I dag kender mange af os, eller har i det mindste hørt om, det private selskab SpaceXs familie af delvist genanvendelige affyringsbiler. Takket være virksomhedens succes, såvel som personligheden hos grundlæggeren, Elon Musk, der selv ofte bliver helten i nyhedsfeeds, forlader Falcon 9 -raketter, SpaceX og rumflyvninger generelt ikke siderne i den internationale presse. På samme tid havde og har Rusland stadig sin egen udvikling og ikke mindre interessante projekter med genanvendelige missiler, som man ved meget mindre om. Svaret på spørgsmålet, hvorfor dette sker, er indlysende. Ilona Masks raketter flyver regelmæssigt ud i rummet, og genanvendelige og delvist genanvendelige russiske raketter er indtil videre kun projekter, tegninger og smukke billeder i præsentationer.
Rummet lanceres i dag
I dag kan vi roligt sige, at Roskosmos på et tidspunkt savnede emnet genanvendelige missiler, der havde udviklingen og projekterne, der var flere år foran andre lande. Alle projekter med russiske genanvendelige missiler blev aldrig afsluttet, ikke implementeret i metal. For eksempel blev den engangs Korona-startkøretøj, der blev genanvendt, udviklet fra 1992 til 2012 aldrig ført til sin logiske konklusion. Vi ser allerede resultatet af denne fejlberegning i udviklingen. Rusland har for alvor mistet sine positioner på det kommercielle rumfyringsmarked med fremkomsten af den amerikanske Falcon 9 -raket og dens varianter og er også alvorligt ringere med hensyn til antallet af rumopskydninger, der foretages om året. I slutningen af 2018 rapporterede Roscosmos om 20 rumopskydninger (en uden succes), mens tilbage i april 2018 i et interview med TASS sagde chefen for Roscosmos, Igor Komarov, at det er planlagt at gennemføre 30 rumopskydninger af slutningen af året. Lederen i slutningen af sidste år var Kina, der gennemførte 39 rumskydninger (en mislykkedes), på andenpladsen var USA med 31 rumskydninger (ingen mislykkede).
Når man taler om moderne rumflyvninger, er det nødvendigt at forstå, at i de samlede omkostninger ved lancering af et moderne affyringsvogn (LV) er den største udgiftspost selve raketten. Dens krop, brændstoftanke, motorer - alt dette flyver væk for evigt, brænder op i atmosfærens tætte lag, det er klart, at sådanne uigenkaldelige udgifter gør enhver lancering af et affyringsbil til en meget dyr fornøjelse. Ikke vedligeholdelse af rumporte, ikke brændstof, ikke montagearbejde før opsendelsen, men selve lanceringsvognens pris er hovedudgiftsposten. Et meget komplekst teknologisk produkt af teknisk tanke bruges i et par minutter, hvorefter det er fuldstændig ødelagt. Dette gælder naturligvis for engangsraketter. Ideen om at bruge genoprettelige affyringsbiler foreslår sig selv her som en reel chance for at reducere omkostningerne ved hver rumfyring. I dette tilfælde gør selv returnering af kun det første trin omkostningerne ved hver lancering lavere.
Landing af den første etape af Falcon 9 -startvognen, der kan returneres
Det er en lignende ordning, der blev implementeret af den amerikanske milliardær Elon Musk, hvilket gjorde den første etape af det tunge affyringsvogn, der kan genoprettes. Mens den første fase af disse missiler er delvist genoprettelig, ender nogle landingsforsøg med at mislykkes, men antallet af mislykkede landinger faldt til næsten nul i 2017 og 2018. For eksempel var der sidste år kun én fiasko for hver 10 vellykkede landinger i første etape. Samtidig åbnede SpaceX også det nye år med en vellykket landing af første etape. Den 11. januar 2019 landede den første fase af Falcon 9 -raketten med succes på en flydende platform, den blev desuden genbrugt, og tidligere lancerede den Telestar 18V kommunikationssatellit i kredsløb i september 2018. I dag er sådanne første etaper, der kan returneres, allerede en kendsgerning. Men da repræsentanterne for det amerikanske private rumfirma kun talte om deres projekt, tvivlede mange eksperter på muligheden for en vellykket implementering.
I virkeligheden i dag kan den første fase af en Falcon 9-raket i tung klasse i nogle opsendelser bruges i en genindgange-version. Ved at tage den anden etape af raketten til en tilstrækkelig højde, adskiller den sig fra den i cirka 70 kilometer i højden, og udkoblingen sker cirka 2,5 minutter efter lanceringen af affyringsvognen (tiden afhænger af de specifikke opsendelsesopgaver). Efter adskillelse fra LV udfører den første etape ved hjælp af det installerede holdningskontrolsystem en lille manøvre, der undgår flammen på de arbejdende andet trin motorer og drejer motorerne fremad som forberedelse til de tre hovedbremsemanøvrer. Ved landing bruger den første etape sine egne motorer til bremsning. Det er værd at bemærke, at den returnerede fase pålægger sine egne begrænsninger for lanceringen. For eksempel reduceres den maksimale nyttelast for en Falcon 9-raket med 30-40 procent. Dette skyldes behovet for at reservere brændstof til bremsning og efterfølgende landing, samt den ekstra vægt af det installerede landingsudstyr (gitterroer, landingsstøtter, kontrolsystemelementer osv.).
Amerikanernes succeser og store serier med vellykkede opsendelser gik ikke ubemærket hen i verden, hvilket fremkaldte en række udtalelser om start af projekter, der brugte delvis genanvendelse af raketter, herunder tilbagevenden af sideboostere og den første fase tilbage til Jorden. Repræsentanter for Roscosmos talte også om denne score. Virksomheden begyndte at tale om genoptagelse af arbejdet med oprettelse af genanvendelige missiler i Rusland i begyndelsen af 2017.
Lanceringskøretøj "Korona" - generel visning
Genanvendelig Korona -raket og tidligere projekter
Det er værd at bemærke, at ideen om genanvendelige missiler blev undersøgt tilbage i Sovjetunionen. Efter landets sammenbrud forsvandt dette emne ikke; arbejdet i denne retning fortsatte. De begyndte meget tidligere, end Elon Musk bare talte om det. For eksempel skulle blokkene i den første etape af den super-tunge sovjetiske raket Energia returneres, dette var nødvendigt af økonomiske årsager og for implementeringen af ressourcen til RD-170-motorerne, designet til mindst 10 flyvninger.
Mindre kendt er projektet med Rossiyanka -affyringsvognen, der blev udviklet af specialisterne fra Academician V. P. Makeev State Rocket Center. Denne virksomhed er hovedsagelig kendt for sin militære udvikling. For eksempel var det her, at størstedelen af indenlandske ballistiske missiler beregnet til bevæbning af ubåde blev oprettet, herunder ballistiske missiler R-29RMU Sineva, der i øjeblikket er i tjeneste med den russiske ubådsflåde.
Ifølge projektet var Rossiyanka et to-trins lanceringskøretøj, hvis første fase var genanvendelig. I det væsentlige den samme idé som SpaceX -ingeniørerne, men et par år tidligere. Raketten skulle skyde 21,5 tons last ned i en lav referencebane - indikatorer tæt på Falcon 9 -raketten. Returnering af den første etape skulle finde sted langs en ballistisk bane på grund af re-inklusion af standardmotorer. Om nødvendigt kan raketens bæreevne øges til 35 tons. Den 12. december præsenterede Makeyev SRC sin nye raket ved Roscosmos-konkurrencen om udvikling af genanvendelige lanceringskøretøjer, men ordren om oprettelse af sådanne enheder gik til konkurrenterne i Khrunichev State Research and Production Space Center med Baikal-Angara projekt. Mest sandsynligt ville specialisterne i Makeev SRC have haft kompetence til at gennemføre deres projekt, men uden tilstrækkelig opmærksomhed og finansiering var det umuligt.
Baikal-Angara-projektet var endnu mere ambitiøst; det var en flyversion af den første etages tilbagevenden til Jorden. Det var planlagt, at efter at have nået den indstillede højde af rummet, ville en særlig vinge åbne på det første trin, og derefter ville den flyve langs et fly med en landing på en konventionel flyveplads med landingsudstyret forlænget. Et sådant system i sig selv er imidlertid ikke kun meget komplekst, men også dyrt. Hendes uomtvistelige fortjenester omfattede det faktum, at hun kunne vende tilbage fra en større afstand. Desværre blev projektet aldrig realiseret, det huskes stadig nogle gange, men intet mere.
Nu tænker verden på fuldt genanvendelige lanceringskøretøjer. Elon Musk annoncerede Big Falcon Rocket -projektet. En sådan raket bør modtage en totrins arkitektur, der ikke er karakteristisk for moderne kosmonautik; dens anden fase er en enkelt helhed med et rumfartøj, som enten kan være last eller passager. Det er planlagt, at den første fase af Superheavy vender tilbage til Jorden og udfører en lodret landing ved kosmodromen ved hjælp af dens motorer, denne teknologi er allerede blevet perfekt udviklet af SpaceX -ingeniører. Den anden fase af raketten vil sammen med et rumfartøj (faktisk er dette et rumskib til forskellige formål), der blev navngivet Starship, komme ind i Jordens kredsløb. Den anden fase vil også have nok brændstof tilbage til at bremse i de tætte lag af atmosfæren efter at have gennemført en rummission og lande på en offshore -platform.
Det er værd at bemærke, at SpaceX heller ikke har en håndflade i en sådan idé. I Rusland er projektet med et genanvendeligt affyringsvogn blevet udviklet siden 1990'erne. Og igen arbejdede de på projektet i State Rocket Center opkaldt efter akademiker V. P. Makeev. Projektet med den genanvendelige russiske raket har det smukke navn "Korona". Roscosmos tilbagekaldte dette projekt i 2017, hvorefter der fulgte forskellige kommentarer om genoptagelsen af dette projekt. For eksempel offentliggjorde Rossiyskaya Gazeta i januar 2018 nyheden om, at Rusland havde genoptaget arbejdet med en genanvendelig rumraket. Det handlede om Korona -affyringsvognen.
I modsætning til den amerikanske Falcon-9-raket har den russiske korona ingen aftagelige etaper; faktisk er det et enkelt blødt start- og landingsfartøj. Ifølge Vladimir Degtyar, generaldesigner for Makeyev SRC, bør dette projekt åbne vejen for gennemførelse af langdistancerede interplanetære bemandede flyvninger. Det er planlagt, at det vigtigste strukturmateriale i den nye russiske raket vil være kulfiber. Samtidig er "Korona" designet til at opsende rumfartøjer til lave jordbaner med en højde på 200 til 500 kilometer. Lanceringskøretøjets masse er omkring 300 tons. Massen af output nyttelast er fra 7 til 12 tons. Start og landing af "Korona" skulle finde sted ved hjælp af forenklede opsendelsesfaciliteter, derudover udarbejdes muligheden for at affyre en genanvendelig raket fra offshore -platforme. Det nye lanceringskøretøj vil kunne bruge den samme platform til start og landing. Raketforberedelsestiden til den næste opsendelse er kun cirka en dag.
Det skal bemærkes, at kulfibermaterialer, der kræves til at skabe enkeltfasede og genanvendelige raketter, er blevet brugt i rumfartsteknologi siden 90'erne i forrige århundrede. Siden begyndelsen af 1990'erne er Korona-projektet kommet langt i udviklingen og har udviklet sig markant, og det er overflødigt at sige, at det oprindeligt handlede om en engangsraket. På samme tid i udviklingsprocessen blev designet af den fremtidige raket både enklere og mere perfekt. Efterhånden opgav udviklerne af raketten brugen af vinger og eksterne brændstoftanke efter at have forstået, at hovedmaterialet i det genanvendelige raketlegeme ville være kulfiber.
I den seneste version af den genanvendelige Korona-raket til dato nærmer dens masse sig 280-290 tons. Sådan et stort et-trins lanceringskøretøj kræver en meget effektiv raketmotor med flydende drivmiddel, der kører på brint og ilt. I modsætning til raketmotorer, der er placeret på separate etaper, bør en sådan flydende drivmotor fungere effektivt under forskellige forhold og i forskellige højder, herunder start og flyvning uden for Jordens atmosfære. "En almindelig væskedrivende raketmotor med Laval-dyser er kun effektiv i visse højdeområder," siger Makeevka-designerne. Gasstrålen i sådanne raketmotorer tilpasser sig trykket "over bord"; desuden bevarer de deres effektivitet både på overfladen af jorden og ret højt i stratosfæren.
RN "Korona" i orbitale flyvninger med et lukket nyttelastrum, gengivelse
Imidlertid findes der hidtil i verden simpelthen ikke en fungerende motor af denne type, selvom de aktivt blev udviklet i Sovjetunionen og USA. Eksperter mener, at Korona genanvendelige lanceringskøretøj bør være udstyret med en modulær version af motoren, hvor kileluftdysen er det eneste element, der i øjeblikket ikke har en prototype og ikke er blevet testet i praksis. Samtidig har Rusland sine egne teknologer i produktionen af moderne kompositmaterialer og dele deraf. Deres udvikling og anvendelse er ganske succesfuldt engageret, for eksempel i JSC "Composite" og All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM).
For en sikker flyvning i Jordens atmosfære vil Koronas kulfiberstruktur være beskyttet af en varmebeskyttende flise, som tidligere blev udviklet på VIAM for Buran-rumfartøjet og siden har været igennem en betydelig udviklingsvej. "Den vigtigste varmebelastning på Korona vil være koncentreret om dens bue, hvor termiske beskyttelseselementer ved høj temperatur bruges," bemærker designerne.”Samtidig har affyrede køretøjs flared sider en større diameter og er placeret i en spids vinkel i forhold til luftstrømmen. Den termiske belastning på disse elementer er mindre, og det gør det igen muligt for os at bruge lettere materialer. Som et resultat opnås en besparelse på cirka 1,5 ton vægt. Massen af den høje temperaturdel af raketten overstiger ikke 6 procent af den samlede masse af den termiske beskyttelse for Korona. Til sammenligning stod rumfærgen for mere end 20 procent."
Den slanke, koniske form på den genanvendelige raket er resultatet af en masse forsøg og fejl. Ifølge udviklerne gennemgik og vurderede de hundredvis af forskellige muligheder, mens de arbejdede på projektet. "Vi besluttede helt at opgive vingerne, ligesom rumfærgen eller rumfartøjet Buran," siger udviklerne. - Stort set når vingerne i atmosfærens øverste lag kun forstyrrer rumfartøjet. Sådanne rumskibe kommer ind i atmosfæren ved hypersonisk hastighed ikke bedre end et "jern", og kun ved supersonisk hastighed passerer de til vandret flyvning, hvorefter de fuldt ud kan stole på vingernes aerodynamik."
Rakets koniske aksesymmetriske form tillader ikke kun at lette varmebeskyttelsen, men også at give den gode aerodynamiske kvaliteter, når den bevæger sig ved høje flyvehastigheder. Allerede i de øverste lag af atmosfæren modtager "Korona" en løftekraft, som tillader raketten ikke kun at bremse, men også at foretage manøvrer. Dette gør det muligt for affyringsvognen at manøvrere i stor højde, når den flyver til landingsstedet; i fremtiden behøver den kun at fuldføre bremseprocessen, korrigere dens kurs, vende bagud nedad ved hjælp af små manøvreringsmotorer og lande på jorden.
Problemet med projektet er, at Korona stadig udvikles under betingelser med utilstrækkelig finansiering eller fuldstændig fravær. I øjeblikket har Makeyev SRC kun afsluttet et udkast til design om dette emne. Ifølge de data, der blev annonceret under XLII Academic Readings on Cosmonautics i 2018, blev der gennemført forundersøgelser om projektet til oprettelse af Korona -affyringsvognen, og der blev udarbejdet en effektiv raketudviklingsplan. De nødvendige betingelser for oprettelsen af et nyt affyringsvogn er blevet undersøgt, og udsigterne og resultaterne af både udviklingsprocessen og den fremtidige drift af den nye raket er blevet analyseret.
Efter nyhedsudbruddet om Crown -projektet i 2017 og 2018 følger stilhed igen … Projektets udsigter og implementering er stadig uklare. I mellemtiden vil SpaceX præsentere en testprøve af sin nye genanvendelige Big Falcon Rocket (BFR) i sommeren 2019. Det kan tage mange år fra oprettelsen af en testprøve til en fuldgyldig raket, som vil bekræfte dens pålidelighed og ydeevne, men for nu kan vi konstatere: Elon Musk og hans firma laver ting, der kan ses og røres ved hænder. Samtidig skulle Roskosmos ifølge premierminister Dmitry Medvedev afslutte sine projekteringer og chatte om, hvor vi vil flyve i fremtiden. Du skal tale mindre og gøre mere.
