Как сделать ракету союз
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 05.10.2024
Здесь ее фрезеруют с обеих сторон, удаляя все неровности и дефекты. На этом этапе в стружку превращается примерно 120 килограммов сплава АМг6. Похудевшую, но уже ровную плиту гнут — вальцуют, превращая ее в сектор цилиндра, а затем сваривают с двумя другими. Получившееся кольцо отправляется в другой цех, который почти целиком занимает фрезерный станок высотой в три человеческих роста.
Вертикальный фрезерный станок, который вырезает вафельный фон на уже сваренной обечайке бака.
Но можно делать иначе.
Труба
Ракета — это металлическая труба с топливом. В нижнем конце этой трубы стоят ракетные двигатели, в верхнем — полезная нагрузка, скажем, ядерная боеголовка, спутник или космический корабль.
Конечно, если присмотреться, начинаются нюансы. Если свернуть лист бумаги в трубку и склеить шов липкой лентой, такая труба удержит на себе небольшую стопку книг, если правильно распределить их вес. Этот тип конструкции, где обшивка является несущим элементом, в авиации называют монокок. Но стоит этой конструкции чуть-чуть отклониться от идеальной цилиндрической формы, прогнуться, она моментально схлопывается.
Чтобы это предотвратить, нужно или увеличивать толщину листа, или добавить внутрь силовой набор — ребра жесткости, продольные (стрингеры) и поперечные (шпангоуты). Таким образом из монокока вы получите уже полумонокок, очень популярный среди авиаконструкторов. Если подойти близко к любому самолету, вы увидите на его фюзеляже сотни и тысячи заклепок — это они держат обшивку на тех самых стрингерах и шпангоутах.
The Smithsonian Institution
Imperial War Museums
Imperial War Museums
Банка
После войны ракеты фон Брауна попали в руки к советским и американским инженерам. И они почти сразу задались вопросом: зачем в одну емкость (корпус ракеты) вставлять вторую (топливные баки)? Разве нельзя обойтись только одной?
Помимо очевидных преимуществ — снижение массы, упрощение конструкции — это инженерное решение давало возможность увеличить прочность баков за счет наддува. С этим эффектом сталкивается каждый из нас, когда пробовал смять банку газировки.
Смять пустую алюминиевую банку в плоский блин (например, наступив на нее ногой) намного проще, чем полную. Жидкость (и газ, если внутри газировка) давит на банку изнутри, что позволяет ей выдержать уже больше 200 килограммов.
Для того, чтобы такая ракета была прочной, с ней поступили точно так же, как с банкой выше: начали наддувать пустое пространство газом. Большая часть ракет, старт которых вы видели, представляют собой такие алюминиевые банки, только очень большие.
Несущие баки и наддув позволили ракетостроителям убрать из ракеты стрингеры и шпангоуты, избавиться от точечной сварки, а вместе с тем тысяч слабых место в обшивке, которая и так была тоньше бумаги.
Вафля
Типы вафельного подкрепления
Бак горючего (несимметричный диметилгидразин — НДМГ) первой ступени ракеты УР-200.
Так инженеры нашли практически идеальное решение проблемы — как сделать баки с силовыми набором, но при этом не ослаблять обшивку ни сваркой, ни клепкой: нужно просто сделать силовой набор вместе с обшивкой. Этот метод стал стандартом для большинства тяжелых ракет по всему миру. Но платить за это решение пришлось временем, ресурсами и, разумеется, деньгами.
Как это теперь собрать
Большинство методов сварки предполагает, что вы расплавляете электрической дугой или газовой горелкой края двух металлических деталей, соединяете их, а когда расплавленный металл застывает, две эти детали оказываются единым целым, увы, единство это мнимое, и такой способ соединения не намного лучше традиционной клепки. В толще сварного шва могут остаться микроскопические пузыри, трещины и другие дефекты. Кроме того, расплавленный и застывший металл может стать менее прочным.
Фрезерованный лист для ракетного бака на заводе ULA
Фрезерование листов алюминия на заводе ULA
Готовая обечайка бака на заводе ULA
В случае, если сварной шов не подвергается большим нагрузкам, этим можно пренебречь, но в ответственных случаях приходится заниматься тщательной проверкой швов: дефекты ищут при помощи рентгена, ультразвука, магнитного порошка и десятков других инструментов. Но даже хорошие швы все равно остаются слабым местом, и их приходится усиливать, увеличивая толщину деталей в месте соединения.
Три главных буквы
Это значительно лучше традиционной электросварки. Например, если аргоно-дуговая сварка обеспечивает прочность шва в 160-170 мегапаскалей, то шов от СТП на тех же листах дает 250 мегапаскалей (при исходной прочности листа 300 мегапаскалей).
Аэрокосмическая отрасль давно заметила эту технологию: уже в 1999 году стартовала ракета-носитель Delta II, где компания Boeing применила СТП для сварки межбакового переходника, а в 2001 году полетела такая же ракета со сваренными тем же методом баками.
Станок для сварки методом СТП бака ракеты Delta II. Внутри виден традиционный вафельный фон.
А. Я. Ищенко и др., Автоматическая сварка, 2007
Примерно тогда же СТП в 2001 году — начали использовать для сварки внешнего топливного бака шаттлов, восемь швов в баке для жидкого водорода и четыре — для жидкого кислорода, всего почти 800 метров.
И снова труба
Сегодня уже не приходится сомневаться, что эти технологии работают: Falcon 9 успешно летают и по многу раз — недалек тот день, когда одна из первых ступеней ракеты совершит десятый в своей биографии полет. Много говорят о технологических хитростях Маска, которые позволили ему сделать такую ракету: о переохлажденном топливе, что позволяет увеличить объем горючего на борту, не увеличивая объем баков, говорят о решетчатых рулях, говорят о двигателях, способных к многоразовому включению и дросселированию, но почти никто не говорит о СТП и стрингерах. Хотя именно это небольшое новшество может изменить всю технологическую цепочку производства ракет.
Силовой набор в обечайках бака ракеты Falcon 9
Как именно — можно увидеть в цехе Центра разработок С7, который сейчас создает ракету легкого класса.
Выращенный с помощью 3D-печати вафельный силовой набор — до чистовой фрезерной обработки и после.
Робот-манипулятор сваривает бак
Он и его коллеги смогли сильно упростить и саму технику СТП — они используют станки собственного производства и роботы-манипуляторы. Роботы дорогие, признает Снытин, но даже так, по его словам, получается дешевле традиционной технологии на порядок.
От легкой до средней
Разработчики решили оставить на потом решение самой сложной задачи — создание двигателей и купить серийные у одного из российских предприятий (контракт пока не подписан, и название контрагента пока не раскрывают). Композитный обтекатель будет делать одна из дочек S7 на базе технологий компании Epic Aircraft. Центру остается создать все то, что находится между двигателями и головной частью ракеты — баки и систему управления.
На первой стадии предполагается построить ракету легкого класса, способную выводить на низкую орбиту более тонны полезной нагрузки. Если все пойдет по плану, то полетит эта ракета уже в ближайшие несколько лет. Для будущей ракеты среднего класса, которая сможет выводить шесть тонн на геопереходную орбиту при старте с экватора, Центр планирует разработать собственный двигатель.
Прототип бака изнутри.
Для баков ракеты планируется использовать новый сплав 1580 в отожженном состоянии — экспериментальный магнийсодержащий сплав, который отличается от традиционного АМг6 добавлением 0,1 процента скандия для повышения прочности. В отличие от нагартованного АМг6 его прочность не снижается при нагреве, а значит первую ступень можно потенциально сделать возвращаемой, она выдержит прохождение сквозь атмосферу, не потеряв качества.
Почти готовое днище бака, напечатанное вместе с силовым торцевым шпангоутом
Ядерный DARPA DRACO будет запущен в 2025 году
DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, наблюдает за работой NASA над ядерными двигательными установками для исследования космоса и считает, что эту технологию можно применить к военным спутникам.
В рамках эксперимента, запланированного Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, на орбиту будет отправлен космический корабль с ядерной двигательной установкой.
Текущие проекты космических сил США (USSF) основаны на архитектуре спутниковых созвездий с ограниченной маневренностью и практически не вооружены средствами противодействия. Эти созвездия становятся все более уязвимыми для атак, поскольку Китай и Россия развертывают новое противоспутниковое оружие (ASAT). Кроме того, потенциальные противники планируют развивать новые, многоуровневые противокосмические архитектуры с использованием экономичных технологий космических ядерных двигателей (SNP). Эти разработки показывают, что возможные оппоненты переходят к стратегии ведения боевых действий, основанной на быстром маневрировании в космосе для проведения наступательных и оборонительных операций.
Системы ядерных реакторов могут годами работать в космосе без необходимости дозаправки, что делает эту технологию желательной для исследования дальнего космоса. Но Соединенные Штаты несколько десятилетий назад отказались от попыток использовать ядерные двигатели для спутников на околоземной орбите из-за опасений, что опасные радиоактивные материалы могут повторно попасть в атмосферу .
Теперь эта концепция пересмотрена.
В случае успеха проект может открыть путь к разработке ядерных двигательных установок для военных спутников.
General Atomics выиграла контракт DARPA на 22 миллиона долларов на разработку ядерного реактора для демонстрации DRACO. Стоимость контракта с Lockheed Martin составляет 2,9 миллиона долларов, а с Blue Origin — 2,5 миллиона долларов.
Кристофер Стоун, старший научный сотрудник по космическим исследованиям в Институте Митчелла и автор доклада, сказал, что Космические силы США (USSF) должны рассмотреть возможность использования ядерных двигателей для критически важных космических систем национальной безопасности, таких как GPS или спутники предупреждения о ракетном нападении, чтобы они могли маневрировать, уклоняясь от противоспутникового оружия противника.
В качестве маршевого двигателя первой ступени выбрали РД-171МВ — жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла с дожиганием окислительного генераторного газа, имеющий четыре камеры сгорания и работающий на паре кислород-керосин. Вторая ступень получит двигатель РД-0124МС, разработанный Конструкторским бюро химавтоматики.
С чего начинается космос? На Земле он начинается с ревущих гигантов, сотрясающих грохотом старт и затихающих далеким громом в небе. Унося полезную нагрузку к звездам на своих плечах, ракеты-носител.
Описание
История создания
История создания началась задолго до первого запуска. Началом послужило постановление ЦК КПСС о необходимости разработки новой межконтинентальной баллистической ракеты, которая сможет доставить термоядерный заряд на значительное расстояние, исчисляемое тысячами километров. После нескольких лет разработок задача была выполнена. Межконтинентальная двухступенчатая ракета нового образца МБР Р-7А поступила на вооружение специально созданного подразделения ракетных войск. Первый пуск состоялся в 1959 году. В различных модификациях Р-7 пробыла на вооружении лишь 10 лет, но благодаря высокому модернизационному потенциалу и удачной конструкции она стала основой для целого семейства космических ракет-носителей.
Характеристики
Особенности конструкции 11А511
Используемое для двигательных установок всех ступеней топливо было идентичным – керосин Т-1. Жидкий кислород использовался в качестве окислителя. Это весьма взрывоопасное вещество, но не токсичное. Для работы вспомогательных систем в небольшом количестве использовались жидкий азот и перекись водорода.
ДУ второй ступени ракеты "Союз" – двигатель ЖРД РД-108, состоящий из 4-х неподвижных и 4-х поворотных камер с отклонением 350, которые являлись исполнительными органами управления ракетой и использовались для управления положением ракеты в пространстве. Это двигатель открытого цикла с системами наддува и газогенерации массой 1195 кг.
Для третьей ступени - высоконадежный ЖРД РД-0110 11Д55. Это двигатель открытого цикла с турбированной подачей топлива, созданный в ОКБ-154 под начальством С. А. Косберга также имел 4 основных и 4 поворотных камеры сгорания. Предельное время непрерывной работы – 250 сек.
Система аварийного спасения
Модификации
У РН 11А511 впоследствии было 3 модификации:
Запуски
Факты и инциденты
В 1975 году при выведении корабля на орбиту на высоте 150 км сбой автоматики вызвал отделение корабля от ракетоносителя. Аппарат с экипажем спустился на склон горы в Алтае и покатился вниз. Космонавтов спас парашют, который они не отстрелили, зацепившийся за дерево. Никто из экипажа не пострадал.
Вместе с этим смотрят
Самое популярное
Рекомендуем
Последние обновления
Новое лекарство от Covid-19; растяжение связок; бефстроганов; препараты от диабета и сердце; седина. Жить здорово!
Мои подписки:
© 1996-2021, Первый канал. Все права защищены.
Полное или частичное копирование материалов запрещено.
При согласованном использовании материалов сайта необходима ссылка на ресурс.
Код для вставки видео в блоги и другие ресурсы, размещенный на нашем сайте, можно использовать без согласования.
Онлайн-трансляция эфирного потока в сети интернет без согласования строго запрещена.
Заявка на организацию трансляции.
Читайте также: