Det menes, at teknologier altid udvikler sig gradvist, fra enkle til komplekse, fra stenkniv til stål - og først derefter til en programmeret fræsemaskine. Imidlertid viste rumraketernes skæbne sig at være mindre ligetil. Oprettelsen af enkle, pålidelige single-stage missiler i lang tid forblev utilgængelig for designere. Der var behov for løsninger, som hverken materialeforskere eller ingeniører kunne tilbyde. Indtil nu er lanceringskøretøjer fortsat multistage og engangs: et utroligt komplekst og dyrt system bruges i et par minutter, hvorefter det smides væk
”Forestil dig, at du før hver flyvning ville samle et nyt fly: du ville forbinde skroget med vingerne, lægge elektriske kabler, installere motorerne, og efter landing ville du sende det til en losseplads … Du flyver ikke langt som det,”fortalte udviklerne af State Missile Center os. Makeeva.”Men det er præcis det, vi gør, hver gang vi sender last i kredsløb. Selvfølgelig ville alle ideelt set gerne have en pålidelig et-trins "maskine", der ikke kræver montering, men ankommer til kosmodromet, tanket og lanceret. Og så kommer det tilbage og starter igen - og igen "…
På halvvejen
I det store og hele forsøgte rocketry at klare sig med en etape fra de tidligste projekter. I de indledende skitser af Tsiolkovsky vises netop sådanne strukturer. Han opgav denne idé først senere og indså, at teknologierne i begyndelsen af det tyvende århundrede ikke tillod at realisere denne enkle og elegante løsning. Interessen for enkeltfasede transportører opstod igen i 1960'erne, og sådanne projekter blev udarbejdet på begge sider af havet. I 1970'erne arbejdede USA på enkelttrinsraketter SASSTO, Phoenix og flere løsninger baseret på S-IVB, den tredje fase af Saturn V-affyringsvognen, som leverede astronauter til månen.
"En sådan mulighed ville ikke variere i bæreevne, motorerne var ikke gode nok til dette - men alligevel ville det være et trin, der var i stand til at flyve i kredsløb," fortsætter ingeniørerne. "Selvfølgelig ville det økonomisk være fuldstændig uberettiget." Kompositter og teknologier til at arbejde med dem har kun vist sig i de seneste årtier, hvilket gør det muligt at gøre transportøren et-trins og i øvrigt genanvendelig. Omkostningerne ved sådan en "videnskabskrævende" raket vil være højere end ved et traditionelt design, men det vil blive "spredt" over mange opsendelser, så lanceringsprisen bliver meget lavere end det sædvanlige niveau.
Det er mediernes genanvendelse, der er udviklernes hovedmål i dag. Rumfærgen og Energia-Buran-systemerne var delvist genanvendelige. Den gentagne brug af den første etape bliver testet for SpaceX Falcon 9. raketter. SpaceX har allerede foretaget flere vellykkede landinger, og i slutningen af marts vil de forsøge at starte en af de etaper, der fløj ud i rummet igen. "Efter vores mening kan denne tilgang kun miskreditere tanken om at skabe et reelt genanvendeligt medie," bemærker Makeev Design Bureau. "Du skal stadig sortere sådan en raket efter hver flyvning, installere forbindelser og nye engangskomponenter … og vi er tilbage til det sted, hvor vi startede."
Fuldt genanvendelige medier er stadig kun i form af projekter - med undtagelse af New Shepard fra det amerikanske firma Blue Origin. Indtil videre er raketten med en bemandet kapsel kun designet til suborbitalflyvninger af rumturister, men de fleste af de løsninger, der findes i dette tilfælde, kan let skaleres for en mere seriøs orbitalbærer. Repræsentanter for virksomheden skjuler ikke deres planer om at skabe en sådan mulighed, for hvilken kraftfulde motorer BE-3 og BE-4 allerede er under udvikling. "For hver suborbital flyvning nærmer vi os kredsløb," forsikrede Blue Origin. Men deres lovende transportør New Glenn vil heller ikke være fuldt genanvendelig: Kun den første blok, der er skabt på grundlag af det allerede testede New Shepard -design, skal genbruges.
Materialemodstand
De CFRP-materialer, der kræves til fuldt genanvendelige og enkelt-trin raketter, har været brugt i rumfartsteknologi siden 1990'erne. I de samme år begyndte ingeniører på McDonnell Douglas hurtigt at implementere Delta Clipper (DC-X) -projektet, og i dag kunne de godt prale af en færdiglavet og flyvende kulfiberbærer. Desværre, under pres fra Lockheed Martin, blev arbejdet med DC-X afbrudt, teknologierne blev overført til NASA, hvor de forsøgte at bruge dem til det mislykkede VentureStar-projekt, hvorefter mange ingeniører, der var involveret i dette emne, gik på arbejde hos Blue Origin, og virksomheden selv blev overtaget af Boeing.
I samme 1990'er blev den russiske SRC Makeev interesseret i denne opgave. Siden da har KORONA-projektet ("Rumraket, etrinsbærer af [rum] køretøjer") gennemgået en mærkbar udvikling, og mellemversioner viser, hvordan design og layout blev mere og mere enkelt og perfekt. Efterhånden opgav udviklerne komplekse elementer - såsom vinger eller eksterne brændstoftanke - og kom til den forståelse, at hovedkropsmaterialet skulle være kulfiber. Sammen med udseendet ændrede både vægten og bæreevnen sig. "Ved hjælp af selv de bedste moderne materialer er det umuligt at bygge en etrins-raket, der vejer mindre end 60-70 tons, mens dens nyttelast vil være meget lille," siger en af udviklerne. - Men efterhånden som startmassen vokser, har strukturen (op til en vis grænse) en stadig mindre andel, og det bliver mere og mere rentabelt at bruge den. For en orbital raket er dette optimalt omkring 160-170 tons, fra denne skala kan dets anvendelse allerede være berettiget."
I den seneste version af KORONA-projektet er opsendelsesmassen endnu højere og nærmer sig 300 tons. Sådan en stor etrins-raket kræver brug af en meget effektiv flydende jetmotor, der kører på brint og ilt. I modsætning til motorer i separate trin skal en sådan flydende drivmotor være i stand til at fungere under meget forskellige forhold og i forskellige højder, herunder start og flyvning uden for atmosfæren. "En konventionel flydende drivmotor med Laval-dyser er kun effektiv i visse højdeområder," forklarer Makeevka-designerne, "derfor kom vi til behovet for at bruge en kileluftraketmotor." Gasstrålen i sådanne motorer tilpasser sig trykket "over bord", og de opretholder effektivitet både på overfladen og højt i stratosfæren.
Indtil videre er der ingen fungerende motor af denne type i verden, selvom de har været og bliver behandlet både i vores land og i USA. I 1960'erne testede Rocketdyne -ingeniører sådanne motorer på et stativ, men de kom ikke til installation på missiler. CROWN skal være udstyret med en modulær version, hvor kileluftdysen er det eneste element, der endnu ikke har en prototype og ikke er blevet testet. Der er også alle teknologier til fremstilling af sammensatte dele i Rusland - de er blevet udviklet og bruges med succes, for eksempel på All -Russian Institute of Aviation Materials (VIAM) og hos OJSC "Kompozit".
Lodret pasform
Når du flyver i atmosfæren, vil CORONA's kulfiberforstærkede plaststruktur være dækket af varmebeskyttende fliser udviklet af VIAM til buranerne og siden blevet markant forbedret."Den største varmebelastning på vores raket er koncentreret om dens" næse ", hvor termiske beskyttelseselementer ved høj temperatur bruges, forklarer designerne. - I dette tilfælde har rakettens ekspanderende sider en større diameter og er i en spids vinkel i forhold til luftstrømmen. Den termiske belastning på dem er mindre, hvilket tillader brug af lettere materialer. Som et resultat har vi sparet mere end 1,5 tons. Højtemperatur-delens masse overstiger ikke 6% af den samlede masse af den termiske beskyttelse. Til sammenligning tegner det sig for mere end 20% af Shuttles."
Det slanke koniske design af medierne er resultatet af utallige forsøg og fejl. Ifølge udviklerne skal du overveje omkring 16.000 kombinationer af dem, hvis du kun tager nøgleegenskaberne ved en mulig genanvendelig et-trins transportør. Hundreder af dem blev værdsat af designerne, mens de arbejdede på projektet. "Vi besluttede at opgive vingerne, som på Buran eller rumfærgen," siger de. - Stort set i den øvre atmosfære forstyrrer de kun rumfartøjer. Sådanne skibe kommer ind i atmosfæren med hypersonisk hastighed ikke bedre end et "jern", og kun med supersonisk hastighed skifter de til vandret flyvning og kan korrekt stole på vingernes aerodynamik."
Den aksymmetriske kegleform giver ikke kun lettere termisk beskyttelse, men har også god aerodynamik ved kørsel med meget høje hastigheder. Allerede i de øverste lag af atmosfæren modtager raketten et lift, som gør det ikke kun muligt at bremse her, men også at manøvrere. Dette gør det igen muligt at foretage de nødvendige manøvrer i stor højde mod landingsstedet, og i den fremtidige flyvning er det kun at fuldføre bremsningen, rette kursen og vende agterud ved hjælp af svage manøvreringsmotorer.
Husk både Falcon 9 og New Shepard: der er intet umuligt eller endda usædvanligt i lodret landing i dag. Samtidig gør det det muligt at klare sig med betydeligt færre kræfter under konstruktionen og betjeningen af landingsbanen - landingsbanen, som de samme Shuttles og Buran landede på, skulle have en længde på flere kilometer for at kunne bremse køretøjet kl. en hastighed på hundredvis af kilometer i timen. "KRONEN kan i princippet endda starte fra en offshore -platform og lande på den," tilføjer en af projektforfatterne, "den endelige landingsnøjagtighed vil være omkring 10 m, raketten sænkes ned på indtrækbare pneumatiske støddæmpere.” Tilbage står kun at udføre diagnostik, tanke op, placere en ny nyttelast - og du kan flyve igen.
KORONA implementeres stadig i mangel af finansiering, så udviklerne af Makeev Design Bureau formåede kun at komme til de sidste faser af udkastet til design.”Vi har bestået denne fase næsten helt og fuldstændigt uafhængigt, uden ekstern støtte. Vi har allerede gjort alt, hvad der kunne lade sig gøre, - siger designerne. - Vi ved hvad, hvor og hvornår der skal produceres. Nu skal vi videre til det praktiske design, produktion og udvikling af nøglenheder, og det kræver penge, så nu afhænger alt af dem."
Forsinket start
CFRP -raketten forventer kun en storstilet opsendelse; efter modtagelse af den nødvendige støtte er designerne klar til at påbegynde flyvningstest om seks år og om syv til otte år - for at påbegynde eksperimentel drift af de første missiler. De vurderer, at dette kræver mindre end 2 milliarder dollars - ikke meget efter raketstandarder. Samtidig kan der forventes et investeringsafkast efter syv års brug af raketten, hvis antallet af kommercielle opsendelser forbliver på det nuværende niveau eller endda om 1,5 år - hvis det vokser med de forudsagte rater.
Desuden gør tilstedeværelsen af manøvreringsmotorer, rendezvous og dockingfaciliteter på raketten det også muligt at regne med komplekse lanceringsordninger med flere lanceringer. Efter at have brugt brændstof ikke til landing, men til afslutning af nyttelasten, er det muligt at bringe det til en masse på mere end 11 tons. Derefter lægger CROWN til med det andet, "tankskib", som vil fylde sine tanke med yderligere brændstof, der er nødvendigt for retur. Men stadig vigtigere er genanvendelse, som for første gang vil aflaste os fra behovet for at indsamle medierne før hver lancering - og miste det efter hver lancering. Kun en sådan tilgang kan sikre oprettelsen af en stabil tovejs trafikstrøm mellem Jorden og kredsløbet og samtidig begyndelsen på en reel, aktiv, storstilet udnyttelse af nærjordisk rum.
I mellemtiden forbliver CROWN i limbo, arbejdet med New Shepard fortsætter. Et lignende japansk projekt RVT er også under udvikling. Russiske udviklere har ganske enkelt ikke nok støtte til et gennembrud. Hvis du har et par milliarder til overs, er dette en langt bedre investering end selv den største og mest luksuriøse yacht i verden.
