एयर लॉन्च का प्रलोभन

एक एयर कैरियर से एक अंतरिक्ष यान लॉन्च करने का विचार नियमित रूप से अंतरिक्ष में मानव जाति की पहुंच को सुविधाजनक बनाने के तरीके के रूप में प्रस्तावित है। हालांकि, केवल एक बूस्टर इस सिद्धांत का उपयोग करता है। क्या लाभदायक है और कौन सी कठिनाइयाँ एक हवाई शुरुआत बनाती हैं, इस पोस्ट के बारे में।

थोड़ा इतिहास

रॉकेट विमान

उच्च गति और ऊंचाई पर उड़ान का अध्ययन करने के लिए युद्ध के बाद संयुक्त राज्य अमेरिका में हवा का प्रक्षेपण बहुत सफलतापूर्वक किया गया था। बेल एक्स -1, जिस पर दुनिया में पहली बार ध्वनि की गति पर काबू पाया गया था, एक बी -29 बमबारी पर निलंबन से शुरू हुआ था:

निर्णय बहुत तार्किक था - रॉकेट इंजन के उपयोग का मतलब ईंधन की एक छोटी आपूर्ति है, जो जमीन से पूर्ण शुरुआत के लिए पर्याप्त नहीं होगा। मॉडल X-1 विकसित किया गया था - X-1A ने दो माच में सीमा पार की और उच्च ऊंचाई पर (27 किमी तक) विमान के व्यवहार की जांच की। संशोधन X-1B, C, D, E का उपयोग आगे के शोध के लिए किया गया था।
अगला बड़ा कदम एक्स -15 रॉकेट था। उन्होंने एक एयर कैरियर के साथ भी शुरुआत की - एक बी -52 बॉम्बर:

एक शक्तिशाली इंजन ने 250 किलोनटोन (एक रेडस्टोन रॉकेट इंजन का 71%) का एक जोर विकसित किया, जो 7000 किमी / घंटा की गति और 80 किमी की ऊंचाई तक पहुंच सकता है। ऐसा लगता है कि संयुक्त राज्य अमेरिका में अंतरिक्ष के लिए दो सड़कें हैं - बुध कैप्सूल, रेडस्टोन और एटलस रॉकेट पर तेज और गंदे, और लंबे समय तक, लेकिन एक्स -15, एक्स -20 और बाद की परियोजनाओं पर बहुत अधिक सुंदर। हालांकि, "हवाई जहाज" कार्यक्रम अंतरिक्ष उड़ानों की छाया में था, और सफलतापूर्वक हासिल किए गए लक्ष्यों के बावजूद, लाइन "मर्करी" - "मिथुन" - "अपोलो" जैसी शानदार विकास नहीं मिला।

नील आर्मस्ट्रांग उन्होंने एक्स -15 पर उड़ान भरी, लेकिन समय पर परियोजना को छोड़ दिया।

बैलिस्टिक मिसाइलें

एक वैकल्पिक दृष्टिकोण वायु प्रक्षेपण बैलिस्टिक मिसाइलों का विकास था। अर्द्धशतक के अंत में, जब बैलिस्टिक मिसाइलों को प्रक्षेपण के लिए तैयार करने के लिए कई घंटों की आवश्यकता होती है, तो वे लचीलेपन में रणनीतिक बमवर्षक और लड़ाकू ड्यूटी पर प्रतिक्रिया समय में हार जाते हैं। दुश्मन के देश की सीमाओं के पास बमवर्षक घंटों तक रोक सकते हैं, और एक आदेश के बाद, वे दसियों मिनट के भीतर हड़ताल कर सकते हैं, या उन्हें जल्दी से वापस बुलाया भी जा सकता है। और बैलिस्टिक मिसाइलों को अवरोधन न कर पाने का महत्वपूर्ण लाभ था। यह विचार दो प्रणालियों के लाभों के संयोजन से उत्पन्न हुआ - एक रणनीतिक बमवर्षक के लिए एक बैलिस्टिक मिसाइल का विकास। तो GAM-87 स्काईबोल्ट प्रोजेक्ट का जन्म हुआ:

पहला परीक्षण लॉन्च 1961 में शुरू हुआ, पहला पूरी तरह से सफल प्रक्षेपण 19 दिसंबर 1962 को हुआ। हालांकि, इस समय तक नौसेना पोलारिस पनडुब्बियों के लिए बैलिस्टिक मिसाइलों से लैस थी, जो महीनों तक पानी के नीचे "बैराज" बना सकती थी। अमेरिकी वायु सेना एक Minuteman ठोस-ईंधन रॉकेट विकसित कर रही थी, जिसका प्रदर्शन Skybolt की तुलना में था, लेकिन रॉकेट खदान में था, जो लॉन्च के लिए तैयार था, जो बहुत अधिक सुविधाजनक था। प्रोजेक्ट बंद हो गया था।
24 अक्टूबर 1974 को, Minuteman III रॉकेट को C-5 ट्रांसपोर्टर के कार्गो डिब्बे से एक प्रयोग के रूप में गिरा दिया गया था:

परीक्षण सफल रहा, लेकिन सेना ने ऐसी प्रणाली की आवश्यकता नहीं देखी, और परियोजना बंद कर दी गई।

सोवियत "सर्पिल"

यूएसएसआर में एक उल्लेखनीय परियोजना थी, लेकिन यह बेहद दिलचस्प था:

एक हाइपरसोनिक त्वरक और एक कक्षीय विमान की प्रणाली को रनवे से शुरू करना था, 30 किमी तक की ऊँचाई और 6M (6700 किमी / घंटा) की गति प्राप्त करना था। फिर, ऑर्बिटल प्लेन, फ्लोरीन / हाइड्रोजन फ्यूल पेयर पर बूस्टर स्टेज के साथ मिलकर कक्षा में प्रवेश करने तक अपने आप डिसकनेक्ट और त्वरित हो गया। प्रोजेक्ट 1964 में शुरू किया गया था और आधिकारिक तौर पर 1969 में बंद कर दिया गया था (हालांकि कक्षीय विमान को "भूमिगत" भविष्य के "बुरान" की प्रौद्योगिकी परीक्षण के रूप में परीक्षण किया गया था)। सबसे दुखद बात (क्यों - उस पर और अधिक) यह है कि त्वरक का निर्माण और परीक्षण नहीं किया गया था।
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आधुनिकता

वर्तमान में, हाइपरसोनिक इंजनों के परीक्षण के लिए एक एयर लॉन्च वाहन, सबऑर्बिटल एयर लॉन्च एयरक्राफ्ट और मॉडल के दो पूर्ण प्रोजेक्ट हैं। आइए उन पर अधिक विस्तार से विचार करें:

PH पेगासस

पहला प्रक्षेपण - १ ९९ ०, कुल ४२ शुरू, ३ असफलताएँ, २ आंशिक सफलताएँ (आवश्यक से ठीक नीचे कक्षा), ४४३ किलोग्राम कम कक्षा में। चूंकि एयर कैरियर ने संशोधित यात्री विमान L-1011 का उपयोग किया था । वाहक से पृथक्करण 12 किलोमीटर की ऊंचाई पर किया जाता है और गति 0.95 M (1000 किमी / घंटा) से अधिक नहीं होती है।

SpaceShipOne

सबऑर्बिटल एयर लॉन्च विमान। अंसारी एक्स-प्राइज़ प्रतियोगिता में भाग लेने के लिए इसे विकसित किया गया था, 2003-2004 में 17 उड़ानें बनाई गईं, जिनमें से अंतिम तीन में लगभग 100 किमी की ऊँचाई पर उप-अंतरिक्षीय उड़ानें थीं। आशावादी वादों के बावजूद , "अगले 5 वर्षों में लगभग 3,000 लोग अंतरिक्ष में उड़ान भरने में सक्षम होंगे", इस परियोजना को एक्स-पुरस्कार जीतने के बाद वास्तव में रोक दिया गया था, और दस साल तक कोई भी अंतरिक्ष यात्री उप-मादक पदार्थों के साथ नहीं उड़ाया गया है।

SpaceShipTwo

सबऑर्बिटल एयर लॉन्च विमान। यह SpaceShipOne के बजाय दस साल के लिए विकसित किया गया है। वर्तमान में परीक्षण उड़ानों के दौरान, फरवरी 2014 के लिए अधिकतम प्राप्त ऊंचाई 23 किमी है।

एक्स -43, एक्स -51

हाइपरसोनिक इंजनों के परीक्षण के लिए मानव रहित वाहन।

X-43 को मूल रूप से भविष्य के अंतरिक्ष यान X-30 के बड़े पैमाने के मॉडल के रूप में विकसित किया गया था। तीन उड़ानें कीं। जून 2001 में पहली गणना ऊपरी चरण के स्थिरीकरण के नुकसान के कारण हुई गणनाओं में त्रुटियों के कारण विफल रही। दूसरा, मार्च 2004 में सफल रहा, और 6.83M की गति प्राप्त हुई। तीसरी उड़ान नवंबर 2004 में हुई, 9.6M की गति 12 सेकंड तक पहुंच गई थी।

X-51 को धीमी (~ 5M) के लिए डिज़ाइन किया गया था, लेकिन लंबी उड़ानें। उन्होंने मई २०१० में चार उड़ानें भरीं - अपेक्षाकृत सफल पहली (मई में ३०० सेकंड की ५०० सेकंड की), दो असफल और पूरी तरह से सफल (५ मीटर पर २१० सेकंड, जैसा कि मई २०१३ में)।

अनारक्षित परियोजनाएं

अवास्तविक परियोजनाएँ भी हैं: मेकस , हॉटोल , बरलाक , वेह्रा , एकेएस टुपोलेव-एंटोनोवा , "फ्लाइट" , स्ट्रैटोलांच , एस 3 ।

वायु प्रक्षेपण लाभप्रदता गणना

पेगासस एलवी हमें एक हवाई लॉन्च की लाभप्रदता की डिग्री निर्धारित करने के लिए एक बहुत ही सुविधाजनक अवसर प्रदान करता है। तथ्य यह है कि मिनोटौर I एलवी के पास तीसरे और चौथे चरण के रूप में दूसरा और तीसरा पेगासस चरण है, वही पेलोड प्रदर्शित करता है, लेकिन जमीन से शुरू होता है। जनता की तुलना पेगासस के पक्ष में ध्यान देने योग्य प्रतीत होती है - एक एयर लॉन्च रॉकेट का वजन 23 टन है, और एक ग्राउंड लॉन्च - 36 टन है। हालांकि, इन लॉन्च वाहनों की पूरी तरह से तुलना करने के लिए, किसी को उस विशेष गति के मार्जिन की गणना करनी चाहिए जो रॉकेट चरण देता है। एनसाइक्लोपीडिया एस्ट्रोनॉटिका ( पेगासस-एक्सएल के लिए डेटा, मिनोटौर I के लिए डेटा ) का उपयोग करते हुए, समान पेलोड के लिए चरणों की विशेषता गति के भंडार की गणना की गई:

दस्तावेज़ बिलिंग दस्तावेज़
परिणाम बहुत दिलचस्प था - हवा की शुरुआत के कारण, 12.6 प्रतिशत विशेषता गति बच जाती है। एक ओर, यह काफी ध्यान देने योग्य लाभ है। दूसरी ओर, वायु प्रक्षेपण प्रणालियों की विस्फोटक वृद्धि का कारण इतना नहीं है।
सर्पिल के साथ काल्पनिक तुलना पर ध्यान दें। यदि पेगासस सर्पिल त्वरक विमान पर था, तो पृथक्करण ~ 1800 मीटर / सेकंड और 30 किमी की ऊँचाई की गति से होगा, जो कम से कम 2000 मीटर / सेकंड की विशेषता गति को बचाएगा। इसी सिद्धांत से, मिनोटौर के साथ तुलना की जाती है। लाभ कितना बढ़ा है, इस पर ध्यान दें। इस से यह निम्नानुसार है कि एयर लॉन्च का लाभ वाहक द्वारा सबसे अधिक निर्धारित किया जाता है - अलगाव की गति और ऊंचाई जितनी अधिक होती है, उतना अधिक लाभ होता है।

हवाई लॉन्च के फायदे और नुकसान के बारे में सामान्य चर्चा

गौरव

गुरुत्वाकर्षण के नुकसान में कमी । प्रारंभिक वेग जितना अधिक होगा, रॉकेट पिच का प्रारंभिक कोण उतना ही कम होगा। गुरुत्वाकर्षण नुकसान को पिच कोण फ़ंक्शन का एक अभिन्न अंग माना जाता है, इसलिए, क्षितिज के लिए पिच जितना छोटा होगा, नुकसान उतना ही कम होगा।

मॉडल पिच कोण की साजिश। घुमावदार ट्रेपोज़ॉइड (लाल रंग में छायांकित) का क्षेत्र गुरुत्वाकर्षण नुकसान है।

कम वायुगतिकीय खींचें । दबाव तेजी के साथ घटता बढ़ता है:

12 किमी की ऊंचाई पर, जहां पेगासस शुरू होता है, दबाव समुद्र तल से लगभग 5 गुना कम होता है (~ 200 mbar)। 30 किमी की ऊँचाई पर - पहले से ही सौ गुना कम (~ 10 mbar)।

कम बैकप्रेशर नुकसान । रॉकेट इंजन एक वैक्यूम में अधिक कुशलता से काम करता है, जहां कोई बाहरी दबाव नहीं होता है जो ईंधन के विस्तार और अस्वीकृति को रोकता है। सतह पर एक इंजन की आईडी एक वैक्यूम से कम है, इसलिए एक दुर्लभ वातावरण में शुरू करने से बैकप्रेशर नुकसान कम हो जाएगा।

जेट इंजन में एक उच्च विशिष्ट आवेग होता है । चूंकि ऑक्सीकरण एजेंट को आसपास की हवा से "नि: शुल्क" लिया जाता है, इसलिए इसे आपके साथ ले जाने की आवश्यकता नहीं है, जो वाहक विमान के कारण सिस्टम के विशिष्ट आवेग को बढ़ाता है।

मौजूदा बुनियादी ढांचे का उपयोग करने की क्षमता । एक एयर लॉन्च सिस्टम लॉन्च सुविधाओं की आवश्यकता के बिना मौजूदा एयरफील्ड का उपयोग कर सकता है। लेकिन लॉन्च (इंस्टॉलेशन और टेस्टिंग कॉम्प्लेक्स, फ्यूल कंपोनेंट डिपो, फ्लाइट कंट्रोल बिल्डिंग) के लिए तैयारी सिस्टम अभी भी बनाए जाने की जरूरत है।

वांछित अक्षांश से शुरू करने की क्षमता । यदि वाहक विमान में एक महत्वपूर्ण सीमा होती है, तो आप कक्षा की वांछित झुकाव बनाने के लिए वहन क्षमता को बढ़ाने या इच्छित अक्षांश पर शिफ्ट करने के लिए कम अक्षांश से शुरू कर सकते हैं।

कमियों

बहुत खराब मापनीयता । डीओई पर 443 किग्रा प्रदर्शित करने वाले रॉकेट का वजन आरामदायक 23 टन है, जिसे बिना किसी समस्या के विमान में संलग्न / निलंबित / लगाया जा सकता है। हालांकि, रॉकेट जो कम से कम 2 टन कक्षा में रखते हैं, उनका वजन 100-200 टन होना शुरू होता है, जो मौजूदा विमानों की भार क्षमता के करीब है: An-124 लिफ्ट 120 टन, An-225 - 247 टन, लेकिन एक ही कॉपी में, और नया विमान का निर्माण लगभग असंभव है। बोइंग 747-8F - 140 टन, लॉकहीड C-5 - 122 टन, एयरबस A380F - 148 टन। भारी मिसाइलों के लिए, आपको नए विमान विकसित करने की आवश्यकता है जो महंगे, जटिल और राक्षसी (KDPV की तरह) होंगे।

तरल ईंधन को वाहक के शोधन की आवश्यकता होगी । क्रायोजेनिक घटक एक लंबे टेक-ऑफ और चढ़ाई समय पर वाष्पित हो जाएंगे, इसलिए आपको वाहक पर घटकों का एक स्टॉक रखना होगा। तरल हाइड्रोजन के साथ विशेष रूप से बुरा है, यह बहुत सक्रिय रूप से वाष्पित होता है, आपको एक बड़ी आपूर्ति करने की आवश्यकता होगी।

पेलोड और लॉन्च वाहन की संरचनात्मक ताकत की समस्याएं । पश्चिम में, उपग्रहों को अक्सर केवल अक्षीय अधिभार का सामना करने की आवश्यकता के साथ विकसित किया जाता है, और यहां तक ​​कि क्षैतिज विधानसभा (जब उपग्रह "अपनी तरफ से झूठ बोलता है") उनके लिए अस्वीकार्य है। उदाहरण के लिए, कौरौ लॉन्च साइट पर, सोयुज लॉन्च वाहन को पेलोड के बिना क्षैतिज रूप से ले जाया जाता है, एक लॉन्च पैड में डाल दिया जाता है और एक पेलोड वहां संलग्न होता है। वाहक विमान के लिए भी, टेक-ऑफ एक संयुक्त अक्षीय / पार्श्व अधिभार बनाएगा। मैं इस तथ्य के बारे में बात नहीं कर रहा हूं कि एक अस्थिर वातावरण में तथाकथित "वायु छेद" गंभीरता से परिसर को हिला सकता है। लॉन्च किए गए वाहनों को भी ईंधन से भरे राज्य में साइड-बाय-साइड उड़ानों के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था; निश्चित रूप से, एक भी मौजूदा तरल ईंधन वाहक को कार्गो हैच में लोड नहीं किया जा सकता है और लॉन्च के लिए स्ट्रीम में फेंक दिया जा सकता है। नई मिसाइल बनाने के लिए आवश्यक होगा, अधिक टिकाऊ - और यह अधिक वजन और प्रभावशीलता का नुकसान है।

शक्तिशाली हाइपरसोनिक इंजन विकसित करने की आवश्यकता । क्योंकि एक कुशल माध्यम एक तेज़ माध्यम है, पारंपरिक टर्बोजेट अच्छी तरह से फिट नहीं होते हैं। L-1011 ऊंचाई का केवल 4% और पेगासस के लिए 3% गति देता है। लेकिन शक्तिशाली नए हाइपरसोनिक इंजन आधुनिक विज्ञान के कगार पर हैं, वे अभी तक नहीं किए गए हैं। इसलिए, वे महंगे होंगे और विकास के लिए बहुत समय और धन की आवश्यकता होगी।

निष्कर्ष

एयरोस्पेस सिस्टम कक्षा में माल पहुंचाने का एक बहुत प्रभावी साधन हो सकता है। लेकिन केवल अगर ये लोड छोटा है (शायद पांच टन से अधिक नहीं है, अगर भविष्यवाणी की गई प्रगति को ध्यान में रखा जाए), और वाहक - हाइपोक्सिक। चौबीस इंजनों के साथ एक जुड़वां An-225 के रूप में उड़ान राक्षसों को बनाने का प्रयास या सामान्य ज्ञान पर प्रौद्योगिकी की कुछ अन्य सुपर-भारी जीत हमारे ज्ञान के वर्तमान स्तर पर एक मृत अंत है।

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