În zilele noastre, pătrunderea în spațiul adânc, declarată în programele spațiale avansate rusești și americane, totuși, la fel ca activitățile din spațiul apropiat de pământ, este indisolubil legată de crearea unor sisteme de transport fiabile, economice și multifuncționale. Mai mult, acestea trebuie să fie adecvate pentru rezolvarea unei game foarte largi de sarcini civile și militare. Aparent, Rusia ar trebui să fie atentă la crearea transportului spațial reutilizabil.
Astăzi, gândirea spațială rusă s-a reorientat în cele din urmă către expediții pe distanțe lungi. Vorbim despre o explorare treptată a lunii - un program care nu a mai fost returnat de 40 de ani. În viitorul îndepărtat - zboruri cu echipaj către Marte. În acest caz, nu vom discuta despre programele menționate mai sus, dar rețineți că nu putem face fără vehicule de lansare grele capabile să lanseze sute de tone de sarcină utilă pe orbită mică.
Angara și Jenisei
Nici aspectul militar nu merge nicăieri. Elementul de bază al sistemului american de apărare împotriva rachetelor spațiale, care a devenit deja practic o realitate, va fi un sistem de transport capabil să livreze numeroase platforme de luptă, sateliți de observare și control pe orbita Pământului. De asemenea, ar trebui să prevadă prevenirea și repararea acestor vehicule direct în spațiu.
În general, a fost proiectat un sistem de potențial energetic colosal. La urma urmei, o singură platformă de luptă cu un laser cu fluorură de hidrogen de 60 megawați are o greutate estimată la 800 de tone. Dar eficiența armelor cu energie direcționată poate fi ridicată numai dacă mai multe astfel de platforme sunt desfășurate pe orbită. Este clar că cifra de afaceri totală a mărfurilor din următoarea serie de „războaie stelare” se va ridica la zeci de mii de tone, care trebuie livrate în mod sistematic în spațiul apropiat de pământ. Dar asta nu este tot.
Astăzi, complexele de recunoaștere spațială joacă un rol cheie în utilizarea armelor de înaltă precizie pe Pământ. Acest lucru forțează atât Statele Unite, cât și Rusia să își mărească și să-și îmbunătățească constant grupările orbitale. Mai mult, natura de înaltă tehnologie a navelor spațiale necesită în același timp asigurarea reparării lor orbitale.
Revenim însă la tema lunară. La sfârșitul lunii ianuarie, când planurile pentru un studiu cuprinzător al Lunii cu perspectiva de a implementa o bază locuită acolo, șeful corporației spațiale interne Energia, Vitaly Lopota, a vorbit despre posibilitatea unui zbor spre Lună de la punctul de vedere al vehiculelor de lansare.
Expedierea expedițiilor pe Lună este imposibilă fără crearea unor vehicule de lansare super-grele cu o capacitate de încărcare utilă de 74-140 de tone, în timp ce cea mai puternică rachetă rusă Proton pune 23 de tone pe orbită. „Pentru a zbura spre Lună și a reveni înapoi, aveți nevoie de o lansare cu două lansări - două rachete cu o capacitate de încărcare de 75 de tone, un zbor cu o singură lansare către Lună și înapoi fără aterizare este de 130-140 de tone. Dacă luăm o rachetă de 75 de tone ca bază, atunci o misiune practică pe Lună cu aterizare este o schemă de opt lansări. Dacă racheta are o capacitate de încărcare mai mică de 75 de tone, așa cum sugerează ei - 25-30 de tone, atunci dezvoltarea chiar și a Lunii devine absurdă”, a spus Lopota, vorbind la Royal Readings de la Universitatea Tehnică de Stat din Bauman Moscova.
Denis Lyskov, secretar de stat, șef adjunct al Roscosmos, a vorbit despre necesitatea de a avea un transportator greu la mijlocul lunii mai. El a spus că în prezent Roskosmos, împreună cu Academia Rusă de Științe, pregătește un program de explorare spațială, care va deveni o parte integrantă a următorului Program Spațial Federal al Rusiei pentru 2016-2025. „Pentru a vorbi cu adevărat despre un zbor spre Lună, avem nevoie de un transportator de clasă super-grea, cu o capacitate de transport de aproximativ 80 de tone. Acum acest proiect se află în stadiul de dezvoltare, în viitorul apropiat vom pregăti documentele necesare pentru a le depune guvernului , a subliniat Lyskov.
Până în prezent, cea mai mare rachetă rusă în funcțiune este Protonul, cu o sarcină utilă de 23 de tone pe orbită joasă și 3,7 tone pe orbită geostaționară. Rusia dezvoltă în prezent familia de rachete Angara cu o capacitate de încărcare utilă de 1,5 până la 35 de tone. Din păcate, crearea acestei tehnologii s-a transformat într-o construcție pe termen lung și prima lansare a fost amânată de mulți ani, inclusiv din cauza dezacordurilor cu Kazahstanul. Acum este de așteptat ca „Angara” să zboare la începutul verii de la cosmodromul Plesetsk într-o configurație ușoară. Potrivit șefului Roscosmos, există planuri de a crea o versiune grea a lui Angara, capabilă să lanseze o sarcină utilă de 25 de tone pe orbită mică.
Dar astfel de indicatori, după cum vedem, sunt departe de a fi suficienți pentru implementarea programului de zboruri interplanetare și explorare a spațiului profund. La Royal Readings, șeful Roscosmos, Oleg Ostapenko, a declarat că guvernul pregătește o propunere de a dezvolta o rachetă super-grea capabilă să lanseze încărcătură cu o greutate de peste 160 de tone pe orbită mică. „Aceasta este o adevărată provocare. În ceea ce privește și cifrele mai mari, - a spus Ostapenko.
Este greu de spus cât de curând aceste planuri vor deveni realitate. Cu toate acestea, industria internă a rachetelor are o anumită rezervă pentru crearea transportului spațial greu. La sfârșitul anilor 1980, a fost posibil să se creeze un vehicul greu de lansare cu propulsie lichidă Energia, capabil să lanseze o sarcină utilă cântărind până la 120 de tone pe orbită mică. Dacă vorbim despre resuscitarea completă a acestui program, nu este încă necesară, atunci există cu siguranță proiecte de proiecte ale unui transportator greu bazat pe Energia.
Partea principală a Energia poate fi utilizată pe noua rachetă - RD-0120 LPRE care funcționează cu succes. De fapt, proiectul unei rachete grele care utilizează aceste motoare există la Centrul Spațial Khrunichev, care este organizația principală pentru producția singurului nostru vehicul de lansare grea, Proton.
Vorbim despre sistemul de transport Yenisei-5, a cărui dezvoltare a început în 2008. Se presupune că racheta cu o lungime de 75 de metri va fi echipată cu prima etapă cu trei oxigen-hidrogen LPRE RD-0120, a căror producție a fost lansată de către Biroul de proiectare Voronezh pentru automatizarea chimică în 1976. Potrivit specialiștilor Centrului Khrunichev, nu va fi dificil să restaurați acest program, iar în viitor este posibilă refolosirea acestor motoare.
Cu toate acestea, pe lângă avantajele evidente, Yenisei are unul semnificativ, sincer, astăzi un dezavantaj inevitabil - dimensiunile. Faptul este că, conform planurilor, sarcina principală a lansărilor viitoare va cădea pe cosmodromul Vostochny construit în Extremul Orient. În orice caz, transportatorii promițători grei și super-grei ar trebui să fie trimiși în spațiu de acolo.
Diametrul primei etape a rachetei Yenisei-5 este de 4,1 metri și nu permite transportul acesteia pe calea ferată, cel puțin fără o modernizare semnificativă volumetrică și foarte costisitoare a infrastructurii rutiere. Din cauza problemelor legate de transport, la un moment dat a fost necesar să se impună restricții asupra diametrului etapelor principale ale rachetei Rus-M, care a rămas pe planșele de desen.
Pe lângă Centrul spațial Khrunichev, Energia Rocket and Space Corporation (RSC) a fost implicată și în dezvoltarea unui transportator greu. În 2007, au propus un proiect al unui vehicul de lansare care utilizează, parțial, aspectul rachetei Energia. Doar sarcina utilă din racheta nouă a fost plasată în partea superioară și nu în containerul lateral, ca în predecesorul său.
Beneficiu și fezabilitate
Americanii, desigur, nu sunt un decret pentru noi, dar transportul lor greu, a cărui dezvoltare a intrat deja în zona de acasă, implică o utilizare parțială reutilizabilă. În această vară, compania privată SpaceX intenționează să lanseze prima lansare a noului Falcon Heavy, cea mai mare rachetă lansată din 1973. Adică, încă de pe vremea programului lunar american cu lansări ale giganticului transportator Saturn-5, creat de tatăl vehiculelor americane de lansare, Wernher von Braun. Dar dacă racheta a fost destinată exclusiv livrării expedițiilor pe Lună și a fost de unică folosință, atunci cea nouă poate fi deja utilizată pentru expedițiile marțiene. În plus, este planificat să reveniți la stadii de susținere a Pământului, cum ar fi racheta Falcon 9 v1.1 (R - Reutilizabil, reutilizabil).
Navetele spațiale sunt din nou în căutare
Prima etapă a acestei rachete este echipată cu suporturi de aterizare utilizate pentru stabilizarea rachetei și pentru o aterizare moale. După separare, prima etapă decelerează prin pornirea scurtă a trei dintre cele nouă motoare pentru a asigura intrarea în atmosferă la o viteză acceptabilă. Deja aproape de suprafață, motorul central este pornit, iar scena este gata să facă o aterizare moale.
Masa încărcăturii pe care o poate ridica racheta Falcon Heavy este de 52.616 kilograme, ceea ce reprezintă aproximativ de două ori mai mult decât alte rachete grele - American Delta IV Heavy, European Ariane și Chinese Long March - pot ridica.
Reutilizarea, desigur, este benefică în cazul lucrărilor spațiale de înaltă frecvență. Studiile au arătat că utilizarea complexelor de unică folosință este mai profitabilă decât un sistem de transport reutilizabil în programe cu o rată de cel mult cinci lansări pe an, cu condiția ca înstrăinarea terenului pentru câmpurile de cădere a părților separate să fie temporară și nu permanent, cu posibilitatea de a evacua populația, animalele și echipamentele din zonele periculoase …
Această rezervare se datorează faptului că costul achiziției terenurilor nu a fost niciodată luat în calcul în calcule, deoarece până de curând pierderile cu respingere sau chiar cu evacuarea temporară nu au fost niciodată compensate și rămân dificil de calculat. Și reprezintă o parte semnificativă din costul operării sistemelor de rachete. Cu o scară de program de peste 75 de lansări în 15 ani, sistemele reutilizabile au avantajul, iar efectul economic al utilizării lor crește odată cu numărul.
În plus, tranziția de la vehiculele de unică folosință pentru lansarea de sarcini utile grele la cele reutilizabile duce la o reducere semnificativă a producției de echipamente. Deci, când se utilizează două sisteme alternative într-un singur program spațial, numărul necesar de blocuri este redus de patru până la cinci ori, numărul corpurilor blocului central - cu 50, motoare lichide pentru a doua etapă - de nouă ori. Astfel, economiile de la reducerea volumelor de producție atunci când se utilizează un vehicul de lansare reutilizabil sunt aproximativ egale cu costul construirii unuia.
Înapoi în Uniunea Sovietică, s-au calculat costurile întreținerii după zbor și lucrărilor de reparații și restaurări ale sistemelor refolosibile. Am folosit datele factuale disponibile obținute de dezvoltatori ca rezultat al testelor la bancă la sol și de zbor, precum și funcționarea cadrului aeronavei spațiale orbitale Buran cu un strat de protecție termică, aeronave cu rază lungă de acțiune, motoare lichide cu utilizare multiplă de tip RD-170 și RD-0120. Conform rezultatelor cercetării, costurile întreținerii și reparațiilor post-zbor sunt mai mici de 30 la sută din costurile producției de noi unități de rachete.
În mod ciudat, ideea reutilizării s-a manifestat în anii 1920 în Germania, zdrobită de Tratatul de la Versailles, care a unit comunitatea tehnică europeană, cuprinsă de febra rachetei. În cel de-al Treilea Reich din 1932-1942, sub conducerea lui Eigen Zenger, a fost dezvoltat cu succes un proiect de bombardier cu rachete. Ar fi trebuit să creeze o aeronavă care, folosind un cărucior de lansare feroviar, să accelereze la viteză mare, apoi să își pornească propriul motor rachetă, să se ridice din atmosferă, de unde va ricoșa prin straturile dense ale atmosferei și va atinge un raza lunga. Dispozitivul trebuia să pornească din Europa de Vest și să aterizeze pe teritoriul Japoniei, era destinat bombardării teritoriului Statelor Unite. Ultimele rapoarte ale acestui proiect au fost întrerupte în 1944.
În anii 50 în Statele Unite, el a servit drept impuls pentru dezvoltarea unui proiect de plan spațial care a precedat avionul rachetă Dyna-Sor. În Uniunea Sovietică, propunerile pentru dezvoltarea unor astfel de sisteme au fost luate în considerare de Yakovlev, Mikoyan și Myasishchev în 1947, dar nu au primit dezvoltare din cauza unui număr de dificultăți asociate cu implementarea tehnică.
Odată cu dezvoltarea rapidă a rachetei la sfârșitul anilor '40 - începutul anilor '50, a dispărut nevoia de a finaliza lucrările la un bombardier cu rachetă. În industria rachetelor, s-a format o direcție a rachetelor de croazieră de tip balistic, care, pe baza conceptului general de utilizare a acestora, și-a găsit locul în sistemul general de apărare al URSS.
Dar în Statele Unite, munca de cercetare pe un avion rachetă a fost susținută de militari. La vremea respectivă, se credea că avioanele convenționale sau avioanele cu proiectile cu motoare cu jet de aer erau cele mai bune mijloace de livrare a taxelor pe teritoriul inamic. S-au născut proiecte pentru programul de rachete glisante Navajo. Bell Aircraft a continuat să cerceteze planul spațial pentru a-l folosi nu ca bombardier, ci ca vehicul de recunoaștere. În 1960, a fost semnat un contract cu Boeing pentru dezvoltarea rachetei de recunoaștere suborbitală Daina-Sor, care trebuia să fie lansată cu racheta Titan-3.
Cu toate acestea, URSS a revenit la ideea de aeronave spațiale la începutul anilor '60 și a lansat lucrări la Biroul de proiectare Mikoyan pentru două proiecte de vehicule suborbitale simultan. Primul a avut în vedere un avion de rapel, al doilea - o rachetă Soyuz cu un plan orbital. Sistemul aerospațial în două etape s-a numit Spiral sau Project 50/50.
Nava rachetă orbitală a fost lansată din spatele unui puternic avion de transport Tu-95K la mare altitudine. Planul de rachete „Spiral” de pe motoarele cu rachete cu combustibil lichid a ajuns pe orbita apropiată a pământului, a efectuat lucrări planificate acolo și s-a întors pe Pământ, alunecând în atmosferă. Funcțiile acestei nave spațiale de zbor compacte au fost mult mai largi decât simpla funcționare pe orbită. Un model la scară largă al unui avion rachetă a efectuat mai multe zboruri în atmosferă.
Proiectul sovietic prevedea crearea unui aparat cu o greutate mai mare de 10 tone, cu console cu aripi rabatabile. O versiune experimentală a dispozitivului în 1965 era gata pentru primul zbor ca analog subsonic. Pentru a rezolva problemele efectelor termice asupra structurii în zbor și a controlabilității vehiculului la viteze subsonice și supersonice, au fost construite modele de zbor, care au fost denumite „Bor”. Testele lor au fost efectuate în 1969-1973. Un studiu aprofundat al rezultatelor obținute a dus la necesitatea creării a două modele: „Bor-4” și „Bor-5”. Cu toate acestea, ritmul accelerat de lucru la programul Navetei Spațiale și, cel mai important, succesele incontestabile ale americanilor în această zonă, au necesitat ajustări la planurile sovietice.
În general, tehnologia aerospațială reutilizabilă pentru dezvoltatorii interni nu este în niciun caz ceva nou și necunoscut. Ținând cont de accelerarea programelor de construire a sistemelor de satelit, de comunicații interplanetare și de explorare a spațiului profund, putem vorbi cu încredere despre necesitatea de a crea vehicule de lansare precis reutilizabile, inclusiv vehicule de lansare grele.
În general, planurile de dezvoltare a unei rachete grele rusești sunt destul de optimiste. La mijlocul lunii mai, Oleg Ostapenko a clarificat că Programul spațial federal pentru 2016-2025 va prevedea în continuare proiectarea unui vehicul de lansare super-greu cu o capacitate de încărcare utilă de 70-80 de tone. „FKP nu a fost încă aprobat, este în curs de formare. O vom publica în viitorul apropiat”, subliniază șeful Roscosmos.
