Raketni in vesoljski sistem za večkratno uporabo na mestu izstrelitve. Grafika Visokotemperaturnega raziskovalnega inštituta
Osnova sodobne ruske kozmonavtike sta raketi Sojuz in Proton, ki sta nastali sredi prejšnjega stoletja. Skoraj vse, kar v vesolje izstrelijo ruski kozmodromi, ti zanesljivi, a dokaj zastareli stroji spravijo v orbito. Da bi obnovili raketno floto in zagotovili brezpogojni dostop Rusije do vseh segmentov vesoljske dejavnosti, najnovejši raketni kompleks Angara prehaja v fazo letalskih preskusov. To je morda edini vesoljski raketni kompleks na svetu, ki ima široko paleto zmogljivosti za pošiljanje vesoljskih plovil, težkih od 4 do 26 ton, v vesolje.
Super težka načela
Potrebe po vesoljskih vozilih bodo v bližnji prihodnosti zadovoljile rakete Soyuz in Angara, vendar njihova nosilnost ne zadošča za reševanje težav pri raziskovanju Lune, Marsa in drugih planetov sončnega sistema. Poleg tega otežujejo ekološke razmere v Amurski regiji, ker bodo njihove porabljene faze padle bodisi v amursko tajgo bodisi v vodno območje Ohotskega morja. Jasno je, da je to stanje prisilno, je plačilo za zagotavljanje vesoljske suverenosti Rusije. Kakšno bo to plačilo, če se sprejme odločitev o ustvarjanju super težkih raket za lete na Luno s posadko?
V naši zgodovini je že bilo takšnih izstrelkov: Energia in N-1. Osnovna načela super težke rakete so bila določena in uveljavljena pred več kot 50 leti, zato je za njeno izdelavo potreben le denar. In če se tretjič ustvari super težka raketa, se bo v Amurski regiji letno nabralo dodatnih 320 ton odpadne kovine z ostanki goriva.
Želja po raketah, ki so okolju prijazne in stroškovno učinkovite, je privedla do ideje o vrnitvi prvih stopenj raket na mesto izstrelitve in njihovi ponovni uporabi. Po določenem času se morajo stopnice spustiti v ozračje in ko se letalo vrne na izstrelitveno mesto. Po tem načelu bo deloval raketni in vesoljski sistem za večkratno uporabo (MRKS).
MRKS, kakršen je
Raketno -vesoljski sistem za večkratno uporabo je bil predstavljen strokovnjakom in javnosti na moskovskem vesoljskem sejmu leta 2011. Sistem sestavljajo štiri nosilne rakete za večkratno uporabo (MRN) z raketnimi sklopi za večkratno uporabo (VRB). Celotno paleto MRN z nosilnostjo od 25 do 70 ton je mogoče dopolniti z različnimi kombinacijami dveh glavnih modulov: prvi modul je raketna enota za večkratno uporabo (prva stopnja), drugi modul je druga raketna stopnja za enkratno uporabo.
V konfiguraciji z nosilnostjo do 25 ton (en VRB in en modul 2. stopnje) lahko raketa za večkratno uporabo izstreli vsa sodobna in obetavna vesoljska plovila s posadko in brez posadke. V dimenziji 35 ton (dva VRB in en modul 2. stopnje) MRN omogoča izstrelitev dveh telekomunikacijskih satelitov v orbito na izstrelitev, dostavo modulov obetavnih orbitalnih postaj v vesolje in izstrelitev težkih avtomatskih postaj, ki bodo uporabljene na prva faza raziskovanja lune in raziskovanja Marsa.
Pomembna prednost MRN je sposobnost izvajanja seznanjenih izstrelitev. Za izstrelitev dveh sodobnih telekomunikacijskih satelitov z raketo Angara je treba kupiti deset raketnih motorjev v vrednosti 240 milijonov rubljev. vsak. Pri izstrelitvi dveh istih satelitov z uporabo MRN bo porabljen le en motor, katerega stroški so ocenjeni na 400 milijonov rubljev. Prihranek stroškov samo za motorje je 600%!
Prve študije obnovljive raketne enote so bile izvedene v začetku stoletja in predstavljene na letalski vesoljski razstavi Le Bourget v obliki makete stopnje vstopa v Baikal.
Kasneje, v fazi idejnega projektiranja, je bilo opravljeno delo pri izbiri sestavnih delov goriva, reševanju problemov toplotnega ogrevanja, samodejnega pristanka in številnih drugih težav. Podrobno je bilo analiziranih na desetine variant VRB, izvedena je bila temeljita tehnična in ekonomska analiza, ki je upoštevala različne scenarije razvoja domače kozmonavtike. Posledično je bila določena varianta MRKS, ki najbolj v celoti zadovoljuje celoten sklop sodobnih in obetavnih nalog.
Pristanek nosilne rakete za večkratno uporabo z raketnimi enotami za večkratno uporabo. Grafika Visokotemperaturnega raziskovalnega inštituta
Na modrem plinu
Predlagano je bilo rešiti problem motorja za večkratno uporabo z uporabo utekočinjenega zemeljskega plina (LNG) kot goriva. Zemeljski plin je poceni, okolju prijazno gorivo, ki je najbolj primerno za uporabo v motorjih za večkratno uporabo. To je potrdil oblikovalski urad Khimmash po imenu A. M. Isaev septembra 2011, ko je bil testiran prvi na svetu raketni motor na zemeljski plin s tekočim pogonom. Motor je deloval več kot 3000 sekund, kar ustreza 20 zagonom. Po razstavljanju in pregledu stanja enot so bile potrjene vse nove tehnične zamisli.
Predlagano je bilo reševanje problema segrevanja konstrukcije z izbiro optimalnih poti, pri katerih toplotni tokovi izključujejo intenzivno segrevanje konstrukcije. To odpravlja potrebo po dragi toplotni zaščiti.
Predlagano je bilo rešiti problem samodejnega pristanka dveh VRB in njihovo integracijo v ruski zračni prostor z vključitvijo navigacijskega sistema GLONASS in avtomatsko odvisnega nadzornega sistema, ki se v raketni tehniki ni uporabljal, v krmilno zanko.
Ob upoštevanju tehnične kompleksnosti in novosti opreme, ki nastaja, na podlagi domačih in tujih izkušenj je utemeljena potreba po oblikovanju demonstratorja letenja, ki je zmanjšana kopija VRB. Demonstrator je mogoče izdelati in opremiti z vsemi standardnimi vgrajenimi sistemi brez posebne priprave za proizvodnjo. Takšno letalo bo v realnih pogojih letenja omogočilo preizkušanje vseh ključnih tehničnih rešitev, vključenih v izdelek v polni velikosti, kar bo zmanjšalo tehnična in finančna tveganja pri ustvarjanju standardnega izdelka.
Stroške demonstratorja je mogoče upravičiti zaradi njegove edinstvene sposobnosti izstreljevanja predmetov, ki tehtajo več kot 10 ton, na nadmorsko višino 80 km po balistični poti, jih pospeši do hitrosti, ki presega hitrost zvoka za 7 -krat, in se vrne v letališče za drugo izstrelitev. Izdelek za večkratno uporabo, ustvarjen na njegovi podlagi, je lahko zelo pomemben ne le za razvijalce hiperzvočnih letal.
Filozofija prilagodljivosti
Prva stopnja je največji in najdražji del rakete. Z zmanjšanjem proizvodnje teh stopenj zaradi njihove ponavljajoče se uporabe je mogoče znatno zmanjšati stroške zveznih agencij za izstrelitve vesoljskih plovil. Predhodne ocene kažejo, da za uspešno izvedbo vseh obstoječih in obetavnih vesoljskih programov, vključno z dostavo postaj brez posadke na Luno in Mars, zadostuje le flota 7–9 raketnih blokov za vstop.
MRCS ima filozofijo prožnosti v povezavi s konjunkturo vesoljskega programa. Ko bo Roskosmos ustvaril MRN z nosilnostjo od 25 do 35 ton, bo prejel sistem, ki bo učinkovito reševal težave današnjega in bližnjega prihodnosti. Če obstaja potreba po namestitvi težjih vozil za lete na Luno ali Mars, bo stranka imela MRN z nosilnostjo do 70 ton, za izdelavo katerega niso potrebni znatni stroški.
Edini program, za katerega MRKS ni primeren, je program letov s posadko na Mars. Toda ti leti v bližnji prihodnosti niso tehnično izvedljivi.
Danes obstaja temeljno pomembno vprašanje o možnostih razvoja lansirnih nosilcev. Kaj ustvariti: super težka raketa za enkratno uporabo, ki se bo uporabljala le v lunarnih in marsovskih programih, stroški pa se bodo, če bodo prekinjeni, ponovno odpisani; ali ustvariti MRCS, ki ne bo le omogočal izvajanja trenutnih izstrelitvenih programov po ceni, ki je enkrat in pol nižja od današnje, ampak se lahko uporablja tudi z minimalnimi spremembami v Lunarnem programu in programu raziskovanja Marsa?
