मौजूदा प्रौद्योगिकियों से पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य एयरोस्पेस प्रणाली

कोरोलेव और गगारिन के समय के "एस्ट्रोनॉटिक्स" शब्द का अर्थ है विशाल अंतरिक्ष और डिस्पोजेबल रॉकेट। खैर, हमेशा डिस्पोजेबल नहीं - लेकिन यहां तक ​​कि एलोन मास्क के पुन: प्रयोज्य रॉकेट चरणों को हर बार जब आप लाने की आवश्यकता होती है, तो एक विशेष कार्यशाला में इकट्ठा करते हैं, एक विशेष लॉन्च पैड, रीफ्यूल, चेक पर स्थापित करते हैं - और उसके बाद ही चलाते हैं। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि अंतरिक्ष यात्री एक बहुत महंगी खुशी है और अंतरिक्ष संसाधनों के बड़े पैमाने पर औद्योगिक विकास अब भी निकट भविष्य के लिए एक अस्पष्ट संभावना की तरह लगता है।

क्या बदल सकती है मिसाइल? पुन: प्रयोज्य एयरोस्पेस प्रणाली। यह विचार नया नहीं है: An-225 Mriya विमान की उपस्थिति के बाद, इसके आधार पर कई एयरोस्पेस सिस्टम तैयार किए गए थे, जैसा कि अनातोली वोवैन्याको के संस्मरणों से सीखा जा सकता है, जिन्होंने इसके निर्माण में भाग लिया था। उनमें से सबसे दिलचस्प MAKS-M:


इस विकल्प का सबसे महत्वपूर्ण लाभ पूर्ण पुन: प्रयोज्य है। विमान पहले चरण के रूप में कार्य करता है। यह एक विशेष स्पेसपोर्ट की आवश्यकता को समाप्त करता है - यह कोई भी हवाई अड्डा हो सकता है जो An-225 ले सकता है। विमान अपने पूरे जीवन चक्र के दौरान दसियों हजार अंतरिक्ष यान प्रक्षेपित कर सकता है।

अंतरिक्ष यान, जिसे An-225 के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है, का वजन 275 टन तक हो सकता है। प्रारंभिक गणना के अनुसार , एक पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य संस्करण भूमध्य रेखा पर 51 ° से 7 टन के अक्षांश पर 5.5 टन से कम पृथ्वी की कक्षा में ला सकता है। अधूरा लोडिंग के मामले में, आप लॉन्च एरोड्रोम के पास एक अंतरिक्ष यान लॉन्च कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, यूक्रेन के क्षेत्र या काला सागर के ऊपर), और यदि आपको 7 टन की कक्षा में लाने की आवश्यकता है, तो विमान भूमध्य रेखा पर उड़ सकता है और वहां लॉन्च हो सकता है।

विमान और अंतरिक्ष यान का पृथक्करण 10 किमी की ऊँचाई और 236 मी / से (850 किमी / घंटा) की गति से होता है। विमान के पीछे स्थित भारी अंतरिक्ष विमान को आसानी से अलग करने के लिए, आपको एक छोटे से नकारात्मक अधिभार बनाने की आवश्यकता है। इसके लिए एक प्लेन कुछ इस तरह बनाता है "स्लाइड":


और उस पर अंतरिक्ष यान अलग हो गया है। उसके बाद, विमान हवाई क्षेत्र में लौटता है, और अंतरिक्ष यान, जिसमें प्रारंभिक गति होती है, क्षैतिज त्वरण शुरू करता है। यह क्षैतिज है: अंतरिक्ष यान में वायुगतिकीय गुणवत्ता होती है और वायुमंडल में क्षैतिज गति जितनी अधिक होती है, लिफ्ट उतनी ही अधिक होती है। इसके अलावा, कक्षा में प्रवेश करने के लिए, 8 किमी / सेकंड की क्षैतिज गति विकसित करना आवश्यक है। गति के लिए गतिज ऊर्जा:

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लेकिन 10 किमी की ऊंचाई पर आप कक्षा में प्रवेश नहीं कर सकते: वातावरण रास्ते में है। एक स्थिर कम कक्षा के लिए, आपको 200 किमी की दूरी तय करनी होगी। ऊंचाई के लिए संभावित ऊर्जा (ऊंचाई से अधिक जी की ढाल की उपेक्षा करना, क्योंकि हमारे लिए केवल आदेश का अनुमान लगाना महत्वपूर्ण है):

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आइए क्षैतिज त्वरण और ऊर्ध्वाधर वृद्धि की ऊर्जा के अनुपात का मूल्यांकन करें:

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यदि हम संख्याओं को प्रतिस्थापित करते हैं, तो हमें पता चलता है कि 200 किमी की चढ़ाई के लिए ऊर्जा 8 किमी / सेकंड की क्षैतिज गति पर चढ़ने की तुलना में लगभग 16 गुना कम है। तो जो सबसे ज्यादा मायने रखता है वह है क्षैतिज त्वरण, जिसमें वायुगतिकी ज्यादातर उठाने का काम करेगी।



एक अंतरिक्ष यान पर, आप रॉकेट उद्योग, ऑक्सीजन-केरोसिन रॉकेट इंजन द्वारा सामान्य, लंबे समय से स्थापित और उत्पादित कर सकते हैं। इसी समय, इंजनों का जोर पारंपरिक ऊर्ध्वाधर टेक-ऑफ रॉकेट के मामले की तुलना में बहुत कम है: गुरुत्वाकर्षण को सीधे दूर करने की आवश्यकता नहीं है, अंतरिक्ष यान में वायुगतिकीय गुणवत्ता है और हवा में लिफ्ट द्वारा समर्थित है। फिर, अधिक से अधिक क्षैतिज गति (जिसे आपको पहले से लेने की आवश्यकता है) - मजबूत वायुमंडल अंतरिक्ष को अंतरिक्ष में धकेल देगा।

एक बार अंतरिक्ष में, अंतरिक्ष यान कार्गो के साथ एक कंटेनर में परिक्रमा करता है। बाहरी अंतरिक्ष में आगे, परमाणु रिएक्टरों के साथ परमाणु रिएक्टरों में कक्षीय टगों में कार्गो को ढोना सबसे अच्छा है। 1-2 न्यूटन के क्रम के जोर के साथ, केवल शून्य गुरुत्वाकर्षण और अंतरिक्ष वैक्यूम में त्वरण के लिए उपयुक्त, वे एक बहुत ही उच्च विशिष्ट बाधा प्रदान करते हैं। यदि कोई रासायनिक इंजन 5 किमी / सेकंड तक का जेट देता है, तो एक विद्युत चुम्बकीय त्वरक आयनों को 300 किमी / सेकंड तक तेज कर सकता है - अर्थात, 60 गुना अधिक कुशल। हालांकि, अंतरिक्ष में क्या करना है यह एक अलग लेख के लिए एक विषय है, और एक नहीं।



कार्य पूरा करने के बाद, अंतरिक्ष यान अपनी कक्षा छोड़ देता है और वायुमंडल में लौट आता है। यह पहले से ही खाली और अपेक्षाकृत हल्का है, लेकिन फिर भी इसमें वायुगतिकीय गुण है। इसका मतलब यह है कि पारंपरिक वंश वाहनों के बैलिस्टिक वंश की तुलना में कक्षा से वंश बहुत अधिक चिकना होगा। इस मामले में, अंतरिक्ष यान में शटल और बुरान की तुलना में एक चिकनी मूल के लिए एक विशेष आकार होना चाहिए। यह थर्मल संरक्षण की आवश्यकता को कम करेगा (यदि समाप्त नहीं करता है) - और संबंधित उपभोग्य सामग्रियों और रखरखाव।

एक हवाई जहाज हवाई अड्डे पर उतर सकता है, जहां से यह अंतरिक्ष में अपनी अगली उड़ान होगी। वहां, कार्गो के रखरखाव और लोडिंग से गुजरना पड़ता है। उसके बाद, एक खाली अंतरिक्ष विमान (यानी, 100 टन के भीतर वजन) को एक ऑटोक्रेनर के साथ एन -225 के पीछे लोड किया जाता है, विमान के साथ ईंधन भरने - और एक नई उड़ान पर। सैद्धांतिक रूप से, एक An-225 हर 4-6 घंटे में एक अंतरिक्ष विमान पर लॉन्च कर सकता है, या अधिक बार भी। यही है, प्रति दिन 20-30 टन प्रति कक्षा, और इसलिए हर दिन। जब स्पेसप्लेन हर कुछ घंटों में लगातार उड़ान भरने लगते हैं, तो कोई पहले से ही औद्योगिक अंतरिक्ष अन्वेषण के बारे में आत्मविश्वास से बात कर सकता है।

इस तरह की स्टार्टअप फ़्रीक्वेंसी और इस तरह के सघन ऑपरेटिंग मोड केवल तभी संभव हैं जब एक बार के घटक जैसे बूस्टर यूनिट या बाहरी ईंधन टैंक पूरी तरह से समाप्त हो जाएं। आदर्श रूप से उपभोग्य सामग्रियों को कम करना भी आवश्यक है, ताकि हर बार केवल केरोसिन और तरल ऑक्सीजन का सेवन किया जा सके। वर्णित एयरोस्पेस प्रणाली पारंपरिक विमानन के समान एयरफील्ड और यहां तक ​​कि केरोसिन का भी उपयोग करती है। An-225 प्राप्त करने में सक्षम कोई भी एयरफील्ड आसानी से एक स्पेसपोर्ट बन सकता है। पारंपरिक विमानन से मतभेद हैं, लेकिन वे एयरोड्रम बुनियादी ढांचे के ढांचे में अच्छी तरह से फिट होते हैं: ट्रक क्रेन के साथ एन -225 पर एक अंतरिक्ष योजना लोड करना, तरल ऑक्सीजन के साथ ईंधन भरना और एयरफील्ड हैंगर में अंतरिक्ष योजना को बनाए रखना, जो फिर से, विमान की तुलना में अधिक जटिल नहीं होना चाहिए।



An-225 हवाई जहाज एक उड़ने वाली कॉपी में 30 साल से मौजूद है। इसके अलावा, एक और अधूरा उदाहरण है जिसे विशेष रूप से एयरोस्पेस कार्यक्रम की जरूरतों के लिए पूरा किया जा सकता है। अभी तक कोई तैयार अंतरिक्ष योजना नहीं है - और यह भी अच्छा है, क्योंकि यह आपको एक नए डिजाइन को खरोंचने से डिजाइन करने की अनुमति देगा जो कि वाहक विमान से हवाई लॉन्च के लिए जितना संभव हो उतना अनुकूलित है और न्यूनतम उपभोग्य सामग्रियों और रखरखाव के साथ गहन संचालन। ऐसे एयरोस्पेस कार्यक्रम के लिए आवश्यक अधिकांश घटकों का उत्पादन यूक्रेन के भीतर किया जा सकता है।

अंतरिक्ष उड़ानों के अलावा, एक और कम आकर्षक संभावना नहीं खुलती है: सबऑर्बिटल एयरलाइंस। ऑर्बिटल लॉन्च में प्रौद्योगिकी का परीक्षण करने के बाद, यह अल्ट्रा-हाई-स्पीड यात्री और मेल परिवहन के लिए पहले से ही लागू करना संभव होगा। दुनिया में कहीं भी एक सबऑर्बिटल प्रक्षेपवक्र के साथ एक अंतरिक्ष विमान की उड़ान में एक घंटे से अधिक नहीं लगेगा। क्या आप शून्य गुरुत्वाकर्षण के एक घंटे में यूरोप से दक्षिण अमेरिका या ऑस्ट्रेलिया के लिए उड़ान भरना चाहते हैं?



सेक्शन 1 में, अंतरिक्ष यान अपने इंजनों पर गति बढ़ाता है ताकि वह सबऑर्बिटल प्रक्षेपवक्र में प्रवेश कर सके। धारा 2 में, यह शून्य गुरुत्वाकर्षण में अंतरिक्ष के माध्यम से उड़ता है, जो यात्रियों को लगता है। धारा 3 में, एयरोडायनामिक ड्रैग होता है, जिसके बाद लक्ष्य हवाई अड्डे पर उतरता है।

An-225 के साथ संगत एक अंतरिक्ष यान उप-उड़ान के दौरान 60 यात्रियों को समायोजित कर सकता है। यदि एक ही समय में एयरोस्पेस सिस्टम को संचालित करने के लिए "हवाई जहाज" सादगी प्राप्त करना संभव है, तो यात्रियों की तुलना में टिकटों की कीमत पारंपरिक विमानों की तुलना में थोड़ी अधिक होगी: 15 घंटों में, यात्रियों के साथ सामान्य लंबी दूरी की उड़ान के बजाय, एन -225 यात्रियों की संख्या को ले जाने के लिए, अपने उप-अंतरिक्षीय अंतरिक्ष विमानों को लॉन्च करने का प्रबंधन कर सकता है। एकमात्र सवाल प्री-लॉन्च ऑपरेशन की गति है, जिसे धीरे-धीरे बढ़ाया जा सकता है (निश्चित रूप से, सुरक्षा की गिरावट के लिए नहीं)। गंतव्य पर एक और An-225 होना चाहिए, वापसी की उड़ान पर अंतरिक्ष विमानों को लॉन्च करना।

इस तरह की प्रणाली दुनिया के किसी भी हवाई अड्डे पर तैनात और ढहाने में आसान होगी: ऑक्सीजन की द्रवीकरण के लिए स्पेस प्लेन और पोर्टेबल उपकरणों को लोड करने के लिए ट्रक क्रेन में लाने के लिए एन -225 पर ही पर्याप्त है, जिसका उपयोग अंतरिक्ष विमान को भरने के लिए किया जाता है। स्थिर बुनियादी ढांचे के महंगे, जटिल और दीर्घकालिक निर्माण (पारंपरिक मिसाइलों के लिए स्थान पर) की जरूरत नहीं है।

एक पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य एयरोस्पेस सिस्टम न केवल औद्योगिक अंतरिक्ष अन्वेषण के युग को खोल सकता है, बल्कि पृथ्वी पर सबसे दूर के बिंदु पर एक घंटे में उड़ान भरना भी संभव बनाता है।

UPD: टिप्पणियों में एक बाहरी ईंधन टैंक के साथ MAX के आंशिक पुन: प्रयोज्य संस्करण का उल्लेख किया गया है। एक बाहरी टैंक के साथ प्रणाली, गणना के अनुसार, भूमध्य रेखा पर 19.5 टन का उत्पादन करेगी, और पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य - 7 टन। तो क्या? एक बाहरी टैंक के साथ एक प्रणाली के अधिक जटिल प्रारंभिक तैयारी के दौरान, आपके पास 3 या अधिक बार पुन: प्रयोज्य अंतरिक्ष यान तैयार करने और लॉन्च करने का समय हो सकता है। जो संयोगवश, एक बहुत बड़ा कार्गो डिब्बे है, अर्थात्, अधिक ओवरसाइज़ किए गए कार्गो को प्रदर्शित करना संभव है।

यह भी चर्चा की गई कि एक सबसोनिक वाहक विमान बहुत कम प्रारंभिक वेग देगा। अंतरिक्ष में पंख लाने के लिए उपयोगी द्रव्यमान में कमी है। लेकिन वर्णित प्रणाली का मुख्य लाभ अंतरिक्ष यान की प्रारंभिक गति में नहीं है, और आउटपुट द्रव्यमान में नहीं है। मुख्य लाभ लगभग विमान सादगी और लॉन्च की तैयारी की गति, आवश्यक उपकरणों की जटिलता को कम करना है । फिर से, एक बार या आंशिक रूप से पुन: प्रयोज्य माध्यम के एकल लॉन्च के बजाय, पुन: प्रयोज्य प्रणाली के कई प्रारंभ करना संभव है। प्रत्येक शुरुआत की लागत को कम करके, यह अधिक लाभदायक होगा।

UPD2: मिट्टी के तेल की तुलना में द्रवीकृत मिथेन अंतरिक्ष विमान के लिए अधिक उपयुक्त ईंधन हो सकता है। तरल मीथेन और ऑक्सीजन के क्रायोजेनिक्स समान हैं, इसलिए यह केवल सिस्टम को थोड़ा जटिल करेगा। रेल द्वारा ईंधन पहुंचाना सबसे अच्छा है, रेल के एयरफील्ड गैस स्टेशन पर सीधे रेल बिछाना।

UPD3: एक अंतरिक्ष यान की सेवा करने की जटिलता से निपटने वाली टिप्पणियों और इसे कम करने की असंभवता के उदाहरण के रूप में शटल का उल्लेख किया गया था । हालांकि, शटल का शुरुआती वजन 2030 टन था, जबकि इसमें डिस्पोजेबल बाहरी टैंक और सशर्त पुन: प्रयोज्य बूस्टर थे, जिन्हें अभी भी समुद्र में पकड़े जाने, लाने और फिर से ईंधन भरने की आवश्यकता थी। एक विशेष कार्यशाला में शटल आवश्यक विधानसभा के साथ प्रणाली और निर्यात के साथ एक लॉन्च पैड। और वर्णित प्रणाली की असेंबली क्रेन के साथ एएन -225 के पीछे अंतरिक्ष यान को लोड करने के लिए नीचे आती है।

शटल सर्विस करने में कठिनाई के लिए, मुख्य समस्या 541 टन के जोर के साथ इंजन है। 275 टन के द्रव्यमान के साथ क्षैतिज अंतरिक्ष प्रक्षेपण योजना पर, उनका जोर काफी कम हो सकता है। शायद अंतरिक्ष यान के द्रव्यमान से भी कम, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण बल पर काबू पाने के लिए भार उठाने का काम करता है। कम जोर - कम कंपन - उड़ानों के बीच आसान अंतरिक्ष यान रखरखाव।

UPD4: एक हवाई जहाज पर एक अंतरिक्ष यान एक ट्रक क्रेन द्वारा डूबा होना चाहिए।

एक खाली अंतरिक्ष यान का वजन 100 टन से कम होता है - और यह द्रव्यमान सीरियल ट्रक क्रेन के लिए भी उपलब्ध है। खुद अंतरिक्ष यान के जाइरोइडनेस (कक्षा में अपनी धुरी के चारों ओर घूमने के लिए डिज़ाइन किए गए), चढ़ाई के दौरान अंतरिक्ष यान को स्थिर और घुमाने में मदद कर सकते हैं।
बाहरी माउंट पर एएन -225 की पीठ पर बढ़ते अंतरिक्ष यान के लिए एक विशेष एडाप्टर होना चाहिए। इसमें - अंतरिक्ष यान चेसिस के लिए "रट्स"। जब ट्रक क्रेन डूब जाता है और अंतरिक्ष योजना को जारी करता है, तो चेसिस बिल्कुल सही स्थिति में हो जाता है, जिसके बाद अतिरिक्त फास्टिंग तय की जाती है। अंतिम निर्धारण के बाद, ईंधन भरने और टेक-ऑफ होता है।