Opätovne použiteľný raketový a vesmírny systém na mieste štartu. Vysokoteplotný výskumný ústav, grafika
Základom modernej ruskej kozmonautiky sú rakety Sojuz a Proton, ktoré boli vytvorené v polovici minulého storočia. Takmer všetko, čo z ruských kozmodrómov vypustí do vesmíru, dostanú na obežnú dráhu tieto spoľahlivé, ale dosť zastarané stroje. Aby sa obnovila raketová flotila a zaistil bezpodmienečný prístup Ruska ku všetkým segmentom vesmírnej činnosti, vstupuje najnovší raketový komplex Angara do fázy letových testov. Toto je možno jediný vesmírny raketový komplex na svete, ktorý má široké spektrum možností na vynášanie vesmírnych lodí s hmotnosťou od 4 do 26 ton do vesmíru.
Super ťažké princípy
Potreby vesmírnych lodí v blízkej budúcnosti splnia rakety Sojuz a Angara, ale ich nosnosť nie je dostatočná na vyriešenie problémov skúmania Mesiaca, Marsu a ďalších planét slnečnej sústavy. Okrem toho komplikujú ekologickú situáciu v regióne Amur, pretože ich vyčerpané etapy spadajú buď do amurskej tajgy, alebo do vodnej oblasti Ochotského mora. Je zrejmé, že táto situácia je vynútená, je to platba za zaistenie vesmírnej suverenity Ruska. Aká bude táto platba, ak sa rozhodne vytvoriť superťažké rakety na lety s posádkou na Mesiac?
V našej histórii už boli také rakety: Energia a N-1. Základné princípy superťažkej rakety boli stanovené a implementované pred viac ako 50 rokmi, takže na jej vytvorenie sú potrebné iba peniaze. A ak sa tretíkrát vytvorí superťažká raketa, potom sa v regióne Amur ročne nahromadí ďalších 320 ton odpadového kovu so zvyškami paliva.
Túžba urobiť rakety ekologickými a nákladovo efektívnymi viedla k myšlienke vrátiť prvé etapy rakiet na miesto štartu a znova ich použiť. Po vypracovaní stanoveného času by kroky mali klesnúť v atmosfére a keď sa lietadlo vráti na miesto štartu. Podľa tohto princípu bude fungovať opakovane použiteľný raketový a vesmírny systém (MRKS).
MRKS ako to je
Opätovne použiteľný raketový a vesmírny systém bol predstavený odborníkom a verejnosti na Moskovskej leteckej výstave v roku 2011. Systém sa skladá zo štyroch opakovane použiteľných nosných rakiet (MRN) s opakovane použiteľnými raketovými zostavami (VRB). Celý rad MRN s nosnosťou 25 až 70 ton je možné doplniť rôznymi kombináciami dvoch hlavných modulov: prvý modul je opakovane použiteľná raketová jednotka (prvý stupeň), druhý modul je druhý jednorazový raketový stupeň.
V konfigurácii s nosnosťou až 25 ton (jeden VRB a jeden modul 2. stupňa) môže opakovane použiteľná raketa vypustiť všetky moderné a sľubné kozmické lode s posádkou aj bez posádky. V rozmere 35 ton (dva VRB a jeden modul 2. stupňa) umožňuje MRN vypustenie dvoch telekomunikačných satelitov na obežnú dráhu na jeden štart, dodanie modulov sľubných orbitálnych staníc do vesmíru a vypustenie ťažkých automatických staníc, ktoré budú použité na prvá etapa lunárneho prieskumu a skúmania Marsu.
Dôležitou výhodou MRN je možnosť vykonávať spárované štarty. Na vypustenie dvoch moderných telekomunikačných satelitov pomocou rakety Angara je potrebné kúpiť desať raketových motorov v hodnote 240 miliónov rubľov za kus. každý. Pri vypúšťaní dvoch rovnakých satelitov pomocou MRN sa spotrebuje iba jeden motor, ktorého náklady sa odhadujú na 400 miliónov rubľov. Úspora nákladov na samotné motory je 600%!
Prvé štúdie využiteľnej raketovej jednotky boli vykonané na začiatku storočia a boli prezentované na leteckej výstave Le Bourget vo forme predlohy fázy bajkalského reentry.
Neskôr, vo fáze predbežného návrhu, boli vykonávané práce na výbere palivových komponentov, riešení problémov tepelného vykurovania, automatického pristátia a mnohých ďalších problémov. Podrobne boli analyzované desiatky variantov VRB, bola vykonaná dôkladná technická a ekonomická analýza zohľadňujúca rôzne scenáre vývoja domácej kozmonautiky. V dôsledku toho bol určený variant MRKS, ktorý najviac plne uspokojuje celý súbor moderných a sľubných úloh.
Pristátie opakovane použiteľnej nosnej rakety s opakovane použiteľnými raketovými jednotkami. Vysokoteplotný výskumný ústav, grafika
Na modrý plyn
Navrhlo sa vyriešiť problém opakovane použiteľného motora použitím skvapalneného zemného plynu (LNG) ako paliva. Zemný plyn je lacné palivo šetrné k životnému prostrediu, ktoré je najvhodnejšie na použitie v opakovane použiteľných motoroch. Potvrdil to Khimmash Design Bureau pomenovaný po A. M. Isaev v septembri 2011, kedy bol testovaný prvý raketový motor na zemný plyn na kvapalné palivo na svete. Motor beží viac ako 3000 sekúnd, čo zodpovedá 20 štartom. Po jeho demontáži a preskúmaní stavu jednotiek sa potvrdili všetky nové technické nápady.
Bolo navrhnuté vyriešiť problém zahrievania konštrukcie výberom optimálnych trajektórií, v ktorých tepelné toky vylučujú intenzívne zahrievanie konštrukcie. To eliminuje potrebu drahej tepelnej ochrany.
Navrhlo sa vyriešiť problém automatického pristátia dvoch VRB a ich integrácie do ruského vzdušného priestoru začlenením navigačného systému GLONASS a systému automatického závislého sledovania, ktorý sa v raketovom priemysle nepoužíval, do riadiacej slučky.
Vzhľadom na technickú náročnosť a novosť vytváraného zariadenia, založenú na domácich a zahraničných skúsenostiach, je odôvodnená nevyhnutnosť vytvorenia letového demonštrátora, ktorý je zmenšenou kópiou VRB. Demonštrátor môže byť vyrobený a vybavený všetkými štandardnými palubnými systémami bez špeciálnej prípravy na výrobu. Také lietadlo umožní v reálnych letových podmienkach testovanie všetkých kľúčových technických riešení začlenených do produktu plnej veľkosti, čím sa znížia technické a finančné riziká pri vytváraní štandardného produktu.
Náklady na demonštrátor je možné odôvodniť jeho jedinečnou schopnosťou odpaľovať objekty s hmotnosťou viac ako 10 ton do výšky 80 km po balistickej dráhe, zrýchliť ich na rýchlosť presahujúcu rýchlosť zvuku sedemkrát a vrátiť sa na letisku na druhé spustenie. Opätovne použiteľný výrobok vytvorený na jeho základe môže mať veľký význam nielen pre vývojárov hypersonických lietadiel.
Filozofia flexibility
Prvý stupeň je najväčšou a najdrahšou časťou rakety. Znížením výroby týchto etáp v dôsledku ich opakovaného použitia je možné výrazne znížiť náklady federálnych agentúr na štarty kozmických lodí. Predbežné odhady ukazujú, že na úspešnú implementáciu všetkých existujúcich a sľubných vesmírnych programov vrátane dodania bezpilotných staníc na Mesiac a Mars stačí mať flotilu iba 7 - 9 blokov raketových návratov.
MRCS má filozofiu flexibility vo vzťahu k konjunktúre vesmírneho programu. Roskosmos po vytvorení MRN s nosnosťou 25 až 35 ton získa systém, ktorý efektívne vyrieši problémy dneška a blízkej budúcnosti. V prípade potreby nasadenia ťažších vozidiel na lety na Mesiac alebo Mars bude mať zákazník k dispozícii MRN s nosnosťou až 70 ton, ktorej vznik nevyžaduje značné náklady.
Jediný program, pre ktorý nie je MRKS vhodný, je program letov s posádkou na Mars. Tieto lety ale nie sú v dohľadnej budúcnosti technicky uskutočniteľné.
Dnes existuje zásadne dôležitá otázka o perspektívach vývoja nosných rakiet. Čo vytvoriť: jednorazová superťažká raketa, ktorá bude použitá iba v lunárnych a marťanských programoch a v prípade ich ukončenia budú náklady opäť odpísané; alebo vytvoriť MRCS, ktorý umožní nielen implementáciu súčasných štartovacích programov za cenu jedenapolkrát nižšiu ako dnes, ale dá sa použiť aj s minimálnymi úpravami v lunárnom programe a programe na prieskum Marsu?
