Нова: Американские проекты сверхтяжёлых ракет-носителей.

Введение

Предлагаемая американская сверхтяжёлая ракета-носитель, серия ракетных конструкций NASA.

Nova – это серия ракетных конструкций NASA, предложенных как до, так и после ракеты Saturn V, использовавшейся в программе Apollo. Nova была первым крупным пусковым аппаратом, предложенным NASA в 1958 году, для миссий, аналогичных тем, для которых впоследствии использовался Saturn V. Конструкции Nova и Saturn V были очень близки по базовой концепции, мощности, размерам и функциям. Различия были незначительными, но практическими, и Saturn V был в конечном итоге выбран для программы Apollo, главным образом потому, что он в большей степени позволял использовать существующие мощности и мог быть готов к старту несколько раньше. В ходе ряда исследований после программы Apollo в конце 1960-х годов, при рассмотрении пилотируемой миссии на Марс была выявлена потребность в ракетах-носителях, значительно превосходящих по размерам ракеты Apollo, и была разработана новая серия конструкций с использованием до восьми двигателей Rocketdyne F-1 под названием Nova (наряду с Saturn MLV). Изображение Nova C8 обычно используется как представитель всей серии Nova, и многие упоминания Nova относятся конкретно к этим послеаполлонским версиям. Фактически, обе серии конструкций были отдельными, но носили одно и то же название. Таким образом, "Nova" не относится к конкретной конструкции ракеты, а скорее к ракете, в большинстве случаев превосходящей Saturn V по размерам. Nova – это название, которое NASA использовало в начале 1960-х годов для обозначения сверхтяжёлого ускорителя с тягой от 10 до 20 миллионов фунтов.

Лунные ракеты

Первая серия Nova была разработана собственными силами в NASA в 1958 году. В рамках этого проекта рассматривались несколько вариантов, наименьший из которых включал четыре F-1 на первой ступени и J-2 на верхних. Эта конструкция позволяла вывести 24 тонны на траекторию полёта к Луне. Эти проекты были представлены президенту Дуайту Эйзенхауэру 27 января 1959 года. Проекты Nova были не единственными лунными ракетами, которые рассматривались в то время. ВВС США разрабатывали свой проект Lunex, включавший мощную ракету-носитель с кластером твердотопливных ракет на первой ступени и верхними ступенями с жидководородными двигателями J-2 или M-1. Тем временем, на армейском полигоне Редстоун, Вернер фон Браун разрабатывал свой проект "Юнона V", использующий кластер двигателей и баков, связанных с ракетами Jupiter и Redstone, для первой ступени и ракету Titan I в качестве второй. В 1959 году армия решила прекратить разработку крупных носителей, в которых не испытывала немедленной потребности, и передала команду фон Брауна в NASA. В результате NASA осталось с двумя крупными проектами носителей: собственной Nova и недавно переименованным фон Брауном Saturn ("после Юпитера"). В течение следующих двух лет конкурирующие исследования NASA и ВВС продолжались, но сразу после призыва президента Джона Ф. Кеннеди к высадке на Луну до конца десятилетия, NASA получило задание, и работа над Lunex была прекращена. Изначально NASA проектировала Nova для миссии "прямого восхождения", в которой единый большой космический корабль выводился на околоземную орбиту, а затем, перейдя на окололунную орбиту, совершала прямую посадку на Луну и взлёт, без необходимости сближения и стыковки с несколькими космическими аппаратами, что на тот момент считалось сложной и непроверенной технологией. Это значительно увеличивало взлётную массу космического аппарата. Фон Браун предпочитал схему, при которой космический корабль собирался бы на околоземной орбите, что уменьшало массу, необходимую для каждого отдельного запуска. Однако, по мере изучения систем, необходимых для миссии, стало ясно, что они будут намного тяжелее, чем предполагалось изначально; существующие конструкции Nova были слишком малы, а для вывода всех частей и топлива на орбиту оригинальной конструкции Saturn потребовалось бы до пятнадцати запусков. После этого последовала переработка обоих планов. Nova по-прежнему ориентировалась на схему прямого восхождения, требующую максимальной грузоподъёмности. Самым мощным из получившихся "нормальных" вариантов, 8L, было восемь двигателей F-1 на первой ступени, и он мог вывести 68 тонн на траекторию полёта к Луне. В других вариантах серии двигатели F-1 заменялись крупными твердотопливными ускорителями, а в других изучались ядерные ракетные двигатели для верхних ступеней. Грузоподъёмность на Луну для различных моделей варьировалась от 48 до 75 тонн. Также изучались несколько модернизированных Saturn. Оригинальный проект Saturn доктора фон Брауна стал моделью A-1, а A-2 заменила ракету Titan ракетой Jupiter. Более мощная модель B-1 использовала кластер ракет Titan для своей второй ступени, но в остальном была похожа на A-1. Более "радикальные" предложения, требующие новых двигателей, были объединены в "серию C". C-1 была похожа на A-1, но использовала новые верхние ступени, разработанные на основе двигателей Titan, а аналогичная C-2 использовала новые верхние ступени с двигателями J-2. C-3 – C-5 использовали те же верхние ступени с двигателями J-2, но добавили новую первую ступень с тремя, четырьмя или пятью двигателями F-1 (отсюда и названия). Доктор фон Браун по-прежнему отдавал предпочтение схеме сближения на околоземной орбите (EOR), но на этот раз на основе двух Saturn C-3. Дискуссия между различными подходами достигла кульминации в 1961 году, и результат оказался неожиданным для обеих команд. Вместо прямого восхождения или сближения на околоземной орбите рабочая группа выбрала третий вариант – сближение на окололунной орбите (LOR). LOR требовал массы, примерно находящейся между Saturn C-3 и Nova 8L. После изучения того, что потребуется для модификации любого из носителей под новое требование в околоземной орбите (LEO), стало ясно, что Saturn C-5 будет лучшим решением. Модель C-2 также будет построена в качестве испытательной системы, выводя на орбиту отдельные узлы для лётных испытаний до готовности C-5. Основным фактором, определившим выбор Saturn вместо Nova, было то, что Saturn C-5 можно было построить на существующем заводе недалеко от Нового Орлеана, позже известном как Michoud Assembly Facility, в то время как для более крупной Nova потребовалось бы строительство новых заводов. Исследования серии Nova продолжались до 1962 года в качестве резервного варианта Saturn, но в конечном итоге были прекращены, поскольку схема LOR на основе Saturn стала определяющей.

The first Nova series was designed in house at NASA in 1958. This project examined several designs, the smallest having four F 1s in the lower stage and J 2s in the uppers. This design placed 24 tons in a lunar injection trajectory. These designs were presented to President Dwight D. Eisenhower on January 27, 1959. The Nova designs were not the only lunar rockets being considered at the time. The U. S. Air Force was in the process of defining its Lunex Project, including a massive booster design using a cluster of solid fuel rockets in the lower stage with liquid hydrogen powered uppers mounting the J 2 or M 1. Meanwhile, at the US Army's Redstone Arsenal, Wernher von Braun was developing his "Juno V" design, using a cluster of Jupiter and Redstone related engines and tanks for a lower stage, a Titan I missile as the second stage. In 1959 the Army decided it was no longer interested in developing large boosters, for which it had no immediate need, and it passed von Braun's team over to NASA. This left NASA with two large booster designs: its own Nova, and von Braun's recently renamed Saturn ("the one after Jupiter"). Over the next two years the competing NASA and Air Force studies continued, but immediately following President John F. Kennedy's call to reach the Moon before the end of the decade, NASA was given the mission and work on Lunex ended. Originally, NASA had designed Nova for the "direct ascent" mission profile, in which a single large spacecraft would be placed in Earth orbit, and after transferring to a lunar orbit, would land directly on the Moon and take off without the need for rendezvous and docking with multiple spacecraft, which was as yet untried and perceived to be difficult. This greatly increased the liftoff mass of the space vehicle. Von Braun favored a profile that built up the spacecraft in Earth orbit, which reduced the launch mass needed for any one launch. However, as studies into the spacecraft needed for the mission started, it became clear that the systems would be much heavier than initially suspected; the existing Nova designs were too small, and the original Saturn design would need up to fifteen launches to put all the parts and fuel into orbit. A redesign of both plans followed. Nova was still targeting the direct ascent approach, which required the most lift capacity. The most powerful of the resulting "normal" designs, the 8L, included eight F 1's in the lower stage and placed 68 tons in a translunar trajectory. Other designs in the series replaced the F 1s with large solids, while others studied nuclear rocket engines for the upper stages. Lunar payload for the various models varied between 48 and 75 tons. A number of upgraded Saturns were also studied. Dr. von Braun's original Saturn design became the A 1 model, while the A 2 replaced the Titan missile with a Jupiter. The more powerful B 1 model used a cluster of Titans for its second stage, but was otherwise similar to the A 1. More "radical" proposals, those requiring new engines, were lumped together in the "C series". C 1 was similar to the A 1, but used new upper stages derived from Titan engines, while the similar C 2 used new J 2 powered upper stages. C 3 through C 5 used the same J 2 powered uppers, but added a new first stage powered by three, four, or five F 1 engines (hence the names). Dr. von Braun's favored approach remained Earth Orbit Rendezvous (EOR), but this time based on two Saturn C 3's. The debate between the various approaches came to a head in 1961, and the outcome was unexpected by both teams. Instead of either the direct ascent or Earth orbit rendezvous, the working group instead selected a third option, Lunar Orbit Rendezvous (LOR). LOR had a mass requirement about midway between the Saturn C 3 and Nova 8L. After studying what would be required to modify either booster to the new requirement of about in low Earth orbit (LEO), it seemed that the Saturn C 5 would be the best solution. The C 2 model would also be built as a testbed system, launching subassemblies into orbit for flight testing before the C 5 would be ready. The main determinant in selecting the Saturn over the Nova was that the Saturn C 5 could be built in an existing factory outside New Orleans, later known as the Michoud Assembly Facility, while the larger diameter Nova would need new factories to be built. Studies on the Nova series continued into 1962 as a backup for Saturn, but were eventually ended as the Saturn based LOR profile became ingrained.

Марсовые ракеты

Продолжая программу «Аполлон», конструкторы NASA начали изучать свои потребности в пост-аполлоновскую эпоху, и стало очевидно, что следующим «логичным» шагом будет пилотируемая миссия на Марс. Для этой задачи ракета-носитель «Сатурн-V» была слишком мала, и началась вторая серия проектных исследований Nova для ракет-носителей, запланированных к 1977 году и способных выводить грузы на низкую околоземную орбиту (LEO). В отличие от первоначальной серии Nova, разработанной NASA, новые проекты изучались по контракту крупными аэрокосмическими компаниями, не получившими крупных контрактов, связанных с программой «Аполлон», а именно General Dynamics и Martin Marietta. Филип Боно из Douglas Aircraft также решил представить свои собственные незапрошенные предложения. Все компании представили широкий спектр проектов. Многие из них базировались на существующей технологии, соответствующим образом увеличенной. Например, наименьший проект Martin, 1B, использовал четырнадцать двигателей F-1 на первой ступени и имел полезную нагрузку на LEO в [значение отсутствует в оригинале]. Они также предложили ряд «передовых» конструкций, использующих новейшие (неразработанные) технологии, в частности, двигатели с аэродинамической форсажной камерой. Концепция Nova C8 была почти идентична предложенной «Saturn C-8»; различия заключались в схеме ступеней и расположении стабилизаторов первой ступени. Вскоре после представления предложений стало ясно, что финансирование после программы «Аполлон» будет значительно меньше. В 1964 году NASA отказалось от планов Nova.