Danas mnogi od nas znaju ili su barem čuli za porodicu lansirnih vozila za djelomičnu višekratnu upotrebu privatne kompanije SpaceX. Zahvaljujući uspjehu kompanije, kao i ličnosti osnivača, Elona Muska, koji i sam često postaje heroj vijesti, rakete Falcon 9, SpaceX i svemirski letovi općenito ne silaze sa stranica međunarodne štampe. U isto vrijeme, Rusija je imala i ima svoj razvoj i ništa manje zanimljive projekte projektila za višekratnu upotrebu, o kojima se zna mnogo manje. Očigledan je odgovor na pitanje zašto se to događa. Rakete Ilone Mask redovno lete u svemir, a ruske rakete za višekratnu i djelomičnu upotrebu zasad su samo projekti, crteži i prekrasne slike u prezentacijama.
Svemir lansira danas
Danas možemo sa sigurnošću reći da je Roskosmos u jednom trenutku promašio temu raketa za višekratnu upotrebu, imajući u svojim rukama razvoj i projekte koji su nekoliko godina bili ispred drugih zemalja. Svi projekti ruskih projektila za višekratnu upotrebu nikada nisu završeni, nisu implementirani u metalu. Na primjer, jednostupanjska raketa-nosač Korona, koja se razvijala od 1992. do 2012. godine, nikada nije dovedena do svog logičnog zaključka. Rezultat ove pogrešne procjene već vidimo u razvoju. Rusija je ozbiljno izgubila svoju poziciju na tržištu lansiranja komercijalnog svemira pojavom američke rakete Falcon 9 i njenih varijanti, a također je ozbiljno inferiorna u pogledu broja lansiranja svemira godišnje. Krajem 2018. godine Roskosmos je izvijestio o 20 lansiranja u svemir (jedno neuspješno), dok je još u aprilu 2018. godine, u intervjuu za TASS, šef Roscosmosa Igor Komarov rekao da je planirano da se do kraja godine. Lider krajem prošle godine bila je Kina, koja je izvela 39 svemirskih lansiranja (jedno neuspješno), na drugom mjestu bile su Sjedinjene Države sa 31 lansiranje u svemir (nije bilo neuspješnih).
Govoreći o modernim svemirskim letovima, potrebno je shvatiti da je u ukupnim troškovima lansiranja moderne lansirne rakete (LV) glavna stavka rashoda sama raketa. Njegovo tijelo, spremnici goriva, motori - sve to zauvijek odleti, izgori u gustim slojevima atmosfere, jasno je da takvi nepovratni troškovi pretvaraju svako lansiranje lansirnog vozila u vrlo skupo zadovoljstvo. Ne održavanje svemirskih luka, ne gorivo, ne montažni radovi prije lansiranja, već je cijena same lansirne rakete glavna stavka troškova. Vrlo složen tehnološki proizvod inženjerske misli koristi se nekoliko minuta, nakon čega se potpuno uništava. Naravno, to vrijedi za rakete za jednokratnu upotrebu. Ideja o korištenju nosača lansirnih nosača sama se ovdje nameće kao prava šansa za smanjenje troškova svakog lansiranja u svemir. U ovom slučaju, čak i povratak samo prve faze smanjuje troškove svakog lansiranja.
Slijetanje povratne prve faze lansirnog vozila Falcon 9
Sličnu je shemu koju je implementirao američki milijarder Elon Musk, čineći prvu fazu oporavka teške rakete -nosača Falcon 9. Dok je prva faza ovih projektila djelomično nadoknadiva, neki pokušaji slijetanja završavaju neuspješno, ali broj neuspjelih slijetanja pao na gotovo nulu 2017. i 2018. godine. Na primjer, prošle godine dogodio se samo jedan kvar na svakih 10 uspješnih slijetanja prve faze. U isto vrijeme, SpaceX je također otvorio novu godinu uspješnim slijetanjem prve faze. 11. januara 2019. godine prva faza rakete Falcon 9 uspješno je sletela na plutajuću platformu, štoviše, ponovno je korištena, a ranije je lansirala komunikacijski satelit Telestar 18V u orbitu u rujnu 2018. godine. Danas su takve povratne prve faze već svršena činjenica. No, kada su predstavnici američke privatne svemirske kompanije samo govorili o svom projektu, mnogi stručnjaci sumnjali su u mogućnost njegove uspješne implementacije.
U današnjim stvarnostima, prva faza rakete Falcon 9 teške klase u nekim lansiranjima može se koristiti u ponovnoj verziji. Dovođenjem druge faze rakete na dovoljnu visinu, odvaja se od nje na nadmorskoj visini od oko 70 kilometara, do otključavanja dolazi otprilike 2,5 minute nakon lansiranja lansirnog vozila (vrijeme ovisi o konkretnim zadacima lansiranja). Nakon odvajanja od niskog napona, prva faza, pomoću instaliranog sistema za kontrolu položaja, izvodi mali manevar, izbjegavajući plamen radnih motora druge faze, i okreće motore prema naprijed u pripremi za tri glavna manevra kočenja. Prilikom slijetanja, prva faza koristi vlastite motore za kočenje. Vrijedi napomenuti da povratna faza nameće svoja ograničenja pri pokretanju. Na primjer, maksimalna nosivost rakete Falcon 9 smanjena je za 30-40 posto. To je zbog potrebe rezerviranja goriva za kočenje i kasnije slijetanje, kao i dodatne težine instalirane opreme za slijetanje (rešetkasta kormila, nosači za slijetanje, elementi upravljačkog sistema itd.).
Uspjesi Amerikanaca i veliki niz uspješnih lansiranja nisu ostali nezapaženi u svijetu, što je izazvalo niz izjava o pokretanju projekata s djelomičnom ponovnom upotrebom raketa, uključujući povratak bočnih pojačivača i prvu fazu natrag na Zemlju. O tome su govorili i predstavnici Roscosmosa. Kompanija je počela govoriti o nastavku rada na stvaranju projektila za višekratnu upotrebu u Rusiji početkom 2017. godine.
Lansirno vozilo "Korona" - opći pogled
Raketa Korona za višekratnu upotrebu i raniji projekti
Vrijedi napomenuti da je ideja o raketama za višekratnu upotrebu proučavana još u Sovjetskom Savezu. Nakon raspada zemlje ova tema nije nestala; rad u tom smjeru se nastavio. Počeli su mnogo ranije nego što je Elon Musk o tome govorio. Na primjer, trebalo je vratiti blokove prve faze superteške sovjetske rakete Energia, što je bilo potrebno iz ekonomskih razloga i za implementaciju resursa motora RD-170, projektiranih za najmanje 10 letova.
Manje je poznat projekat rakete -nosača Rossiyanka, koji su razvili stručnjaci Državnog raketnog centra akademika V. P. Makeeva. Ovo preduzeće je uglavnom poznato po vojnom razvoju. Na primjer, ovdje je stvorena većina domaćih balističkih projektila namijenjenih naoružavanju podmornica, uključujući balističke rakete R-29RMU Sineva koje su trenutno u službi ruske podmorničke flote.
Prema projektu, Rossiyanka je bila dvostupanjska lansirna rampa, čija je prva faza bila za višekratnu upotrebu. U osnovi ista ideja kao i inženjeri SpaceX -a, ali nekoliko godina ranije. Raketa je trebala lansirati 21,5 tona tereta u nisku referentnu orbitu - pokazatelji blizu rakete Falcon 9. Povratak prve faze trebao se dogoditi uz balističku putanju zbog ponovnog uključivanja motora standardne faze. Ako je potrebno, nosivost rakete mogla bi se povećati na 35 tona. Makeyev SRC je 12. decembra predstavio svoju novu raketu na takmičenju Roscosmos za razvoj lansirnih lanaca za višekratnu upotrebu, ali je narudžba za izradu takvih uređaja stigla konkurentima Državnog istraživačko-proizvodnog svemirskog centra Khrunichev s Baikal-Angarom projekt. Najvjerojatnije bi stručnjaci Makeevskog SRC -a bili kompetentni za provedbu njihovog projekta, ali bez dovoljne pažnje i financiranja to je bilo nemoguće.
Projekt Baikal-Angara bio je još ambiciozniji; bila je to avionska verzija prve faze povratka na Zemlju. Planirano je da se nakon dostizanja zadate visine odjeljka u prvoj fazi otvori posebno krilo, a zatim će letjeti avionom sa slijetanjem na konvencionalno uzletište s produženim stajnim trapom. Međutim, sam takav sistem nije samo vrlo složen, već je i skup. Njene neosporne zasluge uključivale su činjenicu da se mogla vratiti s veće udaljenosti. Nažalost, projekt nikada nije proveden, još uvijek se ponekad sjeća, ali ništa više.
Sada svijet već razmišlja o lansirnim vozilima za višekratnu upotrebu. Elon Musk najavio je projekat Big Falcon Rocket. Takva raketa trebala bi dobiti dvostepenu arhitekturu neuobičajenu za modernu kosmonautiku; druga faza je jedna cjelina sa svemirskom letjelicom, koja može biti teretna ili putnička. Planirano je da se prva faza Superheavy -a vrati natrag na Zemlju, izvodeći vertikalno slijetanje na kosmodrom koristeći svoje motore, ovu tehnologiju su već savršeno razvili inženjeri SpaceX -a. Druga faza rakete, zajedno sa svemirskom letjelicom (u stvari, radi se o svemirskoj letjelici različitih namjena), koja je dobila ime Starship, ući će u Zemljinu orbitu. Druga faza će također imati dovoljno goriva za usporavanje u gustim slojevima atmosfere nakon završetka svemirske misije i slijetanja na priobalnu platformu.
Vrijedi napomenuti da ni SpaceX nema dlan u takvoj ideji. U Rusiji se projekt lansirnog vozila za višekratnu upotrebu razvijao od 1990 -ih. I opet su radili na projektu u Državnom raketnom centru po imenu akademika V. P. Makeeva. Projekat ruske rakete za višekratnu upotrebu ima prelepo ime "Korona". Roscosmos se ovog projekta sjetio 2017. godine, nakon čega su uslijedili različiti komentari na obnovu ovog projekta. Na primjer, u januaru 2018. godine Rossiyskaya Gazeta objavila je vijest da je Rusija nastavila rad na svemirskoj raketi za višekratnu upotrebu. Radilo se o lansirnom vozilu Korona.
Za razliku od američke rakete Falcon-9, ruska Korona nema odvojive stepenice; u stvari, riječ je o jednoj mekoj letjelici za polijetanje i slijetanje. Prema riječima Vladimira Degtyara, generalnog dizajnera makedovskog SRC-a, ovaj projekt trebao bi otvoriti put za implementaciju međuplanetarnih letova s ljudskom posadom na velike udaljenosti. Planirano je da glavni konstrukcijski materijal nove ruske rakete budu ugljična vlakna. U isto vrijeme, "Korona" je dizajnirana za lansiranje svemirskih letjelica u niske zemljine orbite na nadmorskoj visini od 200 do 500 kilometara. Masa lansirne rakete je oko 300 tona. Masa izlaznog korisnog tereta je od 7 do 12 tona. Polijetanje i slijetanje "Korone" trebalo bi se odvijati pomoću pojednostavljenih lansirnih objekata, a osim toga, razrađuje se mogućnost lansiranja rakete za višekratnu upotrebu s priobalnih platformi. Novo lansirno vozilo moći će koristiti istu platformu za polijetanje i slijetanje. Vrijeme pripreme rakete za sljedeće lansiranje je samo oko jedan dan.
Treba napomenuti da su materijali od ugljičnih vlakana potrebni za stvaranje jednostupanjskih i višekratnih raketa korišteni u zrakoplovnoj tehnologiji od 90-ih godina prošlog stoljeća. Od početka devedesetih godina, projekt Korona je napredovao i značajno se razvio, suvišno je reći da se u početku radilo o raketi za jednokratnu upotrebu. U isto vrijeme, u procesu evolucije, dizajn buduće rakete postao je jednostavniji i savršeniji. Postupno su programeri rakete odustali od upotrebe krila i vanjskih spremnika goriva, shvativši da će glavni materijal tijela rakete za višekratnu upotrebu biti upravo ugljična vlakna.
U najnovijoj verziji rakete Korona za višekratnu upotrebu do sada se njena masa približava 280-290 tona. Za tako veliko jednostupanjsko lansirno vozilo potreban je visoko efikasan raketni motor na tekuće gorivo koji radi na vodiku i kisiku. Za razliku od raketnih motora, koji su postavljeni na odvojenim stupnjevima, takav raketni motor na tekuće gorivo trebao bi efikasno raditi u različitim uslovima i na različitim nadmorskim visinama, uključujući polijetanje i let izvan Zemljine atmosfere. "Običan raketni motor na tekuće gorivo s Laval-ovim mlaznicama djelotvoran je samo na određenim visinskim rasponima", kažu dizajneri Makeevke. Plinski mlaz u takvim raketnim motorima prilagođava se pritisku "iza broda"; štoviše, oni zadržavaju svoju učinkovitost i na površini Zemlje i prilično visoko u stratosferi.
RN "Korona" u orbitalnom letu sa zatvorenim prostorom za teret, render
Međutim, do sada u svijetu jednostavno ne postoji radni motor ovog tipa, iako su se aktivno razvijali u SSSR -u i SAD -u. Stručnjaci smatraju da bi lansirno vozilo za višekratnu upotrebu Korona trebalo biti opremljeno modularnom verzijom motora, u kojoj je klinasta mlaznica jedini element koji trenutno nema prototip i nije testiran u praksi. U isto vrijeme, Rusija ima svoje tehnologe u proizvodnji modernih kompozitnih materijala i dijelova od njih. Njihov razvoj i primjena prilično su uspješno angažirani, na primjer, u JSC "Composite" i Sveruskom institutu za zrakoplovne materijale (VIAM).
Za siguran let u Zemljinoj atmosferi, struktura ugljikovih vlakana Korone bit će zaštićena pločicom za zaštitu od topline, koju je prethodno razvio VIAM za svemirsku letjelicu Buran i od tada je prošla značajan razvojni put. "Glavno toplinsko opterećenje Korone bit će koncentrirano na njenom pramcu, gdje se koriste visokotemperaturni elementi toplinske zaštite", napominju dizajneri. “U isto vrijeme, raširene stranice lansirnog vozila imaju veći promjer i nalaze se pod oštrim kutom u odnosu na strujanje zraka. Toplinsko opterećenje ovih elemenata je manje, a to nam, pak, omogućuje upotrebu lakših materijala. Kao rezultat toga postiže se ušteda od oko 1,5 tona težine. Masa visokotemperaturnog dijela rakete ne prelazi 6 posto ukupne mase toplinske zaštite Korone. Za usporedbu, svemirski šatl je činio više od 20 posto."
Elegantan, konusni oblik rakete za višekratnu upotrebu rezultat je mnogo pokušaja i grešaka. Prema riječima programera, dok su radili na projektu, pregledali su i ocijenili stotine različitih opcija. "Odlučili smo potpuno napustiti krila, poput onih svemirskog šatla ili svemirske letjelice Buran", kažu programeri. - Uglavnom, kada su u gornjoj atmosferi, krila samo ometaju svemirski brod. Takvi svemirski brodovi ulaze u atmosferu hipersoničnom brzinom ništa bolje od "željeza", a tek nadzvučnom brzinom prelaze u horizontalni let, nakon čega se mogu u potpunosti osloniti na aerodinamiku krila."
Osimetrični oblik rakete u obliku konusa omogućuje ne samo olakšavanje toplinske zaštite, već i pružanje dobrih aerodinamičkih svojstava pri kretanju velikom brzinom leta. Već u gornjim slojevima atmosfere "Korona" prima snagu dizanja, što omogućava raketi ne samo usporavanje, već i izvođenje manevara. To omogućava lansirnom vozilu da manevrira na velikoj visini dok leti do mjesta slijetanja; u budućnosti samo treba dovršiti proces kočenja, ispraviti svoj kurs, okrenuti se prema dolje pomoću malih manevarskih motora i sletjeti na tlo.
Problem s projektom je što se Korona još uvijek razvija u uvjetima nedovoljnog financiranja ili njegovog potpunog odsustva. Trenutno je SRC Makeyev dovršio samo nacrt projekta na ovu temu. Prema podacima objavljenim tokom XLII Akademskog čitanja o kosmonautici 2018. godine, provedene su studije izvodljivosti o projektu za stvaranje niskonaponskog napona Korona i izrađen je učinkovit raspored razvoja raketa. Istraženi su potrebni uvjeti za stvaranje nove rakete -lansera, te su analizirani izgledi i rezultati razvojnog procesa i budućeg rada nove rakete.
Nakon pljuska vijesti o projektu Korona 2017. i 2018. godine, ponovno slijedi tišina … Izgledi projekta i njegove implementacije još uvijek nisu jasni. U međuvremenu, SpaceX će predstaviti probni uzorak svoje nove rakete Big Falcon (BFR) za višekratnu upotrebu na ljeto 2019. Može proći mnogo godina od stvaranja testnog uzorka do punopravne rakete, što će potvrditi njegovu pouzdanost i performanse, ali za sada možemo ustvrditi da Elon Musk i njegova kompanija proizvode stvari koje se mogu vidjeti i dodirnuti rukama. U isto vrijeme, Roskosmos bi, prema riječima premijera Dmitrija Medvedeva, trebao prekinuti projektiranje i razgovarati o tome gdje ćemo letjeti u budućnosti. Morate manje pričati, a više raditi.
