Razzo riutilizzabile e sistema spaziale presso il sito di lancio. Grafica dell'istituto di ricerca ad alta temperatura
La base della moderna cosmonautica russa sono i razzi Soyuz e Proton, creati a metà del secolo scorso. Quasi tutto ciò che viene lanciato nello spazio dai cosmodromi russi viene messo in orbita da queste macchine affidabili, ma abbastanza obsolete. Al fine di rinnovare la flotta missilistica e garantire l'accesso incondizionato della Russia a tutti i segmenti dell'attività spaziale, il nuovissimo complesso missilistico di Angara sta entrando nella fase dei test di volo. Questo è forse l'unico complesso di razzi spaziali al mondo che ha una vasta gamma di capacità per la consegna di veicoli spaziali di peso compreso tra 4 e 26 tonnellate nello spazio.
Principi super pesanti
Le esigenze di veicoli spaziali nel prossimo futuro saranno soddisfatte dai razzi Soyuz e Angara, ma la loro capacità di carico è insufficiente per risolvere i problemi di esplorazione della Luna, di Marte e di altri pianeti del sistema solare. Inoltre, complicano la situazione ecologica nella regione dell'Amur perché le loro fasi trascorse cadranno nella taiga dell'Amur o nell'area acquatica del Mare di Okhotsk. È chiaro che questa situazione è forzata, è un pagamento per garantire la sovranità spaziale della Russia. Quale sarà questo pagamento se viene presa la decisione di creare razzi super pesanti per voli con equipaggio sulla luna?
Ci sono già stati missili simili nella nostra storia: Energia e N-1. I principi di base di un razzo super pesante sono stati stabiliti e implementati più di 50 anni fa, quindi sono necessari solo soldi per crearlo. E se viene creato un razzo super pesante per la terza volta, nella regione dell'Amur verranno accumulate annualmente ulteriori 320 tonnellate di rifiuti metallici con residui di carburante.
Il desiderio di realizzare razzi ecologici ed economici ha portato all'idea di restituire i primi stadi dei razzi al sito di lancio e riutilizzarli. Dopo aver calcolato il tempo assegnato, i gradini dovrebbero scendere nell'atmosfera e mentre l'aereo ritorna al sito di lancio. Secondo questo principio, verrà utilizzato il sistema spaziale e spaziale riutilizzabile (MRKS).
MRKS così com'è
Il razzo riutilizzabile e il sistema spaziale sono stati presentati agli specialisti e al pubblico al Moscow Aerospace Show nel 2011. Il sistema è costituito da quattro veicoli di lancio riutilizzabili (MRN) con gruppi missilistici riutilizzabili (VRB). L'intera gamma di MRN con una capacità di carico da 25 a 70 tonnellate può essere completata da varie combinazioni di due moduli principali: il primo modulo è un'unità a razzo riutilizzabile (primo stadio), il secondo modulo è un secondo stadio a razzo usa e getta.
In una configurazione con una capacità di carico fino a 25 tonnellate (un VRB e un modulo del 2° stadio), il razzo riutilizzabile può lanciare tutti i moderni e promettenti veicoli spaziali con e senza equipaggio. Nella dimensione di 35 tonnellate (due VRB e un modulo del 2° stadio), l'MRN consente di lanciare in orbita due satelliti per telecomunicazioni per lancio, consegnare nello spazio moduli di promettenti stazioni orbitali e lanciare pesanti stazioni automatiche, che saranno utilizzate al prima fase dell'esplorazione lunare e dell'esplorazione di Marte.
Un importante vantaggio dell'MRN è la capacità di eseguire lanci accoppiati. Per lanciare due moderni satelliti per telecomunicazioni utilizzando il razzo Angara, è necessario acquistare dieci motori a razzo del valore di 240 milioni di rubli ciascuno. ogni. Quando si lanciano due degli stessi satelliti utilizzando l'MRN, verrà consumato un solo motore, il cui costo è stimato in 400 milioni di rubli. Il risparmio sui soli motori è del 600%!
I primi studi dell'unità razzo recuperabile furono effettuati all'inizio del secolo e presentati alla mostra aerospaziale di Le Bourget sotto forma di un mock-up della fase di rientro del Baikal.
Successivamente, in fase di progettazione preliminare, si è lavorato sulla selezione dei componenti del carburante, risolvendo i problemi di riscaldamento termico, atterraggio automatico e molti altri problemi. Decine di varianti di VRB sono state analizzate in dettaglio, è stata condotta un'approfondita analisi tecnica ed economica, tenendo conto di vari scenari per lo sviluppo della cosmonautica domestica. Di conseguenza, è stata determinata una variante dell'MRKS, che soddisfa pienamente l'intera serie di compiti moderni e promettenti.
Atterraggio di un veicolo di lancio riutilizzabile con unità missilistiche riutilizzabili. Grafica dell'istituto di ricerca ad alta temperatura
Sul gas blu
È stato proposto di risolvere il problema di un motore riutilizzabile utilizzando il gas naturale liquefatto (GNL) come combustibile. Il gas naturale è un combustibile economico ed ecologico che è più adatto per l'uso in motori riutilizzabili. Ciò è stato confermato dal Khimmash Design Bureau intitolato ad A. M. Isaev nel settembre 2011, quando è stato testato il primo motore a razzo a gas naturale a propellente liquido. Il motore ha funzionato per più di 3000 secondi, che corrispondono a 20 avviamenti. Dopo averlo smontato ed esaminato le condizioni delle unità, tutte le nuove idee tecniche sono state confermate.
Si è proposto di risolvere il problema del riscaldamento della struttura scegliendo le traiettorie ottimali in cui i flussi di calore escludono un riscaldamento intenso della struttura. Ciò elimina la necessità di costose protezioni termiche.
È stato proposto di risolvere il problema di far atterrare automaticamente due VRB e di integrarli nello spazio aereo russo includendo il sistema di navigazione GLONASS e un sistema di sorveglianza dipendente automatico, che non è stato utilizzato nei razzi, nel circuito di controllo.
Tenendo conto della complessità tecnica e della novità dell'attrezzatura in fase di realizzazione, sulla base dell'esperienza nazionale ed estera, si sostanzia la necessità di realizzare un dimostratore di volo, che sia una copia ridotta del VRB. Il dimostratore può essere prodotto e dotato di tutti i sistemi di bordo standard senza alcuna preparazione speciale per la produzione. Un simile velivolo consentirà di testare in condizioni di volo reali tutte le principali soluzioni tecniche incorporate in un prodotto a grandezza naturale, riducendo i rischi tecnici e finanziari durante la creazione di un prodotto standard.
Il costo del dimostratore può essere giustificato dalla sua capacità unica di lanciare oggetti di peso superiore a 10 tonnellate a un'altitudine di 80 km lungo una traiettoria balistica, accelerandoli a una velocità superiore di 7 volte alla velocità del suono e tornando al aerodromo per un secondo lancio. Un prodotto riutilizzabile creato sulla sua base può essere di grande importanza non solo per gli sviluppatori di velivoli ipersonici.
La filosofia della flessibilità
Il primo stadio è la parte più grande e più costosa del razzo. Riducendo la produzione di queste fasi a causa del loro uso ripetuto, è possibile ridurre significativamente i costi delle agenzie federali per i lanci di veicoli spaziali. Stime preliminari mostrano che per l'implementazione di successo di tutti i programmi spaziali esistenti e promettenti, inclusa la consegna di stazioni senza equipaggio sulla Luna e su Marte, è sufficiente avere una flotta di soli 7-9 blocchi di razzi di rientro.
Il MRCS ha una filosofia di flessibilità in relazione alla congiuntura del programma spaziale. Avendo creato un MRN con una capacità di carico da 25 a 35 tonnellate, Roskosmos riceverà un sistema che risolverà efficacemente i problemi di oggi e del prossimo futuro. Se c'è la necessità di schierare veicoli più pesanti per i voli sulla Luna o su Marte, il cliente avrà a disposizione un MRN con una capacità di carico fino a 70 tonnellate, la cui realizzazione non richiede costi significativi.
L'unico programma per il quale il MRKS non è adatto è il programma di voli con equipaggio su Marte. Ma questi voli non sono tecnicamente fattibili nel prossimo futuro.
Oggi c'è una domanda di fondamentale importanza sulle prospettive di sviluppo dei veicoli di lancio. Cosa creare: un razzo super pesante usa e getta, che verrà utilizzato solo nei programmi Lunar e Martian e, se terminati, i costi verranno nuovamente ammortizzati; o per creare un MRCS, che non solo consentirà l'implementazione degli attuali programmi di lancio ad un prezzo una volta e mezzo inferiore rispetto ad oggi, ma potrà anche essere utilizzato con modifiche minime nel programma Lunar e nel programma di esplorazione di Marte?
