Danas mnogi od nas poznaju ili su barem čuli za obitelj lansirnih vozila djelomično višekratne upotrebe privatne tvrtke SpaceX. Zahvaljujući uspjehu tvrtke, kao i osobnosti osnivača, Elona Muska, koji i sam često postaje heroj vijesti, rakete Falcon 9, SpaceX i svemirski letovi općenito ne silaze sa stranica međunarodnog tiska. Istodobno, Rusija je imala i ima svoj razvoj i ništa manje zanimljive projekte projektila za višekratnu uporabu, o kojima se zna mnogo manje. Očigledan je odgovor na pitanje zašto se to događa. Rakete Ilone Mask redovito lete u svemir, a ruske rakete za višekratnu i djelomičnu upotrebu zasad su samo projekti, crteži i lijepe slike u prezentacijama.
Svemir lansira danas
Danas možemo sa sigurnošću reći da je Roskosmos u jednom trenutku promašio temu raketa za višekratnu uporabu, imajući u svojim rukama razvoj i projekte koji su nekoliko godina bili ispred drugih zemalja. Svi projekti ruskih projektila za višekratnu uporabu nikada nisu dovršeni, nisu implementirani u metalu. Na primjer, jednostupanjska lansirna raketa Korona, koja se razvijala od 1992. do 2012. godine, nikada nije dovedena do svog logičnog zaključka. Rezultat ove pogrešne procjene već vidimo u razvoju. Rusija je pojavom američke rakete Falcon 9 i njezinih varijanti ozbiljno izgubila svoje pozicije na tržištu lansiranja komercijalnog svemira, a također je i inferiorna po broju svemirskih lansiranja godišnje. Krajem 2018. Roscosmos je izvijestio o 20 svemirskih lansiranja (jedno neuspješno), dok je još u travnju 2018. u intervjuu za TASS čelnik Roscosmosa Igor Komarov rekao da se planira izvesti 30 svemirskih lansiranja do kraj godine. Lider krajem prošle godine bila je Kina, koja je izvela 39 svemirskih lansiranja (jedno neuspješno), na drugom mjestu bile su Sjedinjene Države s 31 lansiranjem u svemir (bez neuspješnih).
Govoreći o suvremenim svemirskim letovima, potrebno je shvatiti da je u ukupnim troškovima lansiranja moderne rakete (LV) glavna stavka rashoda sama raketa. Njegovo tijelo, spremnici goriva, motori - sve to zauvijek odleti, izgori u gustim slojevima atmosfere, jasno je da takvi nepovratni troškovi pretvaraju svako lansiranje lansirnog vozila u vrlo skupo zadovoljstvo. Glavna stavka troškova nije održavanje svemirskih luka, ne gorivo, ne montažni radovi prije lansiranja, već cijena same rakete -nosača. Vrlo složen tehnološki proizvod inženjerske misli koristi se nekoliko minuta, nakon čega se potpuno uništava. Naravno, to vrijedi za rakete za jednokratnu upotrebu. Ideja o korištenju nosivih lansirnih vozila sama se ovdje nameće kao prava prilika za smanjenje troškova svakog lansiranja u svemir. U ovom slučaju, čak i povratak samo prve faze smanjuje troškove svakog lansiranja.
Slijetanje povratne prve faze lansirnog vozila Falcon 9
Sličnu je shemu implementirao američki milijarder Elon Musk, čineći nadoknadivu prvu fazu teške rakete -nosača Falcon 9. Iako je prva faza ovih projektila djelomično nadoknadiva, neki pokušaji slijetanja završavaju neuspješno, ali broj neuspješna slijetanja pala su na gotovo nulu 2017. i 2018. godine. Na primjer, prošle godine dogodio se samo jedan neuspjeh na svakih 10 uspješnih slijetanja prve faze. U isto vrijeme, SpaceX je također otvorio novu godinu uspješnim slijetanjem prve faze. 11. siječnja 2019. prvi stupanj rakete Falcon 9 uspješno je sletio na plutajuću platformu, štoviše, ponovno je korišten, a ranije je u rujnu 2018. u orbitu lansirao komunikacijski satelit Telestar 18V. Danas su takve povratne prve faze već svršena činjenica. No, kada su predstavnici američke privatne svemirske tvrtke samo govorili o svom projektu, mnogi su stručnjaci sumnjali u mogućnost njegove uspješne provedbe.
U današnjim stvarnostima, prva faza rakete Falcon 9 teške klase u nekim lansiranjima može se koristiti u ponovljenoj verziji. Odvodeći drugu fazu rakete na dovoljnu visinu, odvaja se od nje na nadmorskoj visini od oko 70 kilometara, do otključavanja dolazi otprilike 2,5 minute nakon lansiranja lansirnog vozila (vrijeme ovisi o konkretnim zadacima lansiranja). Nakon odvajanja od niskog napona, prva faza, pomoću instaliranog sustava kontrole položaja, izvodi mali manevar, izbjegavajući plamen radnih motora druge faze, te okreće motore prema naprijed u pripremi za tri glavna manevra kočenja. Prilikom slijetanja prva faza koristi vlastite motore za kočenje. Vrijedi napomenuti da povratna faza nameće svoja ograničenja pri pokretanju. Na primjer, maksimalna nosivost rakete Falcon 9 smanjena je za 30-40 posto. To je zbog potrebe rezerviranja goriva za kočenje i kasnije slijetanje, kao i dodatne težine instalirane opreme za slijetanje (rešetkasta kormila, nosači za slijetanje, elementi upravljačkog sustava itd.).
Uspjesi Amerikanaca i veliki niz uspješnih lansiranja nisu ostali nezamijećeni u svijetu, što je izazvalo niz izjava o početku projekata s djelomičnom ponovnom upotrebom raketa, uključujući povratak bočnih pojačivača i prvu fazu natrag na Zemlju. O tome su govorili i predstavnici Roscosmosa. Tvrtka je počela govoriti o nastavku rada na stvaranju projektila za višekratnu upotrebu u Rusiji početkom 2017. godine.
Lansirno vozilo "Korona" - opći pogled
Raketa Korona za višekratnu upotrebu i raniji projekti
Vrijedi napomenuti da je ideja o raketama za višekratnu uporabu proučavana još u Sovjetskom Savezu. Nakon raspada zemlje ova tema nije nestala; rad u tom smjeru se nastavio. Počeli su mnogo ranije nego što je Elon Musk o tome upravo govorio. Na primjer, trebali su se vratiti blokovi prve faze superteške sovjetske rakete Energia, to je bilo potrebno iz ekonomskih razloga i za implementaciju resursa motora RD-170, projektiranih za najmanje 10 letova.
Manje je poznat projekt rakete -nosača Rossiyanka, koji su razvili stručnjaci Državnog raketnog centra akademika V. P. Makeeva. Ovo poduzeće uglavnom je poznato po vojnom razvoju. Na primjer, ovdje je stvorena većina domaćih balističkih projektila namijenjenih naoružavanju podmornica, uključujući balističke rakete R-29RMU Sineva koje su trenutno u službi ruske podmorničke flote.
Prema projektu, Rossiyanka je bila dvostupanjska lansirna letjelica čija se prva faza mogla ponovno koristiti. U osnovi ista ideja kao i inženjeri SpaceX -a, ali nekoliko godina ranije. Raketa je trebala lansirati 21,5 tona tereta u nisku referentnu orbitu - pokazatelji blizu rakete Falcon 9. Povratak prve faze trebao se dogoditi uz balističku putanju zbog ponovnog uključivanja motora standardne faze. Ako je potrebno, nosivost rakete mogla bi se povećati na 35 tona. Makeyev SRC je 12. prosinca predstavio svoju novu raketu na natječaju Roscosmos za razvoj lansirnih vozila za višekratnu uporabu, no narudžba za izradu takvih uređaja stigla je konkurentima Državnog istraživačko-proizvodnog svemirskog centra Khrunichev s Baikal-Angarom projekt. Najvjerojatnije bi stručnjaci Makeevskog SRC -a imali kompetenciju za provedbu svog projekta, ali bez dovoljne pažnje i financiranja to je bilo nemoguće.
Projekt Baikal-Angara bio je još ambiciozniji; bila je to zrakoplovna verzija prve faze povratka na Zemlju. Planirano je da se nakon dostizanja zadane visine odjeljka u prvoj fazi otvori posebno krilo, a zatim će letjeti zrakoplovom sa slijetanjem na konvencionalno uzletište s produženim stajnim trapom. Međutim, sam takav sustav nije samo vrlo složen, već je i skup. Njezine neosporne zasluge uključivale su činjenicu da se mogla vratiti s veće udaljenosti. Nažalost, projekt nikada nije realiziran, još uvijek se ponekad sjeća, ali ništa više.
Sada svijet razmišlja o lansirnim vozilima za višekratnu upotrebu. Elon Musk najavio je projekt Big Falcon Rocket. Takva raketa trebala bi dobiti dvostupanjsku arhitekturu koja nije svojstvena suvremenoj kozmonautici; druga faza je jedna cjelina sa svemirskom letjelicom, koja može biti teretna ili putnička. Planirano je da se prva faza Superheavyja vrati natrag na Zemlju, izvodeći okomito slijetanje na kozmodrom korištenjem njegovih motora, ovu tehnologiju već su savršeno razvili inženjeri SpaceX -a. Druga faza rakete, zajedno sa svemirskom letjelicom (zapravo, radi se o svemirskoj letjelici različitih namjena), koja je dobila naziv Starship, ući će u Zemljinu orbitu. Druga faza će također imati dovoljno goriva za usporavanje u gustim slojevima atmosfere nakon što završi svemirsku misiju i sleti na offshore platformu.
Vrijedi napomenuti da ni SpaceX nema dlan u takvoj ideji. U Rusiji se projekt lansirnog vozila za višekratnu uporabu razvijao od 1990 -ih. I opet su radili na projektu u Državnom raketnom centru po imenu akademika V. P. Makeeva. Projekt ruske rakete za višekratnu upotrebu ima lijepo ime "Korona". Roscosmos se prisjetio ovog projekta 2017. godine, nakon čega su uslijedili različiti komentari na nastavak ovog projekta. Na primjer, u siječnju 2018. Rossiyskaya Gazeta objavila je vijest da je Rusija nastavila s radom na svemirskoj raketi za višekratnu upotrebu. Radilo se o lansirnom vozilu Korona.
Za razliku od američke rakete Falcon-9, ruska Korona nema odvojive stepenice; zapravo, radi se o jednoj mekoj letjelici za polijetanje i slijetanje. Prema riječima Vladimira Degtyara, generalnog dizajnera makedovskog SRC-a, ovaj projekt trebao bi otvoriti put za provedbu međuplanetarnih letova s ljudskom posadom na velike udaljenosti. Planirano je da glavni konstrukcijski materijal nove ruske rakete budu ugljična vlakna. Istodobno, "Korona" je dizajnirana za lansiranje svemirskih letjelica u niske zemljine orbite s nadmorskom visinom od 200 do 500 kilometara. Masa lansirne rakete je oko 300 tona. Masa izlaznog korisnog tereta je od 7 do 12 tona. Polijetanje i slijetanje "Korone" trebalo bi se odvijati pomoću pojednostavljenih lansirnih objekata, osim toga, razrađuje se mogućnost lansiranja rakete za višekratnu uporabu s priobalnih platformi. Novo lansirno vozilo moći će koristiti istu platformu za polijetanje i slijetanje. Vrijeme pripreme rakete za sljedeće lansiranje je samo oko jedan dan.
Treba napomenuti da su materijali od ugljičnih vlakana potrebni za stvaranje jednostupanjskih i višekratnih raketa korišteni u zrakoplovnoj tehnologiji od 90-ih godina prošlog stoljeća. Od ranih devedesetih godina prošlog stoljeća, projekt Korona napredovao je dugim putem i značajno se razvio, suvišno je reći da se u početku radilo o jednokratnoj raketi. Istodobno, u procesu evolucije, dizajn buduće rakete postao je jednostavniji i savršeniji. Postupno su programeri rakete odustali od upotrebe krila i vanjskih spremnika goriva, shvativši da će glavni materijal kućišta rakete za višekratnu uporabu biti ugljična vlakna.
U najnovijoj inačici rakete Korona za višekratnu upotrebu do danas, njezina se masa približava 280-290 tona. Tako velika jednostupanjska lansirna naprava zahtijeva visoko učinkovit raketni motor s tekućim pogonom koji radi na vodiku i kisiku. Za razliku od raketnih motora, koji su postavljeni na odvojenim stupnjevima, takav raketni motor s tekućim pogonom trebao bi učinkovito raditi u različitim uvjetima i na različitim nadmorskim visinama, uključujući uzlijetanje i let izvan Zemljine atmosfere. "Običan raketni motor s tekućim pogonom s mlaznicama Laval učinkovit je samo na određenim visinskim rasponima", kažu dizajneri Makeevke. Plinski mlaz u takvim raketnim motorima prilagođava se tlaku "iza broda"; štoviše, oni zadržavaju svoju učinkovitost i na površini Zemlje i prilično visoko u stratosferi.
RN "Korona" u orbitalnom letu sa zatvorenim prostorom za teret, render
Međutim, do sada u svijetu jednostavno ne postoji radni motor ove vrste, iako su se aktivno razvijali u SSSR -u i SAD -u. Stručnjaci smatraju da bi lansirno vozilo za višekratnu uporabu Korona trebalo biti opremljeno modularnom verzijom motora, u kojoj je mlaznica klin-zrak jedini element koji trenutno nema prototip i nije testiran u praksi. Istodobno, Rusija ima svoje tehnologe u proizvodnji suvremenih kompozitnih materijala i dijelova od njih. Njihov razvoj i primjena prilično su uspješno angažirani, na primjer, u JSC "Composite" i Sveruskom institutu za zrakoplovne materijale (VIAM).
Za siguran let u Zemljinoj atmosferi, struktura ugljikovih vlakana Korone bit će zaštićena pločicom za zaštitu od topline, koja je prethodno razvijena u VIAM-u za letjelicu Buran i od tada je prošla značajan razvojni put. "Glavno toplinsko opterećenje Korone bit će koncentrirano na njenom pramcu, gdje se koriste visokotemperaturni elementi toplinske zaštite", napominju dizajneri. „Istodobno, raširene stranice lansirnog vozila imaju veći promjer i nalaze se pod oštrim kutom u odnosu na strujanje zraka. Toplinsko opterećenje ovih elemenata je manje, a to nam, pak, omogućuje korištenje lakših materijala. Kao rezultat toga postiže se ušteda od oko 1,5 tona težine. Masa visokotemperaturnog dijela rakete ne prelazi 6 posto ukupne mase toplinske zaštite za Koronu. Za usporedbu, svemirski šatl činio je više od 20 posto."
Elegantan, suženi oblik rakete za višekratnu uporabu rezultat je mnogo pokušaja i pogrešaka. Prema riječima programera, tijekom rada na projektu pregledali su i ocijenili stotine različitih opcija. "Odlučili smo potpuno napustiti krila, poput onih Space Shuttlea ili na svemirskoj letjelici Buran", kažu programeri. - Uglavnom, kad su u gornjim slojevima atmosfere, krila samo ometaju letjelicu. Takvi svemirski brodovi ulaze u atmosferu hipersoničnom brzinom ništa bolje od "željeza", a tek nadzvučnom brzinom prelaze u vodoravni let, nakon čega se mogu u potpunosti osloniti na aerodinamiku krila."
Konusni osnosimetrični oblik rakete omogućuje ne samo olakšavanje toplinske zaštite, već i pružanje dobrih aerodinamičkih svojstava pri kretanju velikom brzinom leta. Već u gornjim slojevima atmosfere "Korona" prima snagu podizanja, što omogućuje raketi ne samo usporavanje, već i izvođenje manevara. To omogućuje lansirnom vozilu da manevrira na velikoj nadmorskoj visini tijekom leta do mjesta slijetanja; u budućnosti samo treba dovršiti postupak kočenja, ispraviti svoj kurs, okrenuti se prema dolje pomoću malih manevarskih motora i sletjeti na tlo.
Problem s projektom je što se Korona još uvijek razvija u uvjetima nedostatnih financiranja ili potpunog odsustva. Trenutno je SRC Makeyev dovršio samo nacrt projekta na ovu temu. Prema podacima objavljenim tijekom XLII Akademskog čitanja o kozmonautici 2018. godine, provedene su studije izvedivosti projekta stvaranja lansirne stanice Korona i izrađen je učinkovit raspored razvoja raketa. Istraženi su potrebni uvjeti za stvaranje nove rakete -lansera, te su analizirani izgledi i rezultati razvojnog procesa i budućeg djelovanja nove rakete.
Nakon provale vijesti o projektu Crown 2017. i 2018. godine ponovno slijedi šutnja … Izgledi projekta i njegove provedbe još su nejasni. U međuvremenu, SpaceX će predstaviti testni uzorak svoje nove rakete Big Falcon (BFR) za višekratnu upotrebu u ljeto 2019. godine. Može proći mnogo godina od stvaranja testnog uzorka do punopravne rakete, što će potvrditi njegovu pouzdanost i performanse, ali za sada možemo ustvrditi: Elon Musk i njegova tvrtka proizvode stvari koje se mogu vidjeti i dodirnuti rukama. U isto vrijeme, Roskosmos bi, prema riječima premijera Dmitrija Medvedeva, trebao prekinuti projektiranje i razgovarati o tome kamo ćemo letjeti u budućnosti. Morate manje pričati, a više raditi.
