Tuy nhiên, ngày nay, việc thâm nhập vào không gian sâu, được tuyên bố trong các chương trình vũ trụ tiên tiến của Nga và Mỹ, giống như các hoạt động trong không gian gần trái đất, gắn bó chặt chẽ với việc tạo ra các hệ thống vận tải đa chức năng, tiết kiệm và đáng tin cậy. Hơn nữa, chúng phải phù hợp để giải quyết một loạt các nhiệm vụ dân sự và quân sự. Rõ ràng, Nga nên chú ý đến việc tạo ra các phương tiện vận tải hạng nặng không gian có thể tái sử dụng.
Ngày nay, tư tưởng không gian của Nga cuối cùng đã định hướng lại cho các chuyến thám hiểm đường dài. Chúng ta đang nói về một cuộc thám hiểm mặt trăng theo từng giai đoạn - một chương trình đã không được quay lại trong 40 năm. Trong tương lai xa - các chuyến bay có người lái đến sao Hỏa. Trong trường hợp này, chúng ta sẽ không thảo luận về các chương trình nói trên, nhưng lưu ý rằng chúng ta không thể thực hiện nếu không có các phương tiện phóng hạng nặng có khả năng phóng hàng trăm tấn trọng tải vào quỹ đạo thấp.
Angara và Yenisei
Phương diện quân sự cũng không đi đến đâu. Yếu tố cơ bản của hệ thống phòng thủ tên lửa vũ trụ của Mỹ, vốn đã trở thành hiện thực, sẽ là một hệ thống vận tải có khả năng đưa nhiều nền tảng chiến đấu, vệ tinh quan sát và điều khiển lên quỹ đạo Trái đất. Nó cũng phải cung cấp cho việc phòng ngừa và sửa chữa những phương tiện này trực tiếp trong không gian.
Nói chung, một hệ thống tiềm năng năng lượng khổng lồ đã được thiết kế. Rốt cuộc, chỉ có một bệ tác chiến với laser hydro florua 60 megawatt có trọng lượng ước tính khoảng 800 tấn. Nhưng hiệu quả của vũ khí năng lượng định hướng chỉ có thể cao nếu nhiều nền tảng như vậy được triển khai trên quỹ đạo. Rõ ràng là tổng lượng hàng hóa luân chuyển của loạt "chiến tranh giữa các vì sao" tiếp theo sẽ lên tới hàng chục nghìn tấn, phải được chuyển đến không gian gần trái đất một cách có hệ thống. Nhưng đó không phải là tất cả.
Ngày nay, các tổ hợp trinh sát không gian đóng vai trò then chốt trong việc sử dụng vũ khí chính xác cao trên Trái đất. Điều này buộc cả Hoa Kỳ và Nga phải không ngừng gia tăng và cải thiện các nhóm quỹ đạo của họ. Hơn nữa, bản chất công nghệ cao của tàu vũ trụ đồng thời đòi hỏi phải cung cấp sửa chữa quỹ đạo của chúng.
Nhưng quay lại chủ đề mặt trăng. Vào cuối tháng 1, khi có kế hoạch nghiên cứu toàn diện về Mặt trăng với triển vọng triển khai một căn cứ có người ở ở đó, người đứng đầu tập đoàn vũ trụ trong nước Energia, Vitaly Lopota, đã nói về khả năng có một chuyến bay lên Mặt trăng từ quan điểm của các phương tiện phóng.
Việc gửi các chuyến thám hiểm lên Mặt trăng là không thể nếu không tạo ra các phương tiện phóng siêu nặng có tải trọng 74-140 tấn, trong khi tên lửa Proton mạnh nhất của Nga đưa 23 tấn lên quỹ đạo. “Để bay lên Mặt trăng và quay trở lại, bạn cần một lần phóng hai lần - hai tên lửa có sức chở 75 tấn, một lần phóng lên Mặt trăng và quay lại không hạ cánh là 130–140 tấn. Nếu chúng ta lấy một tên lửa nặng 75 tấn làm căn cứ, thì một sứ mệnh thực tế lên Mặt trăng với việc hạ cánh là một kế hoạch 8 lần phóng. Nếu tên lửa có sức chở dưới 75 tấn, như họ đề xuất - 25-30 tấn, thì sự phát triển của cả Mặt trăng sẽ trở nên vô lý”, Lopota nói, phát biểu tại Royal Readings tại Đại học Kỹ thuật Nhà nước Bauman Moscow.
Denis Lyskov, Quốc vụ khanh, Phó Giám đốc Roscosmos, đã nói về sự cần thiết phải có một tàu sân bay hạng nặng vào giữa tháng Năm. Ông cho biết hiện tại Roskosmos cùng với Viện Hàn lâm Khoa học Nga đang chuẩn bị một chương trình thám hiểm không gian, chương trình này sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong Chương trình Không gian Liên bang tiếp theo của Nga giai đoạn 2016–2025. “Để thực sự nói về chuyến bay lên mặt trăng, chúng ta cần một tàu sân bay hạng siêu nặng với sức chở khoảng 80 tấn. Hiện dự án này đang ở giai đoạn phát triển, sắp tới chúng tôi sẽ chuẩn bị các tài liệu cần thiết để trình lên chính phủ”, ông Lyskov nhấn mạnh.
Cho đến nay, tên lửa lớn nhất của Nga đang hoạt động là Proton, với trọng tải 23 tấn ở quỹ đạo thấp và 3,7 tấn ở quỹ đạo địa tĩnh. Nga hiện đang phát triển dòng tên lửa Angara có trọng tải từ 1,5 đến 35 tấn. Thật không may, việc tạo ra công nghệ này đã trở thành một công trình dài hạn thực sự và lần phóng đầu tiên đã bị hoãn lại trong nhiều năm, bao gồm cả do bất đồng với Kazakhstan. Dự kiến, "Angara" sẽ bay vào đầu mùa hè từ vũ trụ Plesetsk với cấu hình nhẹ. Theo người đứng đầu Roscosmos, có kế hoạch tạo ra một phiên bản Angara hạng nặng, có khả năng phóng trọng tải 25 tấn lên quỹ đạo thấp.
Nhưng những chỉ số như vậy, như chúng ta thấy, vẫn chưa đủ để thực hiện chương trình các chuyến bay liên hành tinh và thám hiểm không gian sâu. Tại Royal Readings, người đứng đầu Roscosmos, Oleg Ostapenko, nói rằng chính phủ đang chuẩn bị đề xuất phát triển một tên lửa siêu nặng có khả năng phóng hàng hóa nặng hơn 160 tấn lên quỹ đạo thấp. “Đây là một thách thức thực sự. Về mặt và số liệu cao hơn,”- Ostapenko nói.
Rất khó để nói bao lâu những kế hoạch này sẽ trở thành hiện thực. Tuy nhiên, ngành công nghiệp tên lửa trong nước có nguồn dự trữ nhất định để tạo ra các phương tiện vận tải vũ trụ hạng nặng. Vào cuối những năm 1980, người ta đã chế tạo được phương tiện phóng chất lỏng hạng nặng Energia, có khả năng phóng vật nặng lên tới 120 tấn vào quỹ đạo thấp. Nếu chúng ta nói về sự hồi sức hoàn toàn của chương trình này thì vẫn chưa cần thiết, thì chắc chắn đã có những thiết kế phác thảo của một tàu sân bay hạng nặng dựa trên Energia.
Phần chính của Energia có thể được sử dụng trên tên lửa mới - RD-0120 LPRE đang hoạt động thành công. Trên thực tế, dự án về một tên lửa hạng nặng sử dụng các động cơ này tồn tại tại Trung tâm Không gian Khrunichev, nơi đứng đầu tổ chức sản xuất phương tiện phóng hạng nặng duy nhất của chúng ta, Proton.
Chúng ta đang nói về hệ thống vận tải Yenisei-5, quá trình phát triển bắt đầu từ năm 2008. Người ta cho rằng tên lửa có chiều dài 75 mét sẽ được trang bị ở giai đoạn đầu với ba LPRE RD-0120 oxy-hydro, việc sản xuất chúng được đưa ra bởi Phòng Thiết kế Voronezh về Tự động hóa Hóa học vào năm 1976. Theo các chuyên gia của Trung tâm Khrunichev, sẽ không khó để khôi phục chương trình này, và trong tương lai có thể tái sử dụng các động cơ này.
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm rõ ràng, Yenisei ngày nay có một nhược điểm không thể tránh khỏi - kích thước. Thực tế là theo kế hoạch, tải trọng chính của các vụ phóng trong tương lai sẽ rơi vào sân bay vũ trụ Vostochny đang được xây dựng ở Viễn Đông. Trong mọi trường hợp, các tàu sân bay hứa hẹn hạng nặng và siêu nặng được cho là sẽ được đưa vào không gian từ đó.
Đường kính của giai đoạn đầu tiên của tên lửa Yenisei-5 là 4, 1 mét và không cho phép vận chuyển bằng đường sắt, ít nhất là không có thể tích đáng kể và hiện đại hóa cơ sở hạ tầng đường bộ rất tốn kém. Do các vấn đề về giao thông vận tải, đã có lúc người ta phải áp đặt các hạn chế về đường kính của các tầng chính của tên lửa Rus-M vẫn được giữ nguyên trên bảng vẽ.
Ngoài Trung tâm Không gian Khrunichev, Tập đoàn Tên lửa và Không gian Energia (RSC) cũng tham gia vào việc phát triển một tàu sân bay hạng nặng. Năm 2007, họ đề xuất một dự án về một phương tiện phóng sử dụng một phần cách bố trí của tên lửa Energia. Chỉ có trọng tải trong tên lửa mới được đặt ở phần trên chứ không phải trong thùng chứa bên như ở phiên bản tiền nhiệm.
Lợi ích và tính khả thi
Người Mỹ, tất nhiên, không phải là một sắc lệnh cho chúng tôi, nhưng phương tiện vận tải hạng nặng của họ, sự phát triển của nó đã đi vào giai đoạn gia đình, ngụ ý có thể tái sử dụng một phần. Mùa hè này, công ty tư nhân SpaceX dự kiến thực hiện vụ phóng đầu tiên của Falcon Heavy mới, tên lửa lớn nhất được phóng kể từ năm 1973. Đó là, kể từ thời điểm chương trình mặt trăng của Mỹ với việc phóng tàu sân bay khổng lồ Saturn-5, được tạo ra bởi cha đẻ của các phương tiện phóng của Mỹ, Wernher von Braun. Nhưng nếu tên lửa đó được thiết kế dành riêng cho việc cung cấp các chuyến thám hiểm lên Mặt trăng và có thể dùng một lần, thì tên lửa mới đã có thể được sử dụng cho các chuyến thám hiểm Sao Hỏa. Ngoài ra, nó được lên kế hoạch quay trở lại các giai đoạn duy trì Trái đất như tên lửa Falcon 9 v1.1 (R - Reusable, có thể tái sử dụng).
Tàu con thoi lại có nhu cầu
Giai đoạn đầu của tên lửa này được trang bị các thanh chống hạ cánh dùng để ổn định tên lửa và hạ cánh mềm. Sau khi tách ra, giai đoạn đầu tiên giảm tốc độ bằng cách bật nhanh ba trong số chín động cơ để đảm bảo đi vào khí quyển với tốc độ chấp nhận được. Ngay gần bề mặt, động cơ trung tâm đã được bật và sân khấu đã sẵn sàng hạ cánh nhẹ.
Khối lượng trọng tải mà tên lửa Falcon Heavy có thể nâng là 52.616 kg, gần gấp đôi so với các tên lửa hạng nặng khác - Delta IV Heavy của Mỹ, Ariane của châu Âu và Long March của Trung Quốc - có thể nâng.
Tất nhiên, khả năng tái sử dụng có lợi trong trường hợp làm việc trong không gian tần số cao. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các khu phức hợp dùng một lần có lợi hơn so với hệ thống giao thông tái sử dụng trong các chương trình với tốc độ không quá 5 lần phóng mỗi năm, với điều kiện là việc chuyển đất cho các cánh đồng rơi của các bộ phận tách biệt sẽ chỉ là tạm thời, và không thường trực, với khả năng sơ tán dân cư, gia súc và thiết bị khỏi các khu vực nguy hiểm. …
Việc bảo lưu này là do chi phí thu hồi đất chưa bao giờ được tính đến trong các tính toán, bởi vì cho đến gần đây, những thiệt hại khi bị từ chối hoặc ngay cả khi phải sơ tán tạm thời vẫn chưa bao giờ được đền bù và vẫn rất khó tính toán. Và chúng chiếm một phần đáng kể trong chi phí vận hành hệ thống tên lửa. Với quy mô chương trình hơn 75 lần khởi động trong 15 năm, các hệ thống có thể tái sử dụng có lợi thế hơn và hiệu quả kinh tế của việc sử dụng chúng tăng lên theo số lượng.
Ngoài ra, việc chuyển đổi từ phương tiện sử dụng một lần để hạ tải trọng tải lớn sang loại có thể tái sử dụng dẫn đến việc giảm đáng kể việc sản xuất thiết bị. Vì vậy, khi hai hệ thống thay thế được sử dụng trong một chương trình không gian, số lượng khối cần thiết sẽ giảm từ bốn đến năm lần, số lượng thân khối trung tâm - 50, động cơ lỏng cho giai đoạn thứ hai - gấp chín lần. Do đó, số tiền tiết kiệm được từ việc giảm khối lượng sản xuất khi sử dụng phương tiện phóng có thể tái sử dụng gần bằng chi phí chế tạo một phương tiện.
Trở lại Liên Xô, các tính toán được thực hiện dựa trên chi phí bảo dưỡng sau chuyến bay và công việc sửa chữa, phục hồi các hệ thống có thể tái sử dụng. Chúng tôi đã sử dụng dữ liệu thực tế có sẵn do các nhà phát triển thu được từ các bài kiểm tra trên băng ghế mặt đất và chuyến bay, cũng như hoạt động của khung máy bay của tàu vũ trụ quỹ đạo Buran với lớp phủ che chắn nhiệt, máy bay tầm xa, động cơ chất lỏng sử dụng nhiều lần của loại RD-170 và RD-0120. Theo kết quả nghiên cứu, chi phí bảo dưỡng và sửa chữa sau chuyến bay thấp hơn 30% chi phí chế tạo các đơn vị tên lửa mới.
Thật kỳ lạ, ý tưởng về khả năng tái sử dụng lại xuất hiện từ những năm 1920 ở Đức, bị đè bẹp bởi Hiệp ước Versailles, hiệp ước thống nhất cộng đồng kỹ thuật châu Âu, bị ảnh hưởng bởi cơn sốt tên lửa. Trong Đệ tam Đế chế năm 1932-1942, dưới sự lãnh đạo của Eigen Zenger, một dự án máy bay ném bom tên lửa đã được phát triển thành công. Người ta đã tạo ra một chiếc máy bay, bằng cách sử dụng một toa phóng ray, sẽ tăng tốc lên tốc độ cao, sau đó bật động cơ tên lửa của chính nó, bay lên khỏi bầu khí quyển, từ đó nó sẽ lao qua các lớp dày đặc của khí quyển và đạt tới một tầm xa. Thiết bị này được cho là xuất phát từ Tây Âu và đổ bộ vào lãnh thổ của Nhật Bản, nó nhằm mục đích bắn phá lãnh thổ của Hoa Kỳ. Các báo cáo cuối cùng về dự án này đã bị gián đoạn vào năm 1944.
Vào những năm 50 ở Hoa Kỳ, ông là người thúc đẩy sự phát triển của một dự án máy bay không gian trước máy bay tên lửa Dyna-Sor. Ở Liên Xô, các đề xuất phát triển các hệ thống này đã được Yakovlev, Mikoyan và Myasishchev xem xét vào năm 1947, nhưng không nhận được sự phát triển do một số khó khăn liên quan đến việc triển khai kỹ thuật.
Với sự phát triển nhanh chóng của tên lửa vào cuối những năm 40 - đầu những năm 50, nhu cầu hoàn thành công việc trên một máy bay ném bom tên lửa có người lái đã biến mất. Trong ngành công nghiệp tên lửa, tên lửa hành trình kiểu đạn đạo đã được hình thành, dựa trên khái niệm chung về việc sử dụng chúng, đã tìm thấy vị trí của chúng trong hệ thống phòng thủ chung của Liên Xô.
Nhưng ở Hoa Kỳ, công việc nghiên cứu về một máy bay tên lửa đã được hỗ trợ bởi quân đội. Vào thời điểm đó, người ta tin rằng máy bay thông thường hoặc máy bay phóng đạn có động cơ phản lực khí là phương tiện tốt nhất để tấn công lãnh thổ đối phương. Các dự án về chương trình tên lửa lượn Navajo ra đời. Bell Aircraft tiếp tục nghiên cứu chiếc máy bay không gian để sử dụng nó không phải như một máy bay ném bom, mà là một phương tiện trinh sát. Năm 1960, một hợp đồng được ký kết với Boeing để phát triển máy bay tên lửa trinh sát quỹ đạo dưới lòng đất Daina-Sor, được cho là sẽ được phóng cùng với tên lửa Titan-3.
Tuy nhiên, Liên Xô quay trở lại ý tưởng về máy bay không gian vào đầu những năm 60 và khởi động công việc tại Phòng thiết kế Mikoyan về hai dự án phương tiện bay dưới quỹ đạo cùng một lúc. Chiếc đầu tiên dự kiến một máy bay tăng cường, chiếc thứ hai - một tên lửa Soyuz với một mặt phẳng quỹ đạo. Hệ thống hàng không vũ trụ hai giai đoạn được gọi là Spiral hoặc Dự án 50/50.
Tàu tên lửa quỹ đạo được phóng từ phía sau máy bay tác chiến mạnh mẽ Tu-95K ở độ cao lớn. Máy bay tên lửa "Xoắn ốc" trên động cơ tên lửa đẩy chất lỏng đã đến quỹ đạo gần trái đất, thực hiện công việc theo kế hoạch ở đó và quay trở lại Trái đất, bay lượn trong bầu khí quyển. Các chức năng của phi thuyền máy bay bay nhỏ gọn này rộng hơn nhiều so với chỉ hoạt động trên quỹ đạo. Một mô hình đầy đủ của một máy bay tên lửa đã thực hiện một số chuyến bay trong khí quyển.
Dự án của Liên Xô đã cung cấp để tạo ra một bộ máy nặng hơn 10 tấn với bàn điều khiển cánh gấp. Một phiên bản thử nghiệm của thiết bị vào năm 1965 đã sẵn sàng cho chuyến bay đầu tiên như một thiết bị tương tự cận âm. Để giải quyết các vấn đề về hiệu ứng nhiệt đối với cấu trúc khi bay và khả năng điều khiển của phương tiện ở tốc độ cận âm và siêu âm, các mô hình bay đã được chế tạo, được đặt tên là "Bor". Các cuộc thử nghiệm của họ được thực hiện vào năm 1969-1973. Một nghiên cứu sâu về kết quả thu được dẫn đến nhu cầu tạo ra hai mô hình: "Bor-4" và "Bor-5". Tuy nhiên, tốc độ làm việc ngày càng nhanh trong chương trình Tàu con thoi, và quan trọng nhất, những thành công không thể chối cãi của người Mỹ trong lĩnh vực này, đã đòi hỏi những điều chỉnh đối với các kế hoạch của Liên Xô.
Nhìn chung, công nghệ hàng không vũ trụ có thể tái sử dụng đối với các nhà phát triển trong nước hoàn toàn không phải là thứ gì đó mới mẻ và chưa được biết đến. Tính đến việc tăng tốc các chương trình xây dựng hệ thống vệ tinh, liên lạc giữa các hành tinh và khám phá không gian sâu, chúng ta có thể tự tin nói về nhu cầu tạo ra các phương tiện phóng có thể tái sử dụng chính xác, bao gồm cả các phương tiện phóng hạng nặng.
Nhìn chung, các kế hoạch phát triển một loại tên lửa hạng nặng của Nga là khá lạc quan. Vào giữa tháng 5, Oleg Ostapenko nói rõ rằng Chương trình Không gian Liên bang giai đoạn 2016–2025 vẫn sẽ cung cấp thiết kế một phương tiện phóng siêu nặng có tải trọng 70–80 tấn. “FKP vẫn chưa được thông qua, nó đang được hình thành. Chúng tôi sẽ công bố nó trong thời gian tới”, người đứng đầu Roscosmos nhấn mạnh.
