Kosminės programos » JAV » Projektai » Constellation ir kiti projektai

Constellation ir kiti projektai


Koreguojamos kosminės programos, keičiasi pilotuojamų erdvėlaivių koncepcijos, konkuruoja kuriamų nešančiųjų raketų projektai. Tokie procesai vyksta valstybėse, kuriančiose kosminius aparatus bei nešančiasias raketas. Apibendrintai galima pasakyti tiek: kuo turiningesnė ir sudėtingesnė kosminė programa sumąstoma, tuo sunkiau numatyti jos galutinį rezultatą ypač pirmosiomis programos įgyvendinimo dienomis. Programos kūrėjai kelia sau klausimą: ar išvis tai įmanoma įgyvendinti.
2003 metų gruodžio mėnesį JAV prezidentas Džordžas Volkeris Bušas (George Walker Bush) paskelbė, kad netolimoje ateityje NASA astronautai skraidys į kosmosą pagal naują kosmoso tyrimo koncepciją „Žvilgsnis į  kosmoso tyrimą“ (Vision  for Space Exploration). Ši koncepcija viešai paskelbta 2004 sausio 4 dieną ir pagrindinis dėmesys skirtas pilotuojamiems skrydžiams į kosminę erdvę aplink Žemę, išskyrus žemąsias orbitas (vienoje iš jų skrieja TKS). Koncepcijoje paskelbtas ir konkretus tikslas – sugrįžti į Mėnulį iki 2020 metų ir netolimoje perspektyvoje (konkreti data nenurodyta) numatomas pilotuojamas skrydis į Marsą.
Pagrindine naujosios koncepcijos realizavimo priemone buvo paskelbtas erdvėlaivis CEV (Crew Exploration Vehicle – pilotuojamas tyrimų laivas).
Kaip tik tada buvo paskelbta, kad 2010 metais baigs skraidyti Space Shuttle laivai. Tokį sprendimą galima suprasti praėjus nedaug laiko po Columbia žūties, tik tai stebina, nes pirmą kartą po 35 metų NASA planuose nebeliko vietos daugkartiniams erdvėlaiviams. Kaip tik tuo metu buvo uždaryta „Strateginė paleidimo sistema“ (SLI – Space Launch Initiative), kurią sukūrusi NASA būtų turėjusi nešančiąją raketą su visomis daugkartinio panaudojimo pakopomis.

Boeing kompanijos SLI koncepcija: daugkartinio panaudojimo lėktuvas (nešančioji raketa), iškelianti į DŽP orbitą naudingąjį krovinį

Lockheed Martin‘s  SLI koncepcija: daugkartiniai lėktuvai, iškeliantys į DŽP orbitą pilotuojamą erdvėlaivį

Northrop Grumman/ Erdvės mokslų SLI sistemos ir daugkartinio panaudojimo nešančioji raketa

Prezidentinės iniciatyvos paskelbimo išvakarėse JAV sėkmingai užbaigė  EELV programą (EELV – Evolved Expendable Launch Vehicle): buvo sukurtos naujos nešančiosios raketos Delta IV (Boeing firma) bei Atlas V (Lockheed Martin‘s firma), skraidanti su rusiškais varikliais PD-180.

Delta raketų šeima
Atlas raketų šeima

Nors abi firmos konkuravo, buvo nutarta gaminti abi raketas, idant JAV patikimai reikiamu metu pasiektų kosmosą. Jeigu avariją patiria vienos firmos raketa, tai kroviniai keliami kitos firmos raketomis, kol tiriamos ir šalinamos pirmosios firmos raketos avarijos priežastys. Tiek Delta IV, tiek Atlas V, priklausomai nuo krovinio ir orbitos, priskiriamos prie vidutinių bei sunkiųjų raketų ir yra pajėgios į orbitą aplink Žemę iškelti pilotuojamus erdvėlaivius.

Paprasčiausia būtų sukonstruoti erdvėlaivį, kurį į DŽP orbitą iškeltų nešančiosios  raketos Delta IV arba Atlas V. Skrydžiai į Mėnulį, libracijos taškus, į tarpplanetinę erdvę įmanomi, prie erdvėlaivio DŽP orbitoje prijungus toje pačioje orbitoje surinktus greitinančiuosius blokus. Juos atskiromis dalimis iškelti galima Delta IV arba Atlas V. Kitas būdas – Žemėje surinktus greitinančiuosius blokus iškelti didelės keliamosios galios raketomis, kurias dar reikia sukurti. Bet jas galima sukurti remiantis tuo pačiu technologiniu pagrindu, kaip Delta IV arba Atlas V šeimų raketos. Išsamiai buvo pateiktas firmos Boeing projektas: elementus į orbitą iškeltų nešančioji raketa Delta IV, CEV (pilotuojamas tyrimų laivas) būtų modulinio tipo. Jį sudarytų ekipažo kabina  nusileidimo aparatas (analogiškas Apollo nusileidimo aparatui, tik didesnis), resursų modulis su energijos sistema ir orbitinio manevravimo varikliais, gyvenamasis pripučiamas modulis, krovinių modulis ir universalus raketinis blokas. Pagal bakų dydį – tikėtini kuro komponentai būtų vandenilis ir deguonis. Universalaus raketinio bloko bazinė sudėtis – dvi pakopos.

Nešančioji raketa Delta IV
Nešančioji raketa Delta IV su CEV ir gelbėjimo sistema
Ekipažo kabina ir nusileidimo aparatas
Ekipažo kabinos gelbėjimo sistema
Resursų modulis
Gyvenamasis pripučiamasis modulis
Krovinių modulis sandėlys
Nusileidimo ant Mėnulio paviršiaus aparatas
Dviejų pakopų universalusis raketinis blokas

Iš šių blokų, kaip iš Lego detalių, buvo numatyta surinkti erdvėlaivius operacijoms orbitoje aplink Žemę ir skrydžiams į Mėnulį. Pavyzdžiui, Mėnulio apskridimui buvo numatyta surinkti erdvėlaivį iš ekipažo kabinos, resursų modulio ir dviejų pakopų universalaus raketinio bloko, o darbui dirbtinio Mėnulio palydovo orbitoje buvo numatyta surinkti stotį iš ekipažo kabinos, gyvenamojo pripučiamojo modulio, krovinių modulio ir dviejų resursų modulių.

Mėnulio orbitinė stotis

Iš dalių buvo planuota surinkti erdvėlaivį Marso apskridimui: ekipažo kabina, resursų modulis, gyvenamas pripučiamas modulis, krovinių modulis ir tarporbitinis buksyras (su atominiais raketiniais varikliais, galingesnis už dviejų pakopų raketinį bloką).

Erdvėlaivis Marso apskriejimui

Apie firmos Lockheed Martin‘s projektus – jų buvo du – žinoma mažiau.   Pirmasis, pavadintas astronauto Volterio Širos (Walter Marty Schirra Jr. – dalyvavo Mercury – 8, Gemini – 6 skrydžiuose) vardu, sudarytas iš nupjautinio kūgio formos ekipažo kabinos ir agregatų skyriaus.

Erdvėlaivio Schirra maketas

Antrajame projekte buvo planuojama panaudoti „nešančiojo korpuso“ schemos nusileidimo aparatą, panašų į tuo metu Rusijoje pasirodžiusį erdvėlaivio Kliper (Клипер) maketą. Šio projekto erdvėlaivis be nusileidimo aparato dar turėjo misijos modulį (kuriame viso skrydžio, išskyrus pakilimą ir nusileidimą, metu gyventų, atliktų numatytus mokslinius eksperimentus erdvėlaivio ekipažas) ir deguonies vandenilio raketinį bloką. Tiek misijos modulis, tiek raketinis blokas būtų atjungiami nuo nusileidimo aparato prieš jam įskriejant į tankiuosius atmosferos sluoksnius.

Lockheed Martin‘s nešančiojo korpuso schemos erdvėlaivis

Nusileidimo aparato maketas
Nusileidimo aparatas skrieja per tankiuosius atmosferos sluoksnius. Piešinys

Constellation programa
Pagrįstai laikoma, kad tolimesni įvykiai JAV pilotuojamos kosmonautikos istorijose išsivystė iš NASA pranešimo, paskelbto 2005 metų vasario mėnesį. Jame išdėstyti NASA techninių priemonių pasirinkimo, realizuojant prezidento Džordžo Bušo iniciatyvą, tyrinėjimų rezultatai.
Taip 2005 metų pabaigoje buvo priimta sekanti būsimos kosminės sistemos sudėtis: pilotuojamas laivas CEV, 2006 metais pavadintas Orion. Jo konstrukcija pasirinkta pagal firmos Boeing specialistų siūlymus (kūgio formos nusileidimo aparatas 4 – 6 astronautams ir cilindro formos agregatų skyrius), o sukurti ir pagaminti pilotuojamą erdvėlaivį patikėjo „Lockheed Martin“;

Erdvėlaivio Orion piešinys 2006 metais

Mėnulio modulis LSAM (LSAM – Lunar Surface Access Module), vėliau pavadintas Altair. Jis sudarytas iš nusileidimo ant Mėnulio paviršiaus ir starto nuo paviršiaus pakopų;

Altair Mėnulio paviršiuje. Astronautų išsilaipinimas. Piešinys

sunkiosios klasės nešančioji raketa CLV (CLV – Crew Launch Vehicle – pilotuojama nešančioji raketa) erdvėlaivio Orion iškėlimui į orbitą aplink Žemę. NASA atsisakė nuo EELV technologijų, o raketos pagrindu pasirinko Space Shuttle kietojo kuro greitintuvą, ant kurio sumontavo vandenilio deguonies antrąją pakopą su Space Shuttle sistemos varikliu SSME.
labai sunkios klasės nešančioji raketa CaLV (CaLV – Cargo Launch Vehicle – krovinių nešančioji raketa). Ji buvo kuriama taip pat Space Shuttle sistemos sudedamųjų dalių pagrindu. Pirmoji pakopa – du starto metu veikiantys kietojo kuro greitintuvai, antroji pakopa sukurta ir Space Shuttle sistemos pakabinamojo kuro bako ir jo skystojo kuro variklių SSME. Antrosios pakopos kuras – skystas vandenilis ir skystas deguonis. Šią raketą pavadino Ares V;

Nešančiosios raketos Ares V (kairėje) ir Ares I dešinėje

greitinantysis blokas EDS (EDS – Earth Departure Stage), kurio kuras – skystas deguonis ir skystas vandenilis, o paskirtis – pastūmėti Orion – Altair junginį iš žemos orbitos aplink Žemę Mėnulio link.

Greitinantysis blokas EDS su prie jo prijungtais Altair ir Orion

Skrydžio į Mėnulį ir atgal schema
1. Nešančiosios raketos Ares V startas su Mėnulio moduliu Altair ir greitinančiuoju bloku EDS.

Išnaudojusi kurą atsiskiria pirmoji pakopa
Numetamas termoizoliacinis Mėnulio modulio Altair apvalkalas
Atskiriama antroji Ares V pakopa
Nuo greitinančiojo bloko EDS atskiriamas jungiantysis žiedas

Mėnulio modulį Altair į reikiamą žemą orbitą baigia iškelti greitinatysis EDS blokas.
2. Ares I startas į Mėnulį su 4 astronautų ekipažu erdvėlaiviu Orion. Raketa Ares I erdvėlaivį iškelia į žemą DŽP orbitą, iš kurios jis pradės artėti prie Mėnulio modulio Altair, skriejančio aplink Žemę kartu su greitinančiuoju bloku EDS.

Numesta pirmoji pakopa ir jungiamasis žiedas tarp pirmos ir antros pakopų. Nuo erdvėlaivio Orion atskiriama ekipažo gelbėjimo sistema
Erdvėlaivis Orion jau orbitoje. Nuo jo atsiskyrė Ares I antroji pakopa

3. Orion susijungia su Mėnulio moduliu Altair (susijungia su Altair – EDS junginiu).

Erdvėlaivių Orion ir Altair suartėjimas
Mėnulio modulis Altair (viršuje) ir Orion (apačioje)

Erdvėlaivių Orion ir Altair suartėjimo akimirkos

4. Kosminis kompleksas Orion – Altair, greitinančiojo bloko EDS kuro atsargų ir variklių darbo dėka, keliauja į Mėnulį. Greitinantysis blokas EDS, išnaudojęs kuro atsargas ir pervedęs kompleksą Orion – Altair į skrydžio į Mėnulį trajektoriją, atjungiamas nuo šio komplekso.

Įjungtas greitinančiojo bloko EDS variklis. Kompleksui Orion – Altair suteikiamas antrasis kosminis greitis ir jis skrieja į Mėnulį

5. Kosminis kompleksas Orion – Altair prie Mėnulio pristabdomas Altair nusileidimo pakopos varikliais, kad būtų pagautas Mėnulio traukos ir pradėtų skrieti apie jį.
6. Skriejimas dirbtinio Mėnulio palydovo (DMP) orbita, visų 4 astronautų perėjimas į Mėnulio modulį Altair. Modulis atjungimas nuo erdvėlaivio Orion (Orion astronautų buvimo laiką Mėnulio paviršiuje, skries autonominiu rėžimu ir lauks grįžtančio ekipažo).

Orion – Altair skrieja DMP orbita
Orion atsijungia nuo Altair

7. Altair nusileidimas ant Mėnulio paviršiaus

Altair pradeda leistis ant Mėnulio paviršiaus

8. Darbas Mėnulio paviršiuje

Altair nusileido
Astronautai išsilaipina ant Mėnulio paviršiaus
Astronautai dirba Mėnulio paviršiuje

9. Startas ir pakilimas nuo Mėnulio paviršiaus su Altair

Astronautų startas iš Mėnulio
Altair pakilimo pakopa skrieja susitikti su Orion

10. Susijungimas su Orion, astronautų perėjimas į ekipažo kabiną, Altair atjungimas nuo Orion ekipažo kabinos.

„Altair“ pakilimo pakopos susijungimas su „Orion“
11. „Orion“ startas Žemės link iš DMP orbitos.
„Orion“ startas į Žemę

12. Netoli Žemės, Orion nusileidimo aparatas su ekipažu atsiskiria nuo agregatų skyriaus, o ekipažo kabina įskrieja į Žemės atmosferą.

Orion modulių atsiskyrimas

13. Nusileidimas ant Žemės – JAV teritorijoje.

Orion ekipažo kabinos nusileidimas

2006 metais techninių priemonių žmogaus skrydžiams virš žemų orbitų aplink Žemę programa pavadinama „Constellation“, ji panaši ir erdvėlaivių Apollo skrydžių schemą. Skirtumas – Apollo su Mėnulio kabina startavo viena raketa, o erdvėlaivio sekcijų perstatymas vyko po antrojo starto iš DŽP orbitos link Mėnulio metu (perskridimas nuo Žemės į Mėnulį). Orion turėjo startuoti atskira nešančioji raketa, o susijungimas su Mėnulio moduliu Altair ir greitinančiuoju bloku EDS turėjo vykti neaukštoje DŽP orbitoje. Tokia schema buvo pavadinta pusantro starto schema.

Balistika neturi nacionalinės specifikos. Manoma, jog tokią schemą amerikiečiams pasiūlė rusai po Sovietų Sąjungos sugriuvimo: jiems reikėjo užbaigti stotį Mir, o NASA nesugebėjo pradėti stoties Freedom statybos. Abiems pusėms reikėjo tarpusavio pagalbos. Idėja maksimaliai panaudoti Space Shuttle sistemos elementus ir jų gamybos priemones protinga. Net prieš 40 metų, kuriant Space Shuttle sistemą, kietojo kuro raketinių variklių pasirinkimas kėlė abejonių. Kietojo kuro raketiniai varikliai per daugiau kaip 130 daugkartinių erdvėlaivių skrydžių pademonstravo savo patikimumą. Jų didžiausias trūkumas – po starto varikliai dirba, kol baigiasi kuro atsargos. Ir kai tapo aišku, kaip naujojoje kosminėje sistemoje numatoma panaudoti Space Shuttle sistemos elementus, kilo nesusipratimas. Neatsitiktinai būtent tokių scheminių sprendimų pasirinkimą iš karto susiejo su tuo metu naujuoju NASA direktoriumi Maikl Grifin. Jis buvo ir yra laikomas kompanijos Alliant Techsystems Inc., gaminusios Space Shuttle kietojo kuro variklius, lobistu.

Nuo idėjos iki įgyvendinimo
Nebūna tokio stebuklo, jog sudėtingas kosminis kompleksas, būtų bandomas ir eksploatuojamas taip, kaip buvo sugalvota projektavimo pradžioje. Ir šių pakitimų laipsnis vaizdžiai parodo vienų ar kitų projektavimo konstravimo, o kartais prognozuojamųjų sprendimų teisingumą. Programos Constellation vystimosi metu nuo eskizų iki skraidymo aparatų gaminimo iškildavo vis daugiau klausimų.

Erdvėlaivis Orion
Starto į Mėnulį metu erdvėlaivio masė –  21.9 tonų, starto į TKS metu –  15 t. Erdvėlaivio masė skiriasi dėl orbitinio manevravimo variklių kuro bakų užpildymo laipsnio. Skrydis į Mėnulį ir atgal reikalauja žymiai didesnių kuro atsargų.
Erdvėlaivio nusileidimo aparatas – kūgis su sferiniu dugnu. Dugno skersmuo –  5,03 metro. Nusileidimo aparato aukštis be susijungimo įrenginio –  3,3 m, hermetiškas tūris –  19,59 m³, gyvenamas tūris –  10,22 m³. Nusileidimo aparato masė starto metu –  8,49 t, nusileidimo metu –  7,34 t.
Skrydžio į Mėnulį metu nusileidimo aparate turėjo tilpti 4 astronautai ir 100 kg krovinių. O skrydžio į TKS (ir atgal) metu jame turėjo būti 6 astronautai arba 3 astronautai ir 400 kg naudingojo krovinio, arba 3,5 t naudingojo krovinio. TKS aprūpinimui buvo sukurtas dar vienas erdvėlaivio variantas su nehermetišku krovinių skyriumi. Jame buvo numatyta į TKS gabenti įvairių įrenginių, kurių bendra masė iki 6 tonų.
Renkant erdvėlaivį pilotuojamam skrydžiui į Marsą, Orion privalėtų nugabenti į tarpplanetinį laivą 6 astronautų ekipažą. Besibaigiant tarpplanetiniam skrydžiui, tarpplanetinio laivo ekipažas Orion nusileidimo aparatu antruoju kosminiu greičių įskrietų į Žemės atmosferą ir saugiai sugrįžtų į Žemę. Net du Orion serijos erdvėlaiviai (pagrindinis ir atsarginis) viso tarpplanetinio skrydžio metu būtų prijungti prie tarpplanetinio laivo. Jie viso skrydžio metu atliktų ir gelbėjimosi valčių vaidmenį.
Pirmasis erdvėlaivio Orion skrydis į DŽP orbitą buvo planuotas 2014 metais, skrydis į Mėnulį – ne vėliau 2020 metų. Erdvėlaiviai turėjo būti gaminami iki 2019 metų, o eksploatuojami – iki 2030 metų. Orion nusileidimo aparatas apskaičiuotas mažiausiai 10 skrydžių, o Orion nusileidimo aparatas nusileis su parašiutais sausumoje. Nusileidimo aparato smūgį į Žemę minkštumą turėjo užtikrinti ne kietojo kuro raketiniai varikliai (kaip  Sojuz erdvėlaiviuose), o pripučiami amortizatoriai. Jie pirmą kartą NASA pilotuojamų erdvėlaivių nusileidimo aparatams sudarytų sąlygas leistis ant Žemės.
Trijų kupolų parašiutų sistema sėkmingai (buvo ir nesklandumų) buvo bandoma nuo 2006 metų rugpjūčio mėnesio.
Kuriant Orion tarnybinį modulį (Rusijos Sojuz TMA modulis pavadintas agregatų skyriumi) prasidėjo pirmieji keitimai. Iš pradžių buvo manoma, kad Orion orbitiniam manevravimui bus pritaikyti raketiniai varikliai, kurių kuras skystas metanas skystas deguonis. Šių variklių panaudojimas be privalumų (didesnis lyginamasis impulsas, metanas nėra nuodingas)  turėjo dar ir svarbesnį tikslą. Buvo ketinama sukurti Mėnulio modulio Altair pakilimo pakopą, kurios variklių kuro komponentai būtų tie patys, vėliau Mėnulio modulio pakilimo pakopos pagrindu sukurti ir tarpplanetinio laivo Žemė – Marsas – Žemė  Marso modulio pakilimo pakopą (variklių kuras – skystas metanas skystas deguonis). Ateityje skystą metaną ir skystą deguonį startui ir skrydžiui nuo Marso paviršiaus iki tarpplanetinio erdvėlaivio išgauti jau Raudonojoje planetoje.
Deja! Jau 2006 metų vasario mėnesį NASA paskelbė, kad tiek Orion tarnybiniame modulyje, tiek Mėnulio modulio Altair pakilimo pakopoje bus naudojami tradiciniai kuro komponentai monometilgidrazinas ir azoto tetraoksidas.

Naujovių atsisakymo priežastis – gamintojai neturi būtinos patirties. Tai keista. Northrop Grumman tokią patirtį greitai įgijo, kai 2007 m. stende išbandė šių kuro komponentų variklį. Mažytė, anksčiau nežinoma firma XCOR Aerospace (dirbanti pagal kontraktą su NASA) tokią patirtį turėjo, nes skysto metano skysto deguonies variklį stende išbandė 2006 metais.

Mėnulio modulis Altair turėjo Mėnulio paviršiuje dirbti ilgiau nei erdvėlaivių Apollo Mėnulio moduliai:  7 paras ir jame turėjo gyventi 4 astronautai. Altair į Mėnulį dar privalėjo nugabenti 2.3 tonų naudingojo krovinio, o Mėnulio modulio pakilimo pakopa privalėjo nuo Mėnulio paviršiaus pakelti 4 astronautus ir 100 kg naudingojo krovinio ir juos nuskraidinti prie DMP orbitoje skriejančio erdvėlaivio Orion.
Buvo manoma, kad dar po keleto metų, statant bazę Mėnulyje, Altair nusileidimo pakopa galės nuleisti ant paviršiaus apie 12 tonų naudingojo krovinio. Be to, būtent Altair nusileidimo pakopos varikliai turėjo pristabdyti visą Orion Altair junginį, kad jis taptų dirbtiniu Mėnulio palydovu. Norint tai atlikti, Altair nusileidimo pakopoje turėjo būti naudojamas skystas vandenilis ir skystas deguonis – iš visų naudojamų labiausiai efektyvūs kuro komponentai.
Iš principo Mėnulio modulio Altair nusileidimo pakopoje turėjo būti sumontuotas naujas raketinis variklis, stabiliai dirbantis su šiais kuro komponentais, net kai reikalinga tik 8 % trauka. Pradėti variklio stendiniai testai. Labiausiai keičiama buvo Mėnulio modulio Altair pakilimo pakopos konstrukcija.

Iš pradžių buvo manoma, kad Altair pakilimo pakopos pagrindiniu elementu bus gyvenamojo skyriaus cilindras su ekipažo kabina ir šliuzo kamera, prie kurio iš šonų bus tvirtinami kuro bakai, o jo apačioje – variklis.
Paaiškėjo, jog didelis hermetiškas cilindras yra per sunkus. Tada jį suskirstė į dvi dalis: viena jų startuotų ir skristų prie skriejančio orbita aplink Mėnulį erdvėlaivio Orion, o kita – pasiliktų pritvirtinta ant nusileidimo pakopos.
Iš pradžių ketinta Mėnulio paviršiuje ant Altair nusileidimo pakopos palikti tiktai šliuzinę kamerą, skirtą astronautų išėjimui ant Mėnulio paviršiaus ir sugrįžimui atgal. Vėliau nutarė Mėnulio paviršiuje palikti šliuzinę kamerą kartu su erdviu hermetišku cilindru, o pakilimo pakopa liktų tik ankšta kabina. Šis variantas buvo patrauklus, nes paliekamą Mėnulio paviršiuje hermetišką cilindrą gyvenamąjį modulį ateityje galima būtų panaudoti bazės statybai.
Tačiau pakeitus metaną ir deguonį pakilimo pakopoje į monometilgidraziną ir azoto tetraoksidą, su tuo teko atsisveikinti. Mažesnis kuro energetinis efektyvumas privertė sumažinti pakilimo pakopos naudingąją masę. Erdvi gyvenamoji dalis virto į dvi žymiai ankštesnes – ekipažo kabiną ir šliuzinę kamerą, kuri ekipažo starto metu paliekama Mėnulyje.

Šių priemonių pasirodė per mažai. Atgabenamo į Mėnulį naudingojo krovinio ir išgabenamo iš Mėnulio masę galima mažinti iki tam tikrų protingų skaičių (pavyzdžiui, astronautų masė ir kūno matmenys, maisto, vandens atsargos, būtiniausia mokslinė aparatūra), teko didinti Mėnulio modulio Altair masę, tuo pačiu didinant ir nešančiosios raketos masę.

Modifikuoto erdvėlaivio Orion – Altair skrydžio momentai

Sunki visomis prasmėmis
Erdvėlaivio Orion ir Mėnulio modulio Altair kūrimas turėjo prasmę tiktai, jei pavyktų sukurti jų pristatymo į orbitą aplink Žemę, o po to ir į Mėnulį, priemones. Šiam tikslui buvo kuriamos nešančiosios raketos Ares I ir Ares V.
Jau minėjau, jog Orion nešančioji raketa Ares I yra dvipakopė: pirmoji pakopa modifikuotas Space Shuttle sistemos greitintuvas, antroji naujai kuriamas vandenilio deguonies raketinis blokas. Antrajai pakopai pradžioje buvo išrinkę Space Shuttle sistemos skystojo kuro reaktyvinius variklius SSME. Tačiau Space Shuttle sistemos orbitinės pakopos varikliai paleidžiami starto aikštelėje Žemėje, o Ares I atveju variklis pradėtų dirbti aukštuosiuose atmosferos sluoksniuose.
Paaiškėjo, kad skystojo kuro variklis SSME, be visų savo privalumų turi trūkumą: jo negalima modernizuoti darbui aukštuosiuose atmosferos sluoksniuose. Projektuotojai sugrįžo prie atmestų variklių J–2X. Tai modernizuoti nešančiosios raketos Saturn V antrosios pakopos varikliai J–2. Tačiau J-2X trauka buvo mažesnė nei sistemos Space Shuttle variklių SSME trauka. Tai vertė didinti antrosios pakopos kuro atsargas ir tai padidino pirmosios pakopos trauką bei masę. Po šių pakeitimų vietoje standartinio 4 sekcijų kietojo kuro raketinio variklio teko pastatyti 5 sekcijų, kuris neseniai buvo išbandytas stende.
Priminsime, kad būtent kietojo kuro variklio sekcijų pradegusi jungtis tapo erdvėlaivio Challenger žūties priežastimi 1986 metų sausio mėnesį.
Idėja maksimaliai panaudoti „Space Shuttle“ sistemos elementus yra sveikintina. Raketos Ares I abiejų pakopų varikliai nauji ir turime 900 tonų masės (starto metu) nešančiąją raketą Ares I. Jos ilgis (įskaitant erdvėlaivį Orion ir jo nusileidimo aparato gelbėjimo sistemą) – 99.1 m. Kietojo kuro pirmosios pakopos skersmuo –  3.7 m. Pirmoji pakopa virš variklio tūtos turi 6 m skersmens praplatėjimą, variklio tūtos gaubtą. Space Shuttle sistemos greitintuvai neturi pasvyrimo valdymo įrangos. Juos (tai specialūs varikliai) reikėjo sukurti ir sumontuoti antrojoje pakopoje. Numatomas 27.7 tonų naudingasis krovinys į žemą orbitą aplink Žemę. Tai leidžia Ares I priskirti prie sunkiosios klasės nešančiųjų raketų.
Pažvelgus į Ares I kyla klausimai: kaip ši raketa stovės starto aikštelėje ant paleidimo platformos, kaip ji išsaugos stabilumą skrendant per tankiuosius atmosferos sluoksnius? Suprantama, kad raketos valdymo sistema daug gali. 2009 metais, kai eksperimentinė raketa Ares 1X stovėjo starto aikštelėje, NASA nenoriai pripažino, kad Kanaveralo iškyšulyje nuo trečdalio iki pusės dienų per metus pučia labai stiprūs vėjai nuo Atlanto vandenyno. Starto metu jie paprasčiausiai sudaužys nešančiąją raketą į startinio komplekso fermas ir valdymo sistema negelbės.
2008 metais paaiškėjo kita problema, su kuria anksčiau susidurta nebuvo. Pailginus Space Shuttle sistemos greitintuvą nuo 4 iki 5 sekcijų ir taip sukūrus Ares I pirmąją pakopą, atsiranda tokios vibracijos, jog ekipažas gali prarasti sąmonę arba ir žūti.
Su didelėmis vibracijomis buvo susidurta konstruojant skystojo kuro raketas. Jose vibravimo šaltinių žymiai daugiau nei kietojo kuro raketose. Vien ko verti skystojo kuro komponentai raketos bakuose. Vibracijos yra nesuderinamos su stabiliu skystojo kuro raketos variklio darbu, todėl su kylančiomis vibracijomis yra kovojama visuose skystojo kuro raketos sukūrimo etapuose. Sukaupta didžiulė patirtis, sukauptas mokslinis bagažas, sukurtas matematinis aparatas. Kietojo kuro varikliai, esant žinomų dydžių vibracijoms,  dirba. Pailginus Space Shuttle sistemos greitintuvą nuo 4 iki 5 sekcijų, atsiradęs kratymas leidžiamas varikliui, bet nepriimtinas erdvėlaivio Orion ekipažui.
Buvo pateikti įvairūs kovos su vibracija būdai. Labiausiai buvo diskutuojama astronautų kėdžių amortizuojamoji pakaba, tačiau panaudotas kitas sprendimas: pirmoje raketos pakopoje, ant individualios tamprios pakabos pritvirtino šešiolika po 50 kg krovinių, gesinančių kietojo kuro variklio vibraciją.
Įrengus tokią vibracijos slopinimo sistemą, prireikė sustiprinti pirmosios pakopos konstrukciją. Po kiekvieno tokio raketos Ares I „patobulinimo“, jos naudingojo krovinio masė mažėjo. Paskutinė žinoma naudingojo krovinio masė –  25 tonos. 2009 metais atsisakyta nuo 6 astronautų erdvėlaivio Orion versijos.

Visuomenei buvo papasakota gausybė Ares I kūrimo problemų. Kaip bebūtų, jos bandomasis pavyzdys, pavadintas Ares 1X, startavo iš Kenedžio kosmodromo Kanaveralo iškyšulyje 2009 metų spalio 28 dieną. Tai buvo seniai suplanuotas startas. Tačiau jis iš karto uždavė daug klausimų. Per pusę amžiaus besitęsiančią praktinės kosmonautikos istoriją išbandyta nemažai įvairių klasių nešančiųjų raketų, tarp jų ir sunkiosios klasės. JAV sukaupta didžiulė antžeminių raketinių konstrukcijų stendinių bandymų patirtis. Kam reikalingas toks keistas startas?

Pirmasis ir … paskutinis
Nešančiosios raketos „Ares 1X“ startas ir apytiksliai 2 minutes trukęs skrydis iš tikro buvo keistas, nes:
– pirmoji raketos pakopa privalėjo būti 5 segmentų ir toks kietojo kuro variklis stende išbandytas, tačiau Žemėje sumodeliuoti skrydžio negalima. Berods buvo idealios sąlygos realiame skrydyje išbandyti penkių segmentų kietojo kuro variklį, tačiau taip neįvyko, ne Ares 1X pirmoji pakopa buvo sudaryta iš keturių kuro ir penkto su balastu vietoje kietojo kuro segmentų;
– raketai „Ares I“ antroji (skystojo vandenilio – skystojo deguonies) pakopa konstruojama visiškai nauja. Ją testuoja Žemėje stenduose, bet jie negali pilnai sumodeliuoti lengviausio skysčio  (71 kg/m³) elgsenų didelėje 27 m ilgio „statinėje“ skrydžio sąlygomis (esant perkrovoms). Kodėl nepasinaudojus eksperimentiniu raketos skrydžių ir neišbandžius antrosios pakopos realiame skrydyje. Tačiau vietoje realios raketos antrosios pakopos skrenda ją pagal matmenis ir masę atitinkantis maketas, radikaliai konstrukcija besiskiriantis nuo nešančiosios raketos „darbinės“ pakopos konstrukcijos;
– avarinio gelbėjimo sistemos NASA nenaudojo nuo 1975 metų (paskutinis laivo Apollo skrydis pagal Apollo – Sojuz programą). Ir čia analogiška situacija. Ši sistema bandoma stenduose, leidžiamos specialios raketos šios sistemos veikimo efektyvumo išbandymui. Bet šios raketos neišvysto reikiamo greičio ir nepasiekia reikiamo aukščio, tai yra nepasiekia realių skrydžio sąlygų, kuriose astronautams gali tekti panaudoti gelbėjimo sistemą. Atrodė, kad logiška būtų pilnai išbandyti pirmąją penkių sekcijų kietojo kuro pakopą, antrąją skystojo vandenilio – skystojo deguonies pakopą, erdvėlaivį Orion ir jo nusileidimo aparato gelbėjimo sistemos veikimą viršutiniuose atmosferos sluoksniuose.

Komentarai apie “Constellation ir kiti projektai”

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *