Tegenwoordig kennen velen van ons, of hebben er tenminste van gehoord, de familie van gedeeltelijk herbruikbare draagraketten van het particuliere bedrijf SpaceX. Dankzij het succes van het bedrijf, evenals de persoonlijkheid van de oprichter, Elon Musk, die zelf vaak de held van nieuwsfeeds wordt, verlaten Falcon 9-raketten, SpaceX en ruimtevluchten in het algemeen de pagina's van de internationale pers niet. Tegelijkertijd had en heeft Rusland zijn eigen ontwikkelingen en niet minder interessante projecten van herbruikbare raketten, waarover veel minder bekend is. Het antwoord op de vraag waarom dit gebeurt, ligt voor de hand. De raketten van Ilona Mask vliegen regelmatig de ruimte in, en herbruikbare en gedeeltelijk herbruikbare Russische raketten zijn tot nu toe alleen projecten, tekeningen en prachtige foto's in presentaties.
Space wordt vandaag gelanceerd
Tegenwoordig kunnen we gerust zeggen dat Roskosmos op een gegeven moment het onderwerp van herbruikbare raketten miste, met ontwikkelingen en projecten in handen die verschillende jaren voorliepen op andere landen. Alle projecten van Russische herbruikbare raketten werden nooit voltooid, niet in metaal uitgevoerd. Het herbruikbare eentraps Korona-draagraket, ontwikkeld van 1992 tot 2012, werd bijvoorbeeld nooit tot zijn logische conclusie gebracht. Het resultaat van deze misrekening zien we nu al in de ontwikkeling. Rusland heeft zijn positie op de markt voor commerciële ruimtelancering ernstig verloren met de komst van de Amerikaanse Falcon 9-raket en zijn varianten, en is ook ernstig inferieur in termen van het aantal ruimtelanceringen per jaar. Eind 2018 rapporteerde Roscosmos over 20 ruimtelanceringen (waarvan één mislukt), terwijl in april 2018, in een interview met TASS, het hoofd van Roscosmos, Igor Komarov, zei dat het gepland is om 30 ruimtelanceringen uit te voeren door de einde van het jaar. De leider aan het einde van vorig jaar was China, dat 39 ruimtelanceringen uitvoerde (één mislukte), op de tweede plaats waren de Verenigde Staten met 31 ruimtelanceringen (geen mislukte).
Over moderne ruimtevluchten gesproken, het is noodzakelijk om te begrijpen dat in de totale kosten van het lanceren van een modern draagraket (LV), de belangrijkste kostenpost de raket zelf is. Zijn lichaam, brandstoftanks, motoren - dit alles vliegt voor altijd weg, verbrandt in de dichte lagen van de atmosfeer, het is duidelijk dat dergelijke onherstelbare kosten elke lancering van een draagraket tot een zeer duur plezier maken. Niet het onderhoud van ruimtehavens, geen brandstof, geen montagewerkzaamheden voor de lancering, maar de prijs van het lanceervoertuig zelf, is de belangrijkste kostenpost. Een zeer complex technologisch product van technisch denken wordt enkele minuten gebruikt, waarna het volledig wordt vernietigd. Dit geldt natuurlijk voor wegwerpraketten. Het idee om herstelbare lanceervoertuigen te gebruiken, doet zich hier op zichzelf voor, als een reële kans om de kosten van elke ruimtelancering te verlagen. In dit geval maakt zelfs de terugkeer van alleen de eerste trap de kosten van elke lancering lager.
Landing van de retourneerbare eerste trap van het Falcon 9-draagraket
Het is een soortgelijk plan dat werd uitgevoerd door de Amerikaanse miljardair Elon Musk, waardoor de herstelbare eerste trap van het zware lanceervoertuig Falcon 9. Hoewel de eerste trap van deze raketten gedeeltelijk kan worden hersteld, eindigen sommige landingspogingen in een mislukking, maar het aantal mislukte landingen daalden tot bijna nul in 2017 en 2018. Vorig jaar was er bijvoorbeeld slechts één mislukking voor elke 10 succesvolle landingen van de eerste etappe. Tegelijkertijd opende SpaceX ook het nieuwe jaar met een succesvolle landing van de eerste trap. Op 11 januari 2019 landde de eerste trap van de Falcon 9-raket met succes op een drijvend platform, bovendien werd hij hergebruikt en eerder lanceerde hij in september 2018 de Telestar 18V-communicatiesatelliet in een baan om de aarde. Tegenwoordig zijn dergelijke herbruikbare eerste etappes al een voldongen feit. Maar toen de vertegenwoordigers van het Amerikaanse particuliere ruimtevaartbedrijf alleen over hun project spraken, twijfelden veel experts aan de mogelijkheid van een succesvolle implementatie.
In de realiteit van vandaag kan de eerste trap van een zware Falcon 9-raket in sommige lanceringen worden gebruikt in een terugkeerversie. Door de tweede trap van de raket op voldoende hoogte te brengen, scheidt hij zich ervan op een hoogte van ongeveer 70 kilometer, het loskoppelen vindt ongeveer 2,5 minuten na de lancering van het lanceervoertuig plaats (de tijd hangt af van de specifieke lanceringstaken). Na scheiding van de LV voert de eerste trap, met gebruikmaking van het geïnstalleerde standcontrolesysteem, een kleine manoeuvre uit, waarbij de vlam van de werkende motoren van de tweede trap wordt vermeden, en draait de motoren vooruit ter voorbereiding op de drie belangrijkste remmanoeuvres. Bij de landing gebruikt de eerste trap zijn eigen motoren om te remmen. Het is vermeldenswaard dat de teruggekeerde fase zijn eigen beperkingen oplegt aan de lancering. Zo wordt het maximale laadvermogen van een Falcon 9-raket met 30-40 procent verminderd. Dit komt door de noodzaak om brandstof te reserveren voor het remmen en de daaropvolgende landing, evenals het extra gewicht van de geïnstalleerde landingsapparatuur (tralieroeren, landingssteunen, controlesysteemelementen, enz.).
De successen van de Amerikanen en grote reeksen succesvolle lanceringen bleven niet onopgemerkt in de wereld, wat leidde tot een reeks uitspraken over de start van projecten met gedeeltelijke herbruikbaarheid van raketten, waaronder de terugkeer van zijboosters en de eerste fase terug naar de aarde. Ook vertegenwoordigers van Roscosmos spraken hierover. Het bedrijf begon begin 2017 te praten over de hervatting van het werk aan de creatie van herbruikbare raketten in Rusland.
Draagraket "Korona" - algemeen beeld
Herbruikbare Korona-raket en eerdere projecten
Het is vermeldenswaard dat het idee van herbruikbare raketten al in de Sovjet-Unie werd bestudeerd. Na de ineenstorting van het land verdween dit onderwerp niet; het werk in deze richting ging door. Ze begonnen veel eerder dan Elon Musk er net over sprak. De blokken van de eerste trap van de superzware Sovjet-raket Energia moesten bijvoorbeeld worden geretourneerd, dit was nodig om economische redenen en voor de implementatie van de bron van de RD-170-motoren, ontworpen voor ten minste 10 vluchten.
Minder bekend is het project van het Rossiyanka-lanceervoertuig, dat werd ontwikkeld door de specialisten van het Academician V. P. Makeev State Rocket Center. Dit bedrijf staat vooral bekend om zijn militaire ontwikkelingen. Hier werden bijvoorbeeld de meeste binnenlandse ballistische raketten gemaakt die bedoeld waren voor het bewapenen van onderzeeërs, waaronder de R-29RMU Sineva ballistische raketten die momenteel in dienst zijn bij de Russische onderzeeërvloot.
Volgens het project was de Rossiyanka een tweetraps draagraket, waarvan de eerste trap herbruikbaar was. In wezen hetzelfde idee als de SpaceX-ingenieurs, maar een paar jaar eerder. De raket moest 21,5 ton vracht lanceren in een lage referentiebaan - indicatoren dicht bij de Falcon 9-raket. De terugkeer van de eerste trap zou plaatsvinden langs een ballistisch traject als gevolg van de heropname van de standaard trapmotoren. Indien nodig kan het draagvermogen van de raket worden vergroot tot 35 ton. Op 12 december presenteerde de Makeyev SRC zijn nieuwe raket op de Roscosmos-competitie voor de ontwikkeling van herbruikbare draagraketten, maar de opdracht voor het maken van dergelijke apparaten ging naar de concurrenten van het Khrunichev State Research and Production Space Center met de Baikal-Angara projecteren. Hoogstwaarschijnlijk zouden de specialisten van de Makeev SRC de competentie hebben gehad om hun project uit te voeren, maar zonder voldoende aandacht en financiering was het onmogelijk.
Het Baikal-Angara-project was nog ambitieuzer; het was een vliegtuigversie van de eerste fase van de terugkeer naar de aarde. Het was de bedoeling dat na het bereiken van de ingestelde hoogte van het compartiment een speciale vleugel zou openen in de eerste fase en dan langs een vliegtuig zou vliegen met een landing op een conventioneel vliegveld met het landingsgestel uitgeschoven. Een dergelijk systeem zelf is echter niet alleen zeer complex, maar ook kostbaar. Haar onbetwistbare verdiensten omvatten het feit dat ze van een grotere afstand kon terugkeren. Helaas is het project nooit gerealiseerd, het wordt nog wel eens herinnerd, maar meer ook niet.
Nu denkt de wereld na over volledig herbruikbare draagraketten. Elon Musk heeft het Big Falcon Rocket-project aangekondigd. Zo'n raket zou een tweetrapsarchitectuur moeten krijgen die niet kenmerkend is voor moderne kosmonauten; de tweede trap is een enkel geheel met een ruimtevaartuig, dat zowel vracht als passagier kan zijn. Het is de bedoeling dat de eerste fase van Superheavy terugkeert naar de aarde en een verticale landing op de kosmodrome uitvoert met behulp van zijn motoren. Deze technologie is al perfect ontwikkeld door SpaceX-ingenieurs. De tweede trap van de raket, samen met een ruimtevaartuig (in feite is dit een ruimtevaartuig voor verschillende doeleinden), genaamd Starship, zal de baan van de aarde binnengaan. De tweede fase zal ook voldoende brandstof over hebben om te vertragen in de dichte lagen van de atmosfeer na het voltooien van een ruimtemissie en om te landen op een offshore platform.
Het is vermeldenswaard dat SpaceX ook geen hand in een dergelijk idee heeft. In Rusland wordt sinds de jaren negentig het project van een herbruikbaar draagraket ontwikkeld. En nogmaals, ze werkten aan het project in het State Rocket Center, vernoemd naar academicus V. P. Makeev. Het project van de herbruikbare Russische raket heeft de mooie naam "Korona". Roscosmos herinnerde zich dit project in 2017, waarna verschillende opmerkingen volgden over de hervatting van dit project. In januari 2018 publiceerde de Rossiyskaya Gazeta bijvoorbeeld het nieuws dat Rusland het werk aan een herbruikbare ruimteraket had hervat. Het ging over de Korona draagraket.
In tegenstelling tot de Amerikaanse Falcon-9-raket heeft de Russische Korona geen afneembare trappen; in feite is het een enkel zacht opstijgend en landend ruimtevaartuig. Volgens Vladimir Degtyar, algemeen ontwerper van de Makeyev SRC, moet dit project de weg vrijmaken voor de implementatie van interplanetaire bemande langeafstandsvluchten. Het is de bedoeling dat het belangrijkste structurele materiaal van de nieuwe Russische raket koolstofvezel zal zijn. Tegelijkertijd is de "Korona" ontworpen om ruimtevaartuigen te lanceren in lage banen om de aarde met een hoogte van 200 tot 500 kilometer. De massa van de draagraket is ongeveer 300 ton. De massa van de outputlading is van 7 tot 12 ton. Het opstijgen en landen van de "Korona" moet plaatsvinden met behulp van vereenvoudigde lanceerfaciliteiten, daarnaast wordt de mogelijkheid uitgewerkt om een herbruikbare raket vanaf offshore-platforms te lanceren. Het nieuwe draagraket zal hetzelfde platform kunnen gebruiken voor opstijgen en landen. De voorbereidingstijd van de raket voor de volgende lancering is slechts ongeveer een dag.
Opgemerkt moet worden dat koolstofvezelmaterialen die nodig zijn om eentraps en herbruikbare raketten te maken, sinds de jaren 90 van de vorige eeuw worden gebruikt in de ruimtevaarttechnologie. Sinds het begin van de jaren negentig heeft het Korona-project een lange weg van ontwikkeling afgelegd en is het aanzienlijk geëvolueerd, het behoeft geen betoog dat het aanvankelijk om een eenmalige raket ging. Tegelijkertijd werd het ontwerp van de toekomstige raket tijdens het evolutieproces zowel eenvoudiger als perfecter. Geleidelijk aan verlieten de ontwikkelaars van de raket het gebruik van vleugels en externe brandstoftanks, omdat ze tot het inzicht kwamen dat het belangrijkste materiaal van het herbruikbare raketlichaam koolstofvezel zou zijn.
In de nieuwste versie van de herbruikbare Korona-raket tot nu toe, nadert de massa 280-290 ton. Zo'n groot eentraps lanceervoertuig vereist een zeer efficiënte raketmotor met vloeibare stuwstof die draait op waterstof en zuurstof. In tegenstelling tot raketmotoren, die op afzonderlijke trappen zijn geplaatst, zou een dergelijke raketmotor met vloeibare stuwstof effectief moeten werken in verschillende omstandigheden en op verschillende hoogten, inclusief opstijgen en vliegen buiten de atmosfeer van de aarde. "Een gewone raketmotor met vloeibare stuwstof met Laval-mondstukken is alleen effectief op bepaalde hoogtebereiken", zeggen de Makeevka-ontwerpers. De gasstraal in dergelijke raketmotoren past zich "overboord" aan de druk aan; bovendien behouden ze hun efficiëntie zowel aan het aardoppervlak als vrij hoog in de stratosfeer.
RN "Korona" in orbitale vlucht met een gesloten laadruimte, render
Tot dusverre in de wereld bestaat er echter eenvoudigweg geen werkende motor van dit type, hoewel ze actief zijn ontwikkeld in de USSR en de VS. Experts zijn van mening dat de herbruikbare draagraket van Korona moet worden uitgerust met een modulaire versie van de motor, waarbij het wigvormige luchtmondstuk het enige element is dat momenteel geen prototype heeft en niet in de praktijk is getest. Tegelijkertijd heeft Rusland zijn eigen technologen in de productie van moderne composietmaterialen en onderdelen daarvan. Hun ontwikkeling en toepassing zijn vrij succesvol betrokken, bijvoorbeeld in JSC "Composite" en het All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM).
Voor een veilige vlucht in de atmosfeer van de aarde wordt de koolstofvezelstructuur van de Korona beschermd door een hittewerende tegel, die eerder bij VIAM werd ontwikkeld voor het Buran-ruimtevaartuig en sindsdien een aanzienlijk ontwikkelingstraject heeft doorlopen. "De belangrijkste warmtebelasting op de Korona zal geconcentreerd zijn op de boeg, waar thermische beschermingselementen voor hoge temperaturen worden gebruikt", merken de ontwerpers op. “Tegelijk hebben de uitlopende zijkanten van het lanceervoertuig een grotere diameter en staan ze onder een scherpe hoek met de luchtstroom. De thermische belasting van deze elementen is minder, en dit stelt ons op zijn beurt in staat om lichtere materialen te gebruiken. Hierdoor wordt een gewichtsbesparing van circa 1,5 ton bereikt. De massa van het hogetemperatuurgedeelte van de raket is niet groter dan 6 procent van de totale massa van de thermische beveiliging voor de Korona. Ter vergelijking: de spaceshuttle was goed voor meer dan 20 procent."
De slanke, taps toelopende vorm van de herbruikbare raket is het resultaat van veel vallen en opstaan. Volgens de ontwikkelaars hebben ze tijdens het werken aan het project honderden verschillende opties beoordeeld en geëvalueerd. "We hebben besloten om de vleugels, zoals die van de Space Shuttle of van het Buran-ruimtevaartuig, volledig te verlaten", zeggen de ontwikkelaars. - Over het algemeen, in de bovenste lagen van de atmosfeer, interfereren de vleugels alleen met het ruimtevaartuig. Dergelijke ruimteschepen komen met hypersonische snelheid de atmosfeer binnen, niet beter dan een "ijzer", en alleen met supersonische snelheid gaan ze over op horizontale vlucht, waarna ze volledig kunnen vertrouwen op de aerodynamica van de vleugels."
De conische assymmetrische vorm van de raket maakt het niet alleen mogelijk om hittebescherming te vergemakkelijken, maar ook om hem te voorzien van goede aerodynamische eigenschappen bij hoge vliegsnelheden. Al in de bovenste lagen van de atmosfeer ontvangt de "Korona" een hefkracht, waardoor de raket niet alleen kan vertragen, maar ook manoeuvres kan maken. Hierdoor kan het lanceervoertuig op grote hoogte manoeuvreren wanneer het naar de landingsplaats vliegt; in de toekomst hoeft het alleen het remproces te voltooien, zijn koers te corrigeren, naar achteren te draaien met behulp van kleine manoeuvreermotoren en op de grond te landen.
Het probleem met het project is dat Korona nog steeds wordt ontwikkeld in omstandigheden met onvoldoende financiering of volledige afwezigheid. Momenteel heeft de Makeyev SRC alleen een conceptontwerp over dit onderwerp voltooid. Volgens de gegevens die zijn aangekondigd tijdens de XLII Academic Readings on Cosmonautics in 2018, zijn haalbaarheidsstudies uitgevoerd naar het project voor de creatie van het Korona-draagraket en is een effectief raketontwikkelingsschema opgesteld. De noodzakelijke voorwaarden voor de creatie van een nieuw draagraket zijn onderzocht en de vooruitzichten en resultaten van zowel het ontwikkelingsproces als de toekomstige werking van de nieuwe raket zijn geanalyseerd.
Na de nieuwsuitbarsting over het Crown-project in 2017 en 2018, volgt opnieuw stilte… De vooruitzichten van het project en de uitvoering ervan zijn nog onduidelijk. Ondertussen gaat SpaceX in de zomer van 2019 een testexemplaar presenteren van zijn nieuwe herbruikbare Big Falcon Rocket (BFR). Het kan vele jaren duren van het maken van een testmonster tot een volwaardige raket, wat de betrouwbaarheid en prestaties zal bevestigen, maar voor nu kunnen we stellen: Elon Musk en zijn bedrijf maken dingen die met de handen kunnen worden gezien en aangeraakt. Tegelijkertijd zou Roskosmos, volgens premier Dmitri Medvedev, moeten stoppen met projecteren en praten over waar we in de toekomst naartoe zullen vliegen. Je moet minder praten en meer doen.
