Hoy en día, muchos de nosotros conocemos, o al menos hemos oído hablar, de la familia de vehículos de lanzamiento parcialmente reutilizables de la empresa privada SpaceX. Gracias al éxito de la empresa, así como a la personalidad del fundador, Elon Musk, quien a menudo se convierte en el héroe de las noticias, los cohetes Falcon 9, SpaceX y los vuelos espaciales en general no abandonan las páginas de la prensa internacional. Al mismo tiempo, Rusia tenía y tiene sus propios desarrollos y proyectos no menos interesantes de misiles reutilizables, de los que se sabe mucho menos. La respuesta a la pregunta de por qué sucede esto es obvia. Los cohetes de Ilona Mask vuelan regularmente al espacio, y los cohetes rusos reutilizables y parcialmente reutilizables son hasta ahora solo proyectos, dibujos y bellas imágenes en presentaciones.
Space se lanza hoy
Hoy en día, podemos decir con seguridad que Roskosmos en algún momento se perdió el tema de los misiles reutilizables, teniendo en sus manos desarrollos y proyectos que se adelantaron a otros países por varios años. Todos los proyectos de misiles reutilizables rusos nunca se completaron, no se implementaron en metal. Por ejemplo, el vehículo de lanzamiento Korona reutilizable de una sola etapa, desarrollado entre 1992 y 2012, nunca llegó a su conclusión lógica. Ya estamos viendo el resultado de este error de cálculo en el desarrollo. Rusia ha perdido seriamente sus posiciones en el mercado de lanzamientos espaciales comerciales con la llegada del cohete estadounidense Falcon 9 y sus variantes, y también es muy inferior en términos de la cantidad de lanzamientos espaciales realizados por año. A finales de 2018, Roscosmos informó sobre 20 lanzamientos espaciales (uno fallido), mientras que en abril de 2018, en una entrevista con TASS, el titular de Roscosmos, Igor Komarov, dijo que está previsto realizar 30 lanzamientos espaciales por parte de la fin de año. El líder a fines del año pasado fue China, que realizó 39 lanzamientos espaciales (uno fallido), en segundo lugar quedó Estados Unidos con 31 lanzamientos espaciales (ninguno fallido).
Hablando de vuelos espaciales modernos, es necesario entender que en el costo total del lanzamiento de un vehículo de lanzamiento moderno (LV), el principal gasto es el propio cohete. Su carrocería, tanques de combustible, motores, todo esto vuela para siempre, se quema en las densas capas de la atmósfera, está claro que esos gastos irrecuperables convierten cualquier lanzamiento de un vehículo de lanzamiento en un placer muy costoso. No el mantenimiento de los puertos espaciales, ni el combustible, ni el trabajo de montaje antes del lanzamiento, sino el precio del vehículo de lanzamiento en sí, es el principal elemento de los gastos. Un producto tecnológico muy complejo del pensamiento de la ingeniería se utiliza durante unos minutos, después de lo cual se destruye por completo. Naturalmente, esto es cierto para los cohetes desechables. La idea de utilizar vehículos de lanzamiento recuperables se sugiere aquí por sí misma, como una oportunidad real de reducir el costo de cada lanzamiento espacial. En este caso, incluso el regreso de solo la primera etapa hace que el costo de cada lanzamiento sea menor.
Aterrizaje de la primera etapa retornable del vehículo de lanzamiento Falcon 9
Es un esquema similar que fue implementado por el multimillonario estadounidense Elon Musk, convirtiendo la primera etapa recuperable del vehículo de lanzamiento pesado Falcon 9. Si bien la primera etapa de estos misiles es parcialmente recuperable, algunos intentos de aterrizaje terminan en fracaso, pero la cantidad de los aterrizajes fallidos se redujeron a casi cero en 2017 y 2018. Por ejemplo, el año pasado solo hubo una falla por cada 10 aterrizajes exitosos de la primera etapa. Al mismo tiempo, SpaceX también abrió el nuevo año con un aterrizaje exitoso de la primera etapa. El 11 de enero de 2019, la primera etapa del cohete Falcon 9 aterrizó con éxito en una plataforma flotante, además, se reutilizó y, anteriormente, puso en órbita el satélite de comunicaciones Telestar 18V en septiembre de 2018. Hoy en día, estas primeras etapas retornables ya son un hecho consumado. Pero cuando los representantes de la empresa espacial privada estadounidense solo hablaron de su proyecto, muchos expertos dudaron de la posibilidad de su exitosa implementación.
En la realidad actual, la primera etapa de un cohete Falcon 9 de clase pesada en algunos lanzamientos se puede utilizar en una versión de reentrada. Llevando la segunda etapa del cohete a una altura suficiente, se separa de él a una altitud de unos 70 kilómetros, el desacoplamiento se produce aproximadamente 2,5 minutos después del lanzamiento del vehículo de lanzamiento (el tiempo depende de las tareas específicas de lanzamiento). Después de la separación de la BT, la primera etapa, utilizando el sistema de control de actitud instalado, realiza una pequeña maniobra, evitando la llama de los motores de la segunda etapa en funcionamiento, y hace girar los motores hacia adelante en preparación para las tres maniobras principales de frenado. Al aterrizar, la primera etapa utiliza sus propios motores para frenar. Vale la pena señalar que la etapa devuelta impone sus propias restricciones al lanzamiento. Por ejemplo, la carga útil máxima de un cohete Falcon 9 se reduce entre un 30 y un 40 por ciento. Esto se debe a la necesidad de reservar combustible para el frenado y posterior aterrizaje, así como al peso adicional del equipo de aterrizaje instalado (timones de celosía, soportes de aterrizaje, elementos del sistema de control, etc.).
Los éxitos de los estadounidenses y gran serie de lanzamientos exitosos no pasaron desapercibidos en el mundo, lo que provocó una serie de declaraciones sobre el inicio de proyectos utilizando la reutilización parcial de cohetes, incluido el regreso de propulsores laterales y la primera etapa de regreso a la Tierra. Representantes de Roscosmos también hablaron sobre este tema. La Compañía comenzó a hablar sobre la reanudación de los trabajos de creación de misiles reutilizables en Rusia a principios de 2017.
Vehículo de lanzamiento "Korona" - vista general
Cohete Korona reutilizable y proyectos anteriores
Vale la pena señalar que la idea de misiles reutilizables se estudió en la Unión Soviética. Luego del colapso del país, este tema no desapareció, se continuó trabajando en esta dirección. Comenzaron mucho antes de que Elon Musk acabara de hablar de eso. Por ejemplo, los bloques de la primera etapa del cohete soviético superpesado Energia debían ser devueltos, esto era necesario por razones económicas y para la implementación del recurso de los motores RD-170, diseñados para al menos 10 vuelos.
Menos conocido es el proyecto del vehículo de lanzamiento Rossiyanka, que fue desarrollado por los especialistas del Academician V. P. Makeev State Rocket Center. Esta empresa es conocida principalmente por sus desarrollos militares. Por ejemplo, fue aquí donde se crearon la mayoría de misiles balísticos domésticos destinados a armar submarinos, incluidos los misiles balísticos R-29RMU Sineva actualmente en servicio con la flota submarina rusa.
Según el proyecto, el Rossiyanka era un vehículo de lanzamiento de dos etapas, cuya primera etapa era reutilizable. Esencialmente la misma idea que los ingenieros de SpaceX, pero unos años antes. Se suponía que el cohete lanzaría 21,5 toneladas de carga a una órbita de referencia baja, indicadores cercanos al cohete Falcon 9. El regreso de la primera etapa iba a tener lugar a lo largo de una trayectoria balística debido a la reincorporación de los motores de etapa estándar. Si es necesario, la capacidad de carga del cohete podría aumentarse a 35 toneladas. El 12 de diciembre, el Makeyev SRC presentó su nuevo cohete en la competencia Roscosmos para el desarrollo de vehículos de lanzamiento reutilizables, pero el pedido para la creación de dichos dispositivos fue para los competidores del Centro Espacial de Investigación y Producción del Estado de Khrunichev con el Baikal-Angara. proyecto. Lo más probable es que los especialistas de Makeev SRC hubieran tenido la competencia para implementar su proyecto, pero sin la suficiente atención y financiación era imposible.
El proyecto Baikal-Angara era aún más ambicioso; era una versión aeronáutica del regreso de la primera etapa a la Tierra. Se planeó que después de alcanzar la altura establecida del compartimiento, se abriera un ala especial en la primera etapa y luego volaría a lo largo de un avión con un aterrizaje en un aeródromo convencional con el tren de aterrizaje extendido. Sin embargo, dicho sistema en sí mismo no solo es muy complejo, sino también costoso. Entre sus méritos indiscutibles figuraba el hecho de que podía regresar desde una mayor distancia. Desafortunadamente, el proyecto nunca se realizó, todavía se recuerda a veces, pero nada más.
Ahora el mundo está pensando en vehículos de lanzamiento totalmente reutilizables. Elon Musk anunció el proyecto Big Falcon Rocket. Dicho cohete debería recibir una arquitectura de dos etapas poco característica de la cosmonáutica moderna; su segunda etapa es un todo único con una nave espacial, que puede ser de carga o de pasajeros. Está previsto que la primera etapa de Superpesado regrese a la Tierra, realizando un aterrizaje vertical en el cosmódromo mediante el uso de sus motores, esta tecnología ya ha sido perfectamente desarrollada por los ingenieros de SpaceX. La segunda etapa del cohete, junto con una nave espacial (de hecho, esta es una nave espacial para varios propósitos), que se llamó Starship, entrará en la órbita de la Tierra. La segunda etapa también tendrá suficiente combustible para desacelerar en las densas capas de la atmósfera después de completar una misión espacial y aterrizar en una plataforma en alta mar.
Vale la pena señalar que SpaceX tampoco tiene una palma en tal idea. En Rusia, el proyecto de un vehículo de lanzamiento reutilizable se ha desarrollado desde la década de 1990. Y nuevamente, trabajaron en el proyecto en el State Rocket Center que lleva el nombre del académico V. P. Makeev. El proyecto del cohete ruso reutilizable tiene el hermoso nombre "Korona". Roscosmos recordó este proyecto en 2017, tras lo cual siguieron varios comentarios sobre la reanudación de este proyecto. Por ejemplo, en enero de 2018, Rossiyskaya Gazeta publicó la noticia de que Rusia había reanudado el trabajo en un cohete espacial reutilizable. Se trataba del vehículo de lanzamiento Korona.
A diferencia del cohete estadounidense Falcon-9, el ruso Korona no tiene etapas desmontables; de hecho, es una única nave espacial de despegue y aterrizaje suave. Según Vladimir Degtyar, diseñador general del Makeyev SRC, este proyecto debería abrir el camino para la implementación de vuelos tripulados interplanetarios de larga distancia. Está previsto que el principal material estructural del nuevo cohete ruso sea fibra de carbono. Al mismo tiempo, el "Korona" está diseñado para lanzar naves espaciales a órbitas terrestres bajas con una altitud de 200 a 500 kilómetros. La masa del vehículo de lanzamiento es de unas 300 toneladas. La masa de la carga útil de salida es de 7 a 12 toneladas. El despegue y aterrizaje del "Korona" debe realizarse utilizando instalaciones de lanzamiento simplificadas, además de esto, se está estudiando la opción de lanzar un cohete reutilizable desde plataformas marinas. El nuevo vehículo de lanzamiento podrá utilizar la misma plataforma para despegue y aterrizaje. El tiempo de preparación del cohete para el próximo lanzamiento es de solo un día.
Cabe señalar que los materiales de fibra de carbono necesarios para crear cohetes de una sola etapa y reutilizables se han utilizado en la tecnología aeroespacial desde los años 90 del siglo pasado. Desde principios de la década de 1990, el proyecto Korona ha recorrido un largo camino de desarrollo y ha evolucionado significativamente, no hace falta decir que inicialmente se trataba de un cohete de una sola vez. Al mismo tiempo, en el proceso de evolución, el diseño del futuro cohete se volvió más simple y perfecto. Poco a poco, los desarrolladores del cohete abandonaron el uso de alas y tanques de combustible externos, habiendo llegado a la conclusión de que el material principal del cuerpo del cohete reutilizable sería fibra de carbono.
En la última versión del cohete Korona reutilizable hasta la fecha, su masa se acerca a las 280-290 toneladas. Un vehículo de lanzamiento de una sola etapa tan grande requiere un motor cohete propulsor líquido altamente eficiente que funcione con hidrógeno y oxígeno. A diferencia de los motores de cohetes, que se colocan en etapas separadas, un motor de cohete de propulsión líquida de este tipo debería funcionar eficazmente en diversas condiciones y en diferentes altitudes, incluido el despegue y el vuelo fuera de la atmósfera terrestre. "Un motor de cohete de propulsante líquido ordinario con boquillas Laval es eficaz sólo en ciertos rangos de altitud", dicen los diseñadores de Makeevka. El chorro de gas en estos motores de cohetes se ajusta a la presión "al agua" y, además, retienen su eficiencia tanto en la superficie de la Tierra como bastante alto en la estratosfera.
RN "Korona" en vuelo orbital con un compartimento de carga útil cerrado, render
Sin embargo, hasta ahora en el mundo simplemente no existe un motor que funcione de este tipo, aunque se desarrollaron activamente en la URSS y los EE. UU. Los expertos creen que el vehículo de lanzamiento reutilizable Korona debería estar equipado con una versión modular del motor, en la que la boquilla de aire de cuña es el único elemento que actualmente no tiene un prototipo y no ha sido probado en la práctica. Al mismo tiempo, Rusia tiene sus propios tecnólogos en la producción de materiales compuestos modernos y partes de ellos. Su desarrollo y aplicación están comprometidos con bastante éxito, por ejemplo, en JSC "Composite" y el Instituto de Materiales de Aviación de toda Rusia (VIAM).
Para un vuelo seguro en la atmósfera de la Tierra, la estructura de fibra de carbono del Korona estará protegida por una loseta de protección contra el calor, que se desarrolló previamente en VIAM para la nave espacial Buran y desde entonces ha atravesado un camino de desarrollo significativo. “La principal carga de calor del Korona se concentrará en su proa, donde se utilizan elementos de protección térmica de alta temperatura”, señalan los diseñadores. “Al mismo tiempo, los lados ensanchados del vehículo de lanzamiento tienen un diámetro mayor y están ubicados en un ángulo agudo con respecto al flujo de aire. La carga térmica sobre estos elementos es menor, y esto, a su vez, nos permite utilizar materiales más ligeros. Como resultado, se consigue un ahorro de aproximadamente 1,5 toneladas de peso. La masa de la parte de alta temperatura del cohete no excede el 6 por ciento de la masa total de la protección térmica para el Korona. A modo de comparación, el transbordador espacial representó más del 20 por ciento.
La forma elegante y cónica del cohete reutilizable es el resultado de muchas pruebas y errores. Según los desarrolladores, mientras trabajaban en el proyecto, revisaron y evaluaron cientos de opciones diferentes. “Decidimos abandonar por completo las alas, como las del transbordador espacial o las de la nave espacial Buran”, dicen los desarrolladores. - En general, cuando se encuentran en las capas superiores de la atmósfera, las alas solo interfieren con la nave espacial. Tales naves espaciales entran en la atmósfera a una velocidad hipersónica no mejor que un "hierro", y sólo a una velocidad supersónica pasan al vuelo horizontal, después de lo cual pueden confiar plenamente en la aerodinámica de las alas ".
La forma cónica axisimétrica del cohete permite no solo facilitar la protección contra el calor, sino también dotarlo de buenas cualidades aerodinámicas cuando se desplaza a altas velocidades de vuelo. Ya en las capas superiores de la atmósfera, el "Korona" recibe una fuerza de elevación, lo que permite que el cohete no solo disminuya la velocidad, sino que también realice maniobras. Esto permite que el vehículo de lanzamiento maniobre a gran altura cuando vuela hacia el lugar de aterrizaje; en el futuro, solo tiene que completar el proceso de frenado, corregir su rumbo, girar hacia atrás hacia abajo con pequeños motores de maniobra y aterrizar en el suelo.
El problema con el proyecto es que Korona todavía se está desarrollando en condiciones de financiación insuficiente o su total ausencia. Actualmente, el Makeyev SRC ha completado solo un borrador de diseño sobre este tema. Según los datos anunciados durante las XLII Lecturas Académicas de Cosmonáutica de 2018, se realizaron estudios de viabilidad sobre el proyecto de creación del vehículo de lanzamiento Korona y se elaboró un calendario de desarrollo efectivo del cohete. Se han investigado las condiciones necesarias para la creación de un nuevo vehículo de lanzamiento y se han analizado las perspectivas y resultados tanto del proceso de desarrollo como del funcionamiento futuro del nuevo cohete.
Después del estallido de noticias sobre el proyecto Crown en 2017 y 2018, el silencio sigue de nuevo … Las perspectivas del proyecto y su implementación aún no están claras. Mientras tanto, SpaceX presentará una muestra de prueba de su nuevo Big Falcon Rocket (BFR) reutilizable en el verano de 2019. Pueden pasar muchos años desde la creación de una muestra de prueba hasta un cohete en toda regla, lo que confirmará su confiabilidad y rendimiento, pero por ahora podemos afirmar: Elon Musk y su compañía están haciendo cosas que se pueden ver y tocar con las manos.. Al mismo tiempo, Roskosmos, según el primer ministro Dmitry Medvedev, debería terminar su proyección y charlar sobre adónde volaremos en el futuro. Necesitas hablar menos y hacer más.
