Sistema espacial y cohete reutilizable en el lugar de lanzamiento. Gráficos del Instituto de Investigación de Alta Temperatura
La base de la cosmonáutica rusa moderna son los cohetes Soyuz y Proton, que fueron creados a mediados del siglo pasado. Casi todo lo que se lanza al espacio desde los cosmódromos rusos es puesto en órbita por estas máquinas confiables, pero bastante obsoletas. Para renovar la flota de cohetes y garantizar el acceso incondicional de Rusia a todos los segmentos de la actividad espacial, el nuevo complejo de cohetes Angara está entrando en la etapa de pruebas de vuelo. Este es quizás el único complejo de cohetes espaciales en el mundo que tiene una amplia gama de capacidades para enviar naves espaciales con un peso de 4 a 26 toneladas al espacio.
Principios súper pesados
Las necesidades de vehículos espaciales en un futuro próximo serán satisfechas por los cohetes Soyuz y Angara, pero su capacidad de carga es insuficiente para resolver los problemas de exploración de la Luna, Marte y otros planetas del sistema solar. Además, complican la situación ecológica en la región de Amur porque sus etapas pasadas caerán en la taiga de Amur o en el área de agua del Mar de Okhotsk. Está claro que esta situación es forzada, es un pago por asegurar la soberanía espacial de Rusia. ¿Cuál será este pago si se toma la decisión de crear cohetes superpesados para vuelos tripulados a la luna?
Ya ha habido tales misiles en nuestra historia: Energia y N-1. Los principios básicos de un cohete súper pesado se establecieron e implementaron hace más de 50 años, por lo que solo se necesita dinero para crearlo. Y si se crea un cohete superpesado por tercera vez, se acumularán anualmente 320 toneladas adicionales de metales de desecho con residuos de combustible en la región de Amur.
El deseo de fabricar cohetes ecológicos y rentables ha llevado a la idea de devolver las primeras etapas de los cohetes al lugar de lanzamiento y reutilizarlos. Habiendo calculado el tiempo asignado, los escalones deben descender en la atmósfera y cuando el avión regrese al lugar de lanzamiento. De acuerdo con este principio, se operará el sistema espacial y de cohetes reutilizables (MRKS).
MRKS como es
El cohete reutilizable y el sistema espacial se presentó a especialistas y al público en el Salón Aeroespacial de Moscú en 2011. El sistema consta de cuatro vehículos de lanzamiento reutilizables (MRN) con conjuntos de misiles reutilizables (VRB). Toda la gama de MRN con una capacidad de carga de 25 a 70 toneladas se puede completar con varias combinaciones de dos módulos principales: el primer módulo es una unidad de cohete reutilizable (primera etapa), el segundo módulo es una segunda etapa de cohete desechable.
En una configuración con una capacidad de carga de hasta 25 toneladas (un VRB y un módulo de la segunda etapa), el cohete reutilizable puede lanzar todas las naves espaciales tripuladas y no tripuladas modernas y prometedoras. En la dimensión de 35 toneladas (dos VRB y un módulo de la 2a etapa), el MRN permite poner en órbita dos satélites de telecomunicaciones por lanzamiento, entregar módulos de prometedoras estaciones orbitales al espacio y lanzar pesadas estaciones automáticas, que serán utilizadas en el primera etapa de exploración lunar y exploración de Marte.
Una ventaja importante del MRN es la capacidad de realizar lanzamientos emparejados. Para lanzar dos satélites de telecomunicaciones modernos utilizando el cohete Angara, es necesario comprar diez motores de cohetes por valor de 240 millones de rublos cada uno. cada. Al lanzar dos de los mismos satélites utilizando el MRN, solo se consumirá un motor, cuyo costo se estima en 400 millones de rublos. ¡El ahorro de costes solo para los motores es del 600%!
Los primeros estudios de la unidad de cohete recuperable se llevaron a cabo a principios de siglo y se presentaron en la feria aeroespacial de Le Bourget en forma de una maqueta de la etapa de reentrada de Baikal.
Posteriormente, en la etapa de diseño preliminar, se trabajó en la selección de los componentes del combustible, resolviendo los problemas de calentamiento térmico, aterrizaje automático y muchos otros problemas. Se han analizado en detalle decenas de variantes de VRB, se ha realizado un minucioso análisis técnico y económico, teniendo en cuenta diversos escenarios para el desarrollo de la cosmonáutica doméstica. Como resultado, se determinó una variante del MRKS, que satisface plenamente todo el conjunto de tareas modernas y prometedoras.
Aterrizaje de un vehículo de lanzamiento reutilizable con unidades de cohetes reutilizables. Gráficos del Instituto de Investigación de Alta Temperatura
En gas azul
Se propuso resolver el problema de un motor reutilizable utilizando gas natural licuado (GNL) como combustible. El gas natural es un combustible económico y ecológico que es más adecuado para su uso en motores reutilizables. Esto fue confirmado por la Oficina de Diseño de Khimmash que lleva el nombre de A. M. Isaev en septiembre de 2011, cuando se probó el primer motor cohete de gas natural propulsor líquido del mundo. El motor ha funcionado durante más de 3000 segundos, lo que corresponde a 20 arranques. Después de desmontarlo y examinar el estado de las unidades, se confirmaron todas las nuevas ideas técnicas.
Se propuso resolver el problema del calentamiento de la estructura eligiendo las trayectorias óptimas en las que los flujos de calor excluyen el calentamiento intenso de la estructura. Esto elimina la necesidad de una costosa protección térmica.
Se propuso resolver el problema de aterrizar automáticamente dos VRB e integrarlos en el espacio aéreo ruso mediante la inclusión del sistema de navegación GLONASS y un sistema de vigilancia dependiente automático, que no se utilizó en cohetes, en el circuito de control.
Teniendo en cuenta la complejidad técnica y la novedad del equipo que se está creando, basado en la experiencia nacional y extranjera, se sustenta la necesidad de crear un demostrador de vuelo, que es una copia reducida del VRB. El demostrador se puede fabricar y equipar con todos los sistemas estándar de a bordo sin ninguna preparación especial para la producción. Tal avión permitirá probar en condiciones de vuelo reales todas las soluciones técnicas clave incorporadas en un producto de tamaño completo, reduciendo los riesgos técnicos y financieros al crear un producto estándar.
El costo del demostrador puede justificarse debido a su capacidad única para lanzar objetos que pesan más de 10 toneladas a una altitud de 80 km a lo largo de una trayectoria balística, acelerándolos a una velocidad que excede la velocidad del sonido en 7 veces y regresando a la aeródromo para un segundo lanzamiento. Un producto reutilizable creado sobre esta base puede ser de gran importancia no solo para los desarrolladores de aviones hipersónicos.
La filosofía de la flexibilidad
La primera etapa es la parte más grande y cara del cohete. Al reducir la producción de estas etapas debido a su uso repetido, es posible reducir significativamente los costos de las agencias federales para el lanzamiento de naves espaciales. Las estimaciones preliminares muestran que para la implementación exitosa de todos los programas espaciales prometedores y existentes, incluida la entrega de estaciones no tripuladas a la Luna y Marte, es suficiente tener una flota de solo 7-9 bloques de cohetes de reentrada.
El MRCS tiene una filosofía de flexibilidad en relación con la coyuntura del programa espacial. Habiendo creado un MRN con una capacidad de carga de 25 a 35 toneladas, Roskosmos recibirá un sistema que resolverá eficazmente los problemas de hoy y del futuro cercano. Si es necesario desplegar vehículos más pesados para vuelos a la Luna o Marte, el cliente tendrá un MRN con una capacidad de carga de hasta 70 toneladas, cuya creación no requiere costos significativos.
El único programa para el que el MRKS no es adecuado es el programa de vuelos tripulados a Marte. Pero estos vuelos no son técnicamente viables en el futuro previsible.
Hoy existe una cuestión fundamentalmente importante sobre las perspectivas de desarrollo de vehículos de lanzamiento. Qué crear: un cohete superpesado desechable, que se utilizará únicamente en los programas lunar y marciano y, si se cancelan, los costos se amortizarán nuevamente; ¿O para crear un MRCS, que no solo permitirá la implementación de los programas de lanzamiento actuales a un precio una vez y media menor que el actual, sino que también se puede usar con modificaciones mínimas en el programa Lunar y el programa de exploración de Marte?
