I dag er det mange av oss som kjenner, eller i det minste har hørt om, det private selskapet SpaceXs familie av delvis gjenbrukbare lanseringskjøretøyer. Takket være selskapets suksess, så vel som personligheten til grunnleggeren, Elon Musk, som selv ofte blir helten i nyhetsfeeds, forlater ikke Falcon 9 -raketter, SpaceX og romfart generelt sidene i den internasjonale pressen. Samtidig hadde og har Russland sin egen utvikling og ikke mindre interessante prosjekter med gjenbrukbare missiler, som det er mye mindre kjent om. Svaret på spørsmålet hvorfor dette skjer er åpenbart. Ilona Masks raketter flyr jevnlig ut i verdensrommet, og gjenbrukbare og delvis gjenbrukbare russiske raketter er foreløpig bare prosjekter, tegninger og vakre bilder i presentasjoner.
Rom lanseres i dag
I dag kan vi trygt si at Roskosmos på et tidspunkt savnet temaet gjenbrukbare missiler, med utviklingen og prosjekter som hadde vært foran andre land med flere år i hendene. Alle prosjekter med russiske gjenbrukbare missiler ble aldri fullført, ikke implementert i metall. For eksempel ble den gjenbrukbare en-trinns Korona-lanseringen, utviklet fra 1992 til 2012, aldri ført til sin logiske konklusjon. Vi ser allerede resultatet av denne feilberegningen i utviklingen. Russland har alvorlig mistet sine posisjoner i det kommersielle romoppskytningsmarkedet med ankomsten av den amerikanske Falcon 9 -raketten og dens varianter, og er også alvorlig dårligere når det gjelder antall romoppskytninger som gjøres per år. På slutten av 2018 rapporterte Roscosmos om 20 romoppskytninger (en mislyktes), mens i april 2018, i et intervju med TASS, sa lederen for Roscosmos, Igor Komarov, at det er planlagt å gjennomføre 30 romoppskytninger av slutten av året. Lederen i slutten av fjoråret var Kina, som gjennomførte 39 romoppskytninger (en mislyktes), på andreplass var USA med 31 romskytelser (ingen mislykkede).
Når vi snakker om moderne romfart, er det nødvendig å forstå at i den totale kostnaden for å lansere et moderne oppskytningsbil (LV) er den viktigste utgiftsposten raketten selv. Kroppen, drivstofftankene, motorene - alt dette flyr bort for alltid, brenner opp i de tette lagene i atmosfæren, det er klart at slike uopprettelige utgifter gjør enhver lansering av et lanseringsbil til en veldig dyr fornøyelse. Ikke vedlikehold av romhavner, ikke drivstoff, ikke monteringsarbeid før lansering, men prisen på sjøsettingskjøretøyet i seg selv, er hovedkostnaden. Et veldig komplekst teknologisk produkt av ingeniørtenkning brukes i noen minutter, hvoretter det blir fullstendig ødelagt. Dette gjelder naturligvis engangsraketter. Ideen om å bruke gjenvinnbare oppskytningsbiler antyder seg selv her, som en reell sjanse til å redusere kostnadene for hver romfart. I dette tilfellet, selv retur av bare det første trinnet, gjør kostnadene for hver lansering lavere.
Landing av den første etappen av Falcon 9 -lanseringsvognen som kan returneres
Det er en lignende ordning som ble implementert av den amerikanske milliardæren Elon Musk, noe som gjorde den gjenvinnbare første etappen av det tunge oppskytningsbilen Falcon 9. Mens den første fasen av disse missilene er delvis gjenvinnbar, ender noen landingsforsøk med feil, men antallet mislykkede landinger falt til nesten null i 2017 og 2018. For eksempel var det i fjor bare en fiasko for hver 10 vellykkede landing i første etappe. Samtidig åpnet SpaceX også det nye året med en vellykket landing av første etappe. 11. januar 2019 landet den første fasen av Falcon 9 -raketten vellykket på en flytende plattform, dessuten ble den gjenbrukt, og tidligere lanserte den Telestar 18V kommunikasjonssatellitt i bane i september 2018. I dag er slike tilbakebetalbare første etapper allerede et gjenspeilet resultat. Men da representantene for det amerikanske private romselskapet bare snakket om prosjektet sitt, tvilte mange eksperter på muligheten for en vellykket implementering.
I virkeligheten i dag kan den første fasen av en tungklasset Falcon 9-rakett i noen oppskytninger brukes i en nyinnføringsversjon. Ved å ta den andre etappen av raketten til en tilstrekkelig høyde, skiller den seg fra den i en høyde på omtrent 70 kilometer, og utkjøring skjer omtrent 2,5 minutter etter lanseringen av oppskytningsvognen (tiden avhenger av de spesifikke oppskytingsoppgavene). Etter separasjon fra LV, utfører første trinn, ved hjelp av det installerte holdningskontrollsystemet, en liten manøver, unngår flammen til de andre trinnsmotorene og snur motorene fremover som forberedelse til de tre viktigste bremsemanøvrene. Ved landing bruker første etappe sine egne motorer for bremsing. Det er verdt å merke seg at den returnerte etappen pålegger sine egne begrensninger for lanseringen. For eksempel reduseres maksimal nyttelast for en Falcon 9-rakett med 30-40 prosent. Dette skyldes behovet for å reservere drivstoff for bremsing og påfølgende landing, samt tilleggsvekten til det installerte landingsutstyret (gitterroder, landingsstøtter, kontrollsystemelementer, etc.).
Amerikanernes suksesser og store serier med vellykkede oppskytninger gikk ikke upåaktet hen i verden, noe som provoserte en rekke uttalelser om oppstart av prosjekter ved bruk av delvis gjenbruk av raketter, inkludert retur av sideforsterkere og første etappe tilbake til jorden. Representanter for Roscosmos snakket også om denne poengsummen. Selskapet begynte å snakke om gjenopptakelse av arbeidet med opprettelse av gjenbrukbare missiler i Russland i begynnelsen av 2017.
Lanseringsvogn "Korona" - generell oversikt
Gjenbrukbar Korona -rakett og tidligere prosjekter
Det er verdt å merke seg at ideen om gjenbrukbare missiler ble studert tilbake i Sovjetunionen. Etter sammenbruddet av landet forsvant ikke dette emnet; arbeidet i denne retningen fortsatte. De begynte mye tidligere enn Elon Musk bare snakket om det. For eksempel skulle blokkene i den første etappen av den supertunge sovjetiske raketten Energia returneres, dette var nødvendig av økonomiske årsaker og for implementering av ressursen til RD-170-motorene, designet for minst 10 flyvninger.
Mindre kjent er prosjektet til lanseringsbilen Rossiyanka, som ble utviklet av spesialistene til Academician V. P. Makeev State Rocket Center. Dette foretaket er hovedsakelig kjent for sin militære utvikling. For eksempel var det her flertallet av innenlandske ballistiske missiler beregnet på bevæpning av ubåter ble opprettet, inkludert ballistiske missiler R-29RMU Sineva som for tiden er i tjeneste med den russiske ubåtflåten.
I følge prosjektet var Rossiyanka et to-trinns oppskytningsbil, den første fasen var gjenbrukbar. I hovedsak den samme ideen som SpaceX -ingeniørene, men noen år tidligere. Raketten skulle skyte 21,5 tonn last inn i en lav referansebane - indikatorer nær Falcon 9 -raketten. Returen til den første etappen skulle skje langs en ballistisk bane på grunn av at standardmotormaskinene ble inkludert på nytt. Om nødvendig kan rakettens bæreevne økes til 35 tonn. 12. desember presenterte Makeyev SRC sin nye rakett under Roscosmos-konkurransen for utvikling av gjenbrukbare lanseringskjøretøyer, men bestillingen om å lage slike enheter gikk til konkurrentene til Khrunichev State Research and Production Space Center med Baikal-Angara prosjekt. Mest sannsynlig ville spesialistene i Makeev SRC ha hatt kompetanse til å gjennomføre prosjektet sitt, men uten tilstrekkelig oppmerksomhet og finansiering var det umulig.
Baikal-Angara-prosjektet var enda mer ambisiøst; det var en flyversjon av den første etappen tilbake til jorden. Det var planlagt at etter å ha nådd den angitte høyden på kupeen, skulle en spesiell vinge åpne i første etappe, og deretter ville den fly langs et fly med en landing på et konvensjonelt flyplass med landingsutstyret forlenget. Et slikt system i seg selv er imidlertid ikke bare veldig komplekst, men også dyrt. Hennes udiskutable fordeler inkluderte det faktum at hun kunne komme tilbake fra en større avstand. Dessverre ble prosjektet aldri realisert, det huskes fortsatt noen ganger, men ikke noe mer.
Nå tenker verden på fullt gjenbrukbare lanseringsbiler. Elon Musk kunngjorde Big Falcon Rocket -prosjektet. En slik rakett bør få en to-trinns arkitektur som er ukarakteristisk for moderne kosmonautikk; den andre fasen er en helhet med et romfartøy, som enten kan være last eller passasjer. Det er planlagt at den første fasen av Superheavy kommer tilbake til jorden, og utfører en vertikal landing på kosmodrom ved bruk av motorene, denne teknologien er allerede perfekt utviklet av SpaceX -ingeniører. Den andre fasen av raketten, sammen med et romfartøy (faktisk er dette et romfartøy for forskjellige formål), som ble kalt Starship, vil komme inn i jordens bane. Den andre fasen vil også ha nok drivstoff igjen til å bremse ned i de tette lagene av atmosfæren etter å ha fullført et romoppdrag og lande på en offshoreplattform.
Det er verdt å merke seg at SpaceX heller ikke har en håndflate i en slik idé. I Russland har prosjektet med et gjenbrukbart oppskytningsbil blitt utviklet siden 1990 -tallet. Og igjen, de jobbet med prosjektet ved State Rocket Center oppkalt etter akademiker V. P. Makeev. Prosjektet med den gjenbrukbare russiske raketten har det vakre navnet "Korona". Roscosmos tilbakekalte dette prosjektet i 2017, hvoretter forskjellige kommentarer fulgte om gjenopptakelsen av dette prosjektet. For eksempel, i januar 2018, publiserte Rossiyskaya Gazeta nyheten om at Russland hadde gjenopptatt arbeidet med en gjenbrukbar romrakett. Det handlet om lanseringsbilen Korona.
I motsetning til den amerikanske Falcon-9-raketten, har den russiske Korona ingen avtagbare stadier; faktisk er det et enkelt mykt start- og landingsromfartøy. I følge Vladimir Degtyar, General Designer for Makeyev SRC, bør dette prosjektet åpne for implementering av langdistanse interplanetære bemannede flyvninger. Det er planlagt at hovedstrukturmaterialet i den nye russiske raketten vil være karbonfiber. Samtidig er "Korona" designet for å skyte romskip ned i baner med lav jord med en høyde på 200 til 500 kilometer. Lanseringsvognmassen er omtrent 300 tonn. Massen på nyttelasten er fra 7 til 12 tonn. Start og landing av "Korona" bør skje ved hjelp av forenklede oppskytningsfasiliteter, i tillegg til dette, blir muligheten for å skyte en gjenbrukbar rakett fra offshore -plattformer utarbeidet. Det nye lanseringsbilen vil kunne bruke den samme plattformen for start og landing. Rakettens forberedelsestid for neste oppskytning er bare omtrent en dag.
Det skal bemerkes at karbonfibermaterialer som kreves for å lage enkelttrinns og gjenbrukbare raketter har blitt brukt i romfartsteknologi siden 90-tallet i forrige århundre. Siden begynnelsen av 1990-tallet har Korona-prosjektet kommet langt i utvikling og har utviklet seg betydelig, unødvendig å si at det i utgangspunktet dreide seg om en engangsrakett. På samme tid, i utviklingsprosessen, ble utformingen av den fremtidige raketten både enklere og mer perfekt. Etter hvert forlot utviklerne av raketten bruken av vinger og eksterne drivstofftanker, etter å ha forstått at hovedmaterialet i det gjenbrukbare rakettlegemet ville være karbonfiber.
I den siste versjonen av den gjenbrukbare Korona-raketten til nå, nærmer massen seg 280-290 tonn. Et så stort ett-trinns oppskytningsbil krever en svært effektiv rakettmotor med flytende drivstoff som går på hydrogen og oksygen. I motsetning til rakettmotorer, som er plassert på separate stadier, bør en slik væskedrivende rakettmotor fungere effektivt under forskjellige forhold og i forskjellige høyder, inkludert start og fly utenfor jordens atmosfære. "En vanlig væskedrivende rakettmotor med Laval-dyser virker bare i visse høydeområder," sier Makeevka-designerne. Gassstrålen i slike rakettmotorer tilpasser seg trykket "over bord"; dessuten beholder de sin effektivitet både på overflaten av jorden og ganske høyt i stratosfæren.
RN "Korona" i orbitalflyging med lukket nyttelastrom, gjengivelse
Imidlertid eksisterer det så langt i verden ganske enkelt ikke en fungerende motor av denne typen, selv om de ble aktivt utviklet i Sovjetunionen og USA. Eksperter mener at Korona gjenbrukbare lanseringskjøretøy bør være utstyrt med en modulversjon av motoren, der kileluftdysen er det eneste elementet som for øyeblikket ikke har en prototype og ikke er testet i praksis. Samtidig har Russland sine egne teknologer i produksjonen av moderne komposittmaterialer og deler fra dem. Deres utvikling og anvendelse er ganske vellykket engasjert, for eksempel i JSC "Composite" og All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM).
For en sikker flyging i jordens atmosfære vil Koronas karbonfiberstruktur bli beskyttet av en varmebeskyttende flis, som tidligere ble utviklet på VIAM for Buran-romfartøyet og siden har gått gjennom en betydelig utviklingsvei. "Den viktigste varmebelastningen på Korona vil være konsentrert om baugen, der termiske beskyttelseselementer med høy temperatur brukes," bemerker designerne. “Samtidig har oppskytningsbilens utsvingte sider en større diameter og er plassert i en spiss vinkel mot luftstrømmen. Den termiske belastningen på disse elementene er mindre, og dette tillater oss igjen å bruke lettere materialer. Som et resultat oppnås en besparelse på omtrent 1,5 tonn vekt. Massen til den høye temperaturen delen av raketten overstiger ikke 6 prosent av den totale massen av den termiske beskyttelsen for Korona. Til sammenligning sto romfergen for mer enn 20 prosent."
Den slanke, koniske formen på den gjenbrukbare raketten er resultatet av mye prøving og feiling. Ifølge utviklerne, mens de jobbet med prosjektet, gjennomgikk og evaluerte de hundrevis av forskjellige alternativer. "Vi bestemte oss for å forlate vingene fullstendig, som romfergen eller på Buran -romfartøyet," sier utviklerne. - I det store og hele, når de er i de øvre lagene i atmosfæren, forstyrrer vingene bare romskipet. Slike romskip kommer inn i atmosfæren med hypersonisk hastighet ikke bedre enn et "jern", og bare med supersonisk hastighet går de over til horisontal flyging, hvoretter de fullt ut kan stole på aerodynamikken i vingene."
Rakettens koniske aksesymmetriske form tillater ikke bare varmebeskyttelse, men også å gi den gode aerodynamiske kvaliteter når den beveger seg ved høye flygehastigheter. Allerede i de øvre lagene i atmosfæren mottar "Korona" en løftekraft, som gjør at raketten ikke bare kan bremse, men også gjøre manøvrer. Dette gjør at lanseringskjøretøyet kan manøvrere i stor høyde når det flyr til landingsstedet; i fremtiden trenger det bare å fullføre bremseprosessen, korrigere kursen, svinge akterover nedover med små manøvreringsmotorer og lande på bakken.
Problemet med prosjektet er at Korona fortsatt er under utvikling under forhold med utilstrekkelig finansiering eller fullstendig fravær. For øyeblikket har Makeyev SRC bare fullført et utkast til design om dette emnet. Ifølge dataene som ble kunngjort under XLII Academic Readings on Cosmonautics i 2018, ble det gjennomført mulighetsstudier av prosjektet for opprettelsen av Korona -oppskytningsbilen og en effektiv plan for rakettutvikling ble utarbeidet. De nødvendige forholdene for opprettelsen av et nytt oppskytningsbil er undersøkt, og prospektene og resultatene av både utviklingsprosessen og den fremtidige driften av den nye raketten er analysert.
Etter nyhetsutbruddet om Crown -prosjektet i 2017 og 2018, følger stillheten igjen … Utsiktene til prosjektet og implementeringen er fortsatt uklare. I mellomtiden skal SpaceX presentere et prøveeksempel på sin nye gjenbrukbare Big Falcon Rocket (BFR) sommeren 2019. Det kan ta mange år fra opprettelsen av en testprøve til en fullverdig rakett, som vil bekrefte påliteligheten og ytelsen, men foreløpig kan vi konstatere: Elon Musk og hans selskap lager ting som kan sees og berøres av hender. Samtidig bør Roskosmos ifølge statsminister Dmitry Medvedev avslutte prosjektet og chatte om hvor vi skal fly i fremtiden. Du trenger å snakke mindre og gjøre mer.
