Raketni i svemirski sistem za višekratnu upotrebu na mjestu lansiranja. Grafika Instituta za istraživanje visokih temperatura
Osnova moderne ruske kosmonautike su rakete Sojuz i Proton, nastale sredinom prošlog stoljeća. Gotovo sve što iz ruskih kosmodroma lansira u svemir, ove pouzdane, ali prilično zastarjele mašine stavljaju u orbitu. Kako bi obnovili raketnu flotu i osigurali Rusiji bezuslovni pristup svim segmentima svemirske aktivnosti, najnoviji raketni kompleks Angara ulazi u fazu letačkih ispitivanja. Ovo je možda jedini svemirski raketni kompleks na svijetu koji ima širok spektar mogućnosti za isporuku svemirskih letjelica težine od 4 do 26 tona u svemir.
Super teški principi
Potrebe za svemirskim vozilima u bliskoj budućnosti podmirivat će rakete Soyuz i Angara, ali njihova nosivost nije dovoljna za rješavanje problema istraživanja Mjeseca, Marsa i drugih planeta Sunčevog sistema. Osim toga, oni kompliciraju ekološku situaciju u Amurskoj regiji jer će njihove provedene faze pasti ili u Amursku tajgu ili u vodeno područje Ohotskog mora. Jasno je da je ova situacija iznuđena, to je plaćanje za osiguranje svemirskog suvereniteta Rusije. Kolika će biti ta isplata ako se donese odluka o stvaranju superteških raketa za letove s posadom do Mjeseca?
U našoj istoriji već je bilo takvih projektila: Energia i N-1. Osnovni principi superteške rakete postavljeni su i implementirani prije više od 50 godina, pa je za njenu izradu potreban samo novac. A ako se po treći put stvori superteška raketa, tada će se u Amurskoj regiji godišnje akumulirati dodatnih 320 tona otpadnog metala s ostacima goriva.
Želja da se rakete učine ekološki prihvatljivima i isplativijima dovela je do ideje o vraćanju prvih faza raketa na mjesto lansiranja i njihovoj ponovnoj upotrebi. Nakon odrađenog zadanog vremena, stepenice bi se trebale spustiti u atmosferu i kako se avion vraća na mjesto lansiranja. Prema ovom principu, funkcionirat će raketni i svemirski sistem za višekratnu upotrebu (MRKS).
MRKS kakav je
Raketni i svemirski sistem za višekratnu upotrebu predstavljen je stručnjacima i javnosti na Moskovskom svemirskom sajmu 2011. Sistem se sastoji od četiri lansirna vozila za višekratnu upotrebu (MRN) sa raketnim sklopovima za višekratnu upotrebu (VRB). Cijeli asortiman MRN -a nosivosti 25 do 70 tona može se upotpuniti različitim kombinacijama dva glavna modula: prvi modul je raketna jedinica za višekratnu upotrebu (prvi stupanj), drugi modul je drugi stupanj rakete za jednokratnu upotrebu.
U konfiguraciji nosivosti do 25 tona (jedan VRB i jedan modul 2. stepena), raketa za višekratnu upotrebu može lansirati sve moderne i perspektivne svemirske letjelice s posadom i bespilotnom posadom. U dimenziji od 35 tona (dva VRB -a i jedan modul druge faze), MRN omogućava lansiranje dva telekomunikaciona satelita u orbitu po lansiranju, isporuku modula perspektivnih orbitalnih stanica u svemir i lansiranje teških automatskih stanica koje će se koristiti na prva faza istraživanja Mjeseca i istraživanja Marsa.
Važna prednost MRN -a je mogućnost izvođenja uparenih lansiranja. Za lansiranje dva moderna telekomunikaciona satelita pomoću rakete Angara potrebno je nabaviti deset raketnih motora u vrijednosti od 240 miliona rubalja svaki. svaki. Prilikom lansiranja dva ista satelita pomoću MRN -a potrošit će se samo jedan motor čija se cijena procjenjuje na 400 miliona rubalja. Ušteda troškova samo za motore je 600%!
Prve studije obnovljive raketne jedinice izvedene su početkom stoljeća i predstavljene na svemirskoj izložbi Le Bourget u obliku makete etape ponovnog ulaska Bajkala.
Kasnije, u fazi idejnog projektiranja, radilo se na izboru komponenti goriva, rješavanju problema toplinskog grijanja, automatskog slijetanja i mnogih drugih problema. Detaljno je analizirano na desetine varijanti VRB -a, provedena je temeljita tehnička i ekonomska analiza uzimajući u obzir različite scenarije razvoja domaće kosmonautike. Kao rezultat toga, određena je varijanta MRKS -a, koja najpotpunije zadovoljava čitav niz modernih i obećavajućih zadataka.
Slijetanje lansirnog vozila za višekratnu upotrebu sa raketnim jedinicama za višekratnu upotrebu. Grafika Instituta za istraživanje visokih temperatura
Na plavi gas
Predloženo je da se problem motora za višekratnu upotrebu riješi upotrebom ukapljenog prirodnog plina (LNG) kao goriva. Prirodni gas je jeftino, ekološki prihvatljivo gorivo koje je najpogodnije za upotrebu u motorima za višekratnu upotrebu. To je potvrdio i dizajnerski biro Khimmash nazvan po A. M. Isaev u septembru 2011. godine, kada je testiran prvi svjetski raketni motor na prirodni plin na tekući pogon. Motor je radio više od 3000 sekundi, što odgovara 20 pokretanja. Nakon rastavljanja i ispitivanja stanja jedinica potvrđene su sve nove tehničke ideje.
Predloženo je rješenje problema zagrijavanja konstrukcije odabirom optimalnih putanja u kojima toplinski tokovi isključuju intenzivno zagrijavanje konstrukcije. Time se uklanja potreba za skupom toplinskom zaštitom.
Predloženo je rješenje problema automatskog slijetanja dva VRB -a i njihove integracije u ruski zračni prostor uključivanjem navigacijskog sistema GLONASS i automatskog ovisnog nadzornog sistema, koji se nije koristio u raketnoj tehnici, u upravljačku petlju.
Uzimajući u obzir tehničku složenost i novinu opreme koja se stvara, na temelju domaćeg i stranog iskustva, potkrepljuje se potreba stvaranja demonstratora leta, koji je smanjena kopija VRB -a. Demonstrator se može proizvesti i opremiti svim standardnim ugrađenim sistemima bez posebne pripreme za proizvodnju. Takav zrakoplov će omogućiti testiranje u stvarnim uslovima leta svih ključnih tehničkih rješenja ugrađenih u proizvod u punoj veličini, smanjujući tehničke i financijske rizike pri stvaranju standardnog proizvoda.
Troškovi demonstratora mogu se opravdati zbog njegove jedinstvene sposobnosti da lansira objekte težine veće od 10 tona na nadmorsku visinu od 80 km duž balističke putanje, ubrzavajući ih do brzine koja premašuje brzinu zvuka za 7 puta i vraća se na aerodrom za drugo lansiranje. Proizvodi za višekratnu upotrebu nastali na njegovoj osnovi mogu biti od velikog značaja ne samo za programere hipersoničnih aviona.
Filozofija fleksibilnosti
Prva faza je najveći i najskuplji dio rakete. Smanjivanjem proizvodnje ovih faza zbog njihove opetovane upotrebe, moguće je značajno smanjiti troškove federalnih agencija za lansiranje svemirskih letjelica. Preliminarne procjene pokazuju da je za uspješnu provedbu svih postojećih i obećavajućih svemirskih programa, uključujući isporuku bespilotnih stanica na Mjesec i Mars, dovoljno imati flotu od samo 7-9 raketnih blokova koji se vraćaju.
MRCS ima filozofiju fleksibilnosti u odnosu na konjukturu svemirskog programa. Nakon što je stvorio MRN nosivosti 25 do 35 tona, Roskosmos će dobiti sistem koji će učinkovito riješiti probleme današnjice i bliske budućnosti. Ako postoji potreba za raspoređivanjem težih vozila za letove na Mjesec ili Mars, kupac će imati MRN nosivosti do 70 tona, čije stvaranje ne zahtijeva značajne troškove.
Jedini program za koji MRKS nije prikladan je program letova s posadom na Mars. Ali ti letovi nisu tehnički izvodljivi u doglednoj budućnosti.
Danas se postavlja fundamentalno važno pitanje o izgledima za razvoj lansirnih vozila. Šta stvoriti: super teška raketa za jednokratnu upotrebu, koja će se koristiti samo u Mjesečevim i Marsovskim programima, a ako se ukinu, troškovi će se ponovo otpisati; ili za stvaranje MRCS -a, koji ne samo da će omogućiti implementaciju trenutnih programa lansiranja po cijeni jedan i pol puta nižoj nego danas, već se može koristiti i uz minimalne izmjene u Mjesečevom programu i programu istraživanja Marsa?
