Lunární a marťanské programy Ruska potřebují super těžká dodávková vozidla
V dnešní době je penetrace do hlubokého vesmíru, deklarovaná v ruských a amerických vyspělých vesmírných programech, stejně jako aktivity v blízkém zemském prostoru, neoddělitelně spjata s vytvářením spolehlivých, ekonomických a multifunkčních dopravních systémů. Kromě toho musí být vhodné pro řešení velmi široké škály civilních a vojenských úkolů. Rusko by podle všeho mělo věnovat pozornost vytvoření opakovaně použitelné vesmírné těžké dopravy.
Ruské vesmírné myšlení se dnes konečně přeorientovalo na dálkové expedice. Mluvíme o fázovém průzkumu Měsíce - programu, který nebyl vrácen 40 let. Ve vzdálené budoucnosti - lety s posádkou na Mars. V tomto případě nebudeme diskutovat o výše zmíněných programech, ale všimněte si, že se neobejdeme bez těžkých nosných raket schopných vypustit stovky tun užitečného nákladu na nízkou oběžnou dráhu.
Angara a Jenisej
Ani vojenský aspekt nikam nevede. Základním prvkem amerického systému protiraketové obrany, který se již stal prakticky realitou, bude dopravní systém schopný dopravit na oběžnou dráhu Země četné bojové platformy, pozorovací a kontrolní satelity. Mělo by také zajistit prevenci a opravy těchto vozidel přímo ve vesmíru.
Obecně byl navržen systém kolosálního energetického potenciálu. Vždyť jen jedna bojová platforma se 60 megawattovým fluorovodíkovým laserem má odhadovanou hmotnost 800 tun. Účinnost nasměrovaných energetických zbraní však může být vysoká, pouze pokud je na oběžné dráze rozmístěno více takových platforem. Je jasné, že celkový nákladový obrat příští řady „hvězdných válek“bude činit desítky tisíc tun, které je třeba systematicky doručovat do blízkometrického prostoru. Ale to není vše.
Komplexy průzkumu vesmíru dnes hrají klíčovou roli při používání vysoce přesných zbraní na Zemi. To nutí Spojené státy i Rusko neustále zvyšovat a zlepšovat svá orbitální seskupení. High-tech povaha kosmických lodí současně vyžaduje zajištění jejich orbitální opravy.
Ale zpět k lunárnímu tématu. Na konci ledna, kdy plány na komplexní studii Měsíce s vyhlídkou na rozmístění tamní obydlené základny, hovořil šéf hlavní tuzemské vesmírné korporace Energia Vitaly Lopota o možnosti letu na Měsíc z pohledu nosných raket.
Vysílání expedic na Měsíc je nemožné bez vytvoření super těžkých nosných raket s nosností 74-140 tun, zatímco nejsilnější ruská raketa Proton vynesla na oběžnou dráhu 23 tun. "Chcete-li letět na Měsíc a vrátit se zpět, potřebujete dvojitý start-dvě rakety s nosností 75 tun, let s jedním startem na Měsíc a zpět bez přistání je 130–140 tun." Pokud vezmeme jako základnu 75 tunovou raketu, pak je praktickou misí na Měsíc s přistáním schéma osmi startů. Pokud má raketa nosnost menší než 75 tun, jak naznačují - 25–30 tun, pak se vývoj rovnoměrného Měsíce stane absurdním, “řekl Lopota v Královských čteních na Moskevské státní technické univerzitě Bauman.
Denis Lyskov, státní tajemník, zástupce vedoucího Roskosmosu, hovořil o potřebě mít těžký nosič v polovině května. Řekl, že v současné době Roskosmos společně s Ruskou akademií věd připravuje program průzkumu vesmíru, který se stane nedílnou součástí příštího federálního vesmírného programu Ruska na roky 2016–2025. "Abychom mohli opravdu mluvit o letu na Měsíc, potřebujeme supertěžký transportér s nosností asi 80 tun." Nyní je tento projekt ve stadiu vývoje, v blízké budoucnosti připravíme potřebné dokumenty k jejich předložení vládě, “zdůraznil Lyskov.
K dnešnímu dni je největší ruskou raketou v provozu Proton s užitečným zatížením 23 tun na nízkou oběžnou dráhu a 3,7 tuny na geostacionární oběžné dráze. Rusko v současné době vyvíjí rodinu raket Angara s nosností 1,5 až 35 tun. Vytvoření této technologie se bohužel změnilo ve skutečnou dlouhodobou stavbu a první spuštění bylo o mnoho let odloženo, mimo jiné i kvůli neshodám s Kazachstánem. Nyní se očekává, že „Angara“poletí začátkem léta z kosmodromu Plesetsk ve světelné konfiguraci. Podle šéfa Roskosmosu existují plány na vytvoření těžké verze Angary, schopné vypustit 25tunové užitečné zatížení na nízkou oběžnou dráhu.
Ale takové ukazatele, jak vidíme, zdaleka nestačí k realizaci programu meziplanetárních letů a průzkumu hlubokého vesmíru. Vedoucí Roscosmosu Oleg Ostapenko v Royal Readings uvedl, že vláda připravuje návrh na vývoj supertěžké rakety schopné vypustit náklad s hmotností přes 160 tun na nízkou oběžnou dráhu. "Je to skutečná výzva." Pokud jde o a vyšší čísla, “- řekl Ostapenko.
Je těžké říci, jak brzy se tyto plány stanou realitou. Přesto má tuzemský raketový průmysl určitou rezervu na tvorbu těžké vesmírné dopravy. Na konci osmdesátých let bylo možné vytvořit těžkou nosnou raketu Energia na kapalné palivo, která by dokázala na nízkou oběžnou dráhu vypustit užitečné zatížení o hmotnosti až 120 tun. Pokud mluvíme o úplné resuscitaci tohoto programu, zatím to není nutné, pak určitě existují návrhové návrhy těžkého nosiče na základě Energie.
Hlavní část Energie lze použít na novou raketu - úspěšně fungující RD -0120 LPRE. Ve skutečnosti existuje projekt těžké rakety využívající tyto motory ve vesmírném středisku Khrunichev, které je hlavní organizací pro výrobu naší jediné těžké nosné rakety Proton.
Mluvíme o dopravním systému Yenisei-5, jehož vývoj začal již v roce 2008. Předpokládá se, že raketa o délce 75 metrů bude vybavena prvním stupněm třemi kyslíkovo-vodíkovými LPRE RD-0120, jejichž výrobu zahájila voroněžská konstrukční kancelář chemické automatizace v roce 1976. Podle odborníků Khrunichevova centra nebude obtížné tento program obnovit a v budoucnu je možné tyto motory znovu použít.
Kromě zjevných výhod má však Yenisei ještě jednu významnou, upřímně řečeno, dnes nevyhnutelnou nevýhodu - rozměry. Faktem je, že podle plánů hlavní zátěž budoucích startů dopadne na kosmodrom Vostočnyj budovaný na Dálném východě. V každém případě odtud mají být do vesmíru vysláni těžcí a super těžcí nadějní dopravci.
Průměr prvního stupně rakety Jenisej-5 je 4, 1 metr a neumožňuje jeho přepravu po železnici, alespoň bez výrazné objemové a velmi nákladné modernizace silniční infrastruktury. Kvůli problémům s dopravou bylo najednou nutné uložit omezení průměru hlavních stupňů rakety Rus-M, které zůstaly na rýsovacích prknech.
Na vývoji těžkého nosiče se kromě vesmírného centra Khrunichev podílela také společnost Energia Rocket and Space Corporation (RSC). V roce 2007 navrhli projekt nosné rakety, která částečně využívá uspořádání rakety Energia. Pouze užitečné zatížení v nové raketě bylo umístěno v horní části, a ne ve vedlejším kontejneru, jako u jeho předchůdce.
Přínos a proveditelnost
Američané pro nás samozřejmě nejsou vyhláškou, ale jejich těžká doprava, jejíž vývoj již vstoupil do domácího prostoru, znamená částečné opětovné použití. Letos v létě plánuje soukromá společnost SpaceX vypustit první start nové rakety Falcon Heavy, největší rakety vypuštěné od roku 1973. Tedy od doby amerického lunárního programu se starty gigantického nosiče Saturn-5, který vytvořil otec amerických nosných raket Wernher von Braun. Pokud ale byla tato raketa určena výhradně pro doručování expedic na Měsíc a byla jednorázová, pak už lze novou použít pro marťanské expedice. Kromě toho se plánuje návrat na udržovací stupně Země jako raketa Falcon 9 v1.1 (R - opakovaně použitelné, opakovaně použitelné).
Raketoplány jsou opět žádané
První stupeň této rakety je vybaven přistávací vzpěrou sloužící ke stabilizaci rakety a k měkkému přistání. Po oddělení první stupeň zpomalí krátkým zapnutím tří z devíti motorů, aby byl zajištěn vstup do atmosféry přijatelnou rychlostí. Již blízko povrchu je centrální motor zapnutý a jeviště je připraveno k měkkému přistání.
Hmotnost užitečného nákladu, který může raketa Falcon Heavy zvednout, je 52 616 kilogramů, což je přibližně dvakrát tolik než jiné těžké rakety - americká Delta IV Heavy, evropská Ariane a čínská Long March -.
Opětovné použití je samozřejmě výhodné v případě vysokofrekvenční vesmírné práce. Studie ukázaly, že používání jednorázových komplexů je výnosnější než opakovaně použitelný dopravní systém v programech s rychlostí nejvýše pěti spuštění za rok, za předpokladu, že odcizení půdy pro padající pole oddělovacích částí bude dočasné, a nikoli trvalé, s možností evakuace populace, hospodářských zvířat a zařízení z nebezpečných oblastí ….
Tato výhrada je dána skutečností, že náklady na pořízení půdy nebyly ve výpočtech nikdy zohledněny, protože až donedávna nebyly ztráty s odmítnutím nebo dokonce s dočasnou evakuací nikdy kompenzovány a zůstávají obtížně vypočítatelné. A tvoří významnou část nákladů na provoz raketových systémů. S programovým rozsahem více než 75 spuštění za 15 let mají opakovaně použitelné systémy výhodu a ekonomický efekt jejich používání se s počtem zvyšuje.
Přechod od jednorázových vozidel pro spouštění těžkých nákladů k opakovaně použitelným navíc vede k výraznému omezení výroby zařízení. Když jsou tedy v jednom vesmírném programu použity dva alternativní systémy, požadovaný počet bloků se sníží čtyřikrát až pětkrát, počet těl centrálních bloků - o 50, kapalných motorů pro druhý stupeň - o devětkrát. Úspory plynoucí ze snížení objemu výroby při použití opakovaně použitelného nosného prostředku se tedy zhruba rovnají nákladům na jeho stavbu.
Zpět v Sovětském svazu byly provedeny výpočty nákladů na údržbu po letu a opravy a restaurování opakovaně použitelných systémů. Použili jsme dostupná faktografická data získaná vývojáři jako výsledek pozemních testů a letových testů, jakož i provozu draku orbitální kosmické lodi Buran s tepelně stínící vrstvou, letadel s dlouhým doletem, kapalných motorů na více použití typu RD-170 a RD-0120. Podle výsledků výzkumu jsou náklady na údržbu a opravy po letu nižší než 30 procent nákladů na výrobu nových raketových jednotek.
Kupodivu se myšlenka znovupoužitelnosti projevila už ve dvacátých letech minulého století v Německu, zdrceném Versailleskou smlouvou, která sjednotila evropské technické společenství, sevřená raketovou horečkou. Ve Třetí říši v letech 1932-1942, pod vedením Eigena Zengera, byl úspěšně vyvinut projekt raketového bombardéru. Mělo to vytvořit letadlo, které pomocí kolejového odpalovacího vozíku zrychlí na vysokou rychlost, poté zapne vlastní raketový motor, vystoupí z atmosféry, odkud se odrazí hustými vrstvami atmosféry a dosáhne dlouhý dosah. Zařízení mělo startovat ze západní Evropy a přistát na území Japonska, mělo bombardovat území USA. Poslední zprávy o tomto projektu byly přerušeny v roce 1944.
V 50. letech ve Spojených státech sloužil jako impuls pro vývoj projektu vesmírného letadla, který předcházel raketovému letounu Dyna-Sor. V Sovětském svazu návrhy na vývoj takových systémů zvažovali Jakovlev, Mikojan a Myasishchev v roce 1947, ale vývoj se nedočkal kvůli řadě obtíží spojených s technickou implementací.
S rychlým rozvojem raketové techniky na konci 40. - počátku 50. let zmizela potřeba dokončit práci na raketovém bombardéru s lidskou posádkou. V raketovém průmyslu se vytvořil směr balistických raket typu balistický, který na základě obecné koncepce jejich použití našel své místo v obecném obranném systému SSSR.
Ale ve Spojených státech výzkumné práce na raketovém letadle podporovala armáda. V té době se věřilo, že konvenční letadla nebo projektilová letadla se vzduchovými tryskovými motory jsou nejlepším prostředkem pro doručování nábojů na nepřátelské území. Zrodily se projekty pro program klouzavých raket Navajo. Společnost Bell Aircraft pokračovala ve výzkumu vesmírného letadla, aby jej použila nikoli jako bombardér, ale jako průzkumné vozidlo. V roce 1960 byla s Boeingem podepsána smlouva na vývoj suborbitálního průzkumného raketového letadla Daina-Sor, které mělo být vypuštěno s raketou Titan-3.
Počátkem 60. let se však SSSR vrátil k myšlence vesmírných letadel a zahájil v Mikojanské konstrukční kanceláři práci na dvou projektech suborbitálních vozidel najednou. První předpokládal pomocný letoun, druhý - raketu Sojuz s orbitálním letadlem. Dvoustupňový letecký systém se nazýval Spirála nebo Projekt 50/50.
Orbitální raketová loď byla vypuštěna ze zadní části silného nosného letounu Tu-95K ve velké výšce. Raketové letadlo „Spirála“na raketových motorech na kapalná paliva dosáhlo oběžné dráhy blízko Země, provedlo tam plánovanou práci a vrátilo se na Zemi klouzáním v atmosféře. Funkce této kompaktní létající kosmické lodi byly mnohem širší než jen práce na oběžné dráze. Plně zmenšený model raketového letadla uskutečnil několik letů v atmosféře.
Sovětský projekt počítal s vytvořením zařízení o hmotnosti více než 10 tun se skládacími křídlovými konzolami. Experimentální verze zařízení v roce 1965 byla připravena k prvnímu letu jako podzvukový analog. K vyřešení problémů tepelných účinků na konstrukci za letu a ovladatelnosti vozidla při podzvukové a nadzvukové rychlosti byly postaveny létající modely, které dostaly název „Bor“. Jejich testy byly provedeny v letech 1969-1973. Hluboká studie získaných výsledků vedla k potřebě vytvořit dva modely: „Bor-4“a „Bor-5“. Zrychlené tempo prací na programu Space Shuttle a hlavně nesporné úspěchy Američanů v této oblasti si vyžádaly úpravy sovětských plánů.
Obecně platí, že opakovaně použitelná letecká technologie pro domácí vývojáře není v žádném případě něco nového a neznámého. S přihlédnutím ke zrychlení programů na vybudování satelitních systémů, meziplanetární komunikace a průzkumu hlubokého vesmíru můžeme s jistotou hovořit o potřebě vytvořit přesně opakovaně použitelné nosné rakety, včetně těžkých nosných raket.
Celkově jsou plány na vývoj ruské těžké rakety docela optimistické. V polovině května Oleg Ostapenko objasnil, že federální vesmírný program na roky 2016–2025 bude i nadále zajišťovat konstrukci super těžkého nosného rakety s nosností 70–80 tun. "FKP ještě nebylo schváleno, vzniká." V nejbližší době to zveřejníme, “zdůrazňuje šéf Roscosmosu.
