Herbruikbaar raket- en ruimtesysteem op de lanceerplaats. Grafische afbeeldingen van het onderzoeksinstituut op hoge temperatuur
De basis van de moderne Russische kosmonautiek zijn de Sojoez- en Proton-raketten, die in het midden van de vorige eeuw zijn gemaakt. Bijna alles wat vanuit Russische kosmodromen de ruimte in wordt gelanceerd, wordt door deze betrouwbare, maar redelijk verouderde machines in een baan om de aarde gebracht. Om de raketvloot te vernieuwen en de onvoorwaardelijke toegang van Rusland tot alle segmenten van ruimteactiviteit te verzekeren, gaat het nieuwste Angara-raketcomplex het stadium van vliegtesten in. Dit is misschien wel het enige ruimteraketcomplex ter wereld met een breed scala aan mogelijkheden om ruimtevaartuigen met een gewicht van 4 tot 26 ton de ruimte in te brengen.
Super zware principes
De Sojoez- en Angara-raketten zullen in de nabije toekomst voorzien in de behoefte aan ruimtevoertuigen, maar hun draagvermogen is onvoldoende om de problemen van het verkennen van de maan, Mars en andere planeten van het zonnestelsel op te lossen. Bovendien bemoeilijken ze de ecologische situatie in de Amoer-regio omdat hun verbruikte stadia ofwel in de Amoer-taiga of in het watergebied van de Zee van Okhotsk zullen vallen. Het is duidelijk dat deze situatie wordt gedwongen, het is een betaling voor het waarborgen van de ruimtesoevereiniteit van Rusland. Wat zal deze betaling zijn als er wordt besloten om superzware raketten te maken voor bemande vluchten naar de maan?
Er zijn al dergelijke raketten in onze geschiedenis geweest: Energia en N-1. De basisprincipes van een superzware raket zijn meer dan 50 jaar geleden vastgelegd en geïmplementeerd, dus er is alleen geld nodig om het te maken. En als er voor de derde keer een superzware raket wordt gemaakt, zal er jaarlijks nog eens 320 ton metaalafval met brandstofresten worden verzameld in de Amoer-regio.
De wens om raketten milieuvriendelijk en kosteneffectief te maken heeft geleid tot het idee om de eerste trappen van raketten terug te brengen naar de lanceerplaats en ze opnieuw te gebruiken. Nadat de toegewezen tijd is berekend, moeten de treden in de atmosfeer afdalen en als het vliegtuig terugkeert naar de lanceerplaats. Volgens dit principe zal het herbruikbare raket- en ruimtesysteem (MRKS) worden bediend.
MRKS zoals het is
Het herbruikbare raket- en ruimtesysteem werd in 2011 op de Moscow Aerospace Show gepresenteerd aan specialisten en het publiek. Het systeem bestaat uit vier herbruikbare draagraketten (MRN) met herbruikbare raketassemblages (VRB). Het hele scala aan MRN's met een draagvermogen van 25 tot 70 ton kan worden gecompleteerd door verschillende combinaties van twee hoofdmodules: de eerste module is een herbruikbare raketeenheid (eerste trap), de tweede module is een tweede wegwerprakettrap.
In een configuratie met een draagvermogen tot 25 ton (één VRB en één module van de 2e trap), kan de herbruikbare raket alle moderne en veelbelovende bemande en onbemande ruimtevaartuigen lanceren. Met een afmeting van 35 ton (twee VRB's en één module van de 2e trap), maakt de MRN het mogelijk om twee telecommunicatiesatellieten per lancering in een baan om de aarde te lanceren, modules van veelbelovende orbitale stations de ruimte in te brengen en zware automatische stations te lanceren, die zullen worden gebruikt bij de eerste fase van maanverkenning en verkenning van Mars.
Een belangrijk voordeel van de MRN is de mogelijkheid om gepaarde lanceringen uit te voeren. Om twee moderne telecommunicatiesatellieten te lanceren met behulp van de Angara-raket, is het noodzakelijk om tien raketmotoren aan te schaffen ter waarde van 240 miljoen roebel elk. elk. Bij het lanceren van twee dezelfde satellieten met behulp van de MRN, wordt slechts één motor verbruikt, waarvan de kosten worden geschat op 400 miljoen roebel. Kostenbesparing voor motoren alleen al is 600%!
De eerste studies van de herstelbare raketeenheid werden aan het begin van de eeuw uitgevoerd en gepresenteerd op de lucht- en ruimtevaartshow van Le Bourget in de vorm van een mock-up van de Baikal-reentry-fase.
Later, in de voorlopige ontwerpfase, werd gewerkt aan de selectie van brandstofcomponenten, het oplossen van de problemen van thermische verwarming, automatische landing en vele andere problemen. Er zijn tientallen VRB-varianten in detail geanalyseerd, er is een grondige technische en economische analyse uitgevoerd, waarbij rekening is gehouden met verschillende scenario's voor de ontwikkeling van de binnenlandse kosmonautiek. Als resultaat werd een variant van de MRKS bepaald, die het meest voldoet aan het geheel van moderne en kansrijke taken.
Landing van een herbruikbaar draagraket met herbruikbare raketeenheden. Grafische afbeeldingen van het onderzoeksinstituut op hoge temperatuur
Op blauw gas
Er werd voorgesteld om het probleem van een herbruikbare motor op te lossen door vloeibaar aardgas (LNG) als brandstof te gebruiken. Aardgas is een goedkope, milieuvriendelijke brandstof die het meest geschikt is voor gebruik in herbruikbare motoren. Dit werd bevestigd door het Khimmash Design Bureau genoemd naar A. M. Isaev in september 2011, toen 's werelds eerste raketmotor op aardgas met vloeibare stuwstof werd getest. De motor heeft meer dan 3000 seconden gelopen, wat overeenkomt met 20 starts. Na demontage en onderzoek van de staat van de units, werden alle nieuwe technische ideeën bevestigd.
Er werd voorgesteld om het probleem van het verwarmen van de structuur op te lossen door de optimale trajecten te kiezen waarin warmtestromen intense verwarming van de structuur uitsluiten. Dit elimineert de noodzaak voor dure thermische beveiliging.
Er werd voorgesteld om het probleem van het automatisch landen van twee VRB's en de integratie ervan in het Russische luchtruim op te lossen door het GLONASS-navigatiesysteem en een automatisch afhankelijk bewakingssysteem, dat niet werd gebruikt in raketten, in de controlelus op te nemen.
Rekening houdend met de technische complexiteit en nieuwheid van de apparatuur die wordt gemaakt, op basis van binnen- en buitenlandse ervaring, wordt de noodzaak van het maken van een vluchtdemonstrator, een verkleinde kopie van de VRB, onderbouwd. De demonstrator kan zonder speciale voorbereiding voor productie worden vervaardigd en uitgerust met alle standaard boordsystemen. Met een dergelijk vliegtuig kunnen alle belangrijke technische oplossingen die in een product op ware grootte zijn verwerkt, in reële vliegomstandigheden worden getest, waardoor de technische en financiële risico's bij het maken van een standaardproduct worden verminderd.
De kosten van de demonstrator kunnen worden gerechtvaardigd vanwege zijn unieke vermogen om objecten met een gewicht van meer dan 10 ton te lanceren naar een hoogte van 80 km langs een ballistische baan, ze te versnellen tot een snelheid die 7 keer hoger is dan de geluidssnelheid en terug te keren naar de vliegveld voor een tweede lancering. Een herbruikbaar product dat op zijn basis is gemaakt, kan van groot belang zijn, niet alleen voor de ontwikkelaars van hypersonische vliegtuigen.
De filosofie van flexibiliteit
De eerste trap is het grootste en duurste onderdeel van de raket. Door de productie van deze trappen te verminderen vanwege het herhaalde gebruik ervan, is het mogelijk om de kosten van federale agentschappen voor het lanceren van ruimtevaartuigen aanzienlijk te verlagen. Voorlopige schattingen tonen aan dat voor de succesvolle implementatie van alle bestaande en veelbelovende ruimteprogramma's, inclusief de levering van onbemande stations naar de maan en Mars, het voldoende is om een vloot van slechts 7-9 terugkeerraketblokken te hebben.
De MRCS heeft een filosofie van flexibiliteit in relatie tot de conjunctuur van het ruimteprogramma. Na het creëren van een MRN met een draagvermogen van 25 tot 35 ton, krijgt Roskosmos een systeem dat de problemen van vandaag en de nabije toekomst effectief zal oplossen. Als het nodig is om zwaardere voertuigen in te zetten voor vluchten naar de maan of Mars, heeft de klant een MRN met een draagvermogen tot 70 ton, waarvan de creatie geen noemenswaardige kosten met zich meebrengt.
Het enige programma waarvoor de MRKS niet geschikt is, is het programma van bemande vluchten naar Mars. Maar deze vluchten zijn technisch niet haalbaar in de nabije toekomst.
Vandaag is er een fundamenteel belangrijke vraag over de vooruitzichten voor de ontwikkeling van draagraketten. Wat te creëren: een superzware wegwerpraket, die alleen in de Lunar- en Martian-programma's zal worden gebruikt en, als ze worden beëindigd, worden de kosten weer afgeschreven; of om een MRCS te creëren, die niet alleen de implementatie van de huidige lanceringsprogramma's mogelijk maakt tegen een prijs die anderhalf keer lager is dan vandaag, maar die ook met minimale aanpassingen kan worden gebruikt in het Lunar-programma en het Mars-verkenningsprogramma?
