アンドレイ・シピロフによってロシアでの存在が隠されているアメリカの再利用可能な宇宙船。 最も有望な民間宇宙船
ご存じのとおり、アメリカのシャトルの最後の打ち上げは 2011 年に NASA によって行われました。 したがって、米国は宇宙飛行士と貨物を宇宙空間に運ぶ能力を失いました。 しかし、これは長続きしませんでした。
新世代の民間軌道および準軌道宇宙船が地平線上に現れ始めています。 乗組員と貨物を運ぶために設計された最も有望な民間宇宙船をご覧ください。
リンクス宇宙船
XCOR Aerospace の Lynx は、2 人乗りの準軌道スペース プレーンです。 通常の空港滑走路で離着陸できるように設計されています。 有料の観光飛行に加えて、この宇宙船は短期間の飛行中に科学実験を行うことも目的としています。
テストが成功裏に完了した後、95,000 ドルを支払った旅行者は、リンクス宇宙船により、パイロットと共に地球の表面から 100 キロメートルの高さまで上昇し、宇宙と大気の境界にある地球の景色を眺めることができます。無重力状態も体験。
SpaceShipTwo は、6 人の乗客と 2 人の乗組員を運ぶことができる私有の準軌道宇宙船です。 航空機設計者のバート・ルータンによると、この船の最大飛行高度は 160 ～ 320 km と予想されています。 これにより、無重力で過ごす時間を最大6分増やすことができます。 SpaceShipTwo 宇宙船で旅行するためのチケットの価格は、約 200,000 ドルになります。最初のテスト飛行は 2010 年に行われました。 一連のテストの後、商業運転が行われます。
準軌道飛行用の宇宙船を開発した Armadillo Aerospace は、人気のあるコンピューター ゲーム Quake、Wolfenstein 3D、および DOOM をリリースした会社の共同創設者である、最大の億万長者である John Carmack によって設立されました。 この宇宙船には、2 人の乗客が乗れるスペースがあります。 Space Adventures は Armadillo Aerospace と提携して宇宙船のチケットを 110,000 ドルで販売しており、1 億ドルで月を周回することさえ可能です。
アメリカの会社である Bigelow Aerospace は、民間の軌道宇宙複合施設を開発しており、その打ち上げは 2015 年後半に予定されています。 このステーションは、宇宙旅行だけでなく、科学研究も目的としています。 2006 年と 2007 年には、すでに 2 つのパイロット モジュールが打ち上げられています。 ビゲロー エアロスペースの新しいステーションの製造技術は、厳重に守られています。 モジュールの表面には20層が含まれており、シェルは摂氏-120度から+120度の温度に耐えることができ、このステーションは非常に大きな宇宙体の衝撃にも耐えることができることだけが知られています.
Stratolaunch ロケット発射航空機プロジェクトは、Microsoft の共同設立者である Paul Allen と宇宙技術者の Bert Ruten によって共同で開始されました。 この巨大な航空機の翼幅は 117 メートルにもなり、重量は約 544 トンになります。 その目的は、222 トンの重さのロケットを宇宙に打ち上げることです。 Stratolaunch の設計の主な目的は、貨物と衛星を宇宙空間に運ぶことであり、この飛行機で宇宙飛行士を派遣することも計画されています。 航空機の最初の運用開始は2016年に予定されています。
宇宙飛行士を低軌道に打ち上げるためのシステムの開発は、ロッキード マーチンとアストリウムと共にリバティ ローンチ ビークル社によって開始されました。 91 メートルの改良されたリバティ ロケットは、最大 7 人の乗客を乗せたカプセルを軌道に乗せます。 最初の宇宙飛行士の打ち上げは、今年後半に予定されています。 このプロジェクトが成功すれば、2016 年から商用便の運航が可能になります。
Blue Origin は、Amazon.com の創設者である Jeffrey Bezos によって宇宙旅行のために設立された株式非公開の航空宇宙企業です。 彼の宇宙船は、約7人を運ぶことができ、さらに貨物を運ぶことができます。 同社はまた、打ち上げのコストを削減するために、再利用可能なロケットの第 1 段を開発しています。 2016年から2018年にかけて定期商用便が予定されています。 さらに、ブルーオリジン社は、3人の乗組員と貨物用に設計されたニューシェパード準軌道宇宙船の作成に携わっていました。 この船の飛行試験はすでにテキサス州で実施されています。
この船は、プロジェクトを支援するために NASA から 1 億ドル以上を受け取った Sierra Nevada によって提示されました。 ドリームチェイサーは、7人の宇宙飛行士を乗せて低軌道に運ぶことができる小型の宇宙船です。 このプロジェクトは、20 年以上前の NASA の開発に基づいています。 船の打ち上げは垂直で、着陸はシャトルのように水平です。 2016 年には、ドリーム チェイサー宇宙船の飛行準備がすでに整っている可能性があります。
CST-100 低軌道宇宙船は、ボーイング社によって開発されています。 7人の宇宙飛行士を収容できます。 NASA はこのプロジェクトに積極的に資金を提供しています。 州はすでに100,000ドル以上を投資しており、CST-100船は緊急時にソフトランディングを行うことができます。 すでに今年中には無人飛行の開始が予定されており、2017 年には 2 人の乗組員による有人軌道飛行が実施される予定です。
ドラゴンは、これまでのところ、地球に帰還できる世界で唯一の運用可能な宇宙貨物車両です。 このプロジェクトに10億ドル以上を投資したNASAの注文により、SpaceXによって開発されました。 ドラゴン宇宙船の主な目的は、ペイロードを国際宇宙ステーションに配達して戻すことです。 将来的には、駅に人を届ける予定です。
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100 年前、宇宙飛行の創始者たちは、宇宙船が 1 回の飛行で埋め立て地に捨てられるとは想像もできませんでした。 最初の船の設計が再利用可能で、しばしば翼があると見なされたことは驚くべきことではありません。 有人飛行が始まるまでの長い間、彼らはデザイナーの製図板で使い捨てのボストークとマーキュリーを競いました。 悲しいかな、再利用可能な船のほとんどはプロジェクトのままであり、運用された唯一の再利用可能なシステム（スペースシャトル）は非常に高価であり、最も信頼できるものとはほど遠いことが判明しました. なぜそれが起こったのですか？
ロケットは、航空と砲兵という 2 つの情報源に基づいています。 航空の始まりには再利用性と翼が必要でしたが、大砲は「ロケット発射体」の1回限りの使用に傾いていました。 実用的な宇宙飛行が成長した戦闘ロケットは、もちろん使い捨てでした。
実際に設計を行うと、設計者は非常に高い機械的負荷や熱負荷など、さまざまな高速飛行の問題に直面しました。 エンジニアは、理論的な研究と試行錯誤を通じて、弾頭の最適な形状と効果的な遮熱材を選択することができました。 そして、実際の宇宙船を開発するという問題が議題に上ったとき、設計者はコンセプトの選択に直面しました:宇宙「飛行機」またはそれに似たカプセルタイプの装置を構築することです。 頭の部分大陸間弾道ミサイル？ 宇宙開発競争は猛烈なペースで進行していたため、最も単純な解決策が選択されました。結局のところ、空気力学と設計の観点から、カプセルは飛行機よりもはるかに単純です。
当時の技術レベルでは、カプセル船を再利用可能にすることはほとんど不可能であることがすぐに明らかになりました. 弾道カプセルは高速で大気圏に突入し、その表面は 2,500 ～ 3,000 度まで熱くなります。 十分に高い空力品質を備えた宇宙飛行機は、軌道からの降下中にほぼ半分の温度 (1,300 ～ 1,600 度) を経験しますが、熱保護に適した材料は 1950 年代から 1960 年代にはまだ作成されていませんでした。 当時、唯一の効果的な熱保護は、明らかに使い捨てのアブレーションコーティングでした。コーティング物質は、入ってくるガスの流れによってカプセルの表面から溶けて蒸発し、熱を吸収して運び去りました。車両。
すべてのシステムを単一のカプセル (燃料タンク、制御システム、生命維持装置、電源を備えた推進システム) に配置しようとすると、デバイスの質量が急速に増加しました。カプセルが大きくなればなるほど、熱の質量が大きくなります。 -シールドコーティング（たとえば、かなり高密度のフェノール樹脂を含浸させたグラスファイバーを使用）。 しかし、当時のロケットの運搬能力は限られていました。 解決策は、船を機能的なコンパートメントに分割することで見つかりました。 宇宙飛行士の生命維持システムの「心臓部」は、熱保護を備えた比較的小さなキャビンカプセルに配置され、残りのシステムのブロックは、当然のことながら、熱遮蔽コーティングが施されていない使い捨ての取り外し可能なコンパートメントに配置されました。 宇宙技術の主要システムのリソースが少ないことも、設計者をそのような決定に駆り立てたようです。 たとえば、液体ロケットエンジンは数百秒間「生きて」おり、そのリソースを最大数時間使用するには、多大な努力が必要です。
再使用船の背景
スペースシャトルの技術的に開発された最初のプロジェクトの 1 つは、オイゲン・センガーによって設計されたロケット飛行機でした。 1929 年、彼は博士論文のためにこのプロジェクトを選びました。 わずか 24 歳だったオーストリアのエンジニアが考案したように、ロケット飛行機は、たとえば、サービスのために地球低軌道に入るはずでした。 軌道ステーション、そして翼の助けを借りて地球に戻ります。 1930 年代後半から 1940 年代前半にかけて、特別に設立された閉鎖研究所で、彼は「対蹠爆撃機」として知られるロケット航空機の詳細な研究を行いました。 幸いなことに、このプロジェクトは第三帝国では実施されませんでしたが、西側とソ連の両方で戦後の多くの作品の出発点となりました。
したがって、米国では、V. Dornberger（ファシストドイツのV-2プログラムの責任者）の主導で、1950年代初頭にBomiロケット爆撃機が設計され、その2段階バージョンが近くに入る可能性がありました-地球軌道。 1957 年、米軍は DynaSoar ロケット飛行機の開発を開始しました。 この装置は、特別な任務（衛星の検査、偵察、攻撃作戦など）を実行し、計画飛行で基地に戻ることになっていました。
ソ連では、ユーリ・ガガーリンの飛行前でさえ、VKA-23（チーフデザイナーV.M. Myasishchev）、「136」（A.N. Tupolev）、プロジェクトP.V.など、翼のある再利用可能な有人車両のいくつかのオプションが検討されました。 S.P.の命令により開発された「ラポトク」として知られるツィビン。 女王。
ソ連の設計局A.I.の1960年代後半。 ミコヤン、G.E。 Lozino-Lozinsky 氏によると、超音速ブースター航空機と 2 段式ロケット ブースターを使用して軌道に打ち上げられた軌道航空機で構成される、スパイラル再利用可能な航空宇宙システムの作業が進行中でした。 サイズと目的の観点からの軌道航空機 一般的に言えば DynaSoarを繰り返しましたが、形状と技術的な詳細が異なりました。 ソユーズロケットを使用してスパイラルを宇宙に打ち上げるオプションも検討されました。
当時の不十分な技術レベルのために、1950 年から 1960 年代の再利用可能な翼付き車両の多数のプロジェクトのいずれも設計段階を離れませんでした。
最初の化身
それでも、再利用可能なロケットと宇宙技術のアイデアは粘り強いことが判明しました。 1960 年代の終わりまでに、米国、そしてやや後にソ連とヨーロッパで、極超音速空気力学、新しい構造材料、遮熱材料の分野でかなりの埋蔵量が蓄積されました。 そして理論的研究は、実験用航空機の飛行を含む実験によって強化されました。その中で最も有名なのはアメリカのX-15でした。
1969 年、NASA は米国の航空宇宙企業と最初の契約を結び、有望な再利用可能な宇宙輸送システム スペース シャトル (英語 - 「スペース シャトル」) の外観を調査しました。 当時の予測によると、1980 年代の初めまでに、地球 - 軌道 - 地球間の貨物の流れは年間 800 トンに達し、シャトルは年間 50 ～ 60 回飛行し、さまざまな目的で宇宙船を輸送していました。軌道ステーションの乗組員と貨物だけでなく。 貨物を軌道に打ち上げる費用は、1 キログラムあたり 1,000 ドルを超えないと予想されていました。 同時に、スペースシャトルには、地球上で修理するための高価な数トンの衛星など、軌道から十分に大きな負荷を返す能力が必要でした。 貨物を軌道から戻す作業は、いくつかの点で、貨物を宇宙に送るよりも難しいことに注意してください。 たとえば、ソユーズ宇宙船では、国際宇宙ステーションから帰還する宇宙飛行士は、100 キログラム未満の荷物しか持ち込めません。
1970 年 5 月、受け取った提案を分析した後、NASA は 2 つの翼のあるステージを持つシステムを選択し、ノース アメリカン ロックウェルとマクドネル ダグラスによるプロジェクトのさらなる開発のための契約を発行しました。 打ち上げ重量は約 1,500 トンで、9 ～ 20 トンのペイロードを低軌道に打ち上げることになっていました。 両方のステージには、それぞれ 180 トンの推力を持つ酸素水素エンジンのバンドルが装備されているはずでした。 しかし、1971 年 1 月に要件が変更され、出力重量が 29.5 トンに、開始重量が 2,265 トンに増加しました。 計算によると、システムの立ち上げには 500 万ドル以下の費用がかかりましたが、開発には 100 億ドルと見積もられました。インドシナで）。
NASA と開発会社は、プロジェクトのコストを少なくとも半分に削減するという課題に直面していました。 完全に再利用可能なコンセプトの枠組みの中で、これは達成されませんでした. かさばる極低温タンクを備えたステップの熱保護を開発することは非常に困難でした. タンクを外部の使い捨てにするというアイデアがありました。 その後、彼らは翼付きの第 1 段を放棄し、再利用可能な始動用固体推進剤ブースターを採用しました。 システムの構成は誰にでもなじみのあるもので、その費用は約 50 億ドルで、指定された制限内に収まっています。 確かに、同時に打ち上げコストは1200万ドルに増加しましたが、これはかなり許容できると考えられていました。 開発者の 1 人は、「シャトルはエンジニアではなく会計士によって設計された」と冗談を言っていました。
1972年、北米ロックウェル社（後のロックウェル・インターナショナル社）に委託されたスペースシャトルの本格的な開発が始まりました。 システムが運用されるまでには (そしてコロンビアの初飛行は 1981 年 4 月 12 日に行われました - ガガーリンからちょうど 20 年後)、それはあらゆる点で技術的な傑作でした。 それは、その開発費が120億ドルを超えただけです。 今日、1 回の打ち上げのコストは、なんと 5 億ドルにものぼります。 どうして？ 結局のところ、原則として、再利用可能なものは使い捨てよりも安くなるはずです（少なくとも1回のフライトに関して）？
第一に、貨物輸送量の予測は実現しませんでした - それは予想よりも一桁少ないことが判明しました。 第二に、エンジニアと投資家の間の妥協は、シャトルの効率に利益をもたらしませんでした。多くのユニットとシステムの修理と修復作業のコストは、それらの生産コストの半分に達しました! 独自のセラミック熱保護の維持には、特に費用がかかりました。 最後に、有翼の第 1 段が拒否されたことで、固体燃料ブースターを再利用するために費用のかかる捜索救助活動を組織しなければならないという事実が生じました。
さらに、シャトルは有人モードでしか運用できなかったため、各ミッションのコストが大幅に増加しました。 宇宙飛行士がいるキャビンは船から分離されていません。そのため、飛行の一部の地域では、乗組員の死亡とシャトルの喪失を伴う大惨事が発生します。 これは、チャレンジャー号 (1986 年 1 月 28 日) とコロンビア号 (2003 年 2 月 1 日) で、すでに 2 回発生しています。 最近の大惨事により、スペース シャトル プログラムに対する態度が変わりました。2010 年以降、「シャトル」は廃止されます。 彼らはオリオンに置き換えられ、外見上は祖父のアポロ船を非常に連想させ、乗組員の再利用可能な救助カプセルを持っています。
エルメス、フランス/ESA、1979-1994。 アリアン 5 ロケットによって垂直に打ち上げられ、最大 1,500 km の横方向の操縦で水平に着陸する軌道航空機。 打ち上げ重量 - 700 トン、軌道段階 - 10 ～ 20 トン乗組員 - 3 ～ 4 人、出力貨物 - 3 トン、帰還 - 1.5 トン
新世代シャトル
スペースシャトル計画の実施が始まって以来、新しい再利用可能な宇宙船を作成する試みが世界中で繰り返し行われてきました。 Hermes プロジェクトは、1970 年代後半にフランスで開発が開始され、その後、欧州宇宙機関の枠組みの中で継続されました。 DynaSoar プロジェクト (およびロシアで開発中のクリッパー) を強く連想させるこの小さな宇宙飛行機は、使い捨てのアリアン 5 ロケットによって軌道に打ち上げられ、数人の乗組員と最大 3 トンの貨物を軌道に運ぶことになっていました。駅。 かなり保守的なデザインにもかかわらず、エルメスはヨーロッパの強さを超えていることが判明しました. 1994 年、約 20 億ドルの費用がかかったこのプロジェクトは終了しました。
さらに素晴らしいのは、ブリティッシュ エアロスペースが 1984 年に提案した水平離着陸 HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing) を備えた無人航空宇宙機のプロジェクトでした。 計画によると、この単段翼機には、飛行中の空気中の酸素を液化して酸化剤として利用する独自の推進システムが搭載されることになっていました。 燃料は水素。 政府の資金提供 (300 万ポンド) は、概念を実証するための莫大な費用のために 3 年後に終了しました。 珍しいエンジン. 「革命的な」HOTOL と保守的な「Hermes」の中間の位置は、1980 年代半ばにドイツで開発された Sanger 航空宇宙システム プロジェクトによって占められています。 その最初の段階は、ターボラムジェット エンジンを組み合わせた極超音速ブースター航空機でした。 音速が 4 ～ 5 に達した後、ホルスの有人航空宇宙機またはカーガスの使い捨て貨物ステージが背面から発射されました。 ただし、このプロジェクトは、主に財政的な理由から、「紙」の段階を離れませんでした。
アメリカの NASP プロジェクトは、1986 年にレーガン大統領によって国家航空宇宙航空機プログラムとして導入されました。 報道では「オリエント急行」と呼ばれることが多いこの単段機は、素晴らしい飛行特性を備えていました。 それらは超音速ラムジェット エンジンによって提供され、専門家によると、マッハ数 6 から 25 で動作することができました。しかし、プロジェクトは技術的な問題に遭遇し、1990 年代初頭に閉鎖されました。ソビエトの「ブラン」は、無条件の成功として国内（および外国）の報道機関に紹介されました。 しかし、1988 年 11 月 15 日に唯一の無人飛行を行った後、この船は忘却の彼方に沈んでしまいました。 公平を期すために、ブランはスペースシャトルに劣らず完璧であることが判明したと言わなければなりません。 また、安全性や使い勝手の良さにおいても、海外の競合他社を凌駕しています。 アメリカ人とは異なり、ソビエトの専門家は、再利用可能なシステムの費用対効果について幻想を持っていませんでした.計算では、使い捨てのロケットがより効率的であることが示されました. しかし、ブランを作成するとき、別の側面が主なものでした-ソビエトのシャトルは軍事宇宙システムとして開発されました。 冷戦の終結とともに、この側面は背景に消え、経済的な実現可能性については言えません。 そして、ブランはそれで苦労しました。数百のソユーズ空母を同時に打ち上げるための打ち上げコストです。 ブランの運命は決まった。
長所と短所
再利用可能な船を開発するための新しいプログラムが雨上がりのキノコのように見えるという事実にもかかわらず、これまでのところ成功したものはありません. Hermes (フランス、ESA)、HOTOL (イギリス)、および Sanger (ドイツ) による上記のプロジェクトは、何も終わりませんでした。 時代の間の「Zavis」 MAKS - ソビエト - ロシアの再利用可能な航空宇宙システム。 NASP (National Aerospace Plane) および RLV (Reusable Launch Vehicle) プログラム (スペースシャトルに代わる第 2 世代 MTKS を作成する米国の最新の試み) も失敗しました。 このうらやましい恒常性の理由は何ですか？
MAKS、ソ連/ロシア、1985 年以来。 エアスタート、水平着陸を備えた再利用可能なシステム。 離陸重量 - 620 トン、第 2 段階 (燃料タンクを含む) - 275 トン、軌道航空機 - 27 トン乗員 - 2 人、ペイロード - 最大 8 トン開発者 (NPO モルニヤ) によると、MAKS が実装に最も近い再使用船プロジェクトの
使い捨てのロケットと比較して、「古典的な」再利用可能な輸送システムの作成には非常に費用がかかります。 再利用可能なシステムの技術的な問題はそれ自体で解決できますが、その解決には非常にコストがかかります。 使用頻度を増やすと、場合によっては非常に大幅な質量の増加が必要になり、コストの増加につながります。 質量の増加を補うために、超軽量で超強力な（そしてより高価な）構造材料と遮熱材料が使用され（多くの場合、ゼロから発明されます）、独自のパラメーターを持つエンジンが使用されます。 また、ほとんど研究されていない極超音速の分野で再利用可能なシステムを使用するには、空力研究に多額の費用がかかります。
それでも、これは、再利用可能なシステムが原則として成果を上げられないという意味ではありません。 となると位置が変わります。 大量に起動します。 システム開発費が 100 億ドルだとしましょう。 次に、10回のフライト（フライト間のメンテナンスの費用なし）では、打ち上げごとに10億ドルの開発費が請求され、1,000回のフライトではわずか1,000万ドルです！ しかし、「人類の宇宙活動」が全体的に減少しているため、そのような数の打ち上げを夢見ることしかできません...では、再利用可能なシステムに終止符を打つことができますか? ここですべてがはっきりしているわけではありません。
まず、「文明の宇宙活動」の成長は否定できない。 新たな宇宙旅行市場によって、一定の希望が与えられています。 おそらく、最初は、ヨーロッパのエルメスや、私たちに近いロシアのクリッパーなど、「結合された」タイプの中小船（「古典的な」使い捨て船の再利用可能なバージョン）が需要になるでしょう。 . それらは比較的単純で、従来の（おそらくすでに利用可能なものを含む）使い捨てロケットで宇宙に打ち上げることができます。 はい、そのようなスキームは貨物を宇宙に運ぶコストを削減しませんが、ミッション全体のコストを削減することを可能にします（業界から船の連続生産の負担を取り除くことを含む）。 さらに、翼のある乗り物は、降下中に宇宙飛行士に作用する G 力を大幅に減らすことを可能にします。これは疑いの余地のない利点です。
第二に、ロシアにとって特に重要なことですが、再利用可能な翼のあるステージを使用すると、発射方位角の制限を取り除き、ロケットの破片の衝突フィールドに割り当てられた除外ゾーンのコストを削減できます。
クリッパー、ロシア、2000 年以来。 乗組員と貨物を地球近傍軌道と軌道ステーションに運ぶための再利用可能なキャビンを備えた、開発中の新しい宇宙船。 ソユーズ 2 ロケットによる垂直発射、水平またはパラシュート着陸。 乗組員は 5 ～ 6 人で、船の打ち上げ重量は最大 13 トン、着陸重量は最大 8.8 トンで、最初の有人軌道飛行の予定日は 2015 年です。
極超音速エンジン
水平離陸を伴う再利用可能な航空宇宙航空機の最も有望なタイプの推進力であり、一部の専門家は極超音速ラムジェット エンジン (スクラムジェット エンジン)、またはより一般的には超音速燃焼を伴うラムジェット エンジンと呼んでいます。 エンジンのレイアウトは非常にシンプルで、コンプレッサーもタービンもありません。 空気の流れは、デバイスの表面と特別な空気取り入れ口によって圧縮されます。 通常、エンジンの唯一の可動部分は燃料ポンプです。
スクラムジェットの主な特徴は、音速の 6 倍以上の飛行速度では、空気の流れが吸気管で亜音速まで減速する時間がなく、超音速の流れで燃焼が発生する必要があることです。 そして、これには特定の問題があります-通常、燃料はそのような状態で燃焼する時間がありません。 長い間、スクラムジェットエンジンに適した燃料は水素だけだと信じられていました。 確かに、最近では灯油などの燃料で有望な結果が得られています。
極超音速エンジンは 1950 年代半ばから研究されてきたにもかかわらず、実物大の飛行モデルはまだ 1 つも作られていません。 さらに、飛行中のスクラムジェット用に最適化された燃料供給および冷却システムと同様に、高速での酸化に耐性のある耐熱材料が必要です。
極超音速エンジンの重大な欠点は、それらが最初から機能しないことです。たとえば、従来のターボジェットエンジンなど、他のものによってデバイスを超音速まで加速する必要があります。 もちろん、スクラムジェットは大気中でしか機能しないため、軌道に乗るにはロケット エンジンが必要です。 1 つの装置に複数のエンジンを搭載する必要があるため、航空宇宙航空機の設計は非常に複雑になります。
多面的な多様性
再利用可能なシステムを建設的に実装するためのオプションは非常に多様です。 それらについて議論するとき、船だけに限定されるべきではなく、再利用可能なキャリア - 貨物再利用可能な輸送宇宙システム（MTKS）について言わなければなりません。 明らかに、MTKS の開発コストを削減するには、無人のものを作成し、シャトルのような冗長な機能で過負荷にならないようにする必要があります。 これにより、設計が大幅に簡素化され、容易になります。
操作の容易さの観点から、シングルステージシステムが最も魅力的です。理論的には、マルチステージシステムよりもはるかに信頼性が高く、除外ゾーンを必要としません (たとえば、米国で作成された VentureStar プロジェクト1990 年代半ばの RLV プログラムの下で)。 しかし、それらの実装は「可能な寸前」です。それらを作成するには、構造の相対質量を最新のシステムと比較して少なくとも3分の1減らす必要があります。 ただし、2 段式の再利用可能なシステムは、翼のある第 1 段が使用され、飛行機のように発射場所に戻る場合、非常に許容できる性能特性を持つこともできます。
一般に、MTKS は、最初の概算として、発射と着陸の方法 (水平方向と垂直方向) に従って分類できます。 水平発射システムには、複雑な発射施設を必要としないという利点があると考えられることがよくあります。 ただし、最新の飛行場は、600〜700トンを超える重量の車両を受け入れることができず、これにより、水平発射を備えたシステムの機能が大幅に制限されます。 さらに、予定通りに飛行場を離着陸する民間航空機の間で、数百トンの極低温燃料コンポーネントで満たされた宇宙システムを想像することは困難です。 また、騒音レベルの要件を考慮に入れると、水平発射を行う空母の場合でも、別個の高級飛行場を建設する必要があることが明らかになります。 したがって、水平離陸は垂直離陸よりも大きな利点はありません。 一方、垂直に離着陸する場合は、翼を放棄することができます。これにより、設計が大幅に容易になり、コストが削減されますが、同時に正確な着陸アプローチを行うことが難しくなり、g の増加につながります。 -降下中の力。
従来の液体推進剤ロケット エンジン (LPRE) と、エア ジェット エンジン (WRE) のさまざまなバリエーションと組み合わせの両方が、MTKS 推進システムと見なされます。 後者の中には、デバイスを「停止状態から」3.5〜4.0のマッハ数に対応する速度まで加速できるターボラムジェット、亜音速燃焼を伴うラムジェット（M = 1からM = 6まで動作）、ラムジェットがあります。超音速燃焼（M = 6からM = 15まで、アメリカの科学者の楽観的な見積もりによれば、M = 24まで）と、ゼロから軌道までの飛行速度の全範囲で動作可能なラムジェット。
エアジェットエンジンは、ロケットエンジンよりも1桁経済的ですが（車両に酸化剤が搭載されていないため）、同時に比重が1桁高く、非常に深刻な制限があります。速度と飛行高度について。 VJE を合理的に使用するには、空力負荷と過熱から構造を保護しながら、高速圧力で飛行する必要があります。 つまり、システムの最も安価なコンポーネントである燃料を節約すると、VJDは構造の質量を増やし、はるかに高価になります。 それにもかかわらず、WFD は比較的小型の再利用可能な水平ロケットに適用される可能性があります。
最も現実的な、つまり単純で比較的安価に開発できるシステムは、おそらく 2 種類のシステムです。 1つ目は、すでに述べたクリッパーのタイプで、有翼の再利用可能な車両（またはそのほとんど）のみが基本的に新しいことが判明しました。 寸法が小さいと、熱保護に関して特定の問題が生じますが、開発コストが削減されます。 このようなデバイスの技術的な問題は、実質的に解決されます。 したがって、Clipper は正しい方向への一歩です。
2つ目は、独立して発射場所に戻ることができる2つの巡航ミサイルステージを備えた垂直発射システムです。 それらの作成中に特別な技術的問題は予想されず、適切な打ち上げ複合体はおそらくすでに構築されているものの中から選択できるでしょう。
要約すると、再利用可能な宇宙システムの未来はクラウドレスではないと想定できます。 彼らは、原始的だが信頼性が高く安価な使い捨てミサイルとの激しい闘いの中で存在する権利を守らなければならないでしょう。
ドミトリー・ボロンツォフ、イーゴリ・アファナシエフ
再利用可能な宇宙船は、宇宙から戻った後に船全体またはその主要部品を再利用できるように設計された有人宇宙船です。 宇宙時代の黎明期に、当時存在していた技術は、宇宙飛行士のキャビンだけが地球に戻ったときに、その新しい使用を許可しない形で「使い捨て」の宇宙システムの支配を事前に決定しました. サターン・アポロの月面系は、打ち上げ時の重量が 3,000 トンでした。 140 トンが地球低軌道に打ち上げられました。 65トンが月まで飛んだ。 15 トンが月に着陸しました。 十分に溶けた断熱材で5.5トンが地球に戻りました。 最初の質量の 0.15% だけが地球に戻ってきました。 そのため、再利用可能な宇宙船の開発が常に議題に上ってきました。
米国では、一連の大型再利用可能な宇宙船「スペースシャトル」が建造され、ソ連とロシアでは小型の X-20 Dyna Soar、NASP、VentureStar が設計されました。大型船「ブラン」と小型船が設計されました。 ：「スパイラル」、LKS、ザーリャ、MAKS、クリッパー。
ソ連/ロシアでMTKK「ブラン」を使用するための宇宙計画は、現在の経済状況ではこのタイプの車両の高価な運用が不可能であるため、縮小されました。 米国では、シャトルが集中的に使用され、有人飛行を実行して貨物を取り除く全国的な手段であり、取り外し不可能なステーション「スペースラブ」、「スペースハブ」、およびその他の国際および民間プログラムを実装する手段でもありました。かさばる貨物や大規模な乗組員を ISS に運ぶ主な手段。 シャトルの運用は2011年に終了しました。
技術的には多い 先進国、特に欧州連合の国々（以前のフランス、ドイツ、イギリスを含む）、日本、中国、ウクライナ、インドは、再利用可能な宇宙システム（Hermes、HOPE、Zenger- 2 、HOTOL、ASSTS、RLV、Skylon、Shenlong、Sura (ウクライナの再利用可能な宇宙船プロジェクト) など)。
シルバーフォーゲル。 銀の鳥。 1938～1941年、1944～1945年
再利用可能な軌道船を作成する最初の試みは、オーストリアの科学者オイゲン・センガーの指導の下、第二次世界大戦の終わりにドイツで行われました。
爆撃ロケット飛行機の主な目的は、米国、特にニューヨーク、およびロシアの遠く離れた工業地帯、特にウラルとシベリアの爆撃です。
「シルバーバード」は最大30トンの爆弾を搭載できるはずだった。 爆弾の重量は距離に依存し、ニューヨークからの推定距離は 6500 km で、爆弾の積載量は 6 トンでした。
1941 年、このプロジェクトは一時的に閉鎖されました。これは、即時の返還を伴わないすべての野心的なプロジェクトと同様です。
第二次世界大戦 (1944 年) の終わりまでに、プロジェクトは「報復兵器」の地位を獲得しました。
ドイツでは、ほぼ100％の確率で死亡する可能性がありましたが、ニューヨークへの宇宙飛行のボランティアは不足していませんでした. 第三帝国の終わりまでに、米国への大陸間爆弾運搬車（A9 / A10ロケットシステムを含む）で飛行するための帝国宇宙飛行士の分遣隊がすでに作成されていました。
しかし、適切な資金は事実上存在せず、技術的に革新的なプロジェクトの開発と実装を完了するのに必要な時間が失われました。 プロジェクトは、作業図面、発射カタパルトの構築、および個々の部品のバックログの製造の段階にのみ持ち込まれましたが、完全には実装されていませんでした。
シルバーバード（モデル）。
スターリンはこのプロジェクトに関心を示しました。 特に、彼は息子のヴァシリーと科学者のグリゴリー・トカエフに、ゼンガーを捕まえて彼を ソビエト連邦. しかし、これらの計画はすぐに失敗し、後にキャンセルされ、ゼンガーはフランス、イギリス、スイス、ドイツに住み、働きました。
1945 年、後退するドイツ軍の爆発によって荒廃した出発カタパルトのサイクロピー式構造、個々の部品、およびシルバー バードの図面の残骸が、 ソビエト軍. G.E.の指導の下、1965年にソ連でシルバーバードプロジェクトのドイツの図面を研究した結果によると。 Lozino-Lozinsky は、独自の水平発着の開発を開始しましたが、2 段式の軍用多目的 AKS 爆撃機であり、らせん軌道への乗組員と貨物の配達機でしたが、これは実現されませんでした。
米国では、1960 年代に同様の目的で実現されなかった最初の軍用宇宙システムである X-20 が、従来のロケットによる垂直発射に基づいていました。 別の空母から始めて、実験用の極超音速 X-15 航空機が実装されました。
極超音速機 X-15。 1954 - 1968
X-15 は、ロケット エンジンを搭載した実験的な米国のロケット推進航空機です。 軌道下の有人宇宙飛行を行った史上初の、そして40年間で唯一の有人極超音速航空機。 X-15の主な任務は、極超音速での飛行条件と翼のある車両の大気圏への侵入、新しい設計ソリューションの評価、遮熱コーティング、上層大気での制御の心理生理学的側面を研究することです。 プロジェクトの一般的な概念は 1954 年に承認されました。4 つの産業会社 Bell Aircraft、McDonnell Douglas、Republic Aviation Company、North American Aviation がロケット飛行機の作成のための競争に参加し、後者が最終的に勝者になりました。
飛行中のX-15。
Kh-15 が到達する飛行高度は 107 km、速度は最大 6.72 M です。キャリアは約15 kmの高度で実行され、干上がった塩湖の底にある空軍基地に独立して着陸しました。 合計で、X-15 プログラムの下で 199 回の飛行が行われました。 X-15 プログラムの下で行われた記録的な飛行は、1963 年 8 月 22 日のパイロット ジョー ウォーカーの飛行でした。
X-20 ダイナソア宇宙船。 1957年～1963年
X-20 Dyna-Soar (Dynamic Soaring から) - "Dyna-Sor" (言葉遊び: 英語の恐竜 - 恐竜と同じ発音) - 有人宇宙迎撃爆撃機 X-20 を作成するためのプログラム。 その開発は、1957 年 10 月 24 日から 1963 年 12 月 10 日まで米国で行われました。プログラムは、大気圏でのテスト、準軌道打ち上げ、軌道飛行の 3 つの段階で構成されていました。 開発は、オイゲン・センガー軌道爆撃機のコンセプトに基づいていました。 プログラムの顧客は米国空軍です。 開発者 - ボーイング。
X-20 発射レイアウト オプション
この装置は、軌道航空機の空力スキームに従って作成され、再利用可能でした。 Kh-20の軌道への打ち上げは、タイタンロケットのさまざまな改造によって想定されました。 デバイスのさまざまな修正が開発されました-軌道爆撃機、写真偵察、軌道上の敵の衛星を検査および傍受するためのオプションがありました。
大気中への浸漬中に、デバイスが横方向の空力操作を実行できるため、軌道の傾斜が変化し、その後エンジンが再び加速して軌道に乗せることが重要です。 「相乗的」と呼ばれるこの操作は、純粋なミサイル操作の 15.8 度に対して軌道の傾斜を 20.3 度変更することを可能にしました。様々なコースからターゲットにエントリーできるようになっています。
デバイスの重量とサイズのモックアップがいくつか作成され、広範な科学的および技術的研究が行われました。 プロジェクトの規模は、X-20計画の下で宇宙飛行士パイロットの分遣隊が採用されたという事実によって証明されています（後にアポロ11号の司令官であるニール・アームストロングを含む7人）。 シミュレーターと X-20 アナログ航空機で 8,000 時間以上の訓練が行われました。 Dyna Soar-3 宇宙船の 1 つの軌道に対する最初の有人飛行は、1966 年 7 月に予定されていました。パイロット - ジム ウッド、最初の多軌道飛行 - は 1969 年でした。X-20 を将来の軍用軌道ステーションにドッキングする可能性MOLについて調べました。
X-20 プロトタイプ、レイアウト
しかし、客観的な技術的および工学的、そして純粋に内部的、軍事的、政治的、および財政的性質の両方のさまざまな理由により（特に、プロジェクトを担当していたNASAおよび空軍の有人プログラムの優先順位の変更）、プログラムは縮小されました。 1963 年 12 月に実際にプログラムを個人的に閉鎖した当時の米国国家安全保障担当長官ロバート マクナマラも、プロジェクトの運命に否定的な役割を果たしました。 MOLプログラム。
1963 年末までに、4 億 1000 万ドルが X-20 プログラムに費やされました。
航空宇宙システム「スパイラル」。 1966年～1969年、1974年～1978年
「スパイラル」は、空中打ち上げ技術によれば、極超音速ブースター航空機によって宇宙に打ち上げられ、その後ロケットステージによって軌道に打ち上げられる軌道航空機で構成される宇宙システムです。
1960 年代に開始されたスパイラル プロジェクトは、米国の X-20 Dyna Soar 迎撃偵察爆撃機プログラムへの対応でした。
スパイラル システムとその軌道航空機の開発は、1966 年の夏に A. I. ミコヤンの OKB-155 設計局で開始されました。 1970年代半ばには、システムの運用準備が整ったと想定されていました。 米国とソ連の両方で、これらのプログラムは開発のさまざまな段階で削減されました。
スパイラル プロジェクトの責任者は Gleb Evgenievich Lozino-Lozinsky でした。
強力な飛行船加速器 (重量 52 トン、長さ 38 m、スパン 16.5 m) は、音速の 6 倍 (M = 6) まで加速することになっていました。長さ 8 m、スパン 7.4 m の 10 トンの有人軌道航空機を起動することになっています。
ブースター航空機は、空気呼吸エンジンを備えた極超音速航空機の最初の技術的に革新的なプロジェクトでした。 このような極超音速ブースター航空機を作成するには、根本的に新しい推進力、空力、および材料科学技術に多額の資金が必要であることを考慮して、プロジェクトの最新バージョンでは、極超音速ではなく超音速を作成する可能性がより安価で迅速に達成できると考えられていました。ブースター、しかし、それも実装されていませんでした。
軌道スペースプレーンそれは横方向の迎え角を変えるためにコンソールが上向きにずれている後退翼を持つ航空機でした。 軌道から降下するとき、航空機は自己バランスを取りました さまざまな地域軌跡。 胴体は、平面図で非常に鈍い羽の三角形の形をしたキャリア本体のスキームに従って作成されたため、「ラポット」というニックネームが付けられました。
当初予定していた「スパイラル」の登場。
推進システムは、軌道操縦用の液体推進剤ロケット エンジン (LRE)、圧縮ヘリウム燃料コンポーネントを供給するための変位システムを備えた 2 つの緊急ブレーキ LRE、6 つの粗い方向付けエンジンと 10 の細かい方向付けエンジンからなる方向付けユニットで構成されていました。 亜音速での飛行と着陸用のターボジェットエンジンで、灯油で作動します。
軌道上航空機で事故が発生した場合にパイロットを救うために、カプセルの形をした取り外し可能なキャビンには、開始から着陸までの移動のすべての段階で航空機から発砲するための独自の粉体エンジンが装備されていました。大気の密な層に入るための制御エンジンを備えています。
小さな貨物コンパートメントを備えた輸送オプションの可能性に加えて、軌道航空機の主な軍事オプションが開発されました。
写真および無線偵察;
核弾頭と衛星誘導システムを備えたミサイルで空母を破壊する。
2つのバリエーションでのスペースターゲットのインターセプター。 最初のオプションは、通信チャネルを介して写真を撮影および送信するためのものであり、2番目のオプションは、ターゲットを攻撃するためのものです。
プログラムの過程で、軌道航空機の作成をテストし、その実現可能性を実証するために、MiG-105.11 アナログ航空機、準軌道アナログ BOR-1 (無人軌道ロケット飛行機)、BOR-2、BOR-3 のサブプロジェクトが作成されました。アナログ宇宙船「EPOS」（実験用有人軌道航空機）BOR-4およびBOR-6。
「スパイラル」の作成に取り組みます。 1969 年に中断された彼女の軌道航空機の類似物は、1974 年に再開されました。 1976 年から 1978 年にかけて、MiG-105.11 の 8 回のテスト飛行が行われました。
ブラン計画の一環として打ち上げられた BOR-4 宇宙船は無人実験機であり、1:2 の縮尺でスパイラル軌道航空機を縮小したものです。 彼は「コスモス-1374」という名前で飛んでいました。
宇宙でテストされたBOR-4。
「スパイラル」（BORアナログを除く）に関する独自の作業は、より有望に見え、多くの点でエネルギーのアメリカのスペースシャトルプログラムを繰り返した、より大規模で技術的にリスクの少ない開発の開始後、最終的に停止されました-ブランプロジェクト。 A. A. グレチコ国防相は、ほぼ完成した EPOS の軌道テストを許可することさえせず、「空想には対処しない」という決議を引き出しました。
スペースシャトル 1981 - 2011
スペース シャトルまたは単にシャトル (eng. スペース シャトル - スペース シャトル) は、アメリカの再利用可能な輸送宇宙船です。 シャトルは、NASA の宇宙輸送システム (STS) 状態プログラムの一部として使用されました。 シャトルは、地球低軌道と地球の間を「シャトルのように急いで」、両方向にペイロードを運ぶことが理解されていました。 このプログラムは 1981 年から 2011 年 7 月 21 日まで実施されました。 コロンビア (2003 年の着陸時に燃え尽きる)、チャレンジャー (1986 年の打ち上げ時に爆発)、ディスカバリー、アトランティス、エンデバーの合計 5 機のシャトルが製造されました。 また、1975 年にエンタープライズのプロトタイプ船が建造されましたが、宇宙に打ち上げられることはありませんでした。
シャトルは、2 つの固体ロケット ブースターと、巨大な外部タンクから燃料を受け取る 3 つの独自の推進エンジンを使用して宇宙に打ち上げられました。 軌道の最初のセクションでは、取り外し可能な固体推進剤ブースターによって主推力が生み出されました。 シャトルは、軌道操縦システムのエンジンにより軌道上で操縦を行い、グライダーとして地球に帰還しました。 開発中、各シャトルは最大 100 回宇宙に打ち上げられる必要があると想定されていました。 2011 年 7 月にプログラムが終了するまでには、ほとんどのフライト (39 回) がディスカバリー シャトルによって行われました。
シャトル発射。
シャトルは、次の 3 つの主要コンポーネント (ステージ) で構成されています。
発射後約 2 分間動作し、船を加速して誘導し、その後高度約 45 km で分離する 2 つの固体ロケット ブースターが海にパラシュートで降下し、修理と燃料補給の後、再び使用されます。
メインエンジン用の液体水素と酸素を備えた大型の外部燃料タンク。 タンクは、ブースターをオービターに取り付けるための足場としても機能します。 タンクは高度113kmで約8.5分後に廃棄され、大部分は大気中で燃え尽き、残りは海に落ちます。
地球低軌道に打ち上げられる有人オービター ロケット プレーン (英語のオービター)。 . 飛行プログラムを終えた後、地球に戻り、グライダーのように飛行場に着陸します。
ソユーズと比較したスペースシャトル。
ブラン。 1988年
ブランは、ソビエトの再使用可能輸送宇宙システム (MTKK) の軌道宇宙船であり、エネルギヤ-ブラン計画の一環として作成されました。 世界で実装された MTKK の 2 つの軌道ビークルの 1 つであるブランは、同様のアメリカのスペースシャトル プロジェクトへの対応でした。 ブランは、1988 年 11 月 15 日に無人モードで最初で唯一の宇宙飛行を行いました。
ミサイル複合施設ブラン - エネルギア
ブラン」は、軍事システムとして考案されました。 再利用可能な宇宙システムの開発に関する性能仕様は、1976 年 11 月 8 日にソ連国防省の宇宙施設総局によって発行され、D. F. ウスチノフによって承認されました。
シャトルの図面と写真は、1975 年初頭に GRU を通じてソ連で最初に受領されました。 すぐに、軍の構成要素について 2 つの試験が実施されました。軍事研究所と、ムスティスラフ ケルディシュの指導の下、力学問題研究所で行われました。 結論：」 未来の船再利用可能なシャトルは、核弾薬を運び、地球に近い宇宙のほぼどこからでもソ連の領土を攻撃することができます」と「30トンの運搬能力を持つアメリカのシャトルは、核弾頭を搭載した場合、外を飛行することができます国内のミサイル攻撃警報システムの無線可視ゾーン。 たとえば、ギニア湾で空力操作を行った後、彼はソ連の領土全体にそれらを解放することができます」-彼らはソ連の指導者に答えを出すように促しました-「ブラン」。
1976 年、特別に設立された NPO モルニヤがこの船の主任開発者になりました。 新しい協会は、すでに1960年代に再利用可能な航空宇宙システムSpiralのプロジェクトに取り組んでいたGleb Evgenievich Lozino-Lozinskyが率いていました。
軌道船の製造は 1980 年以来、Tushino Machine-Building Plant で行われてきました。 1984 年までに、最初の本格的なコピーの準備が整いました。 工場から、船は水上輸送で（日よけの下のはしけで）ジュコフスキー市に配送され、そこから（ジュコフスキー飛行場から）空輸で（特別なVM-T輸送機で）配送されました。バイコヌール宇宙基地のユビレイニ飛行場。
ブランは、1988 年 11 月 15 日に最初で唯一の宇宙飛行を行いました。 探査機はエネルギーロケットを使用してバイコヌール宇宙基地から打ち上げられました。 飛行時間は 205 分で、船は地球を 2 周した後、バイコヌールのユビレイニー飛行場に着陸しました。 飛行は、伝統的に手動制御で着陸の最終段階を行っていたシャトルとは異なり、搭載コンピューターと搭載ソフトウェアを使用して自動モードで乗組員なしで行われました。
1990 年にエネルギア・ブラン計画の作業は中断され、1993 年に計画は最終的に終了しました。 宇宙に飛んだ唯一のブラン (1988 年) は、2002 年にバイコヌールの組立および試験棟の屋根が崩壊した際に破壊されました。
プロジェクトの一般的な外部の類似性にもかかわらず、大きな違いがあります。
スペース シャトル複合体は、燃料タンク (中央にある赤い葉巻の形をした物体)、2 つの固体燃料ブースター、およびスペース シャトル自体で構成されています。 打ち上げ時には、ブースターと 3 つのシャトル推進エンジン (第 1 段) の両方が打ち上げられます。 シャトルエンジンを使用する必要があるため、この複合施設を使用して他の車両や貨物を軌道に投入することはできず、シャトルの質量よりも小さくなります。
「シャトル」はエンジンがアイドル状態で着陸します。 何度も着陸する能力はないので、アメリカ国内に数カ所の着陸地点があります。
Energia-Buran 複合施設は、第 1 段階 (再利用可能な酸素灯油 4 室エンジン RD-170 を備えた 4 つのサイド ブロック)、第 2 段階 (葉巻型の物体) で構成されていました。 白色真ん中に; 4台のRD-0120酸素水素エンジンを搭載）とブラン宇宙船が返還されます。 ローンチ時に、両方のステージがローンチされました。 うまくいったので、第1ステージ（4つのサイドロケット）がドッキング解除され、最終的な撤退は第2ステージで行われました。
シャトルとは異なり、ブランには緊急乗組員救助システムがありました。 低高度では、最初の 2 人のパイロットのためにカタパルトが作動しました。 十分な高さで、緊急時にブランはロケットから分離して緊急着陸することができました。
スペース シャトル システムを打ち上げるために、それぞれ 1280 トンの推力を持つ 2 つの固体推進剤ブースターが使用されます。 それぞれ（歴史上最も強力なロケットエンジン） ソ連には、スペースシャトルシステムで使用され、83％の推力を提供するような大型で強力な固体推進剤ブースターの製造に必要な設計経験、必要な技術、および機器がありませんでした。開始時。 NPO Energia の設計者は、利用可能な最も強力なロケット エンジンを使用することを決定しました - Glushko のリーダーシップの下で作成された 4 チャンバー RD-170 エンジンは、740 t の推力 (改良と近代化の後) を発生させることができました。 ただし、2つの側面加速器の代わりに、1280 t. それぞれ 740 のうち 4 つを使用. サイド ブースターの総推力は、発射台から分離されたときの第 2 段 RD-0120 のエンジンと合わせて、3425 トンに達し、これはサターン 5 の始動推力とほぼ同じです。アポロ宇宙船のシステム。
可能であれば、アルミニウム合金の化学組成までアメリカのシステムを正確にコピーするためのあらゆる努力にもかかわらず、変更の結果として、ペイロード重量が5トン未満で、Energia-Buranシステムの開始重量(2400 トン) は、スペースシャトル システム (2030 トン) の 370 トン多い打ち上げ重量であることが判明しました。
Energiya-Buran システムをスペースシャトル システムとは異なるものにする変更は、次のような結果をもたらしました。
- スペースシャトルシステムでは、複合体の最も安価な部分だけが使い捨てです - 外部燃料タンク、ロケットエンジンのどれも失われず、繰り返し使用できます.
「Energiya - Buran」システムでは、再利用可能な要素は軌道船であり、パラシュート システムに降下した第 1 段階のブロックです。 第二段階である中央ブロックは、エンジン、燃料タンク、トランジションおよびテールコンパートメント、および制御および管理システムとともに、打ち上げプロセス中に失われます。
-独立した超重ロケット「エネルギー」の作成は、軌道船自体と、ポール軌道戦闘レーザープラットフォーム（Skif-DM）の重量次元モデルを打ち上げる試みが部分的に成功したことを除いて、アプリケーションを見つけられませんでした77トン。
- 最も高価な要素 (ロケットとロケット エンジン) の再利用要素を減らすことで、エネルギア ブラン システムを使用するコストが劇的に増加しました。
ブランのテスト飛行を率いたテスト パイロットのステパン アナスタソビッチ ミコヤン航空中将によると、これらの違いと、アメリカのスペース シャトル システムがすでに成功裏に飛行していたという事実が、保存の理由となり、その後閉鎖されました。金融危機. プログラム「エネルギー - ブラン」.
ドラゴン スペースX
Dragon (Eng. Dragon SpaceX) - 商用軌道輸送 (COTS) プログラムの一環として NASA の命令により開発された民間輸送宇宙船 (CC)、SpaceX で、ペイロードと、将来的には人々を国際宇宙に運ぶように設計されています。駅。 シャトル便の停止により、米国から新しいトラックの必要性が生じました。 「ドラゴン」は地球に帰還できる世界で唯一の「トラック」。
アメリカの宇宙船「アポロ」や、ロシアの先進有人輸送システム計画、NASA「オリオン」、ボーイング CST-100 で開発中の宇宙船とは異なり、「ドラゴン」は実質的にモノブロック船です。
船がパラシュートで地球に戻る間、将来のドラゴンの軟着陸。
推進システム、燃料タンク、バッテリーなどの集合区画の機器は、船と一緒に返還されるというユニークな点 (SS と同様) です。 開発の初期段階（貨物宇宙船）では、自律ドッキングシステムがないため、ISSとのドッキングは日本のHTVドッキングと同じ方法で行われます。
SC「ドラゴン」は、いくつかの変更で開発されています：有人（最大7人の乗組員）、貨物乗客（乗組員4人+貨物2.5トン）、貨物（初めて使用されるのはこのバージョンです)、および自律飛行 (DragonLab) の変更。
再利用可能な宇宙船「ドラゴン」。
再利用可能な宇宙船「ルス」。
Prospective Manned Transport System (PPTS) と New Generation Manned Transport Vehicle (PTK NP) は、ロシアのロケットと多目的の有人部分的に再利用可能な宇宙船のプロジェクトの一時的な正式名称であり、Soyuz シリーズを置き換える必要があります。有人宇宙船・自動貨物船シリーズ「プログレス」。 マスコミで言及されているロケットプロジェクトの非公式名は「Rus-M」です。
PPTSの場合、基本船のモジュラー構造が機能的に完全な要素の形で採用されています - 帰還車両とエンジンルーム。 船は翼がなく、再利用可能なリターナブルパーツ、上部が円錐台形、下部が使い捨てのエンジンコンパートメントであり、RSC Energia がクリッパー用に設計したシステムを広範囲に使用します。 新しい船の最大乗組員は6人（月への飛行の場合-最大4人）、軌道に運ばれる貨物の質量は500 kg、地球に返される貨物の質量は500 kg以上です。より小さな乗組員。 宇宙船の長さは6.1m、船体の最大直径は4.4m、地球近軌道飛行時の質量は12トン（月軌道外飛行時は16.5トン）、帰還部分の質量は4.23トン（ソフトランディングを含む - 7.77トン）、密閉されたコンパートメントの容積 - 18立方メートル。 m.船の自律飛行の期間は最大1か月です。 強度を高めたアルミニウム合金と炭素繊維強化プラスチックの使用により、降下車両の質量が20〜30％減少することが計画されています。 家庭用コンパートメントは、PPTS の前にあるミッションに応じて、単純にドッキングされます。
宇宙船「ソユーズ」と「ルス」
船の基本設計は 2010 年 6 月に完了しました。 ロケット アンド スペース コーポレーション (RKK) Energia の軍代表は、有望な有人宇宙船の予備設計を承認しました。 フルサイズのレイアウトは、X International Aviation and Space Salon MAKS-2011 で初めて一般公開されました。 技術プロジェクト資料は、2012 年 7 月に審査のために提出する必要があります。 無人バージョンでの船のテストは2015年に開始され、有人バージョンでは2018年に開始される予定です。
スペースシップワン
SpaceShipOne は、民間の準軌道有人スペースシャトルであり、北米の X-15 に続く 2 番目の準軌道有人極超音速機です。
1982年から実験機を製造しているScaled Composites LLC（アメリカ）製。 作成の目標の 1 つは、Ansari X Prize コンペティションへの参加でした。このコンペの主な条件は、3 人が搭乗して 2 週間以内に 2 回宇宙空間に行くことができる宇宙船を作成することでした。 勝者は1000万ドルの賞金を受け取ることになっていました。 この賞は 2005 年初頭に予定されていました。 飛行の結果、すでに 2004 年 10 月初旬に、SpaceShipOne の作成者チームはこの賞を獲得することができました。
空母「ホワイトナイト」の下部にあるスペースシップワン。
飛行の開始時に、船は特別なホワイトナイト航空機 (ホワイトナイト) の助けを借りて、海抜約 14 km の高さまで上昇します。 その後、アンドックが発生し、SpaceShipOne が約 10 秒間整列してから、ロケット エンジンがオンになります。 船はほぼ垂直になり、加速は 1 分強続きますが、パイロットは最大 3g の過負荷を経験します。 この段階で、船は高度約 50 km に到達します。 マックス・スピードこの時点での船の速度は時速 3,500 km (M 3.09) に達しますが、これは最初の船よりも大幅に小さくなっています。 空間速度(28,400 km / h - 7.9 km / s)、これは地球低軌道に入るために必要です。
大気の境界へのさらなる移動 (さらに 50 km) は、投げられた石のように、放物線軌道に沿った慣性の作用の下で発生します。 宇宙では、SpaceShipOne は約 3分. 軌道の遠地点に到達する少し前に、船は翼と尾を上げて、後退して大気の密な層に入ると、同時に船を安定させ、急降下から滑空飛行に移行します。 この場合、過負荷は 6g に達する可能性がありますが、過負荷のピークは 10 秒以上持続しません。 この形態では、約 17 km の高さまで降下し、そこで元の翼の位置に戻り、グライダーのように飛行場まで飛行します。
合計で、デバイスは17回の飛行を行い、最初は無人で、最後の3回はFAIによると、つまり100 kmを超える準軌道宇宙飛行でした。
「スペースシップツー」（SS2）。
SpaceShipTwo (SS2) は、民間の有人弾道再利用可能な宇宙船です。
1982年から実験機を製造しているScaled Composites LLC（アメリカ）が設計。 これは、Paul Allen によって設立された Tier One プログラムの一部です。 ホワイト ナイト ツー (WK2) 航空機を使用して、打ち上げ高度 (約 20 km) に配信します。
5 つの SpaceShipTwo ユニットと 2 つの White Knight Two 航空機を作成する予定で、そこから車両が打ち上げられます。 SS2 の船に個人名を付けることが決定されました。 最初の船は VSS Enterprise と呼ばれます。 VSS = Virgin Space Ship (英語: Virgin - Virgo、Virgin の宇宙船)。 エンタープライズ（eng。エンタープライズ - エンタープライズ、イニシアチブ、機知に富む） - シリーズの船USSエンタープライズに敬意を表して」 スタートレック"。 同じシリーズの船USSボイジャーに敬意を表して、2番目の船をVSSボイジャー（フランスの航海 - 旅行、水泳、飛行）と命名することが決定されました。 Virgin Galactic は、これらのデバイスを構築するために 1 億ドルを投資する予定です。
2009 年 12 月 7 日、Virgin Galactic は完成した船を世界に披露しました。 同社の公式ウェブサイトでは、20万ドル相当のチケットを予約できます。
シャトル SpaceShipTwo (SS2) と航空機プラットフォーム White Knight Two (WK2)
2010 年 7 月 15 日、SpaceShipTwo (SS2) は乗組員を乗せて大気圏で 6 時間のテスト飛行を行いました。 カリフォルニアのモハベ砂漠上空のシャトルの飛行は、発射施設であるホワイト ナイト ツー (WK2) プラットフォーム航空機にドッキングされている間に行われました。
2011 年 5 月 4 日、モハベ砂漠上空で、弾道飛行中の航空機が、装置を安全に大気圏に突入させる独自の尾翼の有効性を初めて実証しました。
2 人のテスト パイロットを乗せた弾道飛行航空機は、正常に離陸しました。 空母は 45 分で 15.7 km の高さまで上昇し、SpaceShipTwo を落下させました。 テールユニットは初めて65度回転しました。 この構成では、デバイスは 1 分 15 秒間飛行し、ほぼ垂直に 4.7 km 降下しました。 サブオービタル航空機は、優れた安定性と操縦性を示しました。 高度 10 km で、パイロットは羽を通常の「飛行機」モードに切り替え、WhiteKnightTwo から落とされてから 11 分 5 秒後に滑走路に着陸しました。
飛行データは現在、同社の準軌道宇宙船のエンジニア、設計者、製造者によって分析されています。 同社の常務取締役兼社長は、ミッションの目的はすべて達成されたと述べた。
2011 年 9 月 29 日、SpaceShipTwo は緊急着陸システムのテストを行いました。
私が「掘り起こし」て体系化した情報をあなたと共有しました。 同時に、彼はまったく貧しくならず、少なくとも週に2回、さらに分かち合う準備ができています. 記事に誤りや不正確な点がありましたら、お知らせください。 とても感謝しています。
2011 年 7 月 21 日、アメリカの宇宙船アトランティスが最後の着陸を行い、長く興味深い宇宙輸送システム プログラムに終止符を打ちました。 さまざまな技術的および経済的理由により、スペースシャトルシステムの運用を中止することが決定されました。 しかし、再利用可能な宇宙船のアイデアは放棄されませんでした。 現在、いくつかの同様のプロジェクトが同時に開発されており、そのうちのいくつかはすでにその可能性を示しています。
スペースシャトル プロジェクトには、いくつかの主な目標がありました。 主なものの1つは、飛行とその準備のコストを削減することでした。 理論上、同じ船を繰り返し使用する可能性は、特定の利点をもたらしました。 さらに、複合体全体の特徴的な技術的外観により、許容寸法とペイロード質量を大幅に増やすことができました。 STS のユニークな特徴は、貨物ベイ内で宇宙船を地球に戻す能力でした。
ただし、操作中に、すべてのタスクが完了していないことがわかりました。 そのため、実際には、船の飛行準備は長すぎて費用がかかることが判明しました。これらのパラメーターによると、プロジェクトは元の要件に適合しませんでした。 多くの場合、再使用可能な船は、原則として「通常の」ロケットを置き換えることができませんでした。 最後に、機器の道徳的および物理的な陳腐化が乗組員にとって最も深刻なリスクにつながりました。
その結果、宇宙輸送システム複合体の運用を終了することが決定されました。 最後の 135 回目の飛行は 2011 年の夏に行われました。 利用可能な 4 隻の船は廃止され、不要として博物館に移されました。 そのような決定の最も有名な結果は、アメリカの宇宙計画が独自の有人宇宙船なしで数年間放置されたという事実でした. これまで、宇宙飛行士はロシアの技術の助けを借りて軌道に乗る必要がありました。
さらに、無期限に、再利用可能なシステムが使用されずに惑星全体が放置されました。 ただし、一定の対策はすでに講じられています。 今日まで、アメリカの企業は、一度に何らかの種類の再利用可能な宇宙船のいくつかのプロジェクトを開発してきました。 すべての新しいサンプルは、少なくとも、すでにテストされています。 近い将来、彼らもフル稼働できるようになるでしょう。
ボーイング X-37
STS コンプレックスの主要コンポーネントは軌道航空機でした。 このコンセプトは現在、ボーイングの X-37 プロジェクトに適用されています。 90 年代後半、ボーイングと NASA は、大気圏を周回して飛行できる再利用可能な宇宙船の研究を開始しました。 過去 10 年間の初めに、この作業は X-37 プロジェクトの立ち上げにつながりました。 2006年、新しいタイプのプロトタイプが空母からの落下で飛行試験に達しました。
ロケットのフェアリングに取り付けられたボーイング X-37B。 写真 米空軍
このプログラムは米空軍の関心を集め、2006 年以降、NASA の支援を受けながらも空軍の利益のために実施されてきました。 公式データによると、空軍はさまざまな貨物を宇宙に打ち上げたり、さまざまな実験を行ったりできる有望な軌道航空機を手に入れたいと考えています。 さまざまな見積もりによると、現在のX-37Bプロジェクトは、偵察や本格的な戦闘作業に関連するものを含む他のミッションでも使用できます.
X-37B の最初の宇宙飛行は 2010 年に行われました。 4 月末に、アトラス V ロケットがデバイスを所定の軌道に打ち上げ、そこで 224 日間滞在しました。 「飛行機のように」着陸したのは同年12月上旬。 翌年3月に2回目の飛行が始まり、2012年6月まで続きました。 12 月に次の打ち上げが行われ、2014 年 10 月に 3 回目の着陸が行われました。 2015 年 5 月から 2017 年 5 月にかけて、実験用の X-37B は 4 回目の飛行を行いました。 昨年9月7日、別の試験飛行が始まりました。 終了時期は未定。
いくつかの公式データによると、飛行の目的は、軌道上での新技術の運用を研究し、さまざまな実験を行うことです。 経験豊富な X-37B が軍事任務を解決したとしても、顧客と請負業者はそのような情報を開示しません。
で 現在の形ボーイング X-37B は、独特のデザインのロケット飛行機です。 大きな胴体と中型の飛行機が特徴です。 ロケットエンジンが使用されています。 制御は自動的に、または地上からのコマンドによって実行されます。 既知のデータによると、胴体は長さ2m以上、直径1m以上の貨物室を備えており、最大900kgのペイロードを収容できます。
現在、経験豊富な X-37B が軌道上にあり、割り当てられたタスクを解決しています。 彼がいつ地球に戻るかは不明です。 パイロットプロジェクトの今後のコースに関する情報も指定されていません。 どうやら、最も興味深い開発に関する新しいメッセージは、プロトタイプの次の着陸よりも早く表示されます。
SpaceDev / シエラネバダドリームチェイサー
軌道航空機の別のバージョンは、SpaceDev の Dream Chaser です。 このプロジェクトは、NASA の商業軌道輸送サービス (COTS) プログラムに参加するために 2004 年から開発されましたが、最初の選択段階を通過できませんでした。 しかし、開発会社はすぐに、アトラス V ロケットを提供する準備ができていたユナイテッド ローンチ アライアンスと協力することに同意しました。 その後、実験装置の共同建設についてロッキード・マーチンと合意が成立した。
経験豊富な軌道飛行機ドリームチェイサー。 NASAによる写真
2013 年 10 月、ドリーム チェイサーの飛行プロトタイプがキャリア ヘリコプターから投下された後、滑空飛行に入り、水平着陸を行いました。 着陸時の故障にもかかわらず、プロトタイプは設計特性を確認しました。 将来的には、スタンドで他のいくつかのテストが実行されました。 彼らの結果によると、プロジェクトは完成し、2016年には宇宙飛行のためのプロトタイプの構築が始まりました。 昨年半ば、NASA、シエラネバダ、ULA は、2020 年から 2021 年にかけて 2 回の軌道飛行を行う契約に署名しました。
少し前に、Dream Chaser の開発者は 2020 年末に発売する許可を受けました。 他の多くの近代的な開発とは異なり、この船の最初の宇宙ミッションは実際の負荷で実行されます。 船は特定の貨物を国際宇宙ステーションに届けなければなりません。
現在の形では、再利用可能な宇宙船シエラネバダ / スペースデブ ドリーム チェイサーは、特徴的な外観の航空機であり、外見上はアメリカや外国の開発に似ています。 機体は全長9m、デルタ翼幅7mで、既存のロケットとの互換性を確保するため、将来的には折りたたみ翼も開発される予定です。 離陸重量は 11.34 トンと決定されています. ドリーム チェイサーは 5.5 トンの貨物を ISS に届けることができ、最大 2 トンを地球に戻すことができます.個々の実験の一部として、一部の機器やサンプルの配送に役立ちます。
スペースXドラゴン
多くの理由から、軌道面のアイデアは現在、新しい宇宙技術の開発者の間であまり人気がありません。 より便利で有利なのは、「伝統的な」外観の再利用可能な船と見なされ、ロケットの助けを借りて軌道に打ち上げられ、翼を使用せずに地球に戻ります。 この種の開発で最も成功したのは、SpaceX の Dragon 製品です。
ISS 近くの SpaceX ドラゴン貨物船 (CRS-1 ミッション)。 NASAによる写真
Dragon プロジェクトの作業は 2006 年に開始され、COTS プログラムの一環として実施されました。 このプロジェクトの目的は、打ち上げと帰還を繰り返す可能性のある宇宙船を作成することでした。 プロジェクトの最初のバージョンには輸送船の作成が含まれ、将来的にはそれに基づいて有人改造を開発することが計画されていました。 これまでのところ、「トラック」バージョンのドラゴンはいくつかの結果を示していますが、船の有人バージョンの期待される成功は常に変化しています.
ドラゴン輸送宇宙船の最初のデモ打ち上げは、2010 年末に行われました。 必要なすべての改善の後、NASA は、国際宇宙ステーションに貨物を運ぶために、そのような装置の本格的な打ち上げを命じました。 2012 年 5 月 25 日、ドラゴンは ISS とのドッキングに成功しました。 その後、いくつかの新しい打ち上げが行われ、商品が軌道に投入されました。 プログラムの最も重要な段階は、2017 年 6 月 3 日のローンチでした。 プログラムで初めて、修理された船の再進水が行われました。 12 月には、すでに ISS に飛んでいた別の宇宙船が宇宙に行きました。 これまでのすべてのテストを考慮して、Dragon 製品は 15 回飛行しました。
2014 年、SpaceX は Dragon V2 有人宇宙船を発表しました。 既存のトラックを進化させたこの乗り物は、最大7人の宇宙飛行士を軌道に乗せたり、帰還させたりできると主張されていました。 また、将来的には、この新しい船が、観光客を乗せて月を周回するために使用される可能性があるとも報告されています。
SpaceX プロジェクトでよくあることですが、Dragon V2 プロジェクトは何度か延期されました。 そのため、疑惑のファルコンヘビー空母の遅れにより、最初のテストの日付は2018年に移動し、最初の有人飛行は2019年に徐々に「忍び寄り」ました。 最後に、数週間前、開発会社は有人飛行用の新しい「ドラゴン」の認定を放棄する意向を発表しました。 将来的には、このようなタスクは、まだ作成されていない再利用可能な BFR システムを使用して解決される予定です。
ドラゴン輸送車は、全長7.2m、直径3.66m、乾燥重量4.2トンで、3.3トンのペイロードをISSに運び、最大2.5トンの貨物を戻すことができます。 特定の貨物を収容するために、11 立方メートルの容積と加圧されていない 14 立方容積の密閉コンパートメントを使用することが提案されています。 加圧されていないコンパートメントは降下中に落とされ、大気中で燃え尽きます。一方、2 つ目の貨物は地球に戻り、パラシュートで降下します。 軌道を修正するために、デバイスには18個のドラコエンジンが装備されています。 システムの操作性は、一対のソーラーパネルによって提供されます。
「ドラゴン」の有人バージョンを開発する際に、基地の輸送船の特定のユニットが使用されました。 同時に、密閉されたコンパートメントは、新しい問題を解決するために大幅に再設計する必要がありました。 船の他のいくつかの要素も変更されました。
ロッキード・マーチン・オリオン
2006 年、NASA とロッキード マーチンは、高度な再利用可能な宇宙船を製造することに合意しました。 このプロジェクトは、最も明るい星座の 1 つであるオリオンにちなんで名付けられました。 10 年の変わり目に、作業の一部が完了した後、米国の指導部はこのプロジェクトを放棄することを提案しましたが、多くの議論の後、プロジェクトは保存されました。 作業は継続され、現在までに一定の結果が得られています。
アーティストの表現で視点船オリオン。 NASAの図面
当初のコンセプトに従って、オリオン船はさまざまなミッションで使用されることになっていました。 その助けを借りて、貨物と人々を国際宇宙ステーションに運ぶことになっていました。 適切な装備があれば、彼は月に行くことができました。 小惑星の 1 つまたは火星への飛行の可能性も解決されました。 それにもかかわらず、そのような問題の解決は遠い未来に起因していました。
過去 10 年間の計画によると、オリオン宇宙船の最初の試験打ち上げは 2013 年に行われる予定でした。 2014 年には、宇宙飛行士を乗せた打ち上げを計画していました。 月への飛行は、10年の終わりまでに実行される可能性があります。 その後、スケジュールは調整されました。 最初の無人飛行は 2014 年に延期され、有人打ち上げは 2017 年に延期されました。 月のミッションは20年代に延期されました。 今では、有人飛行も次の 10 年に引き継がれています。
2014 年 12 月 5 日、オリオンの最初の試験打ち上げが行われました。 ペイロードシミュレーターを搭載した船は、デルタ IV ロケットによって軌道に打ち上げられました。 打ち上げから数時間後、彼は地球に戻り、所定の場所に着水しました。 新たなローンチはまだ行われていません。 しかし、ロッキード マーチンと NASA のスペシャリストは黙っていませんでした。 いくつかのために 近年地上条件で特定のテストを実行するために、多数のプロトタイプが作成されました。
ほんの数週間前、有人飛行用の最初のオリオン宇宙船の建設が始まりました。 打ち上げは来年の予定です。 船を軌道に打ち上げるタスクは、有望なスペース・ローンチ・システムのロケットに委ねられます。 現在の作業が完了すると、プロジェクト全体の真の見通しが示されます。
Orion プロジェクトでは、長さ約 5 m、直径約 3.3 m の船を建造します。 特徴的な機能この装置は大きな内部容積です。 必要な機器や機器の設置にもかかわらず、密閉されたコンパートメント内には9立方メートル弱の空きスペースが残っており、クルーシートなどの特定のデバイスを設置するのに適しています。 船には、最大 6 人の宇宙飛行士または特定の貨物を搭載することができます。 船の総質量は25.85トンのレベルで決定されます。
眼窩下システム
現在、地球の軌道へのペイロードの打ち上げを提供しないいくつかの興味深いプログラムが実装されています。 多くのアメリカ企業の有望な機器モデルは、軌道下飛行のみを実行できます。 この技術は、何らかの研究や宇宙旅行の開発中に使用されることになっています。 この種の新しいプロジェクトは、本格的な宇宙プログラムの開発の文脈では考慮されていませんが、それでも興味深いものです。
ホワイト ナイト ツー キャリア航空機の翼の下にあるスペースシップ ツー準軌道ビークル。 写真ヴァージン・ギャラクティック/ virgingalactic.com
Scale Composites と Virgin Galactic の SpaceShipOne と SpaceShipTwo プロジェクトは、空母と軌道航空機からなる複合体の建設を提案しています。 2003年以来、2種類の機器はかなりの数のテスト飛行を完了しており、その間にうまくいきました さまざまな機能デザインと作業方法。 SpaceShipTwo タイプの船は、最大 6 人の観光客を乗せ、少なくとも 100 ～ 150 km の高さまで持ち上げることができると予想されます。 その上 下限宇宙空間。 離着陸は「従来の」飛行場から行う必要があります。
Blue Origin は、過去 10 年間の半ばから、異なるバージョンの準軌道宇宙システムに取り組んできました。 彼女は、他のプログラムで使用されているタイプのロケットと宇宙船の組み合わせを使用して、そのような飛行を実行することを提案しています。 同時に、ロケットと船の両方が再利用可能でなければなりません。 この複合施設はニュー シェパードと名付けられました。 2011年以来、新しいタイプのロケットと船が定期的にテスト飛行を行っています。 宇宙船を 110 km 以上の高度に送り、船とロケットの両方を安全に帰還させることはすでに可能です。 将来的には、ニュー シェパード システムは、宇宙旅行の分野におけるイノベーションの 1 つになるはずです。
再利用可能な未来
前世紀の 80 年代初頭から 30 年間、NASA の武器庫で人と貨物を軌道に運ぶ主な手段は、宇宙輸送システム/スペースシャトル複合体でした。 道徳的および物理的な陳腐化と、望ましい結果をすべて得ることが不可能なため、シャトルの運用は中止されました。 2011 年以来、米国は運用可能な再利用可能な宇宙船を持っていません。 さらに、彼らはまだ独自の有人宇宙船を持っていないため、宇宙飛行士は外国の技術で飛行しなければなりません。
宇宙輸送システム複合体の運用が終了したにもかかわらず、アメリカの宇宙飛行士は再利用可能な宇宙船のアイデアそのものを放棄していません。 このような技術は依然として非常に興味深いものであり、さまざまなミッションで使用できます。 現時点では、NASA と多くの商業組織が、軌道飛行機とカプセルを備えたシステムの両方で、いくつかの有望な宇宙船を一度に開発しています。 現在、これらのプロジェクトはさまざまな段階にあり、さまざまな成功を収めています。 ごく近い将来、遅くとも 20 年代の初めまでに、ほとんどの新しい開発はテストまたは本格的な飛行の段階に達し、状況を再検討して新しい結論を導き出すことが可能になります。
ウェブサイトによると：
http://nasa.gov/
http://space.com/
http://globalsecurity.org/
https://washingtonpost.com/
http://boeing.com/
http://lockheedmartin.com/
http://spacex.com/
http://virgingalactic.com/
http://spacedev.com/
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100 年前、宇宙飛行の創始者たちは、宇宙船が 1 回の飛行で埋め立て地に捨てられるとは想像もできませんでした。 最初の船の設計が再利用可能で、しばしば翼があると見なされたことは驚くべきことではありません。 有人飛行が始まるまでの長い間、彼らはデザイナーの製図板で使い捨てのボストークとマーキュリーを競いました。 悲しいかな、再利用可能な船のほとんどはプロジェクトのままであり、運用された唯一の再利用可能なシステム（スペースシャトル）は非常に高価であり、最も信頼できるものとはほど遠いことが判明しました. なぜそれが起こったのですか？
ロケットは、航空と砲兵という 2 つの情報源に基づいています。 航空の始まりには再利用性と翼が必要でしたが、大砲は「ロケット発射体」の1回限りの使用に傾いていました。 実用的な宇宙飛行が成長した戦闘ロケットは、もちろん使い捨てでした。 実際に設計を行うと、設計者は非常に高い機械的負荷や熱負荷など、さまざまな高速飛行の問題に直面しました。 エンジニアは、理論的な研究と試行錯誤を通じて、弾頭の最適な形状と効果的な遮熱材を選択することができました。 そして、実際の宇宙船を開発するという問題が議題に上ったとき、設計者はコンセプトの選択に直面しました:宇宙「飛行機」または大陸間弾道ミサイルの弾頭に似たカプセル型装置を構築すること? 宇宙開発競争は猛烈なペースで進行していたため、最も単純な解決策が選択されました。結局のところ、空気力学と設計の観点から、カプセルは航空機よりもはるかに単純です。
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"Senger" これが、1980 年代半ばにドイツのエンジニアが宇宙飛行機の打ち上げを見た方法です。 第 1 段階は、ラムジェット エンジンを搭載したブースター航空機です。 第 2 段階の軌道は、マッハ 6.8 の速度で 30 km 以上の高度で打ち上げられます。 システムの初期質量は 340 トンで、そのうち 100 トンの水素です。 第 2 段には 65.5 トンの推進剤が搭載されています。 乗組員 - パイロット 2 名、乗客 4 名、貨物 - 2 ～ 3 トン。 第 1 段は 250 席の極超音速旅客機として設計されました。 オービタルは 36 人の乗客の改造を許可しました。 |
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「エルメス」、フランス/ESA、1979-1994。 アリアン 5 ロケットによって垂直に打ち上げられ、最大 1500 km の横方向の操縦で水平に着陸する軌道面。 打ち上げ重量 - 700 トン、軌道段階 - 10 ～ 20 トン乗組員 3 ～ 4 人、輸出貨物 - 3 トン、1.5 トンを返しました。 |
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当時の技術レベルでは、カプセル船を再利用可能にすることはほとんど不可能であることがすぐに明らかになりました. 弾道カプセルは高速で大気圏に突入し、その表面は 2,500 ～ 3,000 度まで熱くなります。 十分に高い空力品質を備えた宇宙飛行機は、軌道からの降下中にほぼ半分の温度 (1,300 ～ 1,600 度) を経験しますが、1950 年代から 1960 年代には、その熱保護に適した材料はまだ作成されていませんでした。 当時、唯一の効果的な熱保護は、明らかに使い捨てのアブレーションコーティングでした。コーティング物質は、入ってくるガスの流れによってカプセルの表面から溶けて蒸発し、熱を吸収して運び去りました。車両。 すべてのシステムを単一のカプセル (燃料タンク、制御システム、生命維持システム、電源システムを備えた推進システム) に配置しようとすると、デバイスの質量が急速に増加しました。カプセルが大きくなればなるほど、カプセルの質量が大きくなります。遮熱コーティング（たとえば、かなり高密度のフェノール樹脂を含浸させたグラスファイバーを使用）。 しかし、当時のロケットの運搬能力は限られていました。 解決策は、船を機能的なコンパートメントに分割することで見つかりました。 宇宙飛行士の生命維持システムの「心臓部」は、熱保護を備えた比較的小さなキャビンカプセルに配置され、残りのシステムのブロックは、当然のことながら、熱遮蔽コーティングが施されていない使い捨ての取り外し可能なコンパートメントに配置されました。 宇宙技術の主要システムのリソースが少ないことも、設計者をそのような決定に駆り立てたようです。 たとえば、液体ロケットエンジンは数百秒間「生きて」おり、そのリソースを最大数時間使用するには、多大な努力が必要です。
それでも、再利用可能なロケットと宇宙技術のアイデアは粘り強いことが判明しました。 1960 年代の終わりまでに、米国、そしてやや後にソ連とヨーロッパで、極超音速空気力学、新しい構造材料、遮熱材料の分野でかなりの埋蔵量が蓄積されました。 そして理論的研究は、実験用航空機の飛行を含む実験によって強化されました。その中で最も有名なのはアメリカのX-15でした。 1969 年、NASA は米国の航空宇宙企業と最初の契約を結び、有望な再利用可能な宇宙輸送システム スペース シャトル (英語 - 「スペース シャトル」) の外観を調査しました。 当時の予測によると、1980 年代の初めまでに、地球 - 軌道 - 地球間の貨物の流れは年間 800 トンに達し、シャトルは年間 50 ～ 60 回飛行し、さまざまな目的で宇宙船を輸送していました。軌道ステーションの乗組員と貨物だけでなく。 貨物を軌道に打ち上げる費用は、1 キログラムあたり 1,000 ドルを超えないと予想されていました。 同時に、スペースシャトルには、地球上で修理するための高価な数トンの衛星など、軌道から十分に大きな負荷を返す能力が必要でした。 貨物を軌道から戻す作業は、いくつかの点で、貨物を宇宙に送るよりも難しいことに注意してください。 たとえば、ソユーズ宇宙船では、国際宇宙ステーションから帰還する宇宙飛行士は、100 キログラム未満の荷物しか持ち込めません。
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クリッパー、ロシア、2000 年以来。 乗組員と貨物を地球近傍軌道と軌道ステーションに運ぶための再利用可能なキャビンを備えた、開発中の新しい宇宙船。 ソユーズ 2 ロケットによる垂直発射、水平またはパラシュート着陸。 乗組員は 5 ～ 6 人で、船の打ち上げ重量は最大 13 トン、着陸重量は最大 8.8 トンで、予定日は 2015 年です。 |
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私たちの時代のコスモドロームとロケット - XXI |
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ベンチャースター、アメリカ、1993-2001年。 垂直打ち上げと水平着陸を備えた単段の再利用可能な宇宙輸送システムのプロジェクト。 試作段階 (X-33 プロジェクト) では多くの技術的問題が発生したため、作業は縮小されました。 主なものは、装置全体の質量に厳しい制限がある構造の強度不足です。 |
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1970 年 5 月、受け取った提案を分析した後、NASA は 2 つの翼のあるステージを持つシステムを選択し、ノース アメリカン ロックウェルとマクドネル ダグラスによるプロジェクトのさらなる開発のための契約を発行しました。 打ち上げ重量は約 1,500 トンで、9 ～ 20 トンのペイロードを低軌道に投入することになっていました。 両方のステージには、それぞれ 180 トンの推力を持つ酸素水素エンジンのバンドルが装備されているはずでした。 ただし、1971 年 1 月に要件が変更され、出力質量が 29.5 トンに増加し、最初の質量が 2,265 トンに増加しました。 計算によると、システムの立ち上げには 500 万ドル以下の費用がかかりましたが、開発には 100 億ドルと見積もられました。インドシナで）。 NASA と開発会社は、プロジェクトのコストを少なくとも半分に削減するという課題に直面していました。 完全に再利用可能なコンセプトの枠組みの中で、これは達成されませんでした. かさばる極低温タンクを備えたステップの熱保護を開発することは非常に困難でした. タンクを外部の使い捨てにするというアイデアがありました。 その後、彼らは翼付きの第 1 段を放棄し、再利用可能な始動用固体推進剤ブースターを採用しました。 システムの構成は誰にでもなじみのあるもので、その費用は約 50 億ドルで、指定された制限内に収まっています。 確かに、同時に打ち上げコストは1200万ドルに増加しましたが、これはかなり許容できると考えられていました。 開発者の 1 人は、「シャトルはエンジニアではなく会計士によって設計された」と冗談を言っていました。
1972年、北米ロックウェル社（後のロックウェル・インターナショナル社）に委託されたスペースシャトルの本格的な開発が始まりました。 システムが運用されるまでには (そしてコロンビアの初飛行は 1981 年 4 月 12 日に行われました - ガガーリンからちょうど 20 年後)、それはあらゆる点で技術的な傑作でした。 それは、その開発費が120億ドルを超えただけです。 今日、1 回の打ち上げのコストは、なんと 5 億ドルにものぼります。 どうして？ 結局のところ、原則として、再利用可能なものは使い捨てよりも安くなるはずです（少なくとも1回のフライトに関して）？ 第一に、貨物輸送量の予測は実現しませんでした - それは予想よりも一桁少ないことが判明しました。 第二に、エンジニアと投資家の間の妥協は、シャトルの効率に利益をもたらしませんでした。多くのユニットとシステムの修理と修復作業のコストは、それらの生産コストの半分に達しました! 独自のセラミック熱保護の維持には、特に費用がかかりました。 最後に、有翼の第 1 段が拒否されたことで、固体推進剤ブースターを再利用するために費用のかかる捜索救助活動を組織しなければならないという事実が生じました。
さらに、シャトルは有人モードでしか運用できなかったため、各ミッションのコストが大幅に増加しました。 宇宙飛行士がいるキャビンは船から分離されていません。そのため、飛行の一部の地域では、乗組員の死亡とシャトルの喪失を伴う大惨事が発生します。 これは、チャレンジャー号 (1986 年 1 月 28 日) とコロンビア号 (2003 年 2 月 1 日) で、すでに 2 回発生しています。 最近の大惨事により、スペース シャトル プログラムに対する態度が変わりました。2010 年以降、「シャトル」は廃止されます。 彼らはオリオンに置き換えられ、外見上は彼らの祖父であるアポロ宇宙船を非常に連想させ、乗組員の再利用可能な救助カプセルを持っています.
新世代シャトル
スペースシャトル計画の実施が始まって以来、新しい再利用可能な宇宙船を作成する試みが世界中で繰り返し行われてきました。 Hermes プロジェクトは、1970 年代後半にフランスで開発が開始され、その後、欧州宇宙機関の枠組みの中で継続されました。 DynaSoar プロジェクト (およびロシアで開発中のクリッパー) を強く連想させるこの小さな宇宙飛行機は、使い捨てのアリアン 5 ロケットによって軌道に打ち上げられ、数人の乗組員と最大 3 トンの貨物を軌道に運ぶことになっていました。駅。 かなり保守的なデザインにもかかわらず、エルメスはヨーロッパの強さを超えていることが判明しました. 1994 年、約 20 億ドルの費用がかかったこのプロジェクトは終了しました。 さらに素晴らしいのは、ブリティッシュ エアロスペースが 1984 年に提案した水平離着陸 HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing) を備えた無人航空宇宙機のプロジェクトでした。 計画によると、この単段翼機には、飛行中の空気中の酸素を液化して酸化剤として利用する独自の推進システムが搭載されることになっていました。 燃料は水素。
州からの研究資金 (300 万ポンド) は、異常なエンジンの概念を実証するために莫大な費用が必要だったため、3 年後に停止しました。 「革命的な」HOTOL と保守的な「Hermes」の中間の位置は、1980 年代半ばにドイツで開発された Sanger 航空宇宙システム プロジェクトによって占められています。 その最初の段階は、ターボラムジェット エンジンを組み合わせた極超音速ブースター航空機でした。 音速が 4 ～ 5 に達した後、ホルスの有人航空宇宙機またはカーガスの使い捨て貨物ステージが背面から発射されました。 ただし、このプロジェクトは、主に財政的な理由から、「紙」の段階を離れませんでした。 アメリカの NASP プロジェクトは、1986 年にレーガン大統領によって国家航空宇宙航空機プログラムとして導入されました。 報道では「オリエント急行」と呼ばれることが多いこの単段機は、素晴らしい飛行特性を備えていました。 それらは超音速燃焼のラムジェット エンジンを搭載しており、専門家によるとマッハ数 6 から 25 で動作することができました。しかし、プロジェクトは技術的な問題に遭遇し、1990 年代初頭に終了しました。
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クリッパー宇宙船の打ち上げレイアウトのスケッチ (オプションの 1 つ) |
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私たちの時代のコスモドロームとロケット - XXI |
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「ブラン」、ソ連、1976-? （閉じていません）。 再利用可能な宇宙船、スペース シャトル システムのアナログ。 垂直発射、2000 km の横方向操縦による水平着陸。 打ち上げ重量（エネルギーロケット搭載時）2375トン、軌道段105トン乗員10人、ペイロード30トン写真は世界最大の輸送機An-225「ムリヤ」がブランを輸送中。 |
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ソビエトの「ブラン」は、無条件の成功として国内（および外国）の報道機関に紹介されました。 しかし、1988 年 11 月 15 日にたった 6 回のパイロット フライトを行った後、この船は忘却の中に沈んでしまいました。 公平を期すために、ブランはスペースシャトルに劣らず完璧であることが判明したと言わなければなりません。 また、安全性や使い勝手の良さにおいても、海外の競合他社を凌駕しています。 アメリカ人とは異なり、ソビエトの専門家は、再利用可能なシステムの費用対効果について幻想を持っていませんでした.計算では、使い捨てのロケットがより効率的であることが示されました. しかし、ブランを作成するとき、別の側面が主なものでした-ソビエトのシャトルは軍事宇宙システムとして開発されました。 冷戦の終結とともに、この側面は背景に消え、経済的な実現可能性については言えません。 そして、ブランはそれで苦労しました。数百のソユーズ空母を同時に打ち上げるための打ち上げコストです。 ブランの運命は決まった。
再利用可能な船を開発するための新しいプログラムが雨上がりのキノコのように見えるという事実にもかかわらず、これまでのところ成功したものはありません. Hermes (フランス、ESA)、HOTOL (イギリス)、Sapger (ドイツ) による上記のプロジェクトは、何も終わりませんでした。 時代の間の「Zavis」 MAKS - ソビエト - ロシアの再利用可能な航空宇宙システム。 NASP (National Aerospace Plane) および RLV (Reusable Launch Vehicle) プログラム (スペースシャトルに代わる第 2 世代 MTKS を作成する米国の最新の試み) も失敗しました。 このうらやましい恒常性の理由は何ですか？ 使い捨てのロケットと比較して、「古典的な」再利用可能な輸送システムの作成には非常に費用がかかります。 再利用可能なシステムの技術的な問題はそれ自体で解決できますが、その解決には非常にコストがかかります。 使用頻度を増やすと、場合によっては非常に大幅な質量の増加が必要になり、コストの増加につながります。 質量の増加を補うために、超軽量で超強力な（そしてより高価な）構造材料と遮熱材料が使用され（多くの場合、ゼロから発明されます）、独自のパラメーターを持つエンジンが使用されます。 また、ほとんど研究されていない極超音速の分野で再利用可能なシステムを使用するには、空力研究に多額の費用がかかります。
それでも、これは、再利用可能なシステムが原則として成果を上げられないという意味ではありません。 スタート回数が多いとポジションが変わります。 システム開発費が 100 億ドルだとしましょう。 次に、10回のフライト（フライト間のメンテナンスの費用なし）では、打ち上げごとに10億ドルの開発費が請求され、1000回のフライトではわずか7,000万ドルです！ しかし、「人類の宇宙活動」が全体的に減少しているため、そのような数の打ち上げを夢見ることしかできません...では、再利用可能なシステムに終止符を打つことができますか? ここですべてがはっきりしているわけではありません。 まず、「文明の宇宙活動」の成長は否定できない。 新たな宇宙旅行市場によって、一定の希望が与えられています。 おそらく、最初は「複合型」タイプの中小規模の船が必要になるでしょう（ヨーロッパのエルメスや、私たちに近いロシアのクリッパーなど、「古典的な」使い捨て船の再利用可能なバージョン。比較的単純で、従来のもので宇宙に打ち上げることができます（はい、そのようなスキームは貨物を宇宙に運ぶコストを削減しませんが、ミッション全体のコストを削減します（船の連続生産の負担を取り除くことを含む）業界から) 翼のある乗り物は、降下中に宇宙飛行士に作用する G 力を大幅に減らすことを可能にしますが、これは間違いなく利点です. 第二に、これはロシアにとって特に重要です.打ち上げ方位角の制限と、打ち上げロケットの落下場の破片に割り当てられた除外ゾーンのコストを削減します。
再利用可能なシステムを建設的に実装するためのオプションは非常に多様です。 それらについて議論するとき、船だけに限定されるべきではなく、再利用可能なキャリア - 貨物再利用可能な輸送宇宙システム（MTKS）について言わなければなりません。 明らかに、MTKS の開発コストを削減するには、無人のものを作成し、シャトルのような冗長な機能で過負荷にならないようにする必要があります。 これにより、設計が大幅に簡素化され、容易になります。 操作の容易さの観点から、シングルステージシステムが最も魅力的です。理論的には、マルチステージシステムよりもはるかに信頼性が高く、除外ゾーンを必要としません (たとえば、米国で作成された VentureStar プロジェクト1990 年代半ばの RLV プログラムの下で)。 しかし、それらの実装は「可能な寸前」です。それらを作成するには、構造の相対質量を最新のシステムと比較して少なくとも3分の1減らす必要があります。 ただし、2 段階の再利用可能なシステムは、飛行機の方法で発射場所に戻る翼付きの第 1 段階が使用されている場合、非常に許容できる操作上の特性を持つこともできます。
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MAKS、ソ連/ロシア、1985 年以来。 エアスタート、水平着陸を備えた再利用可能なシステム。 離陸重量 - 620 トン、燃料タンク付きの第 2 段階 - 275 トン、軌道航空機 - 27 トン乗員 - 2 人、ペイロード - 最大 8 トン開発者 (NPO モルニヤ) によると。 MAKS は、実装に最も近い再利用可能な船舶プロジェクトです。 |
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私たちの時代のコスモドロームとロケット - XXI |
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"オリオン"。 アメリカ合衆国。 乗組員と貨物を地球に近い軌道と月に近い軌道に輸送するための新しい船。 熱保護機能を備えたクルー モジュールのみが再利用可能です。 打ち上げは垂直、降下は船体の揚力を利用して制御し、パラシュートで着陸。 軌道ステージの質量は 25 トン、着陸時の質量は 7.5 トンで、乗員は 4 ～ 6 人です。 最初の有人飛行 - 2014 年、月への最初の飛行 - 2020 年。 |
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一般に、最初の近似のMTKSは、発射と着陸の方法（水平と垂直）に従って分類できます。 水平発射システムには、複雑な発射施設を必要としないという利点があると考えられることがよくあります。 ただし、最新の飛行場は、600〜700トンを超える重量の車両を受け入れることができず、これにより、水平発射を備えたシステムの機能が大幅に制限されます。 さらに、予定通りに飛行場を離着陸する民間航空機の間で、数百トンの極低温燃料コンポーネントで満たされた宇宙システムを想像することは困難です。 また、騒音レベルの要件を考慮に入れると、水平発射を行う空母の場合でも、別個の高級飛行場を建設する必要があることが明らかになります。 したがって、水平離陸は垂直離陸よりも大きな利点はありません。 一方、垂直に離着陸する場合は、翼を放棄することができます。これにより、設計が大幅に容易になり、コストが削減されますが、同時に正確な着陸アプローチを行うことが難しくなり、g の増加につながります。 -降下中の力。
従来の液体推進剤ロケット エンジン (LPRE) と、エア ジェット エンジン (WRE) のさまざまなバリエーションと組み合わせの両方が、MTKS 推進システムと見なされます。 後者の中には、デバイスを「停止状態から」3.5〜4.0のマッハ数に対応する速度まで加速できるターボラムジェット、亜音速燃焼を伴うラムジェット（M = 1からM = 6まで動作）、ラムジェットがあります。超音速燃焼（M = 6からM = 15まで、アメリカの科学者の楽観的な見積もりによれば、M = 24まで）と、ゼロから軌道までの飛行速度の全範囲で動作可能なラムジェット。 エアジェットエンジンは、ロケットエンジンよりも1桁経済的ですが（車両に酸化剤が搭載されていないため）、同時に比重が1桁高く、非常に深刻な制限があります。速度と飛行高度について。 VJE を合理的に使用するには、空力負荷と過熱から構造を保護しながら、高速圧力で飛行する必要があります。 つまり、システムの最も安価なコンポーネントである燃料を節約すると、VJDは構造の質量を増やし、はるかに高価になります。 それにもかかわらず、WFD は比較的小型の再利用可能な水平ロケットに適用される可能性があります。
最も現実的な、つまり単純で比較的安価に開発できるシステムは、おそらく 2 種類のシステムです。 1つ目は、すでに述べたクリッパーのタイプで、有翼の再利用可能な車両（またはそのほとんど）のみが基本的に新しいことが判明しました。 寸法が小さいと、熱保護に関して特定の問題が生じますが、開発コストが削減されます。 このようなデバイスの技術的な問題は、実質的に解決されます。 したがって、Clipper は正しい方向への一歩です。 2つ目は、独立して発射場所に戻ることができる2つの巡航ミサイルステージを備えた垂直発射システムです。 それらの作成中に特別な技術的問題は予想されず、適切な打ち上げ複合体はおそらくすでに構築されているものの中から選択できるでしょう。 要約すると、再利用可能な宇宙システムの未来はクラウドレスではないと想定できます。 彼らは、原始的だが信頼性が高く安価な使い捨てミサイルとの激しい闘いの中で、生存権を守らなければならない。
リユースシステムの背景 スペースシャトルの技術的に開発された最初のプロジェクトの 1 つは、オイゲン・センガーによって設計されたロケット飛行機でした。 1929 年、彼は博士論文のためにこのプロジェクトを選びました。 わずか 24 歳のオーストリアのエンジニアが考案したように、ロケット飛行機は、たとえば軌道ステーションにサービスを提供するために地球低軌道に入り、翼の助けを借りて地球に戻ることになっていました。 1930 年代後半から 1940 年代前半にかけて、特別に設立された閉鎖研究所で、彼は「対蹠爆撃機」として知られるロケット航空機の詳細な研究を行いました。 幸いなことに、このプロジェクトは第三帝国では実施されませんでしたが、西側とソ連の両方で戦後の多くの作品の出発点となりました。 したがって、米国では、V. Dornberger（ファシストドイツのV-2プログラムの責任者）の主導で、1950年代初頭にBomiロケット爆撃機が設計され、その2段階バージョンが近くに入る可能性がありました-地球軌道。 |
