2018. május 20., vasárnap

Gyorskeresés

Útvonal

Cikkek » Az élet rovat

A szovjet / orosz űrhajózás múltja XIII. rész

Az Enyergija hordozórakéta, a Poljusz katonai műhold és a VKK űrrepülőgép története.

[ ÚJ TESZT ]

Az Enyergija-sztori


Valentyin Glusko az 1970-es évek végén

A szovjet űrrepülőgép- és nehéz-hordozórakéta programot ott hagytuk félbe, hogy 1976-ban Valentyin Glusko, az NPO Enyergija tervezőiroda vezetője több külső hatásra úgy döntött, hogy a korábbi Vulkan nehéz-hordozórakéta programját elengedi, legalábbis látszólag, hogy olyan hordozórakétát tervezzen, ami az oldalán tud felvinni nehéz terhet a világűrben. Az első külső hatás a szovjet vezetés azon döntése volt, hogy márpedig a Szovjetuniónak le kell másolnia az amerikai űrrepülőgépet, amit egy olyan oldalvágással módosítottak, hogy a főhajtóműveket nem az űrrepülőgépen, hanem a hajtóanyag-tartály alján helyezik el, más szóval visszatértek a rakéta és az azon "utazó" teher kompozícióhoz, szemben az amerikaiak által használt űrrepülőgép és tartály megoldáshoz.

Ezen korai verzió szerint az űrrepülőgép a rakéta orrára került volna. A másik külső hatás egy kisebb összeesküvés lett volna, amely ezt az oldalvágást akarta kihasználni: mivel az űrrepülőgép amúgy sem rendelkezik hajtóművel, bármilyen rakéta orrán feljuthat a világűrbe. A holdprogramhoz szánt és Glusko által elkaszált N1F rakéták pedig megfeleltek a célnak, vagyis nem kell semmit kifejleszteni, sőt, szinte a polcról le lehetne emelni mindent. Glusko persze nem akarta, hogy az N1F feltámadjon hamvaiból, ő a saját rakétáját szerette volna megvalósítani, így a javaslatát végül úgy nyújtotta be, hogy az űrrepülőgép a rakéta oldalára kerül, és az űrrepülőgépet is ennek megfelelően képeznék ki. Az N1F ilyen konfigurációban nem lenne képes felemelni a szovjet űrrepülőgépet, a támadást tehát gyors oldallépéssel elhárította....


Különféle hajtóanyagpárosok hatásfoka összevetve, minél nagyobb az ISP, annál gazdaságosabb,
Az alsó sorban az amerikai űrsikló szilárd hajtóanyagú gyorsítórakétájában használt hajtóanyagpáros

Itt egy picit vegyük át a hajtóanyagok alkalmazása közötti lényegi különbségeket. Erősen leegyszerűsítve üzemanyagként három fő jelölt volt: a folyékony hidrogén, a kerozin illetve a hidrazin alapú keverékek. Utóbbi mellett tette le a voksát Glusko még az 1960-as évek elején, mondván, hogy a kerozin-üzemanyagú rakétáknál nem tud kellően nagyméretű hajtóművet csinálni, mivel instabil lesz az égés. Ezért alkalmaztak még az 1950-es években az R-7 alapú rakétáknál egy olyan trükköt, hogy négy kisebb égésterű hajtóművet fogtak össze, amit egy hajtóanyag-pumpa szolgált ki – ez is egy hajtóműnek számít, de négy égéstérrel. Az amerikaiak rengeteg időt és pénzt rááldozva megoldották a Saturn rakéta gigászi F1 hajtóműveinél a nagyméretű égéstérben a megfelelő égést, de a szovjeteknek ez továbbra sem ment. A hidrazin másik előnye, hogy oxidálószerekkel (pl. dinitrogén-tetroxid, N2O4) kapcsolatba lépve spontán égésbe kezd, vagyis nem kell a begyújtással foglalkozni – viszont problémás anyag: erősen mérgező, erősen korrozív és kevésbé hatékony, mint az alternatívák. A kerozin hatékonyabb, és ki lehet belőle hozni nagy tolóerőt (ami az első fokozatokban, ami a rakéta indításakor a teljes tömeget kell felemelje, igen fontos). A leghatékonyabb a folyékony hidrogén, viszont abból hatalmas tolóerőt kinyerni bonyolultabb, mint a kerozin alapú megoldásoknál.


Az Enyergija hordozórakéta CGI képe, jól látható a hajtóművek elrendezése

Az új hordozórakéta (a későbbi Enyergija) alapvetően kétfokozatú volt, a középső fokozat folyékony hidrogént és folyékony oxigént elégető RD-0120 hajtóművekre épül, és ez gyakorlatilag a pályára állításig működik. Mellette két oldalt két-két gyorsító rakétát helyeznek el, amelyekbe kerozint és folyékony oxigént használó RD-170-ek kerülnek, amelyek a fent felvázolt módon négy égőteres hajtóművek. A gyorsítórakéták hajtóművei hozzávetőleg 150 másodpercig működnek, majd miután kifogyott belőlük a hajtóanyag (mintegy 56 km-es magasságban) leválnak, és a középső fokozat tovább működő hajtóművei állítják pályára a hasznos terhet cirka 470 másodperccel az indítás után. Ebben az állapotban nagyságrendileg 100 tonnát képes alacsony Föld körüli pályára állítani (függően a forrásoktól 88 vagy 105 tonna egyébként a megnevezett teherbírás, de ez ugye függ attól is, milyen magas és milyen hajlásszögű pályára állítja). Glusko trükkje az volt, hogy a rendszert lehetett skálázni: a gyorsítórakétákból lehet csak kettőt, de akár hatot vagy nyolcat is felszerelni, utóbbi esetén pedig akár 187 tonnát is felvihet. Glusko álma a szovjet holdprogram újraindítása volt, ehhez pedig hatalmas rakétákat képzelt el (az eredeti Vulkan rakéta esetén 240 tonnás teherbírású változatot is felvázolt), az új hordozórakétával pedig ez megvalósulhat, még ha csak közvetve is.


Négy RD-0120 hajtómű, érdekesség, hogy a belső kettő és a külső kettő eltérő felépítésűek

A rakéta középső fokozata 58,76 méter hosszú és 7,75 méter átmérőjű volt, benne az amerikai űrsikló külső hajtóanyag-tartályához hasonlóan felül elhelyezve a folyékony oxigén tartály, alul pedig kis sűrűsége miatt jóval nagyobb tartályt igénylő folyékony hidrogén volt megtalálható. Ennek az alján helyezték el a négy RD-0120-as hajtóművet, amelyek tengerszinten 1526 kN, a világűrben pedig 1961 kN tolóerőt voltak képesek egyenként leadni (ezek az eredetileg tervezetthez képest 106%-os értékek, amelyre a hajtóművek képesek voltak). A szovjet megoldásnak volt persze egy komoly hátránya – az RD-0120-as hajtóművek minden indításkor odavesztek, ahogy a leválás után a fokozat elégett a légkörben. Az RD-0120 egyébként az amerikai SSME hajtóműhöz képest egyszerűbb kialakítású, ám ebből fakadóan a gyártása is olcsóbb volt.


A négy égőteres RD-170 hajtómű

A gyorsító fokozatokhoz használt RD-170-esek tolóereje tengerszinten 7904 kN illetve a vákuumban 7257 kN volt. Ezek nagyságrendileg az amerikai F1 hajtóműhöz mérhető értékek, csakhogy a szovjet hajtómű tömege 10,75 tonna, míg az amerikai hajtómű 8,4 tonnát nyomott, vagyis jóval könnyebb volt. Az RD-170 ugyanakkor zavarba ejtő is, hiszen anno Szergej Koroljov kérte nagy teljesítményű kerozin-üzemanyagú hajtóművek megtervezéséhez az N1 holdrakéta számára, de akkor Glusko elutasította. Másfél évtizeddel később az RD-170-nel mégis bebizonyította, hogy tud erős és megbízható kerozint égető hajtóműveket tervezni és gyártani (hipotetikusan 4 vagy 5 db RD-170-es elég lehetett volna az N1 első fokozatába). Óhatatlanul is felmerül a kérdés, hogy anno nem készakarva szabotálta-e az N1 megvalósulását....


A gyorsítórakéták ábrája, alul a leszállás utáni helyzetben


Az Enyergija gyorsítórakétáinak visszahozatalára kigondolt eljárás (kattints rá a nagyobb méretért)

Az 39,46 méter hosszú, 3,92 méter átmérőjű gyorsítófokozatokat úgy tervezték, hogy visszahozzák – a rakéták elején és végén a szögletes kiszögellések a tervek szerint ejtőernyőket és fékező-rakétákat tartalmaztak volna, amelyekkel puha landolást lehetett volna megoldani. A sors úgy hozta, hogy ezt élesben sose próbálták – mindkét indításkor plusz monitorozó-rendszereket építettek be ezekbe, hogy minél több információt kapjanak a rakéta viselkedéséről.


Vlagyimir Fjodorovics Utkin, a Juzsnoje tervezőiroda vezetője 1971 és 1991 között

Az új rakéta elemeire épülve az Enyergija tervezőiroda egész családot képzelt el – a kisebb méretű terhek pályára állításához az RD-170 hajtóműre épülő Zenyit rakétacsaládot hozták létre. A Zenyit viszont "ki lett szervezve" a mai Ukrajna területén működő Juzsnoje tervezőirodának, amely korábban OKB-586 jelöléssel bírt, és Mihail Jangel volt a főtervezője, akinek 1971-ben bekövetkezett halála után Vlagyimir Utkin vette át a helyét. A Zenyit család eredetileg három verzióban lett papírra vetve: pusztán az első fokozatra épülő verzió a kis tömegű terhekhez, a két fokozatú verzió a közepes terhekhez, illetve a harmadik változat, amelynél két Enyergija-gyorsítórakéta egy hosszabb és három égőteres hajtóművel ellátott középső fokozat mellé volt beépítve. A Zenyit / Enyergija páros gyakorlatilag majdnem a teljes addigi szovjet hordozórakéta palettát leválthatta volna – Glusko ezt is tervezte, de több főmérnök ezt a tervet a saját hordozórakétáik (a Szojuz és mindenek előtt a Proton) védelmében nem támogatta.


A Zenyit rakéta változatok, ahogy még az 1970-es években papírra vetették őket, csak a középső valósult meg végül

Végül megrendelve csak a középső változat lett (ennek teherbírása alacsony Föld körüli pályára cirka 12-13 tonna, vagyis nagyjából kétszer annyi, mint a Szojuz hordozórakétáé), de mivel bíztak abban, hogy a másik kettő is megvalósulhat, a rakéta elnevezésénél Zenyit-2 lett a választás. Ez egy két fokozatú rakéta volt, amelynek az első fokozata nagyjából megegyezett az Enyergija gyorsítórakétáival, és kapott egy második fokozatot, amely a szintén folyékony oxigént és kerozint felhasználó RD-120-as hajtóművet kapta (nem elírás, van egy RD-120 jelölésű kerozin-üzemanyagú, és egy RD-0120 jelölésű folyékony hidrogént-üzemanyagú rakétahajtómű is....).


Egy Zenyit-2 az indítóálláson

A tyuratami, vagy ahogy ma ismerjük a bajkonuri indítóközpontban nekiálltak az N1 rakétákhoz használt két indítóállást az Enyergija számára átépíteni. A szovjet "módi" alapján maradtak annál a megoldásnál, hogy vízszintesen szerelik össze a rakétát (és helyezik rá a hasznos terhet), majd vasúti síneken szállítják az indítóálláshoz, ahol függőlegesbe állítják, és rögzítik. 1979-ben készül el az első makett, amely még csak méret- és tömegszinten azonos nagyjából a végleges rakétával. Megépítettek egy tesztállást (UKSzSz) is, ahol az összeszerelt Enyergija rakéta hajtóműveit beépítve le lehetett tesztelni – ez az, ami az N1 esetében sose készült el.


Az Enyergija 5Sz példánya az UKSzSz tesztpadon, hajtóműpróba előtt

Menet közben derült ki egy csomó dolog – például szükség lesz olyan vízzel működő zajcsillapító megoldásra az indítóállásnál, amit az amerikaiak is bevetettek az űrsikló esetén, ez azért volt kínos, mert Bajkonur területén általános volt a vízhiány – eleve a száraz klíma miatt volt anno kiválasztva a terület rakéták tesztelésére. Egyes visszaemlékezések szerint egy-egy hajtóműpróba vagy Enyergija-indítás miatt akár 10 napig is vízhiány lépett fel a közeli Leninszk (ma Bajkonur) városában. Az ilyen nehézségek mellett apróság volt, hogy csak 1982/83-ban készül el az a 4M jelölésű makett, amelynél már az elektromos- és hajtóanyag-csatlakozók is az eredeti rakétáknak megfelelőek voltak. Eredetileg úgy volt, hogy 1983-ban indulna el az első Enyergija hordozórakéta, a hátán az OK-ML1 jelű VKK űrrepülőgép-makettel. Csakhogy az RD-170 hajtómű először 1981-ben lett tesztelve teljes tolóerővel, és csak 1983-ban kezdték el az első szériapéldányokat leszállítani. Az RD-0120 hajtómű próbapadja pedig 1984 előtt nem készült el, miközben még probléma adódott a hidrogén-gyártással is, ami miatt aztán a hajtóműteszteket is halasztani kellett, mert egyszerűen nem volt üzemanyag a végrehajtásukhoz.

Azt már kristálytisztán lehetett látni, hogy az 1983-as indulás nem fog megvalósulni....


A 4M Enyergija-makett az indítóálláson

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!

Előzmények

Hir​d​e​t​és​

Copyright © 2000-2018 PROHARDVER Informatikai Kft.