Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о многоразовых пусковых системах . Для отдельных космических кораблей см. Многоразовые космические корабли .
Запуск космического корабля "Колумбия" в рамках первого полета космического челнока
Первая (частично) многоразовая космическая система запуска, Space Shuttle Columbia , при первом запуске в 1981 году ( STS-1 ).

Многоразовые система запуска является система запуска , что позволяет повторное использование некоторых или всех компонентов этапов. На сегодняшний день совершено несколько полетов полностью многоразовых суборбитальных систем и частично многоразовых орбитальных систем.

Первой многоразовой ракетой-носителем, вышедшей на орбиту, стал Space Shuttle (в 1981 г.), который не смог достичь поставленной цели по снижению затрат на запуск до уровня ниже затрат на одноразовые пусковые системы .

В течение 21 века коммерческий интерес к многоразовым пусковым системам значительно вырос с несколькими активными пусковыми установками. Генеральный директор SpaceX Илон Маск сказал, что если кто-то сможет придумать, как повторно использовать ракеты, такие как самолеты, то стоимость доступа в космос снизится в сто раз. [1] Ракета Falcon 9 компании SpaceX имеет многоразовую первую ступень и капсулу (для полетов Дракона ) и одноразовую вторую ступень. Компания Spaceship Company эксплуатирует многоразовые суборбитальные космические самолеты , а суборбитальная ракета Blue Origin New Shepard имеет восстанавливаемые первые ступени и капсулы экипажа..

Конфигурации [ править ]

Многоразовые пусковые системы могут быть как полностью, так и частично многоразовыми.

Полные многоразовые пусковые системы [ править ]

Полностью многоразовые системы могут быть одноэтапными на орбиту (SSTO), а также многоступенчатыми ( двух- или трехступенчатыми ) системами на орбиту. Полностью многоразовые системы еще не доказали свою жизнеспособность; теоретические одноступенчатые системы и вторая ступень существующих частично многоразовых многоступенчатых конструкций еще не подлежат повторному использованию.

Планы сделать вторую стадию Falcon 9 многоразовой, создав полностью многоразовую систему, были отменены. SpaceX Starship разрабатывается как полностью многоразовой системы запуска.

Частично многоразовые пусковые системы [ править ]

Частично многоразовые пусковые системы в виде многоступенчатых систем для вывода на орбиту до сих пор были единственными используемыми конфигурациями многократного использования.

Этапы взлета [ править ]

Существующие многоразовые пусковые системы используют ракетный вертикальный отрыв .

Помимо этого, целый ряд неракетных систем взлета был предложен и исследован с течением времени как многоразовые системы для взлета с аэростатов [2] [ актуально? - обсудить ] в космические лифты . Существующими примерами являются системы, использующие отрыв с крылатыми горизонтальными реактивными двигателями. Такой самолет может запускать в воздух одноразовые ракеты и по этой причине может рассматриваться как частично многоразовая система, если самолет рассматривается как первая ступень ракеты-носителя. Примером такой конфигурации является орбитальный компьютер Pegasus . Для суборбитального полета SpaceShipTwo использует для старта самолет-носитель, егоMothership в Scaled Composites White Knight Two .

Этапы орбитального вывода [ править ]

Пока что системы запуска достигают орбитального вывода с помощью многоступенчатых ракет , особенно со второй и третьей ступенями. Только космический челнок достиг частичного повторного использования ступени вывода на орбиту за счет использования двигателей своего орбитального корабля .

Многоразовый орбитальный аппарат [ править ]

Основная статья: Многоразовый космический корабль

Системы запуска могут быть совмещены с многоразовыми орбитальными аппаратами. Орбитальный космический челнок , SpaceShipTwo и испытываются Индийский RLV-ТД , являются примерами для многоразового космического аппарата (а космоплан ), а также в качестве части ее системы запуска.

Более современно пусковая система Falcon 9 несла многоразовые транспортные средства, такие как Dragon 2 и X-37 , одновременно перевозя два многоразовых транспортных средства.

Современные многоразовые орбитальные аппараты включают X-37, Dream Chaser , Dragon 2, Indian RLV-TD и будущий European Space Rider (преемник IXV ).

Как и в случае с ракетами-носителями, все чисто космические корабли в первые десятилетия существования человечества в космических полетах проектировались как одноразовые. Это справедливо как для спутников и космических зондов, предназначенных для длительного пребывания в космосе, так и для любых объектов, предназначенных для возвращения на Землю, таких как космические капсулы с людьми или контейнеры для возврата образцов миссий по сбору космического вещества, таких как Stardust ( 1999–2006) [3] или Хаябуса (2005–2010). [4] [5] Исключения из общего правила для космических аппаратов были США Gemini SC-2 , то Советский Союз космический корабльВозвращаемый аппарат (Вирджиния) , орбитальный аппарат космического корабля "Шаттл" США (середина 1970-х - 2011 г., 135 полетов с 1981 по 2011 г.) и советский " Буран" (1980-1988 гг., Всего один испытательный полет без экипажа в 1988 г.). Оба этих космических корабля также были неотъемлемой частью стартовой системы (обеспечивающей ускорение запуска), а также работали как космические корабли средней продолжительности в космосе . Это начало меняться в середине 2010-х годов.

В 2010-х годах космическая транспортная капсула от одного из поставщиков, снабжающих Международную космическую станцию, была разработана для повторного использования, а после 2017 года [6] НАСА начало разрешать повторное использование грузового космического корабля SpaceX Dragon на этих транспортных маршрутах по контракту НАСА. . Это было началом проектирования и эксплуатации многоразового космического корабля .

С тех пор капсулы Boeing Starliner снижают скорость падения с помощью парашютов и незадолго до приземления на землю срабатывают подушку безопасности, чтобы поднять и повторно использовать транспортное средство.

По состоянию на 2020 год SpaceX в настоящее время строит и тестирует космический корабль Starship, чтобы он был способен выдержать многократные гиперзвуковые повторные входы в атмосферу, чтобы они стали действительно многоразовыми космическими кораблями длительного действия; повторных рейсов Starship еще не было.

Системы входа [ править ]

Основная статья: Вход в атмосферу
См. Также: Воздушный тормоз (воздухоплавание) , Аэротормоз , Aeroshell , Гравитационный поворот и Орбитальный впрыск.

Тепловой щит [ править ]

См. Также: Вход в атмосферу § Системы термозащиты

С возможными надувными теплозащитными экранами , разработанными США (Low Earth Orbit Flight Test Inflatable Decelerator - LOFTID) [7] и Китаем [8], одноразовые ракеты, такие как Space Launch System , считаются модернизированными такими теплозащитными экранами для спасти дорогие двигатели, возможно, значительно сократив затраты на запуски. [9]

Ретроградный толчок [ править ]

Основные статьи: Retrorocket и Thrust reversal

Системы запуска, такие как Falcon 9, используют для своих многоразовых ступеней не только ретроградную посадку, но и возвращение в атмосферу и даже обратную вспышку вместо того, чтобы нацеливаться только на приземление на более низкую дистанцию .

Системы посадки [ править ]

Многоразовые системы могут быть в одной или нескольких ( двух или трех ) ступенях для орбитальных конфигураций. Для некоторых или всех этапов могут использоваться следующие типы систем посадки.

Типы [ править ]

Торможение [ править ]

Основные статьи: Splashdown , Airbag § Системы посадки с подушками безопасности космического корабля и Парашют.
См. Также: Водная посадка

Это системы приземления, в которых используются парашюты и усиленные жесткие приземления, такие как приводнение в море или приземление на суше.

Хотя такие системы использовались с самого начала космонавтики для восстановления космических аппаратов, особенно космических капсул с экипажем , только позже аппараты были повторно использованы.

Например:

  • Твердотопливные ракетные ускорители Space Shuttle
  • Извлекаемые жидкие ускорители космического шаттла: исследование роста

Горизонтальный (крылатый) [ править ]

Основная статья: Космический самолет

Одиночные или основные ступени, а также ускорители обратного хода могут использовать систему горизонтальной посадки.

Примеры:

  • Орбитальный аппарат Space Shuttle - в составе главной сцены
  • Изученная ракета-носитель космического шаттла
  • Энергия II («Ураган») - альтернативная концепция стартовой системы « Буран ».
  • Liquid Fly-back Booster - немецкий концепт
  • Байкал - бывший российский проект
  • Многоразовая бустерная система - исследовательский проект в США
  • XS-1 - еще один исследовательский проект США
  • RLV-TD - текущий индийский проект
  • Двигатели реакции Skylon SSTO

Одним из вариантов является система буксировки с воздушным захватом, которую предлагает компания EMBENTION в своем проекте FALCon. [10]

Транспортным средствам, которые приземляются на взлетно-посадочную полосу горизонтально, требуются крылья и ходовая часть. Обычно они потребляют около 9-12% массы посадочного аппарата, [ цитата ], что либо снижает полезную нагрузку, либо увеличивает размер транспортного средства. Такие понятия, как подъем тела предлагают некоторое снижение массы крыла, [ править ] как это делает треугольным крылом форму Space Shuttle .

Вертикальный (ретроградный) [ править ]

Основные статьи: VTVL , Retrorocket и Thrust reversal

Такие системы, как McDonnell Douglas DC-X (Delta Clipper) и SpaceX, являются примерами ретроградной системы. Ускорители Falcon 9 и Falcon Heavy приземляются с использованием одного из своих девяти двигателей. Ракета Falcon 9 - первая орбитальная ракета, которая вертикально приземляет свою первую ступень на землю. Оба этапа Starship планируется приземлиться вертикально.

Для ретроградной посадки обычно требуется около 10% от общего количества топлива первой ступени, что снижает полезную нагрузку, которую можно нести из-за уравнения ракеты . [11]

Ограничения [ править ]

Дополнительный вес [ править ]

Многоразовые ступени весят больше, чем эквивалентные одноразовые ступени . Это неизбежно из-за дополнительных систем, шасси и / или избыточного топлива, необходимого для посадки ступени. Фактическая потеря массы зависит от транспортного средства и выбранного режима возврата. [12]

Ремонт [ править ]

После приземления пусковая установка может нуждаться в ремонте, чтобы подготовить ее к следующему полету. Этот процесс может быть длительным и дорогостоящим. И пусковая установка может не пройти повторную сертификацию как предназначенную для людей после ремонта. В конечном итоге существует ограничение на то, сколько раз пусковая установка может быть отремонтирована, прежде чем ее нужно будет списать, но то, как часто космический корабль может быть повторно использован, значительно различается между различными конструкциями систем запуска.

История [ править ]

С развитием ракетных двигателей в первой половине двадцатого века космические путешествия стали технической возможностью.

Ранние идеи одноступенчатого многоразового космического самолета оказались нереалистичными, и хотя даже первые практические ракетные аппараты ( Фау-2 ) могли достичь окраин космоса, технология многоразового использования была слишком тяжелой. Кроме того, многие ранние ракеты были разработаны для доставки оружия, что делало повторное использование невозможным по конструкции. Проблема массовой эффективности была решена за счет использования нескольких одноразовых ступеней в многоступенчатой ​​ракете вертикального старта . USAF и NACA изучали орбитальные многоразовые космические самолеты с 1958 года, например Dyna-Soar , но первые многоразовые ступени не использовались до появления американского космического корабля "Шаттл" в 1981 году.

20 век [ править ]

McDonnell Douglas DC-X использовал вертикальный взлет и вертикальную посадку

Возможно, первые многоразовые ракеты-носители были концептуализированы и изучены Вернером фон Брауном с 1948 по 1956 год. Ракета- перегонщик Фон Брауна подвергалась двум модификациям: один раз в 1952 году и еще раз в 1956. Они приземлялись с помощью парашютов. [13] [14]

General Dynamics Nexus была предложена в 1960 - е годы в качестве полностью многоразовой преемника ракеты Сатурн V, имеющий способность перевозить до 450-910 т (990,000-2,000,000 фунтов) на орбиту. [15] [16] См. Также Sea Dragon и Дуглас САССТО .

ВАС Горчица была изучена , начиная с 1964 г. Было бы включала три идентичных КЛА привязали вместе и расположены в два этапа. Во время подъема два космических самолета, составлявшие первую ступень, отделялись и по отдельности возвращались на Землю. Он был отменен после последней проработки конструкции в 1967 году из-за отсутствия средств на разработку. [17]

НАСА начало процесс проектирования космического челнока в 1968 году с целью создания полностью многоразового космического самолета с использованием ракеты-носителя с пилотируемым полетом . Эта концепция оказалась дорогостоящей и сложной, поэтому конструкцию пришлось сократить до многоразовых твердотопливных ракетных ускорителей и одноразового внешнего бака . [18] [19] Шаттл был более дорогим в эксплуатации в течение его 30-летнего срока службы, чем одноразовая пусковая система. [ необходима цитата ]

В 1986 году президент Рональд Рейган призвал к созданию Национального аэрокосмического самолета (NASP) / X-30 с воздушно-реактивным двигателем . Проект провалился по техническим причинам и был отменен в 1993 году [20].

В конце 1980-х годов была предложена полностью многоразовая версия ракеты " Энергия " - Энергия II. Его ускорители и ядро ​​могли бы садиться отдельно на взлетно-посадочную полосу. [21]

В 1990-х годах предложение McDonnell Douglas Delta Clipper VTOL SSTO перешло в фазу испытаний. DC-X прототип продемонстрировал быстрое время обработки и автоматическое управление компьютером.

В середине 1990-х британские исследователи преобразовали более ранний дизайн HOTOL в гораздо более многообещающий дизайн Skylon , который все еще находится в разработке.

Коммерческие предприятия Rocketplane Kistler и Rotary Rocket пытались создать многоразовые ракеты частной разработки, прежде чем обанкротиться. [ необходима цитата ]

НАСА предложило многоразовые концепции для замены технологии Shuttle, которые будут продемонстрированы в рамках программ X-33 и X-34 , которые были отменены в начале 2000-х годов из-за роста затрат и технических проблем.

21 век [ править ]

Scaled Composites SpaceShipOne использовал горизонтальную посадку после запуска с самолета-носителя

Конкурс Ansari X Prize был направлен на разработку частных суборбитальных многоразовых аппаратов. Многие частные компании соревновались с победителем, Scaled Composites , достигнув линии Кармана дважды за двухнедельный период со своим многоразовым SpaceShipOne .

В 2012 году SpaceX начала программу летных испытаний экспериментальных аппаратов . Впоследствии это привело к разработке многоразовой ракетной установки Falcon 9 . [22]

23 ноября 2015 года ракета New Shepard стала первой суборбитальной ракетой с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой (VTVL), которая достигла космоса, пройдя линию Кармана (100 км или 62 мили), достигнув высоты 329 839 футов (100 535 м) перед возвращением. для пропульсивной посадки. [23] [24]

Компания SpaceX осуществила первую вертикальную мягкую посадку многоразовой орбитальной ракетной ступени 21 декабря 2015 года после доставки 11 коммерческих спутников Orbcomm OG-2 на низкую околоземную орбиту . [25]

Первое повторное использование первой ступени Falcon 9 произошло 30 марта 2017 года. [26] SpaceX теперь регулярно восстанавливает и повторно использует свои первые ступени, а также повторно использует обтекатели . [27]

В 2019 году Rocket Lab объявила о планах восстановления и повторного использования первой ступени своей ракеты-носителя Electron , намереваясь использовать парашюты и подъем в воздухе . [28] 20 ноября 2020 года Rocket Lab успешно вернула первую ступень Electron с орбитального запуска, ступень мягко плескалась в Тихом океане. [29]

Китай изучает возможность повторного использования системы Long March 8 . [30]

По состоянию на май 2020 года единственными действующими многоразовыми пусковыми системами орбитального класса являются Falcon 9 и Falcon Heavy , последняя из которых основана на Falcon 9. SpaceX также разрабатывает полностью многоразовую пусковую систему Starship [31] и Blue Origin разрабатывает собственную орбитальную ракету частичного повторного использования New Glenn , так как намеревается восстановить и повторно использовать только первую ступень.

5 октября 2020 года Роскосмос подписал контракт на разработку на Амуре новой пусковой установки с многоразовой первой ступенью. [32]

В декабре 2020 года ЕКА подписало контракты на начало разработки THEMIS, прототипа многоразовой пусковой установки первой ступени. [33]

Боковые ускорители Falcon Heavy приземляются во время демонстрационной миссии 2018 года .

Список многоразовых пусковых систем [ править ]

КомпанияСредство передвиженияСтранаТипПоложение делПримечания
Blue OriginНовый ШепарднасСуборбитальныйВ разработке.Полностью многоразовый
Blue OriginNew GlennнасОрбитальныйВ разработке.Первая ступень многоразового использования
Ракетная лабораторияЭлектронНовая ЗеландияОрбитальныйОперативный.Повторное использование первой стадии находится в стадии разработки, но повторное использование первой стадии еще не было.
United Launch AllianceВулканский кентаврнасОрбитальныйВ разработке.Первая ступень многоразового использования
ISRORLV-TDИндияСуборбитальныйПроектУспешно прошли летные испытания, [34] Полностью многоразовый.
Virgin GalacticSpaceShipTwoнасСуборбитальныйПрототипСоздан для космического туризма. Полностью многоразовый
SpaceXСокол 9насОрбитальныйОперативныйПервая ступень и обтекатель многоразового использования.
SpaceXFalcon HeavyнасОрбитальныйОперативныйСердечник, боковые ускорители и обтекатель многоразового использования.
SpaceXЗвездолетнасОрбитальныйПрототипПолностью многоразовый.
НАСАКосмический шатлнасОрбитальныйНа пенсииОрбитальный и боковые ускорители многоразового использования
НПО-ЭнергияЭнергия-БуранСССРОрбитальныйНа пенсииТолько орбитальный корабль "Буран" многоразового использования
I-пространствоГипербола-2КитайОрбитальныйВ разработке.Прототип
РоскосмосАмурРоссияОрбитальныйВ разработкеПрототип
ЕКАФемидаЕвропаОрбитальныйВ разработкеПрототип

См. Также [ править ]

  • Многоразовый космический корабль
  • Программа разработки многоразовой системы запуска SpaceX
  • Космоплан
  • Список частных космических компаний
  • Взлет и посадка
  • Спускаемый аппарат на Марс
  • Восхождение на Марс
  • Лунный посадочный модуль

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Повторное использование» . Проверено 20 ноября 2019 года .
  2. Рианна Рейес, Тим (17 октября 2014 г.). "Пусковая установка для воздушных шаров Zero2Infinity устремлена к звездам" . Вселенная сегодня . Дата обращения 9 июля 2015 .
  3. Перейти ↑ Muir, Hazel (15 января 2006 г.). «Щепотка кометной пыли благополучно приземляется на Земле» . Новый ученый . Проверено 20 января 2018 года .
  4. ^ "Миссия выполнена для японского исследователя астероидов Хаябуса" . Архивировано из оригинального 16 -го июня 2010 года.
  5. ^ "Космический зонд, возможно, с обломком астероида, возвращается на Землю в воскресенье" . Space.com . 13 июня 2010. Архивировано из оригинала 16 июня 2010 . Проверено 13 июня 2010 года .
  6. ^ Кларк, Стивен. «Грузовой манифест 11-й миссии SpaceX по доставке на космическую станцию» . Космический полет сейчас . Дата обращения 3 июня 2017 .
  7. ↑ Мардер, Дженни (3 июля 2019 г.). «Надувной замедлитель покорится на спутнике JPSS-2» . NOAA . Проверено 30 октября 2019 .
  8. ^ Xinhua редакция (5 мая 2020). " "胖 五 "家族 迎新 送 新一代 载人 飞船 试验 升空 —— 长征 五号 B 运载火箭 首飞 三大 看点 (Семейство LM5 в центре внимания: пилотируемые космические корабли нового поколения и другие изюминки Великого марша 5B) полет) » . Новости Синьхуа (на китайском языке).
  9. ↑ Билл Д'Зио (7 мая 2020 г.). «Являются ли китайские надувные космические технологии экономией на 400 миллионов долларов для SLS НАСА?» . westeastspace.com . Проверено 29 октября 2020 года .
  10. ^ "FALCon" . embention.com . Проверено 29 октября 2020 года .
  11. ^ «SpaceX в Твиттере» . Twitter . Проверено 7 января, 2016 .
  12. ^ Сиппель, М; Stappert, S; Bussler, L; Дюмон, Э. (сентябрь 2017 г.), «Систематическая оценка многоразовых вариантов возврата на первом этапе» (PDF) , IAC-17-D2.4.4, 68-й Международный астронавтический конгресс, Аделаида, Австралия.
  13. ^ "Концепт-кар фон Брауна" . www.astronautix.com .
  14. ^ "Фантастическое видение Вернера фон Брауна: Ракета- перегонщик | ПРОВОДНАЯ" - через www.wired.com.
  15. ^ "ch2" . history.nasa.gov .
  16. ^ "Нексус" . www.astronautix.com .
  17. ↑ Забытые проекты «Громовых птиц 1960-х годов» воплощены в жизнь » . BAE Systems | Соединенное Королевство .
  18. ^ НАСА CR-195281, «Использование внешних баках космической транспортной системы»
  19. ^ "Внешняя резервуарная станция STS" . Ntrs.nasa.gov. Архивировано из оригинального 7 -го апреля 2015 года . Проверено 7 января 2015 года .
  20. ^ "Медный каньон" . www.astronautix.com . Проверено 8 июня 2018 .
  21. ^ "Б.И.Губанов. Триумф и трагедия« Энергии »глава 41» . www.buran.ru .
  22. ^ Линдси, Кларк (2013-03-28). «SpaceX быстро движется к первой ступени обратного полета» . NewSpace Watch . Проверено 29 марта 2013 .
  23. ^ "Blue Origin делает историческую многоразовую посадку ракеты в эпическом испытательном полете" . Калла Кофилд . Space.Com. 2015-11-24 . Проверено 25 ноября 2015 .
  24. ^ Бергер, Эрик. «Джефф Безос и Илон Маск спорили из-за гравитации приземления ракеты Blue Origin» . Ars Technica . Проверено 25 ноября 2015 года .
  25. ^ «SpaceX в Твиттере» . Twitter .
  26. ^ "SpaceX успешно [ sic ] запускает первую переработанную ракету - видео" . Хранитель . Рейтер. 31 марта 2017.
  27. ^ Апрель 2019, Майк Уолл 12. «SpaceX восстановила тяжелый носовой обтекатель Falcon, планирует повторно запустить его в этом году (фотографии)» . Space.com .
  28. ^ «Rocket Lab объявляет о планах повторного использования электронных ракет» . Ракетная лаборатория. 6 августа 2019 . Проверено 7 декабря 2019 .
  29. ^ "Rocket Lab запускает Electron для проверки восстановления ускорителя" . SpaceNews . 2020-11-20 . Проверено 20 ноября 2020 .
  30. ^ "Китай тестирует возможность повторного использования ракеты с запланированной пусковой установкой Long March 8" . SpaceNews.com. 2018-04-30 . Проверено 4 октября 2020 .
  31. ↑ Илон Маск (29 сентября 2017 г.). Превращение в многопланетный вид (видео). 68-е ежегодное собрание Международного астронавтического конгресса в Аделаиде, Австралия: SpaceX . Проверено 31 декабря 2017 г. - через YouTube.CS1 maint: location ( ссылка )
  32. ^ "Беспроблемный, как автомат Калашникова: метановая ракета" Амур " . Роскосмос . 5 октября 2020 . Дата обращения 6 октября 2020 .
  33. ^ "ЕКА планирует демонстрацию многоразовой ракетной ступени" . Space Daily .
  34. ^ "Индийский демонстратор технологии многоразовых ракет-носителей (RLV-TD), успешно прошел летные испытания - ISRO" . www.isro.gov.in . Проверено 24 сентября 2018 .

Библиография [ править ]

  • Хериберт Кучера и др.: Многоразовые космические транспортные системы. Springer, Берлин 2011 г., ISBN 978-3-540-89180-2 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Иллюстрация космического челнока при взлете и орбитального корабля (Наглядный словарь - QAInternational)
  • Модуль лунного посадочного модуля