Hệ thống tên lửa và vũ trụ tái sử dụng tại bãi phóng. Đồ họa Viện nghiên cứu nhiệt độ cao
Nền tảng của vũ trụ Nga hiện đại là các tên lửa Soyuz và Proton, được tạo ra vào giữa thế kỷ trước. Hầu hết mọi thứ phóng vào không gian từ vũ trụ vũ trụ của Nga đều được đưa vào quỹ đạo bởi những cỗ máy đáng tin cậy nhưng khá lỗi thời này. Để đổi mới phi đội tên lửa và đảm bảo Nga tiếp cận vô điều kiện với tất cả các phân đoạn hoạt động không gian, tổ hợp tên lửa Angara mới nhất đang bước vào giai đoạn bay thử nghiệm. Đây có lẽ là tổ hợp tên lửa vũ trụ duy nhất trên thế giới có nhiều khả năng đưa tàu vũ trụ nặng từ 4 đến 26 tấn vào không gian.
Nguyên tắc siêu nặng
Các nhu cầu về phương tiện vũ trụ trong tương lai gần sẽ được đáp ứng bởi tên lửa Soyuz và Angara, nhưng sức chở của chúng không đủ để giải quyết các vấn đề khám phá Mặt trăng, sao Hỏa và các hành tinh khác trong hệ mặt trời. Ngoài ra, chúng còn làm phức tạp thêm tình hình sinh thái trong Vùng Amur vì các giai đoạn đã trải qua của chúng sẽ rơi vào rừng taiga Amur hoặc vào vùng nước của Biển Okhotsk. Rõ ràng đây là tình huống bắt buộc, đó là sự trả giá cho việc đảm bảo chủ quyền không gian của Nga. Khoản thanh toán này sẽ là bao nhiêu nếu quyết định tạo ra tên lửa siêu nặng cho các chuyến bay có người lái lên mặt trăng?
Đã từng có những tên lửa như vậy trong lịch sử của chúng ta: Energia và N-1. Các nguyên tắc cơ bản của một tên lửa siêu nặng đã được đặt ra và thực hiện cách đây hơn 50 năm, vì vậy chỉ cần tiền để tạo ra nó. Và nếu một tên lửa siêu nặng được tạo ra lần thứ ba, thì hàng năm sẽ có thêm 320 tấn kim loại thải cùng với dư lượng nhiên liệu ở Vùng Amur.
Mong muốn chế tạo tên lửa thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí đã dẫn đến ý tưởng đưa các giai đoạn đầu của tên lửa trở lại bãi phóng và tái sử dụng chúng. Sau khi tính toán thời gian quy định, các bước sẽ hạ xuống trong khí quyển và khi máy bay quay trở lại bãi phóng. Theo nguyên tắc này, hệ thống tên lửa và vũ trụ tái sử dụng (MRKS) sẽ được vận hành.
MRKS như nó là
Hệ thống tên lửa và vũ trụ có thể tái sử dụng đã được giới thiệu với các chuyên gia và công chúng tại Triển lãm Hàng không Vũ trụ Moscow năm 2011. Hệ thống bao gồm bốn phương tiện phóng có thể tái sử dụng (MRN) với các tổ hợp tên lửa có thể tái sử dụng (VRB). Toàn bộ phạm vi của MRN với sức chở từ 25 đến 70 tấn có thể được hoàn thành bằng nhiều tổ hợp khác nhau của hai mô-đun chính: mô-đun thứ nhất là đơn vị tên lửa tái sử dụng (giai đoạn đầu), mô-đun thứ hai là giai đoạn tên lửa dùng một lần thứ hai.
Với cấu hình có khả năng mang theo lên tới 25 tấn (một VRB và một mô-đun của giai đoạn 2), tên lửa tái sử dụng có thể phóng tất cả các tàu vũ trụ có người lái và hiện đại đầy hứa hẹn. Với kích thước 35 tấn (hai VRB và một mô-đun của giai đoạn 2), MRN cho phép phóng hai vệ tinh viễn thông lên quỹ đạo mỗi lần phóng, đưa các mô-đun của các trạm quỹ đạo đầy hứa hẹn vào không gian và phóng các trạm tự động hạng nặng, sẽ được sử dụng tại giai đoạn đầu tiên của khám phá Mặt Trăng và khám phá Sao Hỏa.
Một lợi thế quan trọng của MRN là khả năng thực hiện các vụ phóng theo cặp. Để phóng hai vệ tinh viễn thông hiện đại bằng tên lửa Angara, cần phải mua mười động cơ tên lửa trị giá 240 triệu rúp mỗi động cơ. mỗi. Khi phóng hai vệ tinh giống nhau bằng MRN, chỉ một động cơ sẽ được tiêu thụ, chi phí ước tính khoảng 400 triệu rúp. Tiết kiệm chi phí cho riêng động cơ là 600%!
Những nghiên cứu đầu tiên về đơn vị tên lửa có thể thu hồi được đã được thực hiện vào đầu thế kỷ này và được trình bày tại triển lãm hàng không vũ trụ Le Bourget dưới dạng mô phỏng của giai đoạn thử nghiệm Baikal.
Sau đó, ở giai đoạn thiết kế sơ bộ, công việc được thực hiện về việc lựa chọn các thành phần nhiên liệu, giải quyết các vấn đề về gia nhiệt, hạ cánh tự động và nhiều vấn đề khác. Hàng chục biến thể VRB đã được phân tích chi tiết, phân tích kỹ thuật và kinh tế kỹ lưỡng đã được thực hiện, có tính đến các kịch bản khác nhau cho sự phát triển của vũ trụ trong nước. Kết quả là, một biến thể của MRKS đã được xác định, đáp ứng đầy đủ nhất toàn bộ các nhiệm vụ hiện đại và đầy hứa hẹn.
Hạ cánh của một phương tiện phóng có thể tái sử dụng với các đơn vị tên lửa có thể tái sử dụng. Đồ họa Viện nghiên cứu nhiệt độ cao
Trên khí màu xanh
Nó đã được đề xuất để giải quyết vấn đề của một động cơ có thể tái sử dụng bằng cách sử dụng khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) làm nhiên liệu. Khí tự nhiên là loại nhiên liệu rẻ, thân thiện với môi trường, thích hợp nhất để sử dụng cho các động cơ có thể tái sử dụng. Điều này đã được xác nhận bởi Phòng thiết kế Khimmash mang tên A. M. Isaev vào tháng 9 năm 2011, khi động cơ tên lửa đẩy khí đốt tự nhiên bằng chất lỏng đầu tiên trên thế giới được thử nghiệm. Động cơ đã chạy trong hơn 3000 giây, tương ứng với 20 lần khởi động. Sau khi tháo rời nó và kiểm tra tình trạng của các đơn vị, tất cả các ý tưởng kỹ thuật mới đã được xác nhận.
Nó được đề xuất để giải quyết vấn đề đốt nóng cấu trúc bằng cách chọn quỹ đạo tối ưu trong đó dòng nhiệt loại trừ sự gia nhiệt dữ dội của cấu trúc. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu bảo vệ nhiệt đắt tiền.
Nó đã được đề xuất để giải quyết vấn đề hạ cánh tự động hai VRB và tích hợp chúng vào không phận Nga bằng cách đưa vào hệ thống định vị GLONASS và hệ thống giám sát phụ thuộc tự động, vốn không được sử dụng trong tên lửa, vào vòng kiểm soát.
Có tính đến sự phức tạp về kỹ thuật và tính mới của thiết bị được tạo ra, dựa trên kinh nghiệm trong và ngoài nước, sự cần thiết của việc tạo ra máy bay trình diễn, là một bản sao rút gọn của VRB, được chứng minh. Người trình diễn có thể được sản xuất và trang bị với tất cả các hệ thống tiêu chuẩn trên tàu mà không cần bất kỳ sự chuẩn bị đặc biệt nào cho quá trình sản xuất. Một chiếc máy bay như vậy sẽ cho phép thử nghiệm trong điều kiện bay thực tế tất cả các giải pháp kỹ thuật quan trọng được tích hợp trong một sản phẩm kích thước đầy đủ, giảm rủi ro kỹ thuật và tài chính khi tạo ra một sản phẩm tiêu chuẩn.
Chi phí của người trình diễn có thể hợp lý do khả năng độc đáo của nó có thể phóng vật thể nặng hơn 10 tấn lên độ cao 80 km theo quỹ đạo đạn đạo, tăng tốc chúng lên tốc độ vượt quá tốc độ âm thanh 7 lần và quay trở lại sân bay cho lần phóng thứ hai. Một sản phẩm có thể tái sử dụng được tạo ra trên cơ sở của nó có thể có tầm quan trọng lớn không chỉ đối với các nhà phát triển máy bay siêu thanh.
Triết lý của sự linh hoạt
Giai đoạn đầu là phần lớn nhất và đắt nhất của tên lửa. Bằng cách giảm sản xuất các công đoạn này do chúng được sử dụng nhiều lần, có thể giảm đáng kể chi phí của các cơ quan liên bang cho việc phóng tàu vũ trụ. Các ước tính sơ bộ cho thấy rằng để thực hiện thành công tất cả các chương trình không gian hiện có và đầy hứa hẹn, bao gồm cả việc đưa các trạm không người lái lên Mặt Trăng và Sao Hỏa, thì chỉ cần một đội bay gồm 7-9 khối tên lửa tái kích là đủ.
MRCS có triết lý về tính linh hoạt liên quan đến sự liên kết của chương trình không gian. Sau khi tạo ra một tàu MRN có sức chở từ 25 đến 35 tấn, Roskosmos sẽ nhận được một hệ thống giải quyết hiệu quả các vấn đề của ngày hôm nay và tương lai gần. Nếu có nhu cầu triển khai các phương tiện nặng hơn cho các chuyến bay đến Mặt Trăng hoặc Sao Hỏa, khách hàng sẽ có một MRN với sức chở lên đến 70 tấn, việc tạo ra nó không đòi hỏi chi phí đáng kể.
Chương trình duy nhất mà MRKS không phù hợp là chương trình các chuyến bay có người lái đến sao Hỏa. Nhưng các chuyến bay này không khả thi về mặt kỹ thuật trong tương lai gần.
Ngày nay, có một câu hỏi cơ bản quan trọng về triển vọng phát triển các phương tiện phóng. Những gì để tạo ra: một tên lửa siêu nặng dùng một lần, sẽ chỉ được sử dụng trong các chương trình Mặt Trăng và Sao Hỏa, và nếu chúng bị chấm dứt, chi phí sẽ được xóa một lần nữa; hay để tạo ra một MRCS, không chỉ cho phép thực hiện các chương trình phóng hiện tại với giá rẻ hơn một lần rưỡi so với hiện nay, mà còn có thể được sử dụng với những sửa đổi tối thiểu trong chương trình Mặt Trăng và chương trình thăm dò sao Hỏa?
