Mond- und Marsprogramme Russlands brauchen superschwere Lieferfahrzeuge
Heutzutage ist jedoch das Eindringen in den Weltraum, das in den russischen und amerikanischen fortschrittlichen Raumfahrtprogrammen deklariert wurde, ebenso wie Aktivitäten im erdnahen Weltraum untrennbar mit der Schaffung zuverlässiger, wirtschaftlicher und multifunktionaler Transportsysteme verbunden. Darüber hinaus müssen sie für die Lösung verschiedenster ziviler und militärischer Aufgaben geeignet sein. Offenbar sollte Russland auf die Schaffung von wiederverwendbarem Raum für Schwertransporte achten.
Heute hat sich das russische Weltraumdenken endgültig auf Langstreckenexpeditionen umorientiert. Die Rede ist von einer schrittweisen Erforschung des Mondes - ein Programm, das seit 40 Jahren nicht mehr zurückgegeben wurde. In ferner Zukunft - bemannte Flüge zum Mars. In diesem Fall werden wir die oben genannten Programme nicht diskutieren, aber beachten Sie, dass wir auf schwere Trägerraketen, die Hunderte Tonnen Nutzlast in eine niedrige Umlaufbahn bringen können, nicht verzichten können.
Angara und Jenissei
Auch der militärische Aspekt geht nirgendwo hin. Das Grundelement des bereits praktisch Realität gewordenen amerikanischen Weltraumraketenabwehrsystems wird ein Transportsystem sein, das zahlreiche Kampfplattformen, Beobachtungs- und Kontrollsatelliten in die Erdumlaufbahn bringen kann. Es sollte auch die Vorbeugung und Reparatur dieser Fahrzeuge direkt im Weltraum vorsehen.
Im Allgemeinen wurde ein System kolossaler Energiepotentiale entworfen. Immerhin hat nur eine Kampfplattform mit einem 60-Megawatt-Fluorwasserstoff-Laser ein geschätztes Gewicht von 800 Tonnen. Die Effektivität von gerichteten Energiewaffen kann jedoch nur hoch sein, wenn mehrere solcher Plattformen im Orbit eingesetzt werden. Es ist klar, dass der gesamte Frachtumschlag der nächsten Serie von "Star Wars" Zehntausende Tonnen betragen wird, die systematisch in den erdnahen Weltraum geliefert werden müssen. Aber das ist nicht alles.
Weltraumaufklärungskomplexe spielen heute eine Schlüsselrolle beim Einsatz von Hochpräzisionswaffen auf der Erde. Dies zwingt sowohl die Vereinigten Staaten als auch Russland, ihre Orbitalgruppierungen ständig zu vergrößern und zu verbessern. Darüber hinaus erfordert die High-Tech-Natur von Raumfahrzeugen gleichzeitig die Bereitstellung ihrer orbitalen Reparatur.
Aber zurück zum Mondthema. Als Ende Januar eine umfassende Untersuchung des Mondes geplant war, mit der Aussicht, dort eine bewohnte Basis zu errichten, sprach der Chef des führenden inländischen Raumfahrtkonzerns Energia, Vitaly Lopota, über die Möglichkeit eines Fluges zum Mond vom Sicht von Trägerraketen.
Das Entsenden von Expeditionen zum Mond ist ohne die Entwicklung superschwerer Trägerraketen mit einer Nutzlast von 74-140 Tonnen unmöglich, während die stärkste russische Proton-Rakete 23 Tonnen in die Umlaufbahn bringt. „Um zum Mond zu fliegen und zurück zu fliegen, braucht man einen Start mit zwei Starts - zwei Raketen mit einer Tragfähigkeit von 75 Tonnen, ein Flug mit einem Start zum Mond und zurück ohne Landung beträgt 130 bis 140 Tonnen. Wenn wir eine 75-Tonnen-Rakete als Basis nehmen, dann ist eine praktische Mission zum Mond mit Landung ein Acht-Start-Schema. Wenn die Rakete eine Tragfähigkeit von weniger als 75 Tonnen hat, wie sie vermuten - 25-30 Tonnen, wird die Entwicklung sogar des Mondes absurd “, sagte Lopota bei den Royal Readings an der Moskauer Staatlichen Technischen Universität Bauman.
Denis Lyskov, Staatssekretär, stellvertretender Chef von Roskosmos, sprach Mitte Mai über die Notwendigkeit eines schweren Trägers. Er sagte, dass Roskosmos derzeit zusammen mit der Russischen Akademie der Wissenschaften ein Weltraumforschungsprogramm vorbereitet, das ein integraler Bestandteil des nächsten Föderalen Raumfahrtprogramms Russlands für 2016–2025 werden wird. „Um wirklich von einem Flug zum Mond zu sprechen, brauchen wir einen Träger der superschweren Klasse mit einer Tragfähigkeit von etwa 80 Tonnen. Jetzt befindet sich dieses Projekt in der Entwicklungsphase, in naher Zukunft werden wir die erforderlichen Dokumente vorbereiten, um sie der Regierung vorzulegen “, betonte Lyskov.
Die bisher größte russische Rakete ist die Proton mit einer Nutzlast von 23 Tonnen im niedrigen Orbit und 3,7 Tonnen im geostationären Orbit. Russland entwickelt derzeit die Angara-Raketenfamilie mit einer Nutzlast von 1,5 bis 35 Tonnen. Leider hat sich die Entwicklung dieser Technologie zu einer echten Langzeitkonstruktion entwickelt und der erste Start wurde um viele Jahre verschoben, auch aufgrund von Meinungsverschiedenheiten mit Kasachstan. Nun wird erwartet, dass "Angara" Anfang des Sommers vom Kosmodrom Plesetsk in leichter Konfiguration fliegen wird. Laut Roscosmos-Chef ist geplant, eine schwere Version der Angara zu entwickeln, die eine 25-Tonnen-Nutzlast in eine niedrige Umlaufbahn bringen kann.
Aber solche Indikatoren reichen, wie wir sehen, bei weitem nicht aus, um das Programm der interplanetaren Flüge und der Erforschung des Weltraums umzusetzen. Bei den Royal Readings sagte der Chef von Roscosmos, Oleg Ostapenko, dass die Regierung einen Vorschlag zur Entwicklung einer superschweren Rakete vorbereitet, die Fracht mit einem Gewicht von über 160 Tonnen in eine niedrige Umlaufbahn bringen kann. „Das ist eine echte Herausforderung. In Bezug auf und höhere Zahlen - sagte Ostapenko.
Es ist schwer zu sagen, wie schnell diese Pläne Wirklichkeit werden. Dennoch hat die heimische Raketenindustrie eine gewisse Reserve für die Schaffung schwerer Raumtransporte. In den späten 1980er Jahren war es möglich, eine schwere Flüssigtreibstoff-Trägerrakete Energia zu entwickeln, die eine Nutzlast von bis zu 120 Tonnen in eine niedrige Umlaufbahn bringen kann. Wenn wir über die vollständige Wiederbelebung dieses Programms sprechen, ist dies noch nicht erforderlich, dann gibt es definitiv Entwürfe für einen schweren Träger auf Basis von Energia.
Der Hauptteil von Energia kann auf der neuen Rakete verwendet werden - der erfolgreich operierenden RD-0120 LPRE. Tatsächlich existiert das Projekt einer schweren Rakete mit diesen Triebwerken im Chrunitschew-Weltraumzentrum, der Hauptorganisation für die Produktion unserer einzigen schweren Trägerrakete Proton.
Die Rede ist vom Verkehrssystem Jenissei-5, dessen Entwicklung bereits 2008 begann. Es wird davon ausgegangen, dass die Rakete mit einer Länge von 75 Metern mit der ersten Stufe mit drei Sauerstoff-Wasserstoff-LPRE RD-0120 ausgestattet wird, deren Produktion 1976 vom Voronezh Design Bureau of Chemical Automation gestartet wurde. Nach Ansicht der Spezialisten des Chrunitschew-Zentrums wird es nicht schwierig sein, dieses Programm wiederherzustellen, und in Zukunft ist es möglich, diese Motoren wiederzuverwenden.
Abgesehen von den offensichtlichen Vorteilen hat der Jenissei jedoch einen wesentlichen, offen gesagt, heute unvermeidlichen Nachteil - die Abmessungen. Tatsache ist, dass nach den Plänen die Hauptlast zukünftiger Starts auf das in Fernost gebaute Kosmodrom Vostochny fallen wird. Auf jeden Fall sollen von dort aus schwere und superschwere vielversprechende Träger ins All geschickt werden.
Der Durchmesser der ersten Stufe der Jenissei-5-Rakete beträgt 4, 1 Meter und ermöglicht keinen Schienentransport, zumindest ohne eine erhebliche volumetrische und sehr kostspielige Modernisierung der Straßeninfrastruktur. Aufgrund von Transportproblemen musste der Durchmesser der Hauptstufen der Rus-M-Rakete, die auf den Reißbrettern verblieben, eingeschränkt werden.
Neben dem Chrunitschew-Weltraumzentrum war auch die Energia Rocket and Space Corporation (RSC) an der Entwicklung eines schweren Trägers beteiligt. Im Jahr 2007 schlugen sie ein Projekt einer Trägerrakete vor, die teilweise das Layout der Energia-Rakete verwendet. Lediglich die Nutzlast wurde bei der neuen Rakete im oberen Teil untergebracht und nicht wie beim Vorgänger im Seitencontainer.
Nutzen und Machbarkeit
Die Amerikaner sind für uns natürlich kein Dekret, aber ihr Schwertransport, dessen Entwicklung bereits auf der Zielgeraden ist, impliziert eine teilweise wiederverwendbare Nutzung. In diesem Sommer plant das private Unternehmen SpaceX den ersten Start der neuen Falcon Heavy, der größten Rakete seit 1973. Das heißt, seit der Zeit des amerikanischen Mondprogramms mit Starts des gigantischen Trägers Saturn-5, geschaffen vom Vater der amerikanischen Trägerraketen, Wernher von Braun. Aber wenn diese Rakete ausschließlich für die Lieferung von Expeditionen zum Mond gedacht war und wegwerfbar war, dann kann die neue bereits für Marsexpeditionen verwendet werden. Darüber hinaus ist geplant, zu Erhaltungsstufen der Erde wie der Falcon 9 v1.1-Rakete (R - Reusable, reusable) zurückzukehren.
Space Shuttles sind wieder gefragt
Die erste Stufe dieser Rakete ist mit Landestreben ausgestattet, die zur Stabilisierung der Rakete und für eine weiche Landung dienen. Nach der Trennung bremst die erste Stufe ab, indem drei der neun Motoren kurzzeitig zugeschaltet werden, um den Eintritt in die Atmosphäre mit akzeptabler Geschwindigkeit zu gewährleisten. Bereits in der Nähe der Oberfläche wird der Zentralmotor eingeschaltet und die Bühne ist bereit für eine sanfte Landung.
Die Masse der Nutzlast, die die Falcon Heavy-Rakete heben kann, beträgt 52.616 Kilogramm, was etwa doppelt so viel ist wie andere schwere Raketen – die amerikanische Delta IV Heavy, die europäische Ariane und die chinesische Long March – heben können.
Bei hochfrequenter Weltraumarbeit ist die Wiederverwendbarkeit natürlich von Vorteil. Studien haben gezeigt, dass der Einsatz von Einwegkomplexen in Programmen mit einer Rate von nicht mehr als fünf Starts pro Jahr rentabler ist als ein Mehrweg-Transportsystem, sofern die Landveräußerung für die Fallfelder von Trennteilen vorübergehend ist und nicht permanent, mit der Möglichkeit, Bevölkerung, Vieh und Ausrüstung aus Gefahrenbereichen zu evakuieren. …
Dieser Vorbehalt ist darauf zurückzuführen, dass die Kosten des Grundstückserwerbs in den Berechnungen nie berücksichtigt wurden, da bis vor kurzem Verluste bei Ablehnung oder sogar bei vorübergehender Evakuierung nie ausgeglichen wurden und schwer kalkulierbar bleiben. Und sie machen einen erheblichen Teil der Betriebskosten von Raketensystemen aus. Bei einem Programmumfang von mehr als 75 Markteinführungen in 15 Jahren haben Mehrwegsysteme den Vorteil, und der wirtschaftliche Effekt ihres Einsatzes steigt mit der Anzahl.
Darüber hinaus führt der Übergang von Einwegfahrzeugen für den Start schwerer Nutzlasten zu Mehrwegfahrzeugen zu einer deutlichen Reduzierung der Geräteproduktion. Wenn also zwei alternative Systeme in einem Weltraumprogramm verwendet werden, reduziert sich die erforderliche Anzahl von Blöcken um das Vier- bis Fünffache, die Anzahl der zentralen Blockkörper - um 50, Flüssigkeitsmotoren für die zweite Stufe - um das Neunfache. Somit entsprechen die Einsparungen durch reduzierte Produktionsmengen bei Verwendung einer wiederverwendbaren Trägerrakete ungefähr den Kosten für den Bau einer solchen.
Zurück in der Sowjetunion wurden die Kosten für die Wartung nach dem Flug sowie Reparatur- und Restaurierungsarbeiten an Mehrwegsystemen berechnet. Wir nutzten die verfügbaren Faktendaten der Entwickler aus Bodenbank- und Flugversuchen sowie dem Betrieb der Zelle des Buran-Orbitalraumfahrzeugs mit Hitzeschutzbeschichtung, Langstreckenflugzeugen, Mehrzweck-Flüssigkeitstriebwerken vom Typ RD-170 und RD-0120. Nach den Forschungsergebnissen betragen die Kosten für Wartung und Reparaturen nach dem Flug weniger als 30 Prozent der Kosten für die Herstellung neuer Raketeneinheiten.
Seltsamerweise manifestierte sich die Idee der Wiederverwendbarkeit bereits in den 1920er Jahren in Deutschland, zerquetscht durch den Versailler Vertrag, der die europäische technische Gemeinschaft vereinte, die von einem Raketenfieber erfasst wurde. Im Dritten Reich wurde 1932-1942 unter der Führung von Eigen Zenger erfolgreich ein Raketenbomberprojekt entwickelt. Es sollte ein Flugzeug schaffen, das mit einem Schienenabschusswagen auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt, dann seinen eigenen Raketenmotor einschaltet, aus der Atmosphäre aufsteigt, von wo aus es durch die dichten Schichten der Atmosphäre abprallt und eine Höhe erreicht Langstrecken. Das Gerät sollte von Westeuropa aus starten und auf dem Territorium Japans landen, es sollte das Territorium der Vereinigten Staaten bombardieren. Die letzten Berichte über dieses Projekt wurden 1944 unterbrochen.
In den 50er Jahren diente er in den USA als Anstoß für die Entwicklung eines Weltraumflugzeug-Projekts, das dem Dyna-Sor-Raketenflugzeug vorausging. In der Sowjetunion wurden 1947 von Yakovlev, Mikoyan und Myasishchev Vorschläge für die Entwicklung solcher Systeme in Betracht gezogen, die jedoch aufgrund einer Reihe von Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der technischen Umsetzung nicht entwickelt wurden.
Mit der rasanten Entwicklung der Raketentechnik in den späten 40er und frühen 50er Jahren verschwand die Notwendigkeit, die Arbeiten an einem bemannten Raketenbomber abzuschließen. In der Raketenindustrie wurde eine Richtung von ballistischen Marschflugkörpern gebildet, die basierend auf dem allgemeinen Konzept ihrer Verwendung ihren Platz im allgemeinen Verteidigungssystem der UdSSR fanden.
Aber in den USA wurden die Forschungsarbeiten an einem Raketenflugzeug vom Militär unterstützt. Damals glaubte man, konventionelle Flugzeuge oder Projektilflugzeuge mit Luftstrahltriebwerken seien das beste Mittel, um Ladungen in feindliches Gebiet zu bringen. Projekte für das Segelflugraketenprogramm der Navajo wurden geboren. Bell Aircraft forschte weiter an dem Raumflugzeug, um es nicht als Bomber, sondern als Aufklärungsfahrzeug einzusetzen. 1960 wurde mit Boeing ein Vertrag über die Entwicklung des suborbitalen Aufklärungsraketenflugzeugs Daina-Sor unterzeichnet, das mit der Titan-3-Rakete gestartet werden sollte.
Die UdSSR kehrte jedoch Anfang der 60er Jahre zur Idee des Weltraumflugzeugs zurück und begann im Mikoyan Design Bureau gleichzeitig mit zwei Projekten von suborbitalen Fahrzeugen. Das erste sah ein Booster-Flugzeug vor, das zweite - eine Sojus-Rakete mit einem Orbitalflugzeug. Das zweistufige Luft- und Raumfahrtsystem wurde Spiral oder Project 50/50 genannt.
Das Orbitalraketenschiff wurde in großer Höhe vom Heck eines leistungsstarken Tu-95K-Trägerflugzeugs gestartet. Das Raketenflugzeug "Spiral" auf Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken erreichte eine erdnahe Umlaufbahn, führte dort geplante Arbeiten durch und kehrte in der Atmosphäre gleitend zur Erde zurück. Die Funktionen dieses kompakten fliegenden Flugzeugraumfahrzeugs waren viel breiter als nur die Arbeit im Orbit. Ein maßstabsgetreues Modell eines Raketenflugzeugs machte mehrere Flüge in der Atmosphäre.
Das sowjetische Projekt sah die Schaffung eines Gerätes mit einem Gewicht von mehr als 10 Tonnen mit klappbaren Flügelkonsolen vor. Eine experimentelle Version des Geräts war 1965 als Unterschall-Analog für den Erstflug bereit. Um die Probleme der thermischen Auswirkungen auf die Struktur im Flug und die Steuerbarkeit des Fahrzeugs bei Unterschall- und Überschallgeschwindigkeit zu lösen, wurden Flugmodelle gebaut, die "Bor" genannt wurden. Ihre Tests wurden in den Jahren 1969-1973 durchgeführt. Eine eingehende Untersuchung der erhaltenen Ergebnisse führte zur Notwendigkeit, zwei Modelle zu erstellen: "Bor-4" und "Bor-5". Das beschleunigte Arbeitstempo am Space-Shuttle-Programm und vor allem die unbestreitbaren Erfolge der Amerikaner in diesem Bereich erforderten jedoch eine Anpassung der sowjetischen Pläne.
Generell ist wiederverwendbare Luft- und Raumfahrttechnik für heimische Entwickler keineswegs etwas Neues und Unbekanntes. Angesichts der Beschleunigung der Programme zum Aufbau von Satellitensystemen, interplanetarer Kommunikation und Erforschung des Weltraums können wir zuversichtlich von der Notwendigkeit sprechen, präzise wiederverwendbare Trägerraketen, einschließlich schwerer Trägerraketen, zu schaffen.
Insgesamt sind die Pläne zur Entwicklung einer russischen schweren Rakete recht optimistisch. Mitte Mai stellte Oleg Ostapenko klar, dass das Föderale Raumfahrtprogramm 2016–2025 noch die Konstruktion einer superschweren Trägerrakete mit einer Nutzlastkapazität von 70–80 Tonnen vorsieht. „Die FKP ist noch nicht genehmigt, sie wird gebildet. Wir werden es in naher Zukunft veröffentlichen“, betont der Chef von Roscosmos.
