Astăzi, mulți dintre noi știm sau cel puțin am auzit de familia companiei private SpaceX de vehicule de lansare parțial reutilizabile. Datorită succesului companiei, precum și a personalității fondatorului, Elon Musk, care însuși devine adesea eroul fluxurilor de știri, rachetele Falcon 9, SpaceX și zborurile spațiale în general nu părăsesc paginile presei internaționale. În același timp, Rusia a avut și încă are propriile sale dezvoltări și nu mai puțin interesante proiecte de rachete reutilizabile, despre care se știe mult mai puțin. Răspunsul la întrebarea de ce se întâmplă acest lucru este evident. Rachetele Ilona Mask zboară în mod regulat în spațiu, iar rachetele rusești reutilizabile și parțial reutilizabile sunt până acum doar proiecte, desene și imagini frumoase în prezentări.
Spațiul se lansează astăzi
În zilele noastre, putem spune cu siguranță că Roskosmos a ratat la un moment dat subiectul rachetelor reutilizabile, având în mâinile sale dezvoltări și proiecte care erau înaintea altor țări de câțiva ani. Toate proiectele de rachete reutilizabile rusești nu au fost niciodată finalizate, neimplementate în metal. De exemplu, vehiculul de lansare Korona reutilizabil într-o singură etapă, dezvoltat din 1992 până în 2012, nu a fost niciodată adus la concluzia sa logică. Vedem deja rezultatul acestui calcul greșit în dezvoltare. Rusia și-a pierdut în mod serios pozițiile pe piața comercială de lansare a spațiului comercial odată cu apariția rachetei americane Falcon 9 și a variantelor sale și este, de asemenea, grav inferioară în ceea ce privește numărul de lansări spațiale realizate pe an. La sfârșitul anului 2018, Roscosmos a raportat 20 de lansări spațiale (una nereușită), în timp ce în aprilie 2018, într-un interviu cu TASS, șeful Roscosmos, Igor Komarov, a spus că este planificată realizarea a 30 de lansări spațiale de către sfarsitul anului. Liderul de la sfârșitul anului trecut a fost China, care a efectuat 39 de lansări spațiale (una nereușită), pe locul al doilea s-a situat Statele Unite cu 31 de lansări spațiale (niciunul nereușit).
Vorbind despre zborurile spațiale moderne, este necesar să înțelegem că, în costul total al lansării unui vehicul de lansare modern (LV), principalul element de cheltuială este racheta în sine. Corpul său, rezervoarele de combustibil, motoarele - toate acestea zboară pentru totdeauna, arde în straturile dense ale atmosferei, este clar că astfel de cheltuieli irecuperabile transformă orice lansare a unui vehicul de lansare într-o plăcere foarte scumpă. Nu întreținerea spațiilor spațiale, nu combustibilul, nu lucrările de asamblare înainte de lansare, ci prețul vehiculului de lansare în sine, este elementul principal al cheltuielilor. Un produs tehnologic foarte complex al gândirii inginerești este folosit timp de câteva minute, după care este complet distrus. Bineînțeles, acest lucru este valabil pentru rachetele de unică folosință. Ideea utilizării vehiculelor de lansare recuperabile se sugerează aici singură, ca o șansă reală de a reduce costul fiecărei lansări spațiale. În acest caz, chiar și întoarcerea doar a primei etape reduce costul fiecărei lansări.
Aterizarea primei etape returnabile a vehiculului de lansare Falcon 9
Este o schemă similară care a fost pusă în aplicare de miliardarul american Elon Musk, făcând prima etapă recuperabilă a vehiculului de lansare greu Falcon 9. În timp ce prima etapă a acestor rachete este parțial recuperabilă, unele încercări de aterizare se încheie cu eșec, dar numărul de debarcările eșuate au scăzut la aproape zero în 2017 și 2018. De exemplu, anul trecut a existat un singur eșec pentru fiecare 10 aterizări reușite din prima etapă. În același timp, SpaceX a deschis și noul an cu o aterizare cu succes a primei etape. Pe 11 ianuarie 2019, prima etapă a rachetei Falcon 9 a aterizat cu succes pe o platformă plutitoare, în plus, a fost reutilizată și mai devreme a lansat satelitul de comunicații Telestar 18V pe orbită în septembrie 2018. În zilele noastre, astfel de etape primare returnabile sunt deja un fapt împlinit. Dar când reprezentanții companiei spațiale private americane au vorbit doar despre proiectul lor, mulți experți s-au îndoit de posibilitatea implementării sale cu succes.
În realitățile de astăzi, prima etapă a unei rachete Falcon 9 de clasă grea în unele lansări poate fi utilizată într-o versiune de reintrare. Luând a doua etapă a rachetei la o înălțime suficientă, aceasta se separă de aceasta la o altitudine de aproximativ 70 de kilometri, decuplarea are loc la aproximativ 2,5 minute după lansarea vehiculului de lansare (timpul depinde de sarcinile specifice de lansare). După separarea de LV, prima treaptă, utilizând sistemul de control al atitudinii instalat, efectuează o mică manevră, evitând flacăra motoarelor din a doua treaptă de lucru și întoarce motoarele înainte în pregătirea celor trei manevre principale de frânare. La aterizare, prima treaptă folosește propriile motoare pentru frânare. Este demn de remarcat faptul că etapa returnată își impune propriile restricții asupra lansării. De exemplu, sarcina utilă maximă a unei rachete Falcon 9 este redusă cu 30-40 la sută. Acest lucru se datorează necesității de a rezerva combustibil pentru frânare și aterizare ulterioară, precum și greutății suplimentare a echipamentului de aterizare instalat (cârme de rețea, suporturi de aterizare, elemente ale sistemului de control etc.).
Succesele americanilor și marile serii de lansări de succes nu au trecut neobservate în lume, ceea ce a provocat o serie de declarații despre începerea proiectelor folosind reutilizarea parțială a rachetelor, inclusiv întoarcerea amplificatorilor laterali și prima etapă înapoi pe Pământ. Reprezentanții Roscosmos au vorbit și ei despre acest scor. Compania a început să vorbească despre reluarea lucrărilor privind crearea de rachete reutilizabile în Rusia la începutul anului 2017.
Lansați vehiculul "Korona" - vedere generală
Rachetă Korona reutilizabilă și proiecte anterioare
Este demn de remarcat faptul că ideea rachetelor reutilizabile a fost studiată înapoi în Uniunea Sovietică. După prăbușirea țării, acest subiect nu a dispărut; lucrările în această direcție au continuat. Au început mult mai devreme decât Elon Musk tocmai a vorbit despre asta. De exemplu, blocurile din prima etapă a rachetei sovietice super-grele Energia urmau să fie returnate, acest lucru era necesar din motive economice și pentru implementarea resursei motoarelor RD-170, proiectate pentru cel puțin 10 zboruri.
Mai puțin cunoscut este proiectul vehiculului de lansare Rossiyanka, care a fost dezvoltat de specialiștii Academician V. P. Makeev State Rocket Center. Această întreprindere este cunoscută în principal pentru evoluțiile sale militare. De exemplu, aici au fost create majoritatea rachetelor balistice interne destinate armării submarinelor, inclusiv rachetele balistice R-29RMU Sineva aflate în prezent în serviciu cu flota rusă de submarine.
Conform proiectului, Rossiyanka a fost un vehicul de lansare în două etape, a cărui primă etapă a fost reutilizabilă. În esență, aceeași idee ca inginerii SpaceX, dar cu câțiva ani mai devreme. Racheta trebuia să lanseze 21,5 tone de marfă pe o orbită de referință joasă - indicatori apropiați rachetei Falcon 9. Întoarcerea primei etape trebuia să aibă loc de-a lungul unei traiectorii balistice datorită reincluderii motoarelor de etapă standard. Dacă este necesar, capacitatea de încărcare a rachetei ar putea fi mărită la 35 de tone. Pe 12 decembrie, Makeyev SRC și-a prezentat noua rachetă la competiția Roscosmos pentru dezvoltarea vehiculelor de lansare reutilizabile, dar ordinea pentru crearea unor astfel de dispozitive a revenit concurenților Centrului de Stat de Cercetare și Producție Khrunichev cu Baikal-Angara proiect. Cel mai probabil, specialiștii Makeev SRC ar fi avut competența de a-și implementa proiectul, dar fără o atenție suficientă și o finanțare a fost imposibilă.
Proiectul Baikal-Angara a fost și mai ambițios; a fost o versiune aeriană a primei etape de întoarcere pe Pământ. S-a planificat ca după atingerea înălțimii setate a compartimentului, o aripă specială să se deschidă în prima etapă și apoi să zboare de-a lungul unui avion cu aterizare la un aerodrom convențional cu trenul de aterizare extins. Cu toate acestea, un astfel de sistem în sine nu este doar foarte complex, ci și costisitor. Meritele ei incontestabile includeau faptul că se putea întoarce de la o distanță mai mare. Din păcate, proiectul nu a fost niciodată realizat, este încă uneori amintit, dar nimic mai mult.
Acum, lumea se gândește la vehicule de lansare complet refolosibile. Elon Musk a anunțat proiectul Big Falcon Rocket. O astfel de rachetă ar trebui să primească o arhitectură în două etape necaracteristică pentru cosmonautica modernă; a doua etapă a acesteia este un singur întreg cu o navă spațială, care poate fi fie marfă, fie pasageri. Este planificat ca prima etapă a Superheavy să se întoarcă pe Pământ, realizând o aterizare verticală la cosmodrom prin utilizarea motoarelor sale, această tehnologie a fost deja perfect dezvoltată de inginerii SpaceX. A doua etapă a rachetei, împreună cu o navă spațială (de fapt, aceasta este o navă spațială în diferite scopuri), care a fost numită Starship, va intra pe orbita Pământului. A doua etapă va avea, de asemenea, suficient combustibil pentru a decelera în straturile dense ale atmosferei după finalizarea unei misiuni spațiale și aterizarea pe o platformă offshore.
Este demn de remarcat faptul că SpaceX nu are nici palmă într-o astfel de idee. În Rusia, proiectul unui vehicul de lansare reutilizabil a fost dezvoltat încă din anii '90. Și din nou, au lucrat la proiect la State Rocket Center numit după academicianul V. P. Makeev. Proiectul rachetei rusești reutilizabile poartă frumosul nume „Korona”. Roscosmos a reamintit acest proiect în 2017, după care au urmat diverse comentarii cu privire la reluarea acestui proiect. De exemplu, în ianuarie 2018, Rossiyskaya Gazeta a publicat știrea că Rusia a reluat lucrările la o rachetă spațială reutilizabilă. Era vorba despre vehiculul de lansare Korona.
Spre deosebire de racheta americană Falcon-9, Korona rusă nu are etape detașabile; de fapt, este o singură navă spațială de decolare și aterizare. Potrivit lui Vladimir Degtyar, proiectantul general al Makeyev SRC, acest proiect ar trebui să deschidă calea pentru implementarea zborurilor interplanetare cu distanță lungă. Este planificat ca principalul material structural al noii rachete rusești să fie fibra de carbon. În același timp, „Korona” este proiectat pentru a lansa nave spațiale pe orbite joase ale pământului, cu o altitudine de 200 până la 500 de kilometri. Masa vehiculului de lansare este de aproximativ 300 de tone. Masa sarcinii utile de ieșire este de la 7 la 12 tone. Decolarea și aterizarea „Korona” ar trebui să aibă loc folosind facilități de lansare simplificate, în plus față de aceasta, se elaborează opțiunea de lansare a unei rachete reutilizabile de pe platforme offshore. Noul vehicul de lansare va putea utiliza aceeași platformă pentru decolare și aterizare. Timpul de pregătire a rachetei pentru următoarea lansare este de aproximativ o zi.
Trebuie remarcat faptul că materialele din fibră de carbon necesare pentru a crea rachete cu o singură etapă și reutilizabile au fost utilizate în tehnologia aerospațială încă din anii '90 ai secolului trecut. De la începutul anilor 1990, proiectul Korona a parcurs un drum lung de dezvoltare și a evoluat semnificativ, nu mai este necesar să spunem că inițial a fost vorba despre o rachetă unică. În același timp, în procesul de evoluție, designul viitoarei rachete a devenit atât mai simplu, cât și mai perfect. Treptat, dezvoltatorii rachetei au abandonat utilizarea aripilor și a rezervoarelor externe de combustibil, ajungând la înțelegerea că materialul principal al corpului rachetei reutilizabile ar fi fibra de carbon.
În cea mai recentă versiune a rachetei Korona refolosibile până în prezent, masa sa se apropie de 280-290 de tone. Un astfel de vehicul mare de lansare într-o singură etapă necesită un motor rachetă cu combustibil lichid extrem de eficient care funcționează pe hidrogen și oxigen. Spre deosebire de motoarele rachete, care sunt plasate pe etape separate, un astfel de motor rachetă cu propulsie lichidă ar trebui să funcționeze eficient în diferite condiții și la diferite altitudini, inclusiv la decolare și zbor în afara atmosferei Pământului. „Un motor obișnuit cu rachete cu propulsie lichidă cu duze Laval este eficient doar la anumite intervale de altitudine”, spun designerii Makeevka. Jetul de gaz al acestor motoare cu rachete se ajustează la presiunea „peste bord”; în plus, își păstrează eficiența atât la suprafața Pământului, cât și destul de ridicată în stratosferă.
RN "Korona" în zbor orbital cu compartiment închis pentru sarcină utilă, redare
Cu toate acestea, până acum în lume pur și simplu nu există un motor de lucru de acest tip, deși au fost dezvoltate activ în URSS și SUA. Experții consideră că vehiculul de lansare reutilizabil Korona ar trebui să fie echipat cu o versiune modulară a motorului, în care duza cu pană-aer este singurul element care în prezent nu are un prototip și nu a fost testat în practică. În același timp, Rusia are proprii tehnologi în producția de materiale compozite moderne și piese din acestea. Dezvoltarea și aplicarea lor sunt angajate cu succes, de exemplu, în JSC „Composite” și Institutul All-Russian of Aviation Materials (VIAM).
Pentru un zbor sigur în atmosfera Pământului, structura din fibră de carbon a Korona va fi protejată de o țiglă de protecție împotriva căldurii, care a fost dezvoltată anterior la VIAM pentru nava spațială Buran și de atunci a trecut printr-o cale de dezvoltare semnificativă. „Sarcina principală de căldură de pe Korona va fi concentrată pe arcul său, unde sunt utilizate elemente de protecție termică la temperatură înaltă”, notează proiectanții. „În același timp, părțile evazate ale vehiculului de lansare au un diametru mai mare și sunt situate într-un unghi ascuțit față de fluxul de aer. Încărcarea termică pe aceste elemente este mai mică, iar aceasta, la rândul nostru, ne permite să folosim materiale mai ușoare. Drept urmare, se realizează o economie de aproximativ 1,5 tone de greutate. Masa părții rachetei cu temperatură ridicată nu depășește 6% din masa totală a protecției termice pentru Korona. Pentru comparație, naveta spațială a reprezentat mai mult de 20%."
Forma elegantă și conică a rachetei reutilizabile este rezultatul multor încercări și erori. Potrivit dezvoltatorilor, în timp ce lucrau la proiect, aceștia au examinat și evaluat sute de opțiuni diferite. „Am decis să abandonăm complet aripile, precum cele ale Navetei Spațiale sau ale navei spațiale Buran”, spun dezvoltatorii. - În general, când se află în straturile superioare ale atmosferei, aripile interferează doar cu nava spațială. Astfel de nave spațiale intră în atmosferă cu o viteză hipersonică nu mai bună decât un „fier” și doar cu viteză supersonică trec la zbor orizontal, după care se pot baza pe deplin pe aerodinamica aripilor.”
Forma aximetrică conică a rachetei permite nu numai să faciliteze protecția împotriva căldurii, ci și să îi ofere calități aerodinamice bune atunci când se deplasează la viteze mari de zbor. Deja în straturile superioare ale atmosferei, „Korona” primește o forță de ridicare, care permite rachetei nu numai să încetinească, ci și să facă manevre. Acest lucru permite vehiculului de lansare să manevreze la o altitudine ridicată atunci când zboară la locul de aterizare; în viitor, trebuie doar să finalizeze procesul de frânare, să-și corecteze cursul, să se întoarcă înapoi cu ajutorul motoarelor mici de manevră și să aterizeze la sol.
Problema cu proiectul este că Korona este încă în curs de dezvoltare în condiții de finanțare insuficientă sau absența sa completă. În prezent, Makeyev SRC a finalizat doar un proiect de proiect pe această temă. Conform datelor anunțate în cadrul XLII Lecturi academice despre cosmonautică din 2018, au fost efectuate studii de fezabilitate asupra proiectului pentru crearea vehiculului de lansare Korona și a fost întocmit un program eficient de dezvoltare a rachetelor. Au fost investigate condițiile necesare pentru crearea unui nou vehicul de lansare și au fost analizate perspectivele și rezultatele atât ale procesului de dezvoltare, cât și ale viitoarei funcționări a noii rachete.
După explozia de știri despre proiectul Crown în 2017 și 2018, urmează din nou tăcerea … Perspectivele proiectului și implementarea acestuia sunt încă neclare. Între timp, SpaceX va prezenta un eșantion de testare al noului său Big Falcon Rocket (BFR) reutilizabil în vara anului 2019. Poate dura mulți ani de la crearea unui eșantion de testare până la o rachetă cu drepturi depline, ceea ce îi va confirma fiabilitatea și performanța, dar deocamdată putem afirma: Elon Musk și compania sa fac lucruri care pot fi văzute și atinse de mâini. În același timp, Roskosmos, potrivit prim-ministrului Dmitri Medvedev, ar trebui să-și încheie proiectarea și să discute despre unde vom zbura în viitor. Trebuie să vorbești mai puțin și să faci mai mult.
