Ovo je jedno od najčešćih pitanja fanova kosmičkih istraživanja. Nažalost, odgovoriti na njega nije tako jednostavno. Nabrojati najveće rakete nije lako jer to zavisi od mnogih parametara: snage, kapaciteta, težine, itd. Ipak, hajde jednom za svagda da rešimo i taj problem.

Da bi to uradili, proanalizirajmo prvo referentnu tabelu najvećih svemirskih raketa koje je čovek do sada napravio:

 

Obuhvaćene su samo one rakete koje su trenutno u opticaju ili će to uskoro biti (kineska CZ-5), sa izuzetkom „Velike trojke“ (Saturna, N1 i Energije), budući da su to najimpresivnije rakete ikada stvorene, bez kojih bi čitava ova priča bila prilično smešna. Ovde nećemo da se osvrćemo na velike rakete koje više nisu u službi, kao što su Titan IV (sa nosivošću od 17,7 tona), ili na projekte koji su propali u toku kreiranja (UR-700, Ares I, Ares V, Nova, Vulkan (Herkules), Energija II (Uragan), RLA, itd.) ... Dakle, bez daljih ceremonija, pođimo na dodelu nagrada.

Najsnažnije rakete

Ako pretpostavimo da „snaga“ označava potisak koji raketa stvara prilikom uzletanja, onda bi taj parametar mogao a priori da sudi o prestižu letilice. Nažalost, ne može. Naravno, logično je da veća raketa zahteva veći potisak pri startu (inače ne bi mogla da se odlepi od tla), ali taj odnos nije linearan.

Raketni motori su klasifikovani prema nekoliko karakteristika, a najvažniji su potisak i specifični impuls (I_sp[1]). Spec. impuls nam prikazuje efikasnost motora, tako da raketa sa motorom sa malim I_ps može da iznese u orbitu sličan teret kao i efikasniji motor manje snage. I_ps uglavnom zavisi od goriva koje se koristi. Zato kriogeni motori[2] (tečni vodonik (LH2) kao gorivo i tečni kiseonik (LOX) kao oksidator) imaju veći I_ps od onih „keroloksnih“ (kerozin i tečni kiseonik), koji su, opet, bolji od hipergoličnih motora[3] (hidrazin i azot-tetroksid). Svi motori na čvrsto gorivo su daleko ispod, sa vrlo malim I_ps. Mnoge rakete prilikom lansiranja koriste na prvom stepenu motore na čvrsto gorivo velikog potiska (busteri spejs-šatlova ili Ariane 5), ali to zahteva upotrebu kriogenih motora na narednim stepenima da bi se kompenzovao krajnji specifični impuls. Ako pogledamo rakete bez posade koje su trenutno u službi, videćemo da Delta IV Heavy ima jedan od najslabijih potisaka, ali je jedna od onih sa najvećim tovarnim kapacitetom. To je zato što su svi stepeni Delte IV Heavy kriogeni, tj. imaju visok I_sp.

Još jedna stvar koja pada u oči prilikom gledanja tabele je zadivljujući potisak i snaga velike sovjetske rakete iz šezdesetih godina, N1. Preciznije obrazloženje će uslediti u poslednjoj kategoriji za dodeljivanje madalja, ali dovoljno je reći da joj je veliki potisak bio potreban da bi se kompenzovao nepovoljni geografski položaj kosmodroma Bajkonur.

Dakle, ne, potisak nije najvažnija karakteristika raketa, ali nas to neće zaustaviti u dodeljivanju medalja. Pored toga, treba imati na umu da potisak pri lansiranju, kao uostalom i ostale kategorije, značajno varira u zavisnosti od izvora informacija. Pored mogućih grešaka, razlike nastaju zbog toga što mnogi autori koriste podatak o potisku motora prvog stepena u vakuumu, koji je uvek veći od onoga na nivou mora. Sledeći uzrok razlika se krije u tome što se često koriste podaci o potisku objavljeni u specifikacijama sistema a ne oni pravi, izmereni prilikom samog lansiranja. Dok se podaci iz specifikacija veoma često publikuju i objavljuju na netu za svaku posebnu raketu, dotle je izmereni potisak podatak koji se ne objavljuje tako često. Mora se voditi računa i o tome da je, neračunajući komercijalne rakete (Delta, Atlas, Proton, Sojuz, itd.), ukupan broj lansiranih džinovskih raketa bio vrlo mali, i da je prosečna vrednost njihovog potiska bila veoma disperzivna. Naprimer, sve rakete tipa Saturn V imale su različiti potisak prilikom lansiranja, naročito posle Apolla 15, kada je potisak prvog stepena sa 33.800 kN povećan na 34.600 kN.

 

Tokom lansiranja, potisak motora varira čak i kod jedne rakete. Ovde su prikazani potisci Saturna V u misijama Apolla 8 (gore) i Apolla 15 (dole) tokom početnih faza lansiranja. [OECO – Outboard Engines Cutoff. 1 mill. pounds = 454.000 kg.]

U najvećem broju slučajeva, zlatna medalja za najsnažniju raketu uvek je išla sovjetskoj N1 (11A52). Sa potiskom od preko 44.000 kN (oko 4.500 tona) koje je stvaralo 30 keroloksnih motora NK-15 (11D51), to je bila i ostala najjača raketa ikada lansirana. Nažalost, sva njena 4 lansiranja završena su krahom (poslednje novembra 1972.), pokopavši tako sovjetski lunarni program sa ljudskom posadom N1-L3 (rus. Н1-Л3). Drugo mesto i srebrnu medalju uzela je još jedna ruska raketa iz „onih“ vremena, Energija (11K25), sa potiskom od preko 35.000 kN[4].

Petostepena N1 je raketa sa najvećim potiskom u istoriji, iako je ona bila kratkog veka. Imala je veći potisak od Saturna V, ali manji tovarni kapacitet (nosivost).

30 raketnih motora NK-15/33 objedinjena u dva prstena na prvom stepenu („Блок А“) rakete N1. U prvom prstenu je 24, а u drugom 6 motora. Stepen je imao i 4 stabilizatora za upravljanje, čiji dizajn su kasnije koristile sovjetske vazduh-vazduh rakete. Uoči ljude u podnožju.

Komparativna tabela motora na tečno gorivo koje se kristi u ranim fazama lansiranja.

Najveća raketa

Kažu da možda u sexu nije ali u astronautici – veličina jeste bitna. Dimenzije rakete lako je izmeriti. Zato možemo da kažemo da je to dobar kriterijum da odaberemo finaliste, zar ne? Nažalost, odgovor je opet odrečan. Konačna veličina rakete zavisi od arhitekture koja je odabrana za njenu konstrukciju. Naprimer, raketa Energija je imala visinu od 60 metara, ali njena nosivost je bila mnogo veća nego N1, iako je ova bila visoka 105 metara. Uzrok ovog očiglednog paradoksa leži u konstrukciji svake rakete. Energija je nosila svoj teret sa strane, kao šatl[5], a ne na vrhu kao druge tradicionalne rakete. Pored toga, upotrebljen je tzv. višeblokovni dizajn, gde su četiri Zenit bustera prvog stepena[6] okruživala (pogledaj sliku) četvoromotorni centralni stepen (kao kod Sojuza), tako da je čitava raketa bila mnogo kompaktnija a samim tim i niža.

Ali treba imati na umu da dužina nije jedini kriterijum, već da je i širina takođe merilo veličine. I spejs-šatlovi i Energija-Buran su imali lansirne konfiguracije velikih širina, ali je to bilo zbog krila njihovih orbitera. Pošto krila ne igraju nikakvu značajniju ulogu tokom lansiranja, sigurno ne bi bilo fer da ih računamo prilikom dodele medalja.

Dakle, najviša raketa ikada napravljena bila je Saturn V za Apollo misije (Skylab Saturn V je bila niža), sa dužinom od 110,6 metara, a pratila ju je sovjetska N1 sa 105 metara. Raketa sa najvećim prečnikom bila je Energija, sa prečnokom prvog stepena od oko 20 metara.

Visinsko upoređivanje dve rakete sa najvećim visinama u istoriji, Saturna V i N1.

Sovjetska raketa Energija imala je najveći prečnik od svih ikada napravljenih. Imala je samo dva lansiranja: 15. maja 1987. (teret: Poljus) i 15 novembra 1988. (teret: Buran).

Najteža raketa

Sigurno razmišljate o tome kako ovaj parametar svakako mora da bude objektivan. Ne zavisi ni od dizajna stepeni niti od drugih promenljivih, tako da bi trebalo da bude idealna karakteristika za sud o veličini rakete. Nevolja je u tome što titula „najteža raketa“ ne mora nužno da bude nešto čime se treba ponositi. Recimo, Energija je pri lansiranju bila za oko 500 tona lakša od N1, ali je u isto vreme mogla da u orbitu iznese 10-15 tona više korisnog tereta. Pod uslovom da su obe rakete lansirane sa istog mesta, sa Bajkonura. Centralni stepen Energije koristio je kriogeno gorivo, dok je raketa N1 koristila keroloks (sa manjim I_sp) pa joj je i nosivost bila manja. N1 je bila proizvedena prema tehnologiji iz šezdesetih, tako da joj je struktura bila neuporedivo teža od Energijine. Na kraju, zapamtite da je na startu težina svake rakete uvek nešto drugačija od prethodne iste takve rakete.

Međutim, u nastavku dodeljivanja nagrade u ovoj kategoriji, da kažemo i poslednju reč: najteža letilica koja je uzletela sa naše planete bila je fon Braunova raketa za Mesec, Saturn V, sa 3.040 tona kod lansiranja. U poslednjim misijama težina je pala na ispod 3.000 tona, ali i dalje je ta raketa rekorder. Drugo mesto zauzima Koroljevljeva N1, sa više od 2.800 tona.

Raketa Saturn V je bila rekorder po težini pre lansiranja. Bila je za 200 tona teža od svog sovjetskog suparnika.

Raketa N1 u fazi postavljanja u startnu poziciju (naravno, bez goriva, da bi bila lakša. Preko 10% goriva je uspevalo da ispari u ključanju pre lansiranja.). Njen razvoj je počeo 4 godina nakon Saturna V.

Rakete sa najvećom tovarnom nosivošću

Konačno, možete pomisliti, ovo je prava karakteristika koja nam govori o jednoj raketi. Šta nas briga za njihove dimenzije ili težine, jer ono što nas stvarno interesuje jeste količina tereta koju jedan „lančer“ može da ponese u orbitu. Nažalost, mada je, priznajem, ovo najvažniji parametar, njega je i najteže izračunati. Prvo, treba imati na umu da kapacitet zavisi od lokacije lansirne rampe. Da bi odneli u orbitu najteži teret, treba da iskoristimo najveću moguću rotacionu brzinu naše planete, tako da što je rampa bliža ekvatoru, veća je i njena nosivost. Ali iz političkih, strateških i geografskih razloga, vrlo je teško izvesti lansiranje baš sa ekvatora. Trenutno, samo rakete serije „Zenit 3SL“ multinacionalne kompanije Sea Launch uzleću sa ekvatora, i to uz pomoć lansirne platforme usidrene u sred Tihog okeana, o čemu sam baš nedavno pisao. Takože imajte na umu da većina komercijalnih raketa (Proton, Delta IV, Atlas V, itd.) nisu planirane za nisku orbitu oko Zemlje (LEO) već za nošenje satelita na geostacionarnu orbitu[7] (GEO), koja idealna lokacija za tako nešto.

U ovoj konkurenciji, Sovjeti odn. Rusi su u znatno nepovoljnijoj poziciji od Sjedinjenih Država. Dok se Kenedijev svemirski centar nalazi na geografskoj širini od 28° (za toliko je iznad ekvatora), dotle je bajkonurski kompleks na 46°[8]. Budući da nije moguće lansirati satelite u orbitu sa manjim nagibom od geografske širine Bajkonura (bez skupih manevara izmene orbitne ravni), SSSR je bio prinuđen da gradi rakete veće snage od Amerikanaca, čak i kada su nameravali da ponesu isti teret. Naprimer, Sojuz-2.1b je u stanju da ponese 2,4 tone u geostacionarnu transfernu orbitu (GTO) nagnutu 51°, ali se nosivost povećava na 3 tone ako se lansiranje vrši iz Francuske Gijane (koja se nalazi na širini 5°).

Kao da sve to nije dovoljno, nosivost rakete je vrlo osetljiva na visinu orbite. Naprimer, Saturn V je mogao da ponese maksimum 118 tona na orbitu visine 185 km i nagiba 28°, što je bilo prenisko za bilo kakvu upotrebu sem za potrebe lunarnih misija. Ako merimo sposobnost Saturna V da teret popne na visinu od 300-400 km, tipičnu visinu za današnju ISS, njena nosivost bi se smanjila na oko 110 tona, što bi onda bilo vrlo blizu sovjetskoj Energiji. Takođe je tačno da je težina trećeg stepena Saturna V (S-IVB) i Apollovog kompleta (komandnog modula CSM i lunarnog modula LM) u orbiti pre uvođenja na translunarnu trajektoriju[9] (TLI) iznosila 130-140 tona, ali i da je samo Apollo odlazio na put dok je ostatak ostajao na parkirnoj orbiti. Visina parkirne orbite je bila vrlo niska (150-190 km), te se ova cifra ne mogu smatrati pravom merom sposobnosti Saturna V, jer nemamo stabilnu orbitu (već posle nekoliko sati ili dana orbita će se usled kočenja atmosfere početi da spušta a kosmički brod će ući u atmosferu i izgoreti).

Specifikacija nosivosti tereta na LEO orbitu za univerzalnu raketu Proton-M/Briz-M u funkciji nagiba i visine orbite.

Nosivost spejs-šatlova zaslužuje posebno poglavlje. Sistem STS (Space Transportation System), kako su se zvanično zvali šatlovi, projektovan je tako da teret nosi u posebnom tovarnom prostoru orbitera. U originalu, bio je projektovan da za potrebe Pentagona u orbitu ponese do 30 tona tereta, ali nakon incidenta sa Challengerom taj iznos je iz bezbednosnih razloga smanjen na 24,4 tone (sa većim teretom šatl ne bi mogao bezbedno da se spusti u slučaju opasnosti tokom lansiranja). Međutim, operativni limit u misijama vezanim za ISS (orbite od 51°) bliži je cifri od 20 tona. Koliko znam, rekordni teret je poneo šatl STS-93 Columbia – 22.584 kilograma (bila je to rentgenska opservatorija Chandra i njen dodatni stepen).

Ako bi do kraja bili fer, trebali bi da merimo sposobnost ovog sistema da odnese u orbitu bilo koji korisni teret, a onda bi se u to računala i težina samog orbitera. Ako tako računamo, onda je nosivost STS sistema veća od Saturna V. Težina orbitera je varirala između 85 i 114 tona (u zavisnosti od OMS i RCS sistema[10], prateće opreme, količine hrane i vode, itd.), čemu je dodata težina u tovatnom prostoru (težina praznog orbitera, bez goriva, kiseonika, hrane, vode i sl. je oko 78 tona). Naravno, nemožemo baš tako jednostavno da sabiramo, jer orbiter težak 114 tona ne može da nosi puno tereta u svom prtljažniku. U svakom slučaju, ukupna težina u orbiti u jednoj šatl misiji, uključujući orbiter plus korisni teret, iznosila je oko 120 tona. Naravno, to ne znači da neke teretne verzije, koje su trebale da se zasnivaju na tehničkim rešenjima šatla (SD-HLV, Direct, Shuttle-C, itd.), ne bi mogle da prestignu Saturn V ali ne bez velikih prepravki, što bi svakako uticalo i na težinu samog tovarnog prostora i celokupne strukture. U svakom slučaju, čak ni tada ne bi u nisku orbitu moglo lako da se odnese više od 71-90 tona korisnog tereta.

STS sistem je sve do letos bio najsnažniji lansirni sistem, ali je nakon toga povučen iz upotrebe.

Slična situacija je bila i sa sistemom Energija-Buran. Maksimalna težina orbitera bila je 105 tona (Buran je za oko 13 tona bio lakši od šatlova jer nije posedovao SSME motore), ali je u orbitu u „gepeku“ mogao da ponese čak 30 tona, što je zavisilo od konfiguracije. S druge strane, za razliku od šatlova, Energija je služila baš kao noseća raketa. Iz tog razloga procenjujemo da je maksimalna nosivost Energija bila oko 110 tona, mada su se sovjetski inženjeri kleli da bi dostigli i 140 tona uz minimalne modifikacije same rakete.

Lansirni sistem Energija-Buran je mogao da u LEO orbitu odnese čitavih 110 tona. Na slici se lepo vidi jedna od glavnih konceptualnih razlika između šatlova i Burana: Buranovi motori nisu služili za pogon sistema. To i jeste razlog zašto je Buran bio lakši od šatlova.

Uzevši sve ovo u obzir, pobednik u ovoj kategoriji je raketa Saturn V, sposobna da u nisku orbitu odnese 118 tona. Ustvari, teorijski limit za ovu raketu je verovatno negde oko 130 tona, za šta su bile neophodne neke promene u dizajnu. Ali ako želimo pohvale za fer-plej, onda bi legendarni Apollo nosač trebalo da podeli prvo mesto sa Energijom. U konačnim analizama, krunski kamen sovjetskog svemirskog programa lako pretekao bi američki Saturn samo da je mogao da bude lansiran sa Cape Canaverala.

Raketa Saturn V je mogla da u nisku orbitu oko Zemlje podigne najveći teret u istoriji.

Da je mogla da bude lansirana sa lociranih rampi bližih ekvatoru, Energija-Buran bi lako pretekli po nosivosti američku lunarnu raketu-nosač Saturn V.

Utešne nagrade

Pre nego što neko pokvari ceremoniju dodele nagrada opaskom da sve te rakete više ne postoje, predlažem da uvedemo još nekoliko kategorija: recimo, najveći savremeni lansirni sistem, sa najvećom nosivošću i potiskom, a to je svakako spejs šatl. Ali ni oni već 4 meseca ne lete ...

Svaki od 6 proizvedenih čatlova je neosporno bio moćna mašina.

 

Savremena raketa bez posade sa najvećim tovarnim kapacitetom koji može da iznese u nisku orbitu oko Zemlje. To je Delta IV Heavy (Delta 9250H), mada su Proton-M i Ariane 5 skoro jednake nosivosti (oko 21 tone).

Raketa koja može da odnese najviše tereta na geostacionarnu transfernu orbitu (GTO): pobednik je opet Delta IV Heavy, sa 13 tona. Prate je Ariane 5 ECA (sa 10,5 t), Atlas V 500 (8,7 t), Proton-M/Briz-M (6,36 t) i Zenit-3SL (6,18 t). U ovom slučaju razlika je veća jer lansiranje na GTO orbitu u mnogome zavisi od udaljenosti lansirne rampe od ekvatora.

Boeingova raketa Delta IV Heavy (Delta 9250H). Sa strane ima po jedan buster (CBC) pokretan sa po jednim Rocketdynovim motorom RS-68. Bili su to prvi raketni motori na tečno gorivo proizvedeni u SAD još od šatlovih motora SSME proizvedenih 20 godina ranije.

Savremena raketa bez posade sa najvećom težinom i sa najvećim potiskom: Ariane 5, opremljena sa dva velika bustera na čvrsto gorivo, EAP.

Ariane 5 je raketa sa trenutno najvećim potiskom među raketama bez ljudske posade.

Nakon povlačenja iz upotrebe šatlova ovog leta, raketni sistemi Proton-M, Atlas V, Delta IV i Ariane 5 postali su najjači na svetu, svi sa približno istom nosivošću tereta na LEO orbitu. Ove godine Kina je trebalo da predstavi svoju raketu nove generacije Dugi Marš 5 (CZ-5, ili Čangženg 5, 长征5号), sposobne da u LEO ponese 25 tona. Za to vreme, Rusija razvija porodice Rus-M (ovaj program je naprasno u oktobru 2011. otkazan) i Angara, slične nosivosti od 25 do čak 40 tona. Angara 5A bi na LEO orbitu visine 200 km trebalo da ponese 24,5 tona, dok je nesuđena Rus-MP, koja je trebalo da nosi kapsulu sa ljudskom posadom, PPTS, trebalo da nosi 23,8 tona. Obe porodice imaju u planu i teže predstavnike, koji će moći da u orbitu ponesu i više od 30 tona.

Sjedinjene Države se nalaze u kritičnim vremenima. Obamina administracija je po kratkom postupku otkazala Nasin program Constellation, zajedno sa raketama Ares I i Ares V. Pritisak pojedinih krugova na Nasu da ne napušta objekte za konstruisanje Apolla i šatlova ne popušta, ali odobrenje za izgradnju teškog šatla SD-HLV još nije stiglo. Ako do toga dođe, SD-HLV će svakako biti najjača raketa u sledećoj deceniji. Nadamo se da to neće ostati samo mrtvo slovo na papiru.

SD-HLV (Shuttle-Derived Heavy Lift Launch Vehicle) je još uvek samo predlog za nastavak Constellation programa iz 2009. Umesto šatla, spolja bi bio obešen beskrilni nosač tereta.