حسنًا ، أين نضع هذه المحركات الآن؟

تسبب منشور حديث عن إحياء وتطوير محرك SSME (RS-25) في LJ في تدفق المعالجين التآمريين على القمر في التعليقات - قارنوا مصير محرك المكوك مع F-1 من Saturn V. لذا سنلعب اليوم لعبة "أشعر وكأنك قائد Rocketdyne" ونتحدث حول مسار الحياة المتعرج للتكنولوجيا.


متحف F-1 و J-2 Saturn V في المتحف

في الجلد الخاطئ

إحدى "حجج" منظري المؤامرة هي شيء من هذا القبيل: "كانت محركات Saturn V (F-1 و / أو J-2) ضعيفة ، ولم تحقق الخصائص المطلوبة ، وبعد التزييف للبرنامج القمري ، تخلصوا منها بسرعة." لسوء الحظ ، غالبًا ما يفتقر مؤيدو نظريات المؤامرة إلى المعرفة - على الرغم من حقيقة أن محركات البرنامج القمري لم تطير بعد إنهائها ، فقد تم تقديمها للعديد من المشاريع وما زالت لم تمت بالكامل. ولكي نرى بوضوح أكثر لماذا لا يمكن ربطهم بصواريخ أخرى ، فلنلعب لعبة ذهنية. لذا ، نحن صانع القرار في Rocketdyne ، التي تصنع محركات F-1 و J-2 لـ Saturn V.

تخيلوا ذلك في فناء عام 1970. تم إلغاء Apollo 20 في يناير ، ولكن سرعان ما وصلت تخفيضات الميزانية إلى المستويات التي كان يجب إلغاء 18 و 19 منها في سبتمبر. ينشأ سؤال منطقي - ماذا تفعل؟

أكبر وأفضل

الخيار الأول واضح ، "دعونا نجعل Saturn V أفضل ونحاول استخدام المحركات هناك . " مرة أخرى في منتصف الستينيات ، تم اقتراح خيارات التخطيط على أساس Saturn V تحت الاسم العام Saturn MLV ("مركبة الإطلاق المعدلة" ، مركبة الإطلاق المعدلة). مع تعزيز المحركات ، وزيادة إمدادات الوقود ، وإضافة معززات الوقود الصلب أو استبدال المحركات بـ HG-3 (سوف تنمو RS-25 لاحقًا منه) ، يمكن لإصدارات MLV المختلفة أن تدخل في مدار منخفض من 118 إلى 160 طنًا.


خيارات تخطيط زحل MLV المختلفة ، حتى مع المرحلة النووية العليا

ومع ذلك ، كل هذا الجمال لم يسبب أي حماس. علاوة على ذلك ، في أبريل 1972 اتخذ مجلس النواب بالكونجرس الأمريكي أخيرًا قرارًا (ويخصص الأموال) لتطوير مكوك الفضاء. لا تتحد الطائرة الفضائية المجنحة مع MLV ، والتكلفة الضخمة لكلا المشروعين تعني أنها ستعطي المال لواحدة فقط.

الخطة ب

حسنًا ، الفكرة التالية واضحة تقريبًا - "ودعونا نحاول الدخول في مشروع المكوك . " كمرحلة أولى ، يمكنك استخدام المرحلة الأولى من Saturn V ، والمرحلة الثانية لوضع خزان الوقود الخارجي للمكوك والمكوك نفسه على الجانب. يمكن تجهيز المرحلة الأولى بأجنحة وزرعها مرة أخرى على الأرض بحيث يمكن إعادة استخدام النظام بالكامل. يحتوي هذا الخيار على واحد خطير جدًا بالإضافة إلى أن المكوك لم يكن في نسخته النهائية - يمكنك بدء تشغيل وحدات المحطة المدارية أو حمولات ثقيلة أخرى في نسخة لمرة واحدة من المرحلة الثانية (القدرة الاستيعابية ~ 100 طن) ، وخدمة المحطة المدارية أو الأقمار الصناعية بالفعل مكوك قابل لإعادة الاستخدام (سعة التحميل ~ 30 طن). لذلك جاء مشروع زحل المكوك.


إطلاق تصميم زحل المكوك ، وكالة ناسا

للأسف ، الفشل هنا ينتظرنا. لم يتم تصميم محركات F-1 للاستخدام القابل لإعادة الاستخدام ، لذلك حتى في حالة الهبوط الناعم في المرحلة الأولى ، يجب تغييرها. تبدو معززات الوقود الصلب أبسط وأرخص ، علاوة على ذلك ، يمكن إعادة استخدامها. لذا خسرت المرحلة الأولى من مسودة مسابقة التصميم.

بأي ثمن

لذا ، ليس لدينا صاروخ "لدينا" ولا توجد طريقة للاندماج في مشروع المكوك الضخم. و "هل من الممكن أن نضع محركاتنا على صواريخ تحلق بالفعل" ؟ للإجابة على هذا السؤال ، دعونا نرى ما يبدأ من مراكز الفضاء الأمريكية في منطقة 1972.


قاذفة "Tor" في إصدار Torad-Agen

على أساس صاروخ باليستي "تور" هناك عائلة "تور بورنر" ، "تور أغين" ، "توراد أغين" ، عائلة "تور دلتا". عائلة صواريخ دلتا تبرز منها بالفعل. تختلف الخيارات في الدرجات العليا ومعززات الوقود الصلب الجانبية. وللأسف ، بالنسبة للصواريخ ذات الكتلة الأولية في منطقة مائة طن من F-1 مع دفع 700 طن ، فإنها لا تعمل بأي شكل من الأشكال - حتى إذا كانت تتناسب مع مرحلة "Torus" بقطر أصغر ، فإنها ستوفر بالفعل في البداية حمولة زائدة من 7 "نفس" ، كسر صاروخ في الثواني الأولى من الرحلة.


Atlas-Centaurus مع محطة Pioneer 10 بين الكواكب ، 1972

عائلة مركبة الإطلاق أطلس أثقل قليلاً. هنا أيضًا ، لا يزال الحفاظ على تنوع الخطوات العليا - Atlas-Agen و Atlas-Centaurus ، ولكن حتى في أصعب نسخة ، يبلغ حجم الصاروخ حوالي 150 طنًا ، ولن تتناسب F-1 الخاصة بنا معه بأي شكل من الأشكال.


إطلاق Titan-IIIC

وأخيرًا ، أثقل صاروخ هو Titan-III. يمكن أن تصل الكتلة الأولية في منطقة 600 طن إلى مدار منخفض يصل إلى 13 طنًا. ومع ذلك ، هنا ليس لدينا شيء للحاق به. المحرك الأساسي RL-87 لديه قوة دفع في المنطقة 200 طن ، وسوف يفشل استبدال F-1 بـ 700 طن ، ليس فقط لأسباب القوة. في الكتلة المركزية من "تيتان" يتم استخدام وقود آخر - هيدرازين ورباعي أكسيد الديازوت. وإذا كانت RL-87 آكلة - كانت هناك إصدارات للأكسجين / الكيروسين ، الهيدرازين / AT ، حتى الأكسجين / الهيدروجين ، فلا شيء معروف عن خيارات F-1 لأنواع أخرى من الوقود. لكن لا أحد سيعطينا أي وسيلة لإعادة ترتيب الصاروخ لوقود آخر مع زيادة في الخزانات وإزالة معززات الوقود الصلبة الجانبية (وإلا ، الكثير من التحميل الزائد).


كتلة تسريع "سنتور"

J-2 كمحرك للمرحلة العليا هو أيضا غير محظوظ. تم بالفعل إنشاء كتلة معززة من الأكسجين والهيدروجين من Centaur ، ولكن هناك محركات RL-10 بقوة دفع عشر مرات أقل ، بينما
أكثر كفاءة ، لذا فإن تغييرها إلى J-2 لا معنى له. ولكن لا توجد خطوات هيدروجينية أولى.

الغريب ، حدثت قصة مماثلة على الجانب الآخر من المحيط ، ولكن كان لها نتائج إيجابية - كان محرك RD-170 ، الذي تم تطويره من أجل التعزيزات الجانبية لمركبة الإطلاق Energia ، مكونًا من أربع غرف ، لذلك تم قطعه إلى النصف وتم بيع الغرفة المزدوجة RD-180 الناتجة الأمريكيون إلى الخطوة الأولى للأطلس ، الذي نما وأصبح أثقل. ثم مرة أخرى في النصف ، ووضع الغرفة المفردة RD-191 على Angara وتقديم نفس RD-193 تقريبًا لـ Soyuz-2.1v.


مخطط تطوير عائلة RD-170

الإسبات

للأسف ، F-1 مع J-2 هي غرفة واحدة ، ولا يمكننا تقليل الحجم والجر بإجراءات بسيطة ورخيصة. لذلك لم يتبق لدينا سوى خيار واحد - لوضع المخططات بمحركات في المستودع ، إذا أمكن ، لإجراء عمليات التحديث على أساس المبادرة وتقديمها في أي منافسة للصواريخ فائقة الثقل . كما أظهرت الممارسة ، تبين أن المخطط يعمل بشكل جيد ، مما يعطي العديد من الفرص (وإن لم يتحقق ذلك) لعودة "خيول أبولو".

حصل J-2 على فرصة أولاً ، ولكن نتيجة لذلك لم يتبق سوى اسم. تم تقديم محرك J-2X ، الذي أرادوا صنعه أولاً على أساس J-2 ، لمرحلة مغادرة الأرض لصاروخ Constellation Ares. ولكن بسبب المتطلبات المتزايدة ، تم الحصول على محرك جديد عمليًا ، مع زيادة بنسبة 30 ٪ ، على مواد جديدة وأثقل بشكل ملحوظ.


في عام 2009 ، تم إغلاق برنامج Constellation ، ومع J-2X ، لا تزال قصة J-2 تكرر نفسها. بالنسبة للكتلة الداعمة لـ SLS ، تم اعتبارها قوية جدًا ، وتقرر استبدال J-2X بقوة 130 طنًا بـ 4 RL-10 مع دفع إجمالي يبلغ 44 طنًا. ولكن إذا كانت SLS بحاجة إلى محرك دفع أكثر ، فستحصل J-2X على فرصة جديدة.

كان على F-1 الانتظار لفترة أطول. لم ينجح في الوصول إلى Constellation ، ولكن عندما أعلنوا عن منافسة لمحركات SLS ، كان يأمل. لقد وصل الأمر إلى قصة مفيدة للغاية - أخرج المهندسون رقم المحرك F-6049 الذي تم إزالته من Saturn-5 لـ Apollo 11 بسبب خلل أثناء الاختبار ، وبدأوا في فهم كيفية عمله وكيف يمكن تحسينه . في عام 2013 ، بعد عقود من التخزين ، تم اختبار مولد الغاز (الذي يدفع مضخة توربينية تضخ الوقود في المحرك).


بناء المحركات ، علم المواد وطرق تصنيع محركات الصواريخ لم تقف ثابتة. يجب أن يحتوي التعديل الجديد المسمى F-1B على أجزاء أقل 50 مرة وتصميم مبسط بشكل ملحوظ. على سبيل المثال ، لم يعد عادم مولد الغاز موجهًا إلى الفوهة لعزل حراري إضافي بحجاب من الوقود الزائد ، ولكن تم تفريغه بشكل موازٍ للفوهة ، مما أعاد صورًا جميلة لفجر رواد الفضاء ، عندما تم خرق لهب مولد الغاز بالقرب من العادم الرئيسي.



ولكن حتى الآن لم تتحقق الفرصة - خسرت المنافسة على محركات SLS F-1B وذهبت مرة أخرى إلى المستودع.

الخلاصة

في تاريخ علم الفضاء ، هناك حالة حيث كانت المحركات في المخزون لعقود ثم بدأ استخدامها مع الحد الأدنى من التعديلات. تم وضع المخزون المتبقي من المحركات السوفيتية NK-33 على مركبة إطلاق Antares الأمريكية والروسية Soyuz-2.1v. لكنهم لن يستأنفوا الإنتاج - إن مصداقية المحرك تقوضت بسبب حادث أنتاريس 2014 ، على غرار حادث الصاروخ القمري السوفياتي N-1 ، الذي تم صنع NK-33 في الأصل. تحولت أنتاريس بالفعل إلى RD-181 ، وسيتحول Soyuz-2.1v إلى الأخت RD-193 بعد استنفاد مخزون NK-33. على الرغم من حقيقة أنه من الممكن نظريًا استئناف إنتاج النسخ الدقيقة لمحركات برنامج القمر الأمريكي ، إلا أنه لا يوجد أي معنى عملي في ذلك. لا تقف التكنولوجيا ثابتة - تحل الطباعة ثلاثية الأبعاد محل أجزاء كثيرة من جهاز واحد ، والإلكترونيات الحديثة أبسط وأكثر موثوقية من "آلة المنطق الهيدروليكي" التي تفتح وتغلق الصمامات عند بدء تشغيل محرك F-1. لكن الأحفاد المباشرة للمحركات القمرية الأسطورية قد تعود إلى الحياة النشطة إذا كانت مناسبة للمهام المستقبلية.