Xe phóng Soyuz-5: liệu chúng ta có đến được toa cuối cùng không?
Xe phóng "Soyuz-5" hoặc "Irtysh"
Thú vui kỹ thuật
Chương trình Soyuz-5 được triển khai vào năm 2015 với mục tiêu tạo ra một phương tiện phóng hạng trung có khả năng phóng lên quỹ đạo trọng tải 17 tấn. Trong đa dạng công nghệ tên lửa nội địa dành cho vũ trụ, sản phẩm này chiếm vị trí trung gian giữa Soyuz-2.1 và Proton-M. Chiếc đầu tiên có khả năng phóng tới 9 tấn vào quỹ đạo Trái đất thấp, chiếc thứ hai - 22,4 tấn cùng một lúc. Việc thiếu liên kết trung gian trong tuyến tên lửa không đe dọa đến điều gì nghiêm trọng nếu bạn không tính đến lợi ích kinh doanh.
Chi phí để đưa một kg trọng tải lên quỹ đạo cho Proton-M chỉ dưới 3 nghìn đô la, nhưng trước tiên bạn cần phải nạp một tên lửa hạng nặng với đơn đặt hàng 22 tấn. Tình hình cũng tương tự với tên lửa phóng Angara-A5 thậm chí còn nặng hơn, ngoài ra, hiện tại chưa có vụ phóng thương mại nào cả. Và chúng khó có thể xảy ra trong tương lai gần - chi phí phóng một tên lửa lên tới gần 120 triệu USD. Hơn nữa, mỗi kg trọng tải có giá năm nghìn đô la. Tên lửa hạng trung nặng nhất ở Nga là Soyuz-2.1, trong đó một kg hàng hóa trên quỹ đạo Trái đất thấp có giá từ 5,5 đến 7 nghìn đô la. Đồng thời, chi phí phóng tên lửa là khoảng 48 triệu USD, hiện rất phù hợp với ngân sách.
Nhiệm vụ chính của các nhà phát triển hệ thống Soyuz-5 không chỉ là lọt vào khoảng trống giữa Soyuz-2.1 và Proton-M mà còn đạt được chi phí phóng không quá 55-56 triệu đô la. Để đạt được điều này, tên lửa phải trở thành loại tên lửa tiết kiệm nhất trong toàn bộ dòng Roscosmos. Trước hết là do động cơ tên lửa RD-171MV. Năm ngoái, năm 2023, hai động cơ nữa đã được lắp ráp, những đặc điểm của chúng không chỉ riêng ở Nga mà còn trên toàn thế giới.
Việc so sánh gã khổng lồ với động cơ tên lửa hiện đại có thể rất có điều kiện - động cơ tiên tiến nhất trong số đó, Raptor và Merlin từ văn phòng của Elon Musk, có trọng lượng hoàn toàn khác. Được phát triển tại NPO Energomash ở Khimki gần Moscow, RD-171MV nặng 10,3 tấn và tạo ra công suất 246 nghìn mã lực. Rất có thể, đây hiện là nhà máy điện mạnh nhất thế giới trong số các loại hình. Để so sánh, tàu phá băng nội địa mạnh nhất và dự kiến thuộc lớp Leader trên thế giới dự kiến sẽ được trang bị một nhà máy điện hạt nhân có công suất “chỉ” 75 nghìn mã lực. Nếu mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch thì một động cơ RD-171MV sẽ đủ cung cấp năng lượng cho giai đoạn đầu tiên của xe phóng Soyuz-5. Đặc điểm đặc trưng của động cơ là bốn buồng đốt và theo đó là bốn vòi phun phản lực.
Lực đẩy của RD-171MV ước tính khoảng 800 tấn, cao hơn 110 tấn so với chiếc F-1 mạnh nhất một thời của Mỹ. Chính các động cơ của dòng này với một buồng đốt duy nhất đã được lắp đặt trên xe phóng Saturn 5, đưa các phi hành gia lên Mặt trăng. Các nhà phát triển RD-171MV đang xem xét khả năng sử dụng nó để thực hiện các sứ mệnh không chỉ tới Mặt trăng mà còn tới Sao Hỏa. Động cơ sẽ được lắp trên tên lửa hạng trung Soyuz-5, cũng như trên tên lửa siêu nặng Yenisei. Sau này cuối cùng phải đưa Nga trở lại không gian sâu thẳm.
RD-171MV
RD-171MV không được phát triển từ đầu. Giống như nhiều thứ trong công nghệ kỹ thuật trong nước, động cơ này có nguồn gốc từ Liên Xô. Thứ nhất, tiềm năng vốn có trong thiết kế của những năm 70-80 của thế kỷ trước vẫn chưa cạn kiệt. Thứ hai, việc tạo ra những sản phẩm hoàn toàn mới giờ đây là một điều xa xỉ không thể chấp nhận được đối với Roscosmos. Đặc biệt là những thứ phức tạp như động cơ tên lửa. Không có thời gian cũng như kinh phí cho việc này. Không ai trên thế giới thực hiện điều này - mọi người đều cố gắng đưa ra các giải pháp cuối cùng đã được chứng minh. Ngoại lệ là Elon Musk - Raptor và Merlon của ông chỉ được tạo ra từ đầu do thiếu động cơ tên lửa loại này ở Hoa Kỳ.
Nguyên mẫu của RD-171MV là RD-171M, được phát triển cho chương trình Energia - Buran. Nhân tiện, người tiền nhiệm có công suất 230 nghìn mã lực cũng là động cơ tên lửa mạnh nhất thế giới vào thời điểm đó. Nhưng nó không chỉ là về sức mạnh. Về lý thuyết, bạn có thể tạo ra một động cơ có thể kéo được nửa vòng trái đất nhưng đồng thời tiêu thụ một lượng nhiên liệu không đáng kể. Để đánh giá mức độ hoàn thiện về năng lượng của sản phẩm, các nhà khoa học tên lửa có một chỉ số xung cụ thể, được đo bằng giây. Nói một cách rất đơn giản, nó càng lớn thì động cơ sử dụng nhiên liệu càng hiệu quả. Đối với RD-171MV, xung lực cụ thể là 311 giây ở mực nước biển, đây là một kỷ lục trong phân khúc của nó. Nhưng không phải tuyệt đối - được cho là, Raptor của Mỹ tạo ra 330 giây. Phần lớn ở đây không chỉ phụ thuộc vào sự hoàn hảo của thiết kế mà còn phụ thuộc vào nhiên liệu được sử dụng. Ví dụ, động cơ chính của "Energia" của Liên Xô được cung cấp năng lượng bởi một loại nhiên liệu gần như lý tưởng - hydro (chất oxy hóa - oxy), đó là lý do tại sao xung lực cụ thể đạt tới 450 giây. Nhưng những khó khăn và nguy hiểm của hydro thì ai cũng rõ, đó là lý do tại sao nó không được phổ biến rộng rãi trong ngành vũ trụ.
Killer Falcon 9 lao vào vũ trụ
RD-171MV không phải là giải pháp độc đáo duy nhất trong khuôn khổ chương trình Soyuz-5 hay còn được gọi là Irtysh. Động cơ của Khimki được lắp đặt ở giai đoạn đầu tiên của phương tiện phóng và RD-0124MS được cung cấp cho giai đoạn thứ hai. Điều thú vị là nguyên mẫu là RD-0124, được tạo ra vào năm 1993 - đây là động cơ tên lửa đầu tiên ở nước Nga thời hậu Xô Viết. Bản sửa đổi MS hiện đang ở giai đoạn thiết kế và thử nghiệm các nguyên mẫu đầu tiên, nhưng các thông số đã nêu rất đáng khích lệ. Trong chân không (môi trường hoạt động chính), sản phẩm tạo ra tới 60 tấn và tiêu thụ nhiên liệu (oxy và naphthyl) rất hiệu quả - 334 giây ở mực nước biển.
RD-0124MS cho giai đoạn thứ hai của Soyuz-5
Họ dự định lắp hai động cơ bốn buồng trên mỗi tên lửa Soyuz-5. Các cuộc thử nghiệm tại Cục thiết kế tự động hóa hóa học Voronezh đang diễn ra sôi nổi, nhưng chưa đến lúc sản xuất các mẫu thương mại. Sẽ rất tốt nếu điều này xảy ra vào năm 2024 hiện tại.
Danh sách những cải tiến của dự án Soyuz-5 bao gồm việc sử dụng hợp kim nhôm-magiê 1580 đầy hứa hẹn cho xe tăng và khoang chuyển tiếp của xe phóng. Hãy kể cho bạn nghe một chút về hợp kim có độ bền cao này. Đánh giá dựa trên dữ liệu mở từ năm 2020, nó được phát triển bởi các chuyên gia từ RUSAL. Hợp kim 1580 có chứa magiê với 0,1% scandium và 0,15% zirconium được sử dụng làm phụ gia hợp kim. Các thông số kỹ thuật dành cho các nhà luyện kim ban đầu bao gồm khả năng sản xuất khoang xe phóng bằng công nghệ WAAM, tức là in 3D bằng dây kim loại, sử dụng hàn hồ quang.
Do đó, các nhà phát triển Soyuz-5 có cơ hội tạo ra các cấu trúc phức tạp với tỷ lệ độ bền trên trọng lượng độc đáo từ hợp kim nhôm-magiê 1580. Vào cuối tháng 2023 năm 1580, một chiếc xe tăng thử nghiệm từ hợp kim này đã được lắp ráp tại Trung tâm Tên lửa và Vũ trụ Tiến bộ, và trong tương lai gần nó sẽ được thử nghiệm động học tại Viện Nghiên cứu Cơ khí Trung ương. Chúng ta đang nói về bể chứa chất oxy hóa ở giai đoạn đầu tiên - oxy. Bình nhiên liệu naphtha thậm chí còn được tạo ra sớm hơn và đã được thử nghiệm đầy đủ. Ở giai đoạn thứ hai, các kỹ sư là những người đầu tiên trong ngành sử dụng đáy kết hợp giữa thùng nhiên liệu và chất oxy hóa, giúp giảm trọng lượng và kích thước cuối cùng của sản phẩm. Sử dụng hợp kim nhôm-magiê 9 rẻ hơn nhiều so với nhôm-lithium từ SpaceX cho xe phóng Falcon 1580. Tuy nhiên, các sản phẩm trong nước làm từ hợp kim XNUMX có kích thước lớn hơn và nặng hơn so với sản phẩm do văn phòng của Elon Musk sản xuất.
Một giải pháp kỹ thuật không hề tầm thường dường như là việc sử dụng hàn các bộ phận của bồn chứa bằng phương pháp khuấy ma sát. Công nghệ này giúp không làm nóng chảy các bề mặt hàn sang trạng thái lỏng, đó là lý do tại sao thực tế không có khuyết tật mối hàn nào sau khi làm nguội. Tất cả các thiết bị cho quy trình kỹ thuật phức tạp như vậy đều được phát triển tại Công ty Cổ phần Cheboksary Enterprise Sespel trong nước.
Ưu điểm chính của phương tiện phóng Soyuz-5 là khối lượng tải trọng được đưa lên quỹ đạo lớn hơn so với đối thủ chính của nó là Falcon 9. Theo tính toán, khoảng 10-15%. Đồng thời, chi phí phóng tên lửa vẫn giữ nguyên - 55-56 triệu USD, thấp hơn so với Falcon 9 với 62 triệu USD, ngay cả ở phiên bản có giai đoạn đầu có thể quay lại. Nhân tiện, trong khuôn khổ chủ đề Soyuz-5, các tác giả đang xem xét khả năng đưa tầng đầu tiên trở lại Trái đất và tái sử dụng nó. Theo nghĩa này, không có vấn đề gì với động cơ - ban đầu chúng có thể tái sử dụng được. Họ dự định thực hiện cú hạ cánh mềm bằng dù. Nếu mọi việc diễn ra theo đúng kế hoạch thì Nga có thể tiếp quản một số khách hàng của SpaceX, đặc biệt là từ các quốc gia thân thiện. Ví dụ, các nhà phát triển tư nhân từ Ấn Độ và Trung Quốc có thể sử dụng tốt các dịch vụ của Soyuz-5. Với sự gia tăng liên tục của lưu lượng truy cập vào không gian gần, các phương tiện phóng hiệu quả về mặt chi phí sẽ không đứng yên trong mọi trường hợp.
Cuối cùng có một ít hắc ín trong thuốc mỡ. Vào đầu năm 2024, các nhà phát triển đang lên kế hoạch phóng lần đầu tiên tên lửa Soyuz-5 đã hoàn thiện vào ngày 24 tháng 2025 năm 2017. Nếu bạn nhìn vào kho lưu trữ của năm 2019-XNUMX, hoạt động thương mại của hệ thống mới lẽ ra đã bắt đầu vào năm ngoái. Ngày ra mắt liên tục bị trì hoãn và ở một mức độ nhất định, điều này là hợp lý. Điều chính là điều này không trở thành một quá trình lâu dài.
tin tức