Dnes mnoho z nás ví, nebo alespoň slyšelo o rodině částečně opakovaně použitelných nosných raket SpaceX soukromé společnosti. Díky úspěchu společnosti i osobnosti zakladatele Elona Muska, který se sám často stává hrdinou zpravodajských kanálů, neopouštějí rakety Falcon 9, SpaceX a vesmírné lety obecně stránky mezinárodního tisku. Rusko přitom mělo a stále má svůj vlastní vývoj a neméně zajímavé projekty opakovaně použitelných raket, o nichž se toho ví mnohem méně. Odpověď na otázku, proč se to děje, je zřejmá. Rakety Ilony Mask pravidelně létají do vesmíru a opakovaně a částečně opakovaně ruské rakety jsou zatím pouze projekty, kresby a nádherné obrázky v prezentacích.
Vesmír startuje dnes
V současné době můžeme s jistotou říci, že Roskosmos v určitém okamžiku minul téma opakovaně použitelných raket, protože má ve svých rukou vývoj a projekty, které byly o několik let před ostatními zeměmi. Všechny projekty ruských opakovaně použitelných raket nebyly nikdy dokončeny, nebyly implementovány v kovu. Například opakovaně použitelná jednostupňová nosná raketa Korona, vyvinutá v letech 1992 až 2012, nebyla nikdy dovedena k logickému závěru. Výsledek tohoto chybného výpočtu již vidíme ve vývoji. Rusko s příchodem americké rakety Falcon 9 a jejích variant vážně ztratilo své postavení na trhu s komerčním startem kosmu a je také vážně méněcenné, pokud jde o počet vesmírných startů za rok. Na konci roku 2018 Roskosmos oznámil 20 startů do vesmíru (jeden neúspěšný), zatímco v dubnu 2018 v rozhovoru pro agenturu TASS vedoucí Roscosmosu Igor Komarov řekl, že se plánuje uskutečnit 30 startů do konce roku rok. Lídrem na konci loňského roku byla Čína, která provedla 39 startů do vesmíru (jeden neúspěšný), na druhém místě byly Spojené státy s 31 starty do vesmíru (žádné neúspěšné).
Když mluvíme o moderních vesmírných letech, je nutné pochopit, že v celkových nákladech na spuštění moderní nosné rakety (LV) je hlavní výdajovou položkou samotná raketa. Jeho tělo, palivové nádrže, motory - to vše navždy odletí, shoří v hustých vrstvách atmosféry, je jasné, že takové nenahraditelné výdaje promění jakýkoli start nosné rakety ve velmi nákladné potěšení. Neúdržba kosmodromů, ani palivo, ani montážní práce před startem, ale cena samotné nosné rakety je hlavní položkou výdajů. Na několik minut se používá velmi složitý technologický produkt inženýrského myšlení, poté je zcela zničen. Přirozeně to platí pro jednorázové rakety. Myšlenka využití obnovitelných nosných raket se zde sama nabízí jako skutečná šance na snížení nákladů na každý vesmírný start. V tomto případě i návrat pouze prvního stupně snižuje náklady na každé spuštění.
Přistání vratné první etapy nosné rakety Falcon 9
Je to podobné schéma, jaké realizoval americký miliardář Elon Musk, čímž se stal obnovitelným prvním stupněm těžké nosné rakety Falcon 9. Zatímco první stupeň těchto raket je částečně obnovitelný, některé pokusy o přistání končí neúspěchem, ale počet neúspěšných přistání v letech 2017 a 2018 klesl téměř na nulu. Například v loňském roce došlo pouze k jednomu selhání na každých 10 úspěšných přistání první etapy. SpaceX zároveň zahájil nový rok úspěšným přistáním první etapy. 11. ledna 2019 první stupeň rakety Falcon 9 úspěšně přistál na plovoucí platformě, navíc byl znovu použit a dříve v září 2018 vypustil na oběžnou dráhu komunikační satelit Telestar 18V. V dnešní době jsou takovéto vratné první etapy již hotovou věcí. Když ale zástupci americké soukromé vesmírné společnosti hovořili pouze o svém projektu, mnoho odborníků pochybovalo o možnosti jeho úspěšné realizace.
Ve skutečnosti dnes lze první stupeň rakety těžké třídy Falcon 9 při některých startech použít v reentry verzi. Když se druhý stupeň rakety dostane do dostatečné výšky, oddělí se od něj ve výšce asi 70 kilometrů, k odpojení dojde přibližně 2,5 minuty po startu nosné rakety (doba závisí na konkrétních úkolech startu). Po oddělení od LV provede první stupeň pomocí nainstalovaného systému řízení polohy malý manévr, vyhne se plamenům pracujících motorů druhého stupně, a obrátí motory vpřed v rámci přípravy na tři hlavní brzdné manévry. Při přistání využívá první stupeň k brzdění vlastní motory. Stojí za zmínku, že vrácená fáze ukládá svá vlastní omezení při spuštění. Například maximální užitečné zatížení rakety Falcon 9 je sníženo o 30-40 procent. Je to dáno potřebou vyhradit palivo pro brzdění a následné přistání, jakož i přídavnou hmotností instalovaného přistávacího zařízení (příhradová kormidla, přistávací podpěry, prvky řídicího systému atd.).
Úspěchy Američanů a velká řada úspěšných startů nezůstala ve světě bez povšimnutí, což vyvolalo sérii prohlášení o zahájení projektů využívajících částečnou opětovnou použitelnost raket, včetně návratu bočních posilovačů a prvního stupně zpět na Zemi.. K tomuto skóre promluvili i zástupci Roscosmosu. Společnost začala mluvit o obnovení prací na vytvoření opakovaně použitelných raket v Rusku na začátku roku 2017.
Spusťte vozidlo "Korona" - celkový pohled
Opakovaně použitelná raketa Korona a dřívější projekty
Stojí za zmínku, že myšlenka opakovaně použitelných raket byla studována již v Sovětském svazu. Po rozpadu země toto téma nezmizelo, práce v tomto směru pokračovala. Začali mnohem dříve, než o tom mluvil Elon Musk. Například bloky prvního stupně super těžké sovětské rakety Energia měly být vráceny, což bylo nutné z ekonomických důvodů a pro implementaci zdroje motorů RD-170, navržených minimálně pro 10 letů.
Méně známý je projekt nosné rakety Rossiyanka, který byl vyvinut specialisty státního raketového centra akademika V. P. Makeeva. Tento podnik je známý především svým vojenským vývojem. Například zde byla vytvořena většina domácích balistických raket určených pro vyzbrojování ponorek, včetně balistických raket R-29RMU Sineva, které jsou v současné době ve výzbroji ruské ponorkové flotily.
Podle projektu byla Rossiyanka dvoustupňová nosná raketa, jejíž první stupeň byl opakovaně použitelný. V podstatě stejný nápad jako inženýři SpaceX, ale o několik let dříve. Raketa měla vypustit 21,5 tun nákladu na nízkou referenční oběžnou dráhu - indikátory blízké raketě Falcon 9. Návrat prvního stupně se měl uskutečnit po balistické dráze kvůli opětovnému zařazení motorů standardního stupně. V případě potřeby by mohla být nosnost rakety zvýšena na 35 tun. 12. prosince představil Makeyev SRC svou novou raketu na soutěži Roscosmos o vývoj opakovaně použitelných nosných raket, ale zakázka na vytvoření takových zařízení šla konkurentům Khrunichevova státního výzkumného a výrobního vesmírného střediska s Bajkalem-Angarou projekt. Specialisté SRC Makeev by s největší pravděpodobností měli kompetence realizovat svůj projekt, ale bez dostatečné pozornosti a financování to nebylo možné.
Projekt Baikal-Angara byl ještě ambicióznější; byla to letadlová verze návratu prvního stupně na Zemi. Bylo plánováno, že po dosažení stanovené výšky oddílu se v první fázi otevře speciální křídlo a poté bude létat po letadle s přistáním na konvenčním letišti s vysunutým podvozkem. Samotný takový systém je však nejen velmi složitý, ale také drahý. Mezi její nesporné zásluhy patřil fakt, že se mohla vrátit z větší vzdálenosti. Bohužel projekt nebyl nikdy realizován, stále se na něj někdy vzpomíná, ale nic víc.
Nyní už svět přemýšlí o plně opakovaně použitelných nosných prostředcích. Elon Musk oznámil projekt Big Falcon Rocket. Taková raketa by měla dostat dvoustupňovou architekturu, která je pro moderní kosmonautiku netypická; její druhý stupeň je jediný celek s kosmickou lodí, která může být buď nákladní nebo osobní. Plánuje se, že první stupeň Superheavy se vrátí zpět na Zemi a provede vertikální přistání na kosmodromu pomocí svých motorů, tato technologie již byla dokonale vyvinuta inženýry SpaceX. Na oběžnou dráhu Země vstoupí společně s kosmickou lodí (ve skutečnosti se jedná o kosmickou loď pro různé účely) druhý stupeň rakety, který dostal jméno Hvězdná loď. Druhému stupni bude také po dokončení vesmírné mise a přistání na pobřežní plošině ponecháno dostatek paliva na zpomalení v hustých vrstvách atmosféry.
Stojí za zmínku, že ani SpaceX nemá v takovém nápadu dlaň. V Rusku byl projekt opakovaně použitelné nosné rakety vyvíjen od 90. let minulého století. A opět pracovali na projektu ve Státním raketovém centru pojmenovaném po akademikovi V. P. Makeevovi. Projekt opakovaně použitelné ruské rakety má krásné jméno „Korona“. Roscosmos si na tento projekt vzpomněl v roce 2017, poté následovaly různé komentáře k obnově tohoto projektu. Například v lednu 2018 Rossiyskaya Gazeta zveřejnila zprávu, že Rusko obnovilo práce na opakovaně použitelné vesmírné raketě. Šlo o nosnou raketu Korona.
Na rozdíl od americké rakety Falcon-9 nemá ruská Korona žádné odpojitelné stupně; ve skutečnosti je to jediná měkká vzletová a přistávací kosmická loď. Podle Vladimíra Degtyara, generálního konstruktéra Makeyev SRC, by tento projekt měl otevřít cestu pro realizaci meziplanetárních letů s lidskou posádkou na dlouhé vzdálenosti. Plánuje se, že hlavním konstrukčním materiálem nové ruské rakety budou uhlíková vlákna. „Korona“je zároveň navržena k vypuštění kosmických lodí na nízké oběžné dráhy Země s nadmořskou výškou 200 až 500 kilometrů. Hmotnost nosné rakety je asi 300 tun. Hmotnost výstupního užitečného zatížení je od 7 do 12 tun. Ke vzletu a přistání „Korony“by mělo docházet pomocí zjednodušených odpalovacích zařízení, kromě toho se řeší možnost vypuštění opakovaně použitelné rakety z pobřežních platforem. Nová nosná raketa bude moci využívat stejnou platformu pro vzlet i přistání. Doba přípravy rakety na další start je jen asi den.
Je třeba poznamenat, že materiály z uhlíkových vláken potřebné k vytvoření jednostupňových a opakovaně použitelných raket se v letecké technice používají od 90. let minulého století. Od začátku devadesátých let prošel projekt Korona dlouhou cestou vývoje a výrazně se vyvinul, není třeba říkat, že zpočátku šlo o jednorázovou raketu. Současně se v procesu evoluce stal design budoucí rakety jednodušší a dokonalejší. Postupně vývojáři rakety upustili od používání křídel a vnějších palivových nádrží, přičemž dospěli k pochopení, že hlavním materiálem těla rakety pro opakované použití by byla přesně uhlíková vlákna.
V nejnovější verzi dosud opakovaně použitelné rakety Korona se její hmotnost blíží 280-290 tunám. Tak velká jednostupňová nosná raketa vyžaduje vysoce účinný raketový motor na kapalné palivo, který běží na vodík a kyslík. Na rozdíl od raketových motorů, které jsou umístěny na samostatných stupních, by takový raketový motor na kapalné palivo měl účinně fungovat v různých podmínkách a v různých výškách, včetně vzletu a letu mimo zemskou atmosféru. „Běžný raketový motor na kapalná paliva s tryskami Laval je účinný pouze v určitých výškových rozsazích,“říkají konstruktéři Makeevky. Plynový paprsek v takových raketových motorech se přizpůsobuje tlaku „přes palubu“; navíc si zachovávají svou účinnost jak na povrchu Země, tak poměrně vysoko ve stratosféře.
RN „Korona“při orbitálním letu s uzavřeným prostorem pro užitečné zatížení, render
Zatím však ve světě prostě neexistuje funkční motor tohoto typu, i když byly aktivně vyvíjeny v SSSR a USA. Odborníci se domnívají, že opakovaně použitelná nosná raketa Korona by měla být vybavena modulární verzí motoru, ve které je klínová vzduchová tryska jediným prvkem, který v současné době nemá prototyp a nebyl v praxi testován. Rusko má přitom vlastní technology na výrobu moderních kompozitních materiálů a dílů z nich. Jejich vývoj a aplikace se docela úspěšně angažují například v JSC „Composite“a All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM).
Pro bezpečný let v zemské atmosféře bude struktura Korona z uhlíkových vláken chráněna tepelně stínící taškou, která byla dříve vyvinuta VIAM pro kosmickou loď Buran a od té doby prošla významnou vývojovou cestou. "Hlavní tepelné zatížení Korony bude soustředěno na její příď, kde jsou použity vysokoteplotní tepelné ochranné prvky," poznamenávají návrháři. "Současně mají rozšířené strany nosné rakety větší průměr a jsou umístěny v ostrém úhlu k proudu vzduchu." Tepelné zatížení těchto prvků je menší, a to nám zase umožňuje použít lehčí materiály. Výsledkem je úspora zhruba 1,5 tuny hmotnosti. Hmotnost vysokoteplotní části rakety nepřesahuje 6 procent z celkové hmotnosti tepelné ochrany pro Koronu. Pro srovnání, raketoplán tvořil více než 20 procent. “
Elegantní, zúžený tvar opakovaně použitelné rakety je výsledkem mnoha pokusů a omylů. Podle vývojářů při práci na projektu zkontrolovali a vyhodnotili stovky různých možností. "Rozhodli jsme se úplně opustit křídla, jako křídla raketoplánu nebo kosmické lodi Buran," říkají vývojáři. - Celkově vzato, když jsou v horních vrstvách atmosféry, křídla zasahují pouze do kosmické lodi. Takové kosmické lodě vstupují do atmosféry nadzvukovou rychlostí ne lépe než „železo“a pouze nadzvukovou rychlostí přecházejí do horizontálního letu, načež se mohou plně spolehnout na aerodynamiku křídel. “
Osyymetrický tvar rakety ve tvaru kužele umožňuje nejen usnadnit tepelnou ochranu, ale také jí poskytnout dobré aerodynamické vlastnosti při pohybu vysokou rychlostí letu. Již v horních vrstvách atmosféry dostává „Korona“zvedací sílu, která raketě umožňuje nejen zpomalit, ale také provádět manévry. To umožňuje nosné raketě manévrovat ve vysoké výšce při letu na místo přistání; v budoucnu musí pouze dokončit proces brzdění, opravit svůj směr, otočit se dozadu pomocí malých manévrovacích motorů a přistát na zemi.
Problém projektu je, že Korona se stále vyvíjí v podmínkách nedostatečného financování nebo úplné absence. V současné době Makeyev SRC dokončil pouze návrh návrhu na toto téma. Podle údajů oznámených během akademických čtení XLII o kosmonautice v roce 2018 byly na projektu vytvoření Korona LV provedeny studie proveditelnosti a byl vypracován účinný plán vývoje raket. Byly prozkoumány nezbytné podmínky pro vytvoření nové nosné rakety a byly analyzovány vyhlídky a výsledky jak procesu vývoje, tak budoucího provozu nové rakety.
Po výbuchu novinek o projektu Korona v letech 2017 a 2018 následuje opět ticho … Vyhlídky projektu a jeho realizace jsou stále nejasné. Mezitím SpaceX v létě 2019 představí testovací vzorek své nové opakovaně použitelné rakety Big Falcon Rocket (BFR). Od vytvoření testovacího vzorku k plnohodnotné raketě může trvat mnoho let, což potvrdí jeho spolehlivost a výkonnost, ale prozatím můžeme konstatovat, že Elon Musk a jeho společnost vyrábějí věci, které lze vidět a dotknout se rukou. Roskosmos by podle premiéra Dmitrije Medveděva zároveň měl ukončit projektování a popovídat si o tom, kam poletíme v budoucnosti. Musíte méně mluvit a více dělat.
