Sistema de coets i espais reutilitzables al lloc de llançament. Gràfics de l’Institut de Recerca en Alta Temperatura
La base de la cosmonautica russa moderna són els coets Soyuz i Proton, que es van crear a mitjan segle passat. Aquestes màquines fiables, però bastant obsoletes, posen en òrbita gairebé tot el que llança a l’espai des dels cosmodroms russos. Per renovar la flota de coets i garantir l'accés incondicional de Rússia a tots els segments de l'activitat espacial, el nou complex de coets Angara entra en fase de proves de vol. Aquest és potser l’únic complex de coets espacials del món que té una àmplia gamma de capacitats per lliurar naus espacials de 4 a 26 tones a l’espai.
Principis súper pesats
Les necessitats de vehicles espacials en un futur proper les cobriran els coets Soyuz i Angara, però la seva capacitat de càrrega és insuficient per resoldre els problemes d’exploració de la Lluna, Mart i altres planetes del sistema solar. A més, compliquen la situació ecològica a la regió d’Amur perquè les seves etapes passades cauran a la taiga d’Amur o a la zona d’aigua del mar d’Okhotsk. És clar que aquesta situació és forçada, és un pagament per garantir la sobirania espacial de Rússia. Quin serà aquest pagament si es pren la decisió de crear coets superpesants per a vols tripulats a la Lluna?
Ja hi ha hagut míssils a la nostra història: Energia i N-1. Els principis bàsics d'un coet súper pesat es van establir i implementar fa més de 50 anys, de manera que només es necessiten diners per crear-lo. I si es crea un coet súper pesat per tercera vegada, s’acumularan anualment 320 tones addicionals de residus de metall amb residus de combustible a la regió d’Amur.
El desig de fer coets ecològics i rendibles ha portat a la idea de tornar les primeres etapes dels coets al lloc de llançament i reutilitzar-los. Després d’haver treballat el temps assignat, els passos haurien de baixar a l’atmosfera i quan l’avió tornés al lloc de llançament. Segons aquest principi, es farà funcionar el sistema de coets i espais reutilitzables (MRKS).
MRKS tal com és
El sistema de coets i espais reutilitzables es va presentar als especialistes i al públic al Saló Aeroespacial de Moscou el 2011. El sistema consta de quatre vehicles de llançament reutilitzables (MRN) amb conjunts de míssils reutilitzables (VRB). Tota la gamma de MRN amb una capacitat de càrrega d'entre 25 i 70 tones es pot completar mitjançant diverses combinacions de dos mòduls principals: el primer mòdul és una unitat de coets reutilitzable (primera etapa), el segon mòdul és una segona etapa de coet d'un sol ús.
En una configuració amb una capacitat de càrrega de fins a 25 tones (un VRB i un mòdul de la segona etapa), el coet reutilitzable pot llançar totes les modernes i prometedores naus tripulades i no tripulades. En la dimensió de 35 tones (dos VRB i un mòdul de la 2a etapa), el MRN permet llançar dos satèl·lits de telecomunicacions en òrbita per llançament, lliurant mòduls d’estacions orbitals prometedores a l’espai i llançant estacions automàtiques pesades, primera etapa d'exploració lunar i exploració de Mart.
Un avantatge important del MRN és la possibilitat de realitzar llançaments aparellats. Per llançar dos moderns satèl·lits de telecomunicacions mitjançant el coet Angara, és necessari comprar deu motors de coet per valor de 240 milions de rubles cadascun. cadascun. En llançar dos dels mateixos satèl·lits mitjançant MRN, només es consumirà un motor, el cost del qual s'estima en 400 milions de rubles. L’estalvi de costos només per als motors és del 600%.
Els primers estudis de la unitat de coets recuperables es van dur a terme a principis de segle i es van presentar a l’espectacle aeroespacial Le Bourget en forma de maqueta de l’etapa de reentrada al Baikal.
Més tard, en la fase preliminar del disseny, es va treballar en la selecció dels components del combustible, resolent els problemes de calefacció tèrmica, aterratge automàtic i molts altres problemes. S'han analitzat detalladament desenes de variants de VRB, s'ha dut a terme una anàlisi tècnica i econòmica exhaustiva, tenint en compte diversos escenaris per al desenvolupament de la cosmonautica domèstica. Com a resultat, es va determinar una variant del MRKS, que satisfà de forma més completa tot el conjunt de tasques modernes i prometedores.
Aterratge d'un vehicle de llançament reutilitzable amb coets reutilitzables. Gràfics de l’Institut de Recerca en Alta Temperatura
Amb gas blau
Es va proposar resoldre el problema d’un motor reutilitzable mitjançant l’ús de gas natural liquat (GNL) com a combustible. El gas natural és un combustible econòmic i econòmic que és el més adequat per a l’ús en motors reutilitzables. Així ho va confirmar el Khimmash Design Bureau que porta el nom d’AM. Isaev el setembre de 2011, quan es va provar el primer motor de coets de gas natural de combustible líquid del món. El motor ha funcionat més de 3000 segons, que corresponen a 20 arrencades. Després de desmuntar-lo i examinar l'estat de les unitats, es van confirmar totes les noves idees tècniques.
Es va proposar resoldre el problema de l'escalfament de l'estructura escollint les trajectòries òptimes en què els fluxos de calor exclouen un escalfament intens de l'estructura. Això elimina la necessitat d'una protecció tèrmica costosa.
Es va proposar resoldre el problema d’aterrar automàticament dos VRB i integrar-los a l’espai aeri rus incloent el sistema de navegació GLONASS i un sistema de vigilància dependent automàtic, que no s’utilitzava en coets, al bucle de control.
Tenint en compte la complexitat tècnica i la novetat de l’equip que es crea, basat en l’experiència nacional i estrangera, es confirma la necessitat de crear un demostrador de vol, que és una còpia reduïda del VRB. El demostrador es pot fabricar i equipar amb tots els sistemes de bord estàndard sense cap preparació especial per a la producció. Aquest avió permetrà provar en condicions reals de vol totes les solucions tècniques clau incorporades en un producte de mida completa, reduint els riscos tècnics i financers en crear un producte estàndard.
El cost del demostrador es pot justificar a causa de la seva capacitat única per llançar objectes de més de 10 tones a una altitud de 80 km al llarg d’una trajectòria balística, accelerant-los a una velocitat que supera la velocitat del so 7 vegades i torna a la camp d’aviació per a un segon llançament. Un producte reutilitzable creat sobre la base pot ser de gran importància no només per als desenvolupadors d’avions hipersònics.
La filosofia de la flexibilitat
La primera etapa és la part més gran i cara del coet. En reduir la producció d’aquestes etapes a causa del seu ús repetit, és possible reduir significativament els costos de les agències federals per al llançament de naus espacials. Les estimacions preliminars mostren que per a la implementació amb èxit de tots els programes espacials existents i prometedors, inclòs el lliurament d’estacions no tripulades a la Lluna i Mart, és suficient tenir una flota de només 7-9 blocs de coets de reentrada.
El MRCS té una filosofia de flexibilitat en relació amb la conjuntura del programa espacial. Un cop creat un MRN amb una capacitat de càrrega d'entre 25 i 35 tones, Roskosmos rebrà un sistema que solucionarà eficaçment els problemes actuals i futurs. Si cal desplegar vehicles més pesats per als vols a la Lluna o a Mart, el client disposarà d’un MRN amb una capacitat de càrrega de fins a 70 tones, la creació del qual no requereix costos significatius.
L'únic programa per al qual el MRKS no és adequat és el programa de vols tripulats a Mart. Però aquests vols no són tècnicament factibles en un futur previsible.
Avui hi ha una pregunta fonamentalment important sobre les perspectives per al desenvolupament de vehicles de llançament. Què s'ha de crear: un coet super pesant d'un sol ús, que només s'utilitzarà en els programes lunar i marcià i, si s'acaben, es cancel·laran de nou els costos; o crear un MRCS, que no només permetrà la implementació dels programes de llançament actuals a un preu una vegada i mitja inferior a l’actual, sinó que també es pot utilitzar amb modificacions mínimes al programa Lunar i al programa d’exploració de Mart?
