Sistem de rachete și spațiu reutilizabil la locul lansării. Grafică Institutul de Cercetare la Temperatură înaltă
Baza cosmonauticii rusești moderne este rachetele Soyuz și Proton, care au fost create la mijlocul secolului trecut. Aproape tot ce se lansează în spațiu din cosmodromurile rusești este pus pe orbită de aceste mașini fiabile, dar destul de învechite. Pentru a reînnoi flota de rachete și a asigura accesul necondiționat al Rusiei la toate segmentele de activitate spațială, cel mai nou complex de rachete Angara intră în etapa testelor de zbor. Acesta este probabil singurul complex de rachete spațiale din lume care are o gamă largă de capabilități pentru livrarea de nave spațiale cu o greutate de la 4 la 26 de tone în spațiu.
Principii super grele
Nevoile de vehicule spațiale în viitorul apropiat vor fi satisfăcute de rachetele Soyuz și Angara, dar capacitatea lor de încărcare este insuficientă pentru a rezolva problemele explorării Lunii, Marte și alte planete ale sistemului solar. În plus, acestea complică situația ecologică din regiunea Amur, deoarece etapele lor petrecute vor cădea fie în taiga Amur, fie în zona de apă a Mării Okhotsk. Este clar că această situație este forțată, este o plată pentru asigurarea suveranității spațiale a Rusiei. Care va fi această plată dacă se ia decizia de a crea rachete super-grele pentru zborurile cu echipaj către Lună?
Au existat deja astfel de rachete în istoria noastră: Energia și N-1. Principiile de bază ale unei rachete super-grele au fost stabilite și puse în aplicare cu mai bine de 50 de ani în urmă, deci sunt necesari doar bani pentru a o crea. Și dacă o rachetă super-grea este creată pentru a treia oară, atunci alte 320 de tone de deșeuri de metal cu reziduuri de combustibil vor fi acumulate anual în regiunea Amur.
Dorința de a face rachete ecologice și eficiente din punct de vedere al costurilor a dus la ideea de a readuce primele etape ale rachetelor la locul de lansare și a le refolosi. După ce ați stabilit timpul alocat, treptele ar trebui să coboare în atmosferă și pe măsură ce avionul se întoarce la locul de lansare. Conform acestui principiu, racheta reutilizabilă și sistemul spațial (MRKS) vor fi operate.
MRKS așa cum este
Sistemul de rachete și spațiu reutilizabil a fost prezentat specialiștilor și publicului la Salonul Aerospatial din Moscova în 2011. Sistemul este format din patru vehicule de lansare reutilizabile (MRN) cu ansambluri de rachete reutilizabile (VRB). Întreaga gamă de MRN-uri cu o capacitate de încărcare de 25 până la 70 de tone poate fi completată prin diferite combinații de două module principale: primul modul este o unitate rachetă reutilizabilă (prima etapă), al doilea modul este o a doua etapă de rachetă de unică folosință.
Într-o configurație cu o capacitate de încărcare de până la 25 de tone (un VRB și un modul din a doua etapă), racheta reutilizabilă poate lansa toate navele spațiale moderne și promițătoare cu echipaj și fără echipaj. În dimensiunea de 35 de tone (două VRB și un modul al celei de-a doua etape), MRN permite lansarea a doi sateliți de telecomunicații pe orbită pe fiecare lansare, livrarea modulelor de stații orbitale promițătoare în spațiu și lansarea de stații automate grele, care vor fi utilizate la prima etapă a explorării lunare și explorarea Marte.
Un avantaj important al MRN este abilitatea de a efectua lansări asociate. Pentru a lansa doi sateliți moderni de telecomunicații folosind racheta Angara, este necesar să achiziționați zece motoare rachete în valoare de 240 de milioane de ruble fiecare. fiecare. La lansarea a doi dintre aceiași sateliți folosind MRN, va fi consumat un singur motor, al cărui cost este estimat la 400 de milioane de ruble. Economiile de cost doar pentru motoare sunt de 600%!
Primele studii ale rachetei recuperabile au fost efectuate la începutul secolului și prezentate la spectacolul aerospațial Le Bourget sub forma unei machete a etapei de reintrare în Baikal.
Ulterior, în etapa preliminară de proiectare, s-a lucrat la selectarea componentelor combustibilului, rezolvând problemele de încălzire termică, aterizare automată și multe alte probleme. Zeci de variante VRB au fost analizate în detaliu, a fost efectuată o analiză tehnică și economică amănunțită, luând în considerare diverse scenarii pentru dezvoltarea cosmonauticii interne. Ca rezultat, a fost stabilită o variantă a MRKS, care satisface pe deplin întregul set de sarcini moderne și promițătoare.
Aterizarea unui vehicul de lansare reutilizabil cu unități rachetă reutilizabile. Grafică Institutul de Cercetare la Temperatură înaltă
Pe gaz albastru
S-a propus rezolvarea problemei unui motor reutilizabil folosind gaz natural lichefiat (GNL) drept combustibil. Gazul natural este un combustibil ieftin, ecologic, cel mai potrivit pentru utilizarea la motoarele refolosibile. Acest lucru a fost confirmat de către Khimmash Design Bureau numit după A. M. Isaev în septembrie 2011, când a fost testat primul motor de rachetă cu gaz natural cu combustibil lichid din lume. Motorul a funcționat mai mult de 3000 de secunde, ceea ce corespunde la 20 de porniri. După demontare și examinarea stării unităților, toate ideile tehnice noi au fost confirmate.
S-a propus rezolvarea problemei încălzirii structurii prin alegerea traiectoriilor optime în care fluxurile de căldură exclud încălzirea intensă a structurii. Aceasta elimină necesitatea unei protecții termice costisitoare.
S-a propus rezolvarea problemei aterizării automate a două VRB-uri și integrarea acestora în spațiul aerian rus prin includerea sistemului de navigație GLONASS și a unui sistem automat de supraveghere dependentă, care nu a fost utilizat în rachete, în bucla de control.
Luând în considerare complexitatea tehnică și noutatea echipamentelor create, pe baza experienței interne și externe, este justificată necesitatea creării unui demonstrator de zbor, care este o copie redusă a VRB. Demonstrantul poate fi fabricat și echipat cu toate sistemele standard de la bord, fără nicio pregătire specială pentru producție. O astfel de aeronavă va permite testarea în condiții reale de zbor a tuturor soluțiilor tehnice cheie încorporate într-un produs de dimensiuni mari, reducând riscurile tehnice și financiare la crearea unui produs standard.
Costul demonstratorului poate fi justificat datorită capacității sale unice de a lansa obiecte cu o greutate mai mare de 10 tone la o altitudine de 80 km de-a lungul unei traiectorii balistice, accelerându-le la o viteză care depășește viteza sunetului de 7 ori și revine la aerodrom pentru a doua lansare. Un produs reutilizabil creat pe baza acestuia poate avea o mare importanță nu numai pentru dezvoltatorii de aeronave hipersonice.
Filosofia flexibilității
Prima etapă este cea mai mare și mai scumpă parte a rachetei. Prin reducerea producției acestor etape datorită utilizării repetate a acestora, este posibilă reducerea semnificativă a costurilor agențiilor federale pentru lansarea navelor spațiale. Estimările preliminare arată că pentru implementarea cu succes a tuturor programelor spațiale existente și promițătoare, inclusiv livrarea stațiilor fără pilot către Lună și Marte, este suficient să existe o flotă de doar 7-9 blocuri de rachete de reintrare.
MRCS are o filozofie a flexibilității în raport cu conjunctura programului spațial. După ce a creat un MRN cu o capacitate de încărcare de 25 până la 35 de tone, Roskosmos va primi un sistem care va rezolva în mod eficient problemele de astăzi și viitorul apropiat. În cazul în care este necesar să se desfășoare vehicule mai grele pentru zborurile către Lună sau Marte, clientul va avea un MRN cu o capacitate de transport de până la 70 de tone, a cărui creare nu necesită costuri semnificative.
Singurul program pentru care MRKS nu este potrivit este programul zborurilor cu echipaj către Marte. Dar aceste zboruri nu sunt fezabile din punct de vedere tehnic în viitorul previzibil.
Astăzi există o întrebare fundamental importantă cu privire la perspectivele dezvoltării vehiculelor de lansare. Ce să creați: o rachetă super-grea de unică folosință, care va fi utilizată numai în programele lunare și marțiene și, în cazul în care vor fi reziliate, costurile vor fi anulate din nou; sau pentru a crea un MRCS, care nu numai că va permite implementarea programelor de lansare actuale la un preț de o dată și jumătate mai mic decât astăzi, dar poate fi utilizat și cu modificări minime în programul Lunar și în programul de explorare pe Marte?
