Avui en dia, molts de nosaltres coneixem o, almenys, hem sentit a parlar de la família de vehicles de llançament parcialment reutilitzables de l’empresa privada SpaceX. Gràcies a l’èxit de la companyia, així com a la personalitat del fundador, Elon Musk, que ell mateix sovint es converteix en l’heroi de les notícies, els coets Falcon 9, SpaceX i els vols espacials en general no surten de les pàgines de la premsa internacional. Al mateix temps, Rússia tenia i té encara els seus propis desenvolupaments i projectes no menys interessants de míssils reutilitzables, dels quals se sap molt menys. La resposta a la pregunta per què passa això és òbvia. Els coets d'Ilona Mask volen regularment a l'espai, i els coets russos reutilitzables i parcialment reutilitzables són fins ara només projectes, dibuixos i belles imatges a les presentacions.
L’espai es llança avui
Avui en dia, podem dir amb seguretat que Roskosmos en algun moment va perdre el tema dels míssils reutilitzables, tenint a les seves mans desenvolupaments i projectes que havien avançat a altres països per diversos anys. Tots els projectes de míssils reutilitzables russos mai es van acabar, ni es van implementar en metall. Per exemple, el vehicle de llançament Korona d’una sola etapa reutilitzable, desenvolupat del 1992 al 2012, no va arribar mai a la seva conclusió lògica. Ja estem veient el resultat d’aquest error de càlcul en desenvolupament. Rússia ha perdut greument la seva posició al mercat comercial de llançament espacial amb l'arribada del coet americà Falcon 9 i les seves variants, i també és greument inferior pel que fa al nombre de llançaments espacials realitzats a l'any. A finals de 2018, Roskosmos va informar de 20 llançaments espacials (un no va tenir èxit), mentre que a l'abril de 2018, en una entrevista amb TASS, el cap de Roscosmos Igor Komarov va dir que està previst dur a terme 30 llançaments espacials a finals del curs. El líder a finals de l'any passat va ser la Xina, que va dur a terme 39 llançaments espacials (un no va tenir èxit), en segon lloc els Estats Units amb 31 llançaments espacials (cap no va tenir èxit).
Parlant de vols espacials moderns, cal entendre que, en el cost total del llançament d’un vehicle de llançament modern (BT), la partida principal de despesa és el coet en si. El seu cos, els dipòsits de combustible, els motors, tot això s’allunya per sempre, es crema a les denses capes de l’atmosfera, és evident que aquestes despeses irrecuperables converteixen qualsevol llançament d’un vehicle de llançament en un plaer molt car. No el manteniment dels ports espacials, ni el combustible, ni el treball de muntatge abans del llançament, sinó que el preu del vehicle de llançament és el principal element de les despeses. Un producte tecnològic molt complex del pensament d'enginyeria s'utilitza durant uns minuts, després dels quals es destrueix completament. Naturalment, això és cert per als coets d’un sol ús. La idea d’utilitzar vehicles de llançament recuperables es suggereix aquí per si sola, com una oportunitat real de reduir el cost de cada llançament espacial. En aquest cas, fins i tot el retorn de només la primera etapa fa que el cost de cada llançament sigui inferior.
Aterratge de la primera etapa retornable del vehicle de llançament Falcon 9
És un esquema similar que el multimilionari nord-americà Elon Musk va implementar, convertint la primera etapa recuperable del pesat vehicle de llançament Falcon 9. Tot i que la primera etapa d’aquests míssils és parcialment recuperable, alguns intents d’aterratge acaben en fracàs, però el nombre d’aterratges fallits es va reduir a gairebé zero el 2017 i el 2018. Per exemple, l'any passat només hi va haver un fracàs per cada 10 aterratges reeixits de la primera etapa. Al mateix temps, SpaceX també va obrir el nou any amb un aterratge reeixit de la primera etapa. L’11 de gener de 2019, la primera etapa del coet Falcon 9 va aterrar amb èxit en una plataforma flotant, a més, es va reutilitzar i anteriorment va llançar en òrbita el satèl·lit de comunicacions Telestar 18V al setembre de 2018. Actualment, aquestes primeres etapes retornables ja són un fet consumat. Però quan els representants de la companyia espacial privada nord-americana només van parlar del seu projecte, molts experts van dubtar de la possibilitat de la seva implementació amb èxit.
En la realitat actual, la primera etapa d’un coet Falcon 9 de classe pesada en alguns llançaments es pot utilitzar en una versió de reentrada. Portant la segona etapa del coet a una alçada suficient, se separa d’ell a uns 70 quilòmetres d’altitud, el desacoblament es produeix aproximadament 2,5 minuts després del llançament del vehicle de llançament (el temps depèn de les tasques de llançament específiques). Després de separar-se de la BT, la primera etapa, mitjançant el sistema de control d’actitud instal·lat, realitza una petita maniobra, evitant la flama dels motors de la segona etapa de treball, i fa girar els motors cap endavant en preparació de les tres maniobres de frenada principals. En aterrar, la primera etapa utilitza els seus propis motors per frenar. Val a dir que l’etapa retornada imposa les seves pròpies restriccions al llançament. Per exemple, la càrrega útil màxima d’un coet Falcon 9 es redueix en un 30-40 per cent. Això es deu a la necessitat de reservar combustible per a la frenada i l'aterratge posterior, així com al pes addicional de l'equip d'aterratge instal·lat (timons de gelosia, suports d'aterratge, elements del sistema de control, etc.).
Els èxits dels nord-americans i una àmplia sèrie de llançaments amb èxit no van passar desapercebuts al món, cosa que va provocar una sèrie d’afirmacions sobre l’inici de projectes mitjançant la reutilització parcial dels coets, inclòs el retorn de reforços laterals i la primera etapa de tornada a la Terra.. Representants de Roscosmos també van parlar sobre aquesta partitura. La companyia va començar a parlar de la represa dels treballs sobre la creació de míssils reutilitzables a Rússia a principis de 2017.
Llançament del vehicle "Korona": vista general
Coet Korona reutilitzable i projectes anteriors
Val a dir que la idea dels míssils reutilitzables es va estudiar a la Unió Soviètica. Després del col·lapse del país, aquest tema no va desaparèixer; es va continuar treballant en aquesta direcció. Van començar molt abans que Elon Musk acabés de parlar-ne. Per exemple, es devien retornar els blocs de la primera etapa del coet soviètic súper pesat Energia, això era necessari per motius econòmics i per a la implementació del recurs dels motors RD-170, dissenyats per a almenys 10 vols.
Menys conegut és el projecte del vehicle de llançament Rossiyanka, desenvolupat pels especialistes de l'Acadèmic V. P. Makeev State Rocket Center. Aquesta empresa és coneguda principalment pels seus desenvolupaments militars. Per exemple, va ser aquí on es van crear la majoria de míssils balístics nacionals destinats a armar submarins, inclosos els míssils balístics R-29RMU Sineva que actualment estan en servei amb la flota de submarins russos.
Segons el projecte, el Rossiyanka era un vehicle de llançament en dues etapes, la primera etapa del qual era reutilitzable. Essencialment la mateixa idea que els enginyers de SpaceX, però uns anys abans. Se suposava que el coet llançaria 21,5 tones de càrrega a una òrbita de referència baixa, indicadors propers al coet Falcon 9. El retorn de la primera etapa es produiria al llarg d’una trajectòria balística a causa de la reinclusió dels motors d’escenari estàndard. Si cal, la capacitat de càrrega del coet es podria augmentar a 35 tones. El 12 de desembre, el Makeyev SRC va presentar el seu nou coet al concurs Roscosmos per al desenvolupament de vehicles de llançament reutilitzables, però l’ordre per a la creació d’aquests dispositius va ser per als competidors del Centre Estatal d’Investigació i Producció de Khrunichev amb el Baikal-Angara projecte. Molt probablement, els especialistes del Makeev SRC haurien tingut la competència per implementar el seu projecte, però sense una atenció i finançament suficients va ser impossible.
El projecte Baikal-Angara era encara més ambiciós; era una versió aeronàutica de la primera etapa de retorn a la Terra. Es va planejar que, després d’arribar a l’alçada del compartiment, s’obrís una ala especial a la primera etapa i després volaria al llarg d’un avió amb un aterratge en un camp d’aviació convencional amb el tren d’aterratge estès. No obstant això, aquest sistema no només és molt complex, sinó que també és car. Els seus mèrits indiscutibles incloïen el fet que pogués tornar a una distància més gran. Malauradament, el projecte no es va implementar mai, encara es recorda de vegades, però res més.
Ara el món ja està pensant en vehicles de llançament totalment reutilitzables. Elon Musk va anunciar el projecte Big Falcon Rocket. Aquest coet hauria de rebre una arquitectura de dues etapes poc característica per a la cosmonautica moderna; la seva segona etapa és un tot únic amb una nau espacial, que pot ser de càrrega o de passatgers. Està previst que la primera etapa de Superheavy torni a la Terra, realitzant un aterratge vertical al cosmodrom mitjançant els seus motors, aquesta tecnologia ja ha estat perfectament desenvolupada pels enginyers de SpaceX. La segona etapa del coet, juntament amb la nau espacial (de fet, es tracta d’una nau espacial amb diversos propòsits), que va rebre el nom de Nau Estel·lar, entrarà a l’òrbita terrestre. A la segona etapa també quedarà prou combustible per desaccelerar-se a les denses capes de l’atmosfera després de completar la missió espacial i aterrar a la plataforma offshore.
Val a dir que SpaceX tampoc no té cap palma en aquesta idea. A Rússia, el projecte d’un vehicle de llançament reutilitzable s’ha desenvolupat des dels anys noranta. I, de nou, van treballar en el projecte al State Rocket Center que porta el nom de l’acadèmic V. P. Makeev. El projecte del coet rus reutilitzable té el bell nom de "Korona". Roscosmos va recordar aquest projecte el 2017, seguit de diversos comentaris sobre la renovació d’aquest projecte. Per exemple, el gener de 2018, Rossiyskaya Gazeta va publicar la notícia que Rússia havia reprès el treball sobre un coet espacial reutilitzable. Es tractava del vehicle de llançament Korona.
A diferència del coet americà Falcon-9, la corona russa no té escenes desmuntables; de fet, és una sola nau espacial d’enlairament i aterratge suau. Segons Vladimir Degtyar, dissenyador general del Makeyev SRC, aquest projecte hauria d’obrir el camí a la implementació de vols tripulats interplanetaris de llarga distància. Està previst que el principal material estructural del nou coet rus sigui la fibra de carboni. Al mateix temps, la "Korona" està dissenyada per llançar naus espacials a òrbites terrestres baixes amb una altitud de 200 a 500 quilòmetres. La massa del vehicle de llançament és d’unes 300 tones. La massa de la càrrega útil de sortida és de 7 a 12 tones. L'enlairament i l'aterratge de la "Korona" s'hauria de fer mitjançant instal·lacions de llançament simplificades, a més d'això, s'està elaborant l'opció de llançar un coet reutilitzable des de plataformes marines. El nou vehicle de llançament podrà utilitzar la mateixa plataforma per a l’enlairament i l’aterratge. El temps de preparació del coet per al proper llançament només dura aproximadament un dia.
Cal assenyalar que els materials de fibra de carboni necessaris per crear coets d’una sola etapa i reutilitzables s’utilitzen en tecnologia aeroespacial des dels anys 90 del segle passat. Des de principis dels anys noranta, el projecte Korona ha recorregut un llarg camí de desenvolupament i ha evolucionat significativament, no cal dir que inicialment es tractava d’un coet d’un sol ús. Al mateix temps, en el procés d’evolució, el disseny del futur coet es va tornar més senzill i perfecte. A poc a poc, els desenvolupadors del coet van abandonar l’ús d’ales i dipòsits de combustible externs, ja que van arribar a entendre que el material principal del cos del coet reutilitzable seria precisament la fibra de carboni.
A la darrera versió del coet Korona reutilitzable fins ara, la seva massa s’acosta a les 280-290 tones. Un vehicle de llançament en una sola etapa tan gran requereix un motor coet de combustible líquid altament eficient que funcioni amb hidrogen i oxigen. A diferència dels motors coets, que es col·loquen en escenaris separats, un motor coet propulsor líquid hauria de funcionar eficaçment en diverses condicions i a diferents altituds, inclosos l’enlairament i el vol fora de l’atmosfera terrestre. "Un motor de coet de combustible líquid ordinari amb broquets Laval només és efectiu en determinats rangs d'altitud", diuen els dissenyadors de Makeevka. El raig de gas en aquests motors coets s’ajusta a la pressió “a la mar”, a més, conserven la seva eficiència tant a la superfície de la Terra com força alta a l’estratosfera.
RN "Korona" en vol orbital amb un compartiment de càrrega útil tancat, render
No obstant això, fins ara al món simplement no existeix un motor de treball d’aquest tipus, tot i que es van desenvolupar activament a l’URSS i als EUA. Els experts creuen que el vehicle de llançament reutilitzable Korona hauria d’estar equipat amb una versió modular del motor, en què el broquet aire-falca és l’únic element que actualment no té prototip i que no ha estat provat a la pràctica. Al mateix temps, Rússia compta amb els seus propis tecnòlegs en la producció de materials compostos moderns i peces a partir d’ells. El seu desenvolupament i aplicació es comprometen amb èxit, per exemple, a JSC "Composite" i a l'Institut Rus de Materials d'Aviació (VIAM).
Per a un vol segur a l'atmosfera terrestre, l'estructura de fibra de carboni de la Korona estarà protegida per una rajola de protecció tèrmica, que anteriorment va ser desenvolupada per VIAM per a la sonda espacial Buran i que ha passat per un important camí de desenvolupament. "La principal càrrega de calor a la Korona es concentrarà a la seva proa, on s'utilitzen elements de protecció tèrmica a alta temperatura", assenyalen els dissenyadors. “Al mateix temps, els costats acampanats del vehicle de llançament tenen un diàmetre més gran i estan situats en un angle agut respecte al flux d'aire. La càrrega tèrmica d’aquests elements és menor i això, al seu torn, ens permet utilitzar materials més lleugers. Com a resultat, s’aconsegueix un estalvi d’unes 1,5 tones de pes. La massa de la part d'alta temperatura del coet no supera el 6 per cent de la massa total de protecció tèrmica de la Korona. En comparació, el transbordador espacial representava més del 20 per cent ".
L’elegant forma cònica del coet reutilitzable és el resultat de moltes proves i errors. Segons els desenvolupadors, mentre treballaven en el projecte, van revisar i avaluar centenars d’opcions diferents. "Vam decidir abandonar completament les ales, com les del transbordador espacial o de la nau espacial Buran", diuen els desenvolupadors. - En general, quan es troba a l’atmosfera superior, les ales només interfereixen amb la nau espacial. Aquestes naus espacials entren a l'atmosfera a una velocitat hipersònica no millor que un "ferro", i només a velocitat supersònica passen al vol horitzontal, després del qual poden confiar plenament en l'aerodinàmica de les ales."
La forma aximètrica en forma de con del coet permet no només facilitar la protecció contra la calor, sinó també proporcionar-li bones qualitats aerodinàmiques quan es mou a velocitats de vol elevades. Ja a l'atmosfera superior, la "Korona" rep una força d'elevació, que permet al coet no només reduir la velocitat, sinó també fer maniobres. Això permet que el vehicle de llançament pugui maniobrar a gran altitud quan vola cap al lloc d’aterratge; en el futur, només haurà de completar el procés de frenada, corregir el seu rumb, girar a la popa cap avall amb petits motors de maniobra i aterrar a terra.
El problema del projecte és que Korona encara es desenvolupa en condicions de finançament insuficient o la seva absència completa. Actualment, el Makeyev SRC només ha completat un esborrany de disseny sobre aquest tema. Segons les dades anunciades durant la XLII Lectures acadèmiques sobre cosmonautica del 2018, es van dur a terme estudis de viabilitat del projecte per a la creació del Korona LV i es va elaborar un calendari eficaç de desenvolupament de coets. S'han investigat les condicions necessàries per a la creació d'un nou vehicle de llançament i s'han analitzat les perspectives i els resultats tant del procés de desenvolupament com del futur funcionament del nou coet.
Després de l’esclat de notícies sobre el projecte Korona el 2017 i el 2018, torna el silenci … Les perspectives del projecte i la seva implementació encara no estan clares. Mentrestant, SpaceX presentarà una mostra de prova del seu nou coet reutilitzable Big Falcon Rocket (BFR) l’estiu del 2019. Pot passar molts anys des de la creació d’una mostra de prova fins a un coet de ple dret, cosa que confirmarà la seva fiabilitat i rendiment, però de moment podem afirmar que Elon Musk i la seva companyia estan fent coses que es poden veure i tocar amb les mans.. Al mateix temps, Roskosmos, segons el primer ministre Dmitry Medvedev, hauria d'acabar la seva projecció i xerrar sobre on volarem en el futur. Cal parlar menys i fer més.
