Лунните и марсианските програми на Русия се нуждаят от супер тежки превозни средства
В наши дни проникването в дълбокия космос, декларирано в руските и американските усъвършенствани космически програми, обаче, подобно на дейностите в околоземното пространство, е неразривно свързано със създаването на надеждни, икономични, многофункционални транспортни системи. Освен това те трябва да са подходящи за решаване на много широк кръг граждански и военни задачи. Очевидно Русия трябва да обърне внимание на създаването на космически тежък транспорт за многократна употреба.
Днес руската космическа мисъл най-накрая се преориентира към експедиции на дълги разстояния. Говорим за поетапно изследване на Луната - програма, която не се връща от 40 години. В далечното бъдеще - пилотирани полети до Марс. В този случай няма да обсъждаме гореспоменатите програми, но имайте предвид, че не можем без тежки ракети -носители, способни да изстрелват стотици тонове полезен товар на ниска орбита.
Ангара и Енисей
Военният аспект също не отива никъде. Основният елемент на американската космическа противоракетна отбранителна система, която вече е станала практически реалност, ще бъде транспортна система, способна да доставя на орбитата на Земята множество бойни платформи, спътници за наблюдение и управление. Той следва също така да предвижда предотвратяване и ремонт на тези превозни средства директно в космоса.
Като цяло е проектирана система от колосален енергиен потенциал. В края на краищата само една бойна платформа с 60 мегават лазер с флуороводород има приблизително тегло от 800 тона. Но ефективността на оръжията с насочена енергия може да бъде висока само ако няколко такива платформи са разположени на орбита. Ясно е, че общият товарооборот на следващата поредица от „звездни войни“ще възлиза на десетки хиляди тонове, които трябва систематично да се доставят в околоземното пространство. Но това не е всичко.
Днес космическите разузнавателни комплекси играят ключова роля в използването на високоточни оръжия на Земята. Това принуждава САЩ и Русия постоянно да увеличават и подобряват орбиталните си групировки. Освен това високотехнологичният характер на космическите кораби в същото време изисква осигуряване на техния орбитален ремонт.
Но да се върнем на лунната тема. В края на януари, когато плановете за цялостно проучване на Луната с перспектива за разполагане на обитавана база там, ръководителят на главната вътрешна космическа корпорация „Енергия“Виталий Лопота говори за възможността за полет до Луната от гледна точка на ракети -носители.
Изпращането на експедиции до Луната е невъзможно без създаването на свръх тежки ракети-носители с полезен товар 74-140 тона, докато най-мощната руска ракета "Протон" извежда 23 тона в орбита. „За да летите до Луната и да се върнете обратно, имате нужда от изстрелване с два изстрелвания-две ракети с товароносимост 75 тона, полет с едно изстрелване до Луната и обратно без кацане е 130–140 тона. Ако вземем 75-тонна ракета за база, тогава практическа мисия до Луната с кацане е схема с осем изстрелвания. Ако товароносимостта на ракетата е по -малка от 75 тона, както предполагат - 25-30 тона, тогава развитието дори на Луната става абсурдно “, каза Лопота, говорейки в Кралските четения в Московския държавен технически университет„ Бауман “.
Денис Лъсков, държавен секретар, заместник-ръководител на Роскосмос, говори за необходимостта да има тежък превозвач в средата на май. Той каза, че в момента Роскосмос, заедно с Руската академия на науките, подготвя програма за изследване на космоса, която ще стане неразделна част от следващата Федерална космическа програма на Русия за 2016-2025 г. „За да говорим наистина за полет до Луната, се нуждаем от супер тежък клас превозвач с товароносимост около 80 тона. Сега този проект е на етап развитие, в близко бъдеще ще подготвим необходимите документи, за да ги внесем в правителството”, подчерта Лисков.
Към днешна дата най -голямата руска ракета в експлоатация е „Протон“с полезен товар от 23 тона на ниска орбита и 3,7 тона на геостационарна орбита. В момента Русия разработва семейство ракети „Ангара“с полезен товар от 1,5 до 35 тона. За съжаление, създаването на тази технология се превърна в истинско дългосрочно строителство и първото стартиране се отлага от много години, включително поради разногласия с Казахстан. Сега се очаква „Ангара“да излети в началото на лятото от космодрома Плесецк в лека конфигурация. Според ръководителя на Роскосмос, има планове за създаване на тежка версия на Ангара, способна да изстреля 25-тон полезен товар на ниска орбита.
Но такива показатели, както виждаме, далеч не са достатъчни за изпълнението на програмата за междупланетни полети и изследване на дълбокия космос. На „Кралските четения“ръководителят на Роскосмос Олег Остапенко заяви, че правителството подготвя предложение за разработване на свръхтежка ракета, способна да изстреля на ниска орбита товар с тегло над 160 тона. „Това е истинско предизвикателство. По отношение на и по-високи цифри “,- каза Остапенко.
Трудно е да се каже колко скоро тези планове ще станат реалност. Въпреки това местната ракетна индустрия има известен резерв за създаване на тежък космически транспорт. В края на 80-те години беше възможно да се създаде тежка ракета-носител с течно гориво „Енергия“, способна да изстреля полезен товар с тегло до 120 тона на ниска орбита. Ако говорим за пълната реанимация на тази програма, все още не е необходимо, тогава определено има чернови проекти на тежък превозвач, базиран на Energia.
Основната част от Energia може да се използва на новата ракета - успешно работещата RD -0120 LPRE. Всъщност проектът за тежка ракета, използваща тези двигатели, съществува в Космическия център „Хруничев“, който е главната организация за производството на единствената ни тежка ракета -носител „Протон“.
Говорим за транспортната система „Енисей-5“, чието развитие започва още през 2008 г. Предполага се, че ракетата с дължина 75 метра ще бъде оборудвана с първия етап с три кислород-водородни LPRE RD-0120, чието производство е стартирано от Воронежското конструкторско бюро за химическа автоматизация през 1976 г. Според специалистите на центъра „Хруничев“няма да е трудно да се възстанови тази програма и в бъдеще е възможно тези двигатели да се използват повторно.
Въпреки очевидните предимства, Енисей има един съществен, честно казано, днес неизбежен недостатък - размерите. Факт е, че според плановете основният товар от бъдещите изстрелвания ще падне върху космодрома „Восточен“, който се строи в Далечния изток. Във всеки случай се очаква оттам да се изпращат в космоса тежки и свръх тежки обещаващи превозвачи.
Диаметърът на първия етап на ракетата "Енисей-5" е 4, 1 метра и не позволява транспортирането му по железопътен транспорт, поне без значителна обемна и много скъпа модернизация на пътната инфраструктура. Поради проблеми с транспорта по едно време беше необходимо да се наложат ограничения за диаметъра на основните етапи на ракетата Rus-M, които останаха на чертожните дъски.
Освен Космическия център „Хруничев“, Ракетно -космическата корпорация „Енергия“(RSC) също участва в разработването на тежък носител. През 2007 г. те предложиха проект за ракета -носител, която използва отчасти схемата на ракетата „Енергия“. Само полезният товар в новата ракета беше поставен в горната част, а не в страничния контейнер, както в предшественика си.
Полза и осъществимост
Американците, разбира се, не са указ за нас, но техният тежък транспорт, чието развитие вече е навлязло в домашния участък, предполага частична употреба за многократна употреба. Това лято частната компания SpaceX планира да стартира първото изстрелване на новата Falcon Heavy, най -голямата ракета, изстреляна от 1973 г. насам. Тоест от времето на американската лунна програма с изстрелването на гигантския носител Сатурн-5, създаден от бащата на американските ракети-носители Вернер фон Браун. Но ако тази ракета е била предназначена изключително за експедиции до Луната и е за еднократна употреба, тогава новата вече може да се използва за марсиански експедиции. Освен това се планира връщане към етапите на поддържане на Земята като ракетата Falcon 9 v1.1 (R - за многократна употреба, за многократна употреба).
Космическите совалки отново се търсят
Първият етап на тази ракета е оборудван със стойки за кацане, използвани за стабилизиране на ракетата и за меко кацане. След разделянето първият етап се забавя, като за кратко включва три от деветте двигателя, за да осигури навлизане в атмосферата с приемлива скорост. Вече близо до повърхността централният двигател е включен и сцената е готова за меко кацане.
Масата на полезния товар, който ракетата Falcon Heavy може да вдигне, е 52 616 килограма, което е приблизително два пъти повече от другите тежки ракети - американската Delta IV Heavy, европейската Ariane и китайската Long March - които могат да вдигнат.
Разбира се, повторната употреба е полезна в случай на високочестотна космическа работа. Проучванията показват, че използването на комплекси за еднократна употреба е по -изгодно от транспортната система за многократна употреба в програми със скорост не повече от пет изстрелвания годишно, при условие, че отчуждаването на земята за есенните полета на разделителните части ще бъде временно, а не постоянен, с възможност за евакуация на населението, добитъка и оборудването от опасни зони. …
Тази резерва се дължи на факта, че разходите за придобиване на земя никога не са били взети предвид при изчисленията, тъй като доскоро загубите с отхвърляне или дори с временна евакуация никога не са били компенсирани и остават трудни за изчисляване. И те съставляват значителна част от разходите за експлоатация на ракетни системи. С програмен мащаб от повече от 75 старта за 15 години, системите за многократна употреба имат предимството, а икономическият ефект от тяхното използване се увеличава с броя.
В допълнение, преходът от превозни средства за еднократна употреба за изстрелване на тежки полезни товари към такива за многократна употреба води до значително намаляване на производството на оборудване. Така че, когато в една космическа програма се използват две алтернативни системи, необходимият брой блокове се намалява с четири до пет пъти, броят на централните блокови тела - с 50, течните двигатели за втория етап - с девет пъти. По този начин спестяванията от намален обем на производство при използване на ракета -носител за многократна употреба са приблизително равни на разходите за изграждането на такава.
Още в Съветския съюз бяха направени изчисления на разходите за поддръжка след полет и ремонтни и възстановителни работи на системи за многократна употреба. Използвахме наличните фактически данни, получени от разработчиците в резултат на наземни стендови и летателни тестове, както и работата на корпуса на орбиталния космически кораб Buran с топлозащитно покритие, самолети с голям обсег на действие, течни двигатели за многократна употреба от типа RD-170 и RD-0120. Според резултатите от изследванията разходите за поддръжка и ремонт след полет са по-малко от 30 процента от разходите за производство на нови ракетни установки.
Колкото и да е странно, идеята за повторно използване се проявява още през 20 -те години на миналия век в Германия, смазана от Версайския договор, който обедини европейската техническа общност, обхваната от ракетна треска. В Третия райх през 1932-1942 г. под ръководството на Айген Зенгер беше успешно разработен проект за ракетен бомбардировач. Предполага се, че ще се създаде самолет, който с помощта на железопътна количка за ускорение ще ускори до висока скорост, след това ще включи собствен ракетен двигател, ще се издигне от атмосферата, откъдето ще рикошира през плътните слоеве на атмосферата и ще достигне дълъг обхват. Устройството е трябвало да започне от Западна Европа и да кацне на територията на Япония, предназначено е да бомбардира територията на САЩ. Последните доклади за този проект бяха прекъснати през 1944 г.
През 50-те години в САЩ той послужи като тласък за разработването на проект за космически самолет, предшестващ ракетния самолет Dyna-Sor. В Съветския съюз предложенията за развитие на такива системи бяха разгледани от Яковлев, Микоян и Мясишчев през 1947 г., но не получиха развитие поради редица трудности, свързани с техническото внедряване.
С бързото развитие на ракетостроенето в края на 40 -те - началото на 50 -те години необходимостта от завършване на работата по пилотиран ракетен бомбардировач отпадна. В ракетната индустрия се формира направление на крилати ракети от балистичен тип, които въз основа на общата концепция за тяхното използване намират своето място в общата отбранителна система на СССР.
Но в САЩ изследователската работа по ракетен самолет беше подкрепена от военните. По това време се смяташе, че конвенционалните самолети или самолети с снаряди с въздушно-реактивни двигатели са най-доброто средство за доставяне на заряди на вражеска територия. Раждат се проекти за програмата за плъзгащи ракети Navajo. Bell Aircraft продължи да изследва космическия самолет, за да го използва не като бомбардировач, а като разузнавателен апарат. През 1960 г. е подписан договор с Boeing за разработването на суборбитален разузнавателен ракетен самолет Дайна-Сор, който е трябвало да бъде изстрелян с ракетата Титан-3.
Въпреки това, СССР се връща към идеята за космически самолети в началото на 60 -те години и започва работа в конструкторското бюро на Микоян по два проекта на суборбитални превозни средства едновременно. Първият предвиждаше усилващ самолет, вторият - ракета "Союз" с орбитален самолет. Двустепенната космическа система се нарича Spiral или Project 50/50.
Орбиталният ракетен кораб е изстрелян от гърба на мощен самолет-носител Ту-95К на голяма надморска височина. Ракетен самолет "Спирала" на ракетни двигатели с течно гориво достигна до околоземна орбита, извърши планирана работа там и се върна на Земята, плъзгайки се в атмосферата. Функциите на този компактен летящ самолет са много по -широки от работата на орбита. Мащабен модел на ракетен самолет направи няколко полета в атмосферата.
Съветският проект предвижда създаването на апарат с тегло над 10 тона със сгъваеми конзоли на крилата. Експериментална версия на устройството през 1965 г. е готова за първия полет като дозвуков аналог. За да се решат проблемите с топлинното въздействие върху конструкцията в полет и управляемостта на превозното средство при дозвукови и свръхзвукови скорости, бяха построени летящи модели, които бяха наречени "Бор". Техните тестове са проведени през 1969-1973 г. Дълбокото проучване на получените резултати доведе до необходимостта от създаване на два модела: "Бор-4" и "Бор-5". Ускореният темп на работа по програмата за космическа совалка и най -важното - безспорните успехи на американците в тази област, изискват корекции в съветските планове.
Като цяло космическите технологии за многократна употреба за местните разработчици в никакъв случай не са нещо ново и непознато. Като се има предвид ускоряването на програмите за изграждане на спътникови системи, междупланетни комуникации и изследване на дълбокия космос, можем уверено да говорим за необходимостта от създаване на прецизни ракети за многократна употреба, включително тежки ракети -носители.
Като цяло плановете за разработване на руска тежка ракета са доста оптимистични. В средата на май Олег Остапенко уточни, че Федералната космическа програма за 2016–2025 г. все още ще предвижда проектирането на супер тежка ракета-носител с полезен товар 70–80 тона. „FKP все още не е одобрен, той се формира. Ще го публикуваме в близко бъдеще “, подчертава ръководителят на Роскосмос.
