Úgy tartják, hogy a technológiák mindig fokozatosan fejlődnek, az egyszerűtől a komplexig, a kőkéstől az acélig - és csak ezután a programozott marógéppé. Az űrrakéta sorsa azonban kevésbé egyértelműnek bizonyult. Az egyszerű, megbízható egylépcsős rakéták létrehozása sokáig elérhetetlen maradt a tervezők számára. Olyan megoldásokra volt szükség, amelyeket sem anyagtudósok, sem motormérnökök nem tudtak ajánlani. A hordozórakéták eddig többlépcsősek és eldobhatóak maradtak: hihetetlenül összetett és drága rendszert használnak néhány percig, majd eldobják
„Képzeld el, hogy minden repülés előtt összeállítasz egy új repülőgépet: összekapcsolod a törzset a szárnyakkal, fektetsz elektromos kábeleket, telepíted a hajtóműveket, és leszállás után egy hulladéklerakóba küldöd … Nem fogsz messzire repülni, mint hogy” - mondták nekünk az Állami Rakétaközpont fejlesztői. Makeeva. „De pontosan ezt tesszük minden alkalommal, amikor rakományt küldünk pályára. Természetesen ideális esetben mindenki azt szeretné, ha rendelkezne egy megbízható, egylépcsős "géppel", amely nem igényel összeszerelést, de megérkezik a kozmodrómhoz, feltöltve és elindítva. Aztán visszajön és újra kezdődik - és újra "…
Félúton
Nagyjából a rakétagyártás a legkorábbi projektek egy szakaszával igyekezett túljutni. Csiolkovszkij kezdeti vázlataiban éppen ilyen szerkezetek jelennek meg. Ezt az elképzelést csak később hagyta abba, amikor rájött, hogy a huszadik század eleji technológiák nem teszik lehetővé ennek az egyszerű és elegáns megoldásnak a megvalósítását. A hatvanas években ismét felkeltette az érdeklődést az egylépcsős fuvarozók iránt, és az óceán mindkét oldalán dolgoztak ilyen projekteken. Az 1970-es évekre az Egyesült Államok egylépcsős SASSTO, Phoenix rakétákon és számos, az S-IVB-n alapuló megoldáson dolgozott, amely a Saturn V hordozórakéta harmadik lépcsője, amely űrhajósokat szállított a Holdra.
„Egy ilyen opció nem térne el a teherbírástól, a motorok nem voltak elég jók ehhez - de mégis egy szakaszról lenne szó, amely képes a pályára repülni” - folytatják a mérnökök. - Természetesen gazdaságilag teljesen indokolatlan lenne. A velük való munkavégzésre szolgáló kompozitok és technológiák csak az utóbbi évtizedekben jelentek meg, amelyek lehetővé teszik a hordozó egylépcsősé, ráadásul újrafelhasználhatóvá tételét. Egy ilyen "tudományigényes" rakéta költsége magasabb lesz, mint egy hagyományos kivitelé, de sok "indításra" lesz "szétosztva", így a kilövési ár jóval alacsonyabb lesz a szokásosnál.
A média újrafelhasználhatósága a mai fejlesztők fő célja. Az űrsikló és az Energia-Buran rendszerek részben újra felhasználhatók voltak. Az első szakasz ismételt használatát tesztelik a SpaceX Falcon 9. rakétáknál, a SpaceX már több sikeres leszállást hajtott végre, március végén pedig megpróbálják újra elindítani az egyik, az űrbe repült szakaszát. „Véleményünk szerint ez a megközelítés csak hiteltelenné teheti az igazi újrafelhasználható média létrehozásának gondolatát” - jegyzi meg a Makeev Design Bureau. "Még mindig minden repülés után ki kell rendeznie egy ilyen rakétát, telepítenie kell a csatlakozásokat és az új eldobható alkatrészeket … és visszatértünk oda, ahonnan indultunk."
A teljesen újrafelhasználható média továbbra is csak projektek formájában létezik - kivéve az amerikai Blue Origin cég New Shepardját. A pilótakapszulával ellátott rakétát eddig csak az űrturisták szuborbitális járataira tervezték, de az ebben az esetben talált megoldások nagy része könnyen méretezhető egy komolyabb orbitális hordozóra. A vállalat képviselői nem titkolják terveiket egy ilyen opció létrehozására, amelyhez már kifejlesztik az erőteljes BE-3 és BE-4 motorokat. "Minden szuborbitális repüléssel közeledünk a pályához" - biztosította a Blue Origin. De ígéretes hordozójuk, a New Glenn sem lesz teljesen újrafelhasználható: csak a már tesztelt New Shepard dizájn alapján létrehozott első blokkot kell újra felhasználni.
Anyagállóság
A teljesen újrafelhasználható és egylépcsős rakétákhoz szükséges CFRP anyagokat az 1990-es évek óta használják az űrtechnikában. Ugyanezekben az években a McDonnell Douglas mérnökei gyorsan megkezdték a Delta Clipper (DC-X) projekt megvalósítását, és ma már egy kész és repülő szénszálas hordozóval büszkélkedhetnek. Sajnos a Lockheed Martin nyomására megszűnt a DC-X-en végzett munka, a technológiákat átvitték a NASA-hoz, ahol megpróbálták felhasználni őket a sikertelen VentureStar projekthez, ezt követően sok, ebben a témában érintett mérnök a Blue Origin-nél dolgozott, magát a céget pedig a Boeing vette át.
Ugyanebben a kilencvenes években az orosz SRC Makeev érdeklődni kezdett e feladat iránt. Azóta a KORONA projekt ("Űrrakéta, [űr] járművek egylépcsős hordozója") észrevehető fejlődésen ment keresztül, és a köztes változatok azt mutatják, hogyan lett a tervezés és az elrendezés egyre egyszerűbb és tökéletesebb. Fokozatosan a fejlesztők elhagyták az összetett elemeket - például a szárnyakat vagy a külső üzemanyagtartályokat -, és arra a felismerésre jutottak, hogy a fő test anyaga szénszálas legyen. A megjelenéssel együtt a súly és a teherbírás is megváltozott. "Még a legjobb modern anyagok felhasználásával sem lehet 60-70 tonnánál kisebb egylépcsős rakétát építeni, miközben hasznos terhelése nagyon kicsi lesz"-mondja az egyik fejlesztő. - De ahogy nő a kiindulási tömeg, a szerkezetnek (egy bizonyos határig) egyre kisebb a részesedése, és egyre nyereségesebb a használata. Egy orbitális rakéta esetében ez az optimum körülbelül 160-170 tonna, ebből a skálából kiindulva már indokolt lehet a használata."
A KORONA projekt legújabb verziójában a kilövő tömeg még nagyobb, és megközelíti a 300 tonnát. Egy nagyméretű egylépcsős rakéta megköveteli a rendkívül hatékony, hidrogénnel és oxigénnel működő folyékony hajtóanyagú sugárhajtómű használatát. A különálló szakaszokban lévő motorokkal ellentétben az ilyen folyékony hajtóanyagú rakétamotornak nagyon különböző körülmények között és különböző magasságokban kell működnie, beleértve a légkörön kívüli felszállást és repülést. „A hagyományos folyékony hajtóművek Laval fúvókákkal csak bizonyos magassági tartományokban hatékonyak-magyarázzák a Makeevka tervezői-, ezért arra jutottunk, hogy ék-levegő rakétahajtóművet kell használni.” Az ilyen motorokban a gázsugár alkalmazkodik a „túlnyomásos” nyomáshoz, és fenntartják a hatékonyságot mind a felszínen, mind a sztratoszférában.
Eddig a világon nincs ilyen típusú működő motor, bár nálunk és az USA -ban is foglalkoztak és foglalkoznak velük. A 60 -as években a Rocketdyne mérnökei állványon tesztelték az ilyen motorokat, de nem érkeztek rakétákra történő telepítéshez. A CROWN-t fel kell szerelni egy moduláris verzióval, amelyben az ék-levegő fúvóka az egyetlen elem, amely még nem rendelkezik prototípussal és nincs tesztelve. Oroszországban is rendelkezésre állnak az összes kompozit alkatrészek gyártására alkalmas technológiák - ezeket kifejlesztették és sikeresen használják például az All -Russian Repülési Anyagintézetben (VIAM) és a OJSC „Kompozit” -ban.
Függőleges illeszkedés
A légkörben való repülés során a CORONA szénszálerősítésű műanyag szerkezetét a VIAM által a Burans számára kifejlesztett, azóta észrevehetően javított hővédő csempe borítja."Rakétánk fő hőterhelése az" orrára "koncentrálódik, ahol magas hőmérsékletű hővédő elemeket használnak" - magyarázzák a tervezők. - Ebben az esetben a rakéta táguló oldalai nagyobb átmérőjűek és a légáramhoz képest éles szöget zárnak be. A termikus terhelés kisebb, ami lehetővé teszi a könnyebb anyagok használatát. Ennek eredményeként több mint 1,5 tonnát spóroltunk meg. A magas hőmérsékletű rész tömege nem haladja meg a hővédelem teljes tömegének 6% -át. Összehasonlításképpen: a transzferek több mint 20% -át teszi ki."
A média karcsú, kúpos kialakítása számtalan kísérlet és hiba eredménye. A fejlesztők szerint, ha csak a lehetséges újrafelhasználható egylépcsős hordozók legfontosabb jellemzőit veszi figyelembe, akkor körülbelül 16 000 kombinációt kell figyelembe vennie. Közülük több százan értékelték a tervezők, miközben dolgoztak a projekten. "Úgy döntöttünk, hogy elhagyjuk a szárnyakat, mint a Buran vagy az űrsikló" - mondják. - Általában a felső légkörben csak az űrhajókat zavarják. Az ilyen hajók hiperszonikus sebességgel lépnek be a légkörbe, mint egy "vas", és csak szuperszonikus sebességgel váltanak vízszintes repülésre, és megfelelően támaszkodhatnak a szárnyak aerodinamikájára."
A tengelyszimmetrikus kúp alakja nemcsak a könnyebb hővédelmet teszi lehetővé, hanem jó aerodinamikával is rendelkezik, ha nagyon nagy sebességgel halad. Már a légkör felső rétegeiben kap rakétát a rakéta, amely nemcsak itt fékez, hanem manőverez is. Ez viszont lehetővé teszi a szükséges manőverek elvégzését nagy magasságban, a leszállóhely felé tartva, és a jövőbeni repülésnél már csak a fékezés befejezése, az irány kijavítása és a hátrafelé történő gyenge manőverező motorok használata szükséges.
Emlékezzünk vissza a Falcon 9 -re és az Új Shepardra is: ma nincs semmi lehetetlen vagy szokatlan a függőleges leszállásnál. Ugyanakkor lehetővé teszi a kifutópálya építése és üzemeltetése során lényegesen kevesebb erővel való kijutást - a kifutópályának, amelyen ugyanazok a Shuttles és Buran leszálltak, több kilométeres hosszúságúnak kellett lennie ahhoz, hogy fékezze a járművet óránként több száz kilométeres sebességgel. „A CROWN elvileg akár fel is szállhat egy offshore platformról, és rá is szállhat - teszi hozzá a projekt egyik szerzője -, a végső leszállási pontosság körülbelül 10 m lesz, a rakétát leengedik visszahúzható pneumatikus lengéscsillapítókra.” Nincs más hátra, mint elvégezni a diagnosztikát, tankolni, új rakományt elhelyezni - és újra repülhet.
A KORONA finanszírozás hiányában még megvalósításra kerül, így a Makeev Design Bureau fejlesztőinek sikerült csak a tervezet végső szakaszába jutni. „Ezen a szakaszon szinte teljesen és teljesen függetlenül, külső támogatás nélkül mentünk túl. Már mindent megtettünk, amit meg lehetett tenni - mondják a tervezők. - Tudjuk, mit, hol és mikor kell előállítani. Most tovább kell térnünk a kulcsfontosságú egységek gyakorlati tervezésére, gyártására és fejlesztésére, és ehhez pénz kell, ezért most minden tőlük függ."
Késleltetett indítás
A CFRP rakéta csak nagyszabású kilövésre számít; a szükséges támogatás megérkezése után a tervezők készek hat év múlva, hét -nyolc év múlva megkezdeni a repülési teszteket, és megkezdeni az első rakéták kísérleti működését. Becsléseik szerint ehhez kevesebb, mint 2 milliárd dollárra van szükség - rakéta szabványok szerint nem sok. Ugyanakkor a befektetés megtérülésére hét év rakétahasználat után lehet számítani, ha a kereskedelmi forgalomba bocsátások száma a jelenlegi szinten marad, vagy akár 1,5 év múlva - ha az előre jelzett ütemben nő.
Ezenkívül a manőverező hajtóművek, a találkozó és a dokkoló létesítmények jelenléte a rakétán is lehetővé teszi, hogy bonyolult, több indítással induló tervekkel számítsunk. Miután a kiégett üzemanyagot nem leszálláshoz, hanem a hasznos teher befejezéséhez lehet használni, akkor azt 11 tonna feletti tömegre lehet hozni. Ezután a CROWN kiköti a második, "tanker" -t, amely megtölti tartályait a visszatéréshez szükséges további üzemanyaggal. De mégis sokkal fontosabb az újrafelhasználhatóság, amely először mentesít minket attól, hogy minden indítás előtt össze kell gyűjtenünk a médiát - és minden indítás után elveszítjük. Csak egy ilyen megközelítés biztosíthatja a stabil kétirányú forgalom létrejöttét a Föld és a pálya között, és ezzel egyidejűleg a Föld közeli űr valódi, aktív, nagyszabású kiaknázásának kezdetét.
Eközben a CROWN tanácstalan, a New Shepard kidolgozása folytatódik. Hasonló japán projekt, az RVT is fejlesztés alatt áll. Az orosz fejlesztők egyszerűen nem rendelkeznek elegendő támogatással az áttöréshez. Ha van pár milliárdja, akkor ez sokkal jobb befektetés, mint a világ legnagyobb és legfényűzőbb jachtja.
