Opakovaně použitelný raketový a vesmírný systém v místě startu. Výzkumný ústav vysokoteplotního výzkumu
Základem moderní ruské kosmonautiky jsou rakety Sojuz a Proton, které vznikly v polovině minulého století. Téměř vše, co z ruských kosmodromů vypouští do vesmíru, dostávají na oběžnou dráhu tyto spolehlivé, ale dosti zastaralé stroje. Aby se obnovila raketová flotila a zajistil bezpodmínečný přístup Ruska ke všem segmentům vesmírné činnosti, vstupuje do fáze letových zkoušek nejnovější raketový komplex Angara. Jedná se snad o jediný vesmírný raketový komplex na světě, který má širokou škálu schopností dopravovat do vesmíru kosmické lodě o hmotnosti od 4 do 26 tun.
Super těžké principy
Potřeby kosmických lodí v blízké budoucnosti splní rakety Sojuz a Angara, ale jejich nosnost není dostatečná k vyřešení problémů průzkumu Měsíce, Marsu a dalších planet sluneční soustavy. Kromě toho komplikují ekologickou situaci v Amurské oblasti, protože jejich vyčerpané etapy spadnou buď do amurské tajgy, nebo do vodní oblasti Ochotského moře. Je jasné, že tato situace je vynucená, je to platba za zajištění vesmírné suverenity Ruska. Jaká bude tato platba, pokud bude rozhodnuto o vytvoření super těžkých raket pro lety s posádkou na Měsíc?
V naší historii již takové rakety byly: Energia a N-1. Základní principy super těžké rakety byly stanoveny a implementovány před více než 50 lety, takže k jejímu vytvoření jsou potřeba pouze peníze. A pokud se potřetí vytvoří super těžká raketa, pak se v oblasti Amur ročně nahromadí dalších 320 tun odpadního kovu se zbytky paliva.
Touha učinit rakety šetrné k životnímu prostředí a nákladově efektivní vedla k myšlence vrátit první fáze raket na místo startu a znovu je použít. Po vypracování stanoveného času by měly kroky sestoupit v atmosféře a poté, co se letadlo vrátí na místo startu. Podle tohoto principu bude provozován opakovaně použitelný raketový a vesmírný systém (MRKS).
MRKS tak, jak to je
Opakovaně použitelný raketový a vesmírný systém byl představen odborníkům a veřejnosti na moskevské letecké výstavě v roce 2011. Systém se skládá ze čtyř opakovaně použitelných nosných raket (MRN) s opakovaně použitelnými raketovými sestavami (VRB). Celý sortiment MRN s nosností 25 až 70 tun lze doplnit různými kombinacemi dvou hlavních modulů: první modul je opakovaně použitelná raketová jednotka (první stupeň), druhý modul je druhý jednorázový raketový stupeň.
V konfiguraci s nosností až 25 tun (jeden VRB a jeden modul 2. stupně) může opakovaně použitelná raketa vypustit všechny moderní a slibné kosmické lodě s posádkou i bez posádky. V rozměru 35 tun (dva VRB a jeden modul 2. stupně) umožňuje MRN vypuštění dvou telekomunikačních satelitů na oběžnou dráhu na jeden start, dodání modulů slibných orbitálních stanic do vesmíru a vypuštění těžkých automatických stanic, které budou použity na první fáze lunárního průzkumu a průzkumu Marsu.
Důležitou výhodou MRN je možnost provádět spárované spouštění. Aby bylo možné pomocí rakety Angara vypustit dva moderní telekomunikační satelity, je nutné zakoupit deset raketových motorů v hodnotě 240 milionů rublů na každý. každý. Při vypouštění dvou stejných satelitů pomocí MRN bude spotřebován pouze jeden motor, jehož cena se odhaduje na 400 milionů rublů. Úspora nákladů na samotné motory je 600%!
První studie regenerovatelné raketové jednotky byly provedeny na začátku století a představeny na letecké výstavě v Le Bourget ve formě makety stupně reinkarnace Bajkal.
Později, ve fázi předběžného návrhu, byly provedeny práce na výběru palivových komponent, řešení problémů tepelného vytápění, automatického přistání a mnoha dalších problémů. Desítky variant VRB byly podrobně analyzovány, byla provedena důkladná technická a ekonomická analýza s přihlédnutím k různým scénářům vývoje domácí kosmonautiky. V důsledku toho byla stanovena varianta MRKS, která nejvíce plně uspokojuje celý soubor moderních a slibných úkolů.
Přistání opakovaně použitelné nosné rakety s opakovaně použitelnými raketovými jednotkami. Výzkumný ústav vysokoteplotního výzkumu
Na modrý plyn
Bylo navrženo vyřešit problém opakovaně použitelného motoru pomocí zkapalněného zemního plynu (LNG) jako paliva. Zemní plyn je levné palivo šetrné k životnímu prostředí, které je nejvhodnější pro použití v opakovaně použitelných motorech. To potvrdil Khimmash Design Bureau pojmenovaný po A. M. Isaev v září 2011, kdy byl testován první raketový motor na zemní plyn na kapalný pohon na světě. Motor běžel déle než 3000 sekund, což odpovídá 20 startům. Po jeho rozebrání a prozkoumání stavu jednotek byly všechny nové technické nápady potvrzeny.
Bylo navrženo vyřešit problém ohřevu konstrukce výběrem optimálních trajektorií, ve kterých tepelné toky vylučují intenzivní zahřívání konstrukce. To eliminuje potřebu nákladné tepelné ochrany.
Bylo navrženo vyřešit problém automatického přistání dvou VRB a jejich integrace do ruského vzdušného prostoru zahrnutím navigačního systému GLONASS a automatického závislého sledovacího systému, který nebyl používán v raketové technice, do řídicí smyčky.
S přihlédnutím k technické složitosti a novosti vytvářeného zařízení na základě domácích i zahraničních zkušeností je nezbytnost vytvoření letového demonstrátoru, což je zmenšená kopie VRB, odůvodněna. Demonstrátor lze vyrobit a vybavit všemi standardními palubními systémy bez speciální přípravy na výrobu. Takové letadlo umožní testování v reálných letových podmínkách všechna klíčová technická řešení začleněná do produktu plné velikosti, což sníží technická a finanční rizika při vytváření standardního produktu.
Náklady na demonstrátor lze odůvodnit díky jeho jedinečné schopnosti vypouštět objekty s hmotností více než 10 tun do výšky 80 km po balistické dráze, zrychlit je na rychlost překračující rychlost zvuku 7krát a vrátit se na přistávací plocha pro druhé spuštění. Opakovaně použitelný produkt vytvořený na jeho základě může mít velký význam nejen pro vývojáře hypersonických letadel.
Filozofie flexibility
První stupeň je největší a nejdražší částí rakety. Snížením produkce těchto stupňů díky jejich opakovanému použití je možné výrazně snížit náklady federálních agentur na starty kosmických lodí. Předběžné odhady ukazují, že pro úspěšnou implementaci všech stávajících a slibných vesmírných programů, včetně dodání bezpilotních stanic na Měsíc a Mars, stačí mít flotilu pouze 7–9 bloků raketových návratů.
MRCS má filozofii flexibility ve vztahu ke konjunktuře vesmírného programu. Po vytvoření MRN s nosností 25 až 35 tun získá Roskosmos systém, který účinně vyřeší problémy současnosti a blízké budoucnosti. Pokud je potřeba nasadit těžší vozidla pro lety na Měsíc nebo Mars, bude mít zákazník k dispozici MRN s nosností až 70 tun, jejíž vytvoření nevyžaduje výrazné náklady.
Jediným programem, pro který není MRKS vhodný, je program pilotovaných letů na Mars. Tyto lety ale nejsou v dohledné budoucnosti technicky proveditelné.
Dnes existuje zásadně důležitá otázka ohledně vyhlídek na vývoj nosných raket. Co vytvořit: jednorázová super těžká raketa, která bude použita pouze v lunárních a marťanských programech a pokud budou ukončeny, náklady budou znovu odepsány; nebo vytvořit MRCS, který nejenže umožní implementaci současných startovacích programů za cenu jedenapůlkrát nižší než dnes, ale lze jej s minimálními úpravami použít i v lunárním programu a programu průzkumu Marsu?
