Почему бы снова не построить Сатурн V?

Почему США разрабатывают новую ракету и космический корабль, а не снова строят «Сатурн-5» и «Аполлон»?

Программы разработки SLS / Orion, безусловно, не могут стоить меньше, чем удельная стоимость строительства большего количества космических кораблей Saturn V и Apollo, которые уже спроектированы, испытаны и проверены.

«Сатурн-5» и «Аполлон» были одноцелевыми кораблями, несмотря на «Скайлэб» и ASTP. Настоящая марсианская миссия потребовала бы как минимум конфигурации C-8/Nova. Ни один из них не был протестирован.
Разобрать F-1, чтобы посмотреть, как он работает: arstechnica.com/science/2013/01/… Метод проб и ошибок при проектировании (перегородки и отверстия, просверленные вручную): arstechnica.com/science/2013/04/…
@DeerHunter: Почему бы просто не использовать более одного Saturn V?
SLS — это не более чем модернизированный Saturn.

Ответы (4)

Ответ Гоббса сосредоточен на том, почему мы можем захотеть создать SLS. Существуют также значительные препятствия для восстановления Сатурна/Аполлона.

В дополнение к (огромному) объему существующей технической документации по этим проектам, существует (вероятно, более обширный) набор знаний, которые люди, которые фактически построили вещи, собрали в процессе. Почти все эти люди уже умерли или вышли на пенсию.

Большинство отдельных производителей, субподрядчиков и субсубподрядчиков объединились или развалились, и их внутренние технологические документы могли быть утеряны; их документация, возможно, очень бережно хранилась где-то на складе, но парень, который знает где, тоже ушел на пенсию!

Строительство Аполлона и Сатурна требовало особых производственных процессов, которые сейчас устарели. Инструментов, необходимых для создания инструментов для создания ракет, больше не существует.

Чтобы восстановить Сатурн/Аполлон, нам сначала пришлось бы восстановить значительную часть аэрокосмической промышленности США в том виде, в каком она существовала примерно в 1965 году, и все это только для того, чтобы иметь возможность выполнять те же миссии, к которым мы потеряли интерес 40 лет назад.

Я уже слышал аргумент, что некоторые производственные процессы больше не существуют — знаете ли вы какие-нибудь примеры производственных процессов, существовавших в 1960-х годах, которые нельзя было бы легко воспроизвести сегодня?
@Johnny Не совсем пример процесса, но я полагаю, что частью проблемы будут материалы. Различные материалы ведут себя по-разному, особенно под нагрузкой, и нельзя обязательно заменить один материал другим, поэтому необходимо будет найти/спроектировать замену, интегрировать, протестировать, ... Рассмотрим даже что-то относительно тривиальное, например, соответствие RoHS наземного базирования. Как уже упоминалось, многие производственные инструменты были специфичны для задействованных транспортных средств, и, конечно же, нетрудно представить, что также были задействованы пользовательские процессы, многие знания о которых, вероятно, были утеряны.
Некоторые вещи, которые можно или нельзя легко воспроизвести сегодня: формование взрывом секций купола топливного бака в резервуаре для воды объемом 60 000 галлонов ( history.nasa.gov/SP-4206/ch7.htm ); большие электромагнитные молотки ( youtube.com/watch?v=5inJ7sDndBI ). В книге «Этапы до Сатурна» обсуждается около сотни подобных вещей и, вероятно, игнорируется еще тысяча.
Было задействовано огромное количество ручного труда, который сегодня был бы недоступен. Одни только ракетные двигатели были сварены из тысяч деталей. См. arstechnica.com/science/2013/04/…
50 лет спустя, наверное, немало людей с ключевыми знаниями умерло , а не просто ушло на пенсию. А те, кто еще жив, наверняка кое-что забыли.
@Джонни, в электронике произошли большие изменения. Современный сотовый телефон может делать почти все, что может делать инструментальный блок весом 4400 фунтов , но вы не можете просто прикрепить сотовый телефон вместо IU. Вы также не можете построить IU, потому что многие компоненты дискретной логики не производились с 1960-х годов, и прежде чем вы сможете их сделать, вам нужно будет перестроить инструменты для производства полупроводников 60-х годов. .
Электроника, пожалуй, самая простая часть. У нас есть большой опыт в эмуляции старого оборудования, особенно когда логическое поведение задокументировано вплоть до битового уровня. Современный сотовый телефон с соответствующим программным обеспечением действительно может эмулировать этот IU, оставаясь в спящем режиме. Вероятно, он мог бы запускать симуляцию схемы IU в реальном времени.
@MSalters Сколько телефонов вы бы хотели, чтобы работали в проверенном агрегате, прежде чем вы чувствовали себя комфортно, доверяя свою жизнь миллионам строк непроверенного кода в них - строкам, которые ничего не делают для решения проблем навигации или жизнеобеспечения, но могут разбить телефон все равно?
@ zxq9 Zxq9 Я не думаю, что MSalters предлагает буквально использовать мобильный телефон для приборного блока. Дело в том, что с вычислительной точки зрения функциональность IU достаточно проста, чтобы весь компьютер можно было смоделировать на любом современном компьютере.
Верно. С практической точки зрения, радиационно-стойкие процессоры PowerPC в настоящее время являются стандартными частями с точки зрения программного обеспечения и в равной степени способны эмулировать этот IU во время работы, например, VxWorks.
Я не знаю, есть ли что-то, что могло бы понравиться разработчикам IU, чего бы он не делал, что оправдывало бы написание для него всего нового программного обеспечения, но я не удивлюсь. Но я гарантирую , что модернизированный «Аполлон» будет иметь гораздо более сложное и совершенное программное обеспечение наведения.
Другим фактором было бы очень большое количество готовых деталей, которые вошли в ускорители и космический корабль. Клапаны и другая арматура; всевозможные простые электрические детали, такие как реле, разъемы, переключатели; авионика всякая.. правда, что-то из этого было сделано для Аполлона, но что-то было заказано по каталогам, а что-то из этой группы уже нет в наличии. Еще одна причина, по которой вы не можете просто развернуть чертежи и начать заказывать детали и собирать.
@MSalters - Использовать современную электронику вместо оригинала не составляет труда ... но тогда какие конструктивные изменения вы должны внести в структуру ракеты, чтобы учесть гораздо меньшие компоненты? Теперь у вас есть новые, непроверенные компоненты, которые должны выдерживать нагрузки ракеты, а также много пустого пространства, которое раньше было вычислительной мощностью. Так что все это тоже нужно переделывать...
@Bobson Конечно, энергопотребление электроники также обеспечивало столь необходимый нагрев космического корабля (сравните окружающую среду на Аполлоне-13 после того, как они отключили всю теплорассеивающую электронику). Если принять цифры Википедии за чистую монету, то блок IU вырабатывал до 6,7 кВт тепла (имел до 16 охлаждающих пластин на ступень, каждая из которых могла рассеивать 420 Вт). Если вы уберете это, многие другие вещи должны быть переработаны или выиграют от переделки в соответствии с новой температурной средой.
@MichaelKjörling - Точно! Подобные каскадные изменения значительно упрощают редизайн с нуля (или близкий к этому).
Я не возражаю, но предположить, что документация утеряна, это все равно, что сказать: «парень, который знает, где находится Библиотека Конгресса, уже на пенсии». Вот для чего хороши базы данных: для записи местоположения каждой документации. Трудно представить, что документы НАСА не хранятся в упорядоченном виде.
@JoeJobs Документы НАСА хранятся в общедоступных базах данных . Но только НАСА не построило Сатурн V.

Причин несколько:

  1. В наши дни мы можем добиться большего. Сатурн и Аполлон были разработаны в начале 1960-х годов, поэтому в основном использовались ручка и бумага, а также некоторые примитивные компьютерные инструменты. В наши дни CAD можно использовать для создания конструкции, которая работает намного лучше (например, потому что вы можете проектировать детали, близкие к необходимой прочности). Точно так же вы в любом случае захотите заменить всю электронику от Saturn/Apollo современным оборудованием.
  2. Политика. К сожалению, Конгресс США играет большую роль в разработке SLS: выбор компонентов в зависимости от того, где расположены основные производители. АТК — печально известный пример: они расположены в самом неподходящем месте для сборки крупных ракетных компонентов. SRB перевозятся в железнодорожных вагонах из Юты во Флориду, и неизбежные туннели через горный хребет на маршруте определяют максимальную длину и диаметр груза. В результате SRB должны быть построены сегментами, что добавляет слабое место в конструкцию. Тем не менее, твердые усилители ATK появляются на каждом новом дизайне из-за политических факторов.
  3. Производительность. Это больше относится к космическому кораблю, чем к ракете-носителю: «Аполлон» был разработан для коротких полетов на Луну, и его пришлось бы переделывать для поддержки более длительных полетов. Орион также имеет внутренний объем примерно в 3 раза больше, чем Аполлон.
    Редактировать : было несколько предложений использовать Аполлон для более длительных миссий, см. комментарии. Но эти комментарии показывают, что многие системы должны быть изменены для поддержки длительных миссий. Эти миссии также потребовали модернизации третьей ступени S-IVB, чтобы ее топливные баки можно было преобразовать в обитаемое пространство в полете.
Ваши первые два пункта верны, но я не согласен с 3. Saturn V может поднять 120 тонн на LEO, SLS Block I может поднять только 70, даже Block II сможет поднять только 130. Saturn V определенно можно использовать для постройки космический корабль, направляющийся к Марсу. И я добавлю один: 4. Многие из компаний, которые построили различные части и части Saturn V, больше не существуют, поэтому вам нужно найти нового поставщика или, если новых поставщиков нет, перепроектировать эту сборку.
Планировалось использовать «Сатурн-5» для запуска миссии по пилотируемому пролету Венеры . Звучит не так уж и по-другому по сравнению с полетом на Марс.
Эта ссылка также показывает некоторые изменения, которые потребуются для того, чтобы капсула Аполлона работала в течение года. Им пришлось бы перепроектировать многие системы для этого облета Венеры.
Обратите внимание, что предлагаемый облет Венеры не имеет запаса массы ни для посадочного модуля, ни достаточного количества топлива для выхода на венерианскую орбиту и выхода из нее — это 8-месячный полет для визита, измеряемого в часах, вместо недельного полета для День или два на Луне. Трудно увидеть какую-либо причину для такой пилотируемой миссии на Марс, не говоря уже о Венере.
@RussellBorogove Я согласен, это другой тип миссии (облет против посадки), но он показывает, что у Сатурна V действительно была возможность совершать более длительные поездки. Учитывая время на подготовку и желание сделать это, я не понимаю, почему, например, миссия с двумя запусками, когда первоначальный запуск размещает транспортное средство на орбите Венеры для рандевуза и стыковки в стиле Аджены с пилотируемой капсулой, которая вскоре последует не будет сделано. Вам потребуется немного больше топлива для выхода на венерианскую орбиту и выхода из нее, но это может компенсироваться тем, что два транспортных средства вместе позволяют получить гораздо большую (частично недоступную для экипажа) полезную нагрузку.
При желании такой первый запуск может быть всего за несколько дней до пилотируемой части миссии (так что никаких изменений в окнах запуска или дополнительных забот об электронике). Тщательно выбрав соответствующие переходные орбиты, вы могли бы даже спроектировать множество режимов отказа, так что, если стыковка нецелесообразна, миссия станет пролетом, а не орбитальной миссией Венеры, во многом так же, как это было сделано с ранним полетом на Луну Аполлон. миссии, выбирающие траектории свободного возврата Земля-Луна, выходящие на лунную переходную орбиту на случай непредвиденных обстоятельств, если что-то пойдет не так.
Я хочу сказать, что предложение использовать Saturn V для облета Венеры на самом деле не говорит о возможностях SV, так же как New Horizons не демонстрирует, что Atlas V является подходящей пусковой установкой для пилотируемой/орбитальной/посадочной миссии на Плутон.
Почему АТК находится в самом неподходящем месте для сборки крупных ракетных компонентов?
Они находятся в Миннесоте, самой северной части США, почти на одинаковом расстоянии от обоих океанов. Из соображений экваториальной скорости мы запускаем как можно дальше на юг, а из соображений безопасности мы делаем это на атлантическом побережье: Космический центр Кеннеди во Флориде. Тихоокеанский северо-запад находится дальше от Кеннеди, но, по крайней мере, участок на западном побережье предлагает возможность доставки деталей через Панамский канал.
@RussellBorogove Штаб-квартира ATK находится в Миннесоте, но у них есть большое количество объектов, разбросанных по США и Канаде: аэрокосмическая часть бизнеса находится в более чем 20 штатах. Я считаю, что их твердотопливные двигатели на самом деле производятся в Промонтари, штат Юта: см . веб-сайт ATK . Но если бы они были произведены в Миннесоте, их можно было бы перевозить через Великие озера и морской путь Святого Лаврентия.
@DavidRicherby: Или, возможно, вниз по реке Миссисипи до Мексиканского залива.
@ryan: я добавил больше деталей в свой ответ.
Почему бы не дать ATK деньги на строительство завода SRB по соседству с KSC?
Пустыня Юты — отличное место для тестирования SRB. Thiokol (материнская компания ATK, теперь Northrop-Grumman) изначально купила территорию штата Юта для тестирования. Их основной завод находился в Хантсвилле, штат Алабама, пока этот завод не был закрыт примерно в 1996 году.

ПРИМЕЧАНИЕ . Все значения в долларах указаны в текущих ценах с учетом инфляции.

Другая причина, по которой мы не используем Saturn V повторно, — это та же самая причина, по которой он был отменен в первую очередь: стоимость. Предполагается, что SLS будет стоить половину стоимости запуска. Сработает ли это, еще неизвестно.

Сатурн V был дорогим. Программа «Сатурн-5» стоила 47 миллиардов долларов в течение 10 лет за 13 запусков , что составляет примерно 3,6 миллиарда долларов за запуск. Но цифра в 3,6 миллиарда долларов включает затраты на разработку. Без затрат на разработку это всего 1,2 миллиарда долларов за запуск .

Предположение многих людей состоит в том, что мы можем просто стряхнуть пыль с планов и запустить Saturn V, не вкладывая в это никаких денег. Другие ответы касались того, что это невозможно, значительные затраты потребуются на создание новых объектов, воссоздание производственных технологий и реинжиниринг, не говоря уже о значительно возросшей стоимости современной рабочей силы и реинжиниринге до современных пределов безопасности.

Программа SLS утверждает , что они смогут снизить стоимость запуска до 500 миллионов долларов . Многие считают это число фантазией. Возможно, SpaceX сможет, но крупный государственный контракт, скорее всего, разорвется. Тем не менее, это число, которое они продали правительству, и это меньше половины стоимости Saturn V.

Здесь я вхожу в спекуляцию, но, взяв пример с авиации, еще одно соображение заключается в том, сколько места для будущих улучшений осталось в конструкции. Двигатель F-1 был технологией конца 50-х годов. В 60-х годах Saturn V расширял границы технологий. После 13 запусков у НАСА было достаточно опыта работы с ракетой, чтобы сделать запуски максимально эффективными и безопасными. SLS, как новый дизайн, будет иметь много возможностей для улучшения и гибкости. Речь идет не только о том, чтобы доставить нас на Марс, но и о том, чтобы обеспечить США универсальной грузоподъемностью на десятилетия вперед.

Программа Shuttle также утверждала, что она снизит затраты до 657 долларов за фунт (в долларах 2013 года) , тогда как фактические дополнительные затраты составляли около 8000 долларов за фунт в 2011 году и 27000 долларов за фунт при амортизации затрат на разработку и обслуживание. Первоначально предполагалось, что «Шаттл» будет летать раз в неделю, но за 30 лет программы он совершил всего 135 вылетов, в среднем примерно раз в 3 месяца. Так что да, есть веская причина, по которой многие люди считают 500 миллионов долларов за число запусков фантастикой.
@FKEinternet Примечание: Shuttle был разработан для сценария, которого не произошло. «Шаттлом» его называли потому, что он должен был долететь до космической станции «Свобода» . Этой станции никогда не было, в конечном итоге она стала меньшей МКС. Так что шаттлу было не к чему лететь. Ожидаемого темпа запусков, который сделал бы многоразовую конструкцию стоящей, не произошло. Посмотрим, будет ли над SLS достаточно работы и сможет ли он конкурировать с Falcon Heavy. (Винтажное космическое видео на шаттле)
@Schwern, отсутствие космической станции было не единственным сценарием дизайна шаттла, которого не произошло. Он был разработан для обслуживания спутников на орбите (использовался только для Solar Max и Hubble), он был разработан для поиска спутников (четыре раза), он был разработан для одноорбитальных полярных миссий (никогда не случалось) и так далее.
Если бы вы сделали и запустили ракету «Сатурн-5» по той же цене, что и космический шаттл, запущенный НАСА, тогда ракета «Сатурн-5» могла бы запускаться каждые шесть месяцев.

Другой подход может состоять в том, чтобы перестроить Saturn V с помощью современных технологий, не как перестроение один к одному, а, скорее, взять хорошие детали и сделать их лучше.

Например, двигатель Ф-1 первой ступени, (5 б/у, тяга 1,5 млн фунтов) пересматривается как более современная версия с большей тягой. Форсунка была собрана с особой тщательностью. Он состоит из охлаждающих трубок, через которые проходит топливо, чтобы предотвратить его плавление. В настоящее время 3D-печатная версия, хотя и дорогая по капитальным затратам (3D-принтер, такой большой для чего-то вроде Inconel, поражает своей стоимостью), но все же может быть дешевле, чем рабочая сила, необходимая для создания по-старому.

Двигатели J-2 второй ступени (5 б/у, тяга 232 Кл/с) и третьей ступени (1 б/у) были переработаны в J-2X для программы Constellation и затем сняты с производства.

Общий дизайн различных этапов по-прежнему представляет интерес. Даже если совсем конкретных мелочей систем управления нет.

Нет необходимости воспроизводить идентичные компьютерные системы, которые использовались тогда. Современные компьютеры дешевле и их проще программировать, как показала SpaceX, разработав с нуля компьютерную систему управления Falcon 9.

Хитрость заключалась бы в том, чтобы не переделывать ничего, что в этом не нуждается, и не копировать в точности оригинальный дизайн.

Теоретически это может сработать. На практике, если НАСА этим занимается, трудно представить, что это будет экономически эффективным способом.

Вы можете возразить, что это то, что они делают сейчас. Только вместо того, чтобы базировать новую ракету на «Сатурн-5», они основывают ее на «Шаттле» с двигателями, которые намного новее, чем у F-1, поэтому их будет намного легче адаптировать.
@Хоббс Немного. Но форм-фактор и вся аэродинамика меняются и появляются новые SRB (один лишний сегмент, другое топливо и т.д.). Так меньше общего. Если бы они действительно хотели использовать Shuttle, Shuttle C был бы более дешевым способом. Больше никаких затрат на ремонт Orbiter, которые съедали большую часть текущих расходов.
Если бы вы использовали этот подход, вы бы вскоре столкнулись с вопросом, «какие части хороши, а какие нуждаются в улучшении». Чтобы ответить на этот вопрос, вам нужно будет проанализировать каждую часть и углубиться в историю дизайна. У нас все еще есть чертежи окончательных деталей, но зафиксировало ли НАСА, почему деталь была спроектирована такой, какой она была? Т.е. знаем ли мы, с какими проблемами они столкнулись тогда, и дерево решений, которое привело их к выбору решения X вместо Y? Если вы не будете осторожны, вы все равно все перепроектируете.
Никто абсолютно не будет воспроизводить компьютерные системы! Сравнение мощности, безопасности, возможностей ......
Почему бы снова не построить Сатурн V?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v