Gjenbrukbar rakett og romsystem ved oppskytingsstedet. High Temperature Research Institute Graphics
Grunnlaget for moderne russisk kosmonautikk er Soyuz- og Proton -rakettene, som ble opprettet i midten av forrige århundre. Nesten alt som skyter ut i verdensrommet fra russiske kosmodromer blir satt i bane av disse pålitelige, men ganske utdaterte maskinene. For å fornye rakettflåten og sikre Russlands ubetingede tilgang til alle segmenter av romaktivitet, går det nyeste Angara -rakettkomplekset inn på scenen for flytester. Dette er kanskje det eneste romrakettkomplekset i verden som har et bredt spekter av evner for å levere romfartøy som veier fra 4 til 26 tonn ut i verdensrommet.
Super tunge prinsipper
Behovet for romfartøyer i nær fremtid vil bli dekket av Soyuz- og Angara -rakettene, men bæreevnen deres er utilstrekkelig til å løse problemene med å utforske månen, Mars og andre planeter i solsystemet. I tillegg kompliserer de den økologiske situasjonen i Amur -regionen fordi de brukte stadiene enten vil falle ned i Amur taiga eller i vannområdet i Okhotskhavet. Det er klart at denne situasjonen er tvunget, det er en betaling for å sikre romsuvereniteten til Russland. Hva vil denne betalingen være hvis det tas en beslutning om å lage supertunge raketter for bemannede flyvninger til månen?
Det har allerede vært slike missiler i vår historie: Energia og N-1. De grunnleggende prinsippene for en supertung rakett ble lagt ned og implementert for mer enn 50 år siden, så det er bare penger som trengs for å lage den. Og hvis en supertung rakett blir opprettet for tredje gang, vil det bli akkumulert ytterligere 320 tonn avfallsmetall med drivstoffrester årlig i Amur-regionen.
Ønsket om å gjøre raketter miljøvennlig og kostnadseffektivt har ført til ideen om å returnere de første stadiene av raketter til oppskytingsstedet og gjenbruke dem. Etter å ha regnet ut den tildelte tiden, bør trinnene synke i atmosfæren og når flyet går tilbake til oppskytingsstedet. I henhold til dette prinsippet vil det gjenbrukbare rakett- og romsystemet (MRKS) bli operert.
MRKS som det er
Det gjenbrukbare rakett- og romsystemet ble presentert for spesialister og publikum på Moskva Aerospace Show i 2011. Systemet består av fire gjenbrukbare oppskytingsbiler (MRN) med gjenbrukbare missilaggregater (VRB). Hele serien med MRN -er med en bæreevne på 25 til 70 tonn kan kompletteres med forskjellige kombinasjoner av to hovedmoduler: den første modulen er en gjenbrukbar rakettenhet (første etappe), den andre modulen er en andre rakettstadie.
I en konfigurasjon med en bæreevne på opptil 25 tonn (en VRB og en modul i 2. etappe) kan den gjenbrukbare raketten skyte opp alle moderne og lovende bemannede og ubemannede romfartøyer. I dimensjonen på 35 tonn (to VRB og en modul i 2. trinn), tillater MRN å lansere to telekommunikasjonssatellitter i bane per oppskytning, levere moduler med lovende banestasjoner ut i verdensrommet og lansere tunge automatiske stasjoner, som vil bli brukt på første fase av månens leting og utforskning av Mars.
En viktig fordel med MRN er muligheten til å utføre sammenkoblede lanseringer. For å starte to moderne telekommunikasjonssatellitter ved hjelp av Angara -raketten, er det nødvendig å kjøpe ti rakettmotorer til en verdi av 240 millioner rubler hver. Hver. Ved oppskyting av to av de samme satellittene ved hjelp av MRN vil bare en motor bli brukt, hvis kostnad er anslått til 400 millioner rubler. Kostnadsbesparelser for motorer alene er 600%!
De første studiene av den utvinnbare rakettenheten ble utført på begynnelsen av århundret og presentert på luftfartsshowet Le Bourget i form av en mock-up av Baikal-reintry-scenen.
Senere, på det foreløpige designstadiet, ble det utført arbeid med valg av drivstoffkomponenter, løsning av problemene med termisk oppvarming, automatisk landing og mange andre problemer. Dusinvis av VRB -varianter har blitt analysert i detalj, en grundig teknisk og økonomisk analyse har blitt utført, med tanke på ulike scenarier for utviklingen av innenlandsk kosmonautikk. Som et resultat ble det bestemt en variant av MRKS, som mest tilfredsstiller hele settet med moderne og lovende oppgaver.
Landing av et gjenbrukbart oppskytningsbil med gjenbrukbare rakettenheter. High Temperature Research Institute Graphics
På blå gass
Det ble foreslått å løse problemet med en gjenbrukbar motor ved å bruke flytende naturgass (LNG) som drivstoff. Naturgass er et billig, miljøvennlig drivstoff som er mest egnet for bruk i gjenbrukbare motorer. Dette ble bekreftet av Khimmash Design Bureau oppkalt etter A. M. Isaev i september 2011, da verdens første flytende drivgassrakettmotor ble testet. Motoren har gått i mer enn 3000 sekunder, noe som tilsvarer 20 starter. Etter å ha demontert den og undersøkt tilstanden til enhetene, ble alle nye tekniske ideer bekreftet.
Det ble foreslått å løse problemet med oppvarming av strukturen ved å velge de optimale banene der varmestrømmer utelukker intens oppvarming av strukturen. Dette eliminerer behovet for kostbar termisk beskyttelse.
Det ble foreslått å løse problemet med å automatisk lande to VRB -er og integrere dem i russisk luftrom ved å inkludere GLONASS -navigasjonssystemet og et automatisk avhengig overvåkningssystem, som ikke ble brukt i raketter, i kontrollsløyfen.
Med tanke på den tekniske kompleksiteten og nyheten til utstyret som lages, basert på innenlands og utenlandsk erfaring, er nødvendigheten av å lage en flygedemonstrator, som er en redusert kopi av VRB, underbygd. Demonstratoren kan produseres og utstyres med alle standard innebygde systemer uten spesiell forberedelse til produksjonen. Et slikt fly vil tillate testing under reelle flyforhold av alle de viktigste tekniske løsningene som er innlemmet i et produkt i full størrelse, og reduserer tekniske og økonomiske risikoer ved opprettelse av et standardprodukt.
Kostnaden for demonstranten kan begrunnes på grunn av dens unike evne til å skyte gjenstander som veier mer enn 10 tonn til en høyde på 80 km langs en ballistisk bane, akselerere dem til en hastighet som overstiger lydens hastighet med 7 ganger og gå tilbake til flyplass for andre lansering. Et gjenbrukbart produkt laget på grunnlag av dette kan være av stor betydning, ikke bare for utviklerne av hypersoniske fly.
Filosofien om fleksibilitet
Den første etappen er den største og dyreste delen av raketten. Ved å redusere produksjonen av disse stadiene på grunn av gjentatt bruk, er det mulig å redusere kostnadene for føderale byråer for oppskytninger av romskip. Foreløpige estimater viser at for en vellykket implementering av alle eksisterende og lovende romprogrammer, inkludert levering av ubemannede stasjoner til Månen og Mars, er det tilstrekkelig å ha en flåte på bare 7–9 rakettblokker for innreise.
MRCS har en filosofi om fleksibilitet i forhold til konjunkturen til romprogrammet. Etter å ha opprettet et MRN med en bæreevne på 25 til 35 tonn, vil Roskosmos motta et system som effektivt vil løse problemene i dag og i nær fremtid. Hvis det er behov for å distribuere tyngre kjøretøyer for flyvninger til månen eller Mars, vil kunden ha et MRN med en bæreevne på opptil 70 tonn, hvis opprettelse ikke krever betydelige kostnader.
Det eneste programmet som MRKS ikke er egnet for, er programmet med bemannede flyvninger til Mars. Men disse flyvningene er ikke teknisk gjennomførbare i overskuelig fremtid.
I dag er det et grunnleggende viktig spørsmål om utsiktene for utvikling av lanseringskjøretøy. Hva skal jeg lage: en engangs super-tung rakett, som bare vil bli brukt i Lunar og Mars-programmene, og hvis de blir avsluttet, vil kostnadene bli avskrevet igjen; eller å lage en MRCS, som ikke bare tillater implementering av de nåværende lanseringsprogrammene til en og en halv ganger mindre pris enn i dag, men kan også brukes med minimale modifikasjoner i Lunar -programmet og Mars -leteprogrammet?
