Els programes lunars i marcians de Rússia necessiten vehicles de repartiment súper pesats
Avui dia, la penetració a l’espai profund, declarada als programes espacials avançats russos i americans, però, com les activitats a l’espai proper a la terra, està indissolublement lligada a la creació de sistemes de transport multifuncionals, econòmics i fiables. A més, han de ser adequats per resoldre una àmplia gamma de tasques civils i militars. Pel que sembla, Rússia hauria de prestar atenció a la creació de transport pesat espacial reutilitzable.
Avui, el pensament espacial rus finalment s’ha reorientat a expedicions de llarga distància. Estem parlant d’una exploració per fases de la lluna, un programa que no s’ha retornat durant 40 anys. En un futur llunyà, vols tripulats a Mart. En aquest cas, no parlarem dels programes esmentats, però tingueu en compte que no podem prescindir de vehicles de llançament pesats capaços de llançar centenars de tones de càrrega útil en òrbita baixa.
Angara i Jenisei
L’aspecte militar tampoc no va enlloc. L’element bàsic del sistema de defensa antimíssils nord-americà, que ja s’ha convertit pràcticament en una realitat, serà un sistema de transport capaç de subministrar nombroses plataformes de combat, satèl·lits d’observació i control a l’òrbita de la Terra. També hauria de preveure la prevenció i la reparació d'aquests vehicles directament a l'espai.
En general, s’ha dissenyat un sistema de potencial energètic colossal. Al cap i a la fi, només una plataforma de combat amb un làser de fluor d’hidrogen de 60 megawatts té un pes estimat de 800 tones. Però l'eficàcia de les armes d'energia dirigida només pot ser elevada si es desenvolupen diverses plataformes d'aquest tipus en òrbita. És clar que la facturació total de càrrega de la propera sèrie de "guerres estel·lars" ascendirà a desenes de milers de tones, que han de ser sistemàticament lliurades a l'espai proper a la terra. Però això no és tot.
Avui en dia, els complexos de reconeixement espacial tenen un paper clau en l’ús d’armes d’alta precisió a la Terra. Això obliga tant els Estats Units com Rússia a augmentar i millorar constantment les seves agrupacions orbitals. A més, la naturalesa d’alta tecnologia de les naus espacials requereix alhora la seva reparació orbital.
Però tornem al tema lunar. A finals de gener, quan es planteja un estudi exhaustiu de la Lluna amb la possibilitat de desplegar-hi una base habitada, el cap de la corporació espacial nacional Energia, Vitaly Lopota, va parlar de la possibilitat d’un vol a la Lluna des del punt de vista dels vehicles de llançament.
Enviar expedicions a la Lluna és impossible sense la creació de vehicles de llançament súper pesats amb una capacitat de càrrega útil de 74 a 140 tones, mentre que el coet rus Proton més potent posa en òrbita 23 tones. "Per volar a la Lluna i tornar de tornada, necessiteu un llançament de dos llançaments: dos coets amb una capacitat de càrrega de 75 tones, un vol d'un sol llançament a la Lluna i de tornada sense aterrar és de 130 a 140 tones. Si prenem un coet de 75 tones com a base, llavors una missió pràctica a la Lluna amb aterratge és un esquema de vuit llançaments. Si el coet té una capacitat de càrrega inferior a 75 tones, tal com suggereixen, de 25 a 30 tones, llavors el desenvolupament de fins i tot la Lluna es torna absurd ", va dir Lopota, parlant a les Royal Readings de la Universitat Tècnica Estatal de Bauman.
Denis Lyskov, secretari d'Estat, cap adjunt de Roscosmos, va parlar de la necessitat de tenir un transportista pesat a mitjans de maig. Va dir que actualment Roskosmos, juntament amb l'Acadèmia de Ciències de Rússia, prepara un programa d'exploració espacial, que esdevindrà part integral del proper Programa Espacial Federal de Rússia per al període 2016-2025. “Per parlar realment d’un vol a la Lluna, necessitem un transportista de classe superpesant amb una capacitat de càrrega d’unes 80 tones. Ara aquest projecte es troba en fase de desenvolupament, en un futur proper prepararem els documents necessaris per presentar-los al govern”, va subratllar Lyskov.
Fins ara, el coet rus més gran en funcionament és el Proton, amb una càrrega útil de 23 tones en òrbita baixa i 3,7 tones en òrbita geoestacionària. Rússia està desenvolupant actualment la família de míssils Angara amb una capacitat de càrrega útil d’1,5 a 35 tones. Malauradament, la creació d’aquesta tecnologia s’ha convertit en una construcció real a llarg termini i el primer llançament s’ha ajornat durant molts anys, inclosos els desacords amb Kazakhstan. Ara s'espera que "Angara" volarà a principis d'estiu des del cosmodrom de Plesetsk en una configuració lleugera. Segons el cap de Roscosmos, hi ha plans per crear una versió pesada de l'Angara, capaç de llançar una càrrega útil de 25 tones a òrbita baixa.
Però, tal com veiem, aquests indicadors són lluny de ser suficients per a la implementació del programa de vols interplanetaris i exploració de l’espai profund. A Royal Readings, el cap de Roscosmos, Oleg Ostapenko, va dir que el govern estava preparant una proposta per desenvolupar un coet súper pesat capaç de llançar càrrega de més de 160 tones a òrbita baixa. “Aquest és un veritable repte. En termes i xifres més altes , - va dir Ostapenko.
És difícil dir fins a quin moment aquests plans es faran realitat. Tot i això, la indústria de coets domèstics té una certa reserva per a la creació de transports espacials pesats. A finals de la dècada de 1980, va ser possible crear un vehicle de llançament de combustible pesant Energia, capaç de llançar una càrrega útil de fins a 120 tones en òrbita baixa. Si parlem de la reanimació completa d’aquest programa, encara no és necessari, hi ha definitivament dissenys de dissenys d’un transportista pesat basat en Energia.
La part principal d’Energia es pot utilitzar en el nou coet: el RD-0120 LPRE que funciona correctament. En realitat, el projecte d'un coet pesat que utilitza aquests motors existeix al Centre Espacial Khrunichev, que és l'organització principal per a la producció del nostre únic vehicle de llançament pesat, Proton.
Parlem del sistema de transport Yenisei-5, el desenvolupament del qual va començar el 2008. Se suposa que el coet amb una longitud de 75 metres estarà equipat amb la primera etapa amb tres LPRE RD-0120 d’oxigen-hidrogen, la producció dels quals va ser llançada pel Voronezh Design Bureau of Chemical Automation el 1976. Segons els especialistes del Centre Khrunichev, no serà difícil restaurar aquest programa i, en el futur, és possible reutilitzar aquests motors.
Tanmateix, a més dels evidents avantatges, el Ienisei té un important, francament, avui un inconvenient inevitable: les dimensions. El fet és que, segons els plans, la càrrega principal dels futurs llançaments recaurà sobre el cosmodrom Vostochny que s'està construint a l'Extrem Orient. En qualsevol cas, suposadament s’enviaran a l’espai transportistes pesants i superpesants.
El diàmetre de la primera etapa del coet Yenisei-5 és de 4,1 metres i no permet el seu transport per ferrocarril, almenys sense una modernització volumètrica i molt costosa de la infraestructura viària. A causa de problemes amb el transport, en un moment va ser necessari imposar restriccions al diàmetre de les etapes principals del coet Rus-M, que restaven a les taules de dibuix.
A més del Centre Espacial Khrunichev, l'Energia Rocket and Space Corporation (RSC) també va participar en el desenvolupament d'un transportista pesat. El 2007, van proposar un projecte de vehicle de llançament que utilitza, en part, la disposició del coet Energia. Només la càrrega útil del nou coet es va col·locar a la part superior i no al contenidor lateral, com en el seu predecessor.
Benefici i viabilitat
Els nord-americans, per descomptat, no són un decret per a nosaltres, però el seu transport pesat, el desenvolupament del qual ja ha entrat a la zona de casa, implica un ús parcial reutilitzable. Aquest estiu, la companyia privada SpaceX té previst llançar el primer llançament del nou Falcon Heavy, el coet més gran llançat des de 1973. És a dir, des de l’època del programa lunar americà amb llançaments del gegantí transportista Saturn-5, creat pel pare dels vehicles de llançament nord-americans, Wernher von Braun. Però si aquest coet estava destinat exclusivament al lliurament d’expedicions a la Lluna i era d’un sol ús, el nou ja es pot utilitzar per a expedicions marcianes. A més, està previst tornar a etapes de sostenidor de la Terra com el coet Falcon 9 v1.1 (R - Reutilitzable, reutilitzable).
Els transbordadors espacials es tornen a demanar
La primera etapa d’aquest coet està equipada amb puntals d’aterratge que s’utilitzen per estabilitzar el coet i per aconseguir un aterratge suau. Després de la separació, la primera etapa es desaccelera en engegar breument tres dels nou motors per garantir l'entrada a l'atmosfera a una velocitat acceptable. Ja a prop de la superfície, el motor central està engegat i l’escenari està a punt per fer un aterratge suau.
La massa de la càrrega útil que pot aixecar el coet Falcon Heavy és de 52.616 quilograms, la qual cosa suposa aproximadament el doble que altres coets pesats (el Delta IV Heavy americà, l’European Ariane i la Long March xinesa).
La reutilització, per descomptat, és beneficiosa en el cas del treball espacial d’alta freqüència. Els estudis han demostrat que l'ús de complexos d'un sol ús és més rendible que un sistema de transport reutilitzable en programes amb una taxa no superior a cinc llançaments a l'any, sempre que l'alienació de terrenys per als camps de caiguda de les parts separades sigui temporal i no permanent, amb la possibilitat d'evacuar la població, el bestiar i l'equipament de zones perilloses …
Aquesta reserva es deu al fet que mai no s’ha tingut en compte el cost de l’adquisició de terrenys en els càlculs, ja que fins fa poc les pèrdues amb rebuig o fins i tot amb evacuació temporal no s’han compensat mai i continuen sent difícils de calcular. I constitueixen una part important del cost d’operar sistemes de míssils. Amb una escala de programes de més de 75 llançaments en 15 anys, els sistemes reutilitzables tenen l'avantatge i l'efecte econòmic del seu ús augmenta amb el nombre.
A més, la transició de vehicles d’un sol ús per llançar càrregues útils pesants a altres de reutilitzables comporta una reducció significativa de la producció d’equips. Per tant, quan s’utilitzen dos sistemes alternatius en un programa espacial, el nombre de blocs necessari es redueix de quatre a cinc vegades, i el nombre de cossos de blocs centrals (en 50, motors líquids per a la segona etapa) en nou vegades. Per tant, els estalvis derivats de la reducció dels volums de producció en utilitzar un vehicle de llançament reutilitzable són aproximadament iguals al cost de construir-ne un.
De tornada a la Unió Soviètica, es van fer càlculs dels costos del manteniment posterior al vol i les tasques de reparació i restauració de sistemes reutilitzables. Hem utilitzat les dades factuals disponibles obtingudes pels desenvolupadors com a resultat de proves de vol a terra i banc, així com el funcionament de la cèl·lula de la nau orbital Buran amb un recobriment de protecció tèrmica, avions de llarg abast, motors líquids d’ús múltiple del tipus RD-170 i RD-0120. Segons els resultats de la investigació, els costos de manteniment i reparacions posteriors al vol són inferiors al 30% dels costos de fabricació de nous coets.
Curiosament, la idea de reutilització es va manifestar als anys vint a Alemanya, esclafada pel Tractat de Versalles, que va unir la comunitat tècnica europea, atrapada per la febre del coet. Al Tercer Reich del 1932-1942, sota la direcció d’Eigen Zenger, es va desenvolupar amb èxit un projecte de bombarders de míssils. Se suposava que havia de crear un avió que, mitjançant un carro de llançament ferroviari, acceleraria a gran velocitat i, després, engegaria el seu propi motor coet, sortiria de l’atmosfera, des d’on rebotaria a través de les denses capes de l’atmosfera i arribaria a de llarg abast. El dispositiu havia de començar des de l’Europa occidental i aterrar al territori del Japó, estava destinat a bombardejar el territori dels Estats Units. Els darrers informes d’aquest projecte es van interrompre el 1944.
Als anys 50, als Estats Units, va servir d'impuls per al desenvolupament d'un projecte d'avió espacial que va precedir el coet Dyna-Sor. A la Unió Soviètica, Yakovlev, Mikoyan i Myasishchev van considerar propostes per al desenvolupament d’aquests sistemes el 1947, però no van rebre desenvolupament a causa de diverses dificultats associades a la implementació tècnica.
Amb el ràpid desenvolupament del coet a finals dels anys 40 - principis dels 50, va desaparèixer la necessitat de completar el treball en un cohet tripulat. A la indústria míssil es va formar una direcció de míssils de creuer de tipus balístic que, basant-se en el concepte general del seu ús, va trobar el seu lloc en el sistema de defensa general de la URSS.
Però als Estats Units, els treballs de recerca sobre un avió coet van ser recolzats pels militars. En aquell moment, es creia que els avions convencionals o els avions projectils amb motors de reacció aèria eren el millor mitjà per lliurar càrregues al territori enemic. Van néixer els projectes del programa de míssils planadors Navajo. Bell Aircraft va continuar investigant l'avió espacial per utilitzar-lo no com a bombarder, sinó com a vehicle de reconeixement. El 1960 es va signar un contracte amb Boeing per al desenvolupament del coet de reconeixement suborbital Daina-Sor, que se suposava que es llançaria amb el coet Titan-3.
Tanmateix, la URSS va tornar a la idea dels avions espacials a principis dels anys 60 i va iniciar el treball a la Mikoyan Design Bureau en dos projectes de vehicles suborbitals alhora. El primer preveia un avió de reforç, el segon, un coet Soyuz amb un pla orbital. El sistema aeroespacial de dues etapes es deia Espiral o Projecte 50/50.
El coet orbital es va llançar des de la part posterior d’un potent avió portador Tu-95K a gran altitud. El pla coet "Espiral" dels motors de coet propulsor líquid va arribar a l'òrbita propera a la terra, hi va realitzar el treball previst i va tornar a la Terra planejant a l'atmosfera. Les funcions d'aquesta sonda espacial compacta volant eren molt més àmplies que el fet de treballar en òrbita. Un model a gran escala d’un avió coet va fer diversos vols a l’atmosfera.
El projecte soviètic preveia la creació d’un aparell de més de 10 tones de pes amb consoles d’ala plegables. Una versió experimental del dispositiu el 1965 estava llesta per al primer vol com a analògic subsònic. Per resoldre els problemes d'efectes tèrmics sobre l'estructura en vol i la controlabilitat del vehicle a velocitats subsòniques i supersòniques, es van construir models voladors, que van rebre el nom de "Bor". Les seves proves es van dur a terme el 1969-1973. Un estudi profund dels resultats obtinguts va conduir a la necessitat de crear dos models: "Bor-4" i "Bor-5". No obstant això, l'accelerat ritme de treball al programa del transbordador espacial i, sobretot, els èxits indiscutibles dels nord-americans en aquesta àrea, van requerir ajustos als plans soviètics.
En general, la tecnologia aeroespacial reutilitzable per a desenvolupadors nacionals no és de cap manera una cosa nova i desconeguda. Tenint en compte l’acceleració dels programes per construir sistemes de satèl·lit, comunicacions interplanetàries i exploració de l’espai profund, podem parlar amb seguretat de la necessitat de crear vehicles de llançament reutilitzables amb precisió, inclosos els vehicles de llançament pesat.
En general, els plans per desenvolupar un míssil pesat rus són força optimistes. A mitjans de maig, Oleg Ostapenko va aclarir que el Programa Espacial Federal per al 2016-2025 encara preveurà el disseny d’un vehicle de llançament superpesant amb una capacitat de càrrega útil de 70 a 80 tones. El FKP encara no s'ha aprovat, s'està formant. El publicarem en un futur proper”, subratlla el responsable de Roscosmos.
