![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
jr0.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruОригинал взят у ![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
jr0 в Thiokol или Очерк истории твердотопливных космических носителей
Именно пороховые ракеты впервые стали многоступенчатыми. Послужили моделью полетов за пределы атмосферы на реактивной тяге. И, например, применялись как авиационное вооружение в первой мировой.
Фейерверки, сигналы, залповые артсистемы для пехоты, осады, защиты крепости, кораблей, самолетов, исследовательские ракеты. Это предыстория очерка.
2. История начинается с Годдарда (Robert Hutchings Goddard, 1882-1945), который в самом начале ХХ века сопоставил жидкостные и пороховые многоступенчатые ракеты для достижения космоса. В эксперименте он почти сосредоточился на ЖРД (пороховые все-таки тоже делал), но вопрос этот поставил как научный, открыто.
(В середине 20-ых годов ряд немецких исследователей решает заняться созданием космических ракет. Разработки пороховых ракет запрещены Версальским договором, потому сосредоточились на жидкостях.
Озарения в разных странах меня не волнуют здесь. Важна дорога к успеху и влиятельные попытки. Это не история Thiokol, но кроме них и нет других изготовителей в этой истории.)
3. Ключевым недостатком пороховых двигателей являлась тогда скорость горения заряда.
В 1926 два американских химика разрабатывали дешевый антифриз. Как побочный продукт получили вонючее вещество, которое не смогли удалить никаким растворителем. Подумав сочли, что стойкость к растворителям сама по себе полезна. Еще один синтетический каучук назвали тиокол. Для использования своего открытия в 1929 они создали фирму Thiokol Chemical Corp.
Потом выяснилось, что это и не резина, а топливо ракет.
4. Годдард был ученый одиночка, хотя охотно писал статьи в популярные журналы, но достижения скорее патентовал, чем обнародовал. Потому новая исследовательская группа в 1926 была создана не под его руководством, а возглавил ее фон Карман - американский аэродинамик - чистый теоретик из Австро-Венгрии, профессор Калифорнийского технологического института (Калтех), ученик Прандтля. Todor von Kármán, 1881-1963.
При Калтехе фон Карман создал и возглавил лабораторию: The Guggenheim Aeronautical Laboratory at the California Institute of Technology (GALCIT). Как видно из названия, на деньги из единственного источника - фонда Даниэля Гуггенхайма, горнодобытчика-металлурга. Гуггенхайм тратил по полмиллиона долларов в год на развитие аэронавтики, оплачивая несколько лабораторий. Тогда деньжищи! Лаборатория не государственная, а на дворе Великая депрессия. Пятнадцать лет участники этой группы обижались на закрытость Годдарда, но в войну им довелось поработать вместе.
5. В 1939 GALCIT получил от Национальной академии наук США (есть есть такая) заказ на исследование взлетных ускорителей для самолетов. Тогда стали строить огромные самолеты, а вот аэродромы, особенно на тихоокеанских островах, не велики. Грант, внимание, на одну тысячу долларов. Началась программа Jet-Assisted Take Off (JATO). "Естественно", GALCIT ухватился. Сын Гуггенхайма прекратил деятельность фонда, а фон Карман ясно понимал, что только правительство теперь может помочь лаборатории.
В том же году развернули постройку нескольких образцов: пороховой, ЖРД с самовоспламеняющимися компонентами и твердотопливный заряд с подачей жидкого окислителя. Ведь это ученые, им надо было исследовать границы применимости разных принципов питания реактивного двигателя, как научно-прикладную проблему. Выводы тех исследований используются до сих пор. Бывает, что в какой-то стране решают по другому, но все-равно возвращаются к этим выводам. Вкратце: если надо простое и всегда готовое изделие, с жидким топливом лучше не связываться.
После начала войны Годдарда призвали и дали звание. Военные подмяли и объединили все исследования. Когда деньги пошли от государства, в 1944, GALCIT мстительно переименовали в Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Пороховой состав не подходил, слишком быстро сгорает. А это избыток прочности и огромные ускорения. Внедрили битумные составы - асфальты, смешанные с окислителем - перхлоратом калия. Они горят медленнее, держат форму, но раскалываются. Переход на резину становится очевиден (на деле, три года поисков в тупиках). Заряд стали отливать в корпусе, тщательно разрабатывая форму каналов горения. С порохом также, но его шашки или зерна намного меньше, ведь большие разрушаются, а разрушившись быстрее горят, отчего крошатся вовсе.
Но это после войны. А за время ее главное достижение - пороховой двигатель диаметром под 300 мм, который горит 0.6 с, тягой в 25 тс. Он использовался, скажем, в большой авиационной НУР Tiny Tim (1944) и как первая ступень исследовательской высотной ракеты WAC Corporal (1945).
На асфальтах еще в 1941 испытали ускоритель для взлета, который горел 5 с. Это успех!
6. Но только в 1946 GALCIT совместно с фирмой Thiokol создает двигатель для ракеты воздух-воздух AAM Falcon. Первый успешный РДТТ на современном по сути смесевом топливе! Теперь его можно увеличивать в десятки раз по диаметру и в сотню по длине и времени горения, не меняя способ, а только оттачивая.
Вот ступени быстрого развития знаменитых двигателей Thiokol с годом первого испытания:
Почему иногда прогресс совершается за 20 лет, а потом 60 почти ничего нового? Потому что прогресс совершается сразу, а потом только другой прогресс.
Семейство ступеней Castor будет использоваться еще век, может быть. Тысячи раз. Собственно Scout - самая летавшая американская ракета, из наиболее надежных.
Надо бы закончить на Trident-II - 148 успешных пусков подряд. Не смог закончить: на Space Shuttle перезаряжаемые SRB успешно отработали 110 раз, это считается неудачей. Castor используется не только как первая, но и как последняя ступень космических современных носителей.
Thiokol вошел в ATK, а тот объединяется с Orbital Science в этом 2014 году. Стремлюсь перечислить ключевые имена и названия для любознательных: в JPL разработками двигателей руководил Френк Малина (Frank Joseph Malina, 1912-1981), смесевым топливом занимался оккультист и марксист Джон Парсонс (John Whiteside Parsons, 1914-1952, погиб при взрыве домашней лаборатории во время ее перевозки в Месксику!).
И для сравнения летопись достижений последователей:
- В СССР разработку смесевых РДТТ начали в 1959. 1962 - первые испытания РТ-1, закончившиеся неудачно. На вооружение попала РТ-2, первый пуск в 1966. Для космических ракет ровно никаких достижений. Поэтому-то так распространено у нас мнение, что твердотопливные двигатели опасны и дороги. Не все.
- Во Франции начали в 1962. Испытания c 1966 - S112 (S-2). Это основа их надежных Ariane и, конечно, лодочных МБР.
- В Италии с середины 90-ых переняли французские технологии ускорителей для Ariane-4. Не стоило бы упоминания, но именно фирма Avio из Италии предлагает самые совершенные ускорители для Vega и будущей Ariane 6.
- В Японии работы над пороховыми ракетами массой менее кг начались только в 1955. А в 1958 геофизическая ракета семества Kappa достигла 50 км высоты, в 1966 попытались вывести спутник на Lambda-4S (см. Во Франции), а в 1970 - удачно. Стали четвертыми в мире со спутником (читай тогда: с МБР). Теперь производят ступени на основе технологии Castor - сильно и взаимно связаны с США. Семейства твердотопливных ракет там называют греческими буквами: Kappa (1956), Lambda (1966), Mu (1970), а теперь твердотопливный легкий носитель Epsilon (2013). Пусковой расчет которого, якобы, меньше десяти человек, что по крайней мере в десять раз лучше, чем предыдущее достижение. Это как в кино о Бонде, прямо. Хотят такое внедрить на новой H-III. Почти все их носители имеют твердотопливные ступени.
Этот очерк без выводов. О том как было и с датами.
jr0 в Thiokol или Очерк истории твердотопливных космических носителей
- Эскизы многоступенчатых пороховых ракет Kazimierz Siemenovwicz из Речи Посполитой, опубликованные в 1650 в Амстердаме.
Именно пороховые ракеты впервые стали многоступенчатыми. Послужили моделью полетов за пределы атмосферы на реактивной тяге. И, например, применялись как авиационное вооружение в первой мировой.
Фейерверки, сигналы, залповые артсистемы для пехоты, осады, защиты крепости, кораблей, самолетов, исследовательские ракеты. Это предыстория очерка.
2. История начинается с Годдарда (Robert Hutchings Goddard, 1882-1945), который в самом начале ХХ века сопоставил жидкостные и пороховые многоступенчатые ракеты для достижения космоса. В эксперименте он почти сосредоточился на ЖРД (пороховые все-таки тоже делал), но вопрос этот поставил как научный, открыто.
(В середине 20-ых годов ряд немецких исследователей решает заняться созданием космических ракет. Разработки пороховых ракет запрещены Версальским договором, потому сосредоточились на жидкостях.
Озарения в разных странах меня не волнуют здесь. Важна дорога к успеху и влиятельные попытки. Это не история Thiokol, но кроме них и нет других изготовителей в этой истории.)
3. Ключевым недостатком пороховых двигателей являлась тогда скорость горения заряда.
В 1926 два американских химика разрабатывали дешевый антифриз. Как побочный продукт получили вонючее вещество, которое не смогли удалить никаким растворителем. Подумав сочли, что стойкость к растворителям сама по себе полезна. Еще один синтетический каучук назвали тиокол. Для использования своего открытия в 1929 они создали фирму Thiokol Chemical Corp.
Потом выяснилось, что это и не резина, а топливо ракет.
4. Годдард был ученый одиночка, хотя охотно писал статьи в популярные журналы, но достижения скорее патентовал, чем обнародовал. Потому новая исследовательская группа в 1926 была создана не под его руководством, а возглавил ее фон Карман - американский аэродинамик - чистый теоретик из Австро-Венгрии, профессор Калифорнийского технологического института (Калтех), ученик Прандтля. Todor von Kármán, 1881-1963.
При Калтехе фон Карман создал и возглавил лабораторию: The Guggenheim Aeronautical Laboratory at the California Institute of Technology (GALCIT). Как видно из названия, на деньги из единственного источника - фонда Даниэля Гуггенхайма, горнодобытчика-металлурга. Гуггенхайм тратил по полмиллиона долларов в год на развитие аэронавтики, оплачивая несколько лабораторий. Тогда деньжищи! Лаборатория не государственная, а на дворе Великая депрессия. Пятнадцать лет участники этой группы обижались на закрытость Годдарда, но в войну им довелось поработать вместе.
5. В 1939 GALCIT получил от Национальной академии наук США (есть есть такая) заказ на исследование взлетных ускорителей для самолетов. Тогда стали строить огромные самолеты, а вот аэродромы, особенно на тихоокеанских островах, не велики. Грант, внимание, на одну тысячу долларов. Началась программа Jet-Assisted Take Off (JATO). "Естественно", GALCIT ухватился. Сын Гуггенхайма прекратил деятельность фонда, а фон Карман ясно понимал, что только правительство теперь может помочь лаборатории.
В том же году развернули постройку нескольких образцов: пороховой, ЖРД с самовоспламеняющимися компонентами и твердотопливный заряд с подачей жидкого окислителя. Ведь это ученые, им надо было исследовать границы применимости разных принципов питания реактивного двигателя, как научно-прикладную проблему. Выводы тех исследований используются до сих пор. Бывает, что в какой-то стране решают по другому, но все-равно возвращаются к этим выводам. Вкратце: если надо простое и всегда готовое изделие, с жидким топливом лучше не связываться.
После начала войны Годдарда призвали и дали звание. Военные подмяли и объединили все исследования. Когда деньги пошли от государства, в 1944, GALCIT мстительно переименовали в Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Пороховой состав не подходил, слишком быстро сгорает. А это избыток прочности и огромные ускорения. Внедрили битумные составы - асфальты, смешанные с окислителем - перхлоратом калия. Они горят медленнее, держат форму, но раскалываются. Переход на резину становится очевиден (на деле, три года поисков в тупиках). Заряд стали отливать в корпусе, тщательно разрабатывая форму каналов горения. С порохом также, но его шашки или зерна намного меньше, ведь большие разрушаются, а разрушившись быстрее горят, отчего крошатся вовсе.
Но это после войны. А за время ее главное достижение - пороховой двигатель диаметром под 300 мм, который горит 0.6 с, тягой в 25 тс. Он использовался, скажем, в большой авиационной НУР Tiny Tim (1944) и как первая ступень исследовательской высотной ракеты WAC Corporal (1945).
На асфальтах еще в 1941 испытали ускоритель для взлета, который горел 5 с. Это успех!
6. Но только в 1946 GALCIT совместно с фирмой Thiokol создает двигатель для ракеты воздух-воздух AAM Falcon. Первый успешный РДТТ на современном по сути смесевом топливе! Теперь его можно увеличивать в десятки раз по диаметру и в сотню по длине и времени горения, не меняя способ, а только оттачивая.
Вот ступени быстрого развития знаменитых двигателей Thiokol с годом первого испытания:
1) 1949, Hughes AAM-A-2 Falcon (семейство развилось в Phoenix).
2) 1951, Redstone Arsenal M31 Honest John (на вооружении в США до 1982).
3) 1955, Lockheed X-17 (первая многоступенчатая такая ракета и прообраз Polaris).
4) 1958, Lockheed UGM-27 Polaris A-1 (семейство развивалось до Trident-1). Опыт с работой ускорителя JATO под водой провели еще в 1943.
5) 1961, Boeing LGM-30 Minuteman-1 (семейство до сих пор на вооружении).
6) 1960, NACA Langley center Scout X-1 (это Castor, в основе, - первая ступень Polaris; универсальная ступень многих космических ракет-носителей по сию пору).
Почему иногда прогресс совершается за 20 лет, а потом 60 почти ничего нового? Потому что прогресс совершается сразу, а потом только другой прогресс.
Семейство ступеней Castor будет использоваться еще век, может быть. Тысячи раз. Собственно Scout - самая летавшая американская ракета, из наиболее надежных.
Надо бы закончить на Trident-II - 148 успешных пусков подряд. Не смог закончить: на Space Shuttle перезаряжаемые SRB успешно отработали 110 раз, это считается неудачей. Castor используется не только как первая, но и как последняя ступень космических современных носителей.
Thiokol вошел в ATK, а тот объединяется с Orbital Science в этом 2014 году. Стремлюсь перечислить ключевые имена и названия для любознательных: в JPL разработками двигателей руководил Френк Малина (Frank Joseph Malina, 1912-1981), смесевым топливом занимался оккультист и марксист Джон Парсонс (John Whiteside Parsons, 1914-1952, погиб при взрыве домашней лаборатории во время ее перевозки в Месксику!).
* * * *
И для сравнения летопись достижений последователей:
- В СССР разработку смесевых РДТТ начали в 1959. 1962 - первые испытания РТ-1, закончившиеся неудачно. На вооружение попала РТ-2, первый пуск в 1966. Для космических ракет ровно никаких достижений. Поэтому-то так распространено у нас мнение, что твердотопливные двигатели опасны и дороги. Не все.
- Во Франции начали в 1962. Испытания c 1966 - S112 (S-2). Это основа их надежных Ariane и, конечно, лодочных МБР.
- В Италии с середины 90-ых переняли французские технологии ускорителей для Ariane-4. Не стоило бы упоминания, но именно фирма Avio из Италии предлагает самые совершенные ускорители для Vega и будущей Ariane 6.
- В Японии работы над пороховыми ракетами массой менее кг начались только в 1955. А в 1958 геофизическая ракета семества Kappa достигла 50 км высоты, в 1966 попытались вывести спутник на Lambda-4S (см. Во Франции), а в 1970 - удачно. Стали четвертыми в мире со спутником (читай тогда: с МБР). Теперь производят ступени на основе технологии Castor - сильно и взаимно связаны с США. Семейства твердотопливных ракет там называют греческими буквами: Kappa (1956), Lambda (1966), Mu (1970), а теперь твердотопливный легкий носитель Epsilon (2013). Пусковой расчет которого, якобы, меньше десяти человек, что по крайней мере в десять раз лучше, чем предыдущее достижение. Это как в кино о Бонде, прямо. Хотят такое внедрить на новой H-III. Почти все их носители имеют твердотопливные ступени.
Этот очерк без выводов. О том как было и с датами.
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2015-01-04 04:46 pm (UTC)А я пока назову дикие США: ракета Antares, см.; ракета Atlas II и Delta II, Titan-3, STS - см. PAM. Ну, конечно, Atlas II и Titan-3 немного конверсионный, не отнять.
Завязывайте с догматами и обобщениями. Вернитесь к фактам.
no subject
Date: 2015-01-05 08:06 am (UTC)Например, индусы с их PSLV
>> А я пока назову дикие США: ракета Antares, см.; ракета Atlas II и Delta II, Titan-3, STS - см. PAM. Ну, конечно, Atlas II и Titan-3 немного конверсионный, не отнять.
>> Завязывайте с догматами и обобщениями. Вернитесь к фактам.
Да уж, факты -- вещь противная. А такая хорошая теория была :)
Но только это не догматы, это общая логика. И теорию рано списывать. С Атлас-2 и Титан-3 все понятно, Антарес вообще слеплен из того, что под руку подвернулось, а Дельта-2 вполне подходит под определение малотоннажного уродца, наверху которого стояла опциональная третья ступень весом 1-2 тонны. Понятное дело, что она не могла быть водородной. Либо на высококипяших компонентах топлива, либо твердотопливная.
no subject
Date: 2015-01-05 08:33 am (UTC)Нет, это догматы. А после и логика. У адвентистов или белых братьев есть логика. Достаточно перестать замечать некоторые факты прямо перед собой. Как раз те, которые противоречат догме.
А "Space Shuttle - вырожденный случай"? Я все это слышал. Вы в секте. PAM летал и выводил более 100 раз. Завязывать не собираются.
Antares, вы правы, создан из хлама. У него же первую ступень делают украинцы незадорого. Вообще, уже давно ракета это ее вторая ступень... Но куда же отнести двигатели Энергомаша? Нашу гордость? Будут ли их покупать за настоящую цену не МО РФ? Или бенефис Союзов с открытым циклом продлится на столетие?
Честно говоря, именно о России трудно что-то утверждать. У нас ракеты на вере летают, сколько они стоят - вопрос. Видимо, дороже. Но насколько? Во сколько раз?
no subject
Date: 2015-01-05 09:05 am (UTC)Индийская же GSLV делается уже по классике: ускорители твердотопливные, первая ступень гидразиновая, вторая водородная
>> А "Space Shuttle - вырожденный случай"?
Почему? Ускорители твердотопливные, основная ступень водородная. Опять же, номальная логичная схема
Для вывода спутников на ГПО хотели в него еще водородный же центавр запихать, но не решились по соображениям безопасности.
>> PAM летал и выводил более 100 раз. Завязывать не собираются.
Вообще-то уже более-менее завязали. Дельта-2 редко летает, основные рабочие лошадки -- это Атлас-5 и Дельта-4, обе с большой второй водородной ступенью, которой достаточно для любых орбит
>> Но куда же отнести двигатели Энергомаша? Нашу гордость? Будут ли их покупать за настоящую цену не МО РФ? Или бенефис Союзов с открытым циклом продлится на столетие? Честно говоря, именно о России трудно что-то утверждать. У нас ракеты на вере летают, сколько они стоят - вопрос. Видимо, дороже. Но насколько? Во сколько раз?
Ну вообще я надеюсь, что вот завтра у SpaceX сядет ступень на баржу, что потом она полетит снова (и так раз 10), что они в итоге выкинут с рынка запусков вообще всех и заработают таки денег, чтоб сделать свой марсианский корабль.
В таком варианте будущего у двигателей Энергомаша особых перспектив нет. Ну, кроме МО.
А в реальности - посмотрим
no subject
Date: 2015-01-05 09:25 am (UTC)В целом, очень рад, что вы смотрите шире и на факты. Нам уже не обязательно приходить к общему мнению: ведь разные ученые конструкторы принимают разные решения. Даже в одной "отдельно взятой" стране у крутых инженеров разные взгляды на то, что правильно.
Соображения безопасности и надежности - главные. С учетом того, что мало кому удается строить носители десятками в год, а спутники намного дороже ракет. Даже цена услуги пуска, в основном, это не цена ракеты, как правило.
OSC подхватил ATK. Но то ли еще будет: я имею ввиду японцев. Очень крутых японцев. Снижение цены первой ступени, если удастся SpaceX, сместит оптимум в сторону дешевых и надежных разгонников.
no subject
Date: 2015-01-05 09:54 am (UTC)Я никоим образом не хочу обидеть корейцев и уж тем более индусов, учитывая их перспективы и мастерство, с которым у них недавно получилось слепить чудесную конфетку по сути дела из говна (я имею в виду Мангальян и ресурсы которые были потрачены на его создание). Просто ни те ни другие не тратили таких колоссальных ресурсов на освоение космоса, как это делал СССР. Мало опыта, мало наработок. Индусы догонят и перегонят, я в них верю. Но потом. Хотя вот по части АМС уже обогнали :) Корейцы наврядли.
Ну а насчет надежности -- у американцев, когда они с толком подходят к делу, любые решения надежны. Хотя иногда получается Титан-4, да.
no subject
Date: 2015-01-05 10:20 am (UTC)Они теперь тратят на закупку того, чего пожелают. И если индийцем взбрело, что нужна водородная ступень, то они много лет напрягаются ее сделать, даже когда не продают. Опыт - он в книгах, в учебных заведениях. Притом корейцам пока и договоры о нераспространении не мешали, так как ядерное оружие им не нужно.
У Индии и Кореи разные задачи. У Кореи очень особенные, обусловленные недавней историей и географией. А Индия в поисках будущего величия.
В США разные решения. Это хороший залог развития. Там любому можно указать на разные факты, чтоб не шорился. Но чтоб быть на мировом уровне, надо напрягаться. SpaceX вот всех напряг, а до того Ariane и Протон.
Есть принципы, нет догм. Но разделить их трудно, догмы выдают за принцип.
no subject
Date: 2015-01-05 09:29 am (UTC)no subject
Date: 2015-01-05 04:37 pm (UTC)дальше читать не буду,
может вы простудились в новый год? или похмелье? спокойнее пожалуйста!
no subject
Date: 2015-01-05 04:50 pm (UTC)