Rakieta nośna wielokrotnego użytku „Korona”
Dziś wielu z nas zna lub przynajmniej słyszało o rodzinie amerykańskich częściowo wielokrotnego użytku pojazdów nośnych prywatnej firmy SpaceX. Dzięki sukcesowi firmy, a także osobowości założyciela Elona Muska, który sam często staje się bohaterem newsów, rakiety Falcon 9, SpaceX i ogólnie loty kosmiczne nie opuszczają łamów międzynarodowej prasy. Jednocześnie Rosja miała i nadal ma własne opracowania i nie mniej ciekawe projekty pocisków wielokrotnego użytku, o których wiadomo znacznie mniej. Odpowiedź na pytanie, dlaczego tak się dzieje, jest oczywista. Rakiety Elona Muska regularnie latają w kosmos, a rosyjskie rakiety wielokrotnego użytku i częściowo wielokrotnego użytku to wciąż tylko projekty, rysunki i piękne obrazki w prezentacjach.
Space startuje dzisiaj
Obecnie można śmiało powiedzieć, że Roskosmos w pewnym momencie pominął temat rakiet wielokrotnego użytku, mając w swoich rękach opracowania i projekty wyprzedzające inne kraje o kilka lat. Wszystkie projekty rosyjskich rakiet wielokrotnego użytku nie zostały ukończone, nie zostały wdrożone w metal. Na przykład jednostopniowy pojazd nośny wielokrotnego użytku „Korona”, opracowany w latach 1992–2012, nigdy nie został doprowadzony do logicznego zakończenia. Rezultaty tej błędnej kalkulacji obserwujemy już dzisiaj w rozwoju. Rosja poważnie straciła pozycję na rynku komercyjnych lotów kosmicznych wraz z pojawieniem się amerykańskiej rakiety Falcon 9 i jej wariantów, a także jest znacznie gorsza pod względem liczby startów kosmicznych rocznie. Pod koniec 2018 roku Roskosmos informował o 20 startach w kosmos (jeden nieudany), a jeszcze w kwietniu 2018 roku w rozmowie z TASS szef Roskosmosu Igor Komarow powiedział, że do końca 30 roku planowanych jest 39 startów w kosmos roku. W ubiegłym roku Chiny prowadziły z 31 startami kosmicznymi (jeden nieudany), a następnie Stany Zjednoczone z XNUMX startami kosmicznymi (bez awarii).
Mówiąc o nowoczesnych lotach kosmicznych, należy zrozumieć, że w całkowitym koszcie wystrzelenia nowoczesnej rakiety nośnej (LV) główną pozycją wydatków jest sama rakieta. Jego kadłub, zbiorniki paliwa, silniki - to wszystko odlatuje bezpowrotnie, spala się w gęstych warstwach atmosfery, jasne jest, że takie nieodwracalne wydatki zamieniają każde wystrzelenie rakiety nośnej w bardzo kosztowną przyjemność. Nie utrzymanie portów kosmicznych, nie paliwo, nie prace instalacyjne przed startem, ale cena samej rakiety nośnej - to główna pozycja wydatków. Bardzo złożony produkt technologiczny inżynierii jest używany w ciągu kilku minut, po czym ulega całkowitemu zniszczeniu. Oczywiście dotyczy to rakiet jednorazowych. Pomysł wykorzystania zwrotnych pojazdów nośnych nasuwa się tutaj jako realna szansa na obniżenie kosztów każdego startu w kosmos. W tym przypadku nawet zwrot tylko pierwszego stopnia powoduje, że koszt każdego startu jest niższy.
To właśnie ten schemat zrealizował amerykański miliarder Elon Musk, wykonując zwrotny pierwszy stopień ciężkiej rakiety nośnej Falcon 9. Chociaż pierwszy stopień tych rakiet jest częściowo zwrotny, niektóre próby lądowania kończą się niepowodzeniem, ale liczba nieudanych lądowań wzrosła spadła prawie do zera w 2017 i 2018 roku. Na przykład w zeszłym roku na każde 10 udanych lądowań pierwszego etapu przypadała tylko jedna awaria. W tym samym czasie SpaceX również otworzył nowy rok udanym lądowaniem pierwszego stopnia. 11 stycznia 2019 roku pierwszy stopień rakiety Falcon 9 z powodzeniem wylądował na pływającej platformie, co więcej został ponownie wykorzystany, a wcześniej wyniósł na orbitę satelitę telekomunikacyjnego Telestar 18V we wrześniu 2018 roku. Obecnie takie powracające pierwsze kroki są już faktem dokonanym. Ale kiedy przedstawiciele amerykańskiej prywatnej firmy kosmicznej mówili tylko o swoim projekcie, wielu ekspertów wątpiło w możliwość jego pomyślnej realizacji.
W dzisiejszych realiach pierwszy stopień ciężkiej rakiety Falcon 9 może być wykorzystany w wersji powrotnej w niektórych startach. Podnosząc drugi stopień rakiety na odpowiednią wysokość, oddziela się od niej na wysokości około 70 kilometrów, oddokowanie następuje po około 2,5 minuty od wystrzelenia rakiety nośnej (czas zależy od konkretnych zadań startowych). Po oddzieleniu się od rakiety nośnej, pierwszy stopień, korzystając z zainstalowanego systemu orientacji, wykonuje mały manewr, oddalając się od płomieni pracujących silników drugiego stopnia i wykonuje zakręt z silnikami do przodu, przygotowując się do trzech głównych manewry hamowania. Podczas lądowania w celu hamowania pierwszy stopień wykorzystuje własne silniki. Należy zauważyć, że etap powrotu narzuca własne ograniczenia na start. Na przykład maksymalna ładowność rakiety Falcon 9 jest zmniejszona o 30-40 procent. Wynika to z konieczności rezerwowania paliwa na hamowanie i późniejsze lądowanie, a także z dodatkowej masy zainstalowanego sprzętu do lądowania (stery kratownicowe, podpory podporowe, elementy systemu sterowania itp.).
Sukcesy Amerykanów i duża seria udanych startów nie pozostały niezauważone na świecie, co wywołało serię wypowiedzi o rozpoczęciu projektów wykorzystujących częściową możliwość ponownego użycia rakiet, w tym powrót dopalaczy bocznych i powrót pierwszego stopnia na Ziemię . W tej sprawie głos zabrali także przedstawiciele Roskosmosu. Firma zaczęła mówić o wznowieniu prac w Rosji nad stworzeniem rakiet wielokrotnego użytku już na początku 2017 roku.
Rakieta wielokrotnego użytku „Korona” i wcześniejsze projekty
Warto dodać, że ideą wielokrotnego użytku rakiet zajmowano się już w Związku Radzieckim. Po upadku kraju temat ten nie zniknął, prace w tym kierunku kontynuowano. Zaczęli dużo wcześniej niż Elon Musk zaczął o tym mówić. Na przykład bloki pierwszego stopnia superciężkiej radzieckiej rakiety Energia miały zostać zwrócone, co było konieczne ze względów ekonomicznych i wykorzystania zasobów silników RD-170, zaprojektowanych na co najmniej 10 lotów.
Mniej znany jest projekt pojazdu nośnego Rossiyanka, który został opracowany przez specjalistów z Państwowego Centrum Rakietowego imienia akademika V.P. Makeeva OJSC. Firma ta znana jest głównie z rozwoju militarnego. To tutaj na przykład powstała większość krajowych pocisków balistycznych przeznaczonych do uzbrojenia okrętów podwodnych, w tym obecnie znajdujących się na uzbrojeniu okrętów podwodnych. flota Rosyjskie pociski balistyczne R-29RMU „Sinewa”.
Zgodnie z projektem Rossijanka była dwustopniową rakietą nośną, której pierwszy stopień był wielokrotnego użytku. Zasadniczo ten sam pomysł, co inżynierowie SpaceX, ale kilka lat wcześniej. Rakieta miała wystrzelić 21,5 tony ładunku na niską orbitę odniesienia – liczby zbliżone do rakiety Falcon 9. Powrót pierwszego stopnia miał nastąpić po trajektorii balistycznej ze względu na ponowne załączenie silników stopnia zwykłego. W razie potrzeby nośność rakiety można było zwiększyć do 35 ton. 12 grudnia Państwowe Centrum Badawcze Makeev zaprezentowało swoją nową rakietę na konkursie Roscosmos na opracowanie pojazdów nośnych wielokrotnego użytku, ale zamówienie na stworzenie takich pojazdów trafiło do konkurentów Państwowego Centrum Badawczo-Produkcyjnego Chruniczowa z Bajkał-Angara projekt. Najprawdopodobniej specjaliści z Makeev SRC mieliby kompetencje do realizacji swojego projektu, ale bez wystarczającej uwagi i funduszy było to niemożliwe.
Projekt Bajkał-Angara był jeszcze bardziej ambitny, był lotniczą wersją powrotu na Ziemię pierwszego etapu. Planowano, że po osiągnięciu zadanej wysokości przedziału w pierwszym stopniu otworzy się specjalne skrzydło, a następnie wykona lot samolotu z lądowaniem na lotnisku konwencjonalnym z wypuszczonym podwoziem. Jednak taki system sam w sobie jest nie tylko bardzo złożony, ale także kosztowny. Jedną z jej niezaprzeczalnych zalet była możliwość powrotu z większej odległości. Niestety projekt nigdy nie został zrealizowany, nadal czasem się o nim pamięta, ale nic więcej.
Teraz świat już myśli o pojazdach nośnych, które można w pełni odzyskać. Elon Musk ogłosił projekt Big Falcon Rocket. Taka rakieta powinna otrzymać dwustopniową architekturę, nietypową dla współczesnej astronautyki, jej drugi stopień jest integralny ze statkiem kosmicznym, który może być zarówno ładunkiem, jak i pasażerem. Planuje się, że pierwszy stopień Superheavy powróci na Ziemię, wykonując pionowe lądowanie w porcie kosmicznym za pomocą swoich silników, ta technologia została już doskonale opracowana przez inżynierów SpaceX. Drugi stopień rakiety wraz ze statkiem kosmicznym (w rzeczywistości jest to statek kosmiczny do różnych celów), który nazwano Starship, trafi na orbitę Ziemi. Drugi stopień będzie miał również wystarczającą ilość paliwa, aby po zakończeniu misji kosmicznej wyhamować w gęstych warstwach atmosfery i wylądować na platformie morskiej.
Warto odnotować, że SpaceX również nie ma w takim pomyśle palmy. W Rosji projekt rakiety nośnej wielokrotnego użytku rozwijany jest od lat 1990. I znowu pracowali nad projektem w State Rocket Center imienia akademika V.P. Makeeva. Projekt rosyjskiej rakiety wielokrotnego użytku ma piękną nazwę „Korona”. Roskosmos przypomniał sobie ten projekt w 2017 roku, po czym pojawiły się różne komentarze o wznowieniu tego projektu. Na przykład w styczniu 2018 r. opublikowała Rossijskaja Gazieta wiadomości że Rosja wznowiła prace nad rakietą kosmiczną wielokrotnego użytku. Chodziło właśnie o rakietę nośną "Korona".
W przeciwieństwie do amerykańskiej rakiety Falcon-9, rosyjska „Korona” nie ma odłączanych stopni, w rzeczywistości jest to pojedynczy statek kosmiczny do miękkiego startu i lądowania. Według Vladimira Degtyara, generalnego projektanta Państwowego Centrum Kosmicznego Makeev, projekt ten powinien utorować drogę do realizacji załogowych lotów międzyplanetarnych dalekiego zasięgu. Planuje się, że głównym materiałem konstrukcyjnym nowej rosyjskiej rakiety będzie włókno węglowe. Jednocześnie Korona ma wystrzelić statek kosmiczny na niskie orbity okołoziemskie na wysokości od 200 do 500 kilometrów. Masa startowa pojazdu startowego wynosi około 300 ton. Masa ładunku wyjściowego wynosi od 7 do 12 ton. Start i lądowanie „Korony” powinno odbywać się przy użyciu uproszczonych urządzeń startowych, ponadto opracowywana jest opcja wystrzelenia rakiety wielokrotnego użytku z platform morskich. Do startu i lądowania nowa rakieta nośna będzie mogła korzystać z tego samego miejsca. Czas przygotowania rakiety do kolejnego startu to tylko około jednego dnia.
Należy zauważyć, że materiały z włókna węglowego niezbędne do stworzenia rakiet jednostopniowych i wielokrotnego użytku są stosowane w technice lotniczej od lat 90-tych. Od początku lat 1990. projekt Corona przeszedł długą drogę rozwoju i znacznie ewoluował, nie trzeba dodawać, że pierwotnie był to rakieta jednorazowego użytku. Jednocześnie w procesie ewolucji projekt przyszłej rakiety stał się zarówno prostszy, jak i doskonalszy. Stopniowo twórcy rakiety zrezygnowali ze skrzydeł i zewnętrznych zbiorników paliwa, dochodząc do wniosku, że głównym materiałem na korpus rakiety wielokrotnego użytku będzie włókno węglowe.
W najnowszej wersji rakiety wielokrotnego użytku Korona jej masa zbliża się do granicy 280-290 ton. Tak duży jednostopniowy pojazd nośny wymaga wysoce wydajnego silnika rakietowego na paliwo ciekłe, który działa na wodór i tlen. W przeciwieństwie do silników rakietowych, które są instalowane na oddzielnych stopniach, taki silnik rakietowy na paliwo ciekłe musi skutecznie działać w różnych warunkach i na różnych wysokościach, w tym podczas startu i lotu poza atmosferą ziemską. „Zwykły silnik rakietowy na paliwo ciekłe z dyszami Lavala jest skuteczny tylko w określonych zakresach wysokości” - mówią projektanci Makeev - „z tego powodu doszliśmy do potrzeby zastosowania w rakiecie silnika na paliwo ciekłe z klinem”. Strumień gazu w takich silnikach rakietowych sam dostosowuje się do ciśnienia „za burtą”, ponadto zachowują one swoją skuteczność zarówno na powierzchni Ziemi, jak i dość wysoko w stratosferze.
Jednak jak dotąd na świecie po prostu nie istnieje działający silnik tego typu, chociaż aktywnie rozwijano je w ZSRR i USA. Eksperci uważają, że rakieta nośna wielokrotnego użytku Korona powinna być wyposażona w modułową wersję silnika, w której dysza klinowo-powietrzna jest jedynym elementem, który obecnie nie ma prototypu i nie został sprawdzony w praktyce. Jednocześnie Rosja ma własne technologie w produkcji nowoczesnych materiałów kompozytowych i części z nich. Ich rozwój i zastosowanie są z powodzeniem przeprowadzane na przykład w JSC „Composite” i Wszechrosyjskim Instytucie lotnictwo materiały (VIAM).
Aby zapewnić bezpieczny lot w atmosferze ziemskiej, konstrukcja nośna Korony z włókna węglowego będzie chroniona przez osłonę termiczną, która została wcześniej opracowana w VIAM dla statku kosmicznego Buran i od tego czasu przeszła znaczącą ścieżkę rozwoju. „Główne obciążenie termiczne Korony będzie koncentrować się na jej dziobie, gdzie zastosowano wysokotemperaturowe elementy ochrony termicznej” – zauważają projektanci. - Jednocześnie rozszerzające się boki rakiety nośnej mają większą średnicę i znajdują się pod ostrym kątem do strumienia powietrza. Obciążenie temperaturowe tych elementów jest mniejsze, a to z kolei pozwala na stosowanie lżejszych materiałów. Rezultatem jest oszczędność około 1,5 tony wagi. Masa części wysokotemperaturowej rakiety nie przekracza 6 proc. całkowitej masy osłony termicznej Korony. Dla porównania prom kosmiczny „Shuttle” stanowił ponad 20 proc.
Pełen wdzięku stożkowaty kształt rakiety wielokrotnego użytku był wynikiem wielu prób i błędów. Według twórców, pracując nad projektem, rozważali i oceniali setki różnych opcji. „Zdecydowaliśmy się całkowicie zrezygnować ze skrzydeł, takich jak wahadłowiec kosmiczny czy statek Buran” — mówią twórcy. - Ogólnie rzecz biorąc, kiedy statki kosmiczne znajdują się w górnej atmosferze, skrzydła tylko przeszkadzają. Takie statki kosmiczne wchodzą w atmosferę z prędkością naddźwiękową nie lepszą niż „żelazko” i dopiero przy prędkości naddźwiękowej przechodzą do lotu poziomego, po czym mogą w pełni polegać na aerodynamice skrzydeł.
Stożkowy osiowosymetryczny kształt rakiety umożliwia nie tylko ułatwienie ochrony termicznej, ale także zapewnienie jej dobrych właściwości aerodynamicznych podczas poruszania się z dużymi prędkościami lotu. Już w górnych warstwach atmosfery „Korona” otrzymuje siłę nośną, co pozwala rakiecie nie tylko zwolnić, ale także manewrować. Dzięki temu rakieta nośna może manewrować na dużej wysokości podczas lotu do miejsca lądowania, w przyszłości pozostaje jej tylko dokończyć proces hamowania, skorygować kurs, skręcić rufą w dół za pomocą małych silników odrzutowych i wylądować na Ziemi.
Problemem projektu jest to, że „Korona” jest nadal rozwijana w warunkach niedostatecznego finansowania lub jego całkowitego braku. Obecnie Makeev SRC udało się ukończyć tylko wstępny projekt na ten temat. Zgodnie z danymi ogłoszonymi podczas XLII Wykładów Akademickich z Kosmonautyki w 2018 r. przeprowadzono studia wykonalności projektu stworzenia rakiety nośnej Korona oraz opracowano efektywny harmonogram rozwoju rakiety. Zbadano warunki konieczne do stworzenia nowej rakiety nośnej oraz przeanalizowano perspektywy i wyniki zarówno procesu rozwoju, jak i przyszłej eksploatacji nowej rakiety.
Po serii wiadomości o projekcie Corona w 2017 i 2018 roku znów zapadła cisza… Perspektywy projektu i jego realizacji są nadal niejasne. Tymczasem SpaceX zamierza zaprezentować próbkę testową swojej nowej rakiety wielokrotnego użytku Big Falcon Rocket (BFR) latem 2019 roku. Od stworzenia próbki testowej do pełnoprawnej rakiety, która potwierdzi jej niezawodność i osiągi, może upłynąć jeszcze wiele lat, ale na razie można stwierdzić: Elon Musk i jego firma robią rzeczy, które widać i wyczuwalny ręką. Jednocześnie Roskosmos, zdaniem premiera Dmitrija Miedwiediewa, powinien przestać projektować i rozmawiać o tym, gdzie będziemy latać w przyszłości. Mniej jest do powiedzenia, a więcej do zrobienia.
Źródła informacji:
https://iz.ru
https://www.popmech.ru
http://www.spacephys.ru
https://vpk.name
https://rg.ru
Materiały z otwartych źródeł
Space startuje dzisiaj
Obecnie można śmiało powiedzieć, że Roskosmos w pewnym momencie pominął temat rakiet wielokrotnego użytku, mając w swoich rękach opracowania i projekty wyprzedzające inne kraje o kilka lat. Wszystkie projekty rosyjskich rakiet wielokrotnego użytku nie zostały ukończone, nie zostały wdrożone w metal. Na przykład jednostopniowy pojazd nośny wielokrotnego użytku „Korona”, opracowany w latach 1992–2012, nigdy nie został doprowadzony do logicznego zakończenia. Rezultaty tej błędnej kalkulacji obserwujemy już dzisiaj w rozwoju. Rosja poważnie straciła pozycję na rynku komercyjnych lotów kosmicznych wraz z pojawieniem się amerykańskiej rakiety Falcon 9 i jej wariantów, a także jest znacznie gorsza pod względem liczby startów kosmicznych rocznie. Pod koniec 2018 roku Roskosmos informował o 20 startach w kosmos (jeden nieudany), a jeszcze w kwietniu 2018 roku w rozmowie z TASS szef Roskosmosu Igor Komarow powiedział, że do końca 30 roku planowanych jest 39 startów w kosmos roku. W ubiegłym roku Chiny prowadziły z 31 startami kosmicznymi (jeden nieudany), a następnie Stany Zjednoczone z XNUMX startami kosmicznymi (bez awarii).
Mówiąc o nowoczesnych lotach kosmicznych, należy zrozumieć, że w całkowitym koszcie wystrzelenia nowoczesnej rakiety nośnej (LV) główną pozycją wydatków jest sama rakieta. Jego kadłub, zbiorniki paliwa, silniki - to wszystko odlatuje bezpowrotnie, spala się w gęstych warstwach atmosfery, jasne jest, że takie nieodwracalne wydatki zamieniają każde wystrzelenie rakiety nośnej w bardzo kosztowną przyjemność. Nie utrzymanie portów kosmicznych, nie paliwo, nie prace instalacyjne przed startem, ale cena samej rakiety nośnej - to główna pozycja wydatków. Bardzo złożony produkt technologiczny inżynierii jest używany w ciągu kilku minut, po czym ulega całkowitemu zniszczeniu. Oczywiście dotyczy to rakiet jednorazowych. Pomysł wykorzystania zwrotnych pojazdów nośnych nasuwa się tutaj jako realna szansa na obniżenie kosztów każdego startu w kosmos. W tym przypadku nawet zwrot tylko pierwszego stopnia powoduje, że koszt każdego startu jest niższy.
Falcon 9 powraca do pierwszego etapu lądowania
To właśnie ten schemat zrealizował amerykański miliarder Elon Musk, wykonując zwrotny pierwszy stopień ciężkiej rakiety nośnej Falcon 9. Chociaż pierwszy stopień tych rakiet jest częściowo zwrotny, niektóre próby lądowania kończą się niepowodzeniem, ale liczba nieudanych lądowań wzrosła spadła prawie do zera w 2017 i 2018 roku. Na przykład w zeszłym roku na każde 10 udanych lądowań pierwszego etapu przypadała tylko jedna awaria. W tym samym czasie SpaceX również otworzył nowy rok udanym lądowaniem pierwszego stopnia. 11 stycznia 2019 roku pierwszy stopień rakiety Falcon 9 z powodzeniem wylądował na pływającej platformie, co więcej został ponownie wykorzystany, a wcześniej wyniósł na orbitę satelitę telekomunikacyjnego Telestar 18V we wrześniu 2018 roku. Obecnie takie powracające pierwsze kroki są już faktem dokonanym. Ale kiedy przedstawiciele amerykańskiej prywatnej firmy kosmicznej mówili tylko o swoim projekcie, wielu ekspertów wątpiło w możliwość jego pomyślnej realizacji.
W dzisiejszych realiach pierwszy stopień ciężkiej rakiety Falcon 9 może być wykorzystany w wersji powrotnej w niektórych startach. Podnosząc drugi stopień rakiety na odpowiednią wysokość, oddziela się od niej na wysokości około 70 kilometrów, oddokowanie następuje po około 2,5 minuty od wystrzelenia rakiety nośnej (czas zależy od konkretnych zadań startowych). Po oddzieleniu się od rakiety nośnej, pierwszy stopień, korzystając z zainstalowanego systemu orientacji, wykonuje mały manewr, oddalając się od płomieni pracujących silników drugiego stopnia i wykonuje zakręt z silnikami do przodu, przygotowując się do trzech głównych manewry hamowania. Podczas lądowania w celu hamowania pierwszy stopień wykorzystuje własne silniki. Należy zauważyć, że etap powrotu narzuca własne ograniczenia na start. Na przykład maksymalna ładowność rakiety Falcon 9 jest zmniejszona o 30-40 procent. Wynika to z konieczności rezerwowania paliwa na hamowanie i późniejsze lądowanie, a także z dodatkowej masy zainstalowanego sprzętu do lądowania (stery kratownicowe, podpory podporowe, elementy systemu sterowania itp.).
Sukcesy Amerykanów i duża seria udanych startów nie pozostały niezauważone na świecie, co wywołało serię wypowiedzi o rozpoczęciu projektów wykorzystujących częściową możliwość ponownego użycia rakiet, w tym powrót dopalaczy bocznych i powrót pierwszego stopnia na Ziemię . W tej sprawie głos zabrali także przedstawiciele Roskosmosu. Firma zaczęła mówić o wznowieniu prac w Rosji nad stworzeniem rakiet wielokrotnego użytku już na początku 2017 roku.
Uruchom pojazd „Korona” - widok ogólny
Rakieta wielokrotnego użytku „Korona” i wcześniejsze projekty
Warto dodać, że ideą wielokrotnego użytku rakiet zajmowano się już w Związku Radzieckim. Po upadku kraju temat ten nie zniknął, prace w tym kierunku kontynuowano. Zaczęli dużo wcześniej niż Elon Musk zaczął o tym mówić. Na przykład bloki pierwszego stopnia superciężkiej radzieckiej rakiety Energia miały zostać zwrócone, co było konieczne ze względów ekonomicznych i wykorzystania zasobów silników RD-170, zaprojektowanych na co najmniej 10 lotów.
Mniej znany jest projekt pojazdu nośnego Rossiyanka, który został opracowany przez specjalistów z Państwowego Centrum Rakietowego imienia akademika V.P. Makeeva OJSC. Firma ta znana jest głównie z rozwoju militarnego. To tutaj na przykład powstała większość krajowych pocisków balistycznych przeznaczonych do uzbrojenia okrętów podwodnych, w tym obecnie znajdujących się na uzbrojeniu okrętów podwodnych. flota Rosyjskie pociski balistyczne R-29RMU „Sinewa”.
Zgodnie z projektem Rossijanka była dwustopniową rakietą nośną, której pierwszy stopień był wielokrotnego użytku. Zasadniczo ten sam pomysł, co inżynierowie SpaceX, ale kilka lat wcześniej. Rakieta miała wystrzelić 21,5 tony ładunku na niską orbitę odniesienia – liczby zbliżone do rakiety Falcon 9. Powrót pierwszego stopnia miał nastąpić po trajektorii balistycznej ze względu na ponowne załączenie silników stopnia zwykłego. W razie potrzeby nośność rakiety można było zwiększyć do 35 ton. 12 grudnia Państwowe Centrum Badawcze Makeev zaprezentowało swoją nową rakietę na konkursie Roscosmos na opracowanie pojazdów nośnych wielokrotnego użytku, ale zamówienie na stworzenie takich pojazdów trafiło do konkurentów Państwowego Centrum Badawczo-Produkcyjnego Chruniczowa z Bajkał-Angara projekt. Najprawdopodobniej specjaliści z Makeev SRC mieliby kompetencje do realizacji swojego projektu, ale bez wystarczającej uwagi i funduszy było to niemożliwe.
Projekt Bajkał-Angara był jeszcze bardziej ambitny, był lotniczą wersją powrotu na Ziemię pierwszego etapu. Planowano, że po osiągnięciu zadanej wysokości przedziału w pierwszym stopniu otworzy się specjalne skrzydło, a następnie wykona lot samolotu z lądowaniem na lotnisku konwencjonalnym z wypuszczonym podwoziem. Jednak taki system sam w sobie jest nie tylko bardzo złożony, ale także kosztowny. Jedną z jej niezaprzeczalnych zalet była możliwość powrotu z większej odległości. Niestety projekt nigdy nie został zrealizowany, nadal czasem się o nim pamięta, ale nic więcej.
Teraz świat już myśli o pojazdach nośnych, które można w pełni odzyskać. Elon Musk ogłosił projekt Big Falcon Rocket. Taka rakieta powinna otrzymać dwustopniową architekturę, nietypową dla współczesnej astronautyki, jej drugi stopień jest integralny ze statkiem kosmicznym, który może być zarówno ładunkiem, jak i pasażerem. Planuje się, że pierwszy stopień Superheavy powróci na Ziemię, wykonując pionowe lądowanie w porcie kosmicznym za pomocą swoich silników, ta technologia została już doskonale opracowana przez inżynierów SpaceX. Drugi stopień rakiety wraz ze statkiem kosmicznym (w rzeczywistości jest to statek kosmiczny do różnych celów), który nazwano Starship, trafi na orbitę Ziemi. Drugi stopień będzie miał również wystarczającą ilość paliwa, aby po zakończeniu misji kosmicznej wyhamować w gęstych warstwach atmosfery i wylądować na platformie morskiej.
Warto odnotować, że SpaceX również nie ma w takim pomyśle palmy. W Rosji projekt rakiety nośnej wielokrotnego użytku rozwijany jest od lat 1990. I znowu pracowali nad projektem w State Rocket Center imienia akademika V.P. Makeeva. Projekt rosyjskiej rakiety wielokrotnego użytku ma piękną nazwę „Korona”. Roskosmos przypomniał sobie ten projekt w 2017 roku, po czym pojawiły się różne komentarze o wznowieniu tego projektu. Na przykład w styczniu 2018 r. opublikowała Rossijskaja Gazieta wiadomości że Rosja wznowiła prace nad rakietą kosmiczną wielokrotnego użytku. Chodziło właśnie o rakietę nośną "Korona".
W przeciwieństwie do amerykańskiej rakiety Falcon-9, rosyjska „Korona” nie ma odłączanych stopni, w rzeczywistości jest to pojedynczy statek kosmiczny do miękkiego startu i lądowania. Według Vladimira Degtyara, generalnego projektanta Państwowego Centrum Kosmicznego Makeev, projekt ten powinien utorować drogę do realizacji załogowych lotów międzyplanetarnych dalekiego zasięgu. Planuje się, że głównym materiałem konstrukcyjnym nowej rosyjskiej rakiety będzie włókno węglowe. Jednocześnie Korona ma wystrzelić statek kosmiczny na niskie orbity okołoziemskie na wysokości od 200 do 500 kilometrów. Masa startowa pojazdu startowego wynosi około 300 ton. Masa ładunku wyjściowego wynosi od 7 do 12 ton. Start i lądowanie „Korony” powinno odbywać się przy użyciu uproszczonych urządzeń startowych, ponadto opracowywana jest opcja wystrzelenia rakiety wielokrotnego użytku z platform morskich. Do startu i lądowania nowa rakieta nośna będzie mogła korzystać z tego samego miejsca. Czas przygotowania rakiety do kolejnego startu to tylko około jednego dnia.
Należy zauważyć, że materiały z włókna węglowego niezbędne do stworzenia rakiet jednostopniowych i wielokrotnego użytku są stosowane w technice lotniczej od lat 90-tych. Od początku lat 1990. projekt Corona przeszedł długą drogę rozwoju i znacznie ewoluował, nie trzeba dodawać, że pierwotnie był to rakieta jednorazowego użytku. Jednocześnie w procesie ewolucji projekt przyszłej rakiety stał się zarówno prostszy, jak i doskonalszy. Stopniowo twórcy rakiety zrezygnowali ze skrzydeł i zewnętrznych zbiorników paliwa, dochodząc do wniosku, że głównym materiałem na korpus rakiety wielokrotnego użytku będzie włókno węglowe.
W najnowszej wersji rakiety wielokrotnego użytku Korona jej masa zbliża się do granicy 280-290 ton. Tak duży jednostopniowy pojazd nośny wymaga wysoce wydajnego silnika rakietowego na paliwo ciekłe, który działa na wodór i tlen. W przeciwieństwie do silników rakietowych, które są instalowane na oddzielnych stopniach, taki silnik rakietowy na paliwo ciekłe musi skutecznie działać w różnych warunkach i na różnych wysokościach, w tym podczas startu i lotu poza atmosferą ziemską. „Zwykły silnik rakietowy na paliwo ciekłe z dyszami Lavala jest skuteczny tylko w określonych zakresach wysokości” - mówią projektanci Makeev - „z tego powodu doszliśmy do potrzeby zastosowania w rakiecie silnika na paliwo ciekłe z klinem”. Strumień gazu w takich silnikach rakietowych sam dostosowuje się do ciśnienia „za burtą”, ponadto zachowują one swoją skuteczność zarówno na powierzchni Ziemi, jak i dość wysoko w stratosferze.
LV "Korona" w locie orbitalnym z zamkniętym przedziałem ładunkowym, render
Jednak jak dotąd na świecie po prostu nie istnieje działający silnik tego typu, chociaż aktywnie rozwijano je w ZSRR i USA. Eksperci uważają, że rakieta nośna wielokrotnego użytku Korona powinna być wyposażona w modułową wersję silnika, w której dysza klinowo-powietrzna jest jedynym elementem, który obecnie nie ma prototypu i nie został sprawdzony w praktyce. Jednocześnie Rosja ma własne technologie w produkcji nowoczesnych materiałów kompozytowych i części z nich. Ich rozwój i zastosowanie są z powodzeniem przeprowadzane na przykład w JSC „Composite” i Wszechrosyjskim Instytucie lotnictwo materiały (VIAM).
Aby zapewnić bezpieczny lot w atmosferze ziemskiej, konstrukcja nośna Korony z włókna węglowego będzie chroniona przez osłonę termiczną, która została wcześniej opracowana w VIAM dla statku kosmicznego Buran i od tego czasu przeszła znaczącą ścieżkę rozwoju. „Główne obciążenie termiczne Korony będzie koncentrować się na jej dziobie, gdzie zastosowano wysokotemperaturowe elementy ochrony termicznej” – zauważają projektanci. - Jednocześnie rozszerzające się boki rakiety nośnej mają większą średnicę i znajdują się pod ostrym kątem do strumienia powietrza. Obciążenie temperaturowe tych elementów jest mniejsze, a to z kolei pozwala na stosowanie lżejszych materiałów. Rezultatem jest oszczędność około 1,5 tony wagi. Masa części wysokotemperaturowej rakiety nie przekracza 6 proc. całkowitej masy osłony termicznej Korony. Dla porównania prom kosmiczny „Shuttle” stanowił ponad 20 proc.
Pełen wdzięku stożkowaty kształt rakiety wielokrotnego użytku był wynikiem wielu prób i błędów. Według twórców, pracując nad projektem, rozważali i oceniali setki różnych opcji. „Zdecydowaliśmy się całkowicie zrezygnować ze skrzydeł, takich jak wahadłowiec kosmiczny czy statek Buran” — mówią twórcy. - Ogólnie rzecz biorąc, kiedy statki kosmiczne znajdują się w górnej atmosferze, skrzydła tylko przeszkadzają. Takie statki kosmiczne wchodzą w atmosferę z prędkością naddźwiękową nie lepszą niż „żelazko” i dopiero przy prędkości naddźwiękowej przechodzą do lotu poziomego, po czym mogą w pełni polegać na aerodynamice skrzydeł.
Stożkowy osiowosymetryczny kształt rakiety umożliwia nie tylko ułatwienie ochrony termicznej, ale także zapewnienie jej dobrych właściwości aerodynamicznych podczas poruszania się z dużymi prędkościami lotu. Już w górnych warstwach atmosfery „Korona” otrzymuje siłę nośną, co pozwala rakiecie nie tylko zwolnić, ale także manewrować. Dzięki temu rakieta nośna może manewrować na dużej wysokości podczas lotu do miejsca lądowania, w przyszłości pozostaje jej tylko dokończyć proces hamowania, skorygować kurs, skręcić rufą w dół za pomocą małych silników odrzutowych i wylądować na Ziemi.
Problemem projektu jest to, że „Korona” jest nadal rozwijana w warunkach niedostatecznego finansowania lub jego całkowitego braku. Obecnie Makeev SRC udało się ukończyć tylko wstępny projekt na ten temat. Zgodnie z danymi ogłoszonymi podczas XLII Wykładów Akademickich z Kosmonautyki w 2018 r. przeprowadzono studia wykonalności projektu stworzenia rakiety nośnej Korona oraz opracowano efektywny harmonogram rozwoju rakiety. Zbadano warunki konieczne do stworzenia nowej rakiety nośnej oraz przeanalizowano perspektywy i wyniki zarówno procesu rozwoju, jak i przyszłej eksploatacji nowej rakiety.
Po serii wiadomości o projekcie Corona w 2017 i 2018 roku znów zapadła cisza… Perspektywy projektu i jego realizacji są nadal niejasne. Tymczasem SpaceX zamierza zaprezentować próbkę testową swojej nowej rakiety wielokrotnego użytku Big Falcon Rocket (BFR) latem 2019 roku. Od stworzenia próbki testowej do pełnoprawnej rakiety, która potwierdzi jej niezawodność i osiągi, może upłynąć jeszcze wiele lat, ale na razie można stwierdzić: Elon Musk i jego firma robią rzeczy, które widać i wyczuwalny ręką. Jednocześnie Roskosmos, zdaniem premiera Dmitrija Miedwiediewa, powinien przestać projektować i rozmawiać o tym, gdzie będziemy latać w przyszłości. Mniej jest do powiedzenia, a więcej do zrobienia.
Źródła informacji:
https://iz.ru
https://www.popmech.ru
http://www.spacephys.ru
https://vpk.name
https://rg.ru
Materiały z otwartych źródeł
informacja