Отиди на
Форум "Наука"

За руската ракета Союз, модерната космонавтика и Илон Мъск


Recommended Posts

  • Модератор Космически науки

За руската ракета Союз, модерната космонавтика и Илон Мъск

2021-soyuz-ms-20-launches.jpg

Снимка от изстрелването на пилотирания космически кораб "Союз МС-20" през декември 2020-та. Фото: Роскосмос

1 февруари 2022 г. 21:00 ч.

Светослав Александров. Руската ракета "Союз", наследницата на легендарната и проектирана от Сергей Корольов "Семьорка", е най-известният космически носител в света. Възхвалявана и хулена, за нея ще прочетете какво ли не в социалните мрежи и интернет форумите. Хвалителите твърдят, че тя е чудо на технологията, неостаряваща шест десетилетия и заради непрекъснатите модернизации, вечно актуална. Хулителите смятат, че тя е анахронизъм и е крайно време да бъде пратена в музея. Общото между тези крайни твърдения, пише И.А. Морин, работещ дълги години в РКЦ "Прогрес" (предприятието-производител на "Союз") е, че те са силно политизирани. В своя подробна статия Морин се опитва да разгледа предимствата и недостатъците на "Союз" от гледната точка на инженера, без политическите краски. 

Статията е публикувана в блога Zelenyikot, списван от известния експерт Виталий Егоров. Препоръчвам Ви да я прочетете в оригинал на руски език (линк в края на тази публикация). 

Морин започва своя анализ, оборвайки популярна заблуда сред обществото. Хората, които са далече от ракетостроенето, закърмени от художествения филм "Укротяването на огъня", смятат, че пакетната подредба на ракетните степени е откритие от Сергей Корольов и че тя е по-добра от последователната (или тандемната) подредба. Но от гледна точка на балистиката пакетната схема е по-лоша от тандемната. Защо това е така? Когато степените са организирани последователно, след изхвърлянето на първата от тях работатата на втората степен започва с изцяло пълни горивни резервоари. При пакетната схема обаче, след разделянето на първата степен, втората е с частично изпразнени резервоари. Лесно може да се покаже защо това е недостатък посредством формулата на Циолковски, но дори и интуитивно можете да се досетите, че ракетата превозва със себе си излишното тегло на вече частично изпразнените резервоари. 

Защо тогава Корольов се е спрял на пакетната подредба? Две са основните причини. Първата от тях е, че за да може да се обезпечи изискуемото съотношение на тягата към теглото, отчитайки тогавашното технологично развитие на ракетните двигатели, би било необходимо на първата степен да се монтират приблизително същият брой двигатели, каквито сега ги има на първата и втората степен. Това обаче би било свързано с добавянето на един допълнителен двигател за втората степен, сериозно увеличаване на диаметъра на първата степен и като резултат би станало невъзможно ракетата да се превозва посредством влак. Спомнете си, че "Семьорка"-та е създадена като бойна ракета и като такава е трябвало да може да пътува на вагон без ограничения. Втората причина е по-важна - по това време инженерите не са имали сериозен опит със запалването на ракетните двигатели във въздуха, докато наземната система за запалване е била (и все още е) много проста и надеждна.

Изборът на пакетната подредба сблъскал конструкторите с купища проблеми от друг порядък. Ако ракетата трябва да бъде поставена на стартовата площадка по класическия начин, тогава централният блок на пакета би поел огромно натоварване от теглото на двете степени (съставени общо от пет блока). За да може блокът да издържи това натоварване, принципно би следвало да или се укрепят стените на поддържащите резервоари и съответно да се увеличи тяхното тегло, или да се повиши налягането в самите резервоари, което, при техния диаметър от 3 метра, отново би изисквало удебеляване и утежняване. Усложнява се и задачата по укрепването на ракетата срещу вятър. 

uvesena-raketa-soyuz.jpg

Като резултат конструкторите измислили гениално решение - ракетата не се "поставя" върху стартовата площадка, а e в увиснало положение (вж. снимката по-горе)! Захваната е за същия пръстен, който по време на полета поема натоварването от страничните блокове. Централният блок същевременно е издължен, без да бъде подсилван и утежняван - същото е направено и със страничните блокове. Що се касае до ветроустойчивостта, мястото за захващане е над центъра на тежестта. Чрез подобна "полузаровена" позиция на ракетата върху стартовата площадка инженерите "убиват няколко заека с един куршум". 

Освобождаването на ракетата от задържащата структура е замислено по невероятен начин. Самата задържаща структура се състои от общо четири сегмента, които под тежестта на ракетата се затварят в пръстен. Сегментите от своя страна са свързани с "кобилици", които от другия край имат противотежести. Веднага щом тягата на двигателите уравновеси силата на тежеста на ракетата, кобилиците се завъртат под действието на противотежестите, пръстенът се разгръща и ракетата излита. Решението е брилянтно - толкова брилянтно, че според слуховете, когато американските специалисти дошли на Байконур за подготовката на съвместната мисия "Аполо-Союз", те се възхитили като видели за пръв път стартовия комплекс на руските ракети "Союз".

(...) Морин е впечатлен колко бързо е проектирана и конструирана  "Семьорка"-та. През май 1954 г. е прието постановлението от ЦК на КПСС, през първата половина на 1956 г. са произведени първите ракетни блокове, индивидуалните им огневи изпитания са проведени през август същата година, първата цялостно сглобена ракета пристига през декември 1956, първото неуспешно изстрелване е през май 1957 и първият успешен полет е през август 1957. Как изобщо разработката е била реализирана толкова бързо? Като изключим високата квалификация на изпълнителите и ръководителите, твърди се, че всички участници в процеса са били силно мотивирани. Главният фактор обаче си остава ниското ниво на бюрокрация. Морин се спира и върху още една причина, която е ускорила разработката. Веднъж на експерта се наложило да намери старите чертежи от 1955-1956 г. и да работи с тях. Веднага му е направило впечатление колко са примитивни. Чертежите не са били предназначени "за глупаци", нещата, които са били очевидни за квалифицираните работници, не са били обяснявани подробно. Забелязват се и фрапантни грешки, впоследствие коригирани посредством бележки. Това са чертежи за еднократно ползване - кому е нужно да са перфектни? Морин споделя като странична информация, че е държал в себе си и чертежите за "Ил-2". В сравнение с модерните чертежи те наистина са простички. Не е чудно, че са били поверявани на обикновени чертожници, максимум на техници. Днес всеки примитивен детайл се чертае от дипломиран инженер. 

Експертът се спира върху главния недостатък на "Союз" - и той се корени в голямата трудоемкост при подготовката на ракетата за старт. Независимо колко напредват науката и роботиката, истината е, че съществуващата схема на ракетата изключва възможността за значителна автоматизация на работния процес дори ако бъде приложена дълбока модернизация. 

Това ни води до следния въпрос: въпреки недостатъците, които бяха описани по-горе (пакетната схема, трудоемката подготовка), каква е причината за дългата и успешна експлоатация на "Союз"? Ако може да се отговори с три думи, пише Морин, те са "такива са обстоятелствата". Но какви са тези обстоятелства?

"Семьорка"-та е разработена като военна ракета, която трябва да е способна да достави ядрена бойна глава на територията на всеки потенциален противник. По отношение на военното си приложение тя остарява почти незабавно - веднага щом американците създават ракетите "Атлас" и им става известно местоположението на полигона Тюратам. Но по отношение на нейното качество като космически носител тя се оказва изключително напреднала - нито една друга съветска, нито американска ракета не успява да я изпревари по товароподемност до средата на 60-те години. През първото десетилетие от космическата надпревара "Семьорка" и нейните модификации ("Молния", "Восток", "Восход", "Союз") задоволяват цялостно потребността на космонавтиката на СССР. Проведена е пилотирана програма, която в началото изпреварва тази на САЩ, изстреляни са фотографски разузнавателни спътници. Това поставя необходимост от масово производство - до средата на 60-те години се правят 50-60 ракетни изделия тип "Восход", "Восток" или "Союз".

zenit-rocket.jpg

Ракетата "Зенит" е по-евтина и наземната ѝ подготовка е по-автоматизирана от тази на "Союз". Ако СССР не се бе разпаднал, производството на "Союз" е щяло да бъде прекратено още през 90-те години на миналия век в полза на "Зенит". Фото: Роскосмос

Но след това, отчитайки недостатъците на "Союз", на Днепропетровск е поверена разработката на ново поколение ракета, която вече трябва да е с висока степен на автоматизация при предстартовата подготовка. Тя следва да бъде по-безопасна, по-евтина и освен това да служи като страничен ускорител за сврхътежката ракета "Енергия". Ракетата е известна под названието "Зенит". Но за разлика от "Семьорка", която е създадена за три години, разработката на "Зенит" се тутка. Първият полет на новата ракета е реализиран в средата на 80-те години. Морин е категоричен, че ако Перестройката и разпадането на СССР не са се били случили (благодарение на които производството на "Зенит" остава в Украйна, а не в Русия), ракетата "Союз" е щяла да бъде пенсионирана още през 90-те години. Ако СССР е продължил да съществува, "Зенит" е щяла да се превърне в основна ракета на съветската космонавтика.

Само че след разпадането на СССР, дори и на фона на очевидните недостатъци на "Союз", свързани с ръчния труд и липсата на автоматизация, ракетата се оказва евтина и подходяща за нуждите на западната космонавтика. Западът е искал да я ползва - а това е бил път за спасяването на космическия отрасъл на фона на липса на финансиране от новата държава Русия. Какви нови разработки? Трябва да се оцелява. Това е последната причина за дългия живот на "Союз".

Какво обаче може да кажем за Илон Мъск? Според Морин американският предприемач познава много добре опита на съветското ракетостроене. За да разполагаш с евтина и надеждна ракета, тя трябва да лети често и да има масово производство. Освен това е желателно да лети със собствен полезен товар - ето защо сме свидетели на изстрелванията на толкова много спътници "Старлинк". Мъск също така разбира, че наземните изпитания са по-продължителни и по-скъпи от полетните. Той знае, че няма как всичките проблеми да бъдат открити преди полет, защото не е възможно полетните условия да се превъзпроизведат на Земята. Освен това 60% от трудностите и авариите при наземното тестване не са свързани конкретно с изделието, а с изпитателното оборудване и неговата връзка с изделието. Един-единствен неуспешен полет може да даде повече полезна информация на конструкторите и инженерите в сравнение с месеци и години наземни изпитания. Морин дава пример с изпитателната програма на "Н1", спряна след четири неуспешни мисии. Сега, със "Старшип", Илон Мъск взривява дузина прототипи, преди да постигне успехи. Засега успехи има, но те са на локално ниво  - не е ясно какво ще се случи по време на полета в космоса, планиран за настоящата година.

Но има и една голяма разлика между стратегията на Мъск и съветската. Това е възвръщаемостта, а то противоречи на масовото производство. Колкото повече едни и същи степени летят, толкова е по-малка нуждата да се произвеждат нови. През 2021 година само една ракета "Фалкън 9" е използвала нова първа степен, останалите над 30 са били с рециклирани такива. Произвеждайки една ракета годишно не се снижава цената на производството, а освен това се увеличава шансът за провал. Това е било разбирано в САЩ през 60-те години на миналия век, когато комитетът по космонавтика към Сената е предупреждавал, че ако производството на "Сатурн 5" падне под критичното ниво, могат да се очакват инциденти.

Как може да се комбинира възвръщаемостта с програма за производството на нови ракети? Най-очевидният ход е да се увеличи бройката изстрелвания годишно. Вместо 30, нека има 300 полета за календарна година. Ако една степен се ползва десетократно, тогава ще трябва да се произвеждат по 30 възвръщаеми ракети за 12 месеца. Това е само два пъти по-малко от производството на РКЦ "Прогрес" по времето на СССР. Подобна програма би довела до евтини ракети и висока надеждност на изделията. А откъде ще се намери полезен товар? Правиш си го сам. "Старлинк" е добра стъпка към бъдещето. 

Източник: Zelenyikot

https://www.cosmos.1.bg/portal/2014-10-24-20-54-26/4346-2022-soyuz-elon-musk

Link to comment
Share on other sites

Напиши мнение

Може да публикувате сега и да се регистрирате по-късно. Ако вече имате акаунт, влезте от ТУК , за да публикувате.

Guest
Напиши ново мнение...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Зареждане...

За нас

Вече 17 години "Форум Наука" е онлайн и поддържа научни, исторически и любопитни дискусии с учени, експерти, любители, учители и ученици.

За своята близо двайсет годишна история "Форум Наука" се утвърди като мост между тези, които знаят и тези, които искат да знаят. Всеки ден тук влизат хиляди, които търсят своя отговор.  Форумът е богат да информация и безкрайни дискусии по различни въпроси.

Подкрепи съществуването на форумa - направи дарение:

Дари

 

 

За контакти:

×
×
  • Create New...