Big Dumb Booster: простая, но сложная ракета для NASA


Схема ракеты-носителя NESUX от General Dynamics. Слева для сравнения - реальноая ракета Atlas


В первые годы существования американской космической программы главной задачей являлось повышение характеристик ракетно-космических систем. Быстро стало ясно, что повышение технических параметров связано с существенными трудностями и должно приводить к росту стоимости пусков. Интересный вариант решения этой проблемы был предложен в виде концепции Big Dumb Booster.

«Большая глупая ракета»


Проекты ракетно-космических систем того времени отличались высокой технической сложностью. Для получения более высоких характеристик разрабатывались и внедрялись новые материалы, создавались перспективные образцы аппаратуры всех классов, развивались двигатели и т.д. Все это приводило к росту стоимости разработки и производства ракет.

Расчеты показывали, что при сохранении таких подходов стоимость вывода груза будет оставаться, как минимум, на прежнем уровне или даже станет расти. Для сохранения или улучшения экономических показателей требовались кардинально новые решения на уровне концепций. Первые исследования в этом направлении начались в самом конце пятидесятых и вскоре дали реальный результат.

NASA в сотрудничестве с рядом частных аэрокосмических компаний прорабатывала несколько новых концепций перспективных систем. Одна из них получила название Big Dumb Booster – «Большая глупая (или примитивная) ракета-носитель».


"Простой" стартовый комплекс для "дешевой" ракеты NEXUS

Суть этой концепции заключалась в максимальном упрощении конструкции ракеты-носителя и отдельных ее составляющих. Для этого следовало использовать только хорошо освоенные материалы и технологии, отказавшись от разработки новых. Также требовалось упрощать конструкцию самой ракеты и ее составляющих. Одновременно с этим нужно было увеличивать носитель, наращивая его полезную нагрузку.

Согласно первым подсчетам, такой подход к проектированию и производству позволял BDB обеспечить резкое сокращение стоимости пусков. В сравнении с имеющимися и перспективными ракетами-носителями «традиционного» облика новые образцы были в разы экономичнее. Также ожидался рост темпов производства.

Таким образом, ракета-носитель BDB могла быстро строиться и готовиться к пуску, а затем отправлять на орбиту больший груз. Подготовка и запуск отличались бы разумной стоимостью. Все это могло стать хорошим стимулом для дальнейшего развития космонавтики, однако сначала требовалось разработать и реализовать принципиально новые проекты.

Принципиальные решения


В развитии концепции BDB участвовало несколько организаций-разработчиков ракетно-космической техники. Они предложили и довели до разной степени готовности целый ряд проектов ракет-носителей. Предлагаемые образцы заметно отличались друг от друга по своему облику или характеристикам, но при этом имели ряд общих черт.

Для упрощения и удешевления ракеты предлагалось строить не из легких сплавов, а из доступных и хорошо освоенных сталей. В первую очередь, рассматривались высокопрочные и вязкие сорта из категории мартенситностареющих сталей. Такие материалы позволяли строить более крупные ракеты с требуемыми параметрами прочности и разумной стоимостью. Кроме того, стальные конструкции можно было заказывать широкому кругу предприятий, в т.ч. из разных отраслей – от авиационной до судостроительной.


Схема ракеты Sea Dragon от Aerojet

Крупная ракета с большой нагрузкой нуждалась в мощной двигательной установке, однако такое изделие само по себе оказывалось крайне дорогим и сложным. Эту проблему предлагалось решать за счет наиболее эффективных видов топлива, а также при помощи изменения конструкции двигателя. Одной из главных идей в этой сфере стал отказ от турбонасосных агрегатов – одного из самых сложных компонентов ЖРД. Подавать горючее и окислитель планировалось за счет повышенного давления в баках. Уже одно это решение обеспечивало заметное сокращение стоимости.

Предлагаемые материалы и сплавы обеспечивали строительство крупных конструкций с соответствующим потенциалом. Полезную нагрузку ракеты типа Big Dumb Booster можно было довести до уровня 400-500 т или более. При увеличении размеров ракеты доля сухой массы в стартовом весе сокращалась, что сулило новые успехи и дополнительную экономию.

В перспективе ракеты или их элементы можно было сделать многоразовыми, чему способствовало применение прочных сталей. За счет этого планировалось получить дополнительное сокращение стоимости запуска.

Впрочем, для получения реальных результатов требовалось завершить научно-исследовательские работы, а затем запустить опытно-конструкторские. При всей кажущейся простоте, эти этапы могли растянуться на много лет и затребовать солидное финансирование. Тем не менее, предприятия космической отрасли пошли на этот риск и занялись проектированием перспективных «примитивных» ракет-носителей.

Смелые проекты


Первые проекты нового рода появились в 1962 г. и получили оценку специалистов NASA. Эти варианты BDB основывались на общих идеях, но использовали их по-разному. В частности, имелись отличия даже в способе старта.


Компоновка ракеты Sea Dragon

Настоящим рекордсменом могла бы стать ракета NEXUS разработки компании General Dynamics. Это была одноступенчатая ракета-носитель высотой 122 м и максимальным диаметром 45,7 м со стабилизаторами размахом 50 м. Расчетный стартовый вес достигал 21,8 тыс. т, полезная нагрузка для вывода на низкую околоземную орбиту – до 900 т. Для других орбит грузоподъемность была вдвое меньше.

Ракета NEXUS должна была выводить нагрузку на орбиту, а затем выполнять посадку в Мировом океане при помощи парашютов и твердотопливных посадочных двигателей. После обслуживания такая BDB могла выполнять новый полет.

В том же году появился проект Sea Dragon от компании Aerojet. Он предлагал сверхтяжелую ракету-носитель морского старта, причем ей не требовались какие-либо отдельные стартовые сооружения. Кроме того, к производству таких ракет планировалось привлечь судостроительные предприятия, обладающие необходимыми – не самыми сложными – технологиями сборки металлоконструкций.

«Морской дракон» строился по двухступенчатой схеме с упрощенными ЖРД на обеих. Длина ракеты достигала 150 м, диаметр – 23 м. Масса – ок. 10 тыс.т, полезная нагрузка – 550 т для НОО. На первой ступени предусматривался керосин-кислородный двигатель тягой 36 млн кгс. Вместо наземного стартового комплекса предложили более компактную систему. Ее выполнили в виде крупногабаритной балластной цистерны с необходимыми устройствами, прикрепленной к днищу первой ступени.


Процесс подготовки к запуску BDB типа Sea Dragon

По задумке конструкторов, ракету Sea Dragon должен был изготавливать судостроительный завод из привычных «корабельных» материалов. Затем при помощи буксира изделие в горизонтальном положении следовало буксировать к месту старта. Стартовая система обеспечивала переведение ракеты из горизонтального в вертикальное положение с осадкой около половины корпуса. Затем «Дракон» мог запустить двигатели и взлететь. Возвращение ступеней выполнялось при помощи парашютов с посадкой на воду.

Дешево, но дорого


Проекты сверхтяжелых ракет-носителей Big Dumb Booster представляли большой интерес в контексте дальнейшего развития космонавтики. Однако их реализация была связана с рядом характерных трудностей, без преодоления которых нельзя было получить желаемые результаты. Трезвая оценка технических предложений и проектов привела к закрытию всего направления.

Дальнейшая проработка предложенных проектов от Aeroget, General Dynamics и других компаний представляла собой весьма сложную задачу. Для создания «дешевой» ракеты требовались большие траты на разработку проектов и адаптацию существующих технологий под космическое применение. При этом получившиеся ракеты в обозримой перспективе не представляли никакого интереса: какая-либо полезная нагрузка в сотни тонн попросту отсутствовала и в ближайшие годы не ожидалась.

В NASA посчитали нецелесообразным тратить время, деньги и силы на проекты без реальной пользы. К середине шестидесятых годов все работы по теме BDB прекратились. Некоторые из участников этих работ пытались переделывать проекты под другие задачи, но и в этом случае они не получили продолжения. К радости налогоплательщиков, работы по BDB прекратились на ранних стадиях, и на сомнительную программу не потратили много денег.

Как показало дальнейшее развитие американской космонавтики, тяжелые и сверхтяжелые ракеты-носители действительно находили применение, но системы грузоподъемностью в сотни тонн были избыточными, а также чрезмерно сложными и дорогими – несмотря на изначальные планы. Развитие космонавтики продолжилось и без «Большой примитивной ракеты» – и показало желаемые результаты.
Автор:
Использованы фотографии:
NASA, Wikimedia Commons
Ctrl Enter

Заметили ошЫбку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

18 комментариев
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.

Уже зарегистрированы? Войти

  1. andrewkor 12 января 2020 07:13 Новый
    • 6
    • 0
    +6
    В " Технике' молодёжи", уж не помню сколько лет назад(40-50), была статья о баллистических ракетах нацисткой Германии.Среди прочего ,рассматривался проект морского старта А-4 по целям в США.Подводная лодка буксировала контейнер с ракетой ,потом тот притоплялся до вертикального положения и старт!
    1. Владимир_2У 13 января 2020 04:48 Новый
      • 0
      • 0
      0
      Подобная ракета упоминалась в великолепном футурологическом цикле "Меганезия" Розова. Много там и про асимметричную войну.
  2. Бережливый 12 января 2020 07:15 Новый
    • 3
    • 3
    0
    Кирилл, в самом заголовке у вас на лицо противоречие, простая ракета это пороховые ракеты, которыми индусы обстреливали врагов несколько веков назад! Для ракеты такой массы и таких габоритов подходит термин "унифицированная " или "максимально упрощенная " , но уж никак не "простая "!
  3. Авиатор_ 12 января 2020 08:55 Новый
    • 1
    • 1
    0
    Первый вариант "Морского старта", да ещё и сверхтяжёлой ракеты. Авантюра. Понятно, что никакой экономии средств бы не получилось, для доведения до ума потребовалось бы сначала делать уменьшенные варианты, и лишь потом переходить на заявленную нагрузку в сотни тонн. Закрыли проекты вОвремя, средства сэкономили.
    1. agond 12 января 2020 09:52 Новый
      • 2
      • 1
      +1
      Зато сегодня старт из плавающего контейнера самое то и для военных ,и для гражданских ни надо строить ни шахт, ни космодромов, гражданские смогут выбирать место старта , и потом много безопасней взрыв ракеты в контейнере в море, чем на старте на суше.
      1. Авиатор_ 12 января 2020 18:21 Новый
        • 0
        • 0
        0
        То-то "Морской старт" никак не может возобновить пуски даже лёгких носителей уже много лет, да и последователей этой схемы старта не видно.
  4. Hakka 12 января 2020 11:37 Новый
    • 1
    • 2
    -1
    Это все ерунда, в сравнении с ядерными взрыволетами. Вот у них и тяга огромная и удельный импульс.
    1. Svarog51 12 января 2020 12:31 Новый
      • 7
      • 0
      +7
      Ну один, по крайней мере, улетел в созвездие Кассиопеи. Назывался ЗАРЯ. wink
      1. Hakka 12 января 2020 12:41 Новый
        • 1
        • 1
        0
        Нет это не взрыволет
        1. Svarog51 12 января 2020 12:43 Новый
          • 7
          • 0
          +7
          Этот круче - Звездолёт Аннигиляционный Релятивистский Ядерный, если склероз не подводит. yes
          1. Hakka 13 января 2020 14:20 Новый
            • 0
            • 1
            -1
            Ядерные взрыволеты реально прорабатывали в США в 60х, даже эксприменты проводили, а эта заря выдумка писателя.
  5. Оператор 12 января 2020 13:10 Новый
    • 7
    • 0
    +7
    У ракет с вытеснительной подачей топлива в ЖРД имеется неустранимая проблема - кратно более низкое давление в камере сгорания двигателя (по сравнению с нагнетательной подачей) из-за необходимости обеспечить приемлемую массу топливных баков под давлением.

    В связи с чем удельный импульс двигателя и, следовательно, доля полезной нагрузки в стартовой массе ракеты соответственно меньше.

    Единственный выход из ситуации - использование топливной пары водород+килород (для которой достаточно давление в 50 атмосфер), современных конструкционных материалов для топливных баков (типа органопластиков и углепластиков) и повышение плотности указанной топливной пары. Первое решение было освоено в конце 1960-х годов, второе - в конце 1980-х годов, третье - не найдено до сих пор.
  6. Saxahorse 12 января 2020 20:08 Новый
    • 3
    • 1
    +2
    Замечательная статья! автору спасибо однозначно!

    Напомнили любопытное, хоть и оставшееся невостребованным направление. Называется что то вроде - "а давайте прямо в лоб". Один только взлетный вес в 21 тысячу тонн впечатляет. То что плюнули и отказались это правильно, но некоторое рациональное ядро в этих планах есть.
  7. destiny20 12 января 2020 21:48 Новый
    • 1
    • 4
    -3
    Статья хоть и обзорная но побольше бы таких. На этом ведь ВО и держится
  8. Братков Олег 12 января 2020 22:47 Новый
    • 1
    • 4
    -3
    Зачем показывать фантазии американцев? Они не только на Луну, они вообще в космос не летали ещё лет 15 после полёта Гагарина, но верящие в непогрешимость США так легко съели их лживую пропаганду про полёты на Луну, видимо генетически не могут не верить в американскую ложь...
    Неужели совсем не осталось инженеров? Как можно не видеть, что американская космическая программа - чистейшая лажа? Только с помощью СССР они начали в космос астронавтов запускать, на шаттлах стояли двигатели с дожигом генераторного газа, и именно эту технологию, даже спустя десятилетия, после продажи им лицензии, они на могут повторить. На шаттлах стояли советские двигатели, а секретность в СССР вполне позволяла поставлять что угодно кому угодно. А когда СССР развалился, и у США кончились советские моторчики, программу шаттлов пришлось прикрыть. Потому что были бы прямые вопросы, если для них не смогли сами моторы сделать, то действительно ли Сатурны летали?
    А мне хватило одного заявления Амстронга, что в космосе звёзды не видны. Ну в самом деле, он же космос только по фоткам со спутников видел, а попробуйте на фотоаппарат звёзды сфотографировать... А то, что ЦК КПСС нас всех продало, и сами капиталистами стали, это уже наша собственная вина.
    1. destiny20 12 января 2020 23:27 Новый
      • 4
      • 6
      -2
      Я много встречал "теорий заговора" но вот про совецкие движки на Шаттлах... браво! до этого еще никто не додумался!
      ЗЫ
      а как вы докажете что Гагарин летал? :)
      1. Комментарий был удален.
  9. acetophenon 13 января 2020 05:43 Новый
    • 1
    • 1
    0
    Проект, однозначно, красивый. И, может быть, напрягая всю задницу, исполнимый.
    Однако! Под какую задачу? Нынешние задачи (вынося за скобки марсианскую экспедицию) - это много мелких дешёвых стартов.
  10. михаил3 13 января 2020 09:41 Новый
    • 0
    • 1
    -1
    Очень интересно. Первая за много лет ДЕЙСТВИТЕЛЬНО интересная статья на космическую тему.