Tegenwoordig is penetratie in de verre ruimte, aangekondigd in de Russische en Amerikaanse geavanceerde ruimteprogramma's, echter, net als activiteiten in de ruimte nabij de aarde, onlosmakelijk verbonden met het creëren van betrouwbare, economische, multifunctionele transportsystemen. Bovendien moeten ze geschikt zijn voor het oplossen van een zeer breed scala aan civiele en militaire taken. Blijkbaar moet Rusland aandacht besteden aan het creëren van herbruikbare zware voertuigen in de ruimte.
Tegenwoordig heeft het Russische ruimtedenken zich volledig geheroriënteerd op langeafstandsexpedities. We hebben het over een gefaseerde verkenning van de maan - een programma waar al 40 jaar niet meer op is teruggekomen. Op de lange termijn - bemande vluchten naar Mars. In dit geval zullen we de bovengenoemde programma's niet bespreken, maar we merken op dat het onmogelijk is om te doen zonder zware lanceervoertuigen die honderden tonnen nuttige lading in een lage baan om de aarde kunnen lanceren.
Angara en Yenisei
Ook het militaire aspect gaat nergens heen. Het basiselement van het Amerikaanse raketafweersysteem, dat al praktisch realiteit is geworden, zal een transportsysteem zijn dat in staat is om talrijke gevechtsplatforms, observatie- en controlesatellieten in de baan van de aarde te brengen. Het moet ook zorgen voor preventief onderhoud en reparatie van deze apparaten direct in de ruimte.
In het algemeen is een systeem van kolossale energiemogelijkheden ontworpen. Immers, slechts één gevechtsplatform met een waterstoffluoridelaser met een vermogen van 60 megawatt heeft een geschatte massa van 800 ton. Maar efficiëntie armen gerichte energie kan alleen hoog zijn als veel van dergelijke platforms in een baan om de aarde worden ingezet. Het is duidelijk dat de totale omzet van de volgende reeks "star wars" tienduizenden tonnen zal bedragen, die systematisch moeten worden afgeleverd in de ruimte nabij de aarde. Maar dit is niet alles.
Tegenwoordig spelen ruimteverkenningscomplexen een sleutelrol bij het gebruik van zeer nauwkeurige wapens op aarde. Dit dwingt zowel de Verenigde Staten als Rusland om hun orbitale constellaties voortdurend op te bouwen en te verbeteren. Bovendien moet het hightech ruimtevaartuig tegelijkertijd zorgen voor hun orbitale reparatie.
Maar terug naar het maanthema. Eind januari, toen de plannen voor een uitgebreide studie van de maan met het vooruitzicht een bewoonbare basis in te zetten op volle kracht klonken, sprak Vitaly Lopota, hoofd van het nationale ruimtebedrijf Energia, over de mogelijkheid om naar de maan te vliegen in termen van van lanceervoertuigen.
Expedities naar de maan sturen is onmogelijk zonder superzware lanceervoertuigen met een laadvermogen van 74-140 ton, terwijl de krachtigste Russische raket, Proton, 23 ton in een baan om de aarde brengt. "Om naar de maan te vliegen en terug te keren, heb je een lancering met twee lanceringen nodig - twee raketten met een laadvermogen van 75 ton, een vlucht met één lancering naar de maan en terug zonder te landen is 130-140 ton. Als we een 75-tons raket als basis nemen, dan is een praktische missie naar de maan met een landing een acht-lanceringsschema. Als de raket een draagvermogen heeft van minder dan 75 ton, zoals ze suggereren - 25-30 ton, dan wordt zelfs de verkenning van de maan absurd ", zei Lopota tijdens de Royal Readings aan de Bauman Moscow State Technical University.
Denis Lyskov, staatssecretaris en plaatsvervangend hoofd van Roscosmos, sprak half mei over de noodzaak van een zwaar vliegdekschip. Hij verklaarde dat Roscosmos momenteel samen met de Russische Academie van Wetenschappen een ruimteverkenningsprogramma voorbereidt, dat een integraal onderdeel zal worden van het volgende Russische federale ruimtevaartprogramma voor 2016-2025. “Om echt over een vlucht naar de maan te praten, hebben we een superzware klasse carrier nodig met een laadvermogen van ongeveer 80 ton. Nu dit project in ontwikkeling is, zullen we in de nabije toekomst de nodige documenten voorbereiden voor indiening aan de regering,” benadrukte Lyskov.Tot op heden is de Proton de grootste Russische raket die in bedrijf is, met een laadvermogen van 23 ton in een lage baan en 3,7 ton in een geostationaire baan. Momenteel ontwikkelt Rusland de Angara-familie van raketten met een laadvermogen van 1,5 tot 35 ton. Helaas is de creatie van deze apparatuur een echte langetermijnconstructie geworden en is de eerste lancering vele jaren uitgesteld, onder meer vanwege meningsverschillen met Kazachstan. Nu wordt verwacht dat de Angara in de vroege zomer nog in een lichte lay-out zal vliegen vanaf de Plesetsk Cosmodrome. Volgens het hoofd van Roscosmos zijn er plannen om een zware versie van de Angara te maken, die een lading van 25 ton in een lage baan om de aarde kan lanceren.
Maar zoals we zien, zijn dergelijke indicatoren verre van voldoende voor de uitvoering van het programma van interplanetaire vluchten en verkenning van de diepe ruimte. Tijdens de Royal Readings zei het hoofd van Roscosmos, Oleg Ostapenko, dat de regering een voorstel voorbereidde om een superzware raket te ontwikkelen die vracht van meer dan 160 ton in een lage baan om de aarde kan lanceren. “Dit is een echte uitdaging. In termen van hogere aantallen', zei Ostapenko.
Het is moeilijk te zeggen hoe snel deze plannen zullen uitkomen. Niettemin heeft de binnenlandse raketindustrie een zekere reserve voor het creëren van zwaar ruimtevervoer. Aan het eind van de jaren 80 was het mogelijk om een zware vloeibare lanceervoertuig Energia te maken, in staat om een lading met een gewicht tot 120 ton in een lage baan om de aarde te lanceren. Als het nog niet mogelijk is om over de volledige reanimatie van dit programma te praten, dan zijn er zeker conceptontwerpen van een zware drager op basis van Energia.
Op de nieuwe raket kun je het belangrijkste onderdeel van Energia gebruiken - de succesvol werkende RD-0120 LRE. In feite bestaat er een project voor een zware raket die deze motoren gebruikt in het Chrunichev Space Center, dat de leidende organisatie is voor de productie van ons enige zware draagraket, de Proton.
We hebben het over het Yenisei-5-transportsysteem, waarvan de ontwikkeling in 2008 begon. Er wordt aangenomen dat de raket met een lengte van 75 meter zal worden uitgerust met de eerste trap met drie zuurstof-waterstof RD-0120 raketmotoren voor vloeibare stuwstof, waarvan de productie in 1976 werd gelanceerd door het Voronezh Design Bureau of Chemical Automation. Volgens de specialisten van het Khrunichev Center zal het niet moeilijk zijn om dit programma te herstellen en is het in de toekomst mogelijk om deze motoren opnieuw te gebruiken.
Naast de voor de hand liggende voordelen heeft de "Yenisei" echter één belangrijk, eerlijk gezegd, het onherstelbare nadeel van vandaag: afmetingen. Het feit is dat, volgens de plannen, de belangrijkste lading van toekomstige lanceringen zal vallen op de Vostochny-kosmodrome die in het Verre Oosten wordt gebouwd. Van daaruit zouden in ieder geval zware en superzware veelbelovende dragers de ruimte in worden gestuurd.
De diameter van de eerste trap van de Yenisei-5-raket is 4,1 meter en maakt transport per spoor niet mogelijk, althans zonder een aanzienlijke volumetrische en zeer kostbare modernisering van de wegeninfrastructuur. Vanwege transportproblemen was het ooit nodig om beperkingen in te voeren voor de diameter van de marstrappen van de Rus-M-raket, die op de tekentafel bleef.
Naast het Khrunichev Space Center was ook de Rocket and Space Corporation (RKK) Energia betrokken bij de ontwikkeling van een zwaar draagraket. In 2007 stelden ze een project voor voor een vervoerder die deels gebruikmaakt van de lay-out van de Energia-raket. Alleen de lading in de nieuwe raket werd in het bovenste deel geplaatst, en niet in de zijcontainer, zoals zijn voorganger.
Voordeel en opportuniteit
De Amerikanen zijn natuurlijk geen decreet voor ons, maar hun zware transport, waarvan de ontwikkeling de eindstreep al heeft bereikt, impliceert gedeeltelijk herbruikbaar gebruik. Al deze zomer is het particuliere bedrijf SpaceX van plan om de eerste lancering van zijn nieuwe Falcon Heavy-draagraket te lanceren, de grootste raket die sinds 1973 is gelanceerd. Dat wil zeggen, sinds de tijd van het Amerikaanse maanprogramma met de lanceringen van het gigantische Saturn-5-draagraket, gemaakt door de vader van Amerikaanse draagraketten, Wernher von Braun. Maar als die raket uitsluitend bedoeld was voor het leveren van expedities naar de maan en wegwerpbaar was, dan kan de nieuwe al worden gebruikt voor expedities op Mars. Daarnaast is het de bedoeling om terug te keren naar de aarde met marcherende stappen zoals de Falcon 9 v1.1-raket (R - Herbruikbaar, herbruikbaar).
Spaceshuttles zijn weer gewild
De eerste trap van deze raket is uitgerust met landingssteunen die worden gebruikt om de raket te stabiliseren en een zachte landing te maken. Na scheiding vertraagt de eerste trap door kort drie van de negen motoren af te vuren om de terugkeer met een redelijke snelheid te verzekeren. Al dicht bij de oppervlakte wordt de centrale motor aangezet en is het podium klaar om een zachte landing te maken.
Het laadvermogen dat de Falcon Heavy-raket kan optillen is 52 kilogram, en dit is ongeveer twee keer zoveel als andere zware raketten - de Amerikaanse Delta IV Heavy, de Europese Ariane en de Chinese Long March.
Herbruikbaarheid is natuurlijk gunstig onder de voorwaarde van hoogfrequent ruimtewerk. Studies hebben aangetoond dat het gebruik van wegwerpcomplexen winstgevender is dan een herbruikbaar transportsysteem in programma's met een snelheid van niet meer dan vijf lanceringen per jaar, op voorwaarde dat de vervreemding van land onder de valvelden van scheidende delen tijdelijk is en niet permanent, met de mogelijkheid om de bevolking, het vee en de uitrusting uit gevaarlijke gebieden te evacueren.
Dit voorbehoud is te wijten aan het feit dat de kosten van grondvervreemding nooit in de berekeningen zijn meegenomen, omdat verliezen door afkeuring of zelfs tijdelijke evacuatie tot voor kort nooit werden gecompenseerd en moeilijk te berekenen blijven. En ze vormen een aanzienlijk deel van de kosten van de exploitatie van raketsystemen. Met een programmaomvang van meer dan 75 lanceringen over 15 jaar hebben herbruikbare systemen een voordeel en het economische effect van hun gebruik neemt toe met een toename van het aantal.
Bovendien leidt de overgang van wegwerpmiddelen voor het lanceren van zware ladingen naar herbruikbare middelen tot een aanzienlijke vermindering van de productie van apparatuur. Dus wanneer twee alternatieve systemen in één ruimteprogramma worden gebruikt, wordt het vereiste aantal blokken met vier tot vijf keer verminderd, de lichamen van de centrale eenheid - met 50, vloeistofmotoren voor de tweede trap - met negen keer. De besparingen als gevolg van verminderde productievolumes bij het gebruik van een herbruikbaar draagraket zijn dus ongeveer gelijk aan de kosten van het maken ervan.
Terug in de Sovjet-Unie werden berekeningen gemaakt van de kosten van onderhoud na de vlucht en reparatie- en restauratiewerkzaamheden aan herbruikbare systemen. We gebruikten de beschikbare feitelijke gegevens die door de ontwikkelaars zijn verkregen als resultaat van grondbank- en vliegtests, evenals de werking van het casco van het Buran-orbitale ruimtevaartuig met een hittewerende coating, langeafstandsvliegtuigen luchtvaart, herbruikbare vloeistofmotoren zoals RD-170 en RD-0120. Volgens onderzoeksresultaten bedragen de kosten van onderhoud en reparaties na de vlucht minder dan 30 procent van de productiekosten van nieuwe raketblokken.
Vreemd genoeg verscheen het idee van herbruikbaarheid al in de jaren 20 in Duitsland, verpletterd door het Verdrag van Versailles, dat de Europese technische gemeenschap verenigde die was gegrepen door raketkoorts. In het Derde Rijk werd in 1932-1942 onder leiding van Eigen Senger een raketbommenwerperproject met succes ontwikkeld. Het was bedoeld om een vliegtuig te creëren dat, met behulp van een raillanceringswagen, zou versnellen tot hoge snelheid, dan zijn eigen raketmotor zou inschakelen, boven de atmosfeer zou stijgen, van waaruit het zou afketsen in dichte lagen van de atmosfeer en zou bereiken een lange afstand. Het apparaat moest vanuit West-Europa vertrekken en op het grondgebied van Japan landen, het was bedoeld om de Verenigde Staten te bombarderen. De laatste berichten over dit project werden in 1944 onderbroken.
In de jaren 50, in de Verenigde Staten, diende het als een impuls voor de ontwikkeling van een ruimtevliegtuigproject dat voorafging aan het Daina-Sor-raketvliegtuig. In de Sovjet-Unie werden in 1947 voorstellen voor de ontwikkeling van dergelijke systemen overwogen door Yakovlev, Mikoyan en Myasishchev, maar deze werden niet ontwikkeld vanwege een aantal problemen in verband met de technische implementatie.
Met de snelle ontwikkeling van rakettechnologie in de late jaren 40 en vroege jaren 50, verdween de noodzaak om het werk aan een bemande raketvliegtuigbommenwerper te voltooien. In de raketindustrie werd de richting van kruisraketten van het ballistische type gevormd, die, op basis van het algemene concept van hun gebruik, hun plaats vonden in het algemene verdedigingssysteem van de USSR.
Maar in de VS werd het onderzoekswerk aan het raketvliegtuig ondersteund door het leger. In die tijd geloofde men dat conventionele vliegtuigen of door straalmotoren aangedreven projectielen het beste middel waren om ladingen naar vijandelijk gebied te brengen. Projecten werden geboren in het kader van het Navajo glide-raketprogramma. Bell Aircraft bleef het ruimtevliegtuig onderzoeken om het niet als bommenwerper te gebruiken, maar als verkenningsvoertuig. In 1960 werd een contract getekend met Boeing voor de ontwikkeling van het Daina-Sor suborbital verkenningsraketvliegtuig, dat zou worden gelanceerd door de Titan-3-raket.
De USSR keerde echter terug naar het idee van ruimtevliegtuigen in de vroege jaren 60 en begon bij het Mikoyan Design Bureau aan twee projecten van suborbitale voertuigen tegelijk. De eerste voorzag in een versnellend vliegtuig, de tweede voor een Sojoez-raket met een orbitaal vlak. Het tweetraps ruimtevaartsysteem werd "Spiral" of het "50/50" -project genoemd.
Het orbitale ruimteschip-raketvliegtuig werd gelanceerd vanaf de achterkant van een krachtig Tu-95K-draagvliegtuig op grote hoogte. Het raketvliegtuig "Spiral" op vloeibare raketmotoren bereikte een baan in de buurt van de aarde, voerde daar het geplande werk uit en keerde terug naar de aarde, glijdend in de atmosfeer. De functies van dit compacte vliegende ruimtevaartuig-vliegtuig waren veel breder dan alleen werken in een baan om de aarde. Het full-scale model van het raketvliegtuig maakte verschillende vluchten in de atmosfeer.
Het Sovjet-project voorzag in de creatie van een apparaat met een gewicht van meer dan 10 ton met opvouwbare vleugelpanelen. Een experimentele versie van het apparaat was in 1965 klaar voor de eerste vlucht als subsonische analoog. Om de problemen van thermische effecten op de constructie tijdens de vlucht en de bestuurbaarheid van het apparaat bij subsonische en supersonische snelheden op te lossen, werden vliegende modellen gebouwd, die "Bor" werden genoemd. Hun tests werden uitgevoerd in 1969-1973. Een diepgaande studie van de verkregen resultaten leidde tot de noodzaak om twee modellen te creëren: "Bor-4" en "Bor-5". Het versnelde werktempo van het Space Shuttle-programma, en vooral de onmiskenbare successen van de Amerikanen op dit gebied, vereisten echter een aanpassing aan de Sovjetplannen.
Over het algemeen is herbruikbare ruimtevaartapparatuur voor binnenlandse ontwikkelaars geenszins iets nieuws en onbekends. Rekening houdend met de versnelling van programma's voor het bouwen van satellietsystemen, interplanetaire communicatie en verkenning van de diepe ruimte, kunnen we vol vertrouwen spreken over de noodzaak om nauwkeurig herbruikbare lanceervoertuigen te maken, inclusief zware lanceervoertuigen.
Over het algemeen zijn de plannen voor de ontwikkeling van de Russische zware raket vrij optimistisch. Half mei specificeerde Oleg Ostapenko dat het Federale Ruimteprogramma voor 2016-2025 nog steeds zou voorzien in het ontwerp van een superzwaar lanceervoertuig met een laadvermogen van 70-80 ton. “Het PCF is nog niet goedgekeurd, het wordt gevormd. We zullen het in de nabije toekomst publiceren", benadrukt het hoofd van Roscosmos.