Wiederverwendbares Raketen- und Weltraumsystem am Startplatz. Grafik des Hochtemperaturforschungsinstituts
Grundlage der modernen russischen Kosmonautik sind die Mitte des letzten Jahrhunderts entstandenen Sojus- und Proton-Raketen. Fast alles, was von russischen Kosmodromen ins All startet, wird von diesen zuverlässigen, aber ziemlich veralteten Maschinen in die Umlaufbahn gebracht. Um die Raketenflotte zu erneuern und Russlands bedingungslosen Zugang zu allen Segmenten der Weltraumaktivität zu gewährleisten, geht der neueste Angara-Raketenkomplex in die Phase der Flugerprobung. Dies ist vielleicht der einzige Weltraumraketenkomplex der Welt, der über eine breite Palette von Fähigkeiten verfügt, um Raumschiffe mit einem Gewicht von 4 bis 26 Tonnen in den Weltraum zu befördern.
Super schwere Prinzipien
Der Bedarf an Raumfahrzeugen in naher Zukunft wird durch die Sojus- und Angara-Raketen gedeckt, aber ihre Tragfähigkeit reicht nicht aus, um die Probleme bei der Erforschung des Mondes, des Mars und anderer Planeten des Sonnensystems zu lösen. Darüber hinaus erschweren sie die ökologische Situation in der Amur-Region, da ihre verbrachten Etappen entweder in die Amur-Taiga oder in das Wassergebiet des Ochotskischen Meeres fallen. Es ist klar, dass diese Situation erzwungen ist, es ist eine Zahlung für die Gewährleistung der Weltraumsouveränität Russlands. Wie hoch wird diese Zahlung sein, wenn beschlossen wird, superschwere Raketen für bemannte Flüge zum Mond zu bauen?
Solche Raketen hat es in unserer Geschichte schon gegeben: Energia und N-1. Die Grundprinzipien einer superschweren Rakete wurden vor mehr als 50 Jahren festgelegt und umgesetzt, sodass nur Geld benötigt wird, um sie zu bauen. Und wenn zum dritten Mal eine superschwere Rakete entsteht, dann fallen in der Amur-Region jährlich zusätzlich 320 Tonnen Altmetall mit Treibstoffresten an.
Der Wunsch, Raketen umweltfreundlich und kostengünstig zu machen, hat zu der Idee geführt, die ersten Raketenstufen zum Startplatz zurückzubringen und wiederzuverwenden. Nachdem die zugewiesene Zeit berechnet wurde, sollten die Stufen in der Atmosphäre absteigen und das Flugzeug zum Startplatz zurückkehrt. Nach diesem Prinzip wird das wiederverwendbare Raketen- und Raumfahrtsystem (MRKS) betrieben.
MRKS wie es ist
Das wiederverwendbare Raketen- und Weltraumsystem wurde auf der Moskauer Luft- und Raumfahrtausstellung 2011 der Fachwelt und der Öffentlichkeit vorgestellt. Das System besteht aus vier wiederverwendbaren Trägerraketen (MRN) mit wiederverwendbaren Raketenbaugruppen (VRB). Die gesamte Palette der MRNs mit einer Tragfähigkeit von 25 bis 70 Tonnen kann durch verschiedene Kombinationen von zwei Hauptmodulen komplettiert werden: Das erste Modul ist eine wiederverwendbare Raketeneinheit (erste Stufe), das zweite Modul ist eine zweite Einweg-Raketenstufe.
In einer Konfiguration mit einer Tragfähigkeit von bis zu 25 Tonnen (ein VRB und ein Modul der 2. Stufe) kann die wiederverwendbare Rakete alle modernen und zukunftsträchtigen bemannten und unbemannten Raumfahrzeuge starten. In der Dimension von 35 Tonnen (zwei VRB und ein Modul der 2. Stufe) ermöglicht das MRN, pro Start zwei Telekommunikationssatelliten in die Umlaufbahn zu bringen, Module vielversprechender Orbitalstationen in den Weltraum zu liefern und schwere automatische Stationen zu starten, die bei der erste Stufe der Monderkundung und Erforschung des Mars.
Ein wichtiger Vorteil der MRN ist die Möglichkeit, gepaarte Starts durchzuführen. Um zwei moderne Telekommunikationssatelliten mit der Angara-Rakete zu starten, müssen zehn Raketentriebwerke im Wert von jeweils 240 Millionen Rubel gekauft werden. jede einzelne. Beim Start von zwei gleichen Satelliten mit dem MRN wird nur ein Triebwerk verbraucht, dessen Kosten auf 400 Millionen Rubel geschätzt werden. Die Kostenersparnis allein für Motoren beträgt 600%!
Die ersten Studien der bergbaren Raketeneinheit wurden zu Beginn des Jahrhunderts durchgeführt und auf der Le Bourget Aerospace Show in Form eines Mock-up der Baikal-Wiedereintrittsphase präsentiert.
Später, in der Vorentwurfsphase, wurde an der Auswahl der Kraftstoffkomponenten gearbeitet, um die Probleme der thermischen Erwärmung, der automatischen Landung und vieler anderer Probleme zu lösen. Dutzende von VRB-Varianten wurden detailliert analysiert, eine gründliche technische und wirtschaftliche Analyse unter Berücksichtigung verschiedener Szenarien für die Entwicklung der heimischen Kosmonautik durchgeführt. Als Ergebnis wurde eine Variante des MRKS ermittelt, die das gesamte Spektrum moderner und zukunftsträchtiger Aufgabenstellungen am besten erfüllt.
Landung einer wiederverwendbaren Trägerrakete mit wiederverwendbaren Raketeneinheiten. Grafik des Hochtemperaturforschungsinstituts
Auf blauem Gas
Es wurde vorgeschlagen, das Problem eines wiederverwendbaren Motors durch die Verwendung von Flüssigerdgas (LNG) als Kraftstoff zu lösen. Erdgas ist ein günstiger, umweltfreundlicher Kraftstoff, der sich am besten für den Einsatz in Mehrwegmotoren eignet. Dies wurde vom Khimmash Design Bureau, benannt nach A. M. Isaev im September 2011, als der weltweit erste Flüssigtreibstoff-Erdgas-Raketenmotor getestet wurde. Der Motor ist mehr als 3000 Sekunden gelaufen, was 20 Starts entspricht. Nach der Demontage und Prüfung des Zustands der Aggregate bestätigten sich alle neuen technischen Ideen.
Es wurde vorgeschlagen, das Problem der Erwärmung der Struktur zu lösen, indem die optimalen Trajektorien gewählt werden, in denen Wärmeströme eine starke Erwärmung der Struktur ausschließen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines teuren Wärmeschutzes.
Es wurde vorgeschlagen, das Problem der automatischen Landung zweier VRBs und deren Integration in den russischen Luftraum zu lösen, indem das GLONASS-Navigationssystem und ein automatisches abhängiges Überwachungssystem, das in der Raketentechnik nicht verwendet wurde, in den Regelkreis einbezogen werden.
Unter Berücksichtigung der technischen Komplexität und Neuheit der zu schaffenden Ausrüstung, basierend auf in- und ausländischen Erfahrungen, wird die Notwendigkeit der Erstellung eines Flugdemonstrators, der eine reduzierte Kopie des VRB ist, begründet. Der Demonstrator kann ohne besondere Produktionsvorbereitung mit allen gängigen Bordsystemen gefertigt und ausgestattet werden. Ein solches Flugzeug wird es ermöglichen, alle wichtigen technischen Lösungen, die in ein Originalprodukt integriert sind, unter realen Flugbedingungen zu testen, wodurch technische und finanzielle Risiken bei der Erstellung eines Standardprodukts reduziert werden.
Die Kosten des Demonstrators lassen sich durch seine einzigartige Fähigkeit rechtfertigen, Objekte mit einem Gewicht von mehr als 10 Tonnen auf einer ballistischen Flugbahn in eine Höhe von 80 km zu schleudern, sie auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen, die die Schallgeschwindigkeit um das Siebenfache übersteigt, und wieder in die Flugplatz für einen zweiten Start. Ein auf seiner Basis entstehendes wiederverwendbares Produkt kann nicht nur für die Entwickler von Hyperschallflugzeugen von großer Bedeutung sein.
Die Philosophie der Flexibilität
Die erste Stufe ist der größte und teuerste Teil der Rakete. Durch die Reduzierung der Produktion dieser Stufen aufgrund ihrer wiederholten Verwendung ist es möglich, die Kosten der Bundesbehörden für den Start von Raumfahrzeugen erheblich zu senken. Vorläufige Schätzungen zeigen, dass für die erfolgreiche Umsetzung aller bestehenden und vielversprechenden Weltraumprogramme, einschließlich der Lieferung unbemannter Stationen zum Mond und zum Mars, eine Flotte von nur 7–9 Wiedereintrittsraketenblöcken ausreicht.
Das MRCS hat eine Philosophie der Flexibilität in Bezug auf die Konjunktion des Weltraumprogramms. Mit der Schaffung eines MRN mit einer Tragfähigkeit von 25 bis 35 Tonnen erhält Roskosmos ein System, das die Probleme der Gegenwart und der nahen Zukunft effektiv löst. Sollten für Flüge zum Mond oder Mars schwerere Fahrzeuge eingesetzt werden müssen, steht dem Kunden eine MRN mit einer Tragfähigkeit von bis zu 70 Tonnen zur Verfügung, deren Erstellung keine nennenswerten Kosten erfordert.
Das einzige Programm, für das die MRKS nicht geeignet ist, ist das Programm der bemannten Flüge zum Mars. Aber diese Flüge sind auf absehbare Zeit technisch nicht machbar.
Heute stellt sich eine grundsätzlich wichtige Frage nach den Perspektiven für die Entwicklung von Trägerraketen. Was soll geschaffen werden: eine superschwere Einweg-Rakete, die nur in den Mond- und Mars-Programmen verwendet wird und bei deren Beendigung die Kosten wieder abgeschrieben werden; oder ein MRCS zu schaffen, das nicht nur die Umsetzung der aktuellen Startprogramme zu einem eineinhalbfach niedrigeren Preis als heute ermöglicht, sondern auch mit minimalen Modifikationen im Mondprogramm und im Mars-Erkundungsprogramm eingesetzt werden kann?
