Кто не знает о многоразовых ракетах Илона Маска и о заявлениях Роскосмоса, что они не нужны. А теперь оказывается нужны. И самое забавное, что такие проекты уже давным-давно существуют.

Сейчас в космической индустрии многоразовые ракеты — это как новый тренд. Они стали неотъемлемой частью планов многих стран. В России, с её богатой космической историей, использование таких ракет стало бы настоящим прорывом. Зачем? Потому что это позволит не только сэкономить кучу денег, но и расширить возможности космических исследованиях.

Переход к использованию многоразовых ракет — буквально подарок небес. Обычные ракеты после запуска просто теряются, что обходится весьма дорого. Было бы здорово использовать их снова, не правда ли?

Так и подумал Илон Маск, и его SpaceX первая в мире стала использовать многоразовые ракеты. Правда, только одну ступень, но и это существенно снизило цену на пуски. Вместо того, чтобы выкидывать компоненты после каждого запуска, они просто используют их ещё раз.

А вот Россия эту фишку как-то профукала. Времена меняются, и многоразовость стала ключевым словом в космической гонке. .

И самое забавное, что Маск-то по сути ничего нового не сделал. Такие идеи существовали задолго до него: ещё в Советском Союзе велись работы по созданию многоразовых ракет.

Россиянка

Например, в планах было возвращать блоки первой ступени ракеты «Энергия». Это было важно как с экономической точки зрения, так и для эффективного использования двигателей РД-170, которые были рассчитаны на не менее чем 10 полётов. «Энергия II» (также называемая «Ураган») создавалась как полностью многоразовая. Конструкция позволяла возвращать все элементы системы «Энергия» — «Буран». Центральный блок «Урагана» должен был входить в атмосферу, планировать и садиться на обычный аэродром.

Или можно вспомнить про ракету «Россиянка» от Государственного ракетного центра имени академика В. П. Макеева. У неё, как и у Falcon 9 было две ступени, и одна из них многоразовая. Да ещё и в качестве топлива был метан + жидкий кислород.

Первая ступень должна была возвращаться на землю за счёт повторного включения двигателей. Заявленная грузоподъемность — 21,5 тонны.

Помимо этого предлагались варианты альтернативных видов топлива: жидкий кислород + керосин для первой ступени, и жидкий кислород + водород для второй (это позволило бы увеличить грузоподъемность до 35 тонн).

Роскосмосу проект представили в 2011 году, но конкурс выиграл «Байкал-Ангара».

Байкал-Ангара или Крыло-СВ

Основная идея этого проекта состоит в том, что первая ступень, отделившись от носителя, будет возвращаться обратно, как самолёт, а потом приземляться на посадочную полосу.

По совокупности показателей такая схема возвращаемой ступени была признана наиболее эффективной. Также учитывали опыт работ с «Бураном» и МАКСом (Многоцелевая авиационно-космическая система).

С 2019 году работу над «Байкалом-Ангарой» продолжили в проекте «Крыло-СВ» (СВ — ступень возвращаемая).

Для ступени специально разрабатывают посадочный двигатель «Вихрь». А от «Байкала» «Крыло-СВ» унаследовало конструкцию в виде складывающихся крыльев.

В зависимости от типа поверхности, на которую планируется посадка возвращаемой ступени, предусмотрено использование разного оборудования для шасси. Для аэродромов с взлётно-посадочной полосой — колеса, а для неровных грунтовых поверхностей — лыжи.

Чем вызвано такое решение? Ну, говорят, что такая технология для нашей территории подходит больше, чем вертикальная посадка.

По баллистическим расчётам, если мы стартуем с космодрома Восточный, место посадки ракетных блоков — граница Охотского моря и нашего дальневосточного берега, Хабаровского края. Это зона совершенно необжитая, и место, чтобы забрать наш ракетный модуль, представляется крайне сложным

В течение ближайших четырёх лет планируется создать дозвуковые демонстраторы, которые будут отрабатывать посадку. А вот гиперзвуковые демонстраторы будут тестировать гиперзвуковые режимы (до 6 чисел Маха).

Результатом этих исследований должен стать полнофункциональный демонстратор с ракетным двигателем, способный пройти полный цикл испытаний: от старта и подъёма на необходимую высоту до возвращения и успешной посадки.

Ракета будет иметь размеры шесть метров в длину и 0,8 метра в диаметре. Демонстратор ракеты будет размером в одну треть от оригинала.

Первый полноценный пуск планируют совершить на рубеже 2023 года с полигона Капустин Яр.

Корона

Помимо проекта «Крыло-СВ» у Роскосмоса есть (вернее, будет) ещё одна ракета — «Корона». А это что такое?

А это, между прочим, первая полностью многоразовая ракета. Ну, должна ею стать, в случае успеха.

Разработкой этой ракеты занимается Государственный ракетный центр имени академика В. П. Макеева. Проект «Короны» вёлся предприятием с 1992 по 2012 год, но из-за ограниченности финансирования работы пришлось приостановить.

И вот в 2017 году к нему решили вернуться. В отличие от той же Falcon-9 «Корона» — одноступенчатая ракета, и по сути это цельный аппарат, который может взлетать и садиться.

Корпус собираются сделать из углепластика, а в качестве топлива использовать водород + кислород. При этом ракета имеет стартовую массу 280—290 тонн и сможет выводить полезный груз массой 7–12 тонн на низкую околоземную орбиту.

И не только выводить, но и забирать что-нибудь с орбиты. Или проводить заправку или ремонт аппаратов в космосе. Всё потому, что отсек полезной нагрузки в «Короне» будет расположен в центральной части.

Помимо этого, конусообразный корпус при возвращении на Землю позволит маневрировать при помощи своей подъёмной силы и реактивных двигателей малой тяги.

Чтобы уберечь корпус при вхождении в плотные слои атмосферы, предусмотрена защита в виде керамических теплозащитных экранов, как на Буране.

От крыльев, как у Space Shuttle или на корабле «Буран», мы решили полностью отказаться. По большому счёту, при нахождении в верхних слоях атмосферы космическим кораблям крылья лишь мешают. В атмосферу на гиперзвуковой скорости такие космические корабли входят не лучше «утюга», и лишь на сверхзвуковой скорости они переходят к горизонтальному полёту, после чего и могут в полной мере опереться на аэродинамику крыльев

Разработчики ракеты из ГРЦ им. В. П. Макеева

Взлетать «Короны» будут с простых стартовых установок с взлётно-посадочной площадкой. А ещё там в кормовой части расположены специальные амортизаторы, которые помогают с запуском и посадкой. Такую ракету можно даже с морской платформы запустить.

Предполагается разработка одноступенчатого полностью многоразового средства выведения без промежуточных этапов. Ракета предназначена для выведения на низкие околоземные орбиты высотой от 200 до 500 км с наклонением до 110 градусов

Ракета сможет сделать не меньше 100 запусков, а через каждые 25 предусмотрена замена некоторых узлов и деталей.

Такой вот аналог Delta Clipper, получается.

Здесь важно понимать, что создание одноступенчатой ракеты затея весьма непростая. Недаром же таких эффективных решений до сих пор не придумали.

Вернее, создать такую можно, но её грузоподъемность будет крошечной по сравнению с общей стартовой массой. Многоступенчатые ракеты появились именно потому, что с увеличением высоты полета общая масса ракеты уменьшается за счет сбрасывания ненужных элементов, будь то ступени или боковые ускорители.

В случае с одноступенчатой конструкцией, общая масса практически не изменяется, так как уменьшается только вес используемого топлива. Но теперь, благодаря новым технологиями и использованию углепластиковых материалов, стартовая масса «Короны» будет значительно ниже.

И, кстати, «Корона» получит совершенно новый двигатель, который будет иметь тягу большую, чем у существующих сейчас образцов.

В сентябре в НПО «Энергомаш» им. академика В.П. Глушко, что входит в Госкорпорацию «Роскосмос», прошло заседание Научно-технического совета. Они обсудили результаты исследований этого самого маршевого двигателя.

На следующем этапе планируется создать модель двигателя на основе расчётных данных из НПО «Энергомаш» и протестировать её в газодинамической трубе Центрального аэрогидродинамического института.

Ведущий инженер-конструктор проектного отдела ГРЦ им. Макеева, Александр Вавилин сообщил, что для проведения лётных испытаний и пусковой эксплуатации этой ракеты потребуется менее 2 миллиардов рублей.

И если это действительно так, то ракета — серьезный конкурент современным одноразовым собратьям. Окупиться этот проект может в течение семи лет эксплуатации ракеты (при сохранении текущего уровня запусков) или даже за полтора года (если количество запусков будет расти).

Однако, несмотря на все перспективы, следует учитывать, что реализация такого амбициозного проекта требует финансов и высокой степени инженерной компетенции.

В целом, многоразовые ракеты нам крайне необходимы, и хорошо, что это наконец-то осознали и в самом Роскосмосе. Подобные проекты в случае их успеха откроют новые горизонты для российской космонавтики и, возможно, послужат важным вкладом в мировые космические исследования.

Источник: Ferra