Uudelleenkäytettävien kantorakettien hankkeet Venäjällä: onko niillä tulevaisuutta?
Lukuun ottamatta palveluita amerikkalaisten astronautien toimittamisesta kansainväliselle avaruusasemalle (ISS), jotka syntyivät Yhdysvaltojen luopuessa kalliista avaruussukkula-ohjelmasta, Venäjä on kaikessa Yhdysvaltoja huonompi: menestyviä suuria tieteellisiä hankkeita ei käytännössä ole. verrattavissa rovereiden lähettämiseen, kiertoratateleskooppien käyttöön tai avaruusalusten lähettämiseen aurinkokunnan kaukaisiin kohteisiin. Yksityisten kaupallisten yritysten nopea kehitys on johtanut Roscosmosin osuuden merkittävään laskuun avaruuslaukaisumarkkinoilla. Yhdysvaltoihin toimitetut venäläiset RD-180-moottorit korvaavat pian Blue Originin amerikkalaiset BE-4-moottorit.
Suurella todennäköisyydellä Yhdysvallat kieltäytyy tulevana vuonna Venäjän palveluista "avaruusohjaajana" saatuaan päätökseen oman miehitetyn avaruusaluksensa testauksen (kolme miehitettyä avaruusalusta kehitetään samanaikaisesti).
Viimeinen yhteyspiste Yhdysvaltojen ja Venäjän välillä on edelleen ISS, jonka elämä on päättymässä. Jos mitään kotimaista tai kansainvälistä hanketta, jossa venäläiset osallistuvat, ei toteuteta, venäläisten kosmonautien kiertoradalla pysymisestä tulee erittäin episodista.
Pääasiallinen vakiintunut trendi, jonka pitäisi lähitulevaisuudessa johtaa merkittävästi alenemaan hyötykuorman kiertoradalle saattamisen kustannuksia, on uudelleenkäytettävien rakettien luominen. Jossain määrin näin on jo tapahtumassa: SpaceX:n ilmoittamana tavoitteena on alentaa rahdin kiertoradalle laskemisen kustannuksia kymmenen kertaa, ja tällä hetkellä se on onnistunut pudottamaan hintaa noin puolitoista kertaa.
On ymmärrettävä, että uudelleenkäytettävä rakettitiede nykyisessä muodossaan (ensimmäisen vaiheen paluun kanssa) on kehityksen alkuvaiheessa. Muiden kaupallisten yritysten tähän suuntaan osoittamasta kiinnostuksesta päätellen suuntaa voidaan pitää erittäin lupaavana. Läpimurto tähän suuntaan voi olla kaksivaiheisen kantoraketin (LV) BFR ilmaantuminen, jossa molemmat vaiheet ovat täysin uudelleenkäytettäviä ja lentojen odotettu luotettavuus nykyaikaisten lentokoneiden tasolla.
Venäjän avaruusteollisuudella on myös useita eriasteisia uudelleenkäytettävien kantorakettien projekteja.
"Baikal"
Yksi aktiivisesti mainostetuista uudelleenkäytettävien rakettien projekteista on Baikal-Angara. Lupaava moduuli "Baikal" on Angaran kantoraketin ensimmäisen vaiheen uudelleenkäytettävä tehostin (MRU), joka on kehitetty GKNPT:ssä im. Hrunitšev.
Ohjusluokasta (kevyt, keskiraskas, raskas) riippuen tulisi käyttää yhtä, kahta tai neljää uudelleenkäytettävää Baikal-boosteria. Kevyessä versiossa Baikal-vahvistin on itse asiassa ensimmäinen vaihe, joka tuo Angara-raketin konseptin tässä versiossa lähemmäksi SpaceX:n Falcon-9-konseptia.
Uudelleenkäytettävän "Baikal" -kiihdytin ominaisuus on lentokoneen suorittama paluu. Telakan purkamisen jälkeen Baikal käyttää pyörivän siiven rungon yläosaan ja laskeutuu lentokentälle, samalla kun ohjailu noin 400 km:n etäisyydellä voidaan suorittaa.
Baikal-projektin esittely
Suunnittelua on kritisoitu siitä, että se on monimutkaisempi ja mahdollisesti vähemmän tehokas kuin ulkomaisissa projekteissa käytetty pystysuora lasku. Roskosmosin mukaan vaakasuuntainen laskeutumiskuvio on välttämätön laukaisupaikalle paluumahdollisuuden varmistamiseksi, mutta sama mahdollisuus on julistettu BFR-kantoraketille. Kyllä, ja Falcon-9-kantoraketin ensimmäiset vaiheet ovat enintään 600 kilometrin päässä laukaisupaikasta, eli niiden laskeutumispaikat voidaan varustaa suhteellisen lyhyen matkan päässä kosmodromista.
Toinen Baikal MRU + Angara -kantorakettikonseptin haittapuoli on, että keskiraskaassa ja raskaassa versiossa palautetaan vain vahvistimet, kantoraketin ensimmäinen vaihe (keskusyksikkö) menetetään. Kyllä, ja neljän MRU:n samanaikainen laskeutuminen laukaisuajoneuvosta raskaan version laukaisussa voi aiheuttaa vaikeuksia.
Baikal-Angara-projektin kehittämisen taustalla Angara-ohjusten yleissuunnittelijan Aleksanteri Medvedevin lausunnot näyttävät oudolta. Hänen mielestään raketti voi laskeutua suihkumoottoreiden avulla sisään vedettäville tuille, kuten Falcon-9 kantoraketille. Angara-A5V- ja Angara-A3V-kantorakettien ensimmäisten vaiheiden jälkiasennus laskeutumisjaloilla, laskeutumisen ohjausjärjestelmällä, lisälämpösuojajärjestelmillä ja lisäpolttoaineella lisää niiden massaa noin 19 prosenttia. Valmistuttuaan Angara-A5V pystyy laukaisemaan 26-27 tonnia Vostochnyn kosmodromista, ei 37 tonnia, kuten kertakäyttöisessä versiossa. Jos tämä projekti toteutetaan, Angaran avulla tapahtuvan lastin laukaisukustannuksia tulisi vähentää 22-37%, kun taas kantoraketin ensimmäisten vaiheiden suurinta sallittua laukaisumäärää ei ole ilmoitettu.
Ottaen huomioon Roskosmosin edustajien lausunnot mahdollisuudesta luoda Sojuz-7 kantoraketti yhteistyössä S7 Spacen kanssa uudelleenkäytettävässä versiossa, voimme päätellä, että Venäjä ei ole vielä lopullisesti päättänyt uudelleen käytettävän kantoraketin projektista. Baikalin MRU-projektia kehitetään kuitenkin vähitellen. Sen kehittämistä suorittaa V. M. Myasishchevin mukaan nimetty kokeellinen koneenrakennustehdas. Demonstraattorin vaakakoelento on suunniteltu vuodelle 2020, jolloin saavutetaan nopeus noin 6,5 M. Jatkossa MRU laukaistaan ilmapallosta, 48 km:n korkeudelta.
Soija-7
Syyskuussa 2018 Igor Radugin, ensimmäinen varapääsuunnittelija - Energia-raketti- ja avaruusyhtiön kantorakettien pääsuunnittelija, joka johti uuden venäläisen Sojuz-5-kantoraketin ja Jenisei-superraskaan raketin kehitystä, jätti tehtävänsä. meni töihin yksityiseen S7 Space -yritykseen. Hänen mukaansa S7 Space suunnittelee luovansa Sojuz-7-raketin, joka perustuu Roskosmosin kehittämään kertakäyttöiseen Sojuz-5-rakettiin, joka puolestaan on ideologinen seuraaja menestyneelle Neuvostoliiton Zenit-raketille.
Kuten Falcon-9-raketissa, Sojuz-7-kantoraketissa on tarkoitus palauttaa ensimmäinen vaihe käyttämällä rakettidynaamista liikettä ja pystysuoraa laskua rakettimoottoreilla. Sea Launch -alustalle on tarkoitus kehittää Sojuz-7SL-versio. Sojuz-7-kantoraketin moottorina on tarkoitus käyttää hyväksi todettua RD-171-moottoria (todennäköisimmin sen muunnos RD-171MV), jota voidaan käyttää uudelleen jopa kaksikymmentä kertaa (10 lentoa ja 10 palovammaa). S7 Space suunnittelee toteuttavansa kehitystyönsä 5-6 vuoden sisällä. Tällä hetkellä Sojuz-7-kantorakettia voidaan pitää Venäjän realistisimpana uudelleenkäytettävän kantoraketin projektina.
"Theia"
Yritys "Lin Industrial" suunnittelee erittäin pientä suborbitaalista rakettia "Teiya", joka on suunniteltu nousemaan 100 km:n ehdolliseen avaruusrajaan ja palaamaan myöhemmin.
Hankkeen vaatimattomista ominaisuuksista huolimatta se voi tarjota tarvittavat tekniikat tehokkaamman kantoraketin luomiseksi tulevaisuudessa, varsinkin kun Lin Industrial työskentelee samanaikaisesti kertakäyttöisen erittäin pienen kantoraketin Taimyr projektin parissa.
"Kruunu"
Yksi mielenkiintoisimmista ja innovatiivisimmista projekteista voidaan pitää uudelleen käytettävää yksivaiheista kantorakettia pystysuoralla nousulla ja laskulla "Korona", jonka on kehittänyt nimetty State Rocket Center (GRC). Makeev vuosina 1992-2012. Projektin edetessä Korona-kantoraketille pohdittiin monia vaihtoehtoja, kunnes optimaalisin lopullinen versio muodostui.
Korona-kantoraketin lopullinen versio on suunniteltu laukaisemaan 6-12 tonnia painava hyötykuorma matalalle Maan kiertoradalle noin 200-500 km:n korkeudella. Kantoraketin laukaisupainon arvioidaan olevan 280-290 tonnia. Moottorina sen piti käyttää kiilailma-neste-ajoainerakettimoottoria (LRE) vety-happipolttoaineparilla. Lämpösuojana on tarkoitus käyttää Buran-kiertoradan avaruusaluksen parannettua lämpösuojaa.
Rungon aksisymmetrisellä kartiomaisella muodolla on hyvä aerodynamiikka suurilla nopeuksilla liikkuessa, mikä mahdollistaa Korona-kantoraketin laskeutumisen lähtöpisteeseen. Tämä puolestaan mahdollistaa Korona-kantoraketin laukaisemisen sekä maa- että offshore-alustalta. Laskeutuessaan yläilmakehään kantoraketti suorittaa aerodynaamista jarrutusta ja ohjailua, ja loppuvaiheessa laskeutumispaikkaa lähestyttäessä se kääntyy perästä alas ja laskeutuu rakettimoottorilla sisäänrakennetuilla iskunvaimentimilla. Oletettavasti Korona-kantorakettia voidaan käyttää jopa 100 kertaa, jolloin yksittäiset rakenneosat vaihdetaan 25 lennon välein.
Kehittäjän mukaan koekäyttövaiheeseen pääseminen kestää noin 7 vuotta ja 2 miljardia dollaria, ei niinkään mahdollisuudesta saada tällainen vallankumouksellinen kompleksi.
Tällä hetkellä GRC niitä. Makeevia voidaan pitää yhtenä rakettitieteen alan pätevimmistä yrityksistä, joka säilytti potentiaalinsa maksimaalisesti Neuvostoliiton romahtamisen jälkeen. He loivat yhden tehokkaimmista mannertenvälisistä ballistisista ohjuksista (ICBM) "Sineva", ja heille uskottiin ICBM "Sarmat" luominen, joka korvasi kuuluisan "Saatanan". ICBM "Sarmat" luomisen valmistuminen vuosina 2020-2021 avaa mahdollisuuden houkutella SRC:tä. Makeev avaruusprojekteihin.
Korona-hankkeen puutteista puhuttaessa voidaan olettaa, että ennen kaikkea kyseessä on tarve luoda infrastruktuuri nestemäisen vedyn toimitukseen ja varastointiin sekä kaikki sen käyttöön liittyvät ongelmat ja riskit. On mahdollista, että paras ratkaisu olisi luopua yksivaiheisesta Korona-kantoraketista ja toteuttaa kaksivaiheinen täysin uudelleenkäytettävä metaanipolttoainekompleksi. Esimerkiksi kehitetyn happi-metaanimoottorin RD-169 tai sen muunnelmien perusteella. Tässä tapauksessa ensimmäistä vaihetta voitaisiin käyttää erikseen tietyn hyötykuorman laukaisemiseksi noin 100 km:n korkeuteen.
Toisaalta nestemäisestä vedystä, kuten rakettipolttoaineesta, ei todennäköisesti ole minne mennä. Monissa hankkeissa, riippuen siitä onko ensimmäinen vaihe metaani vai kerosiini, toisessa vaiheessa käytetään vety-happimoottoreita. Tässä yhteydessä on syytä muistaa kolmikomponenttiset moottorit, kuten esimerkiksi Design Bureau of Chemical Automationin (KBKhA) kehittämä kaksimuotoinen kolmikomponenttimoottori RD0750. Ensimmäisessä tilassa RD0750-moottori toimii hapella ja kerosiinilla, johon on lisätty 6 % vetyä, toisessa tilassa se toimii hapella ja vedyllä. Tällainen moottori voidaan toteuttaa myös vety + metaani + happi -yhdistelmälle, ja on mahdollista, että tämä osoittautuu jopa yksinkertaisemmiksi kuin kerosiiniversiossa.
"Baikal-Angara", "Sojuz-7" vai "kruunu"?
Mikä näistä projekteista voisi olla ensimmäinen venäläinen uudelleenkäytettävä raketti? Baikal-Angara-projektia voidaan julkisuudestaan huolimatta pitää vähiten kiinnostavana. Ensinnäkin pitkäaikainen meteli Angara-kantorakettiperheen kanssa on jo jättämässä jälkensä, ja toiseksi ajatus MRU:n palauttamisesta lentoteitse herättää myös monia kysymyksiä. Jos puhumme kevyestä vaihtoehdosta, kun MRU on itse asiassa ensimmäinen vaihe, niin hyvä on, ja jos puhumme keskisuurista ja raskaista vaihtoehdoista kahdella/neljällä MRU:lla ja ensimmäisen ja toisen vaiheen menettämisestä, idea näyttää erittäin hyvältä. outo. Puhet Angaran kantoraketin pystysuorasta laskeutumisesta todennäköisesti pysyvät sellaisina tai toteutuvat, kun muu maailma jo lentää antigravitaatiolla tai antimaterialla.
Sojuz-7-kantoraketin uudelleenkäytettävän version luominen yksityisen yrityksen S7 Spacen toimesta yhteistyössä Roskosmosin kanssa vaikuttaa optimistisemmalta, varsinkin kun suunniteltu superraskas kantoraketti Yenisei luodaan samoilla moottoreilla, mikä mahdollistaa siirron. "uudelleenkäytettäviä" tekniikoita siihen. Kuitenkin muistaa eeppinen "Yo-mobile" ja tämä projekti voi mennä kaatopaikalle historia. Toinen ongelma on happikerosiinimoottorien alkuperäinen käyttö Sojuz-5-, Sojuz-7- ja Jenisei-kantoraketeissa. Metaanin edut ja näkymät rakettipolttoaineena ovat ilmeiset, ja on välttämätöntä keskittyä tähän tekniikkaan siirtymiseen - kuristetun uudelleenkäytettävän metaanirakettimoottorin luomiseen sen sijaan, että luotaisiin seuraava "maailman tehokkain" happikerosiini. moottori, joka lakkaa olemasta merkityksellinen 5-10 vuoden kuluttua .
Projekti "Crown" tässä tilanteessa voidaan pitää "pimeänä hevosena". Kuten edellä mainittiin, GRC niitä. Makeevalla on korkea pätevyys, ja asianmukaisella rahoituksella hän voisi luoda uudelleenkäytettävän yksivaiheisen tai kaksivaiheisen kantoraketin vuosina 2021–2030 Sarmat ICBM -työn valmistuttua. Kaikista mahdollisista vaihtoehdoista Corona-projektilla on potentiaalia olla innovatiivisin, joka pystyy luomaan reservin seuraavien sukupolvien kantoraketeille.
Uudelleenkäytettävän Falcon-9-kantoraketin tulo osoitti, että uusi taistelu avaruudesta oli alkanut, ja olimme tässä taistelussa nopeasti jäljessä. Ei ole epäilystäkään siitä, että saatuaan yksipuolisia etuja avaruudessa Yhdysvallat, ja on mahdollista, että Kiina seuraa sitä, aloittaa nopean militarisoinnin. Uudelleenkäytettävien kantorakettien tarjoamat hyötykuormien kiertoradalle saattamisen alhaiset kustannukset tekevät avaruudesta houkuttelevan sijoituksen kaupalliselle sektorille, mikä vauhdittaa entisestään avaruuskilpailua.
Edelliseen liittyen haluaisin toivoa, että maamme johto ymmärtää avaruusteknologian kehittämisen tärkeyden ellei siviili- niin ainakin sotilaskäytössä ja sijoittaa tarvittavat varat lupaavan avaruuden kehittämiseen. tekniikoita eikä toisen stadionin tai huvipuiston rakentamisessa, mikä mahdollistaa niiden käyttötarkoituksen asianmukaisen hallinnan.
- Andrei Mitrofanov
- topwar.ru, topcor.ru, habr.com, s7space.ru, linkspace.com.cn, spacelin.ru, popmech.ru, kbkha.ru
- Uudelleenkäytettävät ohjukset: kustannustehokas ratkaisu nopeaan maailmanlaajuiseen iskuon
Strateginen perinteinen ase. Vahingoittaa
Strategiset tavanomaiset joukot: kantolaitteet ja aseet
Avaruuden militarisointi on USA:lle seuraava askel. SpaceX ja laserit kiertoradalla
tiedot