Первая страница → Мысли вслух → SpaceX
Наблюдая за успехами и неудачами частной аэрокосмической компании SpaceX, я постоянно ловлю себя на мысли — неужели все это всерьез? Откуда возникли эти сомнения, когда все вроде бы поступательно развивается? Вот и первый удачный старт Falcon 1 28 сентября 2008 года после трех неудач, далее успешный старт Falcon 9 (4.06.2010) и доставка грузовика Dragon к МКС (25.05.2012), потом первая успешная посадка первой ступени 22.12.2015. Правда, у Falcon 9 были и фатальные катастрофы — взрыв ракеты на 3-й минуте полета (28.06.2015), взрыв при заправке на стартовом столе 1 сентября 2016 года. И все вроде-бы показывает естественный ход поступательного развития проекта.
Но что-то тревожит. Сомнений добавила попавшаяся на глаза статья Дмитрия Конаныхина (3). Несмотря на то, что он назвал в одном из интервью (4) ракету Falcon 9 инженерным шедевром, а двигатель Merlin хорошим и с отличной энергетикой, тем не менее он озвучил ряд существующих и потенциальных проблем, которые были очень созвучны моим подозрениям. Теперь по порядку.
Когда вы спросите любого ракетчика - с чего начинается ракета? Он ответит — с двигателя! Нет двигателя, нет ракеты! Можно что угодно усовершенствовать в ракете, но если у вас нет хорошего основного двигателя, у вас ничего не получится, потому что двигатель первой ступени определяет ракету.
Посмотрим, что здесь есть у Илона Маска. В 2006 году, менее чем через 4 года после создания «с нуля» компании SpaceX у Илона Маска вдруг появляется работающий двигатель Merlin 1A. С первой попытки не совсем удачно, но вначале 2007 года это уже был полностью рабочий двигатель. Такого не бывает, чтоб вот так вот прямо из ниоткуда появляется изделие, требующее на отладку и доводку с огневыми испытаниями годы и годы. Это даже не сильно зависит от количества денег у вас в кармане, тут как в жизни - нормальные роды здорового ребенка все равно произойдут через 9 месяцев. Единственный возможный ответ на это — Маск получил (или купил) готовое решение, отработанное раньше. По характеристикам того, что он получил, можно понять, какого периода времени эта разработка, или какому периоду развития космической техники она соответствует.
Тут ответ даст детальный разбор характеристик двигателя Merlin 1А для ракеты Falcon 1. Тяга на уровне моря у него около 34 тс. Упс! И это у основного двигателя первой ступени ракеты в начале 21 века!? На «гагаринской» ракете РД-107 тяга и то была в разы больше. Сейчас однокамерные двигатели для первой ступени начинаются от 196 тс (РД-191, НПО «Энергомаш») и вплоть до 320 тс (RS-68A, Rocketdyne). Чтобы уточнить, насколько все плохо, посмотрим, что там с удельным импульсом (*)? Здесь мы имеем 253 с на уровне моря. Это тоже уровень конца 50-х годов — у РД107 он 257 с. Таким образом, по уровню тяги и эффективности двигатель можно смело отнести к концу 50-х годов. Не странно ли это? Заметный прогресс был достигнут с появлением в 2013 году версии двигателя Merlin 1D. Компании удалось вырваться из тисков 50-х годов. Однако, чтобы достигнуть тяги 66 тс и удельного импульса 282 с, потребовалось целых 7 лет.
Дальнейшее развитие двигателя привело к последней и самой мощной на настоящий момент версии Merlin 1D+, используемой с 22.12.2015г на ракетоносителе Falcon 9 FT (Full Thrust). Тяга двигателя увеличилась до 86 тс (Наконец достигли уровня РД-107), а удельный импульс до 286 с. Это соответствует уже уровню середины 60-х годов, когда появились двигатели РД-253 для Протона (150 тс, 288 с, правда на гептиле) и Н-1 от Rocketdyne (92 тс, 255 с) для Saturn I.
Есть еще один параметр, который может уточнить уровень разработки двигателя — давление в камере сгорания. Дело в том, что в 80-х годах прошлого века двигателестроители достигли определенного рубежа, который существует и по настоящее время — 192 атм для американских двигателей (RS-25) и 250 атм для российских (РД-170). До того момента допустимое давление в камере сгорания постоянно повышалось с целью повысить тягу. У «гагаринского» РД-107 оно было 60 атм, у американских Н-1 и F-1 оно было 48 и 69 атм соответственно, а вот у Merlin 1D+ в наши дни оно….всего 110 атм. Упс! Не дотягивает до конца семидесятых, когда был разработан SSME (RS-25), но чуть выше, чем американские двигатели начала-середины 60-х.
Таким образом, можно сделать вывод, что технический уровень двигателя Merlin 1А, с которого начинала SpaceX, соответствовал концу 50-х годов, а уровень «современного» Merlin 1D+ - где-то с середины 60-х до середины 70-х годов прошлого столетия. Без комментариев…
Инженеры SpaceX постоянно пытаются выжать все возможное из весьма посредственного (хотел написать «дохлого») двигателя, повышая давление в камере сгорания. Но любое форсирование имеет пределы. В подтверждение этого уже появлялись сообщения о трещинах в конструкции двигателя и вот, 5 ноября 2017 г. двигатель взорвался при испытаниях на стенде. Нельзя выжать больше, чем было заложено в исходную конструкцию двигателя!
Теперь вернемся из экскурса в историю в наши дни и зададимся вопросом можно ли построить современную высокоэффективную ракету с весьма посредственными двигателями 60-х — 70-х годов? На первый взгляд ответ очевиден — НЕТ! Однако команда SpaceX пытается сделать почти невозможное. И им это почти удается! Именно поэтому Дмитрий Конаныхин назвал Falcon 9 инженерным шедевром. Но только слово «почти» все портит. Falcon делает то, что не могут другие ракеты — обеспечивает посадку первой ступени после использования. Однако это эффектное свойство ракеты не делает ее эффективной, т. е. даже наоборот. Приходится уменьшать полезную нагрузку, сохраняя топливо для посадки. Именно поэтому Falcon 9 FT относится к классу средних ракет, выводящая по факту всего 5.5 т из заявленных 8.3 т на ГПО в одноразовой конфигурации (!), хотя имеет 9 (девять) двигателей первой ступени. Да и на НОО она пока вывела всего 9.6 т вместо заявленных 22.8 т. На самом деле, это выдающиеся характеристики при таких двигателях. Но таких ракет сейчас много.
Говорить о возможности сделать конкурентноспособную ракету тяжелого класса с ЖРД с удельным импульсом 282 с сегодня можно разве что в Хогвартсе. Именно поэтому возникает и основной вопрос: куда все это катится с такой помпой, фанфарами и шумом? На лето 2017 г. был запланирован (и это уже не состоялось) первый пуск Falcon Heavy с 27 двигателями Merlin, которая на НОО сможет, как утверждается, доставить аж 54 т и 22 т на ГПО. Это в два раза больше, чем современные ракеты с куда более мощными двигателями и существенно более эффективными! С чего это вдруг? Что-то мне это напоминает сказки относительно Saturn V, SkyLab и Лунную аферу. В данном случае, полет к Луне (для облета) на Falcon Heavy технически возможен, но не в пилотируемом варианте. Низкая надежность ракеты с 27 ЖРД врядли позволит разрешить запуск ее с астронавтами на борту.
Стало быть, Маск ... (хочется подобрать правильное слово)... сказочник.
Перспективы развития проекта не видно. Ни о каких обещанных пилотируемых полетах вокруг Луны не может идти и речи. Выкручиваться он будет как обычно — переключив внимание публики на более дальние и более грандиозные планы. На полет к Марсу, например. Т.е. вот Луну не облетели потому, что готовимся к полету на Марс.
Становится, как говорила Алиса в "Стране чудес", все чудесатее и чудесатее.
Каков же будет финал этой истории?
(*) Удельный импульс — важный показатель эффективности ракетного двигателя. Когда он выражен в секундах, показывает время, в течение которого двигатель развивает тягу в 1 кГс, используя массу топлива в 1 кГ.
Ссылки:
(1) https://ru.wikipedia.org/wiki/SpaceX
(2) https://ru.wikipedia.org/wiki/Falcon_9
(3) https://www.facebook.com/permalink.php?story_fbid=1128071823923229&id=100001612675483
(4) https://riafan.ru/524534-genii-ili-feik-dmitrii-konanyhin-o-makaronnom-monstre-ilona-maska
(5) https://en.wikipedia.org/wiki/Merlin_(rocket_engine_family)
(6) https://en.wikipedia.org/wiki/RD-191
(7) https://en.wikipedia.org/wiki/RS-68
(8) https://en.wikipedia.org/wiki/Rocketdyne_H-1
(9) https://ru.wikipedia.org/wiki/RS-25
(10) https://en.wikipedia.org/wiki/RD-107
(11) https://en.wikipedia.org/wiki/RD-253
(12) https://en.wikipedia.org/wiki/RD-170
(13) https://ru.wikipedia.org/wiki/Falcon_Heavy
Страница создана: 25.03.2017