второй. Вторая ступень Н-11 (она же 3-я ступень Н-1) имеет стартовую массу 189т. (Сухая масса — 14т) Суммарная тяга 4-х двигателей НК-31 — 164т. Этого МАЛО. Траектория «проседает». Я добавил еще 2 двигателя НК-31 и, соответственно, 2 тонны сухого веса. Теперь имеем сухую массу 16т, стартовую — 191т и суммарную тягу 246т. Впрочем, можно подумать о замене шести двигателей НК-31 одним НК-33-1. Так будет проще, легче и появляется унификация с первой ступенью. То есть, дешевле.
Хорошо, но мало. Просится третья ступень. (Она же — 4-я ступень Н-1). Раз просится — пусть будет. Сухая масса 6т, стартовая — 62т. Двигатель НК-19 тягой 45.5т. Опять тяга маловата. Добавляю еще один НК-19 и 1т. сухого веса. Имеем сухую массу 7т, стартовую 63т, тягу 91т.
Итак, получаем трехступенчатый РН Н-11-у со стартовой массой 819т. Добавляем 29т полезной нагрузки — и получаем 848т на стартовом столе. Компьютерное моделирование показало, что эти 29т Н-11-у выводит на орбиту 310 х 346км. То есть, даже не на низкую опорную орбиту (200км), а на рабочую орбиту ОС Салют и Мир.
Разумеется, против Н-11-у у Протона не было бы ни одного шанса. Понимал ли это Глушко, когда уничтожал документацию по Н-1? Не мог не понимать. И боролся с наследием Королева планомерно и последовательно.
Напомню: «Острый конфликт между Королевым и Глушко возник не без помощи Василия Мишина, где-то в шестидесятом году. . Глушко работает не щадя сил, но мечтает о славе, даже посмертной. Королев тоже не щадил сил, но ему нужна была слава при жизни.» — писал А.М. Исаев.
Теперь мы знаем расстановку сил к 1969 году, допущенные ошибки и возможности разрабатываемых РН. Вопрос: Что нужно было делать, чтоб из лунной гонки выйти с минимальными потерями? Чтоб не потерять Н-1. (Простейший вариант — расстрелять Глушко и Устинова — не предлагать.)
Вспомним, что Н-1 стартовала четыре раза. Вспомним, что все четыре раза дело заканчивалось аварией первой ступени. До включения второй дело ни разу не дошло. Вспомним, что после четырех запусков осталось еще два готовых РН и два на стадии сборки.
И вспомним, что Н-1 по-существу состоит из двух РН. Так разобъем каждый запуск на два:
— 1-я ступень Н-1 с габаритно-весовым макетом остальных ступеней.
— Н-11 (Н-1 без первой ступени).
На том же железе, за те же деньги получим 8 пусков вместо 4-х. Причем, вероятность, что Н-11 взлетит, намного выше. Хотя бы потому, что на ней двигателей в три раза меньше. А если Н-11 взлетит хотя бы один раз, это направление уже невозможно будет закрыть, несмотря на все амбиции Глушко. И резонов довести 1-ю ступень Н-1 будет несравненно больше.
Казалось бы простое действие — в первых запусках рубануть Н-1 пополам. Зато какой эффект!
— Имеем носитель-стотонник не в конце 80-х, а в первой половине семидесятых.
— Имеем носитель-тридцатитонник. Н-11-у
— Имеем ядовитый двадцатитонник Протон-К, сходящий со сцены.
— Имеем семитонник — РН Союз.
— Ну и мелочь вроде РН Космос. Весь диапазон нагрузок перекрыт имеющимися носителями.
А что в это время происходит в мире? В 1973 году последний раз стартует Сатурн-5. У США больше нет сверхтяжелых носителей. Их предел — 14-16т на НОО (Сатурн-1Б). Последний старт Сатурн-1Б состоялся 15.07.1975г. Мощные одноразовые носители (с полезной нагрузкой 15т и выше) вновь появятся у американцев только в 90-х годах. Первый шаттл Колумбия (Мах 29.5т груза на орбите) стартовал 12.04.1981г.
Что же делается у французов?
То есть, появляется реальная возможность захватить рынок запусков тяжелых спутников. Конкуренты значительно отстают по всем параметрам. Возможно, Ариан-5 никогда не полетит, так как его нишу занял Н-11-у.
ГЛАВА 3. Коррекция истории №2. Многоразовый космический корабль.
Странная традиция сложилась в СССР. Жить с оглядкой на загнивающих капиталистов. Задумали Англия с Францией сделать сверхзвуковой пассажирский самолет «Конкорд». Наши тут же захотели такой же, но чуть побольше, чуть побыстрее, чуть получше. Сделали! Наш Ту-144 даже раньше Конкорда в небо поднялся — в 1968 году, а Конкорд — только в 1969-м. Чуть побольше, чуть побыстрее получилось. А вот чуть получше — нет. Двигатели подвели. Дальше — грустно. Конкорд летает, пассажиров возит, а Ту-144 всё доводят. И ведь довели! Сделали Ту-144Д с новыми двигателями. Но керосин подорожал, летать стало дорого, о Ту-144 забыли.
Сделали американцы сверхзвуковой бомбардировщик с изменяемой геометрией крыла В-1В (Lancer). В то время у нас был Ту-22М3 — тоже сверхзвуковой, тоже с изменяемой геометрией. Но чуть поменьше, чуть послабее. А нам нужно, чтоб побольше и побыстрее. Сделали Ту-160. Снова впереди планеты всей!
Захотели американцы на Луну слетать. И нам туда надо! Но вот с лунной гонкой облом вышел. Хоть две советские черепахи на Зонде-5 и облетели Луну на три месяца раньше трех американцев с Аполлона-8, на этом успехи закончились. Автоматическая станция Луна-15 с грунтозаборным устройством, подлетевшая к Луне одновременно с Аполлоном-11, не сумела прилуниться. (Предположительно, слегка отклонилась от намеченной траектории и врезалась в гору.)
Если верить значку, Луна-15 доставила на Луну луноход еще в 1968 году. А у американцев всё прошло удачно с первого раза.
Но даже по наилучшему варианту советский космонавт высадился бы на Луне на 3-4 года позже американцев. И советские лунные корабли на фоне американских выглядят бледно.
Но дело не в этом. На дворе семидесятые годы ХХ века. Идет холодная война. А холодная война — это война экономик. Советский Союз выдержал атомную гонку, выдержал гонку баллистических ракет, выдержал гонку атомных подводных лодок. Гордо игнорировал гонку авианосцев и сошел с дистанции в лунной гонке. Что дальше? А дальше США приложили немалые усилия, чтоб вовлечь СССР еще в две космические гонки — гонку многоразовых космических кораблей и гонку космического оружия СОИ (Стратегическая Оборонная Инициатива). Надо сказать, это удалось. Зная привычку Советов делать «такой же, но чуть побольше, чуть получше», американцы смело выкладывали в печать технические параметры шаттла.
Советский Союз ввязался в обе гонки и экономика не выдержала. Союз распался. Однако, не будем забегать вперед.
Днем рождения программы «Space Shuttle» можно назвать 30.10.1968, когда NASA обратилось к американским космическим фирмам с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы. Но дело закрутилось только в феврале 1969г. В 1970 году экономическая оценка показала, что в принципе многоразовая космическая система способна приносить прибыль при ресурсе корабля не менее 30 полетов и достаточно серьезном потоке грузов на орбиту.
Однако, только в принципе. Реальная же система была очень далека от самоокупаемости.
Советский союз заглотил приманку. Расчет капиталистов оправдался. Сверху было спущено задание: Сделать такой же, но чуть получше.
Зачем? На этот вопрос ответа так и не нашлось. «Для сохранения паритета», — сказали военные, и на этом обсуждение закончилось. Надо сказать, использование в военных целях американского шаттла никогда не планировалось. Во всяком случае, нет ни одного письменного упоминания об этом. Достаточно уже того, что СССР завяз в очередном витке экономической гонки.
Советский же шаттл был типично военной машиной. Потому что мирных применений ему не нашлось, а заказали его военные. Он — нечто вроде атомной подводной лодки. Очень дорогая, но бесполезная в мирное время игрушка. Должна устрашать супостата самим фактом своего существования.
Стоит отметить, конструкторы справились с задачей. «Буран» до развала Союза успел слетать в космос. Один раз. Судьба Бурана удивительно напоминает судьбу Ту-144. Был задуман не из-за внутренней потребности, а как ответ капиталистам. Долго-долго рождался. А когда, наконец, полетел, оказался никому не нужным и был забыт навсегда.
Как же отреагировал Союз на второй вызов — программу СОИ?
РН Энергия стартовала всего дважды. При втором запуске она вывела в космос Буран. А первым. Первым грузом был очень крупный, очень тяжелый черный-черный объект, на котором сбоку было написано: «Полюс», сверху — «МИР-2», а на самом деле это был прототип космической боевой лазерной станции «Скиф-ДМ». Скифу не повезло. После отделения от РН Энергия он не сумел провести маневр выхода на рабочую орбиту. Прошел сбой в системе управления. Аппарат закрутился, включил ходовой двигатель, лихо описал три витка спирали и плюхнулся в океан.
В сообщении ТАСС его обозвали габаритно-весовым макетом.
До запуска второго аппарата дело не дошло. Так обстояли дела в реальной истории. Что же можно оптимизировать, используя послезнание? Прежде всего, носителя «Энергия» в нашем варианте нет. Есть стотонник Н-1. Впрочем, он справится с выводом Скиф-ДМ ничуть не хуже Энергии. Что касается Бурана, тут вопрос сложный. Как показал исторический опыт, МТКК (Многоразовые Транспортные Космические Корабли) с параметрами шаттла экономически невыгодны. Буран совершил всего один полет, американские шаттлы с 1981 по 2011 годы — 135 полетов. После чего программа была свернута. Но полностью отказываться от многоразовых кораблей было бы ошибкой. Только размеры и грузоподъемность корабля должны быть выбраны под реальную задачу. Какая главная задача у пилотируемых космических кораблей, начиная с 70-х годов ХХ века? Обслуживание орбитальных станций. То есть, экипаж — 5-6 человек и грузоподъемность в пределах 5 тонн.
О проектах Спираль и Бор говорить много не будем. Спираль — многоразовая одноместная восьмиметровая машина военного назначения. Вес — в зависимости от варианта проекта — от 6.8т до 10т. Программа полета должна укладываться в три витка.
Бор (Беспилотный Орбитальный Ракетоплан) — уменьшенный вдвое беспилотный вариант Спирали. Использовался для отладки термостойкого покрытия Бурана.
Аппараты серии Бор-4 приводнялись сначала в Индийском океане, а потом в Черном море. Но был и еще один вариант орбитального самолета — ЛКС (Легкий Космический Самолет) Челомея. Прорабатывались две аэродинамические схемы аппарата — с двумя наклонными килями и с одним. Схема с одним килем удивительным образом напоминала Буран. С двумя — американский Boeing X-37B — экспериментальный беспилотный орбитальный самолёт (2010 г).
В 1979 г. был изготовлен натурный макет космического самолета ЛКС.
Характеристики машины: Масса на орбите 220-260км, с наклонением 51.6 гр. — 19.95т Масса на посадке — 18.5т Масса полезной нагрузки — 4.0т Запас топлива — 2.0т (запас характеристической скорости — 300м/с) Боковой маневр при посадке +-2000км Скорость при посадке — до 300км/ч Продолжительность полета — в пилотируемом варианте — до 1 месяца — в беспилотном варианте — до 1 года Габариты Длина — 18.5м Размах крыла — 11.6м Высота 6.7м Габариты грузового отсека Длина — 6.5м Диаметр — 2.5м
Теплозащитное и теплоизоляционное покрытие было рассчитано на 100 пусков, причем изготавливалось оно по нетрадиционной технологии, позволившей отказаться от очень затратной «плиточной» системы. Была реальная возможность создать ракетно-космическую систему с многоцелевым космическим самолетом ЛКС и ракетоносителем Протон всего за четыре года. Для запуска ЛКС уже тогда были готовы два стартовых комплекса на две стартовые позиции каждый. Экипаж ЛКС — 2 человека. Но если в грузовой отсек объемом 30куб.м поместить сменную/съемную пассажирскую кабину на двух-четырех человек, то останется еще место для двух-двух с половиной тонн груза. Таким образом, при обслуживании орбитальных станций один старт ЛКС заменяет два старта КК Союз и один старт грузового КК Прогресс.
Можно было предусмотреть пассажирскую кабину на 6 человек в варианте «Спасатель экипажа орбитальной станции». Система «Протон-ЛКС» должна была выполнять те же задачи, что и «Энергия-Буран», но стоимость программы Челомея ниже более, чем в 100 раз. Да и оперативность значительно выше.
В реальной истории Буран взлетел 15.11.1988г. ЛКС мог взлететь уже в 1984. Но 19 мая 1981 года все было кончено. Проект не спасли ни письма академиков из ЦАГИ, ни определенная поддержка ВВС, рвавшихся в то время в космос. Все попытки Челомея доказать, что программа могла бы по крайней мере выступать в качестве резервной (на случай проблем с Бураном), в расчет не принимались. Макет был разобран по требованию Минобщемаша СССР, курироровавшего в те времена ракетно-космическую отрасль. Красиво звучит — разобран. Нейтрально так. На самом деле пришли люди в штатском, но с допуском. И просто разломали макет.
Что же надо сделать в альтернативной истории?
1. Отказаться от разработки системы «Энергия-Буран». РН Энергия не нужен, так как есть РН Н-1. Стотонный МТКК Буран экономически нецелесообразен.
2. Дать зеленый свет (и максимальный приоритет) работам по ЛКС.
Что теряем и что имеем в результате такой замены? Теряем возможность создания сверхтяжа-двухсоттонника «Вулкан» (РН Вулкан — это вариант РН Энергия с восемью «боковушками» и вертикальным расположением полезной нагрузки) Нужен ли такой мощный носитель? В реальной истории полезной нагрузки для него не найдено. Если появится. Королев на этот случай предлагал подставить под Н-1 еще одну ступень. Более мощную, чем 1-я ступень Н-1. Второй вариант решения проблемы — 2 запуска стотонников и орбитальная сборка.
Что имеем? Имеем многоразовый космический корабль (собственным весом 20 тонн) для обслуживания орбитальных станций уже в 1984 году. По проекту Челомея ЛКС выводится Протоном. Но вспоминаем, что у нас есть более мощный РН Н-11-у. При использовании Н-11-у можно загрузить ЛКС значительно серьезнее. Вместо четырех тонн — шесть или восемь. Да хоть десять — сколько в грузовой отсек влезет, сколько корпус ЛКС на старте выдержит.
Что делать с Глушко? А ничего с ним не делать! Главное — к власти на километр не подпускать. Поручить изготовить те самые кислородно -керосиновые двигатели РД-170 тягой 800т, которые он отказался делать для Королева, и которые в реальной истории сделал позднее для своей Энергии. Потом — РД-150 тягой 1500т. Если сделает хорошие — можно подумать о замене движков на первой ступени Н-1. И разработке 200-тонного носителя для программ освоения Луны и планет Солнечной Системы.
Итак, вот что мы имеем в альтернативной истории к 1985 году:
— парк ракетоносителей всех классов. От легких до стотонника Н-1.
— многоразовый транспортный космический корабль ЛКС с грузоподъемностью 4т. при использовании РН Протон или с грузоподъемностью 6-10т. при использовании Н-11-у.
Американцы с 1981-го летают на шаттлах. Грузоподъемность шаттла — 29.5т. Такая же, как у Н-11-у. Но запуск шаттла обходится в несколько раз дороже. Носителя-стотонника у них нет. У нас есть Н-1. То есть, мы можем все то же, что и они, но дешевле. Но мы можем и больше! Например, можем запустить тяжелую орбитальную станцию размером со Скайлэб.
Итог: Две коррекции истории — и мы снова впереди планеты всей.
До сих пор мы обходились минимальными необходимыми воздействиями на историю. Теперь пришло время взяться за серьезный проект.
Одноразовые носители позволили человечеству выйти в космос. И даже оставить следы на Луне. Но пока дорогая и тяжелая ракета используется только один раз, мы в космосе гости. Представьте, что аэробус А-380 списывался бы в утиль после первого же полета. Во сколько обошлась бы путевка в Египет по схеме «Все включено»?
Нужно переходить на многоразовые носители. Чтоб полет в космос стоил бы не намного дороже полета из Европы в Америку. ЛКС — верный шаг в этом направлении. Но он — лишь 4-я ступень многоступенчатой системы. 20 тонн из 700 на стартовом столе. 680т — по-прежнему одноразовый РН. А нужно, чтоб одноразовым компонентом было только топливо!
Какие параметры должны быть у многоразового носителя? Назовем его АКС (Авиационно-Космическая Система). Прежде всего — грузоподъемность. АКС должен брать на себя 90% грузопотока на орбиту. Смотрим на статистику, получаем цифру 15 тонн на НОО (Низкой Опорной Орбите 200км). Второй параметр долговечность. Как у «Семерки» или Протона в реальной истории. Третий — универсальность. Ну и чисто эксплуатационные параметры тоже должны быть на высоте. В идеале — как у тяжелого транспортного самолета.
Главный принцип при разработке — не выпендриваться. Грубая простота в эксплуатации удобнее и надежнее конструкторской вычурности.
Самая тяжелая часть РН — первая ступень. Если она многоразовая, имеет смысл осуществлять посадку по-самолетному, на ВПП аэродрома. Тогда и взлет логично производить по-самолетному. Какие параметры имеет самый тяжелый транспортный самолет? Самый тяжелый — это АН-225 «Мрия» (1988 год). Масса пустого — 250т. Рекордная взлетная — 630т. Длина 84м. Размах крыльев 88.4м. Высота 18.2м. Площадь крыла 905 кв.м. Длина грузовой кабины 43м. Двигатели 6 х ДТРД Д-18 тягой по 229.5кн каждый. Практический потолок 11000м. Вот на эти параметры и будем ориентироваться. 15 тонн на орбите и не более 650 на старте.
Конструкция:
При разработке будем ориентироваться на РН Протон (схема выведения, распределение скоростей на различных участках выведения), АН-225 «Мрия» (размеры, грузоподъемность, аэродинамика), XB-70 — «Валькирия» (аэродинамика) и Буран (схема снижения/гашения скорости). Понятно, что машина получается отнюдь не маленькая. Понятно, что на последнем этапе разгона машина выходит на гиперзвуковую скорость (приблизительно 4 M). И это должно быть учтено в аэродинамической схеме. После первых же прикидочных расчетов становится ясно, что создать полностью многоразовый носитель под заявленную грузоподъемность не получится. 2-я и 3-я ступени получаются одноразовые. Первая ступень — многоразовая, самолетного типа. Меняем название с «Авиационно-Космическая Система» на «Авиационно-Космический Самолет».
Предварительная развесовка:
15т — ПН (Полезная Нагрузка)
150т — 2-я ступень + 3-я ступень + ПН
640т — АКС на взлетной полосе.
640-150=490т — масса 1-й ступени (собственно, сам АКС) Из них: 240т — сухой вес + 250т — топливо. Топливо. Всего 250т. Авиационное: 16т — на взлет и подъем до высоты 11-12км 10т зарезервировано на посадку 224т — топливо для ЖРД — керосин + жидкий кислород.
Предварительная развесовка 2-й и 3-й ступеней АКС:
2-я ступень — 8т + 90т топлива = 98т Двигатель 1 х НК-33-1
3-я ступень — 3.5т + 33.5т топлива = 37т Двигатель 1 х НК-31
Итого 11.5т + 123.5т топлива = 135т
При каждом старте безвозвратно теряется 11.5т ценного, дорогостоящего оборудования. Жалко. Но при старте Протона теряется 32.5+12.1+4.35=48.95т. То есть, в 4 раза больше.
Для сравнения: 2-я ступень Протона — 12.1т + 160т топлива = 172.1т. 3-я ступень Протона — 4.35т + 46.35т топлива = 50.7т. Протон — носитель 60-х годов ХХ века.
А вот пример ступени современного носителя Falcon-9.
2-я ступень Falkon-9 — 3.1т + 48.9т топлива = 52т. По весовому совершенству 3-я ступень АКС значительно проигрывает 2-й ступени Фалькона, но. до технологий ХХI века еще дожить надо. А мы ориентируемся на технологии 70-х годов ХХ века.
Длина АКС 75м. Размах крыла 50м. Высота 20м. Длина грузового отсека — 32м. Максимальный диаметр груза — 5.5м. АКС чем-то напоминает Ту-144 и Конкорд. Дельтавидное крыло, под которым располагаются шесть воздушно-реактивных двигателей ДТРД. Но крыло располагается не под, а над фюзеляжем. Два вертикальных киля прорезают крыло. При полете на сверхзвуке воздухозаборники ДТРД закрываются заслонкой (на рисунке изображена пунктиром). На корме расположены пять «космических» кислородно-керосиновых ЖРД. Шасси пятистоечное. Две управляемые стойки с одной колесной тележкой спереди, три стойки с четырьмя колесными тележками на каждой сзади. (А. Хохлов: я усилил шасси, оно не может быть слабее, чем у Мрии) . В передней части фюзеляжа располагаются «крылышки» — горизонтальные рулевые поверхности.
При разработке очень полезно понимать, какое место занимает проектируемая машина в ряду авиационной и космической техники.
Слева направо (в одном масштабе):
Экранолет Каспийский монстр (540т) ТУ-144Д (207т) Мрия (630т) ТУ-160(275т) АКС (640т) Энергия-Буран (2400т) Экранолет Лунь (380т)
Слева направо (в одном масштабе):
Сатурн-5. Высота 110.6м. Масса 2950т Н-1. Высота 105.3м. Масса 2950т Энергия-Буран. Высота58.8м. Масса 2400т АКС Длина 75м. Масса 640т
Особенности конструкции.
По существу, АКС представляет из себя конвертоплан. Первые двадцать минут полета это дозвуковой (околозвуковой) самолет. Потом, в течение 75 секунд это гиперзвуковой разгонщик. И далее — до посадки — это снова самолет. Самолет и разгонщик используют разные двигатели, разные виды топлива. Ресурс ЖРД намного ниже, чем авиационных ДТРД. Это значит, ЖРД придется часто заменять, причем, все сразу. Поэтому логично, чтоб блок ЖРД был легкосъемным, и операция по замене ЖРД сводилась к замене заренее собранного блока и подключению коммуникаций. Створки грузового люка открываются вниз. Это удобно и безопасно при выведении полезной нагрузки, но неудобно при загрузке. Загрузочная площадка должна быть оборудована ямой.
Выбор двигателей
Поскольку данная работа не фэнтэзи, желательно, чтоб эти двигатели УЖЕ СУЩЕСТВОВАЛИ в то время в реальной истории. В крайнем случае, не должно быть никаких помех возможности их создания. 1. ЖРД. Двигатели должны быть кислородно-керосиновые. Многосопловые плохо вписываются. Зато НК-33-1 подходят по тяге и габаритам. На начальном этапе можно использовать НК-43. Ведь двигатели включаются на высоте более 11км, где плотность воздуха в 4-5 раз ниже, чем на уровне моря. Компьютерное моделирование показало, что четырех двигателей мало. Шесть — много. Ну а пять — близко к оптимуму.
Длина 3.7м. Диаметр 1.49м. Масса (залитого) 1393кг Тяга: 223тс в вакууме, 195тс на уровне моря Удельный импульс: 350.6с в вакууме 307с на уровне моря.
2. ДТРД. На Мрии стоят шесть ДТРД Д-18 тягой по 23.43т на уровне моря (и всего 4.86т на высоте 11км) Итого 140.58т. Но компьютерное моделирование показало, что тяги на взлете не хватает. Слишком долгим получается разгон. Нужна ВПП длиной 5-5.5км, а это усложняет эксплуатацию машины. Поставить восемь двигателей? Монстр получается. И аэродинамика страдает. Восемь двигателей не вписываются между вертикальными килями. Тупиковый путь.
Пошел в серию в 1985г Разработан для самолетов АН-124 (Руслан) и АН-225 (Мрия)
Скрепя сердце, выбираю в качестве прототипа двигатель Trent 980 фирмы Rolls-Royce с тягой 37.75т на уровне моря. Фирма зарубежная, к тому же эти двигатели впервые поднялись в воздух только в 2004 году. Зато они идеально подходят по тяге и габаритным размерам. И у них есть еще одно достоинство: Они существуют в нашей реальности. Значит, двигатели с подобными параметрами МОЖНО СОЗДАТЬ. Сложно, но реально. Итак, ставим шесть двигателей с параметрами Trent 980 суммарной тягой 226.5т Тяга превышает 1/3 веса, и разгон укладывается в 3500м. Что дает возможность полностью загруженной машине взлетать с полос 4000м.
Схема полета (компьютерное моделирование)
Для уточнения всех неясных моментов было проведено компьютерное моделирование полета АКС и выведения на НОО полезной нагрузки 15 тонн. В модели использовался пошаговый метод. Квант времени — 10мс. При отладке использовался квант времени 1мс. (За 1мс объект проходит по орбите 8м.) Но практика показала, что такая точность не нужна.
Для вычисления тяги двигателей и аэродинамических характеристик требуется значение плотности атмосферы. Поэтому перед началом основного счета обсчитывается модель атмосферы с дискретностью 1м по высоте. Изменение температуры воздуха с высотой не учитываются, поэтому на высотах больше 100км ошибка в плотности может быть существенной. Но с другой стороны, сама плотность так мала, что эта неточность не оказывает серьезного влияния на результат.
За высоту точки старта берется уровень моря. Это близко к фактическому значению для американского космодрома на мысе Канаверал. Сто метров над уровнем моря для Байконура тоже не вносят большой погрешности. Учет скорости вращения Земли (если нужно) производится как разовая добавка скорости на участке разделения 1-й и 2-й ступеней.
Результаты моделирования для наглядности оформлены как телеметрия с борта АКС с квантом времени в 1с (что соответствует 100 квантам модельного времени). Комментарии в особо интересных местах оформлены как переговоры борт-земля, рапорты о прохождении команд и т.д.
После выхода на орбиту результаты выводятся 1 раз в 10 секунд. С результатами можно ознакомиться здесь:
Телеметрия запуска АКС (общая) http://samlib.ru/s/shumil_p/akc-01.shtml
Телеметрия запуска АКС (1-я ступень) http://samlib.ru/s/shumil_p/akc-02.shtml
Не обращайте внимания на большую посадочную скорость. Мне просто лень было отлаживать автопилот и подбирать режим глиссады/посадки.
Телеметрия запуска АКС (модель атмосферы) http://samlib.ru/s/shumil_p/akc-03.shtml
АКС взлетает по-самолетному (горизонтальный старт), используя тягу шести ДТРД. Длина разбега чуть меньше 3500м. Скорость отрыва высокая — больше 450 км/ч. АКС набирает высоту 11-12 км. Набор высоты занимает около 20 минут, и за это время двигатели сжигают 16т авиационного керосина. На этой высоте и скорости, приближающейся к 1 М, происходит переход на «космические» ЖРД. Сначала включаются два ЖРД. Потом ДТРД выключаются и их воздухозаборники закрываются заслонкой. Через несколько секунд включаются оставшиеся три ЖРД и АКС делает «горку».
На высоте более 40км топливо ЖРД заканчивается, АКС раскрывает створки грузового отсека и выводит 2-ю и 3-ю ступени за пределы грузового отсека. Происходит разделение. 2-я ступень включает двигатели и уходит в самостоятельный полет. А АКС закрывает створки грузового люка и продолжает «горку». Запаса вертикальной скорости хватает до высоты 85-90км, после чего подъем переходит в снижение. Максимальные перегрузки не превышают 3g (на высоте порядка 45км). Максимальная скорость 1330м/с или приблизительно 4850 км/ч (на высоте около 30км).
На высоте порядка 9км скорость падает до дозвуковой, заслонка открывает воздухозаборники и запускаются два (из шести) ДТРД. Все двигатели запускать нет необходимости — вес машины с 640т (на старте) упал до 250т. Снижаясь, АКС, как обычный самолет, идет на аэродром. Это может быть аэродром старта или любой другой с длиной ВПП 4-4.5 км.
Запуск двигателей 2-й ступени прошел на высоте 46-47км, вертикальной скорости 860м/с и горизонтальной 1070м/с (без учета вращения Земли) или 1370 (с учетом вращения Земли) Полная скорость 1620м/с. Угол траектории — 31 градус к горизонту.
Запуск двигателей 3-й ступени прошел на высоте 156км и скорости 4330м/с. Вертикальная скорость при этом 773м/с. 3-я ступень вывела полезную нагрузку 15т на орбиту 206 х 228км.
Для сравнения сопоставим параметры траектории на момент окончания работы двигателей АКС и первой ступени РН Протон-К.
АКС Высота 40.96км. Скорость полная 1392м/с (без учета вращения Земли) Угол 39град. к горизонту. (верт. скорость 887м/с)
Протон-К Высота 40.8км. Скорость полная 1782м/с (без учета вращения Земли) Угол 20град. к горизонту. (верт. скорость 606м/с)
Из приведенных данных видно, что высота практически совпадает, угол подъема траектории и вертикальная скорость АКС значительно выше, но полная скорость серьезно (на 400м/с) уступает 1-й ступени РН Протон.
Общий вывод — гиперзвуковой самолет-разгонщик вполне может заменить первую ступень РН тяжелого класса.
Задача выполнена. Полезная нагрузка 15т выведена на НОО. Какие еще преимущества дает использование АКС? До высоты 40-42км полезная нагрузка находится в закрытом грузовом отсеке АКС. Корпус АКС защищает ПН на участке самых тяжелых аэродинамических нагрузок. Следовательно, обтекатель ПН может быть облегченной конструкции.
Но если масса ПН меньше 15 тонн, возможен другой вариант. Вспомним, что АКС по инерции, постепенно теряя вертикальную скорость, поднимается до высоты 90км. Так что если задержать выведение ПН до 50-55км, то обтекатель вообще не нужен.
Следует отметить, что АКС не привязан к космодрому. При заправке «с колес» он может стартовать с любого аэродрома, имеющего ВПП не менее 4км. А добраться до этого аэродрома способен своим ходом. Для подвоза компонентов топлива желательно иметь ветку железной дороги.
Итак, имеем носитель-пятнадцатитонник. 640т на ВПП, 15т на НОО. Какое место в общем ряду РН он занимает?
РН Протон-К. 702т на стартовом столе, 20т на НОО.
РН Зенит. 459т на стартовом столе, 13.7т на НОО.
РН Союз. 313т на стартовом столе, 7.2т на НОО.
РН Ариан-4. 470т на стартовом столе, 7.6т на НОО.
РН Ариан-5. 777т на стартовом столе, 18т на НОО.
РН Сатурн-1В. 590т на стартовом столе, 15.3т на НОО.
РН ЧанЧжен-2F. 480т на стартовом столе, 8.4т на НОО.
Может ли АКС использоваться для запуска пилотируемых аппаратов? А почему нет? КК Союз весит 7 тонн. И хотя рядом с шаттлом не смотрится, в реальной истории до сих пор летает. А вот шаттлов уже нет.
Пять КК Аполлон, работавших на околоземных орбитах, запускались РН Сатурн-1В. Они весили 14.7т. По габаритам свободно вписываются в грузовой отсек АКС. Китайский Шеньчжоу имеет массу чуть меньше 8 тонн и также может быть выведен на орбиту АКС. Но. В альтернативной истории наши космонавты еще с 1984 года летают в космос на многоразовых ЛКС Челомея. Однако, 10-14-тонные одноразовые беспилотные грузовики дешевле и удобнее запускать АКС.
Что имеем со вводом в эксплуатацию АКС?
Прежде всего, РН Союз и Зенит всех модификаций становятся не нужны. Остаются РН тяжелого класса 20-тонник Протон (если еще не снят с эксплуатации) и 30-тонник Н-11-у. И остается супертяж-стотонник Н-1. Это — хорошая сторона проекта. Но есть и плохая: Мы в альтернативной истории лишились самолета АН-225 (Мрия).
Мрия — до сих пор самый большой самолет в мире. Длина 84м. Размах крыла 88.4м. Площадь крыла 905кв.м. Высота 18.2м. Грузовая кабина 43 х 6.4 х 4.4м. Масса груза 250т (рекорд — 253.8т) Масса пустого 250т. Макс. взлетная 630т. Самолет этот разрабатывался как перевозчик негабаритных элементов РН Энергия и кораблей Буран.
Американцы для перевозки шаттлов использовали специально модифицированный Боинг-747.
Для шаттлов были оборудованы две посадочные полосы. Если шаттл садился вдали от космодрома, домой возвращался верхом на Боинге-747.
Из-за того, что разработка Мрии затянулась, реально возить негабаритные грузы пришлось другому самолету — ВМ-Т «Атлант» В.М. Мясищева (глубокая переделка стратегического бомбардировщика 3М). К сожалению, хвостик Бурана пришлось отстегнуть. Атлант не такой могучий, как Мрия.
Диаметр фюзеляжа Атланта 3м. Диаметр баков Энергии — 8м. Однако, кто сказал, что у нас нет самолета класса Мрия? А АКС на что? Если в штатном режиме он берет 150т (2-я ступень + 3-я ступень + ПН ) и 250т топлива, то вполне может работать грузовым самолетом тяжелого класса. Конструкция позволяет оборудовать узлы для внешнего крепления груза, а габариты грузового отсека — принимать внутрь поддоны с негабаритными грузами массой до 200 тонн. Проблемой остается специально оборудованная загрузочная яма. Другой вариант — 600-тонный подъемник, который приподнимает весь АКС на время загрузки.
В грузовых рейсах можно снимать блок ЖРД. Это добавляет еще 10т к весу перевозимого груза. Или позволяет на 10 тонн увеличить запас топлива. Использование АКС в качестве самолета для перевозки тяжелых, негабаритных грузов резко повышает рентабельность системы.
Кому из конструкторов можно поручить создание АКС по данному эскизному проекту? Могу назвать двоих:
— Владимир Михайлович Мясищев.
— Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский.
Всю жизнь Мясищев создавал уникальные машины, часто опережающие время на десятилетия. И всю жизнь не мог пробить крупносерийное производство для своих машин.
К сожалению, из реальной истории известно, что В.М. Мясищев скончался 14.10.1978 г. А поднять в воздух АКС до 78 года нереально.
Г.Е. Лозино-Лозинский умер 28.11.2001г на 92-м году жизни. В реальной истории был ведущим разработчиком МТКК Буран. До этого руководил проектом «Спираль».
Каковы перспективы дальнейшего развития АКС?
1. Замена ДТРД на сверхзвуковые и гиперзвуковые ВРД. Это позволит значительно увеличить вес полезной нагрузки. Или перейти к двухступенчатой схеме запуска.
2. Крепление груза на внешней подвеске. Это позволит выводить на орбиту многоразовые аппараты, оснащенные крыльями (орбитальные самолеты), которые просто не вписываются в грузовой отсек. Например, тот же ЛКС Челомея.
3. На основе технологий ХХI века возможна разработка многоразовых 2-й и 3-й ступеней РН (выдвижные крылья, как у крылатых ракет, система автоматической посадки на указанный аэродром). Это позволит в начале ХХI река создать полностью многоразовую систему.
Настало время подводить итоги. Что получает СССР в результате трех коррекций истории?
— 30-тонник Н-11-у, запуск которого обходится намного дешевле запуска американского шаттла. (Создание Н-11 — 1969-1971г. Дальше — поэтапная модернизация до Н-11-у)
— Стотонник Н-1, аналога которому в конце ХХ, начале ХХI века у американцев нет. (Создание — первая половина 70-х)
— Многоразовый транспортный космический корабль, выводимый на орбиту РН Протон или Н-11-у. (Создание — 1984г)
— Дешевую систему запуска в космос ПН до 15т включительно, состоящую из двух частей:
1) авиационно-космический самолет-разгонщик в качестве 1-й ступени.
2) Двухступенчатый РН массой 135т в качестве второй и третьей ступеней.
По этому пункту сроки — скользкий вопрос. Создание — желательно, к 1986г. Если не полетит к 1988г, может не полететь вообще. Ясно только, что проектирование надо начинать в 1976 году, так как финансирование идет вместо финансирования системы «Энергия-Буран» в реальной истории.
По цене килограмма на орбите на рынке космических запусков у СССР конкурентов нет. Парк советских РН позволяет решить ЛЮБЫЕ задачи, которые ставит практика.
Источники финансирования:
1) Н-1, Н-11 — те же источники, те же затраты, что и в реальной истории — вплоть до первого удачного запуска.
2) ЛКС Челомея — 1% от средств на разработку системы «Энергия-Буран».
3) АКС — из средств, затраченных в реальной истории на разработку системы «Энергия-Буран» и самолета АН-225 (Мрия).
Источник