Днес много от нас знаят или поне са чували за семейството на частично използваемите ракети -носители на частната компания SpaceX. Благодарение на успеха на компанията, както и на личността на основателя Илон Мъск, който самият често става герой на новинарските емисии, ракетите Falcon 9, SpaceX и космическите полети като цяло не напускат страниците на международната преса. В същото време Русия имаше и все още има свои разработки и не по -малко интересни проекти на ракети за многократна употреба, за които се знае много по -малко. Отговорът на въпроса защо това се случва е очевиден. Ракетите на Ilona Mask редовно летят в космоса, а руските ракети за многократна и частична многократна употреба засега са само проекти, рисунки и красиви снимки в презентации.
Космосът стартира днес
В днешно време можем спокойно да кажем, че Роскосмос в един момент пропусна темата за ракетите за многократна употреба, имайки в ръце разработки и проекти, които изпреварваха други държави с няколко години. Всички проекти на руски ракети за многократна употреба никога не са били завършени, не са изпълнени в метал. Например многократно използваната едноетапна ракета-носител Korona, разработена от 1992 до 2012 г., така и не бе доведена до своя логичен завършек. Вече виждаме резултата от тази грешка в развитието. Русия сериозно загуби позициите си на пазара за изстрелване на космос с появата на американската ракета Falcon 9 и нейните варианти, а също така сериозно отстъпва по отношение на броя на космическите изстрелвания годишно. В края на 2018 г. Роскосмос докладва за 20 космически изстрелвания (едно неуспешно), докато през април 2018 г. в интервю за ТАСС ръководителят на Роскосмос Игор Комаров заяви, че се планира да се извършат 30 космически изстрела до края на годината. Лидер в края на миналата година беше Китай, който извърши 39 космически изстрелвания (едно неуспешно), на второ място бяха САЩ с 31 космически изстрелвания (без неуспешни).
Говорейки за съвременните космически полети, е необходимо да се разбере, че в общите разходи за изстрелване на модерна ракета -носител (LV) основната позиция на разходите е самата ракета. Тялото му, резервоарите за гориво, двигателите - всичко това отлита завинаги, изгаря в плътните слоеве на атмосферата, ясно е, че такива невъзвратими разходи превръщат всяко изстрелване на ракета -носител в много скъпо удоволствие. Не поддръжката на космическите портове, не горивото, не монтажните работи преди изстрелването, а цената на самата ракета -носител е основната позиция на разходите. Много сложен технологичен продукт на инженерната мисъл се използва за няколко минути, след което се унищожава напълно. Естествено, това важи за ракети за еднократна употреба. Идеята за използване на възстановими ракети -носители се предлага тук сама по себе си като реален шанс да се намалят разходите за всяко космическо изстрелване. В този случай дори връщането само на първия етап прави цената на всяко изстрелване по -ниска.
Кацане на връщащия се първи етап на ракетата -носител Falcon 9
Подобна схема е внедрена от американския милиардер Илон Мъск, което прави възстановимата първа степен на тежката ракета -носител Falcon 9. Докато първата степен на тези ракети е частично възстановима, някои опити за кацане завършват с неуспех, но броят на неуспешните кацания спаднаха до почти нула през 2017 и 2018 г. Например миналата година имаше само един провал на всеки 10 успешни кацания на първия етап. В същото време SpaceX също откри новата година с успешно кацане на първия етап. На 11 януари 2019 г. първият етап на ракетата Falcon 9 успешно кацна на плаваща платформа, освен това беше използвана повторно, а по -рано изведе на орбита комуникационния спътник Telestar 18V през септември 2018 г. В днешно време такива връщащи се първи етапи вече са свършен факт. Но когато представителите на американската частна космическа компания говореха само за своя проект, много експерти се усъмниха във възможността за успешното му изпълнение.
В днешните реалности първият етап на ракета Falcon 9 от тежък клас при някои изстрелвания може да се използва във версия за повторно влизане. Изкачвайки втория етап на ракетата на достатъчна височина, тя се отделя от нея на височина около 70 километра, разкачването става приблизително 2,5 минути след изстрелването на ракетата -носител (времето зависи от конкретните задачи за изстрелване). След отделянето от LV, първият етап, използвайки инсталираната система за контрол на позицията, извършва малка маневра, избягвайки пламъка на работещите двигатели от втори етап, и завърта двигателите напред в подготовка за трите основни спирачни маневри. При кацане първият етап използва собствени двигатели за спиране. Струва си да се отбележи, че върнатият етап налага свои собствени ограничения за стартирането. Например максималният полезен товар на ракета Falcon 9 се намалява с 30-40 процента. Това се дължи на необходимостта от резервиране на гориво за спиране и последващо кацане, както и на допълнителното тегло на монтираното оборудване за кацане (решетъчни кормила, опори за кацане, елементи на системата за управление и др.).
Успехите на американците и големите серии успешни изстрелвания не останаха незабелязани в света, което предизвика поредица от изявления за стартирането на проекти, използващи частично повторно използване на ракети, включително връщането на страничните усилватели и първия етап обратно на Земята. Представители на Роскосмос също говориха по този въпрос. Компанията започна да говори за възобновяване на работата по създаването на ракети за многократна употреба в Русия в началото на 2017 г.
Ракета -носител "Корона" - общ изглед
Ракета „Корона“за многократна употреба и по -ранни проекти
Заслужава да се отбележи, че идеята за ракети за многократна употреба е проучена още в Съветския съюз. След разпадането на страната тази тема не изчезна; работата в тази посока продължи. Те започнаха много по -рано, отколкото Илон Мъск току -що говори за това. Например, блоковете от първия етап на свръх тежката съветска ракета „Енергия“трябваше да бъдат върнати, това беше необходимо по икономически причини и за реализиране на ресурса на двигателите RD-170, предназначени за поне 10 полета.
По -малко известен е проектът на ракетата -носител "Росянка", разработен от специалистите на държавния ракетен център "Академик В. П. Макеев". Това предприятие е известно най -вече със своите военни разработки. Например, именно тук бяха създадени по-голямата част от вътрешните балистични ракети, предназначени за въоръжаване на подводници, включително балистичните ракети R-29RMU „Синева“, които понастоящем са на въоръжение в руския подводен флот.
Според проекта "Росиянка" е двустепенна ракета-носител, чийто първи етап е за многократна употреба. По същество същата идея като инженерите на SpaceX, но няколко години по -рано. Ракетата трябваше да изстреля 21,5 тона товар в ниска референтна орбита - индикатори, близки до ракетата Falcon 9. Връщането на първия етап трябваше да се извърши по балистична траектория поради повторното включване на стандартните двигатели на етап. Ако е необходимо, товароносимостта на ракетата може да се увеличи до 35 тона. На 12 декември SRC „Макеев“представи новата си ракета на конкурса „Роскосмос“за разработване на ракети-носители за многократна употреба, но поръчката за създаването на такива устройства отиде при конкурентите на Държавния научно-производствен космически център „Хруничев“с Байкал-Ангара проект. Най -вероятно специалистите от Макеевския КРС биха имали компетентността да реализират своя проект, но без достатъчно внимание и финансиране това беше невъзможно.
Проектът Байкал-Ангара беше още по-амбициозен; това беше самолетна версия на първия етап на завръщане на Земята. Планирано е, че след достигане на зададената височина на отделението, на първия етап ще се отвори специално крило и след това ще лети по самолет с кацане на конвенционално летище с удължен колесник. Такава система обаче не само е много сложна, но и скъпа. Нейните неоспорими достойнства включват факта, че тя може да се върне от по -голямо разстояние. За съжаление, проектът никога не беше реализиран, все още понякога се помни, но нищо повече.
Сега светът вече мисли за напълно използваеми ракети -носители. Илон Мъск обяви проекта Big Falcon Rocket. Такава ракета трябва да получи двустепенна архитектура, нехарактерна за съвременната космонавтика; вторият й етап е едно цяло с космически кораб, който може да бъде товарен или пътнически. Планира се първият етап на Superheavy да се върне обратно на Земята, като извърши вертикално кацане на космодрома с помощта на своите двигатели, тази технология вече е перфектно разработена от инженерите на SpaceX. Вторият етап на ракетата, заедно с космическия кораб (всъщност това е космически кораб за различни цели), който беше кръстен Звезден кораб, ще влезе в орбитата на Земята. Вторият етап също ще има достатъчно гориво, за да се забави в плътните слоеве на атмосферата след приключване на космическата мисия и да кацне на офшорната платформа.
Заслужава да се отбележи, че SpaceX също няма длан в подобна идея. В Русия проектът за ракета -носител за многократна употреба се разработва от 90 -те години на миналия век. И отново работиха по проекта в Държавния ракетен център на името на академик В. П. Макеев. Проектът на руската ракета за многократна употреба има красивото име "Корона". Роскосмос си спомни този проект през 2017 г., последван от различни коментари за подновяването на този проект. Например през януари 2018 г. „Российская газета“публикува новината, че Русия е възобновила работата по космическа ракета за многократна употреба. Ставаше дума за ракетата -носител „Корона“.
За разлика от американската ракета Falcon-9, руската „Корона“няма отделящи се етапи; всъщност това е единичен мек космически кораб за излитане и кацане. Според Владимир Дегтяр, генерален дизайнер на НКР „Макеев“, този проект трябва да отвори пътя за изпълнението на междупланетни пилотирани полети на дълги разстояния. Планира се основният конструктивен материал на новата руска ракета да бъде въглеродни влакна. В същото време "Корона" е предназначена за изстрелване на космически кораби на ниски земни орбити с височина от 200 до 500 километра. Масата на ракетата -носител е около 300 тона. Масата на изходния полезен товар е от 7 до 12 тона. Излитането и кацането на "Корона" трябва да става с опростени съоръжения за изстрелване, в допълнение към това се разработва възможността за изстрелване на ракета за многократна употреба от офшорни платформи. Новата ракета -носител ще може да използва същата платформа за излитане и кацане. Времето за подготовка на ракетата за следващото изстрелване е само около ден.
Трябва да се отбележи, че материалите от въглеродни влакна, необходими за създаването на едностепенни и многократно използваеми ракети, се използват в космическата техника от 90-те години на миналия век. От началото на 90 -те години на миналия век проектът „Корона“е изминал дълъг път на развитие и еволюира значително, не е нужно да казвам, че първоначално става дума за ракета за еднократна употреба. В същото време, в процеса на еволюция, дизайнът на бъдещата ракета стана едновременно по -прост и по -съвършен. Постепенно разработчиците на ракетата се отказаха от използването на крила и външни резервоари за гориво, като стигнаха до разбирането, че основният материал на корпуса на ракетата за многократна употреба ще бъде именно въглеродни влакна.
В последната версия на многократно използваната ракета "Корона" досега масата й се доближава до 280-290 тона. Такава голяма едностепенна ракета-носител изисква високоефективен ракетен двигател с течно гориво, който работи на водород и кислород. За разлика от ракетните двигатели, които са поставени на отделни степени, такъв ракетен двигател с течно гориво трябва да работи ефективно при различни условия и на различни височини, включително излитане и полет извън земната атмосфера. „Един обикновен ракетен двигател с течно гориво с дюзи Laval е ефективен само при определени диапазони на надморска височина“, казват дизайнерите на Макеевка. Газовата струя в такива ракетни двигатели се настройва на налягането „зад борда“; освен това те запазват своята ефективност както на повърхността на Земята, така и доста високо в стратосферата.
RN "Корона" в орбитален полет със затворен полезен товар, рендер
Въпреки това, досега в света просто не съществува работещ двигател от този тип, въпреки че те са активно разработени в СССР и САЩ. Експертите смятат, че ракетата-носител за многократна употреба Korona трябва да бъде оборудвана с модулна версия на двигателя, в която клин-въздушната дюза е единственият елемент, който в момента няма прототип и не е тестван на практика. В същото време Русия има свои собствени технолози в производството на съвременни композитни материали и части от тях. Тяхното разработване и приложение са доста успешно ангажирани, например, в JSC "Composite" и Всеруския институт за авиационни материали (VIAM).
За безопасен полет в земната атмосфера структурата от въглеродни влакна на Korona ще бъде защитена от топлозащитна плочка, която преди това беше разработена от VIAM за космическия кораб Buran и оттогава е преминала през значителен път на развитие. „Основният топлинен товар на Korona ще бъде концентриран върху носа му, където се използват високотемпературни термозащитни елементи“, отбелязват дизайнерите. „В същото време изгорелите страни на ракетата -носител имат по -голям диаметър и са разположени под остър ъгъл спрямо въздушния поток. Топлинното натоварване на тези елементи е по -малко и това от своя страна ни позволява да използваме по -леки материали. В резултат се постига икономия от около 1,5 тона тегло. Масата на високотемпературната част на ракетата не надвишава 6 процента от общата маса на термичната защита за Корона. За сравнение, совалката представлява повече от 20 %."
Елегантната, заострена форма на ракетата за многократна употреба е резултат от много опити и грешки. Според разработчиците, докато работят по проекта, те са прегледали и оценили стотици различни опции. „Решихме да изоставим напълно крилата, като тези на космическата совалка или на космическия кораб Буран“, казват разработчиците. - Като цяло, когато са в горната атмосфера, крилата пречат само на космическия кораб. Такива космически кораби влизат в атмосферата с хиперзвукова скорост не по -добра от "желязо" и само със свръхзвукова скорост преминават към хоризонтален полет, след което могат напълно да разчитат на аеродинамиката на крилата."
Конесообразната осесиметрична форма на ракетата позволява не само да улесни топлинната защита, но и да й осигури добри аеродинамични качества при движение с висока скорост на полет. Вече в горните слоеве на атмосферата „Корона“получава повдигаща сила, която позволява на ракетата не само да забави темпото, но и да прави маневри. Това позволява на ракетата -носител да маневрира на голяма надморска височина, когато лети до мястото за кацане; в бъдеще тя трябва само да завърши процеса на спиране, да коригира хода си, да се обърне назад с помощта на малки маневрени двигатели и да кацне на земята.
Проблемът с проекта е, че Korona все още се развива в условия на недостатъчно финансиране или неговото пълно отсъствие. Понастоящем КСР на Макеев е завършил само проект на проект по тази тема. Според данните, обявени по време на XLII Академични четения по космонавтика през 2018 г., са извършени проучвания за осъществимост на проекта за създаването на НН „Корона“и е съставен ефективен график за разработка на ракети. Изследвани са необходимите условия за създаването на нова ракета -носител и са анализирани перспективите и резултатите както от процеса на разработка, така и от бъдещата експлоатация на новата ракета.
След изблиците на новини за проекта Korona през 2017 и 2018 г. отново настъпва тишина … Перспективите на проекта и неговото изпълнение все още са неясни. Междувременно SpaceX ще представи тестова проба от новата си многократна ракета Big Falcon (BFR) за многократна употреба през лятото на 2019 г. Може да отнеме много години от създаването на тестова проба до пълноценна ракета, което ще потвърди нейната надеждност и производителност, но засега можем да заявим, че Илон Мъск и неговата компания правят неща, които могат да се видят и докоснат с ръце. В същото време Роскосмос, според премиера Дмитрий Медведев, трябва да прекрати проектирането си и да разговаря къде ще летим в бъдеще. Трябва да говорите по -малко и да правите повече.
