Danes mnogi poznamo ali smo vsaj slišali za družino lansirnih nosilcev za delno večkratno uporabo zasebnega podjetja SpaceX. Zahvaljujoč uspehu podjetja, pa tudi osebnosti ustanovitelja Elona Muska, ki tudi sam pogosto postane junak virov novic, rakete Falcon 9, SpaceX in vesoljski leti na splošno ne zapuščajo strani mednarodnega tiska. Hkrati je imela Rusija svoj razvoj in nič manj zanimive projekte raket za večkratno uporabo, o katerih je znanih veliko manj. Odgovor na vprašanje, zakaj se to dogaja, je očiten. Rakete Ilone Mask redno letijo v vesolje, ruske rakete za večkratno in delno uporabo so zaenkrat le projekti, risbe in lepe slike v predstavitvah.
Vesoljski izstrelki danes
Dandanes lahko varno rečemo, da je Roskosmos nekoč spregledal temo raket za večkratno uporabo, saj je imel v rokah razvoj in projekte, ki so bili za nekaj let pred drugimi državami. Vsi projekti ruskih raket za večkratno uporabo niso bili nikoli dokončani, niso bili izvedeni v kovini. Na primer, enostopenjska lansirna naprava Korona za večkratno uporabo, razvita od leta 1992 do 2012, ni bila nikoli logično zaključena. Rezultat tega napačnega izračuna že vidimo v razvoju. Rusija je s prihodom ameriške rakete Falcon 9 in njenih različic resno izgubila svoje položaje na trgu komercialnih vesoljskih raket, prav tako pa je resno slabša glede na število izstrelitev vesolja na leto. Konec leta 2018 je Roscosmos poročal o 20 izstrelitvah v vesolje (eno neuspešno), medtem ko je aprila 2018 v intervjuju za TASS vodja Roscosmosa Igor Komarov dejal, da naj bi do leta 2006 izvedli 30 vesoljskih izstrelitev. konec leta. Vodilna ob koncu lanskega leta je bila Kitajska, ki je izvedla 39 vesoljskih izstrelitev (eno neuspešno), na drugem mestu so bile ZDA z 31 vesoljskimi izstrelitvami (brez neuspešnih).
Ko govorimo o sodobnih vesoljskih poletih, je treba razumeti, da je v skupnih stroških izstrelitve sodobne rakete (LV) glavna postavka stroškov raketa sama. Njegovo telo, rezervoarji za gorivo, motorji - vse to odleti za vedno, gori v gostih plasteh ozračja, jasno je, da takšni nepopravljivi stroški spremenijo vsako izstrelitev rakete v zelo drag užitek. Ne vzdrževanje vesoljskih pristanišč, ne gorivo, ne montažna dela pred izstrelitvijo, ampak cena same rakete je glavna postavka stroškov. Zelo kompleksen tehnološki produkt inženirske misli se uporablja nekaj minut, nato pa se popolnoma uniči. Seveda to velja za rakete za enkratno uporabo. Zamisel o uporabi obnovljivih izstrelitvenih nosilcev se tu kaže kot resnična priložnost za zmanjšanje stroškov vsakega izstrelitve v vesolje. V tem primeru se tudi pri vračilu le prve stopnje znižajo stroški vsakega izstrelitve.
Pristanek povratne prve stopnje rakete Falcon 9
Podobno shemo je izvedel ameriški milijarder Elon Musk, s čimer je bila obnovljiva prva stopnja težke rakete Falcon 9. Medtem ko je prva stopnja teh raket delno obnovljiva, se nekateri poskusi pristanka končajo neuspešno, a število neuspešni iztovarjanje se je v letih 2017 in 2018 zmanjšalo na skoraj nič. Na primer, lani je bil le en neuspeh na vsakih 10 uspešnih pristankov prve stopnje. Hkrati je SpaceX tudi novo leto odprl z uspešnim pristankom prve stopnje. 11. januarja 2019 je prva stopnja rakete Falcon 9 uspešno pristala na plavajoči platformi, poleg tega pa je bila ponovno uporabljena, prej pa je septembra 2018 v orbito izstrelila komunikacijski satelit Telestar 18V. Dandanes so takšne prve stopnje, ki jih je mogoče vrniti, že končana. Ko pa so predstavniki ameriškega zasebnega vesoljskega podjetja govorili le o svojem projektu, so številni strokovnjaki dvomili v možnost njegove uspešne izvedbe.
V današnjih realnostih je mogoče prvo stopnjo rakete Falcon 9 težkega razreda pri nekaterih izstrelitvah uporabiti v različici za ponovni vstop. Ko se druga stopnja rakete dvigne na zadostno višino, se od nje loči na nadmorski višini približno 70 kilometrov, do odklepanja pride približno 2,5 minute po izstrelitvi nosilne rakete (čas je odvisen od posebnih nalog izstrelitve). Po ločitvi od LV prva stopnja z nameščenim sistemom za nadzor položaja izvede majhen manever, pri čemer se izogne plamenu delujočih motorjev druge stopnje, in motorje obrne naprej v pripravi na tri glavne zavorne manevre. Prva stopnja pri pristanku za zaviranje uporablja lastne motorje. Omeniti velja, da vrnjena stopnja nalaga lastne omejitve pri zagonu. Na primer, največja nosilnost rakete Falcon 9 se zmanjša za 30-40 odstotkov. To je posledica potrebe po rezervaciji goriva za zaviranje in kasnejše pristajanje, pa tudi zaradi dodatne teže nameščene opreme za pristajanje (rešetkasta krmila, nosilci za pristajanje, elementi nadzornega sistema itd.).
Uspehi Američanov in velike serije uspešnih izstrelitev v svetu niso ostale neopažene, kar je sprožilo vrsto izjav o začetku projektov z uporabo delne ponovne uporabe raket, vključno z vrnitvijo stranskih ojačevalnikov in prvo stopnjo nazaj na Zemljo. O tem so govorili tudi predstavniki Roscosmosa. Družba je začela govoriti o nadaljevanju dela pri ustvarjanju raket za večkratno uporabo v Rusiji v začetku leta 2017.
Izstrelitveno vozilo "Korona" - splošen pogled
Raketa Korona za večkratno uporabo in prejšnji projekti
Omeniti velja, da so zamisel o raketah za večkratno uporabo proučevali že v Sovjetski zvezi. Po razpadu države ta tema ni izginila; delo v tej smeri se je nadaljevalo. Začeli so veliko prej, kot je o tem govoril Elon Musk. Na primer, bloke prve stopnje super težke sovjetske rakete Energia je bilo treba vrniti, kar je bilo potrebno iz ekonomskih razlogov in za izvajanje virov motorjev RD-170, namenjenih vsaj 10 letom.
Manj znan je projekt raketne rakete Rossiyanka, ki so ga razvili strokovnjaki državnega raketnega centra akademika V. P. Makejeva. To podjetje je znano predvsem po vojaškem razvoju. Na primer, tukaj je bila ustvarjena večina domačih balističnih raket, namenjenih oboroževanju podmornic, vključno z balističnimi raketami R-29RMU Sineva, ki so trenutno v uporabi z rusko podmorniško floto.
Po projektu je bila Rossiyanka dvostopenjska lansirna naprava, katere prvo stopnjo je bilo mogoče ponovno uporabiti. V bistvu ista ideja kot inženirji SpaceX, vendar nekaj let prej. Raketa naj bi v nizko referenčno orbito izstrelila 21,5 tone tovora - kazalniki blizu rakete Falcon 9. Vrnitev prve stopnje naj bi potekala po balistični poti zaradi ponovne vključitve standardnih motorjev. Po potrebi se lahko nosilnost rakete poveča na 35 ton. 12. decembra je SRC Makeyev predstavil svojo novo raketo na tekmovanju Roscosmos za razvoj lansirnih raket za večkratno uporabo, vendar je naročilo za izdelavo takšnih naprav prejelo tekmovalce Državnega raziskovalno-proizvodnega vesoljskega centra Khrunichev z Bajkalsko-Angaro projekt. Najverjetneje bi bili strokovnjaki makerjevskega RKS sposobni izvesti svoj projekt, vendar brez zadostne pozornosti in financiranja to ni bilo mogoče.
Projekt Baikal-Angara je bil še bolj ambiciozen; to je bila letalska različica prve stopnje vrnitve na Zemljo. Načrtovano je bilo, da se bo po doseženi nastavljeni višini kupeja na prvi stopnji odprlo posebno krilo, nato pa bo letelo po letalu s pristankom na običajnem letališču s podaljšanim podvozjem. Vendar pa tak sistem sam po sebi ni le zelo kompleksen, ampak tudi drag. Njene nesporne zasluge so vključevale dejstvo, da se je lahko vrnila z večje razdalje. Na žalost projekt ni bil nikoli realiziran, še vedno se ga včasih spominja, a nič več.
Zdaj svet razmišlja o nosilnih raketah za večkratno uporabo. Elon Musk je napovedal projekt Big Falcon Rocket. Takšna raketa bi morala dobiti dvostopenjsko arhitekturo, ki ni značilna za sodobno kozmonavtiko; njena druga stopnja je enotna celota z vesoljskim plovilom, ki je lahko tovorno ali potniško. Načrtuje se, da se bo prva stopnja Superheavyja vrnila nazaj na Zemljo, pri čemer bo navpično pristala na kozmodromu z uporabo njegovih motorjev, to tehnologijo so inženirji SpaceX že odlično razvili. Druga stopnja rakete bo skupaj z vesoljskim plovilom (v resnici gre za vesoljsko plovilo za različne namene), ki so ga poimenovali Starship, vstopila v Zemljino orbito. V drugi fazi bo po opravljeni vesoljski misiji in pristajanju na priobalni platformi ostalo dovolj goriva, da se upočasni v gostih plasteh ozračja.
Omeniti velja, da SpaceX tudi v takšni zamisli nima dlani. V Rusiji se projekt lansirnega vozila za večkratno uporabo razvija že od devetdesetih let prejšnjega stoletja. In spet so delali na projektu v Državnem raketnem centru po imenu akademika V. P. Makeeva. Projekt ruske rakete za večkratno uporabo ima lepo ime "Korona". Roscosmos se je leta 2017 spomnil tega projekta, nato pa so sledili različni komentarji o nadaljevanju tega projekta. Na primer, januarja 2018 je Rossiyskaya Gazeta objavila novico, da je Rusija nadaljevala z delom na vesoljski raketi za večkratno uporabo. Šlo je za raketonosno vozilo Korona.
Za razliko od ameriške rakete Falcon-9 ruska Korona nima snemljivih stopenj; v resnici gre za eno samo mehko vzletno-pristajalno vesoljsko plovilo. Po besedah Vladimirja Degtyarja, generalnega oblikovalca makerjevskega raziskovalnega centra, naj bi ta projekt odprl pot za izvedbo medplanetarnih letov na daljavo s posadko. Predvideno je, da bodo glavni konstrukcijski material nove ruske rakete ogljikova vlakna. Hkrati je "Korona" zasnovana za izstrelitev vesoljskih plovil na nizke zemeljske orbite z nadmorsko višino od 200 do 500 kilometrov. Masa nosilne rakete je približno 300 ton. Masa izhodnega tovora je od 7 do 12 ton. Vzlet in pristanek "Korone" bi moral potekati z uporabo poenostavljenih izstrelitvenih zmogljivosti, poleg tega pa se razvija možnost izstrelitve rakete za večkratno uporabo z obalnih platform. Nova lansirna naprava bo lahko uporabljala isto platformo za vzlet in pristanek. Čas priprave rakete za naslednji izstrelitev je le približno en dan.
Treba je opozoriti, da se materiali iz ogljikovih vlaken, potrebni za izdelavo enostopenjskih in raket za večkratno uporabo, uporabljajo v vesoljski tehnologiji že od 90. let prejšnjega stoletja. Projekt Korona je od zgodnjih devetdesetih let napredoval in se je močno razvil, ni treba posebej poudarjati, da je sprva šlo za enkratno raketo. Hkrati je v procesu evolucije zasnova prihodnje rakete postala enostavnejša in popolnejša. Razvijalci rakete so postopoma opustili uporabo kril in zunanjih rezervoarjev za gorivo, saj so prišli do spoznanja, da bodo glavni material ohišja rakete za večkratno uporabo ogljikova vlakna.
V najnovejši različici rakete Korona za večkratno uporabo se njena masa približuje 280-290 ton. Tako velika enostopenjska lansirna naprava potrebuje visoko učinkovit raketni motor s tekočim pogonom, ki deluje na vodik in kisik. Za razliko od raketnih motorjev, ki so postavljeni na ločenih stopnjah, bi moral takšen raketni motor s tekočim pogonom učinkovito delovati v različnih pogojih in na različnih nadmorskih višinah, vključno z vzletom in letom izven zemeljske atmosfere. "Navaden raketni motor na tekoče gorivo s šobami Laval je učinkovit le na določenih višinskih območjih," pravijo oblikovalci Makeevke. Plinski curek v takšnih raketnih motorjih se prilagodi pritisku "čez krov"; poleg tega ohranijo svojo učinkovitost tako na površini Zemlje kot precej visoko v stratosferi.
RN "Korona" v orbitalnem letu z zaprtim prostorom tovora, upodabljanje
Vendar doslej v svetu preprosto ne obstaja delujoč motor te vrste, čeprav so se aktivno razvijali v ZSSR in ZDA. Strokovnjaki menijo, da bi morala biti lansirna naprava za večkratno uporabo Korona opremljena z modularno različico motorja, v kateri je šoba s klinastim zrakom edini element, ki trenutno nima prototipa in ni bil preizkušen v praksi. Hkrati ima Rusija svoje tehnologe pri proizvodnji sodobnih kompozitnih materialov in delov iz njih. Njihov razvoj in uporaba se zelo uspešno ukvarjata, na primer v JSC "Composite" in Vseslovenskem inštitutu za letalske materiale (VIAM).
Za varen let v zemeljski atmosferi bo konstrukcija ogljikovih vlaken Korone zaščitena s toplotno zaščitno ploščico, ki je bila prej razvita v VIAM-u za vesoljsko plovilo Buran in je od takrat šla skozi pomembno razvojno pot. "Glavna toplotna obremenitev Korone bo skoncentrirana na njenem premcu, kjer se uporabljajo visokotemperaturni toplotni zaščitni elementi," ugotavljajo oblikovalci. »Hkrati imajo sežgane stranice nosilne rakete večji premer in se nahajajo pod ostrim kotom glede na pretok zraka. Toplotna obremenitev teh elementov je manjša, to pa nam omogoča uporabo lažjih materialov. Tako se prihrani približno 1,5 tone teže. Masa visokotemperaturnega dela rakete ne presega 6 odstotkov celotne mase toplotne zaščite za Korono. Za primerjavo, vesoljski šatl je predstavljal več kot 20 odstotkov."
Elegantna, zožena oblika rakete za večkratno uporabo je rezultat številnih poskusov in napak. Po mnenju razvijalcev so med delom na projektu pregledali in ocenili na stotine različnih možnosti. "Odločili smo se, da bomo krila popolnoma opustili, tako kot pri vesoljskih ladjah ali na vesoljskem plovilu Buran," pravijo razvijalci. - Na splošno, ko so v zgornjih plasteh atmosfere, krila posegajo le v vesoljsko plovilo. Takšne vesoljske ladje v hipersonično hitrost vstopajo v ozračje nič bolje kot "železo" in šele z nadzvočno hitrostjo preidejo v vodoravni let, nakar se lahko v celoti opirajo na aerodinamiko kril."
Konična osno -simetrična oblika rakete omogoča ne le olajšanje toplotne zaščite, ampak tudi zagotavljanje dobrih aerodinamičnih lastnosti pri gibanju pri velikih hitrostih leta. Že v zgornjih plasteh ozračja "Korona" prejme dvižno silo, ki raketi omogoča ne le upočasnitev, temveč tudi manevriranje. To omogoča, da lansirno vozilo med letenjem na pristajalno mesto manevrira na visoki nadmorski višini; v prihodnosti mora le dokončati postopek zaviranja, popraviti smer, se z majhnimi manevrskimi motorji obrniti navzdol in pristati na tleh.
Težava pri projektu je, da se Korona še vedno razvija v razmerah nezadostnih sredstev ali njene popolne odsotnosti. Trenutno je SRS Makeyev dokončal le osnutek zasnove na to temo. Po podatkih, objavljenih med XLII akademskimi branji o kozmonavtiki leta 2018, so bile za projekt izdelave rakete Korona izvedene študije izvedljivosti in sestavljen učinkovit urnik razvoja raket. Preučeni so bili potrebni pogoji za izdelavo nove nosilne rakete ter analizirane možnosti in rezultati razvojnega procesa in prihodnjega delovanja nove rakete.
Po izbruhu novic o projektu Crown v letih 2017 in 2018 spet sledi tišina … Možnosti projekta in njegove izvedbe so še vedno nejasne. Medtem bo SpaceX poleti 2019 predstavil preizkusni vzorec svoje nove rakete Big Falcon (BFR) za večkratno uporabo. Od nastanka preskusnega vzorca do polnopravne rakete lahko traja veliko let, kar bo potrdilo njegovo zanesljivost in zmogljivost, za zdaj pa lahko trdimo: Elon Musk in njegovo podjetje izdelujeta stvari, ki jih je mogoče videti in se jih dotakniti z rokami. Hkrati bi moral Roskosmos po besedah premierja Dmitrija Medvedeva končati načrtovanje in klepetati, kam bomo leteli v prihodnosti. Morate manj govoriti in narediti več.
