Menijo, da se tehnologije vedno razvijajo postopoma, od preprostih do zapletenih, od kamnitega noža do jekla - in šele nato do programiranega rezkalnega stroja. Vendar se je izkazalo, da je usoda vesoljske rakete manj enostavna. Ustvarjanje preprostih, zanesljivih enostopenjskih izstrelkov je dolgo časa ostalo nedostopno za oblikovalce. Potrebne so bile rešitve, ki jih ne bi mogli ponuditi niti znanstveniki materialov niti inženirji motorjev. Doslej so nosilne rakete večstopenjske in za enkratno uporabo: neverjetno zapleten in drag sistem se uporablja nekaj minut, nato pa ga zavržejo
»Predstavljajte si, da bi pred vsakim letom sestavili novo letalo: trup priključili na krila, položili električne kable, namestili motorje in ga po pristanku poslali na odlagališče … Ne boste leteli daleč kot to, «so nam povedali razvijalci Državnega raketnega centra. Makejeva. »Ampak točno to počnemo vsakič, ko pošljemo tovor v orbito. Seveda bi si v idealnem primeru vsi želeli zanesljivega enostopenjskega "stroja", ki ne zahteva montaže, ampak prispe na kozmodrom, natoči gorivo in se zažene. In potem se vrne in začne znova - in spet "…
Na pol poti
Na splošno se je raketna tehnika poskušala rešiti v eni fazi od prvih projektov. V prvih skicah Tsiolkovskega se pojavljajo ravno take strukture. To idejo je opustil šele pozneje in spoznal, da tehnologije zgodnjega dvajsetega stoletja ne omogočajo uresničitve te preproste in elegantne rešitve. Zanimanje za enostopenjske prevoznike se je ponovno pojavilo v šestdesetih letih prejšnjega stoletja in takšni projekti so se razvijali na obeh straneh oceana. Do sedemdesetih let so ZDA delale na enostopenjskih raketah SASSTO, Phoenix in več rešitvah, ki temeljijo na S-IVB, tretji stopnji rakete Saturn V, ki je astronavte pripeljala na Luno.
"Takšna možnost se ne bi razlikovala po nosilnosti, motorji za to niso bili dovolj dobri - a vseeno bi bila to ena stopnja, ki bi lahko povsem letela v orbito," nadaljujejo inženirji. "Seveda bi bilo ekonomsko povsem neupravičeno." Kompoziti in tehnologije za delo z njimi so se pojavili šele v zadnjih desetletjih, kar omogoča, da je nosilec enostopenjski in poleg tega za večkratno uporabo. Stroški takšne "znanstveno intenzivne" rakete bodo višji od stroškov tradicionalne zasnove, vendar se bodo "razpršili" na številne izstrelitve, tako da bo izstrelitvena cena precej nižja od običajne ravni.
Ponovna uporaba medijev je danes glavni cilj razvijalcev. Sistema Space Shuttle in Energia-Buran je bilo mogoče delno ponovno uporabiti. Večkratno uporabo prve stopnje preizkušajo za rakete SpaceX Falcon 9. SpaceX je že opravil več uspešnih pristankov, konec marca pa bodo poskušali izstreliti eno od stopenj, ki so spet poletele v vesolje. "Po našem mnenju lahko ta pristop le diskreditira zamisel o ustvarjanju pravega medija za večkratno uporabo," ugotavlja oblikovalski urad Makeev. "Še vedno morate po vsakem letu razvrstiti takšno raketo, namestiti povezave in nove komponente za enkratno uporabo … in spet smo tam, kjer smo začeli."
Mediji v celoti za večkratno uporabo so še vedno le v obliki projektov - z izjemo New Shepard ameriškega podjetja Blue Origin. Doslej je bila raketa s kapsulo s posadko zasnovana samo za suborbitalne polete vesoljskih turistov, vendar je večina rešitev, ki jih najdemo v tem primeru, enostavno prilagoditi resnejšemu orbitalnemu nosilcu. Predstavniki podjetja ne skrivajo svojih načrtov za ustvarjanje takšne možnosti, za katero se že razvijajo zmogljivi motorji BE-3 in BE-4. "Z vsakim suborbitalnim letom se približujemo orbiti," je zagotovil Blue Origin. Toda njihov obetavni prevoznik New Glenn prav tako ne bo v celoti uporaben: le prvi blok, ki je nastal na podlagi že preizkušene zasnove New Shepard, je treba ponovno uporabiti.
Odpornost materiala
Materiali CFRP, potrebni za rakete za večkratno uporabo in enostopenjske rakete, se od leta 1990 uporabljajo v vesoljski tehnologiji. V istih letih so inženirji podjetja McDonnell Douglas hitro začeli izvajati projekt Delta Clipper (DC-X), danes pa bi se lahko pohvalili z že pripravljenim in letečim nosilcem iz ogljikovih vlaken. Na žalost je bil pod pritiskom Lockheed Martina delo na DC-X prekinjeno, tehnologije so bile prenesene v NASA, kjer so jih poskušali uporabiti za neuspešen projekt VentureStar, nakar so številni inženirji, vključeni v to temo, odšli na delo v Blue Origin, samo podjetje pa je prevzel Boeing.
V istih devetdesetih letih se je za to nalogo začel zanimati ruski SRC Makeev. Od takrat je projekt KORONA ("Vesoljska raketa, enostopenjski nosilec [vesoljskih] vozil") doživel opazen razvoj, vmesne različice pa kažejo, kako sta zasnova in postavitev postajala vse bolj preprosta in popolna. Razvijalci so postopoma opustili kompleksne elemente - kot so krila ali zunanji rezervoarji za gorivo - in prišli do spoznanja, da bi moral biti glavni material karoserije ogljikova vlakna. Skupaj z videzom sta se spremenila tudi teža in nosilnost. "Tudi z uporabo najboljših sodobnih materialov ni mogoče zgraditi enostopenjske rakete, ki tehta manj kot 60-70 ton, medtem ko bo njena nosilnost zelo majhna," pravi eden od razvijalcev. - Ko pa izhodiščna masa narašča, ima struktura (do določene meje) vedno manjši delež in njena uporaba postaja vse bolj donosna. Za orbitalno raketo je ta optimum približno 160-170 ton, od tega obsega je njegova uporaba že upravičena."
V zadnji različici projekta KORONA je izstrelitvena masa še večja in se približuje 300 ton. Tako velika enostopenjska raketa zahteva uporabo visoko učinkovitega reaktivnega reaktivnega motorja na tekoče gorivo, ki deluje na vodik in kisik. Za razliko od motorjev na ločenih stopnjah mora biti takšen raketni motor na tekoče gorivo sposoben delovati v zelo različnih pogojih in na različnih nadmorskih višinah, vključno z vzletom in letom izven ozračja. "Običajni motor na tekoče gorivo s šobami Laval je učinkovit le na določenih višinskih območjih," pojasnjujejo oblikovalci Makeevke, "zato smo prišli do potrebe po uporabi raketnega motorja na klin." Plinski curek v takšnih motorjih se prilagodi pritisku "čez krov" in ohranjajo učinkovitost tako na površini kot visoko v stratosferi.
Zaenkrat na svetu še ni delovnega motorja te vrste, čeprav so se z njimi ukvarjali in jih obravnavajo tako pri nas kot v ZDA. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so inženirji Rocketdyne takšne motorje preizkusili na stojalu, vendar niso prišli do namestitve na rakete. CROWN bi moral biti opremljen z modularno različico, v kateri je šoba za klin zrak edini element, ki še nima prototipa in ni bil preizkušen. V Rusiji obstajajo tudi vse tehnologije za proizvodnjo sestavljenih delov - razvite so in se uspešno uporabljajo, na primer na Vseslovenskem inštitutu za letalske materiale (VIAM) in v OJSC "Kompozit".
Navpično prileganje
Ko letijo v ozračju, bo struktura CORONA, ojačana z ogljikovimi vlakni, pokrita s toplotno zaščitnimi ploščicami, ki jih je VIAM razvil za Burane in se od takrat opazno izboljšale."Glavna toplotna obremenitev naše rakete je skoncentrirana na njenem" nosu ", kjer se uporabljajo visokotemperaturni toplotni zaščitni elementi," pojasnjujejo oblikovalci. - V tem primeru imajo rakete, ki se širijo, večji premer in so pod ostrim kotom glede na pretok zraka. Toplotna obremenitev na njih je manjša, kar omogoča uporabo lažjih materialov. Posledično smo prihranili več kot 1,5 tone. Masa visokotemperaturnega dela ne presega 6% celotne mase toplotne zaščite. Za primerjavo, predstavlja več kot 20% prevozov."
Elegantna stožčasta oblika medija je rezultat neštetih poskusov in napak. Po mnenju razvijalcev, če vzamete le ključne značilnosti možnega enostopenjskega nosilca za večkratno uporabo, boste morali upoštevati približno 16.000 njihovih kombinacij. Na stotine so jih oblikovalci cenili med delom na projektu. "Odločili smo se, da opustimo krila, kot na Buranu ali vesoljski ladji," pravijo. - Na splošno v zgornji atmosferi motijo le vesoljska plovila. Takšne ladje vstopajo v ozračje s hiperzvočno hitrostjo, ki ni boljša od "železa", in šele z nadzvočno hitrostjo preidejo v vodoravni let in se lahko ustrezno opirajo na aerodinamiko kril."
Osno -simetrična oblika stožca ne omogoča le lažje toplotne zaščite, ampak ima tudi dobro aerodinamiko pri vožnji pri zelo velikih hitrostih. Raketa že v zgornjih plasteh ozračja dobi dvig, kar ji omogoča ne le zaviranje, ampak tudi manevriranje. To pa omogoča izvajanje potrebnih manevrov na visoki nadmorski višini v smeri pristajalnega mesta, v prihodnjem letu pa ostane le še dokončanje zaviranja, popravljanje smeri in zavijanje navzdol z uporabo šibkih manevrskih motorjev.
Spomnite se Falcon 9 in New Shepard: danes pri navpičnem pristanku ni nič nemogoče ali celo nenavadno. Hkrati pa omogoča gradnjo in obratovanje vzletno -pristajalne steze z bistveno manjšimi silami - vzletno -pristajalna steza, na kateri sta pristala ista Shuttles in Buran, je morala imeti dolžino več kilometrov, da je lahko zavirala vozilo pri hitrost več sto kilometrov na uro. "KRUNA načeloma lahko celo vzleti z obalne ploščadi in pristane na njej," dodaja eden od avtorjev projekta, "končna natančnost pristanka bo približno 10 m, raketa se spusti na izvlečne pnevmatske amortizerje. " Ostane le še opraviti diagnostiko, natočiti gorivo, postaviti nov tovor - in spet lahko letite.
KORONA se še vedno izvaja zaradi pomanjkanja sredstev, zato so razvijalci oblikovalskega biroja Makeev uspeli priti le do zadnjih faz osnutka. »To stopnjo smo prestali skoraj popolnoma in popolnoma samostojno, brez zunanje podpore. Naredili smo že vse, kar je bilo mogoče, - pravijo oblikovalci. - Vemo, kaj, kje in kdaj je treba proizvesti. Zdaj moramo preiti na praktično načrtovanje, proizvodnjo in razvoj ključnih enot, za to pa je potreben denar, zato je zdaj vse odvisno od njih."
Zakasnjen začetek
Raketa CFRP pričakuje le obsežno izstrelitev; po prejemu potrebne podpore so oblikovalci pripravljeni začeti letalske preizkušnje v šestih letih, v sedmih do osmih letih pa začeti poskusno delovanje prvih izstrelkov. Ocenjujejo, da to zahteva manj kot 2 milijardi dolarjev - po raketnih standardih ni veliko. Hkrati se lahko pričakuje donosnost naložb po sedmih letih uporabe rakete, če število komercialnih izstrelkov ostane na sedanji ravni ali celo v 1,5 letih - če raste po predvidenih stopnjah.
Poleg tega prisotnost manevrirajočih motorjev, shodov in pristajalnih naprav na raketi omogoča tudi računanje na zapletene sheme izstrelitve z več izstrelitvami. Ko porabite gorivo ne za pristanek, ampak za dokončanje tovora, ga lahko pripeljete do mase več kot 11 ton. Nato se bo krona pristala z drugim, "tankerjem", ki bo svoje rezervoarje napolnil z dodatnim gorivom, potrebnim za vrnitev. A vseeno je veliko pomembnejša ponovna uporaba, ki nas bo prvič razbremenila potrebe po zbiranju medijev pred vsakim zagonom - in jih izgubili po vsakem zagonu. Le tak pristop lahko zagotovi vzpostavitev stabilnega dvosmernega prometnega toka med Zemljo in orbito ter hkrati začetek resničnega, aktivnega in obsežnega izkoriščanja vesolja blizu Zemlje.
V vmesnem času krona ostaja v zastoju, delo na New Shepardu se nadaljuje. Podoben japonski projekt RVT se tudi razvija. Ruski razvijalci morda preprosto nimajo dovolj podpore za preboj. Če imate na voljo nekaj milijard, je to veliko boljša naložba kot celo največja in najrazkošnejša jahta na svetu.
