Mūsdienās daudzi no mums zina vai vismaz ir dzirdējuši par privātā uzņēmuma SpaceX daļēji atkārtoti lietojamu nesējraķešu saimi. Pateicoties uzņēmuma panākumiem, kā arī dibinātāja Elona Muska personībai, kurš pats bieži kļūst par ziņu plūsmu varoni, raķetes Falcon 9, SpaceX un lidojumi kosmosā kopumā neatstāj starptautiskās preses lapas. Tajā pašā laikā Krievijai bija un joprojām ir sava attīstība un ne mazāk interesanti atkārtoti lietojamu raķešu projekti, par kuriem ir zināms daudz mazāk. Atbilde uz jautājumu, kāpēc tas notiek, ir acīmredzama. Ilonas Maskas raķetes regulāri lido kosmosā, un atkārtoti izmantojamās un daļēji atkārtoti izmantojamās krievu raķetes pagaidām ir tikai projekti, zīmējumi un skaistas bildes prezentācijās.
Kosmoss tiek palaists šodien
Mūsdienās mēs varam droši teikt, ka Roskosmos kādā brīdī nokavēja tēmu par atkārtoti lietojamām raķetēm, kuras rokās bija attīstība un projekti, kas par vairākiem gadiem apsteidza citas valstis. Visi Krievijas atkārtoti lietojamo raķešu projekti nekad netika pabeigti, netika īstenoti metālā. Piemēram, atkārtoti lietojamā vienpakāpes nesējraķete Korona, kas izstrādāta no 1992. līdz 2012. gadam, nekad netika nonākusi līdz loģiskam secinājumam. Mēs jau redzam šī nepareizā aprēķina rezultātu attīstībā. Krievija ir nopietni zaudējusi savas pozīcijas komerciālo telpu palaišanas tirgū, parādoties amerikāņu raķetei Falcon 9 un tās variantiem, kā arī ir ievērojami zemāka attiecībā uz gadā veikto kosmosa palaišanu. Gada beigās Roscosmos ziņoja par 20 kosmosa palaišanas gadījumiem (viens neveiksmīgs), savukārt vēl aprīlī, intervijā ar TASS, Roscosmos vadītājs Igors Komarovs sacīja, ka līdz šim plānots veikt 30 kosmosa palaišanas. gada beigām. Līderis pagājušā gada beigās bija Ķīna, kas veica 39 kosmosa palaišanas (viena neveiksmīga), otrajā vietā bija ASV ar 31 kosmosa palaišanu (neviena neveiksmīga).
Runājot par mūsdienu kosmosa lidojumiem, ir jāsaprot, ka mūsdienu nesējraķetes (LV) palaišanas kopējās izmaksās galvenais izdevumu postenis ir pati raķete. Tās korpuss, degvielas tvertnes, dzinēji - tas viss lido uz visiem laikiem, izdeg blīvajos atmosfēras slāņos, ir skaidrs, ka šādi neatgriezeniski izdevumi pārvērš jebkuru nesējraķetes palaišanu par ļoti dārgu prieku. Ne kosmosa ostu apkope, ne degviela, ne montāžas darbi pirms palaišanas, bet paša nesējraķetes cena ir galvenais izdevumu postenis. Ļoti sarežģīts inženiertehnisko domu tehnoloģiskais produkts tiek izmantots dažas minūtes, pēc tam tas tiek pilnībā iznīcināts. Protams, tas attiecas uz vienreiz lietojamām raķetēm. Ideja par atgūstamu nesējraķešu izmantošanu šeit pati par sevi liecina par reālu iespēju samazināt katras kosmosa palaišanas izmaksas. Šajā gadījumā pat tikai pirmā posma atgriešanās samazina katra palaišanas izmaksas.
Nesējraķetes Falcon 9 atgrieztā pirmā posma nosēšanās
Tā ir līdzīga shēma, kuru īstenoja amerikāņu miljardieris Elons Musks, padarot smago nesējraķetes Falcon 9. atgūstamo pirmo posmu. Lai gan šo raķešu pirmais posms ir daļēji atgūstams, daži nosēšanās mēģinājumi beidzas ar neveiksmi, bet neveiksmīgās nosēšanās samazinājās gandrīz līdz nullei 2017. un 2018. gadā. Piemēram, pērn bija tikai viena neveiksme uz katriem 10 pirmā posma veiksmīgajiem piezemēšanās gadījumiem. Tajā pašā laikā SpaceX arī atklāja jauno gadu ar veiksmīgu pirmā posma nosēšanos. 2019. gada 11. janvārī raķetes Falcon 9 pirmais posms veiksmīgi nosēdās uz peldošas platformas, turklāt tika izmantots atkārtoti, un agrāk tā 2018. gada septembrī palaida orbītā sakaru satelītu Telestar 18V. Mūsdienās šādi atgriežami pirmie posmi jau ir fakts. Bet, kad amerikāņu privātās kosmosa kompānijas pārstāvji runāja tikai par savu projektu, daudzi eksperti apšaubīja tā veiksmīgas īstenošanas iespējas.
Mūsdienu realitātēs smagas klases Falcon 9 raķetes pirmo posmu dažos startos var izmantot atkārtotā versijā. Paņemot raķetes otro pakāpi pietiekamā augstumā, tā no tās atdalās aptuveni 70 kilometru augstumā, atslēgšanās notiek aptuveni 2,5 minūtes pēc nesējraķetes palaišanas (laiks ir atkarīgs no konkrētajiem palaišanas uzdevumiem). Pēc atdalīšanas no LV pirmais posms, izmantojot uzstādīto attieksmes kontroles sistēmu, veic nelielu manevru, izvairoties no strādājošās otrās pakāpes dzinēju liesmas, un pagriež dzinējus uz priekšu, gatavojoties trim galvenajiem bremzēšanas manevriem. Nosēžoties, pirmajā posmā bremzēšanai tiek izmantoti savi motori. Ir vērts atzīmēt, ka atgriešanās posms palaišanai nosaka savus ierobežojumus. Piemēram, raķetes Falcon 9 maksimālā kravnesība tiek samazināta par 30-40 procentiem. Tas ir saistīts ar nepieciešamību rezervēt degvielu bremzēšanai un tai sekojošai nolaišanai, kā arī uzstādītā nosēšanās aprīkojuma (režģu stūres, nosēšanās balsti, vadības sistēmas elementi utt.) Papildu svaru.
Amerikāņu panākumi un lielās veiksmīgo palaišanas sērijas nepalika nepamanītas pasaulē, kas izraisīja virkni paziņojumu par projektu sākšanu, izmantojot daļēju raķešu atkārtotu izmantošanu, tostarp sānu pastiprinātāju atgriešanos un pirmo posmu atpakaļ uz Zemes. Par šo rezultātu runāja arī Roscosmos pārstāvji. Uzņēmums sāka runāt par darbu, lai Krievijā izveidotu atkārtoti lietojamas raķetes, 2017. gada sākumā.
Nesējraķete "Korona" - vispārējs skats
Atkārtoti lietojama Korona raķete un iepriekšējie projekti
Ir vērts atzīmēt, ka ideja par atkārtoti lietojamām raķetēm tika pētīta Padomju Savienībā. Pēc valsts sabrukuma šī tēma nepazuda; darbs šajā virzienā turpinājās. Tie sākās daudz agrāk, nekā Elons Musks par to tikko runāja. Piemēram, bija jāatdod supersmagās padomju raķetes Energia pirmā posma bloki, tas bija nepieciešams ekonomisku apsvērumu dēļ un lai īstenotu vismaz 10 lidojumiem paredzēto RD-170 dzinēju resursus.
Mazāk pazīstams ir nesējraķetes Rossiyanka projekts, kuru izstrādāja akadēmiķa V. P. Makejeva Valsts raķešu centra speciālisti. Šis uzņēmums galvenokārt ir pazīstams ar savu militāro attīstību. Piemēram, tieši šeit tika radīta lielākā daļa vietējo ballistisko raķešu, kas paredzētas zemūdenes apbruņošanai, ieskaitot ballistiskās raķetes R-29RMU Sineva, kuras pašlaik izmanto Krievijas zemūdenes flotē.
Saskaņā ar projektu Rossiyanka bija divpakāpju nesējraķete, kuras pirmais posms bija atkārtoti lietojams. Būtībā tā pati ideja kā SpaceX inženieriem, bet dažus gadus agrāk. Raķetei bija paredzēts palaist 21,5 tonnas kravas zemas atskaites orbītā - rādītāji tuvu raķetei Falcon 9. Pirmā posma atgriešanās bija jānotiek pa ballistisko trajektoriju, jo atkārtoti tika iekļauti standarta posma dzinēji. Vajadzības gadījumā raķetes celtspēju varētu palielināt līdz 35 tonnām. Makejeva SRC 12. decembrī Roskosmos konkursā par atkārtoti lietojamu nesējraķešu izstrādi prezentēja savu jauno raķeti, bet pasūtījums šādu ierīču izveidei nonāca pie Hrunevičas Valsts pētniecības un ražošanas kosmosa centra konkurentiem ar Baikālu-Angāru. projekts. Visticamāk, Makeev SRC speciālistiem būtu bijusi kompetence īstenot savu projektu, taču bez pietiekamas uzmanības un finansējuma tas nebija iespējams.
Baikāla-Angaras projekts bija vēl vērienīgāks; tā bija pirmā posma atgriešanās uz Zemes lidmašīnas versija. Tika plānots, ka pēc nodalījuma noteiktā augstuma sasniegšanas pirmajā posmā atvērsies īpašs spārns un tad tas lidos gar lidmašīnu ar nosēšanos parastajā lidlaukā ar pagarinātu šasiju. Tomēr pati šāda sistēma ir ne tikai ļoti sarežģīta, bet arī dārga. Viņas neapstrīdamie nopelni bija tas, ka viņa varēja atgriezties no lielāka attāluma. Diemžēl projekts nekad netika realizēts, to joprojām dažreiz atceras, bet nekas vairāk.
Tagad pasaule domā par pilnībā atkārtoti izmantojamām nesējraķetēm. Elons Musks paziņoja par Big Falcon Rocket projektu. Šādai raķetei vajadzētu saņemt divpakāpju arhitektūru, kas nav raksturīga mūsdienu kosmonautikai; tās otrā pakāpe ir vienots veselums ar kosmosa kuģi, kas var būt gan krava, gan pasažieris. Plānots, ka Superheavy pirmais posms atgriezīsies uz Zemes, veicot vertikālu nosēšanos kosmodromā, izmantojot savus dzinējus, šo tehnoloģiju jau ir lieliski izstrādājuši SpaceX inženieri. Raķetes otrais posms kopā ar kosmosa kuģi (patiesībā šis ir kosmosa kuģis dažādiem mērķiem), kas tika nosaukts par Zvaigžņu kuģi, nonāks Zemes orbītā. Otrajā posmā būs arī pietiekami daudz degvielas, lai palēninātu atmosfēras blīvos slāņus pēc kosmosa misijas pabeigšanas un nokļūtu uz jūras platformas.
Ir vērts atzīmēt, ka arī SpaceX šādā idejā nav plaukstas. Krievijā atkārtoti lietojamas nesējraķetes projekts tika izstrādāts kopš deviņdesmitajiem gadiem. Un atkal viņi strādāja pie projekta akadēmiskā V. P. Makejeva vārdā nosauktajā Valsts raķešu centrā. Atkārtoti izmantojamās Krievijas raķetes projektam ir skaists nosaukums "Korona". Roscosmos atcerējās šo projektu 2017. gadā, pēc tam sekoja dažādi komentāri par šī projekta atsākšanu. Piemēram, 2018. gada janvārī Rossiyskaya Gazeta publicēja ziņu, ka Krievija atsākusi darbu pie atkārtoti izmantojamas kosmosa raķetes. Tas bija par nesējraķeti Korona.
Atšķirībā no amerikāņu raķetes Falcon-9, Krievijas koronai nav noņemamu posmu; patiesībā tas ir viens mīksts pacelšanās un nosēšanās kosmosa kuģis. Kā norādīja Makejevas SRC ģenerāldirektors Vladimirs Degtjars, šim projektam vajadzētu pavērt ceļu starpplanētu apkalpotu tālsatiksmes lidojumu īstenošanai. Plānots, ka jaunās Krievijas raķetes galvenais konstrukcijas materiāls būs oglekļa šķiedra. Tajā pašā laikā "Korona" ir paredzēta kosmosa kuģu palaišanai zemās zemes orbītās ar augstumu no 200 līdz 500 kilometriem. Nesējraķetes masa ir aptuveni 300 tonnas. Izvades kravnesības masa ir no 7 līdz 12 tonnām. "Korona" pacelšanās un nosēšanās būtu jāveic, izmantojot vienkāršotas palaišanas iekārtas, turklāt tiek izstrādāta iespēja atkārtoti palaist raķeti no jūras platformām. Jaunā nesējraķete pacelšanās un nosēšanās laikā varēs izmantot to pašu platformu. Raķetes sagatavošanās laiks nākamajai palaišanai ir tikai aptuveni diena.
Jāatzīmē, ka oglekļa šķiedras materiāli, kas nepieciešami vienpakāpju un atkārtoti lietojamu raķešu radīšanai, kosmiskās aviācijas tehnoloģijās tiek izmantoti kopš pagājušā gadsimta 90. gadiem. Kopš deviņdesmito gadu sākuma Korona projekts ir gājis garu attīstības ceļu un ir ievērojami attīstījies, lieki piebilst, ka sākotnēji tas bija par vienreizēju raķeti. Tajā pašā laikā evolūcijas procesā topošās raķetes dizains kļuva gan vienkāršāks, gan pilnīgāks. Pamazām raķetes izstrādātāji atteicās no spārnu un ārējo degvielas tvertņu izmantošanas, nonākuši pie izpratnes, ka atkārtoti izmantojamās raķetes korpusa galvenais materiāls būs oglekļa šķiedra.
Līdz šim jaunākajā atkārtoti lietojamās raķetes Korona versijā tās masa tuvojas 280-290 tonnām. Šādai lielai vienpakāpju nesējraķetei ir vajadzīgs ļoti efektīvs šķidro propelentu raķešu dzinējs, kas darbojas ar ūdeņradi un skābekli. Atšķirībā no raķešu dzinējiem, kas novietoti uz atsevišķām pakāpēm, šādam šķidrās degvielas raķešu dzinējam vajadzētu efektīvi darboties dažādos apstākļos un dažādos augstumos, ieskaitot pacelšanos un lidojumu ārpus Zemes atmosfēras. "Parasts šķidrās degvielas raķešu dzinējs ar Laval sprauslām ir efektīvs tikai noteiktos augstuma diapazonos," saka Makeevka dizaineri. Gāzes strūkla šādos raķešu dzinējos pielāgojas spiedienam “aiz borta”, turklāt tie saglabā savu efektivitāti gan uz Zemes virsmas, gan diezgan augstu stratosfērā.
RN "Korona" orbitālajā lidojumā ar slēgtu kravas nodalījumu, apmetums
Tomēr līdz šim pasaulē vienkārši nav šāda veida darba dzinēja, lai gan tie tika aktīvi izstrādāti PSRS un ASV. Eksperti uzskata, ka atkārtoti lietojamai nesējraķetei Korona jābūt aprīkotai ar moduļu dzinēja versiju, kurā ķīļveida gaisa sprausla ir vienīgais elements, kuram pašlaik nav prototipa un kas nav pārbaudīts praksē. Tajā pašā laikā Krievijai ir savi tehnologi mūsdienu kompozītmateriālu un to detaļu ražošanā. To izstrāde un pielietošana ir diezgan veiksmīgi iesaistīta, piemēram, AS "Composite" un Viskrievijas aviācijas materiālu institūtā (VIAM).
Drošam lidojumam Zemes atmosfērā Korona oglekļa šķiedras konstrukcija tiks aizsargāta ar siltumizolācijas flīzi, kas iepriekš tika izstrādāta VIAM kosmosa kuģim Buran un kopš tā laika ir gājusi vērā ievērojamu attīstības ceļu. "Galvenā Korona siltuma slodze tiks koncentrēta uz tās priekšgala, kur tiek izmantoti augstas temperatūras siltuma aizsardzības elementi," atzīmē dizaineri. “Tajā pašā laikā nesējraķetes uzliesmojošajām pusēm ir lielāks diametrs un tās atrodas akūtā leņķī pret gaisa plūsmu. Šo elementu termiskā slodze ir mazāka, un tas, savukārt, ļauj izmantot vieglākus materiālus. Rezultātā tiek panākts aptuveni 1,5 tonnu svara ietaupījums. Raķetes augstas temperatūras daļas masa nepārsniedz 6 procentus no visas Koronas termiskās aizsardzības masas. Salīdzinājumam - kosmosa kuģa autobuss veidoja vairāk nekā 20 procentus."
Atkārtoti izmantojamās raķetes gludā, konusveida forma ir daudzu izmēģinājumu un kļūdu rezultāts. Pēc izstrādātāju domām, strādājot pie projekta, viņi pārskatīja un novērtēja simtiem dažādu iespēju. "Mēs nolēmām pilnībā atteikties no spārniem, piemēram, Space Shuttle vai Buran kosmosa kuģa spārniem," saka izstrādātāji. - Kopumā, atrodoties atmosfēras augšējos slāņos, spārni traucē tikai kosmosa kuģim. Šādi kosmosa kuģi nokļūst atmosfērā ar hiperskaņas ātrumu ne labāk kā "dzelzs", un tikai virsskaņas ātrumā tie pāriet horizontālā lidojumā, pēc kura viņi var pilnībā paļauties uz spārnu aerodinamiku."
Raķetes koniskā asimetriskā forma ļauj ne tikai atvieglot aizsardzību pret karstumu, bet arī nodrošināt tai labas aerodinamiskās īpašības, pārvietojoties ar lielu lidojuma ātrumu. Jau atmosfēras augšējos slāņos "Korona" saņem pacelšanas spēku, kas ļauj raķetei ne tikai palēnināties, bet arī veikt manevrus. Tas ļauj nesējraķetei manevrēt lielā augstumā, lidojot uz nosēšanās vietu; turpmāk tai atliek tikai pabeigt bremzēšanas procesu, labot kursu, pagriezties uz leju, izmantojot mazus manevrēšanas dzinējus, un nolaisties uz zemes.
Projekta problēma ir tāda, ka Korona joprojām tiek izstrādāta nepietiekama finansējuma vai tā pilnīgas neesamības apstākļos. Pašlaik Makejeva SRC ir pabeidzis tikai dizaina projektu par šo tēmu. Saskaņā ar datiem, kas tika paziņoti XLII akadēmiskajos lasījumos par kosmonautiku 2018. Ir izpētīti nepieciešamie nosacījumi jaunas nesējraķetes izveidei un analizētas gan attīstības procesa, gan jaunās raķetes turpmākās darbības perspektīvas un rezultāti.
Pēc ziņu uzliesmojuma par projektu Crown 2017. un 2018. gadā atkal iestājas klusums … Projekta un tā īstenošanas perspektīvas joprojām ir neskaidras. Tikmēr SpaceX 2019. Var paiet daudzi gadi, sākot no testa parauga izveidošanas līdz pilnvērtīgai raķetei, kas apliecinās tās uzticamību un veiktspēju, taču pagaidām varam apgalvot: Elons Musks un viņa uzņēmums gatavo lietas, ko var redzēt un pieskarties ar rokām. Tajā pašā laikā Roskosmos, pēc premjerministra Dmitrija Medvedeva domām, vajadzētu pārtraukt savu projicēšanu un tērzēt par to, kur mēs lidosim nākotnē. Jums ir jārunā mazāk un jādara vairāk.
