Nykyään monet meistä tietävät tai ainakin ovat kuulleet yksityisen yrityksen SpaceX: n osittain uudelleenkäytettävien kantorakettien perheestä. Yrityksen menestyksen ja perustajan Elon Muskin persoonallisuuden ansiosta hänestä tulee usein uutislähetysten sankari, Falcon 9 -raketit, SpaceX ja avaruuslennot yleensä eivät poistu kansainvälisen lehdistön sivuilta. Samaan aikaan Venäjällä oli ja on edelleen oma kehitys ja yhtä mielenkiintoisia projekteja uudelleenkäytettävistä ohjuksista, joista tiedetään paljon vähemmän. Vastaus kysymykseen, miksi näin tapahtuu, on ilmeinen. Ilona Maskin raketit lentävät säännöllisesti avaruuteen, ja uudelleenkäytettävät ja osittain uudelleenkäytettävät venäläiset raketit ovat toistaiseksi vain projekteja, piirustuksia ja kauniita kuvia esityksissä.
Avaruus käynnistyy tänään
Nykyään voimme turvallisesti sanoa, että Roskosmos unohti jossain vaiheessa uudelleenkäytettävien ohjusten aiheen, sillä sen käsissä oli kehitys ja hankkeet, jotka olivat muita maita useita vuosia edellä. Kaikki venäläisten uudelleenkäytettävien ohjusten hankkeet eivät koskaan valmistuneet, eikä niitä ole toteutettu metallina. Esimerkiksi uudelleenkäytettävää yksivaiheista Korona-kantorakettia, joka on kehitetty vuosina 1992–2012, ei koskaan saatu loogiseen päätökseen. Näemme jo tämän väärän laskelman tuloksen kehityksessä. Venäjä on menettänyt vakavasti asemansa kaupallisen avaruuden laukaisumarkkinoilla amerikkalaisen Falcon 9 -raketin ja sen varianttien tullessa, ja on myös vakavasti huonompi vuosittain tehtävien avaruuslentojen määrän suhteen. Vuoden 2018 lopussa Roscosmos raportoi 20 avaruuden laukaisusta (yksi epäonnistunut), kun taas huhtikuussa 2018 TASS: n haastattelussa Roscosmosin päällikkö Igor Komarov sanoi, että on suunniteltu 30 avaruuden laukaisua. vuoden loppu. Johtaja viime vuoden lopussa oli Kiina, joka suoritti 39 avaruuden laukaisua (yksi epäonnistunut), toiseksi Yhdysvallat oli 31 avaruuskäynnillä (ei yhtään epäonnistunutta).
Nykyaikaisista avaruuslennoista puhuttaessa on ymmärrettävä, että nykyaikaisen kantoraketin (LV) laukaisun kokonaiskustannuksissa tärkein kuluerä on raketti itse. Sen runko, polttoainesäiliöt, moottorit - kaikki tämä lentää ikuisesti, palaa ilmakehän tiheissä kerroksissa, on selvää, että tällaiset peruuttamattomat kulut muuttavat minkä tahansa kantoraketin laukaisun erittäin kalliiksi iloksi. Ei avaruusporttien ylläpito, polttoaine, ei asennustyöt ennen laukaisua, vaan kantoraketin hinta on pääkulutuserä. Erittäin monimutkaista teknistä suunnittelutuotetta käytetään muutaman minuutin ajan, minkä jälkeen se tuhoutuu kokonaan. Tämä pätee luonnollisesti kertakäyttöisiin raketteihin. Ajatus talteenotettavien kantorakettien käyttämisestä ehdottaa tässä itsessään todellista mahdollisuutta alentaa jokaisen avaruuden laukaisun kustannuksia. Tässä tapauksessa jopa ensimmäisen vaiheen palautus pienentää jokaisen laukaisun hintaa.
Falcon 9 -kantoraketin palautettavan ensimmäisen vaiheen laskeutuminen
Se on samanlainen suunnitelma, jonka amerikkalainen miljardööri Elon Musk toteutti, jolloin raskaan Falcon 9 -kantoraketin ensimmäinen vaihe oli palautettavissa. Vaikka näiden ohjusten ensimmäinen vaihe on osittain palautettavissa, jotkut laskeutumisyritykset päättyvät epäonnistumiseen, mutta epäonnistuneet laskeutumiset laskivat lähes nollaan vuosina 2017 ja 2018. Esimerkiksi viime vuonna oli vain yksi epäonnistuminen jokaista ensimmäisen vaiheen 10 onnistunutta laskua kohden. Samaan aikaan SpaceX avasi myös uuden vuoden onnistuneella ensimmäisen vaiheen laskeutumisella. Tammikuun 11. päivänä 2019 Falcon 9 -raketin ensimmäinen vaihe laskeutui menestyksekkäästi kelluvalle alustalle, ja lisäksi se käytettiin uudelleen, ja aiemmin se laukaisi Telestar 18V -viestintäsatelliitin kiertoradalle syyskuussa 2018. Nykyään tällaiset palautettavat ensimmäiset vaiheet ovat jo todellinen suoritus. Mutta kun amerikkalaisen yksityisen avaruusyhtiön edustajat puhuivat vain projektistaan, monet asiantuntijat epäilivät sen onnistuneen toteuttamisen mahdollisuutta.
Nykypäivän todellisuudessa raskaan luokan Falcon 9 -raketin ensimmäistä vaihetta joissakin laukaisuissa voidaan käyttää uusintaversiona. Kun raketin toinen vaihe on riittävän korkealla, se erottuu siitä noin 70 kilometrin korkeudessa, purkaminen tapahtuu noin 2,5 minuuttia kantoraketin laukaisun jälkeen (aika riippuu erityisistä laukaisutehtävistä). Erottamisen jälkeen LV: stä ensimmäinen vaihe suorittaa asennettua asennonohjausjärjestelmää käyttäen pienen liikkeen välttäen toimivien toisen vaiheen moottoreiden liekin ja kääntää moottoreita eteenpäin valmistautuen kolmeen pääjarrutusliikkeeseen. Laskeutuessa ensimmäinen vaihe jarruttaa omilla moottoreillaan. On syytä huomata, että palautettu vaihe asettaa omat rajoituksensa laukaisulle. Esimerkiksi Falcon 9 -raketin hyötykuorma pienenee 30-40 prosenttia. Tämä johtuu tarpeesta varata polttoainetta jarrutusta ja myöhempää laskeutumista varten sekä asennettujen laskeutumislaitteiden (hilaperäsin, laskeutumistukit, ohjausjärjestelmän elementit jne.) Lisäpainosta.
Amerikkalaisten menestykset ja suuret onnistuneet laukaisusarjat eivät jääneet maailmalle huomaamatta, mikä aiheutti useita lausuntoja rakettien osittaista uudelleenkäytettävyyttä hyödyntävien hankkeiden aloittamisesta, mukaan lukien sivuvahvistimien paluu ja ensimmäinen vaihe takaisin Maalle. Roscosmosin edustajat puhuivat myös tästä pisteestä. Yhtiö alkoi puhua uudelleenkäytettävien ohjusten luomistyön jatkamisesta Venäjällä vuoden 2017 alussa.
Kantoraketti "Korona" - yleiskuva
Uudelleenkäytettävä Korona -raketti ja aiemmat projektit
On syytä huomata, että ajatusta uudelleenkäytettävistä ohjuksista tutkittiin jo Neuvostoliitossa. Maan romahtamisen jälkeen tämä aihe ei kadonnut; työtä tähän suuntaan jatkettiin. Ne alkoivat paljon aikaisemmin kuin Elon Musk juuri puhui siitä. Esimerkiksi superraskaan Neuvostoliiton raketin Energia ensimmäisen vaiheen lohkot oli palautettava, tämä oli tarpeen taloudellisista syistä ja vähintään 10 lentoa varten suunniteltujen RD-170-moottorien resurssien toteuttamiseksi.
Vähemmän tunnettu on Rossiyanka -kantoraketin projekti, jonka ovat kehittäneet akateemikko V. P. Makeevin valtion rakettikeskuksen asiantuntijat. Tämä yritys tunnetaan pääasiassa sotilaallisesta kehityksestään. Esimerkiksi täällä luotiin suurin osa sukellusveneiden aseistamiseen tarkoitetuista kotimaisista ballistisista ohjuksista, mukaan lukien R-29RMU Sineva-ballistiset ohjukset, jotka ovat tällä hetkellä käytössä Venäjän sukellusvenelaivastossa.
Hankkeen mukaan Rossiyanka oli kaksivaiheinen kantoraketti, jonka ensimmäinen vaihe oli uudelleenkäytettävä. Pohjimmiltaan sama ajatus kuin SpaceX -insinööreillä, mutta muutama vuosi sitten. Raketin oli määrä laukaista 21,5 tonnia rahtia matalalle vertailurata - indikaattorit lähellä Falcon 9 -rakettia. Ensimmäisen vaiheen paluun piti tapahtua ballistista rataa pitkin, koska vakiovaihemoottorit sisällytettiin uudelleen. Tarvittaessa raketin kantavuus voidaan nostaa 35 tonniin. Makeyev SRC esitteli 12. joulukuuta uuden raketinsa Roscosmos-kilpailussa uudelleenkäytettävien kantorakettien kehittämiseksi, mutta tilaus tällaisten laitteiden luomiseksi meni Khrunichevin osavaltion tutkimus- ja tuotantokeskuksen kilpailijoille Baikal-Angaran kanssa. hanke. Todennäköisesti Makeev SRC: n asiantuntijoilla olisi ollut toimivalta toteuttaa projektinsa, mutta ilman riittävää huomiota ja rahoitusta se oli mahdotonta.
Baikal-Angara-projekti oli vielä kunnianhimoisempi; se oli lentokoneversio ensimmäisen vaiheen paluusta Maalle. Suunniteltiin, että osaston asetetun korkeuden saavuttamisen jälkeen ensimmäisessä vaiheessa avautuisi erityinen siipi ja sitten se lennettäisiin lentokoneella laskeutumalla tavanomaiselle lentokentälle laskutelineen ollessa auki. Tällainen järjestelmä ei kuitenkaan ole vain monimutkainen, vaan myös kallis. Hänen kiistattomiin ansioihinsa kuului se, että hän voisi palata kauempaa. Valitettavasti projekti ei koskaan toteutunut, se muistetaan joskus, mutta ei mitään muuta.
Nyt maailma ajattelee täysin uudelleenkäytettäviä kantoraketteja. Elon Musk julkisti Big Falcon Rocket -projektin. Tällaisen raketin pitäisi saada kaksivaiheinen arkkitehtuuri, joka ei ole ominaista nykyaikaiselle kosmonautialle; sen toinen vaihe on yksi kokonaisuus avaruusaluksella, joka voi olla joko rahti tai matkustaja. Suunnitelmissa on, että Superheavyn ensimmäinen vaihe palaa takaisin Maalle suorittaen pystysuoran laskeutumisen kosmodromille sen moottoreiden avulla. SpaceX -insinöörit ovat jo kehittäneet tämän tekniikan täydellisesti. Raketin toinen vaihe yhdessä avaruusaluksen kanssa (itse asiassa tämä on avaruusalus eri tarkoituksiin), joka nimettiin Tähtialukseksi, tulee maan kiertoradalle. Toisessa vaiheessa on myös riittävästi polttoainetta hidastamaan ilmakehän tiheissä kerroksissa avaruusoperaation suorittamisen jälkeen ja laskeutumaan offshore -tasolle.
On syytä huomata, että SpaceX: llä ei myöskään ole kämmentä tällaisessa ajatuksessa. Venäjällä uudelleenkäytettävän kantoraketin hanketta on kehitetty 1990 -luvulta lähtien. Ja jälleen, he työskentelivät projektin parissa akateemikko V. P. Uudelleenkäytettävän venäläisen raketin projektilla on kaunis nimi "Korona". Roscosmos muistutti projektista vuonna 2017, minkä jälkeen seurasi useita kommentteja tämän hankkeen jatkamisesta. Esimerkiksi tammikuussa 2018 Rossiyskaya Gazeta julkaisi uutisen, että Venäjä oli aloittanut uudelleenkäytettävän avaruusraketin. Kyse oli Korona -kantoraketista.
Toisin kuin amerikkalainen Falcon-9-raketti, Venäjän koronalla ei ole irrotettavia vaiheita; itse asiassa se on yksi pehmeä lentoonlähtö- ja laskeutumisalus. Makeyev SRC: n yleissuunnittelijan Vladimir Degtyarin mukaan tämän hankkeen pitäisi avata tietä pitkän matkan planeettojen välisten miehitettyjen lentojen toteuttamiselle. Suunnitellaan, että uuden venäläisen raketin tärkein rakenteellinen materiaali on hiilikuitu. Samaan aikaan "Korona" on suunniteltu laukaisemaan avaruusaluksia matalille kiertoradille, joiden korkeus on 200-500 kilometriä. Kantorakettien massa on noin 300 tonnia. Tuotannon hyötykuorman massa on 7-12 tonnia. Koronan nousun ja laskeutumisen tulisi tapahtua yksinkertaistettujen laukaisutilojen avulla, minkä lisäksi kehitetään mahdollisuutta laukaista uudelleenkäytettävä raketti offshore -alustoilta. Uusi kantoraketti voi käyttää samaa alustaa nousuun ja laskuun. Raketin valmistautumisaika seuraavalle laukaisulle on vain noin päivä.
On huomattava, että yksivaiheisten ja uudelleenkäytettävien rakettien luomiseen tarvittavia hiilikuitumateriaaleja on käytetty ilmailu- ja avaruusteknologiassa viime vuosisadan 90-luvulta lähtien. 1990-luvun alusta lähtien Korona-hanke on edennyt pitkälle ja kehittynyt merkittävästi, sanomattakin selvää, että alun perin kyse oli kertaluonteisesta raketista. Samaan aikaan evoluutioprosessissa tulevan raketin suunnittelusta tuli yksinkertaisempaa ja täydellisempää. Vähitellen raketin kehittäjät luopuivat siipien ja ulkoisten polttoainesäiliöiden käytöstä, kun he olivat ymmärtäneet, että uudelleenkäytettävän rakettirungon päämateriaali olisi hiilikuitu.
Viimeisimmässä uudelleenkäytettävän Korona-raketin versiossa sen massa lähestyy 280-290 tonnia. Tällainen suuri yksivaiheinen kantoraketti vaatii erittäin tehokasta nestemäistä polttoainetta käyttävää rakettimoottoria, joka toimii vedyllä ja hapella. Toisin kuin rakettimoottorit, jotka on sijoitettu eri vaiheisiin, tällaisen nestemäistä polttoainetta käyttävän rakettimoottorin pitäisi toimia tehokkaasti eri olosuhteissa ja eri korkeuksissa, mukaan lukien lentoonlähtö ja lento maan ilmakehän ulkopuolella. "Tavallinen nestemäistä polttoainetta käyttävä rakettimoottori Laval-suuttimilla on tehokas vain tietyillä korkeusalueilla", Makeevkan suunnittelijat sanovat. Tällaisten rakettimoottoreiden kaasusuihku mukautuu paineeseen "yli laidan"; lisäksi ne säilyttävät tehokkuutensa sekä maan pinnalla että melko korkealla stratosfäärissä.
RN "Korona" kiertoradalla, suljettu hyötykuormaosasto, renderöinti
Toistaiseksi maailmassa ei kuitenkaan yksinkertaisesti ole tämän tyyppistä toimivaa moottoria, vaikka niitä kehitettiin aktiivisesti Neuvostoliitossa ja Yhdysvalloissa. Asiantuntijat uskovat, että Korona-uudelleenkäytettävä kantoraketti on varustettava modulaarisella moottoriversiolla, jossa kiilailmasuutin on ainoa elementti, jolla ei tällä hetkellä ole prototyyppiä eikä sitä ole testattu käytännössä. Samaan aikaan Venäjällä on omat teknologiansa modernien komposiittimateriaalien ja niiden osien valmistuksessa. Niiden kehittäminen ja soveltaminen ovat varsin menestyksekkäästi mukana esimerkiksi JSC: ssä "Composite" ja All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM).
Turvallisen lennon varmistamiseksi maan ilmakehässä Koronan hiilikuiturakenne on suojattu lämpösuojalevyllä, joka on aiemmin kehitetty VIAM: ssä Buran-avaruusalukselle ja joka on sittemmin käynyt läpi merkittävän kehityspolun. "Koronan suurin lämpökuorma keskittyy sen keulaan, jossa käytetään korkean lämpötilan lämpösuojaelementtejä", suunnittelijat huomauttavat.”Samaan aikaan kantoraketin levenevillä sivuilla on suurempi halkaisija ja ne sijaitsevat terävässä kulmassa ilmavirtaan nähden. Näiden elementtien lämpökuorma on pienempi, ja tämä puolestaan mahdollistaa kevyempien materiaalien käytön. Tuloksena on noin 1,5 tonnin painon säästö. Raketin korkean lämpötilan osan massa ei ylitä 6 prosenttia Koronan lämpösuojan kokonaismassasta. Vertailun vuoksi avaruussukkulan osuus oli yli 20 prosenttia."
Uudelleenkäytettävän raketin tyylikäs, kapeneva muoto on seurausta monista kokeista ja erehdyksistä. Kehittäjien mukaan he tarkastelivat ja arvioivat satoja erilaisia vaihtoehtoja projektin parissa. "Päätimme luopua kokonaan siivistä, kuten avaruussukkulan tai Buran -avaruusaluksen siivistä", kehittäjät sanovat. - Yleensä ilmakehän ylemmissä kerroksissa siivet häiritsevät vain avaruusalusta. Tällaiset avaruusalukset tulevat ilmakehään hypersonisella nopeudella, joka ei ole parempi kuin "rauta", ja vain yliäänenopeudella ne siirtyvät vaakasuoralle lennolle, jonka jälkeen he voivat täysin luottaa siipien aerodynamiikkaan."
Raketin kartiomainen akselisymmetrinen muoto mahdollistaa paitsi lämpösuojan helpottamisen myös sen hyvien aerodynaamisten ominaisuuksien tarjoamisen liikuttaessa suurilla lennonopeuksilla. Jo ilmakehän ylemmissä kerroksissa "Korona" saa nostovoiman, jonka ansiosta raketti ei vain hidasta, vaan myös tekee liikkeitä. Tämän ansiosta kantoraketti voi liikkua korkealla, kun se lentää laskeutumispaikalle; tulevaisuudessa sen on vain suoritettava jarrutusprosessi loppuun, korjattava kulkuaan, käännettävä taaksepäin pienillä ohjaamoilla ja laskeuduttava maahan.
Hankkeen ongelmana on, että Koronaa kehitetään edelleen riittämättömän rahoituksen tai sen täydellisen puuttumisen olosuhteissa. Tällä hetkellä Makeyev SRC on valmistanut vain luonnoksen tästä aiheesta. Vuoden 2018 XLII Academic Readings on Cosmonautics -lukujen aikana julkistettujen tietojen mukaan Korona -kantoraketin luomishankkeelle tehtiin toteutettavuustutkimuksia ja laadittiin tehokas raketinkehitysaikataulu. Uuden kantoraketin luomiseen tarvittavat edellytykset on tutkittu ja sekä kehitysprosessin että uuden raketin toiminnan näkymät ja tulokset on analysoitu.
Vuosien 2017 ja 2018 uutisten jälkeen Crown -hankkeesta seuraa jälleen hiljaisuus … Hankkeen ja sen toteuttamisen näkymät ovat edelleen epäselvät. Samaan aikaan SpaceX esittelee testinäytteen uudesta uudelleenkäytettävästä Big Falcon Rocketista (BFR) kesällä 2019. Voi kestää useita vuosia testinäytteen luomisesta täysimittaiseen rakettiin, mikä vahvistaa sen luotettavuuden ja suorituskyvyn, mutta toistaiseksi voimme todeta: Elon Musk ja hänen yrityksensä tekevät asioita, jotka voidaan nähdä ja koskettaa käsillä. Samaan aikaan Roskosmosin pitäisi pääministeri Dmitri Medvedevin mukaan lopettaa projekti ja keskustella siitä, mihin lennämme tulevaisuudessa. Sinun täytyy puhua vähemmän ja tehdä enemmän.
