Uudelleenkäytettävä raketti ja avaruusjärjestelmä laukaisupaikalla. Korkean lämpötilan tutkimuslaitoksen grafiikka
Venäjän nykyaikaisen kosmonautian perusta on Sojuz- ja Proton -raketit, jotka luotiin viime vuosisadan puolivälissä. Lähes kaikki venäläisiltä kosmodromilta avaruuteen laskeutuvat laitteet ovat kiertäneet nämä luotettavat, mutta melko vanhentuneet koneet. Rakettikannan uudistamiseksi ja Venäjän ehdottoman pääsyn varmistamiseksi kaikille avaruusaktiviteetin segmenteille uusin Angara -rakettikompleksi on astumassa lentotestien vaiheeseen. Tämä on ehkä maailman ainoa avaruusrakettikompleksi, jolla on laaja valikoima 4–26 tonnin painoisia avaruusaluksia.
Super raskaita periaatteita
Avaruusajoneuvojen tarpeet lähitulevaisuudessa tyydytetään Sojuz- ja Angara -raketeilla, mutta niiden kantokyky ei riitä ratkaisemaan Kuun, Marsin ja muiden aurinkokunnan planeettojen tutkimusongelmia. Lisäksi ne vaikeuttavat Amurin alueen ekologista tilannetta, koska niiden kuluneet vaiheet putoavat joko Amur -taikaan tai Okhotskinmeren vesialueelle. On selvää, että tämä tilanne on pakotettu, se on maksu Venäjän avaruusomavaraisuuden varmistamisesta. Mikä tämä maksu on, jos päätetään luoda erittäin raskaita raketteja miehitettyihin lennoihin kuuhun?
Tällaisia ohjuksia on jo ollut historiamme aikana: Energia ja N-1. Erittäin raskaan raketin perusperiaatteet vahvistettiin ja otettiin käyttöön yli 50 vuotta sitten, joten sen luomiseen tarvitaan vain rahaa. Ja jos erittäin raskas raketti luodaan kolmannen kerran, Amurin alueelle kerätään vuosittain 320 tonnia polttoainetta sisältävää jätemetallia.
Halu tehdä raketit ympäristöystävällisiksi ja kustannustehokkaiksi on johtanut ajatukseen palauttaa rakettien ensimmäiset vaiheet laukaisualueelle ja käyttää niitä uudelleen. Kun varattu aika on kulunut, portaiden tulisi laskeutua ilmakehässä ja kun kone palaa laukaisupaikkaan. Tämän periaatteen mukaisesti käytetään uudelleenkäytettäviä raketti- ja avaruusjärjestelmiä (MRKS).
MRKS sellaisenaan
Uudelleenkäytettävä raketti- ja avaruusjärjestelmä esiteltiin asiantuntijoille ja yleisölle Moskovan ilmailunäyttelyssä vuonna 2011. Järjestelmä koostuu neljästä uudelleenkäytettävästä kantoraketista (MRN), joissa on uudelleenkäytettävät ohjuskokoonpanot (VRB). Koko MRN -valikoima, jonka kantavuus on 25–70 tonnia, voidaan täydentää kahden päämoduulin eri yhdistelmillä: ensimmäinen moduuli on uudelleenkäytettävä rakettiyksikkö (ensimmäinen vaihe), toinen moduuli on toinen kertakäyttöinen rakettivaihe.
Kokoonpanossa, jonka kantavuus on jopa 25 tonnia (yksi VRB ja yksi toisen vaiheen moduuli), uudelleenkäytettävä raketti voi laukaista kaikki modernit ja lupaavat miehitetyt ja miehittämättömät avaruusalukset. 35 tonnin mitassa (kaksi VRB: tä ja yksi toisen vaiheen moduuli) MRN mahdollistaa kahden tietoliikennesatelliitin laukaisun kiertoradalle per laukaus, toimittaa lupaavien kiertorata -asemien moduulit avaruuteen ja laukaisee raskaita automaattiasemia, joita käytetään kuun etsinnän ja Marsin tutkimuksen ensimmäinen vaihe.
MRN: n tärkeä etu on kyky suorittaa pariliitoksia. Kahden modernin tietoliikennesatelliitin laukaisemiseksi Angara -rakettia käyttämällä on ostettava kymmenen rakettimoottoria, joiden arvo on 240 miljoonaa ruplaa. jokainen. Kun laukaistaan kaksi samaa satelliittia MRN: n avulla, kulutetaan vain yksi moottori, jonka kustannusten arvioidaan olevan 400 miljoonaa ruplaa. Pelkästään moottoreiden kustannussäästöt ovat 600%!
Ensimmäiset tutkimukset palautettavasta rakettiyksiköstä tehtiin vuosisadan alussa ja esiteltiin Le Bourgetin ilmailu- ja avaruusnäyttelyssä Baikalin paluuvaiheen mallina.
Myöhemmin, alustavassa suunnitteluvaiheessa, tehtiin työtä polttoaineosien valinnassa, lämpölämmityksen, automaattisen laskeutumisen ja monien muiden ongelmien ratkaisemisessa. Kymmeniä VRB -variantteja on analysoitu yksityiskohtaisesti, ja on tehty perusteellinen tekninen ja taloudellinen analyysi, jossa on otettu huomioon erilaiset skenaariot kotimaisen kosmonautian kehitykselle. Tämän seurauksena määritettiin MRKS -muunnelma, joka tyydyttää kaikkein täydellisimmin kaikki modernit ja lupaavat tehtävät.
Uudelleenkäytettävän kantoraketin laskeutuminen uudelleenkäytettävien rakettiyksiköiden kanssa. Korkean lämpötilan tutkimuslaitoksen grafiikka
Sinisellä kaasulla
Ehdotettiin ratkaisemaan uudelleenkäytettävän moottorin ongelma käyttämällä nesteytettyä maakaasua (LNG) polttoaineena. Maakaasu on halpa, ympäristöystävällinen polttoaine, joka soveltuu parhaiten uudelleenkäytettäviin moottoreihin. Tämän vahvisti A. M.:n mukaan nimetty Himmashin suunnittelutoimisto. Isaev syyskuussa 2011, jolloin testattiin maailman ensimmäinen nestemäistä polttoainetta käyttävä maakaasuraketti. Moottori on käynyt yli 3000 sekuntia, mikä vastaa 20 käynnistystä. Kun se oli purettu ja yksiköiden kunto tutkittu, kaikki uudet tekniset ajatukset vahvistettiin.
Ehdotettiin ratkaisemaan rakenteen lämmitysongelma valitsemalla optimaaliset liikeradat, joissa lämpövirrat eivät sulje sisään rakenteen voimakasta kuumentamista. Tämä poistaa kalliiden lämpösuojainten tarpeen.
On ehdotettu ratkaisemaan ongelman kahden VRB: n automaattisesta laskeutumisesta ja integroimisesta Venäjän ilmatilaan sisällyttämällä ohjaussilmukkaan GLONASS -navigointijärjestelmä ja automaattinen riippuvainen valvontajärjestelmä, jota ei käytetty rakettitekniikassa.
Kun otetaan huomioon luotavien laitteiden tekninen monimutkaisuus ja uutuus, jotka perustuvat kotimaiseen ja ulkomaiseen kokemukseen, on tarpeen perustaa lennon esittelylaite, joka on pienennetty kopio VRB: stä. Esittelylaite voidaan valmistaa ja varustaa kaikilla vakiolaitteilla ilman erityistä valmistelua tuotantoon. Tällainen lentokone mahdollistaa kaikkien täysikokoiseen tuotteeseen sisältyvien keskeisten teknisten ratkaisujen testaamisen todellisissa lento-olosuhteissa, mikä vähentää teknisiä ja taloudellisia riskejä vakiotuotetta luotaessa.
Mielenosoittajan kustannukset voivat olla perusteltuja, koska sillä on ainutlaatuinen kyky laukaista yli 10 tonnin painoisia esineitä 80 km: n korkeuteen ballistista liikeradaa pitkin, kiihdyttää ne nopeuteen, joka ylittää äänen nopeuden 7 kertaa, ja palata takaisin lentokentälle toista laukaisua varten. Sen perusteella luotu uudelleenkäytettävä tuote voi olla erittäin tärkeä paitsi yliäänisten lentokoneiden kehittäjille.
Joustavuuden filosofia
Ensimmäinen vaihe on raketin suurin ja kallein osa. Vähentämällä näiden vaiheiden tuotantoa toistuvan käytön vuoksi on mahdollista vähentää merkittävästi liittovaltion virastojen kustannuksia avaruusalusten laukaisusta. Alustavat arviot osoittavat, että kaikkien olemassa olevien ja lupaavien avaruusohjelmien onnistuneeseen toteuttamiseen, mukaan lukien miehittämättömien asemien toimittaminen Kuuhun ja Marsiin, riittää, että laivastossa on vain 7–9 paluumatkalla olevaa rakettilohkoa.
MRCS: llä on joustavuusfilosofia suhteessa avaruusohjelman yhteyteen. Luomalla MRN: n, jonka kantavuus on 25–35 tonnia, Roskosmos saa järjestelmän, joka ratkaisee tehokkaasti tämän päivän ja lähitulevaisuuden ongelmat. Jos Kuun tai Marsin lennoille on tarpeen käyttää raskaampia ajoneuvoja, asiakkaalla on MRN, jonka kantavuus on jopa 70 tonnia ja jonka luominen ei vaadi merkittäviä kustannuksia.
Ainoa ohjelma, johon MRKS ei sovellu, on miehitettyjen Marsiin suuntautuvien lentojen ohjelma. Nämä lennot eivät kuitenkaan ole teknisesti toteutettavissa lähitulevaisuudessa.
Tänään on perustavanlaatuinen kysymys kantorakettien kehittämisnäkymistä. Mitä luoda: kertakäyttöinen erittäin raskas raketti, jota käytetään vain Lunar- ja Mars-ohjelmissa, ja jos ne lopetetaan, kustannukset poistetaan uudelleen; tai luoda MRCS, joka ei ainoastaan salli nykyisten laukaisuohjelmien toteuttamista puolitoista kertaa halvemmalla hinnalla kuin nykyään, vaan sitä voidaan käyttää myös pienin muutoksin Lunar -ohjelmaan ja Mars -tutkimusohjelmaan?
