रॉकेट प्रौद्योगिकी की सूक्ष्म कठिनाइयाँ। भाग 3: तरल ईंधन के प्रकार, ज्यामितीय आयाम, परिवहन

“मिसाइल टेक्नोलॉजी की अकल्पनीय जटिलताओं” के तीसरे भाग में, मैं उन समस्याओं के बारे में बात करना चाहूंगा जो अभी तक पहले और दूसरे भाग में शामिल नहीं हैं जिन्हें संबोधित करने की आवश्यकता है। यह लेख विभिन्न बाधाओं के विकास के लिए समर्पित है जो गैर-इष्टतम इंजीनियरिंग समाधान का नेतृत्व करते हैं।

तरल ईंधन के प्रकार

प्रारंभिक प्रयोगों के बाद, जब रॉकेटों ने इथेनॉल, नाइट्रिक एसिड, तारपीन और अन्य मज़ेदार पदार्थों पर उड़ान भरी, तो तीन सबसे आम रॉकेट ईंधन जोड़े ऑक्सीजन / केरोसिन, ऑक्सीजन / हाइड्रोजन, असममित डाइमेथिलहाइड्राजिन / नाइट्रोजन टेट्राक्साइड बन गए। स्वाभाविक रूप से, प्रत्येक प्रकार के ईंधन में इसके पेशेवरों और विपक्ष हैं, जो अब हम विचार करेंगे। हालाँकि, सबसे पहले मैं उस विशिष्ट आवेग की परिभाषा देना चाहूंगा, जिसने इस बार कोई आवाज़ नहीं दी है:

विशिष्ट गति रॉकेट ईंधन की प्रभावशीलता का एक उपाय है। एक परिभाषा के अनुसार, यह सेकंड की संख्या है जिसके दौरान इंजन 1 न्यूटन का जोर विकसित कर सकता है, जिसमें 1 किलो ईंधन खर्च होता है। विशिष्ट गति सेकंड या मीटर प्रति सेकंड में मापा जाता है। एमडी 1 एस = 9.8066 एम / एस

ऑक्सीजन / केरोसीन । वैक्यूम में ३५ mixture सी, औसत घनत्व (इंजन संचालन के लिए अनुपात में मिश्रण घनत्व) १.०३६ ग्राम / सेमी ^ ३। सबसे लोकप्रिय ईंधन, उपयोग करने में सबसे आसान और सबसे अधिक महारत हासिल है। दो मुख्य कमियां हैं - उच्चतम यूआई नहीं, और तथ्य यह है कि ऑक्सीजन तरल रूप में टैंकों में संग्रहीत है। थर्मल इन्सुलेशन कभी-कभी लॉन्च वाहनों पर भी नहीं डाला जाता है, और जब यह शुरू होता है, तो हवा से जमी बर्फ खूबसूरती से गिर जाती है। लेकिन ब्लॉकों को तेज करने के लिए, थर्मल इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है और अतिरिक्त द्रव्यमान की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, तरल ऑक्सीजन को ऑर्बिट सुधार के लिए महीनों तक संग्रहीत नहीं किया जा सकता है। एक जिज्ञासु भौतिक हैक है - सुपरकोलड ऑक्सीजन, अर्थात्। उबलते बिंदु के नीचे एक तापमान पर ऑक्सीजन। यह थोड़ा सघन है, इसलिए यह एक ही टैंक में अधिक फिट होगा, और ईंधन भरने पर यह इतनी सक्रिय रूप से उबलता नहीं है। यह जोड़ी आधुनिक लॉन्च वाहनों - सोयूज़, ज़ीनिट, एटलस, फाल्कन के लिए उड़ान भरती है।
ऑक्सीजन / हाइड्रोजन । शून्य में UI 455 s, औसत घनत्व 0.3155 g / cm ^ 3। सबसे बड़ा आईए, लेकिन गंभीर खामियां हैं। तरल हाइड्रोजन ऑक्सीजन की तुलना में बहुत अधिक समस्याएं पैदा करता है। सबसे पहले, ऑक्सीजन / हाइड्रोजन जोड़ी के कम घनत्व के कारण, टैंक एक ही व्यास के साथ अन्य ईंधन जोड़े के टैंक की तुलना में 2-3 गुना अधिक होगा। दूसरे, टैंक को थर्मल इन्सुलेशन के साथ किया जाना चाहिए, क्योंकि अन्यथा तरल हाइड्रोजन सक्रिय रूप से वाष्पित हो जाएगा। थर्मल इन्सुलेशन के साथ भी, टैंक को सूखा देना और इसे शुरू होने तक लगभग तरल हाइड्रोजन के साथ खिलाना आवश्यक है। वाष्पित हाइड्रोजन को बाहर निकालना चाहिए क्योंकि हवा के साथ इसका मिश्रण विस्फोटक है। इन घटकों के साथ तेजी से ब्लॉक को कई मिनटों तक काम करना चाहिए, ब्लॉकों के लंबे समय तक रहने वाले संशोधन जो घंटों तक रहते थे, वे एकल प्रतियों में बने थे और बहुत अधिक महंगे थे। शटल्स और एनर्जी ने इस जोड़ी पर उड़ान भरी, अमेरिकियों का डेल्टा, यूरोपीय लोगों का एरियन -5 और जापानी मक्खी का एच -2।
यूडीएमएच / एटी । शून्य में DI 344 s, औसत घनत्व 1.185 ग्राम / सेमी ^ 3। यूआई ऑक्सीजन / केरोसिन की तुलना में थोड़ा कम है, बहुत अधिक घनत्व, सकारात्मक तापमान पर फोड़े, घटकों को मिलाए जाने पर आत्म-प्रज्वलित होता है, यह एक सपना लगता है, ईंधन नहीं। एक परेशानी, यूडीएमएच एक भयानक जहर है। एनएफपीए 704, म्यूटाजेन, टेराटोजेन, कार्सिनोजेन के अनुसार उच्चतम विषाक्तता वर्ग। एटी भी एक उपहार नहीं है, लेकिन यह एक खतरनाक वर्ग कम है, यह क्लोरीन की तरह जहरीला है, और पौधे इसके बाद अच्छी तरह से विकसित होते हैं - नाइट्रोजन उर्वरक। इस ईंधन जोड़ी के मामूली नुकसान में सामग्री का क्षरण (लेकिन इसे कंघी किया जा सकता है) और ऑक्सीजन / केरोसिन जोड़ी की तुलना में अधिक लागत शामिल है। इस पर "प्रोटॉन", चीनी और जीएसएलवी भारतीयों के "महान अभियान" उड़ते हैं। अमेरिकियों के "टाइटन्स" और यूरोपीय लोगों के "एरियन" ने उड़ान भरी, लेकिन लॉन्च वाहनों में यह धीरे-धीरे शून्य हो जाएगा। एक दुर्घटना के दौरान सैकड़ों टन घटकों को फैलाने का खतरा और खर्च किए गए चरण के ड्रॉप सेक्शन को निष्क्रिय करने की आवश्यकता है जो लॉन्च किए गए वाहनों में इस जोड़ी का उपयोग करने के लिए अप्रभावी बनाता है। लेकिन इसका उपयोग उपग्रहों की बूस्टर इकाइयों और प्रणोदन प्रणालियों में किया जाता है, क्योंकि इसे लंबे समय तक और बिना किसी समस्या के उड़ान में संग्रहीत किया जा सकता है।

एक कदम के ज्यामितीय आयाम, परिवहन

ज्यामिति के संदर्भ में, एक निश्चित क्षेत्र के लिए अधिकतम मात्रा गेंद के लिए हासिल की जाती है। दोनों वायुगतिकीय खींचें और सिलेंडर की पूरी सतह त्रिज्या के वर्ग के आनुपातिक हैं, इसलिए रॉकेट को काफी कम और चौड़ा होना होगा। हालांकि, वास्तव में, रॉकेट बहुत पतले और लंबे होते हैं। तथ्य यह है कि व्यास बढ़ने से विनिर्माण और परिवहन की जटिलता बढ़ जाती है। मेरी यह परिकल्पना थी कि एक कदम के साथ काम करने में कठिनाई का एक उपाय त्रिज्या के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। मैंने पिछले बीस वर्षों में मिसाइल लॉन्च पर डेटा एकत्र किया (बहुत से लॉन्च एक सांख्यिकीय आधार देंगे, और न कि एक बहुत बड़ी समय सीमा प्रौद्योगिकी में बदलाव के कारण त्रुटि का कारण बन जाएगी) और मंच के सबसे बड़े व्यास (सबसे चौड़े टैंक) के आधार पर लॉन्च की संख्या की साजिश रची। दिलचस्प है, परिकल्पना की पुष्टि की गई थी:

आप बाइक को यह भी याद कर सकते हैं कि दो प्राचीन रोमन घोड़ों की चौड़ाई स्पेस शटल के पेलोड की सीमा तक कैसे पहुंची। यह, निश्चित रूप से, एक बाइक है, और यहां तक ​​कि नासा मानकीकरण विभाग भी इसका खंडन करने के लिए परेशान है , लेकिन सामान्य सिद्धांत सही है - परिवहन समस्या लॉन्च वाहनों के विकास के लिए बड़ी समस्याएं बनती है।

बस्तियों

मैंने Google डॉक्स में एक दस्तावेज़ बनाया है। आप वांछित विशेषता गति, ईंधन और व्यास के आधार पर मंच के आयाम देख सकते हैं। मुझे उम्मीद है कि Google आपको विकल्पों के साथ खेलने के लिए डेटा को अपने दस्तावेज़ में कॉपी करने की अनुमति देता है। सेट पैरामीटर डेल्टा-IV सार्वभौमिक इकाई के समान कुछ के लिए तैयार हैं। वास्तविक विशेषता गति की तुलना में बहुत अधिक पर ध्यान दें। वास्तव में, अभी भी वायु प्रतिरोध, गुरुत्वाकर्षण का नुकसान है, इंजन वायुमंडलीय दबाव, आदि के कारण पृथ्वी को एक छोटा सा आवेग देता है।
दस्तावेज़ की दूसरी शीट में पिछले बीस वर्षों में लॉन्च किए गए मिसाइलों और सबसे बड़े टैंक के व्यास के साथ-साथ एकत्र किए गए डेटा का एक ग्राफ है।
दस्तावेज़ खोलें

कौन कर सकता है

अमेरिका न केवल अक्षांश के साथ भाग्यशाली था। उनका स्पेसपोर्ट समुद्र के किनारे पर स्थित है, और यह एक जहाज या बजरा पर कदम लाने के लिए कोई समस्या नहीं है:

बाईं ओर बाहरी स्पेस शटल ईंधन टैंक के परिवहन के लिए बजरा है, केंद्र में घाट से ऊर्ध्वाधर विधानसभा भवन तक परिवहन होता है, दाईं ओर डेल्टा मेरिनर डेल्टा -4 और एटलस-वी एलवी चरणों को परिवहन करता है।

इसलिए, अमेरिकी "सैटर्न-वी" के चरणों को 10.1 मीटर के व्यास और आठ-मीटर-व्यास के शटल के बाहरी ईंधन टैंक के साथ ले जा सकते थे।
यूरोपीय लोगों में, कौरू अंतरिक्ष केंद्र भी बहुत किनारे पर स्थित है, जो फिर से बड़े कदमों के उपयोग की अनुमति देता है - एरियन -5 पर 5.4 मीटर:


खैर, हमारी स्थिति बहुत अधिक जटिल है। 17 मीटर व्यास वाले पहले चरण एन -1 को पहले से ही बैकोनूर में वेल्डेड किया गया था, "एनर्जी" के केंद्रीय ब्लॉक को विमान द्वारा ले जाया गया था। "प्रोटॉन" का व्यास वास्तव में 4.1 मीटर है, बैकोनूर में रॉकेट की असेंबली के दौरान पहले चरण के साइड टैंक पहले से ही शामिल हो गए हैं। और, इंटरनेट पर अफवाहों के अनुसार, जब रॉकेट ब्लॉक परिवहन करते हैं, तो आपको रेल द्वारा आने वाले यातायात को अवरुद्ध करना होगा। यहाँ वह है - रूसी ब्रह्मांड के गुप्त शत्रु - रेलवे गेज:


पहले से ही 2.9 मीटर के व्यास के साथ अंगारा वैगन्स पर, ओवरसाइज़ इंडेक्स स्पष्ट रूप से दिखाई देता है - यह चौड़ाई में लगभग सीमा है (6 में से 5):


हमारे लिए रेलवे परिवहन अब तक केवल उपलब्ध है। हवाई जहाज पर ले जाना महंगा है, और एक आकार सीमा है। नए विशेष विमान की लागत बहुत अधिक होगी। स्थानीय रूप से इकट्ठा करना बहुत महंगा है - एक नया संयंत्र बनाने के लिए आवश्यक है। नदियों के साथ परिवहन भी संभव नहीं है - उत्तरी समुद्री मार्ग के साथ नदियों और जहाजों के लिए विशेष मार्ग की आवश्यकता होगी। यह देखते हुए कि अब एक अतिरिक्त भारी रॉकेट के विकास के बारे में रोस्कोस्मोस में कुछ सरगर्मी है, यह बहुत उत्सुक हो जाता है कि वहां ज्यामितीय मापदंडों को क्या चुना जाएगा और इसे कैसे पहुंचाया जाएगा?

व्यवस्था

जिस समय अंतरिक्ष में बहुत सारा पैसा डाला गया था, और इस तरह के इंजीनियरिंग-सुंदर "सैटर्न-वी" का निर्माण करना संभव था, अफसोस, बीत चुके हैं। अब दुनिया भर में सार्वभौमिक मॉड्यूल से "उड़ान बाड़" के लिए फैशन, जो सुविधाजनक और सस्ता होना चाहिए:

बाएं से दाएं: डेल्टा IV, एटलस-वी, फाल्कन -9, अंगारा

बड़े पैमाने पर उत्पादन में, ऐसे वर्कस्टेशन सस्ते होने चाहिए। एक उत्सुक वीडियो है, भविष्य से कुछ, क्योंकि यह घर्षण वेल्डिंग का उपयोग करता है, जिसे अभी तक महारत हासिल नहीं हुई है:

वैसे, पिछले वीडियो के साथ तुलना करें, निर्मित कार्यशाला काफी पहचानने योग्य है। आप यहां और यहां कार्यशाला और उपकरणों को भी देख सकते हैं ।

सुविधाएं शुरू करें

मुझे इस सवाल में बहुत दिलचस्पी थी कि 1995 के "अंगारा" संस्करण में ऐसी अजीब व्यवस्था क्यों हुई?

यह सोचने की ज़रूरत नहीं है कि यह योजना शौकीनों या "लोगों के दुश्मनों" द्वारा की गई थी। कल्पना कीजिए कि यार्ड में नब्बे के दशक की पहली छमाही। बैकोनुर में, तज़ाद्री, कजाकिस्तान, जो स्वतंत्र हो गया है, अंतरिक्ष यान के उपयोग के साथ समस्या बना सकता है। प्रोटॉन को कुछ के साथ प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। लेकिन राज्य के पास कुछ भी पैसा नहीं है, और बड़े पैमाने पर परियोजनाएं निश्चित रूप से काम नहीं करेंगी। और प्लेसेट्स कॉस्मोड्रोम में ज़ीनिट लॉन्च वाहन के लिए लगभग पूरा किया गया लॉन्च है। "जेनिथ" लगभग चौदह टन की कक्षा में रखता है। यदि आप "जेनिथ" के आयाम में एक नया रॉकेट बनाते हैं, तो अतिरिक्त टैंक जोड़ते हैं, तो पेलोड को बढ़ाया जा सकता है। तो यह अजीब डिजाइन दिखाई दिया।
पहले से ही लॉन्च की गई सुविधा का एक ही कारक सोयूज-2.1 वी के लिए एक अच्छा भविष्य है। सामान्य "यूनियनों" के लिए शुरुआत बैकोनूर, प्लासेत्स्क, कुरु में होती है (लेकिन उन्हें वहां जाने की संभावना नहीं है - प्रतियोगिता "वेगा" है), एक शुरुआत वोस्तोचन में बनाई जा रही है।
वैसे, प्रोटॉन में टैंकों की समानांतर व्यवस्था के विचार को लागू किया गया था। पहले चरण में 4.1 मीटर और छह ईंधन टैंक के व्यास के साथ एक ऑक्सीकारक टैंक होता है, जिस पर इंजन खड़े होते हैं। यह भी सुरुचिपूर्ण ढंग से निकला - संचार ऑक्सीकारक टैंक के नीचे तक वापस ले लिया गया, जिसने एक अलग केबल मस्तूल को अनावश्यक बना दिया। और पहला चरण काफी कम हो गया है, जो झुकने वाले भार को कम करने के लिए उपयोगी है और पूरे रॉकेट के साथ काम करने को सरल बनाता है। जो उत्सुक है, वे इस विचार को अब भी नहीं भूलना चाहते हैं - यहाँ, उदाहरण के लिए, नवंबर 2013 की एक रिपोर्ट के कुछ रेखाचित्रों की एक तस्वीर है:

बाईं ओर दूसरा रॉकेट - पहले चरण पर स्थित समानांतर टैंक, तीसरा - बाईं तरफ और विभिन्न घटकों के लिए केंद्रीय टैंक

पैसा

यह प्रतिबंध वास्तव में बाकी सब पर फैला हुआ है, क्योंकि किसी भी इंजीनियरिंग समाधान की कीमत है। स्पष्टता के लिए, अधिकांश भाग के लिए केडीपीवी पर बदसूरत मिसाइलें इस तथ्य के कारण इतनी बदसूरत हो गईं कि विभिन्न व्यास के तैयार किए गए ब्लॉक का उपयोग किया गया था, और उपग्रहों के व्यास में वृद्धि के कारण सुपर-कैलिबर फेयरिंग बनाने की आवश्यकता हुई।

बाईं ओर पहला रॉकेट थोर एबल है। मौजूदा बैलिस्टिक मिसाइल "थोर" पर "एबल" चरण लगाया, जो "मोहरा" रॉकेट के लिए बनाया गया था।
दूसरा वृष है। पेगासस रॉकेट एयर लॉन्च के चरणों के तहत ICBM "एमएक्स" के साथ एक मंच रखा गया
तीसरा है एरियन -4। दुर्भाग्य से, मुझे प्रत्यक्ष पूर्वजों का पता नहीं चला जहां वह इतनी बदसूरत थी - यह स्पष्ट नहीं है।
चौथा एरियन 6 है। नए ठोस ईंधन ब्लॉकों में संक्रमण, और ऊपरी चरण "एरियन -5" के साथ रहता है, इसलिए यह व्यास में बड़ा है।
पांचवां 1995 का "अंगारा" संस्करण है। मैंने उसके बारे में पहले ही बोल दिया था।

पिछले चार लेखों के PS , दो वास्तव में आपके अनुरोध पर लिखे गए थे। मेरे पास दिलचस्प विषयों की एक सूची है, जिन पर लेख बनाए जा सकते हैं, और यह बहुत दूर है, लेकिन मैं जानना चाहता हूं कि क्या ऐसे कोई विषय हैं जिन पर आप अंतरिक्ष अन्वेषण के बारे में एक लोकप्रिय विज्ञान लेख पढ़ना चाहेंगे? टिप्पणियों में अपनी इच्छाओं की पेशकश करें, अगर वे मेरी रुचि रखते हैं, तो मैं उन्हें बारी-बारी से लेखों में डालूंगा।