Носитель CLV Ares I (см. с.34) – двухступенчатая ракета тандемной схемы, основным назначением которой является выведение на околоземную орбиту исследовательского корабля CEV с экипажем из четырех-шести человек, оснащенного интегрированной системой аварийного спасения (САС) на старте. Ares I также может использоваться для запуска беспилотных аппаратов, для снабжения МКС или сведения ее с орбиты, для вывода в космос грузов, подлежащих дальнейшей транспортировке на Луну.

Суммарная масса полезного груза носителя – 25 т, стартовая масса – порядка 900 т, высота на старте – 94.2 м.

Для разработки носителя CLV специалисты NASA исследуют новые технологии, двигатели, а также используют оборудование и системы, которые хорошо себя зарекомендовали в предыдущих проектах. Хотя эта ракета и напоминает своих предков, сочетая мощные ускорители кораблей системы Space Shuttle и тандемную конфигурацию ступеней ракет Saturn – это явно не «носитель времен наших родителей».

По оценкам NASA, носитель Ares I будет на порядок надежнее, чем система Space Shuttle, в основном из-за того, что его пассажиры будут размещены наверху ракеты, а не сбоку нее. Слой пеноизоляции, который защищает баки с криогенными компонентами топлива от обледенения, будет значительно ниже отсека экипажа. Перекомпоновка исключает повреждение капсулы кусками льда или пены с баков ракеты.

Первая ступень многократного применения – пятисегментный твердотопливный ускоритель диаметром 3.7 м, создаваемый путем модернизации существующего стартового ускорителя шаттла и его систем и оснащенный усовершенствованной системой спасения. В ступени предполагается использовать стандартное твердое топливо (перхлорат аммония и полибутадиен), но NASA рассматривает и альтернативные компоненты, способные поднять характеристики двигателя в части эффективности и надежности.

Новый межступенчатый адаптер, соединяющий первую и в полтора раза более «толстую» вторую ступень РН, будет оснащен современными двигателями разделения, которые затормозят первую ступень. Вновь разрабатываемая вторая или верхняя ступень диаметром 5.5 м будет оснащена маршевым кислородно-водородным двигателем J-2X. Этот ЖРД представляет собой развитие двух исторических предшественников: мощного J-2 для верхних ступеней РН Saturn IB и Saturn V и упрощенного J-2S, который в начале 1970-х годов прошел огневые испытания и был подготовлен к сертификации, но в полете не испытывался.

Система реактивного управления 2-й ступени будет, в частности, осуществлять управление по каналу крена на этапе работы 1-й ступени – дело в том, что при использовании двух ускорителей в составе системы Space Shuttle нет необходимости в управлении по крену каждого из них в отдельности.

ЖРД J-2X

РН Ares V	РН Ares I

Первая ступень РН Ares I отделяется на высоте 60 км при скорости M=6.1. Вторая ступень достигает высоты 100 км и скорости, близкой к орбитальной. Довыведение на начальную круговую орбиту высотой 300 км осуществляется двигательной установкой корабля.

Подрядчиком по 1-й ступени РН Ares I останется компания ATK Thiokol (Бригэм, Юта), которая производит ускорители для шаттла. Завод в Мичуде (Новый Орлеан) будет осуществлять изготовление и сборку верхней ступени ракеты Ares I. Компания Pratt & Whitney Rocketdyne в г. Канога-Парк (Калифорния) – основной подрядчик по двигателю верхней ступени.

Сверхтяжелый беспилотный грузовой носитель Ares V предназначен для вывода на орбиту всего лунного комплекса, за исключением корабля CEV. Он будет служить основным средством NASA для безопасной и надежной доставки ресурсов в космос, нести крупногабаритные блоки и материалы для строительства постоянной лунной базы, а также запасы продуктов питания, пресной воды и других элементов.

Ares V, как и шаттл, стартует при одновременной работе двух пятисекционных твердотопливных ускорителей многоразового использования (нулевая ступень) и центрального блока (первая ступень). На верхней (второй) ступени Ares V, как и на второй ступени Ares I, используется кислородно-водородный двигатель J-2X. Полезный груз закрывается композитным обтекателем большого диаметра. Стартовая масса носителя составит примерно 3350 т при высоте 109.1 м, грузоподъемность – около 130 т на низкую околоземную орбиту и 65 т на траекторию полета к Луне.

18 мая NASA объявило о выборе кислородно-водородного двигателя RS-68 для установки на центральный блок носителя Ares V. Первоначальное решение NASA использовать для этого упрощенный вариант маршевого ЖРД SSME корабля системы Space Shuttle отменено.

RS-68 – самый мощный из существующих ЖРД для первой ступени носителей, работающий на жидком кислороде и жидком водороде. Он способен создавать тягу 295 тс на уровне моря (тяга двигателя SSME системы Space Shuttle без форсирования – 170 тс). Двигатель RS-68 с 2002 г. используется на РН Delta IV, разработанной в 1990-х годах для ВВС США по программе «развитого одноразового носителя» EELV. На центральный блок Ares V будет устанавливаться пять таких ЖРД.

Официальное обоснование таково: изучение затрат на весь цикл эксплуатации сверхтяжелого носителя показало, что RS-68 лучше подходит к требованиям NASA. Нужно отметить, однако, что этот анализ состоялся после замены SSME на J-2X на второй ступени РН Ares I, когда центральный блок сверхтяжелой ракеты оказался единственным в программе местом применения SSME. О возможности его замены на RS-68 впервые упомянул 14 марта заместитель директора отдела по РН для программы Constellation в Центре Маршалла Дэниел Думбейкер (Daniel Dumbacher).

Главный «минус» этого решения в том, что замена SSME на RS-68 утяжеляет ракету и заставляет увеличить с 8.38 до 10.06 м диаметр баков, чтобы вместить дополнительное топливо.
Для того, чтобы RS-68 соответствовал требованиям NASA, необходимо провести некоторые доработки. Стоимость одного ЖРД в исполнении для Ares V составит примерно 20 млн $, что значительно дешевле по сравнению с маршевым двигателем шаттла (порядка 50 млн $).

Основной подрядчик по двигателю RS-68 – компания Pratt & Whitney Rocketdyne (г.Канога-Парк, Калифорния), которая производит и маршевый двигатель SSME системы Space Shuttle.

Испытания идут

В рамках программы Constellation инженеры NASA уже проводят ряд испытаний, которые должны помочь разработке транспортных космических систем для лунной экспедиции.

Макет головной части РН Ares I для продувок

Аэродинамические продувки по совместной программе центров Маршалла, Лэнгли и Эймса и компании Boeing начались в феврале 2006 г. Только в течение июня в экспериментальной аэродинамической установке Центра Маршалла проведено 80 продувок в аэродинамической трубе масштабной модели фрагмента носителя CLV. Модель имитирует часть верхней ступени, переходник, капсулу CEV и САС. Последняя предназначена для увода капсулы корабля от аварийной РН на старте и траектории выведения.

Во время продувок в канале трубы сечением 35.6х35.6 см использовалась модель в масштабе 1:66 длиной 33 см. Целью тестов была оценка того, как влияет предложенная форма изделия на поведение носителя в полете, в том числе на старте в условиях сильного бокового ветра. Испытания проводятся в диапазоне скоростей, соответствующих числам М=0.8–4.45. Проектанты используют визуализацию потока для анализа ударных волн и характеристик аппарата прежде, чем изменения проекта будут воплощены в «железе». В июле продувки будут продолжены, с тем чтобы осенью начать испытания с более детально проработанной моделью.

Инженеры Центра Маршалла завершили предварительные тесты искрового воспламенителя – критически важного компонента двигателя, необходимого для зажигания в полете смеси жидкого кислорода и жидкого водорода. Во время испытаний блок воспламенителя – запальные свечи, инжекторы топлива и трубчатые факелы – был включен в вакуумной камере, имитирующей момент зажигания верхней ступени носителя пилотируемого корабля на низкой околоземной орбите. Предварительный анализ показал, что воспламенитель работает нормально. В следующих испытаниях предполагается использовать компоненты топлива, охлажденные до -162°C, чтобы имитировать условия включения в составе отлетной ступени, уводящей корабль на траекторию полета «Земля – Луна». На этом же испытательном оборудовании будет тестироваться сходный по конструкции воспламенитель для двигателя J-2X.

По материалам NASA

   < ВЕРНУТЬСЯ