スペースシャトルシャトルとブラン。発明と生産の歴史

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スペースシャトルシャトルとブラン。発明と生産の歴史

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スペースシャトル、または単にシャトル（英語: Space Shuttle - 「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) 政府プログラムの一環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「シャトルのように走り」、両方向にペイロードを運ぶものと理解されていた。

シャトルとブランのスペースシャトル
スペースシャトル

シャトルプログラムは 1971 年以来、NASA に代わってノースアメリカンロックウェルによって開発されてきました。このシステムを作成する際、1960 年代のアポロ計画の月着陸船には、固体推進剤ブースターを使用した実験、それらを分離し、外部タンクから燃料を取得するシステムなど、多くの技術的ソリューションが使用されました。合計 12 機のシャトル (うち 1981 機は事故で死亡) と 21 機のプロトタイプが製造されました。宇宙への飛行は2011年XNUMX月XNUMX日からXNUMX年XNUMX月XNUMX日まで実施された。

宇宙への打ち上げはめったにありませんでしたが、ロケットのコストの問題自体はあまり注目されませんでした。しかし、宇宙探査が進むにつれて、その重要性が増し始めました。宇宙船の打ち上げにかかる総コストのうち、ロケットのコストはさまざまです。ロケットが連続型で、それが打ち上げる宇宙船が独自のものである場合、ロケットのコストは打ち上げコスト全体の約 10% になります。宇宙船がシリアルで、キャリアが一意である場合 - 最大 40% 以上。

宇宙輸送のコストが高いのは、ロケットが一度しか使用されないという事実によって説明されます。人工衛星や宇宙ステーションは軌道上や惑星間空間で運用され、特定の科学的または経済的結果をもたらしますが、複雑な設計と高価な機器を備えたロケットステージは、大気の密な層で燃え尽きます。当然のことながら、ロケットの再打ち上げによって宇宙打ち上げのコストを削減するという問題が生じました。

そのようなシステムの多くのプロジェクトがあります。それらのXNUMXつはスペースプレーンです。これは、旅客機のように宇宙港から離陸し、ペイロードを軌道 (衛星または宇宙船) に届けた後、地球に戻る翼のある機械です。しかし、主にペイロードの質量と機械の総質量の必要な比率のために、そのような航空機を作成することは依然として不可能です。再利用可能な航空機の他の多くのスキームは、経済的に不採算であるか、実装が困難であることが判明しました。

それにもかかわらず、米国では、彼らは再利用可能な宇宙船の作成に向かいました。多くの専門家は、そのような高価なプロジェクトに反対しました。しかし、ペンタゴンは彼を支持した。

スペースシャトルシステム (「スペースシャトル」) の開発は、1972 年に米国で始まりました。これは、人工衛星やその他の物体を地球に近い軌道に打ち上げるために設計された、再利用可能な宇宙船のコンセプトに基づいていました。スペースシャトルは、有人軌道ステージ、XNUMX つの固体ロケットブースター、およびこれらのブースターの間に配置された大型燃料タンクの組み合わせです。

シャトルは、3,7 つの固体推進剤ブースター (それぞれ直径 70 メートル) と、大きな燃料からの燃料 (液体水素と液体酸素) を動力源とする軌道段階の液体推進剤ロケットエンジンの助けを借りて垂直に打ち上げられます。タンク。固体推進剤ブースターは、軌道の最初の部分でのみ動作します。実行時間はわずか 90 分強です。ブースターは高度 8,5 ～ 47 キロメートルで分離され、パラシュートで水中や海に落下し、岸まで牽引されて、再調整と再充電の後に再び使用されます。軌道に投入されると、燃料タンク (直径 XNUMX メートル、長さ XNUMX メートル) が落下し、大気の密な層で燃やされます。

シャトルとブランのスペースシャトル
シャトル打ち上げ

複合体の最も複雑な要素は軌道段階です。デルタ翼のロケット飛行機に似ています。エンジンに加えて、コックピットと貨物室が収納されています。軌道ステージは、従来の宇宙船のように軌道から外れ、推力なしで着陸します。これは、小さなアスペクト比の後退翼の揚力のみによるものです。翼は、軌道ステージが範囲とコースの両方で何らかの操作を実行し、最終的には特別なコンクリートストリップに着陸することを可能にします. ステージの着陸速度は、どの戦闘機よりもはるかに高く、時速約 350 キロメートルです。オービタルステージの本体は、摂氏 1600 度の温度に耐えなければなりません。熱シールドは、胴体に接着され、互いにしっかりと取り付けられた 30922 枚のケイ酸塩タイルで構成されています。

スペースシャトルは、技術的にも経済的にも一種の妥協案です。シャトルによって軌道に運ばれる最大ペイロードは 14,5 から 29,5 トンで、その打ち上げ質量は 2000 トンです。同時に、同じペイロードを持つ従来のロケットのこの数値は0,8〜1,5パーセントです。燃料を除いた構造物の重量に対するペイロードの比率を指標として採用すると、従来のロケットに有利な利点がさらに増加します。これは、宇宙船の構造を少なくとも部分的に再利用する機会の代償です。

宇宙船とステーションの作成者の 40 人、ソ連のパイロット宇宙飛行士、K.P. フェオクティストフ氏は、シャトルの経済効率を次のように評価しています:「言うまでもなく、経済的な輸送システムを構築することは容易ではありません。一部の専門家は、シャトルのアイデアについて次のように混乱しています。XNUMX 年に XNUMX つだけということです。「航空機」は、その建設を正当化するために、約千トンのさまざまな貨物を軌道に投入する必要があります。一方、宇宙船の重量を減らし、軌道上での活動期間を延ばす傾向があります。一般に、それぞれの一連のタスクを解決することにより、ロケットの数を減らすことができます。

スキーム「スペースシャトル」（クリックして拡大）

効率の観点から、このような大容量の再利用可能な輸送船の作成は時期尚早です。プログレスタイプの自動輸送車両の助けを借りて軌道ステーションを供給することは、はるかに有益です. 今日、シャトルによって宇宙に打ち上げられた25000キログラムの貨物のコストは、シャトルによって5000ドル、プロトンによって - XNUMXドルです.

国防総省の直接の支援がなければ、プロジェクトは飛行実験の段階に持ち込まれることはほとんどできなかったでしょう。プロジェクトの最初に、シャトルの使用のために米空軍の本部に委員会が設立されました。カリフォルニアのヴァンデンバーグ空軍基地にシャトル発射台を建設することが決定され、そこから軍用宇宙船が発射されました。軍の顧客は、シャトルを使用して、宇宙に偵察衛星を配備する幅広いプログラム、レーダー検出および戦闘ミサイルの標的化、有人偵察飛行、宇宙指揮所の作成、レーザー兵器を備えた軌道プラットフォームの作成を計画しました。軌道上の宇宙物体のエイリアンの検査」とそれらの地球への配達。シャトルはまた、宇宙レーザー兵器を作成するためのプログラム全体の重要なリンクのXNUMXつと見なされていました。

そのため、すでに最初の飛行で、コロンビア宇宙船の乗組員は、レーザー兵器の照準装置の信頼性をチェックすることに関連する軍事任務を遂行しました。軌道上に配置されたレーザーは、何百、何千キロも離れたミサイルに正確に向ける必要があります。

1980 年代初頭以来、米国空軍は極軌道で多数の未分類の実験を準備して、空中および空気のない空間を移動する物体を追跡するための高度な機器を開発してきました。

28 年 1986 月 39 日のチャレンジャー号の事故により、米国の宇宙計画のさらなる発展が調整されました。チャレンジャーは最後の飛行を行い、アメリカの宇宙計画全体を麻痺させました。シャトルが係船されている間、NASA と国防総省との協力が疑問視されました。空軍は宇宙飛行士グループを事実上解散させた。 STS-XNUMXという名前を受け取り、ケープカナベラルに移された軍事科学ミッションの構成も変更されました。

次のフライトの日付は繰り返し延期されました。プログラムは1990年に再開されました。それ以来、シャトルは定期的に宇宙飛行を行ってきました。彼らは、ハッブル望遠鏡の修理、ミールステーションへの飛行、ISS の建設に参加しました。

ソ連でシャトルの飛行が再開されるまでに、再利用可能な船はすでに準備ができており、多くの点でアメリカの船を上回っていました。 15 年 1988 月 XNUMX 日、新しいエネルギアロケットは再利用可能な宇宙船ブランを地球低軌道に打ち上げました。奇跡の機械に導かれて地球の周りを XNUMX 周した後、アエロフロートの旅客機のようにバイコヌールのコンクリートの滑走路に見事に着陸しました。

シャトルとブランのスペースシャトル
複合体「エナジー・ブラン」始動

Energia ロケットは、さまざまな数の統合されたモジュラーステージの組み合わせによって形成され、10 から数百トンの重さのロケットを宇宙に打ち上げることができる、打ち上げロケットのシステム全体のベースロケットです。その根幹である核となるのが第二段階です。高さは60メートル、直径は約8メートル。水素 (燃料) と酸素 (酸化剤) を燃料とする 1480 つの液体ロケットエンジンを搭載しています。地表での各エンジンの推力は 170 kN です。ロケットの第 7400 段を形成する第 XNUMX 段の基部の周りに XNUMX つのブロックがペアでドッキングされています。各ブロックには、地球近くで推力 XNUMX kN の世界最強の XNUMX 室エンジン RD-XNUMX が搭載されています。

第 2400 段階と第 100 段階の「パッケージ」ブロックは、36000 トンのペイロードを運ぶ、最大 XNUMX トンの発射重量を持つ強力で重いロケットを形成します。飛行開始時のエンジンの総推力は XNUMX kN に達します。

「ブラン」は、アメリカの「シャトル」と非常によく似ています。船は、可変スイープのデルタ翼を備えた無尾航空機のスキームに従って構築されており、大気の密な層に戻った後、着陸中に機能する空力制御（ラダーとエレボン）を備えています。彼は、最大2000キロメートルの横方向の操縦で、大気圏で制御された降下を行うことができました。

ブランの長さは 36,4 メートル、翼幅は約 24 メートル、シャーシ上の船の高さは 16 メートル以上です。船の打ち上げ重量は100トン以上で、そのうち14トンが燃料です。乗組員用の密閉された全溶接キャビンと、ロケットおよび宇宙複合体の一部としての飛行のためのほとんどの機器、軌道上での自律飛行、降下および着陸が機首コンパートメントに挿入されます。キャビン容積 - 70立方メートル以上。

シャトルとブランのスペースシャトル

宇宙のブラン

大気の密な層に戻ると、船の表面の最も熱応力の高い部分は最大 1600 度まで加熱されますが、船の金属構造に直接到達する熱は 150 度を超えてはなりません。したがって、「ブラン」は強力な熱保護によって際立っていました。これは、着陸中の大気の密な層の通過中に船の構造に通常の温度条件を提供します。

38 枚以上のタイルの遮熱コーティングは、石英繊維、高温有機繊維、部分的に炭素系の材料などの特殊な材料でできています。セラミック装甲には、船体に熱を伝えずに熱を蓄積する能力があります。この鎧の総重量は約9トンでした。

ブラン貨物室の長さは約18メートル。その広大な貨物コンパートメントは、最大 30 トンのペイロードを収容できます。大型の衛星、軌道ステーションのブロックなど、大型の宇宙船をそこに配置できます。船の着陸重量は82トンです。

「ブラン」には、自動飛行と有人飛行の両方に必要なすべてのシステムと機器が装備されていました。これらは、ナビゲーションと制御の手段、無線工学とテレビシステム、熱体制を制御するための自動装置、乗組員の生命維持システムなどです。

操縦用の XNUMX つのエンジン群である主推進システムは、尾部の端と船体の前に配置されています。

エネルギアブラン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した変更により、次の結果が得られました。エネルギアブランシステムでは、最初の飛行では軌道船自体のみが再利用可能な要素であり、第 XNUMX 段ブロックと中央ユニットは再利用可能でした。起動プロセス中に紛失しました。

一方、ユニバーサル輸送宇宙システムが創設され、アメリカ人とは異なり、ブランだけでなく最大100トンの任意の重量物を宇宙に打ち上げることができました。輸送システムの不可欠な部分であり、貨物は 29,5 トンに制限されており、オービターの位置調整のため、満載の荷物を積んだ飛行は一度も行われませんでした。米国では、シャトルCをベースにしたワンタイム貨物専用システムの構築が計画されていたが、実現されなかった。

著者：Musskiy S.A.

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