Dnes mnoho z nás vie, alebo aspoň počulo o rodine čiastočne opakovane použiteľných nosných rakiet súkromnej spoločnosti SpaceX. Vďaka úspechu spoločnosti, ako aj osobnosti zakladateľa Elona Muska, ktorý sa sám často stáva hrdinom spravodajských kanálov, rakety Falcon 9, SpaceX a lety do vesmíru vôbec neopúšťajú stránky medzinárodnej tlače. Rusko zároveň malo a stále má svoj vlastný vývoj a nemenej zaujímavé projekty opakovane použiteľných rakiet, o ktorých sa vie oveľa menej. Odpoveď na otázku, prečo sa to deje, je zrejmá. Rakety Ilony Maskovej pravidelne lietajú do vesmíru a opakovane a čiastočne opakovane použiteľné ruské rakety sú zatiaľ iba projektmi, kresbami a nádhernými obrázkami v prezentáciách.
Vesmír štartuje dnes
V súčasnej dobe môžeme s istotou povedať, že Roskosmos v určitom okamihu minul tému opakovane použiteľných rakiet, pretože má vo svojich rukách vývoj a projekty, ktoré boli o niekoľko rokov pred ostatnými krajinami. Všetky projekty ruských opakovane použiteľných rakiet neboli nikdy dokončené, neboli implementované v kove. Napríklad opakovane použiteľná jednostupňová nosná raketa Korona, vyvinutá v rokoch 1992 až 2012, nebola nikdy dovedená k svojmu logickému záveru. Výsledok tohto nesprávneho prepočtu vidíme už vo vývoji. Rusko s príchodom americkej rakety Falcon 9 a jej variantov vážne stratilo svoje postavenie na trhu s komerčným štartom vesmíru a je tiež výrazne nižšie, pokiaľ ide o počet vesmírnych štartov za rok. Na konci roku 2018 Roscosmos informoval o 20 štartoch do vesmíru (jeden neúspešný), pričom ešte v apríli 2018 v rozhovore pre agentúru TASS vedúci Roscosmosu Igor Komarov uviedol, že sa plánuje vykonať 30 štartov vesmíru do roku 2018. koniec roka. Lídrom na konci minulého roka bola Čína, ktorá uskutočnila 39 vesmírnych štartov (jeden neúspešný), na druhom mieste boli Spojené štáty s 31 vesmírnymi štartmi (žiadne neúspešné).
Keď už hovoríme o moderných letoch do vesmíru, je potrebné pochopiť, že v celkových nákladoch na štart modernej nosnej rakety (LV) je hlavnou výdavkovou položkou samotná raketa. Jeho telo, palivové nádrže, motory - to všetko navždy odletí, zhorí v hustých vrstvách atmosféry, je zrejmé, že takéto nenahraditeľné výdavky premenia každé spustenie nosnej rakety na veľmi drahé potešenie. Neúdržba vesmírnych prístavov, nie palivo, ani montážne práce pred štartom, ale cena samotnej nosnej rakety sú hlavnou položkou výdavkov. Na niekoľko minút sa používa veľmi komplexný technologický produkt inžinierskeho myslenia, potom sa úplne zničí. Prirodzene to platí pre jednorazové rakety. Myšlienka použitia obnoviteľných nosných rakiet sa tu sama ponúka ako skutočná šanca znížiť náklady na každé vypustenie do vesmíru. V tomto prípade dokonca aj návrat iba prvého stupňa znižuje náklady na každé spustenie.
Pristátie vratnej prvej etapy nosnej rakety Falcon 9
Je to podobná schéma, ktorú realizoval americký miliardár Elon Musk a ktorá predstavuje obnoviteľný prvý stupeň ťažkej nosnej rakety Falcon 9. Zatiaľ čo prvý stupeň týchto rakiet je čiastočne obnoviteľný, niektoré pokusy o pristátie sa skončia neúspechom, ale počet neúspešné pristátia klesli v rokoch 2017 a 2018 takmer na nulu. Napríklad v minulom roku došlo iba k jednému zlyhaniu na každých 10 úspešných pristátí prvej etapy. SpaceX zároveň otvoril nový rok úspešným pristátím prvej etapy. 11. januára 2019 prvý stupeň rakety Falcon 9 úspešne pristál na plávajúcej platforme, navyše bol opätovne použitý a predtým v septembri 2018 vyniesol na obežnú dráhu komunikačný satelit Telestar 18V. V dnešnej dobe sú už tieto vratné prvé stupne hotovou záležitosťou. Keď ale predstavitelia americkej súkromnej vesmírnej spoločnosti hovorili iba o svojom projekte, mnoho odborníkov pochybovalo o možnosti jeho úspešnej realizácie.
V dnešnej realite môže byť prvý stupeň rakety ťažkej triedy Falcon 9 pri niektorých štartoch použitý v reentry verzii. Keď sa druhý stupeň rakety dostane do dostatočnej výšky, oddelí sa od nej vo výške asi 70 kilometrov a k odpojeniu dôjde približne 2,5 minúty po štarte nosnej rakety (čas závisí od konkrétnych úloh štartu). Po oddelení od NN prvý stupeň pomocou nainštalovaného systému riadenia polohy vykoná malý manéver, pričom sa vyhne plameňu pracovných motorov druhého stupňa, a v rámci prípravy na tri hlavné brzdné manévre obráti motory dopredu. Pri pristávaní používa prvý stupeň na brzdenie vlastné motory. Stojí za zmienku, že vrátená etapa ukladá svoje vlastné obmedzenia pri spustení. Napríklad maximálne užitočné zaťaženie rakety Falcon 9 je znížené o 30-40 percent. Je to spôsobené potrebou vyhradiť palivo na brzdenie a následné pristátie, ako aj dodatočnou hmotnosťou nainštalovaného pristávacieho zariadenia (mriežkové kormidlá, podpery pristátia, prvky riadiaceho systému atď.).
Úspechy Američanov a veľké série úspešných štartov neostali vo svete bez povšimnutia, čo vyvolalo sériu vyhlásení o zahájení projektov využívajúcich čiastočnú opätovnú použiteľnosť rakiet vrátane návratu bočných posilňovačov a prvého stupňa späť na Zem. K tomuto skóre sa vyjadrili aj zástupcovia Roscosmosu. Spoločnosť začala hovoriť o obnovení prác na vytvorení opakovane použiteľných rakiet v Rusku začiatkom roka 2017.
Štartovacie vozidlo „Korona“- celkový pohľad
Opätovne použiteľná raketa Korona a predchádzajúce projekty
Stojí za zmienku, že myšlienka opakovane použiteľných rakiet bola študovaná už v Sovietskom zväze. Po rozpade krajiny táto téma nezmizla, práca v tomto smere pokračovala. Začali sa oveľa skôr, ako o tom hovoril Elon Musk. Napríklad sa mali vrátiť bloky prvého stupňa superťažkej sovietskej rakety Energia, čo bolo nevyhnutné z ekonomických dôvodov a z dôvodu implementácie zdroja motorov RD-170, navrhnutých najmenej na 10 letov.
Menej známy je projekt nosnej rakety Rossiyanka, ktorý bol vyvinutý odborníkmi Štátneho raketového centra akademika V. P. Makeeva. Tento podnik je známy predovšetkým svojim vojenským vývojom. Napríklad tu bola vytvorená väčšina domácich balistických rakiet určených na vyzbrojovanie ponoriek vrátane balistických rakiet R-29RMU Sineva, ktoré sú v súčasnej dobe v prevádzke s ruskou ponorkovou flotilou.
Podľa projektu bola Rossiyanka dvojstupňová nosná raketa, ktorej prvý stupeň bol opakovane použiteľný. V podstate rovnaká myšlienka ako inžinierov SpaceX, ale o niekoľko rokov skôr. Raketa mala vypustiť 21,5 tony nákladu na nízku referenčnú dráhu - indikátory blízke rakete Falcon 9. Návrat prvého stupňa sa mal uskutočniť po balistickej trajektórii v dôsledku opätovného zaradenia motorov štandardného stupňa. V prípade potreby by sa nosnosť rakety mohla zvýšiť na 35 ton. 12. decembra Makeyev SRC predstavil svoju novú raketu na súťaži Roscosmos o vývoji opakovane použiteľných nosných rakiet, ale zákazku na vytvorenie takýchto zariadení dostali konkurenti Štátneho výskumného a výrobného vesmírneho centra Khrunichev s Bajkal-Angarou projekt. Špecialisti Makeev SRC by s najväčšou pravdepodobnosťou mali kompetencie implementovať svoj projekt, ale bez dostatočnej pozornosti a financovania to nebolo možné.
Projekt Baikal-Angara bol ešte ambicióznejší; išlo o leteckú verziu návratu prvého stupňa na Zem. Plánovalo sa, že po dosiahnutí stanovenej výšky oddelenia sa v prvej etape otvorí špeciálne krídlo a potom bude lietať s lietadlom s pristátím na konvenčnom letisku s vysunutým podvozkom. Samotný takýto systém však nie je len veľmi zložitý, ale aj drahý. Medzi jej neodškriepiteľné zásluhy patril aj fakt, že sa mohla vrátiť z väčšej vzdialenosti. Projekt sa bohužiaľ nikdy nerealizoval, stále sa naň niekedy spomína, ale nič viac.
Teraz svet uvažuje o plne opakovane použiteľných nosných raketách. Elon Musk oznámil projekt Big Falcon Rocket. Takáto raketa by mala dostať dvojstupňovú architektúru, ktorá nie je charakteristická pre modernú kozmonautiku; jej druhý stupeň je jeden celok s kozmickou loďou, ktorá môže byť nákladná alebo osobná. Plánuje sa, že prvý stupeň Superheavy sa vráti späť na Zem a bude vykonávať vertikálne pristátie na kozmodróme pomocou jeho motorov, túto technológiu už dokonale vyvinuli inžinieri SpaceX. Druhý stupeň rakety spolu s kozmickou loďou (v skutočnosti ide o vesmírnu loď na rôzne účely), ktorá dostala názov Hviezdna loď, vstúpi na obežnú dráhu Zeme. Druhému stupňu tiež zostane dostatok paliva na spomalenie v hustých vrstvách atmosféry po dokončení vesmírnej misie a pristátí na offshore platforme.
Stojí za zmienku, že ani SpaceX nemá v takejto myšlienke dlaň. V Rusku bol projekt opakovane použiteľnej nosnej rakety vyvíjaný od 90. rokov minulého storočia. A opäť pracovali na projekte v Štátnom raketovom centre pomenovanom po akademikovi V. P. Makeevovi. Projekt opakovane použiteľnej ruskej rakety má krásne meno „Korona“. Roscosmos tento projekt pripomenul v roku 2017, po ktorom nasledovali rôzne pripomienky k obnoveniu tohto projektu. V januári 2018 napríklad Rossiyskaya Gazeta zverejnila správu, že Rusko obnovilo práce na opakovane použiteľnej vesmírnej rakete. Išlo o nosnú raketu Korona.
Na rozdiel od americkej rakety Falcon-9 nemá ruská Korona žiadne odpojiteľné stupne; v skutočnosti je to jediná mäkká vzletová a pristávacia vesmírna loď. Podľa Vladimíra Degtyara, generálneho projektanta SRR Makeyev, by tento projekt mal otvoriť cestu pre realizáciu diaľkových medziplanetárnych letov s posádkou. Plánuje sa, že hlavným konštrukčným materiálom novej ruskej rakety budú uhlíkové vlákna. „Korona“je zároveň navrhnutá na vypúšťanie vesmírnych lodí na nízke obežné dráhy Zeme s nadmorskou výškou 200 až 500 kilometrov. Hmotnosť nosnej rakety je asi 300 ton. Hmotnosť výstupného užitočného zaťaženia je od 7 do 12 ton. Vzlet a pristátie „Korony“by sa malo uskutočňovať pomocou zjednodušených štartovacích zariadení, okrem toho sa pracuje na možnosti vypustenia opakovane použiteľnej rakety z pobrežných platforiem. Nová nosná raketa bude môcť využívať rovnakú platformu na štart aj pristátie. Čas na prípravu rakety na ďalší štart je len asi deň.
Je potrebné poznamenať, že materiály z uhlíkových vlákien potrebné na výrobu jednostupňových a opakovane použiteľných rakiet sa v leteckej technológii používajú od 90. rokov minulého storočia. Od začiatku 90. rokov prešiel projekt Korona dlhým vývojom a výrazne sa vyvinul, netreba dodávať, že pôvodne išlo o jednorazovú raketu. V procese evolúcie sa zároveň návrh budúcej rakety stal jednoduchším a dokonalejším. Vývojári rakety postupne upustili od používania krídel a vonkajších palivových nádrží, pričom prišli na to, že hlavným materiálom opakovane použiteľného telesa rakety budú uhlíkové vlákna.
V najnovšej verzii doposiaľ opakovane použiteľnej rakety Korona sa jej hmotnosť blíži k 280-290 tonám. Také veľké jednostupňové nosné vozidlo vyžaduje vysoko účinný raketový motor na kvapalné palivo poháňaný vodíkom a kyslíkom. Na rozdiel od raketových motorov, ktoré sú umiestnené na oddelených stupňoch, by taký raketový motor na kvapalné palivo mal efektívne fungovať v rôznych podmienkach a v rôznych výškach vrátane vzletu a letu mimo zemskú atmosféru. „Bežný raketový motor na kvapalné palivo s tryskami Laval je účinný iba v určitých výškových rozsahoch,“tvrdia konštruktéri Makeevky. Plynový prúd v takýchto raketových motoroch sa prispôsobuje tlaku „cez palubu“; okrem toho si zachovávajú svoju účinnosť na povrchu Zeme a pomerne vysoko v stratosfére.
RN „Korona“pri orbitálnom lete s uzavretým priestorom pre užitočné zaťaženie, omietka
Doteraz však vo svete jednoducho neexistuje funkčný motor tohto typu, aj keď boli aktívne vyvinuté v ZSSR a USA. Odborníci sa domnievajú, že nosná raketa na opakované použitie Korona by mala byť vybavená modulárnou verziou motora, v ktorej je klinovo-vzduchová tryska jediným prvkom, ktorý v súčasnosti nemá prototyp a nebol v praxi testovaný. Rusko má zároveň vlastných technológov na výrobu moderných kompozitných materiálov a súčiastok z nich. Ich vývoj a aplikácia sa celkom úspešne angažujú napríklad v JSC „Composite“a All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM).
Pre bezpečný let v zemskej atmosfére bude štruktúra uhlíkových vlákien Korony chránená tepelnou clonou, ktorá bola predtým vyvinutá vo VIAM pre kozmickú loď Buran a odvtedy prešla významnou vývojovou cestou. "Hlavné tepelné zaťaženie Korony bude sústredené na jej prove, kde sa používajú vysokoteplotné prvky tepelnej ochrany," poznamenávajú dizajnéri. "Rozšírené strany nosnej rakety majú zároveň väčší priemer a sú umiestnené v ostrom uhle k prúdeniu vzduchu." Tepelné zaťaženie týchto prvkov je menšie, a to nám zase umožňuje používať ľahšie materiály. Výsledkom je úspora asi 1,5 tony hmotnosti. Hmotnosť vysokoteplotnej časti rakety nepresahuje 6 percent z celkovej hmotnosti tepelnej ochrany pre Koronu. Pre porovnanie, raketoplán tvoril viac ako 20 percent. “
Elegantný, zúžený tvar opakovane použiteľnej rakety je výsledkom mnohých pokusov a omylov. Podľa vývojárov pri práci na projekte preskúmali a vyhodnotili stovky rôznych možností. "Rozhodli sme sa úplne opustiť krídla, ako sú krídla raketoplánu alebo kozmickej lode Buran," tvrdia vývojári. - V horných vrstvách atmosféry krídla vo všeobecnosti zasahujú iba do kozmickej lode. Takéto vesmírne lode vstupujú do atmosféry nadzvukovou rýchlosťou nie lepšie ako „železo“a iba pri nadzvukovej rýchlosti prechádzajú do horizontálneho letu, po ktorom sa môžu plne spoľahnúť na aerodynamiku krídel. “
Kónický osovo symetrický tvar rakety umožňuje nielen uľahčiť tepelnú ochranu, ale tiež jej poskytnúť dobré aerodynamické vlastnosti pri pohybe vysokou letovou rýchlosťou. Už vo vyšších vrstvách atmosféry dostáva „Korona“zdvíhaciu silu, ktorá umožňuje rakete nielen spomaliť, ale aj vykonávať manévre. To umožňuje nosnej rakete pri lete na miesto pristátia manévrovať vo vysokej nadmorskej výške; v budúcnosti bude musieť iba dokončiť proces brzdenia, opraviť smer, otočiť sa dozadu pomocou malých manévrovacích motorov a pristáť na zemi.
Problém projektu je, že Korona sa stále vyvíja v podmienkach nedostatočného financovania alebo úplnej absencie. V súčasnosti Makeyev SRC dokončil iba návrh návrhu na túto tému. Podľa údajov oznámených počas akademických čítaní XLII o kozmonautike v roku 2018 boli na projekte vytvorenia nosnej rakety Korona vykonané štúdie uskutočniteľnosti a bol vypracovaný účinný harmonogram vývoja rakiet. Preskúmali sa nevyhnutné podmienky na vytvorenie novej nosnej rakety a analyzovali sa perspektívy a výsledky vývojového procesu a budúcej prevádzky novej rakety.
Po výbuchu správ o projekte Crown v rokoch 2017 a 2018 nasleduje opäť ticho … Vyhliadky na projekt a jeho realizáciu sú stále nejasné. SpaceX medzitým v lete 2019 predstaví testovaciu vzorku svojej novej opakovane použiteľnej rakety Big Falcon Rocket (BFR). Od vytvorenia testovacej vzorky po plnohodnotnú raketu, ktorá potvrdí jej spoľahlivosť a výkon, môže trvať mnoho rokov, ale zatiaľ môžeme konštatovať: Elon Musk a jeho spoločnosť vyrábajú veci, ktoré je možné vidieť a ktorých sa ich dotknúť rukami. Roskosmos by podľa premiéra Dmitrija Medvedeva zároveň mal ukončiť projektovanie a pohovoriť si o tom, kam poletíme v budúcnosti. Musíte hovoriť menej a robiť viac.
