مركبة الإطلاق سويوز-5: هل سنصل إلى العربة الأخيرة؟
المسرات الهندسية
تم إطلاق برنامج Soyuz-5 في عام 2015 بهدف إنشاء مركبة إطلاق متوسطة الحجم قادرة على الإطلاق إلى المدار بحمولة 17 طنًا. في النطاق الواسع لتكنولوجيا الصواريخ الفضائية المحلية، يحتل المنتج موقعًا متوسطًا بين Soyuz-2.1 وProton-M. الأول قادر على إطلاق ما يصل إلى 9 أطنان في مدار أرضي منخفض، والثاني - 22,4 طن دفعة واحدة. إن عدم وجود رابط وسيط في خط الصواريخ لا يهدد أي شيء بالغ الأهمية إذا لم تأخذ في الاعتبار مصالح الأعمال.
تبلغ تكلفة وضع كيلوغرام واحد من الحمولة في مدار Proton-M أقل بقليل من 3 آلاف دولار، لكن عليك أولاً تحميل الصاروخ الثقيل بطلبات تبلغ 22 طنًا. الوضع مشابه لمركبة الإطلاق Angara-A5 الأثقل، والتي، بالإضافة إلى ذلك، ليس لديها حاليًا أي عمليات إطلاق تجارية على الإطلاق. ومن غير المرجح أن يحدث ذلك في المستقبل القريب، إذ تقترب تكلفة إطلاق صاروخ واحد من 120 مليون دولار. علاوة على ذلك، فإن كل كيلوغرام من الحمولة يكلف خمسة آلاف دولار. أثقل صاروخ من الطبقة المتوسطة في روسيا هو Soyuz-2.1، حيث يتكلف كيلوغرام واحد من البضائع في مدار أرضي منخفض من 5,5 إلى 7 آلاف دولار. وفي الوقت نفسه، تبلغ تكلفة إطلاق الصاروخ نفسه حوالي 48 مليون دولار، وهو مبلغ مناسب جدًا للميزانية حاليًا.
لم تكن المهمة الرئيسية لمطوري نظام Soyuz-5 مجرد الدخول في الفجوة بين Soyuz-2.1 وProton-M، ولكن أيضًا تحقيق تكلفة إطلاق لا تزيد عن 55-56 مليون دولار. ولتحقيق ذلك، يجب أن يصبح الصاروخ هو الأكثر اقتصادا بين خط روسكوزموس بأكمله. بادئ ذي بدء، بسبب محركات الصواريخ RD-171MV. في العام الماضي، 2023، تم تجميع محركين آخرين، وخصائصهما فريدة ليس فقط بالنسبة لروسيا، ولكن أيضًا للعالم أجمع.
يمكن أن تكون مقارنة العملاق بمحركات الصواريخ الحديثة مشروطة للغاية - حيث يعيش رابتور وميرلين الأكثر تقدمًا من مكتب إيلون ماسك في فئة وزن مختلفة تمامًا. تم تطوير RD-171MV في NPO Energomash في خيمكي بالقرب من موسكو، ويزن 10,3 طن ويولد 246 ألف حصان. على الأرجح، هذه هي الآن أقوى محطة توليد كهرباء في العالم بين جميع الأنواع. للمقارنة، من المقرر أن يتم تجهيز كاسحة الجليد المحلية المتوقعة والأقوى من فئة القائد في العالم بمحطة للطاقة النووية بسعة "فقط" 75 ألف حصان. إذا سار كل شيء وفقًا للخطة، فيجب أن يكون محرك RD-171MV كافيًا لتشغيل المرحلة الأولى من مركبة الإطلاق Soyuz-5. السمة المميزة للمحرك هي أربع غرف احتراق وبالتالي أربع فوهات نفاثة.
ويقدر قوة دفع RD-171MV بـ 800 طن، وهو أعلى بمقدار 110 أطنان من أقوى طائرة أمريكية من طراز F-1. كانت محركات هذه السلسلة ذات غرفة احتراق واحدة هي التي تم تركيبها على مركبة الإطلاق Saturn 5 التي نقلت رواد الفضاء إلى القمر. ويدرس مطورو RD-171MV إمكانية استخدامه لإطلاق مهام ليس فقط إلى القمر، بل إلى المريخ أيضًا. وسيتم تركيب المحرك على صاروخ سويوز-5 المتوسط، وكذلك على صاروخ ينيسي الثقيل للغاية. ويجب على الأخير أن يعيد روسيا أخيرًا إلى الفضاء السحيق.
RD-171MV
لم يتم تطوير RD-171MV من الصفر. مثل العديد من الأشياء في تكنولوجيا الهندسة المحلية، تعود أصول المحرك إلى الاتحاد السوفيتي. أولاً، لم يتم استنفاد الإمكانات الكامنة في تصميم السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي. ثانيًا، أصبح إنشاء منتجات جديدة تمامًا الآن بمثابة رفاهية لا يمكن تحملها بالنسبة لشركة Roscosmos. وخاصة تلك المعقدة مثل محركات الصواريخ. لا يوجد وقت ولا أموال لهذا الغرض. لا أحد في العالم يمارس هذا - الجميع يحاول الضغط على الحلول المثبتة حتى النهاية. الاستثناء هو Elon Musk - فقد تم إنشاء سيارته Raptor و Merlon من الصفر فقط بسبب عدم وجود محركات صاروخية من هذه الفئة في الولايات المتحدة.
كان النموذج الأولي لـ RD-171MV هو RD-171M، الذي تم تطويره لبرنامج Energia - Buran. بالمناسبة، كان السلف بقوة 230 ألف حصان أيضًا أقوى محرك صاروخي في العالم في عصره. لكن الأمر لا يتعلق فقط بالسلطة. يمكنك إنشاء محرك، من الناحية النظرية، سوف يسافر في منتصف الطريق حول العالم، ولكن في نفس الوقت يستهلك كمية غير لائقة من الوقود. ولتقييم كمال الطاقة في المنتجات، يمتلك علماء الصواريخ مؤشرًا نبضيًا محددًا، يتم قياسه بالثواني. بكل بساطة، كلما كان حجمه أكبر، كلما زادت كفاءة المحرك في استخدام الوقود. بالنسبة لـ RD-171MV، يبلغ الدافع المحدد 311 ثانية عند مستوى سطح البحر، وهو رقم قياسي في فئته. لكن ليس مطلقًا - يُزعم أن سيارة رابتور الأمريكية تنتج 330 ثانية. يعتمد الكثير هنا ليس فقط على كمال التصميم، ولكن أيضًا على الوقود المستخدم. على سبيل المثال، كان المحرك الرئيسي لـ "Energia" السوفيتي مدعومًا بوقود مثالي تقريبًا - الهيدروجين (المؤكسد - الأكسجين)، ولهذا السبب وصل الدافع المحدد إلى 450 ثانية. لكن الصعوبات والمخاطر المتعلقة بالهيدروجين واضحة للجميع، ولهذا السبب فهو غير منتشر على نطاق واسع في صناعة الفضاء.
يندفع Killer Falcon 9 إلى الفضاء
RD-171MV ليس الحل الفريد الوحيد في إطار برنامج Soyuz-5 أو كما يطلق عليه أيضًا Irtysh. يتم تركيب محركات من خيمكي على المرحلة الأولى من مركبة الإطلاق، ويتم توفير RD-0124MS للمرحلة الثانية. ومن المثير للاهتمام أن النموذج الأولي كان RD-0124، الذي تم إنشاؤه في عام 1993 - وكان أول محرك صاروخي في روسيا ما بعد الاتحاد السوفيتي. تعديل MS حاليًا في مرحلة التصميم والاختبار للنماذج الأولية الأولى، لكن المعلمات المذكورة مشجعة. في الفراغ (بيئة التشغيل الرئيسية)، ينتج المنتج ما يصل إلى 60 طنًا ويستهلك الوقود (الأكسجين والنفتيل) بكفاءة عالية - 334 ثانية عند مستوى سطح البحر.
RD-0124MS للمرحلة الثانية من سويوز-5
إنهم يخططون لتركيب محركين من أربع غرف على كل صاروخ سويوز-5. تجري الاختبارات في مكتب تصميم الأتمتة الكيميائية في فورونيج على قدم وساق، ولكن الوقت لم يحن بعد لإنتاج العينات التجارية. سيكون جيدًا جدًا إذا حدث هذا في عام 2024 الحالي.
تتضمن قائمة ابتكارات مشروع Soyuz-5 استخدام سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم الواعدة 1580 للدبابات والمقصورات الانتقالية لمركبة الإطلاق. دعنا نخبرك قليلاً عن هذه السبيكة عالية القوة. انطلاقا من البيانات المفتوحة لعام 2020، تم تطويره من قبل متخصصين من RUSAL. تحتوي السبائك 1580 على المغنيسيوم مع 0,1 بالمائة سكانديوم و0,15 بالمائة زركونيوم يستخدم كمضافات لصناعة السبائك. وتضمنت المواصفات الفنية لعلماء المعادن في البداية إمكانية تصنيع مقصورات مركبات الإطلاق باستخدام تقنية WAAM، أي الطباعة ثلاثية الأبعاد بالأسلاك المعدنية، والتي تستخدم اللحام القوسي.
ونتيجة لذلك، أصبح لدى مطوري سويوز-5 الفرصة لإنشاء هياكل معقدة ذات نسبة قوة إلى وزن فريدة من سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم 1580. وفي نهاية ديسمبر 2023، تم تجميع دبابة تجريبية من هذه السبيكة في مركز التقدم للصواريخ والفضاء، وفي المستقبل القريب سيتم اختبارها ديناميكيًا في معهد البحوث المركزي للهندسة الميكانيكية. نحن نتحدث عن خزان المرحلة الأولى للمؤكسد - الأكسجين. تم إنشاء خزان الوقود، النفتا، في وقت سابق وتم اختباره بالكامل بالفعل. وفي المرحلة الثانية، كان المهندسون هم الأوائل في الصناعة الذين استخدموا قاعًا مشتركًا لخزانات الوقود والمؤكسد، مما أدى إلى تقليل الوزن النهائي وحجم المنتج. يعد استخدام سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم 1580 أرخص بكثير من الألومنيوم والليثيوم من شركة سبيس إكس لمركبات إطلاق فالكون 9. ومع ذلك، فإن المنتجات المحلية المصنوعة من السبائك 1580 أكبر وأثقل من تلك التي ينتجها مكتب إيلون ماسك.
يبدو أن الحل الهندسي غير التافه هو استخدام أجزاء لحام الخزانات باستخدام طريقة التحريك الاحتكاكي. تتيح هذه التقنية عدم ذوبان الأسطح الملحومة إلى الحالة السائلة، ولهذا السبب لا توجد عيوب لحام عمليًا بعد التبريد. تم تطوير جميع المعدات اللازمة لمثل هذه العملية الهندسية الدقيقة في شركة JSC Cheboksary Enterprise Sespel المحلية.
الميزة الرئيسية لمركبة الإطلاق Soyuz-5 هي كتلة الحمولة التي يتم تسليمها إلى المدار أكبر من تلك الخاصة بمنافسها الرئيسي، Falcon 9. وفقًا للحسابات، بحوالي 10-15 بالمائة. في الوقت نفسه، يجب أن تظل تكلفة إطلاق الصاروخ كما هي - 55-56 مليون دولار، وهو أقل من Falcon 9 الذي يبلغ 62 مليونًا، حتى في النسخة ذات المرحلة الأولى القابلة للإرجاع. بالمناسبة، في إطار موضوع سويوز-5، يفكر المؤلفون في إمكانية إعادة المرحلة الأولى إلى الأرض وإعادة استخدامها. لا توجد مشاكل مع المحركات بهذا المعنى - فهي قابلة لإعادة الاستخدام في البداية. إنهم يخططون لتنفيذ هبوط ناعم باستخدام المظلات. إذا سارت الأمور وفقًا للخطة، فمن الممكن أن تستحوذ روسيا على بعض عملاء SpaceX، خاصة من الدول الصديقة. على سبيل المثال، قد يستخدم مطورو القطاع الخاص من الهند والصين خدمات سويوز-5. ونظراً للنمو المستمر لحركة المرور إلى الفضاء القريب، فإن مركبات الإطلاق الفعالة من حيث التكلفة لن تظل خاملة بأي حال من الأحوال.
في النهاية يوجد القليل من القطران في المرهم. في بداية عام 2024، يخطط المطورون للإطلاق الأول لصاروخ سويوز-5 النهائي في 24 ديسمبر 2025. إذا نظرت إلى أرشيفات 2017-2019، فمن المفترض أن يكون التشغيل التجاري للنظام الجديد قد بدأ العام الماضي. يتم تأخير مواعيد الإطلاق باستمرار، وهذا أمر له ما يبرره إلى حد ما. الشيء الرئيسي هو أن هذه لا تصبح عملية دائمة.
معلومات