Återanvändbar raket och rymdsystem vid uppskjutningsplatsen. High Temperature Research Institute Graphics
Grunden för modern rysk kosmonautik är Soyuz- och Proton -raketerna, som skapades i mitten av förra seklet. Nästan allt som skjuts ut i rymden från ryska kosmodromer sätts i omloppsbana av dessa pålitliga, men ganska föråldrade maskiner. För att förnya raketflottan och säkerställa Rysslands ovillkorliga tillgång till alla segment av rymdaktivitet, går det senaste Angara -raketkomplexet in på flygprovningsstadiet. Detta är kanske det enda rymdraketkomplexet i världen som har ett brett spektrum av funktioner för att leverera rymdfarkoster som väger från 4 till 26 ton ut i rymden.
Super tunga principer
Behovet av rymdfarkoster inom en snar framtid kommer att tillgodoses av raketterna Soyuz och Angara, men deras bärighet är otillräcklig för att lösa problemen med att utforska månen, Mars och andra planeter i solsystemet. Dessutom komplicerar de den ekologiska situationen i Amur -regionen eftersom deras förbrukade etapper kommer att falla antingen i Amur taiga eller i vattenområdet i Okhotsk hav. Det är klart att denna situation är påtvingad, det är en betalning för att säkerställa Rysslands suveränitet i rymden. Vad blir denna betalning om ett beslut fattas om att skapa supertunga raketer för bemannade flygningar till månen?
Det har redan funnits sådana missiler i vår historia: Energia och N-1. De grundläggande principerna för en supertung raket fastställdes och implementerades för mer än 50 år sedan, så det behövs bara pengar för att skapa den. Och om en supertung raket skapas för tredje gången, kommer ytterligare 320 ton spillmetall med bränslerester att ackumuleras årligen i Amur-regionen.
Lusten att göra raketer miljövänliga och kostnadseffektiva har lett till tanken att återföra de första etapperna av raketer till uppskjutningsplatsen och återanvända dem. Efter att ha räknat ut den tilldelade tiden, bör stegen sjunka i atmosfären och när planet återvänder till lanseringsplatsen. Enligt denna princip kommer det återanvändbara raket- och rymdsystemet (MRKS) att drivas.
MRKS som det är
Det återanvändbara raket- och rymdsystemet presenterades för specialister och allmänheten vid Moskva Aerospace Show 2011. Systemet består av fyra återanvändbara uppskjutningsfordon (MRN) med återanvändbara missiler (VRB). Hela sortimentet av MRN: er med en bärighet på 25 till 70 ton kan kompletteras med olika kombinationer av två huvudmoduler: den första modulen är en återanvändbar raketenhet (första etappen), den andra modulen är en andra raketsteg för engångsbruk.
I en konfiguration med en bärighet på upp till 25 ton (en VRB och en modul i andra etappen) kan den återanvändbara raketen skjuta upp alla moderna och lovande bemannade och obemannade rymdfarkoster. I dimensionen 35 ton (två VRB och en modul i andra etappen) tillåter MRN att två telekommunikationssatelliter sänds ut i omloppsbana per lansering, levererar moduler med lovande orbitalstationer i rymden och lanserar tunga automatstationer, som kommer att användas vid första etappen av månutforskning och utforskning av Mars.
En viktig fördel med MRN är möjligheten att utföra parade lanseringar. För att starta två moderna telekommunikationssatelliter med Angara -raketen är det nödvändigt att köpa tio raketmotorer värda 240 miljoner rubel vardera. varje. Vid uppskjutning av två av samma satelliter med MRN kommer endast en motor att förbrukas, vars kostnad beräknas till 400 miljoner rubel. Kostnadsbesparingar för motorer ensam är 600%!
De första studierna av den återvinningsbara raketenheten genomfördes i början av seklet och presenterades på Le Bourget-rymdutställningen i form av en mock-up av Baikal-inträdesstadiet.
Senare, på det preliminära konstruktionsstadiet, utfördes arbete med val av bränslekomponenter, lösning av problem med värme, automatisk landning och många andra problem. Dussintals VRB -varianter har analyserats i detalj, en grundlig teknisk och ekonomisk analys har genomförts med hänsyn till olika scenarier för utvecklingen av inhemsk kosmonautik. Som ett resultat bestämdes en variant av MRKS, som till fullo uppfyller hela uppsättningen moderna och lovande uppgifter.
Landning av ett återanvändbart skjutfordon med återanvändbara raketenheter. High Temperature Research Institute Graphics
På blå gas
Det föreslogs att lösa problemet med en återanvändbar motor genom att använda flytande naturgas (LNG) som bränsle. Naturgas är ett billigt, miljövänligt bränsle som är mest lämpligt för användning i återanvändbara motorer. Detta bekräftades av Khimmash Design Bureau uppkallad efter A. M. Isaev i september 2011, då världens första gasdrivande raketmotor för flytande drivmedel testades. Motorn har körts i mer än 3000 sekunder, vilket motsvarar 20 starter. Efter att ha demonterat det och undersökt enheternas skick bekräftades alla nya tekniska idéer.
Det föreslogs att lösa problemet med uppvärmning av strukturen genom att välja de optimala banor där värmeflöden utesluter intensiv uppvärmning av strukturen. Detta eliminerar behovet av dyrt termiskt skydd.
Det föreslogs att lösa problemet med att automatiskt landa två VRB och integrera dem i ryskt luftrum genom att inkludera GLONASS -navigationssystemet och ett automatiskt beroende övervakningssystem, som inte användes i raketer, i kontrollslingan.
Med hänsyn till den tekniska komplexiteten och nyheten i den utrustning som skapas, baserat på inhemsk och utländsk erfarenhet, är nödvändigheten av att skapa en flygdemonstrator, som är en reducerad kopia av VRB, underbyggd. Demonstratorn kan tillverkas och utrustas med alla vanliga system ombord utan någon speciell förberedelse för produktionen. Ett sådant flygplan kommer att tillåta testning i verkliga flygförhållanden av alla viktiga tekniska lösningar som ingår i en produkt i full storlek, vilket minskar tekniska och finansiella risker när man skapar en standardprodukt.
Kostnaden för demonstranten kan motiveras på grund av dess unika förmåga att skjuta objekt som väger mer än 10 ton till en höjd av 80 km längs en ballistisk bana, accelerera dem till en hastighet som överskrider ljudets hastighet med 7 gånger och återgå till flygfält för en andra lansering. En återanvändbar produkt skapad på grundval kan vara av stor betydelse, inte bara för utvecklare av hypersoniska flygplan.
Flexibilitetsfilosofin
Den första etappen är den största och dyraste delen av raketen. Genom att minska produktionen av dessa stadier på grund av deras upprepade användning är det möjligt att avsevärt minska kostnaderna för federala myndigheter för rymdfarkoster. Preliminära uppskattningar visar att för ett framgångsrikt genomförande av alla befintliga och lovande rymdprogram, inklusive leverans av obemannade stationer till månen och Mars, är det tillräckligt att ha en flotta med endast 7-9 raketblock för återinträde.
MRCS har en filosofi om flexibilitet i förhållande till konjunkturen i rymdprogrammet. Efter att ha skapat ett MRN med en bärighet på 25 till 35 ton kommer Roskosmos att få ett system som effektivt kommer att lösa dagens problem och den närmaste framtiden. Om det finns behov av att sätta ut tyngre fordon för flygningar till månen eller Mars kommer kunden att ha ett MRN med en bärighet på upp till 70 ton, vars skapande inte kräver betydande kostnader.
Det enda programmet som MRKS inte är lämpligt för är bemannade flygningar till Mars. Men dessa flygningar är inte tekniskt genomförbara inom överskådlig framtid.
Idag finns det en grundläggande viktig fråga om utsikterna för utveckling av skjutbilar. Vad ska man skapa: en engångssupertung raket, som bara kommer att användas i Lunar- och Mars-programmen, och om de avslutas kommer kostnaderna att skrivas av igen; eller för att skapa en MRCS, som inte bara tillåter implementering av de nuvarande lanseringsprogrammen till ett och en halv gånger mindre pris än idag, utan kan också användas med minimala ändringar i Lunar -programmet och Mars -prospekteringsprogrammet?
