Big Dumb Booster: простая, но сложная ракета для NASA
---
Схема ракеты-носителя NESUX от General Dynamics. Слева для сравнения - реальноая ракета Atlas
В первые годы существования американской космической программы главной задачей являлось повышение характеристик ракетно-космических систем. Быстро стало ясно, что повышение технических параметров связано с существенными трудностями и должно приводить к росту стоимости пусков. Интересный вариант решения этой проблемы был предложен в виде концепции Big Dumb Booster.
«Большая глупая ракета»
Проекты ракетно-космических систем того времени отличались высокой технической сложностью. Для получения более высоких характеристик разрабатывались и внедрялись новые материалы, создавались перспективные образцы аппаратуры всех классов, развивались двигатели и т.д. Все это приводило к росту стоимости разработки и производства ракет.
Расчеты показывали, что при сохранении таких подходов стоимость вывода груза будет оставаться, как минимум, на прежнем уровне или даже станет расти. Для сохранения или улучшения экономических показателей требовались кардинально новые решения на уровне концепций. Первые исследования в этом направлении начались в самом конце пятидесятых и вскоре дали реальный результат.
NASA в сотрудничестве с рядом частных аэрокосмических компаний прорабатывала несколько новых концепций перспективных систем. Одна из них получила название Big Dumb Booster – «Большая глупая (или примитивная) ракета-носитель».
"Простой" стартовый комплекс для "дешевой" ракеты NEXUS
Суть этой концепции заключалась в максимальном упрощении конструкции ракеты-носителя и отдельных ее составляющих. Для этого следовало использовать только хорошо освоенные материалы и технологии, отказавшись от разработки новых. Также требовалось упрощать конструкцию самой ракеты и ее составляющих. Одновременно с этим нужно было увеличивать носитель, наращивая его полезную нагрузку.
Согласно первым подсчетам, такой подход к проектированию и производству позволял BDB обеспечить резкое сокращение стоимости пусков. В сравнении с имеющимися и перспективными ракетами-носителями «традиционного» облика новые образцы были в разы экономичнее. Также ожидался рост темпов производства.
Таким образом, ракета-носитель BDB могла быстро строиться и готовиться к пуску, а затем отправлять на орбиту больший груз. Подготовка и запуск отличались бы разумной стоимостью. Все это могло стать хорошим стимулом для дальнейшего развития космонавтики, однако сначала требовалось разработать и реализовать принципиально новые проекты.
Принципиальные решения
В развитии концепции BDB участвовало несколько организаций-разработчиков ракетно-космической техники. Они предложили и довели до разной степени готовности целый ряд проектов ракет-носителей. Предлагаемые образцы заметно отличались друг от друга по своему облику или характеристикам, но при этом имели ряд общих черт.
Для упрощения и удешевления ракеты предлагалось строить не из легких сплавов, а из доступных и хорошо освоенных сталей. В первую очередь, рассматривались высокопрочные и вязкие сорта из категории мартенситностареющих сталей. Такие материалы позволяли строить более крупные ракеты с требуемыми параметрами прочности и разумной стоимостью. Кроме того, стальные конструкции можно было заказывать широкому кругу предприятий, в т.ч. из разных отраслей – от авиационной до судостроительной.
Схема ракеты Sea Dragon от Aerojet
Крупная ракета с большой нагрузкой нуждалась в мощной двигательной установке, однако такое изделие само по себе оказывалось крайне дорогим и сложным. Эту проблему предлагалось решать за счет наиболее эффективных видов топлива, а также при помощи изменения конструкции двигателя. Одной из главных идей в этой сфере стал отказ от турбонасосных агрегатов – одного из самых сложных компонентов ЖРД. Подавать горючее и окислитель планировалось за счет повышенного давления в баках. Уже одно это решение обеспечивало заметное сокращение стоимости.
Предлагаемые материалы и сплавы обеспечивали строительство крупных конструкций с соответствующим потенциалом. Полезную нагрузку ракеты типа Big Dumb Booster можно было довести до уровня 400-500 т или более. При увеличении размеров ракеты доля сухой массы в стартовом весе сокращалась, что сулило новые успехи и дополнительную экономию.
В перспективе ракеты или их элементы можно было сделать многоразовыми, чему способствовало применение прочных сталей. За счет этого планировалось получить дополнительное сокращение стоимости запуска.
Впрочем, для получения реальных результатов требовалось завершить научно-исследовательские работы, а затем запустить опытно-конструкторские. При всей кажущейся простоте, эти этапы могли растянуться на много лет и затребовать солидное финансирование. Тем не менее, предприятия космической отрасли пошли на этот риск и занялись проектированием перспективных «примитивных» ракет-носителей.
Смелые проекты
Первые проекты нового рода появились в 1962 г. и получили оценку специалистов NASA. Эти варианты BDB основывались на общих идеях, но использовали их по-разному. В частности, имелись отличия даже в способе старта.
Компоновка ракеты Sea Dragon
Настоящим рекордсменом могла бы стать ракета NEXUS разработки компании General Dynamics. Это была одноступенчатая ракета-носитель высотой 122 м и максимальным диаметром 45,7 м со стабилизаторами размахом 50 м. Расчетный стартовый вес достигал 21,8 тыс. т, полезная нагрузка для вывода на низкую околоземную орбиту – до 900 т. Для других орбит грузоподъемность была вдвое меньше.
Ракета NEXUS должна была выводить нагрузку на орбиту, а затем выполнять посадку в Мировом океане при помощи парашютов и твердотопливных посадочных двигателей. После обслуживания такая BDB могла выполнять новый полет.
В том же году появился проект Sea Dragon от компании Aerojet. Он предлагал сверхтяжелую ракету-носитель морского старта, причем ей не требовались какие-либо отдельные стартовые сооружения. Кроме того, к производству таких ракет планировалось привлечь судостроительные предприятия, обладающие необходимыми – не самыми сложными – технологиями сборки металлоконструкций.
«Морской дракон» строился по двухступенчатой схеме с упрощенными ЖРД на обеих. Длина ракеты достигала 150 м, диаметр – 23 м. Масса – ок. 10 тыс.т, полезная нагрузка – 550 т для НОО. На первой ступени предусматривался керосин-кислородный двигатель тягой 36 млн кгс. Вместо наземного стартового комплекса предложили более компактную систему. Ее выполнили в виде крупногабаритной балластной цистерны с необходимыми устройствами, прикрепленной к днищу первой ступени.
Процесс подготовки к запуску BDB типа Sea Dragon
По задумке конструкторов, ракету Sea Dragon должен был изготавливать судостроительный завод из привычных «корабельных» материалов. Затем при помощи буксира изделие в горизонтальном положении следовало буксировать к месту старта. Стартовая система обеспечивала переведение ракеты из горизонтального в вертикальное положение с осадкой около половины корпуса. Затем «Дракон» мог запустить двигатели и взлететь. Возвращение ступеней выполнялось при помощи парашютов с посадкой на воду.
Дешево, но дорого
Проекты сверхтяжелых ракет-носителей Big Dumb Booster представляли большой интерес в контексте дальнейшего развития космонавтики. Однако их реализация была связана с рядом характерных трудностей, без преодоления которых нельзя было получить желаемые результаты. Трезвая оценка технических предложений и проектов привела к закрытию всего направления.
Дальнейшая проработка предложенных проектов от Aeroget, General Dynamics и других компаний представляла собой весьма сложную задачу. Для создания «дешевой» ракеты требовались большие траты на разработку проектов и адаптацию существующих технологий под космическое применение. При этом получившиеся ракеты в обозримой перспективе не представляли никакого интереса: какая-либо полезная нагрузка в сотни тонн попросту отсутствовала и в ближайшие годы не ожидалась.
В NASA посчитали нецелесообразным тратить время, деньги и силы на проекты без реальной пользы. К середине шестидесятых годов все работы по теме BDB прекратились. Некоторые из участников этих работ пытались переделывать проекты под другие задачи, но и в этом случае они не получили продолжения. К радости налогоплательщиков, работы по BDB прекратились на ранних стадиях, и на сомнительную программу не потратили много денег.
Как показало дальнейшее развитие американской космонавтики, тяжелые и сверхтяжелые ракеты-носители действительно находили применение, но системы грузоподъемностью в сотни тонн были избыточными, а также чрезмерно сложными и дорогими – несмотря на изначальные планы. Развитие космонавтики продолжилось и без «Большой примитивной ракеты» – и показало желаемые результаты.
Автор:Рябов КириллИспользованы фотографии:NASA, Wikimedia Commons
Источник: bazaistoria.ru
Комментарии (0)
{related-news}
[/related-news]