Oggi molti di noi conoscono, o almeno hanno sentito parlare, della famiglia di veicoli di lancio parzialmente riutilizzabili della società privata SpaceX. Grazie al successo dell'azienda, nonché alla personalità del fondatore, Elon Musk, che spesso diventa lui stesso l'eroe di feed di notizie, razzi Falcon 9, SpaceX e voli spaziali in generale non lasciano le pagine della stampa internazionale. Allo stesso tempo, la Russia ha avuto e ha ancora i propri sviluppi e progetti non meno interessanti di missili riutilizzabili, di cui si sa molto meno. La risposta alla domanda perché questo sta accadendo è ovvia. I razzi di Ilona Mask volano regolarmente nello spazio e i razzi russi riutilizzabili e parzialmente riutilizzabili sono finora solo progetti, disegni e bellissime immagini nelle presentazioni.
Lanci spaziali oggi
Al giorno d'oggi, possiamo tranquillamente affermare che Roskosmos a un certo punto ha mancato il tema dei missili riutilizzabili, avendo tra le mani sviluppi e progetti che erano in anticipo di diversi anni rispetto ad altri paesi. Tutti i progetti di missili riutilizzabili russi non sono mai stati completati, non realizzati in metallo. Ad esempio, il veicolo di lancio Korona riutilizzabile a stadio singolo, sviluppato dal 1992 al 2012, non è mai stato portato alla sua logica conclusione. Stiamo già vedendo il risultato di questo errore di calcolo nello sviluppo. La Russia ha seriamente perso le sue posizioni nel mercato dei lanci spaziali commerciali con l'avvento del razzo americano Falcon 9 e delle sue varianti, ed è anche seriamente inferiore in termini di numero di lanci spaziali effettuati all'anno. Alla fine del 2018, Roscosmos ha riferito di 20 lanci spaziali (uno non riuscito), mentre nell'aprile 2018, in un'intervista a TASS, il capo di Roscosmos, Igor Komarov, ha affermato che si prevede di effettuare 30 lanci spaziali da parte del fine anno. Leader alla fine dello scorso anno era la Cina, che ha effettuato 39 lanci spaziali (uno senza successo), al secondo posto gli Stati Uniti con 31 lanci spaziali (nessuno fallito).
Parlando dei moderni voli spaziali, è necessario capire che nel costo totale del lancio di un moderno veicolo di lancio (LV), la principale voce di spesa è il razzo stesso. Il suo corpo, i serbatoi di carburante, i motori: tutto questo vola via per sempre, brucia negli strati densi dell'atmosfera, è chiaro che tali spese irrecuperabili trasformano qualsiasi lancio di un veicolo di lancio in un piacere molto costoso. Non la manutenzione degli spazioporti, non il carburante, non il lavoro di assemblaggio prima del lancio, ma il prezzo del veicolo di lancio stesso, è la principale voce di spesa. Un prodotto tecnologico molto complesso del pensiero ingegneristico viene utilizzato per pochi minuti, dopodiché viene completamente distrutto. Naturalmente, questo è vero per i razzi usa e getta. L'idea di utilizzare veicoli di lancio recuperabili si propone qui da sola, come una reale possibilità di ridurre il costo di ogni lancio spaziale. In questo caso anche la restituzione del solo primo stadio riduce il costo di ogni lancio.
Atterraggio del primo stadio a rendere del veicolo di lancio Falcon 9
È uno schema simile che è stato implementato dal miliardario americano Elon Musk, rendendo recuperabile il primo stadio del pesante veicolo di lancio Falcon 9. Mentre il primo stadio di questi missili è parzialmente recuperabile, alcuni tentativi di atterraggio falliscono, ma il numero di gli atterraggi falliti sono scesi quasi a zero nel 2017 e nel 2018. Ad esempio, l'anno scorso si è verificato un solo fallimento ogni 10 atterraggi riusciti della prima fase. Allo stesso tempo, anche SpaceX ha aperto il nuovo anno con un atterraggio di successo del primo stadio. L'11 gennaio 2019, il primo stadio del razzo Falcon 9 è atterrato con successo su una piattaforma galleggiante, inoltre è stato riutilizzato e in precedenza ha lanciato in orbita il satellite per le comunicazioni Telestar 18V nel settembre 2018. Al giorno d'oggi, tali primi stadi a rendere sono già un fatto compiuto. Ma quando i rappresentanti della compagnia spaziale privata americana hanno parlato solo del loro progetto, molti esperti hanno dubitato della possibilità della sua implementazione di successo.
Nella realtà di oggi, il primo stadio di un razzo Falcon 9 di classe pesante in alcuni lanci può essere utilizzato in una versione di rientro. Portando il secondo stadio del razzo ad un'altezza sufficiente, si separa da esso ad un'altitudine di circa 70 chilometri, lo sgancio avviene circa 2,5 minuti dopo il lancio del veicolo di lancio (il tempo dipende dalle specifiche attività di lancio). Dopo la separazione dal LV, il primo stadio, utilizzando il sistema di controllo dell'assetto installato, esegue una piccola manovra, evitando la fiamma dei motori del secondo stadio in funzione, e fa girare i motori in avanti in preparazione delle tre principali manovre di frenata. Durante l'atterraggio, il primo stadio utilizza i propri motori per la frenata. Vale la pena notare che la fase di ritorno impone le proprie restrizioni al lancio. Ad esempio, il carico utile massimo di un razzo Falcon 9 è ridotto del 30-40 percento. Ciò è dovuto alla necessità di riservare carburante per la frenata e il successivo atterraggio, nonché il peso aggiuntivo dell'attrezzatura di atterraggio installata (timoni a traliccio, supporti di atterraggio, elementi del sistema di controllo, ecc.).
I successi degli americani e la grande serie di lanci di successo non sono passati inosservati nel mondo, il che ha provocato una serie di dichiarazioni sull'inizio di progetti che utilizzano la riutilizzabilità parziale dei razzi, incluso il ritorno dei booster laterali e il primo stadio di ritorno sulla Terra. Su questo punto hanno parlato anche i rappresentanti di Roscosmos. La società ha iniziato a parlare della ripresa dei lavori per la creazione di missili riutilizzabili in Russia all'inizio del 2017.
Veicolo di lancio "Korona" - vista generale
Razzo Korona riutilizzabile e progetti precedenti
Vale la pena notare che l'idea di missili riutilizzabili è stata studiata in Unione Sovietica. Dopo il crollo del paese, questo argomento non è scomparso, il lavoro in questa direzione è continuato. Hanno iniziato molto prima di quanto Elon Musk ne avesse appena parlato. Ad esempio, i blocchi del primo stadio del razzo sovietico super pesante Energia dovevano essere restituiti, ciò era necessario per motivi economici e per l'implementazione della risorsa dei motori RD-170, progettati per almeno 10 voli.
Meno noto è il progetto del veicolo di lancio Rossiyanka, sviluppato dagli specialisti dell'Academician V. P. Makeev State Rocket Center. Questa impresa è nota principalmente per i suoi sviluppi militari. Ad esempio, è stato qui che è stata creata la maggior parte dei missili balistici domestici destinati all'armamento dei sottomarini, compresi i missili balistici R-29RMU Sineva attualmente in servizio con la flotta sottomarina russa.
Secondo il progetto, il Rossiyanka era un veicolo di lancio a due stadi, il primo dei quali era riutilizzabile. Essenzialmente la stessa idea degli ingegneri di SpaceX, ma qualche anno prima. Il razzo avrebbe dovuto lanciare 21,5 tonnellate di carico in un'orbita di riferimento bassa - indicatori vicini al razzo Falcon 9. Il ritorno del primo stadio doveva avvenire lungo una traiettoria balistica dovuta al reinserimento dei motori dello stadio standard. Se necessario, la capacità di carico del razzo potrebbe essere aumentata a 35 tonnellate. Il 12 dicembre, il Makeyev SRC ha presentato il suo nuovo razzo al concorso Roscosmos per lo sviluppo di veicoli di lancio riutilizzabili, ma l'ordine per la creazione di tali dispositivi è andato ai concorrenti del Centro spaziale di ricerca e produzione statale di Khrunichev con il Baikal-Angara progetto. Molto probabilmente, gli specialisti del Makeev SRC avrebbero avuto la competenza per realizzare il loro progetto, ma senza un'attenzione e un finanziamento sufficienti era impossibile.
Il progetto Baikal-Angara era ancora più ambizioso: era una versione aeronautica del primo stadio di ritorno sulla Terra. Era previsto che dopo aver raggiunto l'altezza impostata del compartimento, un'ala speciale si aprisse nella prima fase e poi volasse lungo un aereo con un atterraggio in un aeroporto convenzionale con il carrello di atterraggio esteso. Tuttavia, un tale sistema in sé non è solo molto complesso, ma anche costoso. I suoi indiscutibili meriti includevano il fatto che poteva tornare da una distanza maggiore. Purtroppo il progetto non è mai stato realizzato, a volte viene ancora ricordato, ma niente di più.
Ora il mondo sta pensando a veicoli di lancio completamente riutilizzabili. Elon Musk ha annunciato il progetto Big Falcon Rocket. Un tale razzo dovrebbe ricevere un'architettura a due stadi insolita per la moderna cosmonautica; il suo secondo stadio è un tutt'uno con un veicolo spaziale, che può essere cargo o passeggero. È previsto che il primo stadio di Superheavy ritorni sulla Terra, eseguendo un atterraggio verticale al cosmodromo attraverso l'uso dei suoi motori, questa tecnologia è già stata perfettamente sviluppata dagli ingegneri di SpaceX. Il secondo stadio del razzo, insieme a un veicolo spaziale (in effetti, questo è un veicolo spaziale per vari scopi), che è stato chiamato Starship, entrerà nell'orbita terrestre. Il secondo stadio avrà anche abbastanza carburante per decelerare negli strati densi dell'atmosfera dopo aver completato una missione spaziale e atterrare su una piattaforma offshore.
Vale la pena notare che anche SpaceX non ha un palmo in una tale idea. In Russia, il progetto di un veicolo di lancio riutilizzabile è stato sviluppato dagli anni '90. E ancora, hanno lavorato al progetto presso lo State Rocket Center intitolato all'accademico V. P. Makeev. Il progetto del razzo russo riutilizzabile ha il bel nome "Korona". Roscosmos ha ricordato questo progetto nel 2017, dopo di che sono seguiti vari commenti sulla ripresa di questo progetto. Ad esempio, nel gennaio 2018, la Rossiyskaya Gazeta ha pubblicato la notizia che la Russia aveva ripreso a lavorare su un razzo spaziale riutilizzabile. Riguardava il veicolo di lancio Korona.
A differenza del razzo americano Falcon-9, il russo Korona non ha stadi rimovibili; infatti, è un singolo veicolo spaziale a decollo e atterraggio morbido. Secondo Vladimir Degtyar, progettista generale del Makeyev SRC, questo progetto dovrebbe aprire la strada all'implementazione di voli interplanetari con equipaggio a lunga distanza. Si prevede che il principale materiale strutturale del nuovo razzo russo sarà la fibra di carbonio. Allo stesso tempo, la "Korona" è progettata per lanciare veicoli spaziali in orbite terrestri basse con un'altitudine da 200 a 500 chilometri. La massa del veicolo di lancio è di circa 300 tonnellate. La massa del carico utile in uscita va da 7 a 12 tonnellate. Il decollo e l'atterraggio della "Korona" dovrebbero avvenire utilizzando strutture di lancio semplificate, inoltre, è in fase di elaborazione l'opzione di lanciare un razzo riutilizzabile da piattaforme offshore. Il nuovo veicolo di lancio potrà utilizzare la stessa piattaforma per il decollo e l'atterraggio. Il tempo di preparazione del razzo per il prossimo lancio è solo di circa un giorno.
Va notato che i materiali in fibra di carbonio necessari per creare razzi monostadio e riutilizzabili sono stati utilizzati nella tecnologia aerospaziale dagli anni '90 del secolo scorso. Dall'inizio degli anni '90, il progetto Korona ha percorso una lunga strada di sviluppo e si è evoluto in modo significativo, inutile dire che inizialmente si trattava di un razzo occasionale. Allo stesso tempo, nel processo di evoluzione, il design del futuro razzo è diventato sia più semplice che perfetto. A poco a poco, gli sviluppatori del razzo hanno abbandonato l'uso di ali e serbatoi di carburante esterni, dopo aver compreso che il materiale principale del corpo del razzo riutilizzabile sarebbe la fibra di carbonio.
Nell'ultima versione del razzo riutilizzabile Korona fino ad oggi, la sua massa si avvicina alle 280-290 tonnellate. Un così grande veicolo di lancio a stadio singolo richiede un motore a razzo a propellente liquido altamente efficiente che funziona con idrogeno e ossigeno. A differenza dei motori a razzo, che sono posizionati su stadi separati, un tale motore a razzo a propellente liquido dovrebbe funzionare efficacemente in varie condizioni ea diverse altitudini, compreso il decollo e il volo al di fuori dell'atmosfera terrestre. "Un normale motore a razzo a propellente liquido con ugelli Laval è efficace solo a determinati intervalli di altitudine", affermano i progettisti Makeevka. Il getto di gas in tali motori a razzo si adatta alla pressione "fuori bordo"; inoltre, mantengono la loro efficienza sia sulla superficie della Terra che piuttosto in alto nella stratosfera.
RN "Korona" in volo orbitale con vano di carico chiuso, render
Tuttavia, finora nel mondo semplicemente non esiste un motore funzionante di questo tipo, sebbene siano stati attivamente sviluppati in URSS e negli Stati Uniti. Gli esperti ritengono che il veicolo di lancio riutilizzabile Korona dovrebbe essere dotato di una versione modulare del motore, in cui l'ugello dell'aria a cuneo è l'unico elemento che attualmente non ha un prototipo e non è stato testato nella pratica. Allo stesso tempo, la Russia ha i propri tecnologi nella produzione di moderni materiali compositi e parti da essi. Il loro sviluppo e applicazione sono impegnati con successo, ad esempio, in JSC "Composite" e nell'Istituto russo dei materiali per l'aviazione (VIAM).
Per un volo sicuro nell'atmosfera terrestre, la struttura in fibra di carbonio del Korona sarà protetta da una piastrella termoisolante, che è stata precedentemente sviluppata presso VIAM per la navicella spaziale Buran e da allora ha attraversato un significativo percorso di sviluppo. "Il principale carico termico sulla Korona sarà concentrato sulla sua prua, dove vengono utilizzati elementi di protezione termica ad alta temperatura", osservano i progettisti. “Allo stesso tempo, i lati svasati del veicolo di lancio hanno un diametro maggiore e si trovano ad angolo acuto rispetto al flusso d'aria. Il carico termico su questi elementi è inferiore e questo, a sua volta, ci consente di utilizzare materiali più leggeri. Di conseguenza, si ottiene un risparmio di circa 1,5 tonnellate di peso. La massa della parte ad alta temperatura del razzo non supera il 6% della massa totale della protezione termica per il Korona. Per fare un confronto, la navetta spaziale ha rappresentato oltre il 20 percento".
La forma elegante e affusolata del razzo riutilizzabile è il risultato di molti tentativi ed errori. Secondo gli sviluppatori, mentre lavoravano al progetto, hanno esaminato e valutato centinaia di opzioni diverse. "Abbiamo deciso di abbandonare completamente le ali, come quelle dello Space Shuttle o della navicella Buran", affermano gli sviluppatori. - In generale, quando negli strati superiori dell'atmosfera, le ali interferiscono solo con il veicolo spaziale. Tali astronavi entrano nell'atmosfera a una velocità ipersonica non migliore di un "ferro", e solo a velocità supersonica passano al volo orizzontale, dopo di che possono fare completamente affidamento sull'aerodinamica delle ali ".
La forma conica assialsimmetrica del razzo consente non solo di facilitare la protezione dal calore, ma anche di fornirgli buone qualità aerodinamiche quando si muove ad alte velocità di volo. Già negli strati superiori dell'atmosfera, la "Corona" riceve una forza di sollevamento, che consente al razzo non solo di rallentare, ma anche di effettuare manovre. Ciò consente al veicolo di lancio di manovrare ad alta quota quando si vola verso il sito di atterraggio; in futuro, deve solo completare il processo di frenata, correggere la sua rotta, girare a poppa verso il basso utilizzando piccoli motori di manovra e atterrare a terra.
Il problema con il progetto è che Korona è ancora in fase di sviluppo in condizioni di finanziamenti insufficienti o della sua completa assenza. Attualmente, Makeyev SRC ha completato solo una bozza di progetto su questo argomento. Secondo i dati annunciati durante le XLII Academic Readings on Cosmonautics nel 2018, sono stati condotti studi di fattibilità sul progetto per la creazione del Korona LV ed è stato redatto un programma di sviluppo efficace del razzo. Sono state studiate le condizioni necessarie per la creazione di un nuovo veicolo di lancio e sono state analizzate le prospettive ei risultati sia del processo di sviluppo che del funzionamento futuro del nuovo razzo.
Dopo l'esplosione di notizie sul progetto Korona nel 2017 e nel 2018, torna il silenzio… Le prospettive del progetto e della sua attuazione non sono ancora chiare. Nel frattempo, SpaceX presenterà un campione di prova del suo nuovo Big Falcon Rocket (BFR) riutilizzabile nell'estate del 2019. Potrebbero volerci molti anni dalla creazione di un campione di prova a un vero e proprio razzo, che confermerà la sua affidabilità e prestazioni, ma per ora possiamo affermare che Elon Musk e la sua compagnia stanno facendo cose che possono essere viste e toccate con le mani. Allo stesso tempo, Roskosmos, secondo il primo ministro Dmitry Medvedev, dovrebbe terminare la sua proiezione e parlare di dove voleremo in futuro. Devi parlare di meno e fare di più.
