Изучал конструкции космических кораблей.
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2022 г. ) |
Во время существования космического корабля "Шаттл" компания Rockwell International и многие другие организации изучали различные конструкции космических кораблей . Они включали различные способы увеличения грузоподъемности и вместимости экипажа, а также исследование возможности дальнейшего повторного использования. Большое внимание в этих проектах было уделено разработке новых ускорителей шаттлов и усовершенствованию центрального бака, но также было направлено на расширение возможностей НАСА по запуску миссий в дальний космос и постройке модульных космических станций. Многие из этих концепций и исследований сформировали концепции и программы 2000-х годов, такие как «Созвездие» , программа орбитального космического самолета и программа «Артемида» . [1]
Транспортные средства на базе шаттла
[ редактировать ]
Шаттл-С
[ редактировать ]Ракета-носитель Heavy Lift представляла собой исследование НАСА по превращению стартовой установки космического корабля "Шаттл" в специальную беспилотную грузовую пусковую установку. и Внешний бак твердотопливные ракетные ускорители (SRB) космического корабля "Шаттл" будут объединены с грузовым модулем, который заменит орбитальный корабль "Шаттл" и будет включать в себя главные двигатели космического корабля "Шаттл" . Баллистическая возвратная капсула будет использоваться в качестве основной конструкции двигателя и будет нести 2-4 SSME , а также устанавливать полезную нагрузку/разгонную ступень. Его будут поднимать с помощью парашютов в глубинке Австралии или на севере Мексики. Для более точной посадки были добавлены небольшие подъемные крылья. В период с 1984 по 1995 год исследовались различные концепции тяжелых ракет-носителей, и в конечном итоге они стали известны как «Шаттл-С», в котором отсутствовали многоразовые двигатели и баллистические возвратные блоки.
Концепция «Шаттл-С» теоретически позволит сократить затраты на разработку тяжелой ракеты-носителя за счет повторного использования технологий, разработанных для программы «Шаттл». Также использовалось бы оборудование с истекшим сроком эксплуатации и оборудование космического корабля "Шаттл". Одно из предложений заключалось в переоборудовании « Колумбии» или «Энтерпрайза» в одноразовую грузовую пусковую установку.
Считалось, что в случае с «Шаттлом-С» более низкие требования к техническому обслуживанию и безопасности для беспилотного аппарата позволят повысить скорость полета. До гибели космического корабля «Челленджер» НАСА ожидало около 14 полетов шаттлов в год. После инцидента с «Челленджером» стало ясно, что такая скорость запуска невозможна по ряду причин.
«Шаттл-С» также запустит беспилотный лунный посадочный модуль и двигательную установку, а второй корабль запустит исследовательский корабль для выполнения лунных миссий. Кроме того, «Шаттл-С» будет выступать в качестве пилотируемого компонента Международной концепции исследования лунных ресурсов, предложенной в 1993 году.
В начале 1990-х годов инженеры НАСА, планировавшие пилотируемую миссию на Марс , включили проект «Шаттл-С» для запуска шести одноразовых 80-тонных сегментов для создания двух марсианских кораблей на околоземной орбите. После того, как президент Джордж Буш призвал к прекращению использования космических кораблей к 2010 году, эти предложенные конфигурации были отложены. [2]
Магнум
[ редактировать ]Magnum — это большая сверхтяжелая ракета-носитель, разработанная Маршалла НАСА имени Центром космических полетов в середине 1990-х годов. «Магнум» должен был быть ракетой-носителем высотой около 315 футов (96 м) в масштабе Сатурна V и изначально предназначался для выполнения миссии человека на Марс . Он должен был использовать два навесных боковых ускорителя, аналогичных твердотопливным ракетным ускорителям космического корабля «Шаттл» (SRB), но вместо этого использовать жидкое топливо. Некоторые конструкции имели навесные ускорители с крыльями и реактивными двигателями, которые позволяли им вернуться в зону запуска после того, как они были сброшены в полете. Magnum был разработан для перевозки около 80 тонн полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту (НОО). [3]
Национальная стартовая система
[ редактировать ]Национальная система запуска (или Новая система запуска) представляла собой исследование, санкционированное в 1991 году президентом Джорджем Бушем-старшим для определения альтернатив космическому шаттлу для доступа на околоземную орбиту. Вскоре после этого НАСА попросило Lockheed Missiles and Space , McDonnell Douglas и TRW провести десятимесячное исследование.
Была предложена серия ракет-носителей, основанная на предлагаемом жидкотопливном ракетном двигателе Space Transportation Main Engine (STME) . СТМЭ должен был представлять собой упрощенную одноразовую версию двигателя РС-25 . NLS-1 был самым большим из трех предложенных аппаратов, и он должен был использовать модифицированный внешний бак космического корабля "Шаттл" в качестве основной ступени . Резервуар должен был подавать жидкий кислород и жидкий водород в четыре STME, прикрепленных к нижней части резервуара. Полезная нагрузка или вторая ступень помещались бы на основной ступени, а два съемных твердотопливных ракетных ускорителя космического корабля "Шаттл" были бы установлены по бокам основной ступени, как на "Шаттле". Иллюстрации того периода показывают, что рассматривались ракеты гораздо большего размера, чем NLS-1, с использованием нескольких основных ступеней NLS-1. [4]
Модернизированные бустеры
[ редактировать ]В ранних исследованиях рассматривались альтернативные конфигурации ускорителя и внешнего бака, такие как:
- Варианты SRM, в которых SRB размещались рядом, но за внешним баком (ET)
- Жидкостные ракетные ускорители, как водородные, так и пропановые, для замены SRB.
- Двойные и катамаранные ускорители обратного хода для замены SRB.
- Блок двигателей в кормовой части ET питается от сдвоенных топливных баков, где обычно располагаются SRB.
- Рядный интегрированный ускоритель / ЭТ с извлекаемой кормовой подвеской двигателя.
- Тандемные ускорители и инопланетяне в различных восстанавливаемых концепциях
- Один бустер с несколькими инопланетянами (одноразовыми и восстанавливаемыми) [5]
Проект усовершенствованного твердотопливного ракетного двигателя (ASRM)
[ редактировать ]НАСА планировало заменить SRB, созданные после Challenger , новым усовершенствованным твердотопливным ракетным двигателем (ASRM), который будет построен Aerojet . Они должны были быть построены на новом объекте, спроектированном субподрядчиком RUST International, на месте закрытой Tennessee Valley Authority атомной электростанции в Йеллоу-Крик, штат Миссисипи. ASRM должен был создать дополнительную тягу, чтобы увеличить полезную нагрузку шаттла для доставки модулей и компонентов конструкции на МКС. Программа ASRM была отменена в 1993 году после того, как на месте были установлены роботизированные системы сборки и компьютеры и было потрачено около 2 миллиардов долларов, после того как НАСА решило вместо этого внести незначительные исправления в существующие SRB. [6]
Восстанавливаемый жидкий бустер
[ редактировать ]по исследованию роста шаттлов большое внимание В рамках контракта НАСА/ MSFC уделялось модернизации восстанавливаемых жидкостных ускорителей. Ускорители будут иметь ту же траекторию полета, что и твердотопливные ракетные двигатели, с отделением и раскрытием парашюта для восстановления в Атлантическом океане. Они должны были быть водоизвлекаемыми и использовать раскладывающиеся двери для защиты двигателей от погружения в соленую воду.
Жидкий усилитель обратного хода
[ редактировать ]Концепции Liquid Flyback Booster появились в начале 1970-х годов. Оригинальные ускорители «Шаттла» представляли собой массивные пилотируемые ускорители обратного хода. Эта концепция изучалась на протяжении 1980-х годов, но была отложена после того, как катастрофа «Челленджера» остановила большинство модернизаций «Шаттла». Концепция ракеты-носителя Flyback вновь появилась в 1997 году во время исследования NASA Liquid Flyback Booster. От концепции отказались из-за возросшей сложности и незначительной отдачи. Исследование развития шаттла основывалось на этом фоне путем детальной разработки концепций дизайна жидкостных ракетных ускорителей. [7]
Пятисегментный усилитель
[ редактировать ]Перед разрушением космического корабля «Колумбия» в 2003 году НАСА исследовало замену нынешних 4-сегментных SRB либо конструкцией 5-сегментных SRB, либо полную замену их жидкостными ускорителями «обратного хода» с использованием Atlas V или Delta IV. технологий EELV . 5-сегментный SRB, который потребовал бы небольших изменений в существующей инфраструктуре шаттла, позволил бы космическому шаттлу нести дополнительные 20 000 фунтов (9 100 кг) полезной нагрузки на орбите с наклонением 51,6 °, исключив опасный «возврат». к стартовой площадке» (RTLS) и «Трансокеанское прерывание » (TAL), а также, используя так называемый «маневр изгиба ноги», совершать полеты по полярной орбите с юга на север из Космического центра Кеннеди. После разрушения «Колумбии » НАСА отложило пятисегментный SRB для программы «Шаттл», а три уцелевших орбитальных аппарата: «Дискавери» , «Атлантис» и «Индевор» были выведены из эксплуатации в 2011 году после завершения строительства Международной космической станции . Один пятисегментный инженерно-испытательный двигатель ЭТМ-03 был запущен 23 октября 2003 года.
В рамках программы Constellation на первой ступени ракеты Ares I планировалось использовать пятисегментные SRB - в сентябре 2009 года пятисегментный SRB космического корабля "Шаттл" был подвергнут статическому запуску на земле на пустынном полигоне ATK в штате Юта.
После отмены программы Constellation в 2011 году в новой системе космического запуска (SLS) было предусмотрено использование пятисегментных ускорителей. Первое испытание SRB для SLS было завершено в начале 2015 года, а второе испытание было проведено в середине 2016 года на объекте Orbital ATK's Promontory, штат Юта. [8]
Внешний грузовой обтекатель танка
[ редактировать ]
DARPA изучало модификацию существующей конструкции внешнего бака , чтобы можно было нести полезную нагрузку низкой плотности в обтекателе диаметром 25 или 35 футов (7,6 или 10,6 м) там, где в настоящее время находился кислородный баллон. В среднем «Шаттл» будет летать только с 66% своей полезной нагрузки, но почти со 100% объема полезной нагрузки. Внешний обтекатель полезной нагрузки танка решил бы эту проблему. Кислородный бак будет иметь цилиндрическую форму, а не коническую, а обтекатель полезной нагрузки будет установлен непосредственно на нем. В этой конфигурации орбитальный аппарат будет запущен без какой-либо полезной нагрузки. В конечном итоге от этих исследований отказались из-за того, что новый аэродинамический профиль делал невозможным маневр возвращения на стартовую площадку (RTLS) . Предложение было переконфигурировано как кормовой грузовой транспортер (ACC), который располагался ближе к нижней части танка, а не сверху. Эта идея получила широкое развитие, и Мартин Мариетта заключил контракт на проектирование и изготовление контейнера. Первые полеты АСС ожидались в 1986 году. Однако после «Челленджера» Катастрофа , ACC, а также большинство модернизаций «Шаттла», связанных с полезной нагрузкой, были отменены. [9]
Модифицированные орбитальные аппараты
[ редактировать ]Ниже приведены все отчеты, упомянутые или обсуждавшиеся Карлом Ф. Эрлихом-младшим в книге « Вариации челнока и производные, которых никогда не было: исторический обзор». [1]
Растянутый орбитальный аппарат
[ редактировать ]В ожидании модернизированных ускорителей для «Шаттла» был разработан проект удлиненного орбитального корабля. У него должен был быть больший отсек для полезной нагрузки с дополнительными 15 футами (4,6 м) в длину, что давало бы ему грузоподъемность 75 футов (23 м) и, как ожидается, он мог бы нести полезную нагрузку до 100 000 фунтов (45 000 кг). Новая корневая и сквозная конструкция крыла были разработаны с учетом дополнительного веса при приземлении, сохраняя внешнюю часть исходного крыла и требуя минимальной модификации. Секция ствола длиной 15 футов (4,6 м) будет прикреплена прямо перед переборкой 1305 в задней части машины.
Горбатый орбитальный аппарат
[ редактировать ]
Неопределенная потребность в большем объеме полезной нагрузки привела к идее использования подветренной части отсека для полезной нагрузки (на входном угле атаки) в качестве расширенного отсека для полезной нагрузки. В результате получится «горбатый» негабаритный грузовой автомобиль, похожий на Airbus Beluga или Aero Spacelines Super Guppy . Гиперзвуковые аэродинамические характеристики при входе в атмосферу в основном останутся прежними, однако проблемы, скорее всего, возникнут на дозвуковых скоростях без большого угла атаки.
Орбитальный аппарат без двигателя
[ редактировать ]
В качестве внутреннего ответа на советский бездвигательный «Буран орбитальный аппарат был разработан орбитальный аппарат без двигателя » в Центре космических полетов имени Маршалла . Сегмент отсека для полезной нагрузки будет добавлен к задней части космического корабля и будет очень похож на космический шаттл « Энтерпрайз», хотя и с некоторыми отличиями. Большая часть оборудования размещалась в кормовой части корабля, чтобы компенсировать потерю веса и отсутствие двигателей.
Машина аварийного возвращения экипажа
[ редактировать ]С конца 1980-х до начала 2000-х НАСА в той или иной форме занималось созданием корабля для возвращения экипажа ; небольшой космический самолет/капсула, способная вернуть экипаж с космической станции в случае чрезвычайной ситуации. Оцениваемые кандидаты включали капсулу на базе Аполлона НАСА , HL-20 , HL-10 и M2F2 , а также X-24A ВВС . Был предложен уменьшенный вариант шаттла на основе баллистической возвратной капсулы, которая изучалась для HLLV. Герметичная секция экипажа будет преобразована в подъемный корпус. Основным преимуществом этой конструкции будут проверенные технологии и профиль входа в атмосферу шаттла.
Орбитальный аппарат большой емкости
[ редактировать ]Разработан концептуальный проект орбитального корабля большой мощности. В концепции использовалась серия контейнеров, установленных в отсеке полезной нагрузки, которые могли перевозить от 68 до 74 пассажиров в двухпалубной конфигурации, аналогичной Боингу 747. Это сместило центр масс вперед, потребовав незначительных изменений в конструкции крыла, добавив больше «уточного» крыла. поверхностей, чтобы обеспечить больше подъемных поверхностей. Проект будет использоваться для космической станции в стиле фон Брауна, экипаж которой будет исчисляться сотнями.
См. также
[ редактировать ]
- Космический шаттл
- Транспортное средство на базе шаттла
- Система космического запуска
- Арес я
- Ares V
- Юпитер (семейство ракет)
- Программа Артемида
- Программа Созвездие
- Крайслер СЕРВ
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Вариации шаттла и производные, которых никогда не было - исторический обзор» (PDF) . Карл Ф. Эрлих-младший Джеймс А. Мартин .
- ^ Шаттл-С, эволюция в тяжелую ракету-носитель (PDF) . 25-я совместная конференция по двигательной технике. Июль 1989 г. Бибкод : 1989jpmc.confR....H . дои : 10.2514/6.1989-2521 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 сентября 2009 г. Проверено 15 декабря 2019 г.
- ^ «НАСА разрабатывает большую ракету-носитель для Марса» . Space.com . 23 мая 2009 г. Архивировано из оригинала 23 мая 2009 г. Проверено 15 декабря 2019 г.
- ^ Даффи, Джеймс Б.; Ленер, Джек В.; Паннелл, Билл (1 сентября 1993 г.). «Оценка отечественной стартовой системы как разгонного блока HL-20» . Журнал космических кораблей и ракет . 30 (5): 622–627. Бибкод : 1993JSpRo..30..622D . дои : 10.2514/3.25574 .
- ^ Эрлих, Карл Ф. младший; Мартин, Джеймс А. (июль 2004 г.). Вариации челнока и производные, которых никогда не было (PDF) . 40-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам. Американский институт аэронавтики и астронавтики. стр. 3–4. дои : 10.2514/6.2004-3734 . Архивировано (PDF) из оригинала 18 апреля 2022 г. Проверено 18 апреля 2022 г.
- ^ Лири, Уоррен Э. (22 апреля 1989 г.). «НАСА выбирает Lockheed и Aerojet» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 15 декабря 2019 г.
- ^ Хили, Ти Джей (январь 1998 г.). Варианты конфигурации ускорителя жидкостного обратного хода Shuttle (PDF) (отчет). Архивировано (PDF) из оригинала 18 апреля 2022 г.
- ^ «Информационный бюллетень по твердотопливному ракетному ускорителю SLS» (PDF) .
- ^ Портри, Дэвид С.Ф. (11 мая 2012 г.). «Шаттл с кормовым грузовым судном (1982)» . Проводной . ISSN 1059-1028 . Проверено 25 ноября 2019 г.
