Ma már sokan ismerjük, vagy legalábbis hallottunk róla, a SpaceX magáncég részben részben újrafelhasználható hordozórakétáinak családjáról. A cég sikerének, valamint az alapító, Elon Musk személyiségének köszönhetően, aki maga is gyakran válik a hírfolyamok hőssé, a Falcon 9 rakéták, a SpaceX és általában az űrrepülések nem hagyják el a nemzetközi sajtó oldalait. Ugyanakkor Oroszországnak voltak és vannak saját fejlesztései, és nem kevésbé érdekes újrafelhasználható rakéták projektjei, amelyekről sokkal kevesebbet tudnak. A válasz arra a kérdésre, hogy miért történik ez, nyilvánvaló. Ilona Mask rakétái rendszeresen repülnek az űrbe, az újrafelhasználható és részben újrahasználható orosz rakéták pedig eddig csak projektek, rajzok és gyönyörű képek a bemutatókban.
Az űr ma indul
Napjainkban nyugodtan kijelenthetjük, hogy a Roskosmos valamikor kihagyta az újrafelhasználható rakéták témáját, kezében olyan fejlesztésekkel és projektekkel, amelyek több évvel megelőzték más országokat. Az orosz újrafelhasználható rakéták összes projektjét soha nem fejezték be, és nem hajtották végre fémben. Például az 1992-től 2012-ig kifejlesztett, egylépcsős Korona hordozórakétát soha nem hozták logikus következtetésre. Ennek a téves számításnak az eredményét már a fejlődésben látjuk. Oroszország komolyan elvesztette pozícióit a kereskedelmi célú űrkibocsátási piacon az amerikai Falcon 9 rakéta és annak változatai megjelenésével, és súlyosan alulmúlja az évente végrehajtott űrkutatások számát is. 2018 végén a Roscosmos 20 űrrepülésről számolt be (egy sikertelen), míg 2018 áprilisában a TASS -nak adott interjújában a Roscosmos vezetője, Igor Komarov elmondta, hogy a tervek szerint 30 űrrepülést hajtanak végre. év vége. A vezető az elmúlt év végén Kína volt, amely 39 űrrepülést hajtott végre (egy sikertelen), a második helyen az Egyesült Államok végzett 31 űrindítással (nincs sikertelen).
A modern űrrepülésekről szólva meg kell érteni, hogy a modern hordozórakéta (LV) indításának teljes költségében a fő kiadási tétel maga a rakéta. A teste, az üzemanyagtartályok, a motorok - mindez örökre elrepül, felég a légkör sűrű rétegeiben, világos, hogy az ilyen helyrehozhatatlan költségek minden hordozórakéta elindítását nagyon drága élménnyé változtatják. Nem az űrkikötők karbantartása, nem az üzemanyag, nem az összeszerelési munkák az indulás előtt, hanem maga a hordozórakéta ára a fő kiadási tétel. A mérnöki gondolkodás nagyon összetett technológiai termékét használják néhány percig, majd teljesen megsemmisítik. Ez természetesen igaz az egyszer használatos rakétákra. A visszanyerhető hordozórakéták használatának ötlete itt önmagában utal arra, hogy valódi esélyként csökkentse az egyes űrkutatások költségeit. Ebben az esetben még az első szakasz visszatérése is csökkenti az egyes indítások költségét.
A Falcon 9 hordozórakéta visszatérhető első szakaszának leszállása
Ez egy hasonló rendszer, amelyet az amerikai milliárdos, Elon Musk hajtott végre, így a nehéz Falcon 9 hordozórakéta első lépcsője visszanyerhető volt. Míg ezeknek a rakétáknak az első lépése részben helyreállítható, egyes leszállási kísérletek kudarccal végződnek, de a sikertelen leszállások majdnem nullára estek 2017 -ben és 2018 -ban. Tavaly például az első szakasz minden 10 sikeres leszállása esetén csak egy kudarc történt. Ugyanakkor a SpaceX is megnyitotta az új évet az első szakasz sikeres leszállásával. 2019. január 11 -én a Falcon 9 rakéta első lépcsője sikeresen landolt egy úszó platformon, ráadásul újra felhasználásra került, és korábban 2018 szeptemberében bocsátotta pályára a Telestar 18V kommunikációs műholdat. Manapság az ilyen visszatérhető első szakaszok már tényszerű tények. De amikor az amerikai magán űrtársaság képviselői csak a projektjükről beszéltek, sok szakértő kételkedett annak sikeres megvalósításában.
A mai valóságban a nehézkategóriás Falcon 9 rakéta első lépcsője néhány indításkor felhasználható újbóli verzióban. A rakéta második lépcsőjét kellő magasságba emelve körülbelül 70 kilométeres magasságban válik el tőle, a kikötés körülbelül 2,5 perccel a hordozórakéta elindítása után következik be (az idő a konkrét indítási feladatoktól függ). Az LV -től való elválasztás után az első szakasz a beépített helyzetszabályozó rendszer használatával kis manővert hajt végre, elkerülve a működő második fokozatú motorok lángját, és a három fő fékezési manőver előkészítésekor előre forgatja a motorokat. Leszálláskor az első szakasz saját motorokat használ a fékezéshez. Érdemes megjegyezni, hogy a visszatérő szakasz saját korlátozásokat szab az indításra. Például a Falcon 9 rakéta maximális hasznos terhelése 30-40 százalékkal csökken. Ennek oka az üzemanyag tartalékolásának szükségessége a fékezéshez és az azt követő leszálláshoz, valamint a telepített leszállóberendezések (rácsos kormánylapátok, leszállótámaszok, vezérlőrendszer elemei stb.) További súlya.
Az amerikaiak sikerei és a sikeres indítások nagy sorozata nem maradt észrevétlen a világon, ami egy sor kijelentést váltott ki a rakéták részleges újrafelhasználását használó projektek elindításáról, beleértve az oldalsó erősítők visszatérését és az első lépést a Földre. A Roscosmos képviselői is felszólaltak erről a pontszámról. A Társaság 2017 elején kezdett beszélni arról, hogy Oroszországban újrakezdik az újrafelhasználható rakéták létrehozására irányuló munkát.
A "Korona" hordozórakéta - általános nézet
Újrahasználható Korona rakéta és korábbi projektek
Érdemes megjegyezni, hogy az újrafelhasználható rakéták ötletét még a Szovjetunióban tanulmányozták. Az ország összeomlása után ez a téma nem tűnt el, az ez irányú munka folytatódott. Sokkal korábban kezdődtek, mint Elon Musk. Például vissza kellett adni a szupersúlyos szovjet Energia rakéta első szakaszának blokkjait, erre gazdasági okokból és a legalább 10 repülésre tervezett RD-170 hajtóművek erőforrásainak megvalósítása miatt volt szükség.
Kevésbé ismert a Rossiyanka hordozórakéta projektje, amelyet V. P. Makeev Állami Rakétaközpont akadémikus szakemberei fejlesztettek ki. Ez a vállalkozás elsősorban katonai fejlesztéseiről ismert. Például itt hozták létre a tengeralattjárók felfegyverzésére szánt hazai ballisztikus rakéták többségét, köztük az orosz tengeralattjáró-flottával jelenleg szolgálatban álló R-29RMU Sineva ballisztikus rakétákat.
A projekt szerint a Rossiyanka kétlépcsős hordozórakéta volt, amelynek első szakasza újrafelhasználható volt. Lényegében ugyanaz az ötlet, mint a SpaceX mérnökeinek, de néhány évvel korábban. A rakétának 21,5 tonna rakományt kellett volna indítania egy alacsony referenciapályára - ez a mutató a Falcon 9 rakéta közelében van. Az első szakasz visszatérésére ballisztikus pályán kellett sor kerülni, a standard színpadú motorok újbóli beépítése miatt. Szükség esetén a rakéta teherbírása 35 tonnára növelhető. December 12-én a Makeyev SRC bemutatta új rakétáját az újrafelhasználható hordozórakéták kifejlesztésére irányuló Roscosmos versenyen, de az ilyen eszközök létrehozására vonatkozó megrendelést a Hrunicsev Állami Kutatási és Termelési Űrközpont versenytársai kapták meg a Bajkál-Angarával projekt. Valószínűleg a Makeev SRC szakemberei rendelkeztek volna kompetenciával projektjük megvalósításához, de kellő odafigyelés és finanszírozás nélkül ez lehetetlen volt.
A Bajkál-Angara projekt még ambiciózusabb volt; a Földre való visszatérés első szakaszának repülőgépes változata volt. Úgy tervezték, hogy miután elérte a rekesz beállított magasságát, az első szakaszban kinyílik egy speciális szárny, majd egy repülőgép mentén repül, és leszáll egy hagyományos repülőtéren, kihúzott futóművel. Egy ilyen rendszer azonban nemcsak nagyon összetett, hanem drága is. Vitathatatlan érdemei közé tartozott, hogy nagyobb távolságból is visszatérhet. Sajnos a projekt soha nem valósult meg, néha még mindig emlékeznek rá, de semmi több.
Most a világ teljesen újrafelhasználható hordozórakétákon gondolkodik. Elon Musk bejelentette a Big Falcon Rocket projektet. Egy ilyen rakétának kétlépcsős architektúrát kell kapnia, amely nem jellemző a modern kozmonautikára; második lépcsője egyetlen egész, űrhajóval, amely lehet rakomány vagy utas. A tervek szerint a Superheavy első szakasza visszatér a Földre, és motorjai segítségével függőleges leszállást hajt végre a kozmodrómban, ezt a technológiát a SpaceX mérnökei már tökéletesen kifejlesztették. A rakéta második szakasza, egy űrhajóval (valójában ez egy űrhajó különböző célokra) együtt, amelyet Csillaghajónak neveztek el, belép a Föld pályájára. A második szakaszban elegendő üzemanyag is marad, hogy lassítson a légkör sűrű rétegeiben, miután befejezte az űrkutatást, és leszáll egy offshore platformra.
Érdemes megjegyezni, hogy a SpaceX -nek sincs tenyere ilyen elképzelésben. Oroszországban az 1990 -es évek óta fejlesztik az újrafelhasználható hordozórakéta projektjét. És ismét dolgoztak a projekten V. Á. Makeev akadémikusról elnevezett Állami Rakétaközpontban. Az újrafelhasználható orosz rakéta projektje gyönyörű "Korona" névvel rendelkezik. A Roscosmos 2017 -ben felidézte ezt a projektet, majd számos megjegyzés érkezett a projekt folytatásáról. Például 2018 januárjában a Rossijszkaja Gazeta közzétette azt a hírt, hogy Oroszország folytatta a munkát az újrahasználható űrrakétán. A Korona hordozórakétáról volt szó.
Az amerikai Falcon-9 rakétával ellentétben az orosz Koronának nincs leszerelhető állomása; valójában egyetlen lágy felszálló és leszálló űrhajóról van szó. Vladimir Degtyar, a Makeyev SRC általános tervezője szerint ennek a projektnek meg kell nyitnia az utat a hosszú távú, bolygóközi emberes repülések végrehajtása előtt. A tervek szerint az új orosz rakéta fő szerkezeti anyaga a szénszál lesz. Ugyanakkor a "Korona" célja az űreszközök 200-500 kilométeres magasságú alacsony föld körüli pályákra való indítása. A hordozórakéta tömege körülbelül 300 tonna. A hasznos terhelés tömege 7-12 tonna. A "Korona" felszállását és leszállását egyszerűsített indítóberendezések segítségével kell végrehajtani, emellett kidolgozásra kerül az újrafelhasználható rakéta offshore platformokról történő indításának lehetősége. Az új hordozórakéta ugyanazt a platformot tudja majd használni felszálláshoz és leszálláshoz. A rakéta előkészítési ideje a következő indításhoz csak körülbelül egy nap.
Meg kell jegyezni, hogy az egylépcsős és újrafelhasználható rakéták létrehozásához szükséges szénszálas anyagokat a múlt század 90-es évei óta használják az űrtechnikában. A kilencvenes évek eleje óta a Korona projekt hosszú fejlődési utat járt be, és jelentősen fejlődött, mondanom sem kell, hogy kezdetben egy egyszeri rakétáról volt szó. Ugyanakkor az evolúció során a jövőbeli rakéta tervezése egyszerűbbé és tökéletesebbé vált. Fokozatosan a rakéta fejlesztői felhagytak a szárnyak és a külső üzemanyagtartályok használatával, miután megértették, hogy az újrafelhasználható rakétatest fő anyaga a szénszál lesz.
Az újrafelhasználható Korona rakéta eddigi legújabb verziójában tömege megközelíti a 280-290 tonnát. Egy ilyen nagy, egyfokozatú hordozórakétához nagy hatékonyságú, folyékony hajtóanyagú rakétamotorra van szükség, amely hidrogénnel és oxigénnel működik. Ellentétben a rakétamotorokkal, amelyeket külön szakaszokra helyeznek, az ilyen folyékony hajtóanyagú rakétamotornak hatékonyan kell működnie különböző körülmények között és különböző magasságokban, beleértve a felszállást és a repülést a Föld légkörén kívül. "Egy közönséges folyékony hajtóanyagú rakétamotor Laval fúvókákkal csak bizonyos magasságtartományokban hatékony"-mondják a Makeevka tervezői. Az ilyen rakétahajtóművekben a gázsugár alkalmazkodik a túlnyomáshoz, ráadásul megőrzik hatékonyságukat mind a Föld felszínén, mind a sztratoszférában.
RN "Korona" orbitális repülésen, zárt teherrekesszel, render
Azonban a világon eddig egyszerűen nem létezik ilyen típusú működő motor, bár aktívan fejlesztették őket a Szovjetunióban és az USA -ban. A szakértők úgy vélik, hogy a Korona újrafelhasználható hordozórakétát a motor moduláris változatával kell felszerelni, amelyben az ék-levegő fúvóka az egyetlen olyan elem, amely jelenleg nem rendelkezik prototípussal, és amelyet a gyakorlatban nem teszteltek. Ugyanakkor Oroszországnak saját technológusai vannak a modern kompozit anyagok és alkatrészek gyártásában. Fejlesztésük és alkalmazásuk meglehetősen sikeres, például a JSC "Composite" és az All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM).
A Föld légkörében történő biztonságos repülés érdekében a Korona szénszálas szerkezetét hővédő csempe védi, amelyet korábban a VIAM-nál fejlesztettek ki a Buran űrhajó számára, és azóta jelentős fejlődési úton haladt át. "A Korona fő hőterhelése az íjára koncentrálódik, ahol magas hőmérsékletű hővédő elemeket használnak"-jegyzik meg a tervezők. „Ugyanakkor a hordozórakéta lángolt oldalai nagyobb átmérőjűek, és a légáramhoz képest éles szögben helyezkednek el. Ezen elemek hőterhelése kisebb, és ez lehetővé teszi számunkra, hogy könnyebb anyagokat használjunk. Ennek eredményeként körülbelül 1,5 tonna súly megtakarítás érhető el. A rakéta magas hőmérsékletű részének tömege nem haladja meg a Korona hővédelem teljes tömegének 6 százalékát. Összehasonlításképpen: az űrsikló több mint 20 százalékot tett ki."
Az újrafelhasználható rakéta elegáns, kúpos alakja sok kísérlet és hiba eredménye. A fejlesztők szerint a projekten dolgozva több száz különböző lehetőséget vizsgáltak át és értékeltek. "Úgy döntöttünk, hogy teljesen elhagyjuk a szárnyakat, például az űrsiklót vagy a Buran űrhajót" - mondják a fejlesztők. - Általában a légkör felső rétegeiben a szárnyak csak zavarják az űrhajót. Az ilyen űrhajók hiperszonikus sebességgel lépnek be a légkörbe, mint egy "vas", és csak szuperszonikus sebességgel mennek vízszintes repülésre, majd teljes mértékben támaszkodhatnak a szárnyak aerodinamikájára."
A rakéta kúpos tengelyszimmetrikus alakja nemcsak a hővédelem megkönnyítését teszi lehetővé, hanem jó aerodinamikai tulajdonságokkal is rendelkezik, ha nagy repülési sebességgel mozog. Már a légkör felső rétegeiben a "Korona" emelőerőt kap, amely lehetővé teszi a rakéta nemcsak lassítását, hanem manővereket is. Ez lehetővé teszi, hogy a hordozórakéta nagy magasságban manőverezzen, amikor a leszállóhelyre repül; a jövőben már csak a fékezési folyamatot kell befejeznie, korrigálnia kell, kis manőverező motorokkal hátrafelé fordulnia, és a földre kell szállnia.
A projekt problémája az, hogy a Korona fejlesztése még mindig elégtelen finanszírozás vagy annak teljes hiánya esetén történik. Jelenleg a Makeyev SRC csak egy tervezettervet készített el ebben a témában. A 2018 -as XLII Akadémiai Olvasmányok a kozmonautikáról során bejelentett adatok szerint megvalósíthatósági tanulmányokat készítettek a Korona hordozórakéta létrehozására irányuló projektről, és elkészítették a hatékony rakétafejlesztési ütemtervet. Megvizsgálták az új hordozórakéta létrehozásához szükséges feltételeket, és elemezték mind a fejlesztési folyamat, mind az új rakéta jövőbeni működésének kilátásait és eredményeit.
A 2017 -ben és 2018 -ban a Crown projektről szóló hírek után ismét csend következik … A projekt és a megvalósítás kilátásai még mindig tisztázatlanok. Eközben a SpaceX 2019 nyarán bemutatja az újrafelhasználható Big Falcon Rocket (BFR) tesztmintáját. A tesztminta létrehozásától a teljes értékű rakétáig sok évbe telhet, ami megerősíti annak megbízhatóságát és teljesítményét, de egyelőre kijelenthetjük: Elon Musk és cége olyan dolgokat készít, amelyeket kézzel lehet látni és megérinteni. Ugyanakkor a Roskosmosnak Dmitrij Medvegyev miniszterelnök szerint véget kell vetnie a vetítésnek, és el kell beszélgetnie arról, hogy hová fogunk repülni a jövőben. Kevesebbet kell beszélnie és többet kell tennie.
