Tänapäeval teavad paljud meist või on vähemalt kuulnud osaühingu SpaceX osaliselt korduvkasutatavate kanderakettide perekonnast. Tänu ettevõtte edule ja asutaja, isiksuse, Elon Muski isiksusele, kes ise sageli muutub uudisvoogude kangelaseks, ei lahku Falcon 9 raketid, SpaceX ja üldiselt kosmoselennud rahvusvahelise ajakirjanduse lehtedelt. Samal ajal olid ja on Venemaal oma arengud ja mitte vähem huvitavad korduvkasutatavate rakettide projektid, mille kohta teatakse palju vähem. Vastus küsimusele, miks see juhtub, on ilmne. Ilona Maski raketid lendavad regulaarselt kosmosesse ning korduvkasutatavad ja osaliselt korduvkasutatavad Vene raketid on seni vaid projektid, joonised ja esitlustes olevad kaunid pildid.
Kosmos avatakse täna
Tänapäeval võime julgelt öelda, et Roskosmos jättis mingil hetkel korduvkasutatavate rakettide teema kahe silma vahele, omades oma kätes arendusi ja projekte, mis olid teistest riikidest mitu aastat ees. Kõik Vene korduvkasutatavate rakettide projektid ei olnud kunagi lõpule viidud, neid ei rakendatud metallis. Näiteks aastatel 1992–2012 väljatöötatud üheastmelist üheastmelist kanderaketti Korona ei viidud kunagi loogilisele järeldusele. Selle valearvestuse tulemust näeme juba arengus. Venemaa on USA raketi Falcon 9 ja selle variantide tulekuga tõsiselt kaotanud oma positsioonid äripindade starditurul ning jääb ka tõsiselt alla aastas tehtavate kosmosesüstimiste arvule. Aasta lõpus teatas Roscosmos 20 kosmoselennust (üks ebaõnnestunud), samal ajal kui aprillis 2018 ütles TASS -ile antud intervjuus Roscosmose juht Igor Komarov, et plaanitakse läbi viia 30 kosmoselennu. aasta lõpus. Eelmise aasta lõpu liider oli Hiina, kes viis läbi 39 kosmoselennu (üks ebaõnnestunud), teisel kohal oli USA 31 kosmoselennuga (ebaõnnestumata).
Rääkides kaasaegsetest kosmoselendudest, on vaja mõista, et moodsa kanderaketi (LV) käivitamise kogumaksumuses on peamine kuluartikkel rakett ise. Selle kere, kütusepaagid, mootorid - kõik see lendab igaveseks minema, põleb tihedates atmosfäärikihtides, on selge, et sellised pöördumatud kulutused muudavad kanderakettide stardi väga kalliks naudinguks. Mitte kosmoseportide hooldus, mitte kütus, mitte monteerimistööd enne käivitamist, vaid kanderaketi enda hind on peamine kuluartikkel. Mõne minuti jooksul kasutatakse väga keerulist insenerimõtte tehnoloogilist toodet, mille järel see täielikult hävitatakse. Loomulikult kehtib see ühekordsete rakettide kohta. Idee kasutada taaskasutatavaid kanderakette pakub siin iseenesest tõelist võimalust vähendada iga kosmoselennu maksumust. Sel juhul muudab isegi esimese etapi tagasipöördumine iga stardi maksumuse madalamaks.
Kanderaketi Falcon 9 tagastatava esimese etapi maandumine
See on sarnane skeem, mille rakendas Ameerika miljardär Elon Musk, muutes raske Falcon 9 kanderaketi taastatava esimese etapi. Kuigi nende rakettide esimene etapp on osaliselt taastatav, lõpevad mõned maandumiskatsed ebaõnnestunult, kuid ebaõnnestunud maandumised langesid 2017. ja 2018. aastal peaaegu nullini. Näiteks eelmisel aastal oli esimese etapi iga 10 eduka maandumise kohta ainult üks ebaõnnestumine. Samal ajal avas SpaceX ka uue aasta esimese etapi eduka maandumisega. 11. jaanuaril 2019 maandus Falcon 9 raketi esimene etapp edukalt ujuvale platvormile, pealegi kasutati seda uuesti ja varem lasi see Telestar 18V sidesatelliidi orbiidile 2018. aasta septembris. Tänapäeval on sellised tagastatavad esimesed etapid juba tõepoolest saavutatud. Kuid kui Ameerika erasektori kosmoseettevõtte esindajad rääkisid ainult oma projektist, kahtlesid paljud eksperdid selle eduka elluviimise võimalikkuses.
Tänapäeva reaalsuses saab mõnes stardis raskeklassi Falcon 9 raketi esimest etappi kasutada korduvversioonina. Võttes raketi teise astme piisavale kõrgusele, eraldub see sellest umbes 70 kilomeetri kõrgusel, lahtivõtmine toimub umbes 2,5 minutit pärast kanderaketi stardist (aeg sõltub konkreetsetest stardiülesannetest). Pärast eraldumist LV -st sooritab esimene etapp, kasutades paigaldatud hoiakute juhtimissüsteemi, väikese manöövri, vältides töötavate teise astme mootorite leeki, ja pöörab mootorid kolme peamise pidurdusmanöövri ettevalmistamiseks ettepoole. Maandumisel kasutatakse esimeses etapis pidurdamiseks oma mootoreid. Väärib märkimist, et tagastatud etapp seab stardile oma piirangud. Näiteks Falcon 9 raketi maksimaalset kasulikku koormust vähendatakse 30-40 protsenti. Selle põhjuseks on vajadus pidurdamiseks ja sellele järgnevaks maandumiseks kütust reserveerida, samuti paigaldatud maandumisseadmete (võrestikud, maandumistugede, juhtimissüsteemi elemendid jne) lisaraskus.
Ameeriklaste edusammud ja suured edukate stardiseeriad ei jäänud maailmas märkamatuks, mis kutsus esile mitmeid avaldusi projektide alustamise kohta, kasutades rakette osalist taaskasutamist, sealhulgas külgvõimendite tagasipöördumist ja esimest etappi tagasi Maale. Roscosmose esindajad rääkisid ka sellest punktist. Ettevõte hakkas 2017. aasta alguses rääkima taaskasutatavate rakettide loomise töö jätkamisest Venemaal.
Kandesõiduk "Korona" - üldvaade
Korduvkasutatav Korona rakett ja varasemad projektid
Väärib märkimist, et korduvkasutatavate rakettide ideed uuriti juba Nõukogude Liidus. Pärast riigi kokkuvarisemist see teema ei kadunud, töö selles suunas jätkus. Need algasid palju varem, kui Elon Musk sellest just rääkis. Näiteks tuli tagastada Nõukogude ülikerge raketi Energia esimese etapi plokid, see oli vajalik majanduslikel põhjustel ja vähemalt 10 lennu jaoks mõeldud RD-170 mootorite ressursi rakendamiseks.
Vähem tuntud on kanderakett Rossiyanka, mille töötasid välja akadeemik V. P. Makeevi riikliku raketikeskuse spetsialistid. See ettevõte on peamiselt tuntud oma sõjalise arengu poolest. Näiteks just siin loodi suurem osa allveelaevade relvastamiseks mõeldud kodumaistest ballistilistest rakettidest, sealhulgas ballistilised raketid R-29RMU Sineva, mis on praegu kasutusel Venemaa allveelaevastiku juures.
Projekti kohaselt oli Rossiyanka kaheastmeline kanderakett, mille esimene etapp oli korduvkasutatav. Sisuliselt sama mõte nagu SpaceXi inseneridel, kuid paar aastat varem. Rakett pidi laskma 21,5 tonni lasti madalale võrdlusorbiidile - indikaatorid Falcon 9 raketi lähedal. Esimese etapi tagasitulek pidi toimuma piki ballistilist trajektoori, kuna standardlava mootorid võeti uuesti kasutusele. Vajadusel võiks raketi kandevõimet suurendada 35 tonnini. Makejevi SRC esitles 12. detsembril Roscosmose korduvkasutatavate kanderakettide väljatöötamise võistlusel oma uut raketti, kuid tellimus selliste seadmete loomiseks läks Hrunikševi riikliku uurimis- ja tootmisruumi keskuse konkurentidele koos Baikali-Angaraga. projekti. Suure tõenäosusega oleks Makeev SRC spetsialistidel olnud pädevus oma projekti ellu viia, kuid ilma piisava tähelepanu ja rahastamiseta oli see võimatu.
Baikali-Angara projekt oli veelgi ambitsioonikam; see oli esimese etapi Maale naasmise lennukiversioon. Plaaniti, et pärast kupee määratud kõrguse saavutamist avaneb esimeses etapis spetsiaalne tiib ja seejärel lendab see piki lennukit maandumisega tavapärasel lennuväljal pikendatud maandumisseadmega. Kuid selline süsteem ise pole mitte ainult väga keeruline, vaid ka kallis. Tema vaieldamatuteks eelisteks oli asjaolu, et ta võis naasta kaugemalt. Kahjuks ei realiseeritud projekti kunagi, seda meenutatakse vahel ikka, aga ei midagi enamat.
Nüüd mõtleb maailm täielikult taaskasutatavate kanderakettide peale. Elon Musk kuulutas välja projekti Big Falcon Rocket. Selline rakett peaks saama kaasaegsele kosmonautikale iseloomuliku kaheastmelise arhitektuuri; selle teine etapp on üks tervik kosmoseaparaadiga, mis võib olla kas kauba- või reisija. Kavas on, et Superheavy esimene etapp naaseb tagasi Maale, tehes kosmodroomil oma mootorite abil vertikaalse maandumise, selle tehnoloogia on SpaceXi insenerid juba suurepäraselt välja töötanud. Raketi teine etapp koos kosmoseaparaadiga (tegelikult on see erinevatel eesmärkidel kasutatav kosmoselaev), mis sai nimeks Tähelaev, siseneb Maa orbiidile. Teises etapis jääb ka piisavalt kütust, et aeglustada atmosfääri tihedates kihtides pärast kosmoseülesande täitmist ja maanduda avamereplatvormil.
Väärib märkimist, et ka SpaceXil pole sellises idees peopesa. Venemaal on korduvkasutatava kanderaketi projekti arendatud alates 1990. aastatest. Ja jälle töötasid nad projekti kallal akadeemik V. P. Mejevi nimelises riiklikus raketikeskuses. Korduvkasutatava Vene raketi projekt kannab ilusat nime "Korona". Roscosmos meenutas seda projekti 2017. aastal, pärast seda järgnesid selle projekti jätkamise kohta mitmesugused kommentaarid. Näiteks avaldas Rossiyskaya Gazeta 2018. aasta jaanuaris uudise, et Venemaa on taaskasutatava kosmoseraketi kallal tööd alustanud. Jutt oli kanderakettist Korona.
Erinevalt Ameerika raketist Falcon-9 pole Vene Koronal ühtegi eemaldatavat lava, tegelikult on see üks pehme õhkutõusmis- ja maandumislaev. Makejevi SRC peadisaineri Vladimir Degtyari sõnul peaks see projekt avama tee planeetidevaheliste mehitatud kauglendude rakendamiseks. Plaanis on uue Vene raketi peamine konstruktsioonimaterjal süsinikkiud. Samal ajal on "Korona" mõeldud kosmoseaparaatide laskmiseks 200-500 kilomeetri kõrgustel madalatel orbiitidel. Kanderaketi mass on umbes 300 tonni. Väljundkoormuse mass on 7 kuni 12 tonni. "Korona" õhkutõusmine ja maandumine peaks toimuma lihtsustatud stardirajatiste abil, lisaks töötatakse välja võimalus avada korduvkasutatav rakett avamereplatvormidelt. Uus kanderakett saab õhkutõusmiseks ja maandumiseks kasutada sama platvormi. Raketi ettevalmistamise aeg järgmiseks stardiks on vaid umbes päev.
Tuleb märkida, et üheastmeliste ja korduvkasutatavate rakettide loomiseks vajalikke süsinikkiust materjale on kosmosetööstuses kasutatud alates eelmise sajandi 90ndatest. Alates 1990. aastate algusest on Korona projekt jõudnud kaugele arenguteele ja oluliselt arenenud, ei pea ütlema, et esialgu oli tegemist ühekordse raketiga. Samal ajal muutus evolutsiooniprotsessis tulevase raketi disain nii lihtsamaks kui ka täiuslikumaks. Järk -järgult loobusid raketi arendajad tiibade ja väliste kütusepaakide kasutamisest, jõudes arusaamisele, et korduvkasutatava raketikere peamine materjal on süsinikkiud.
Korduvkasutatava Korona raketi senises viimases versioonis läheneb selle mass 280-290 tonnile. Nii suur üheastmeline kanderakett nõuab ülitõhusat vedelkütust kandvat rakettmootorit, mis töötab vesiniku ja hapnikuga. Erinevalt rakettmootoritest, mis on paigutatud eraldi etappidele, peaks selline vedelkütusel töötav rakettmootor tõhusalt töötama erinevates tingimustes ja erinevatel kõrgustel, sealhulgas õhkutõusmisel ja lendamisel väljaspool Maa atmosfääri. "Tavaline vedelkütusel töötav rakettmootor Laval-düüsidega on efektiivne ainult teatud kõrguste vahemikes," ütlevad Makeevka disainerid. Selliste raketimootorite gaasijuga kohandub rõhuga „üle parda”; pealegi säilitavad need oma efektiivsuse nii Maa pinnal kui ka stratosfääris üsna kõrgel.
RN "Korona" orbitaallennul suletud kandekohaga, renderdus
Kuid seni pole maailmas seda tüüpi töötavat mootorit lihtsalt olemas, kuigi neid arendati aktiivselt NSV Liidus ja USA -s. Eksperdid usuvad, et Korona korduvkasutatav kanderakett peaks olema varustatud mootori moodulversiooniga, milles kiil-õhuotsik on ainus element, millel praegu puudub prototüüp ja mida pole praktikas testitud. Samal ajal on Venemaal oma tehnoloogid kaasaegsete komposiitmaterjalide ja nende osade tootmisel. Nende arendamine ja rakendamine on üsna edukalt seotud näiteks JSC "Composite" ja Ülevenemaalise Lennundusmaterjalide Instituudiga (VIAM).
Ohutuks lennuks Maa atmosfääris kaitseb Korona süsinikkiustruktuuri kuumuskindel plaat, mis oli varem välja töötatud VIAM-is kosmoselaeva Buran jaoks ja on sellest ajast alates läbinud märkimisväärse arengutee. "Korona peamine soojuskoormus koondub selle vöörile, kus kasutatakse kõrge temperatuuriga termokaitseelemente," märgivad disainerid. “Samal ajal on kanderaketi põletatud küljed suurema läbimõõduga ja asuvad õhuvoolu suhtes terava nurga all. Nende elementide termiline koormus on väiksem ja see omakorda võimaldab meil kasutada kergemaid materjale. Selle tulemusel saavutatakse umbes 1,5 tonni kaalu kokkuhoid. Raketi kõrge temperatuuriga osa mass ei ületa 6 protsenti Korona termokaitse kogumassist. Võrdluseks - kosmosesüstik moodustas rohkem kui 20 protsenti."
Korduvkasutatava raketi klanitud ja kitsenev kuju on paljude katsete ja vigade tulemus. Arendajate sõnul vaatasid nad projekti kallal töötades läbi ja hindasid sadu erinevaid võimalusi. "Otsustasime täielikult loobuda tiibadest, nagu näiteks kosmosesüstiku või Burani kosmoselaeva tiivad," ütlevad arendajad. - Üldiselt, kui atmosfääri ülemistes kihtides on, tiivad segavad ainult kosmoselaeva. Sellised kosmoselaevad sisenevad atmosfääri hüperhelikiirusel mitte paremini kui "raud" ja ainult ülehelikiirusel lähevad nad horisontaalsele lennule, pärast mida saavad nad täielikult tugineda tiibade aerodünaamikale."
Raketi kooniline telje sümmeetriline kuju võimaldab mitte ainult hõlbustada kuumakaitset, vaid ka pakkuda sellele häid aerodünaamilisi omadusi suurel lennukiirusel liikumisel. Juba atmosfääri ülemistes kihtides saab "Korona" tõstejõu, mis võimaldab raketil mitte ainult aeglustada, vaid ka manöövreid teha. See võimaldab kanderaketil maandumisplatsile lennates suurel kõrgusel manööverdada; edaspidi peab ta vaid pidurdusprotsessi lõpule viima, oma suunda korrigeerima, väikeste manööverdusmootorite abil ahtri tahapoole pöörama ja maapinnale maanduma.
Projekti probleem on see, et Korona arendamine jätkub ebapiisava rahastamise või selle täieliku puudumise tingimustes. Praegu on Makejevi SRC -l valminud ainult sellel teemal kavand. Vastavalt 2018. aasta XLII kosmonautika akadeemiliste lugemiste käigus avaldatud andmetele viidi läbi Korona kanderaketi loomise projekti teostatavusuuringud ja koostati tõhus raketiarenduse ajakava. Uuritud on uue kanderaketi loomiseks vajalikke tingimusi ning analüüsitud nii arendusprotsessi kui ka uue raketi edasise toimimise väljavaateid ja tulemusi.
Pärast uudistelainet Crown projekti kohta 2017. ja 2018. aastal järgneb taas vaikus … Projekti ja selle elluviimise väljavaated on endiselt ebaselged. Vahepeal esitab SpaceX 2019. aasta suvel oma uue korduvkasutatava Big Falcon Rocket (BFR) prooviproovi. Prooviproovi loomisest täieõigusliku raketini võib kuluda palju aastaid, mis kinnitab selle usaldusväärsust ja jõudlust, kuid praegu võime nentida: Elon Musk ja tema ettevõte teevad asju, mida saab käega näha ja katsuda. Samal ajal peaks Roskosmos peaminister Dmitri Medvedevi sõnul lõpetama oma projekteerimise ja lobisema, kuhu me tulevikus lendame. Peate vähem rääkima ja rohkem tegema.
