Los programas lunares y marcianos de Rusia necesitan vehículos de reparto superpesados
Hoy en día, la penetración en el espacio profundo, declarada en los programas espaciales avanzados rusos y estadounidenses, sin embargo, al igual que las actividades en el espacio cercano a la Tierra, está indisolublemente ligada a la creación de sistemas de transporte confiables, económicos y multifuncionales. Además, deben ser adecuados para resolver una amplia gama de tareas civiles y militares. Aparentemente, Rusia debería prestar atención a la creación de transporte pesado espacial reutilizable.
Hoy, el pensamiento espacial ruso finalmente se ha reorientado hacia las expediciones de larga distancia. Estamos hablando de una exploración por fases de la luna, un programa que no se ha devuelto en 40 años. En un futuro lejano, vuelos tripulados a Marte. En este caso, no discutiremos los programas antes mencionados, pero tenga en cuenta que no podemos prescindir de vehículos pesados de lanzamiento capaces de lanzar cientos de toneladas de carga útil a órbita baja.
Angara y Yenisei
El aspecto militar tampoco va a ir a ninguna parte. El elemento básico del sistema de defensa de misiles espaciales estadounidense, que ya se ha convertido prácticamente en una realidad, será un sistema de transporte capaz de entregar numerosas plataformas de combate, satélites de observación y control a la órbita terrestre. También debería prever la prevención y reparación de estos vehículos directamente en el espacio.
En general, se ha diseñado un sistema de potencial energético colosal. Después de todo, solo una plataforma de combate con un láser de fluoruro de hidrógeno de 60 megavatios tiene un peso estimado de 800 toneladas. Pero la efectividad de las armas de energía dirigida solo puede ser alta si se despliegan en órbita múltiples plataformas de este tipo. Está claro que la rotación total de carga de la próxima serie de "guerras de las galaxias" ascenderá a decenas de miles de toneladas, que deben ser entregadas sistemáticamente al espacio cercano a la Tierra. Pero eso no es todo.
Hoy en día, los complejos de reconocimiento espacial juegan un papel clave en el uso de armas de alta precisión en la Tierra. Esto obliga tanto a Estados Unidos como a Rusia a aumentar y mejorar constantemente sus agrupaciones orbitales. Además, la naturaleza de alta tecnología de las naves espaciales requiere al mismo tiempo proporcionar su reparación orbital.
Pero volvamos al tema lunar. A finales de enero, cuando los planes para un estudio exhaustivo de la Luna con la perspectiva de desplegar una base habitada allí, el jefe de la corporación espacial doméstica principal Energia, Vitaly Lopota, habló sobre la posibilidad de un vuelo a la Luna desde el punto de vista de los vehículos de lanzamiento.
Enviar expediciones a la Luna es imposible sin la creación de vehículos de lanzamiento superpesados con una capacidad de carga útil de 74-140 toneladas, mientras que el cohete Proton ruso más poderoso pone en órbita 23 toneladas. “Para volar a la Luna y regresar, se necesita un lanzamiento de dos lanzamientos: dos cohetes con una capacidad de carga de 75 toneladas, un vuelo de un solo lanzamiento a la Luna y de regreso sin aterrizar entre 130 y 140 toneladas. Si tomamos un cohete de 75 toneladas como base, entonces una misión práctica a la Luna con aterrizaje es un esquema de ocho lanzamientos. Si el cohete tiene una capacidad de carga de menos de 75 toneladas, como sugieren, 25-30 toneladas, entonces el desarrollo incluso de la Luna se vuelve absurdo”, dijo Lopota, hablando en las Lecturas Reales en la Universidad Técnica Estatal Bauman de Moscú.
Denis Lyskov, secretario de Estado, subdirector de Roscosmos, habló sobre la necesidad de tener un portaaviones pesado a mediados de mayo. Dijo que en la actualidad Roskosmos, junto con la Academia de Ciencias de Rusia, está preparando un programa de exploración espacial, que se convertirá en una parte integral del próximo Programa Espacial Federal de Rusia para 2016-2025. “Para hablar realmente de un vuelo a la luna, necesitamos un portaaviones de clase superpesada con una capacidad de carga de aproximadamente 80 toneladas. Ahora que este proyecto está en etapa de desarrollo, en un futuro cercano prepararemos los documentos necesarios para presentarlos al gobierno”, enfatizó Lyskov.
Hasta la fecha, el cohete ruso más grande en funcionamiento es el Proton, con una carga útil de 23 toneladas en órbita baja y 3,7 toneladas en órbita geoestacionaria. Rusia está desarrollando actualmente la familia de misiles Angara con una capacidad de carga útil de 1,5 a 35 toneladas. Desafortunadamente, la creación de esta tecnología se ha convertido en una construcción real a largo plazo y el primer lanzamiento se ha pospuesto durante muchos años, incluso debido a desacuerdos con Kazajstán. Ahora se espera que "Angara" vuele a principios del verano desde el cosmódromo de Plesetsk en una configuración ligera. Según el jefe de Roscosmos, hay planes para crear una versión pesada del Angara, capaz de lanzar una carga útil de 25 toneladas a una órbita baja.
Pero tales indicadores, como vemos, están lejos de ser suficientes para la implementación del programa de vuelos interplanetarios y exploración del espacio profundo. En las Lecturas Reales, el jefe de Roscosmos, Oleg Ostapenko, dijo que el gobierno estaba preparando una propuesta para desarrollar un cohete súper pesado capaz de lanzar carga que pesa más de 160 toneladas en órbita baja. “Este es un verdadero desafío. En términos de y cifras más altas , - dijo Ostapenko.
Es difícil decir qué tan pronto estos planes se harán realidad. Sin embargo, la industria nacional de cohetes tiene cierta reserva para la creación de transporte espacial pesado. A fines de la década de 1980, fue posible crear un vehículo de lanzamiento pesado de propulsante líquido Energia, capaz de lanzar una carga útil de hasta 120 toneladas en órbita baja. Si hablamos de la reanimación completa de este programa, aún no es necesario, entonces definitivamente hay diseños preliminares de un portador pesado basado en Energia.
La parte principal de Energia se puede utilizar en el nuevo cohete, el RD-0120 LPRE que funciona con éxito. En realidad, el proyecto de un cohete pesado que utiliza estos motores existe en el Centro Espacial Khrunichev, que es la organización principal para la producción de nuestro único vehículo de lanzamiento pesado, Proton.
Estamos hablando del sistema de transporte Yenisei-5, cuyo desarrollo comenzó en 2008. Se supone que el cohete con una longitud de 75 metros estará equipado con la primera etapa con tres LPRE RD-0120 de oxígeno-hidrógeno, cuya producción fue lanzada por la Oficina de Diseño de Automatización Química de Voronezh en 1976. Según los especialistas del Centro Khrunichev, no será difícil restaurar este programa y, en el futuro, es posible reutilizar estos motores.
Sin embargo, además de las ventajas obvias, el Yenisei tiene un inconveniente significativo, francamente, hoy en día inevitable: las dimensiones. El hecho es que, según los planes, la carga principal de futuros lanzamientos recaerá en el cosmódromo de Vostochny que se está construyendo en el Lejano Oriente. En cualquier caso, se supone que los transportistas prometedores pesados y superpesados se enviarán al espacio desde allí.
El diámetro de la primera etapa del cohete Yenisei-5 es de 4,1 metros y no permite su transporte por ferrocarril, al menos sin una importante modernización volumétrica y muy costosa de la infraestructura vial. Debido a problemas con el transporte, en un momento fue necesario imponer restricciones en el diámetro de las etapas principales del cohete Rus-M, que permaneció en los tableros de dibujo.
Además del Centro Espacial Khrunichev, Energia Rocket and Space Corporation (RSC) también participó en el desarrollo de un portaaviones pesado. En 2007, propusieron un proyecto de un vehículo de lanzamiento que utiliza, en parte, el diseño del cohete Energia. Solo la carga útil del nuevo cohete se colocó en la parte superior, y no en el contenedor lateral, como en su predecesor.
Beneficio y viabilidad
Los estadounidenses, por supuesto, no son un decreto para nosotros, pero su transporte pesado, cuyo desarrollo ya ha entrado en la recta final, implica un uso reutilizable parcial. Este verano, la empresa privada SpaceX planea lanzar el primer lanzamiento del nuevo Falcon Heavy, el cohete más grande lanzado desde 1973. Es decir, desde la época del programa lunar estadounidense con lanzamientos del gigantesco portaaviones Saturn-5, creado por el padre de los vehículos de lanzamiento estadounidenses, Wernher von Braun. Pero si ese cohete estaba destinado exclusivamente a la entrega de expediciones a la Luna y era desechable, entonces el nuevo ya puede usarse para expediciones marcianas. Además, está previsto volver a las etapas de mantenimiento de la Tierra como el cohete Falcon 9 v1.1 (R - Reutilizable, reutilizable).
Los transbordadores espaciales vuelven a tener demanda
La primera etapa de este cohete está equipada con puntales de aterrizaje que se utilizan para estabilizar el cohete y para un aterrizaje suave. Después de la separación, la primera etapa desacelera encendiendo brevemente tres de los nueve motores para asegurar la entrada a la atmósfera a una velocidad aceptable. Ya cerca de la superficie, se enciende el motor central y el escenario está listo para realizar un aterrizaje suave.
La masa de la carga útil que puede levantar el cohete Falcon Heavy es de 52.616 kilogramos, que es aproximadamente el doble de lo que pueden levantar otros cohetes pesados (el Delta IV Heavy estadounidense, el Ariane europeo y el Long March chino).
La reutilización, por supuesto, es beneficiosa en el caso del trabajo espacial de alta frecuencia. Los estudios han demostrado que el uso de complejos desechables es más rentable que un sistema de transporte reutilizable en programas con una tasa de no más de cinco lanzamientos por año, siempre que la enajenación de tierras para los campos de caída de las partes separadoras sea temporal, y no permanente, con posibilidad de evacuación de población, ganado y equipos de zonas peligrosas. …
Esta reserva se debe a que nunca se ha tenido en cuenta en los cálculos el coste de adquisición de terrenos, pues hasta hace poco las pérdidas con rechazo o incluso con evacuación temporal nunca han sido compensadas y siguen siendo difíciles de calcular. Y constituyen una parte significativa del costo de operar los sistemas de misiles. Con una escala de programa de más de 75 lanzamientos en 15 años, los sistemas reutilizables tienen la ventaja y el efecto económico de su uso aumenta con el número.
Además, la transición de vehículos desechables para el lanzamiento de cargas útiles pesadas a vehículos reutilizables conduce a una reducción significativa en la producción de equipos. Entonces, cuando se utilizan dos sistemas alternativos en un programa espacial, el número requerido de bloques se reduce de cuatro a cinco veces, el número de cuerpos de bloques centrales, en 50, motores líquidos para la segunda etapa, en nueve veces. Por lo tanto, los ahorros de volúmenes de producción reducidos cuando se usa un vehículo de lanzamiento reutilizable son aproximadamente iguales al costo de construir uno.
De vuelta en la Unión Soviética, se calcularon los costos de mantenimiento posterior al vuelo y los trabajos de reparación y restauración de los sistemas reutilizables. Utilizamos los datos fácticos disponibles obtenidos por los desarrolladores como resultado de las pruebas de banco en tierra y de vuelo, así como la operación de la estructura del avión de la nave espacial orbital Buran con un revestimiento de blindaje térmico, aeronaves de largo alcance, motores líquidos de uso múltiple. del tipo RD-170 y RD-0120. Según los resultados de la investigación, los costos de mantenimiento y reparaciones posteriores al vuelo son menos del 30 por ciento de los costos de fabricación de nuevas unidades de cohetes.
Curiosamente, la idea de la reutilización se manifestó en la década de 1920 en Alemania, aplastada por el Tratado de Versalles, que unió a la comunidad técnica europea, presa de una fiebre de cohetes. En el Tercer Reich en 1932-1942, bajo el liderazgo de Eigen Zenger, se desarrolló con éxito un proyecto de bombardero de misiles. Se suponía que iba a crear un avión que, utilizando un carro de lanzamiento ferroviario, aceleraría a alta velocidad, luego encendería su propio motor cohete, se elevaría de la atmósfera, desde donde rebotaría a través de las densas capas de la atmósfera y alcanzaría un de largo alcance. Se suponía que el dispositivo comenzaría en Europa occidental y aterrizaría en el territorio de Japón, estaba destinado a bombardear el territorio de los Estados Unidos. Los últimos informes de este proyecto se interrumpieron en 1944.
En los años 50 en Estados Unidos, sirvió de impulso para el desarrollo de un proyecto de avión espacial que precedió al avión cohete Dyna-Sor. En la Unión Soviética, las propuestas para el desarrollo de tales sistemas fueron consideradas por Yakovlev, Mikoyan y Myasishchev en 1947, pero no recibieron desarrollo debido a una serie de dificultades asociadas con la implementación técnica.
Con el rápido desarrollo de los cohetes a finales de los 40 y principios de los 50, desapareció la necesidad de completar el trabajo en un cohete bombardero tripulado. En la industria de los misiles, se formó una dirección de misiles de crucero de tipo balístico, que, basándose en el concepto general de su uso, encontraron su lugar en el sistema de defensa general de la URSS.
Pero en los Estados Unidos, el trabajo de investigación en un avión cohete fue apoyado por el ejército. En ese momento, se creía que los aviones convencionales o los aviones de proyectiles con motores a reacción eran el mejor medio de lanzar cargas al territorio enemigo. Nacieron los proyectos para el programa de misiles planeadores Navajo. Bell Aircraft continuó investigando el avión espacial para usarlo no como bombardero, sino como vehículo de reconocimiento. En 1960, se firmó un contrato con Boeing para el desarrollo del avión cohete de reconocimiento suborbital Daina-Sor, que se suponía iba a ser lanzado con el cohete Titan-3.
Sin embargo, la URSS volvió a la idea de los aviones espaciales a principios de los años 60 y comenzó a trabajar en la Oficina de Diseño de Mikoyan en dos proyectos de vehículos suborbitales a la vez. El primero preveía un avión propulsor, el segundo, un cohete Soyuz con un plano orbital. El sistema aeroespacial de dos etapas se denominó Espiral o Proyecto 50/50.
El cohete orbital fue lanzado desde la parte trasera de un poderoso avión portador Tu-95K a gran altura. El avión de cohetes "Spiral" con motores de cohetes de propulsante líquido alcanzó la órbita cercana a la Tierra, realizó el trabajo planeado allí y regresó a la Tierra, deslizándose en la atmósfera. Las funciones de esta nave espacial de avión volador compacto eran mucho más amplias que simplemente trabajar en órbita. Un modelo a escala real de un avión cohete realizó varios vuelos en la atmósfera.
El proyecto soviético preveía la creación de un aparato que pesaba más de 10 toneladas con consolas de alas plegables. Una versión experimental del dispositivo en 1965 estaba lista para el primer vuelo como análogo subsónico. Para solucionar los problemas de los efectos térmicos sobre la estructura en vuelo y la controlabilidad del vehículo a velocidades subsónicas y supersónicas, se construyeron modelos voladores, que se denominaron "Bor". Sus pruebas se llevaron a cabo en 1969-1973. Un estudio profundo de los resultados obtenidos llevó a la necesidad de crear dos modelos: "Bor-4" y "Bor-5". Sin embargo, el ritmo acelerado de trabajo en el programa del Transbordador Espacial y, lo más importante, los éxitos indiscutibles de los estadounidenses en esta área, requirieron ajustes en los planes soviéticos.
En general, la tecnología aeroespacial reutilizable para desarrolladores nacionales no es de ninguna manera algo nuevo y desconocido. Teniendo en cuenta la aceleración de los programas para construir sistemas de satélites, comunicaciones interplanetarias y exploración del espacio profundo, podemos hablar con seguridad de la necesidad de crear vehículos de lanzamiento reutilizables con precisión, incluidos los vehículos de lanzamiento pesados.
En general, los planes para desarrollar un misil pesado ruso son bastante optimistas. A mediados de mayo, Oleg Ostapenko aclaró que el Programa Espacial Federal para 2016-2025 seguirá contemplando el diseño de un vehículo de lanzamiento superpesado con una capacidad de carga útil de 70 a 80 toneladas. “La FKP aún no ha sido aprobada, se está formando. Lo publicaremos en un futuro próximo”, enfatiza el titular de Roscosmos.
