Hoje em dia, a penetração no espaço profundo, declarada nos programas espaciais avançados russos e americanos, no entanto, como as atividades no espaço próximo à Terra, está inextricavelmente ligada à criação de sistemas de transporte multifuncionais confiáveis, econômicos. Além disso, eles devem ser adequados para resolver uma ampla gama de tarefas civis e militares. Aparentemente, a Rússia deve prestar atenção à criação de transporte pesado espaço reutilizável.
Hoje, o pensamento espacial russo finalmente se reorientou para expedições de longa distância. Estamos falando de uma exploração em fases da lua - um programa que não foi devolvido por 40 anos. Em um futuro distante - voos tripulados para Marte. Nesse caso, não discutiremos os programas mencionados, mas observamos que não podemos prescindir de veículos lançadores pesados, capazes de lançar centenas de toneladas de carga útil em órbita baixa.
Angara e Yenisei
O aspecto militar também não vai a lugar nenhum. O elemento básico do sistema de defesa antimísseis americano, que já se tornou praticamente uma realidade, será um sistema de transporte capaz de levar à órbita terrestre inúmeras plataformas de combate, observação e controle de satélites. Deve também prever a prevenção e reparação desses veículos diretamente no espaço.
Em geral, um sistema de potencial de energia colossal foi projetado. Afinal, apenas uma plataforma de combate com um laser de fluoreto de hidrogênio de 60 megawatts tem um peso estimado de 800 toneladas. Mas a eficácia das armas de energia direcionada só pode ser alta se várias dessas plataformas forem implantadas em órbita. É claro que o giro total de carga da próxima série de "guerras nas estrelas" chegará a dezenas de milhares de toneladas, que devem ser sistematicamente entregues ao espaço próximo à Terra. Mas isso não é tudo.
Hoje, os complexos de reconhecimento espacial desempenham um papel fundamental no uso de armas de alta precisão na Terra. Isso força os Estados Unidos e a Rússia a aumentar e melhorar constantemente seus agrupamentos orbitais. Além disso, a natureza de alta tecnologia das espaçonaves exige, ao mesmo tempo, o seu reparo orbital.
Mas voltando ao tema lunar. No final de janeiro, quando se planeja um estudo abrangente da Lua com a perspectiva de implantar uma base habitada ali, o chefe da corporação espacial doméstica Energia, Vitaly Lopota, falou sobre a possibilidade de um vôo para a Lua a partir do ponto de vista dos veículos lançadores.
O envio de expedições à Lua é impossível sem a criação de veículos de lançamento superpesados com capacidade de carga útil de 74-140 toneladas, enquanto o mais poderoso foguete russo Proton coloca 23 toneladas em órbita. “Para voar para a Lua e retornar, você precisa de um lançamento de dois lançamentos - dois foguetes com capacidade de carga de 75 toneladas, um voo de lançamento único para a Lua e de volta sem pousar é de 130-140 toneladas. Se tomarmos um foguete de 75 toneladas como base, uma missão prática à Lua com pouso é um esquema de oito lançamentos. Se o foguete tem uma capacidade de carga de menos de 75 toneladas, como eles sugerem - 25-30 toneladas, então o desenvolvimento até mesmo da Lua se torna um absurdo”, disse Lopota, falando no Royal Readings na Bauman Moscow State Technical University.
Denis Lyskov, secretário de Estado, chefe adjunto da Roscosmos, falou sobre a necessidade de ter um porta-aviões pesado em meados de maio. Ele disse que atualmente Roskosmos, juntamente com a Academia Russa de Ciências, está preparando um programa de exploração espacial, que se tornará parte integrante do próximo Programa Espacial Federal da Rússia para 2016–2025. “Para realmente falar sobre um vôo à lua, precisamos de um porta-aviões superpesado com capacidade de transporte de cerca de 80 toneladas. Agora que este projeto está em fase de desenvolvimento, em um futuro próximo prepararemos os documentos necessários para submetê-los ao governo”, frisou Lyskov.
Até o momento, o maior foguete russo em operação é o Proton, com uma carga útil de 23 toneladas em órbita baixa e 3,7 toneladas em órbita geoestacionária. A Rússia está atualmente desenvolvendo a família de mísseis Angara com uma capacidade de carga de 1,5 a 35 toneladas. Infelizmente, a criação dessa tecnologia se transformou em uma verdadeira construção de longo prazo e o primeiro lançamento foi adiado por muitos anos, inclusive devido a desentendimentos com o Cazaquistão. Agora, espera-se que o "Angara" voe no início do verão do cosmódromo de Plesetsk em uma configuração leve. De acordo com o chefe da Roscosmos, há planos de criar uma versão pesada do Angara, capaz de lançar uma carga útil de 25 toneladas em órbita baixa.
Mas tais indicadores, como vemos, estão longe de ser suficientes para a implementação do programa de voos interplanetários e exploração do espaço profundo. No Royal Readings, o chefe da Roscosmos, Oleg Ostapenko, disse que o governo estava preparando uma proposta para desenvolver um foguete superpesado capaz de lançar cargas pesando mais de 160 toneladas em órbita baixa. “Este é um verdadeiro desafio. Em termos de e números mais elevados , - disse Ostapenko.
É difícil dizer quando esses planos se tornarão realidade. No entanto, a indústria nacional de foguetes tem certa reserva para a criação de transporte espacial pesado. No final da década de 1980, foi possível criar um veículo lançador de propelente líquido pesado Energia, capaz de lançar uma carga útil de até 120 toneladas em órbita baixa. Se falamos da ressuscitação completa deste programa, ainda não é necessário, então definitivamente existem esboços de projetos de um carregador pesado baseado em Energia.
A parte principal da Energia pode ser usada no novo foguete - o RD-0120 LPRE em operação com sucesso. Na verdade, o projeto de um foguete pesado usando esses motores existe no Centro Espacial Khrunichev, que é a organização principal para a produção de nosso único veículo de lançamento pesado, o Proton.
Estamos falando do sistema de transporte Yenisei-5, cujo desenvolvimento começou em 2008. Supõe-se que o foguete com um comprimento de 75 metros será equipado com o primeiro estágio com três oxigênio-hidrogênio LPRE RD-0120, cuja produção foi lançada pelo Voronezh Design Bureau of Chemical Automation em 1976. Segundo os especialistas do Centro Khrunichev, não será difícil restaurar este programa e, no futuro, será possível reaproveitar esses motores.
No entanto, além das vantagens óbvias, o Yenisei tem uma desvantagem significativa, francamente, hoje uma inevitável - as dimensões. O fato é que de acordo com os planos, a principal carga de futuros lançamentos recairá sobre o cosmódromo de Vostochny em construção no Extremo Oriente. Em qualquer caso, transportadores promissores pesados e superpesados devem ser enviados para o espaço de lá.
O diâmetro do primeiro estágio do foguete Yenisei-5 é de 4,1 metros e não permite o seu transporte ferroviário, pelo menos sem uma significativa modernização volumétrica e muito cara da infraestrutura rodoviária. Devido a problemas de transporte, em determinado momento foi necessário impor restrições ao diâmetro dos estágios principais do foguete Rus-M, que permaneceram nas pranchetas.
Além do Centro Espacial Khrunichev, a Energia Rocket and Space Corporation (RSC) também esteve envolvida no desenvolvimento de um porta-aviões pesado. Em 2007, eles propuseram o projeto de um veículo lançador que usa, em parte, o layout do foguete Energia. Apenas a carga útil do novo foguete foi colocada na parte superior, e não no contêiner lateral, como em seu antecessor.
Benefício e viabilidade
Os americanos, é claro, não são um decreto para nós, mas seu transporte pesado, cujo desenvolvimento já entrou na reta final, implica aproveitamento parcial reutilizável. Neste verão, a empresa privada SpaceX planeja lançar o primeiro lançamento do novo Falcon Heavy, o maior foguete lançado desde 1973. Ou seja, desde a época do programa lunar americano com os lançamentos do gigantesco porta-aviões Saturn-5, criado pelo pai dos lançadores americanos, Wernher von Braun. Mas se aquele foguete se destinava exclusivamente à entrega de expedições à Lua e era descartável, então o novo já pode ser usado para expedições marcianas. Além disso, está planejado o retorno aos estágios de sustentação da Terra, como o foguete Falcon 9 v1.1 (R - Reutilizável, reutilizável).
Os ônibus espaciais estão novamente em demanda
O primeiro estágio deste foguete é equipado com suportes de pouso usados para estabilizar o foguete e para um pouso suave. Após a separação, o primeiro estágio desacelera ligando brevemente três dos nove motores para garantir a entrada na atmosfera a uma velocidade aceitável. Já próximo à superfície, o motor central está ligado, e o palco está pronto para fazer um pouso suave.
A massa da carga que o foguete Falcon Heavy pode levantar é de 52.616 kg, o que é aproximadamente o dobro do que outros foguetes pesados - o americano Delta IV Heavy, o europeu Ariane e o chinês Long March - podem levantar.
A capacidade de reutilização, é claro, é benéfica no caso de trabalho espacial de alta frequência. Estudos têm demonstrado que a utilização de complexos descartáveis é mais rentável do que sistema de transporte reutilizável em programas com taxa não superior a cinco lançamentos por ano, desde que a alienação de terras para os campos de queda das partes separadoras seja temporária, e não permanente, com possibilidade de evacuação da população, gado e equipamentos das zonas de risco. …
Esta ressalva deve-se ao facto de o custo de aquisição dos terrenos nunca ter sido levado em consideração nos cálculos, pois até há pouco tempo as perdas com rejeição ou mesmo com evacuação temporária nunca foram compensadas e continuam a ser difíceis de calcular. E eles representam uma parte significativa do custo de operação dos sistemas de mísseis. Com uma escala de programa de mais de 75 lançamentos em 15 anos, os sistemas reutilizáveis têm a vantagem, e o efeito econômico de seu uso aumenta com o número.
Além disso, a transição de veículos descartáveis para lançamento de cargas pesadas em reutilizáveis leva a uma redução significativa na produção de equipamentos. Assim, quando dois sistemas alternativos são usados em um programa espacial, o número necessário de blocos é reduzido em quatro a cinco vezes, o número de corpos do bloco central - em 50, motores líquidos para o segundo estágio - em nove vezes. Portanto, a economia com a redução dos volumes de produção ao usar um veículo lançador reutilizável é aproximadamente igual ao custo de construção de um.
De volta à União Soviética, foram feitos cálculos dos custos de manutenção pós-voo e trabalhos de reparo e restauração de sistemas reutilizáveis. Usamos os dados factuais disponíveis obtidos pelos desenvolvedores como resultado de testes de solo e de vôo, bem como a operação da estrutura da espaçonave orbital de Buran com revestimento de proteção térmica, aeronaves de longo alcance, motores líquidos de uso múltiplo do tipo RD-170 e RD-0120. De acordo com os resultados da pesquisa, os custos de manutenção e reparos pós-voo são menos de 30% dos custos de fabricação de novas unidades de foguetes.
Curiosamente, a ideia de reutilização se manifestou ainda na década de 1920 na Alemanha, esmagada pelo Tratado de Versalhes, que unia a comunidade técnica europeia, dominada por uma febre de foguetes. No Terceiro Reich em 1932-1942, sob a liderança de Eigen Zenger, um projeto de bombardeiro de mísseis foi desenvolvido com sucesso. Era suposto criar uma aeronave que, usando um carrinho de lançamento ferroviário, iria acelerar a alta velocidade, então ligar seu próprio motor de foguete, subir para fora da atmosfera, de onde ricochetearia através das camadas densas da atmosfera e atingiria um longo alcance. O dispositivo deveria partir da Europa Ocidental e pousar no território do Japão, com o objetivo de bombardear o território dos Estados Unidos. Os últimos relatórios deste projeto foram interrompidos em 1944.
Nos anos 50, nos Estados Unidos, ele serviu de ímpeto para o desenvolvimento de um projeto de avião espacial que precedeu o foguete Dyna-Sor. Na União Soviética, as propostas para o desenvolvimento de tais sistemas foram consideradas por Yakovlev, Mikoyan e Myasishchev em 1947, mas não receberam desenvolvimento devido a uma série de dificuldades associadas à implementação técnica.
Com o rápido desenvolvimento dos foguetes no final dos anos 40 - início dos anos 50, a necessidade de concluir o trabalho em um bombardeiro de foguete tripulado desapareceu. Na indústria de mísseis, formou-se uma direção de mísseis de cruzeiro do tipo balístico, que, com base no conceito geral de seu uso, encontrou seu lugar no sistema de defesa geral da URSS.
Mas nos Estados Unidos, o trabalho de pesquisa em um avião-foguete foi apoiado pelos militares. Na época, acreditava-se que aeronaves convencionais ou aeronaves de projétil com motores a jato eram os melhores meios de enviar cargas para o território inimigo. Projetos para o programa de mísseis planadores Navajo nasceram. A Bell Aircraft continuou a pesquisar o avião espacial para usá-lo não como um bombardeiro, mas como um veículo de reconhecimento. Em 1960, foi assinado um contrato com a Boeing para o desenvolvimento do foguete de reconhecimento suborbital Daina-Sor, que deveria ser lançado com o foguete Titan-3.
No entanto, a URSS voltou à ideia de aeronaves espaciais no início dos anos 60 e lançou o trabalho no Mikoyan Design Bureau em dois projetos de veículos suborbitais ao mesmo tempo. O primeiro previa um avião impulsionador, o segundo - um foguete Soyuz com um plano orbital. O sistema aeroespacial de dois estágios foi denominado Spiral ou Projeto 50/50.
O foguete orbital foi lançado da parte de trás de um poderoso porta-aviões Tu-95K em alta altitude. O avião-foguete "Spiral" em motores de foguete de propelente líquido atingiu a órbita próxima à Terra, realizou o trabalho planejado lá e voltou à Terra, deslizando na atmosfera. As funções dessa espaçonave compacta de avião voador eram muito mais amplas do que apenas trabalhar em órbita. Um modelo em escala real de um avião-foguete fez vários voos na atmosfera.
O projeto soviético previa a criação de um aparelho de mais de 10 toneladas com consoles de asa dobráveis. Uma versão experimental do dispositivo em 1965 estava pronta para o primeiro vôo como um análogo subsônico. Para resolver os problemas de efeitos térmicos na estrutura em vôo e controlabilidade do veículo em velocidades subsônicas e supersônicas, foram construídos modelos voadores, que foram denominados "Bor". Seus testes foram realizados em 1969-1973. Um estudo aprofundado dos resultados obtidos levou à necessidade de criar dois modelos: "Bor-4" e "Bor-5". No entanto, o ritmo acelerado de trabalho no programa do ônibus espacial e, mais importante, os sucessos indiscutíveis dos americanos nessa área, exigiram ajustes nos planos soviéticos.
Em geral, a tecnologia aeroespacial reutilizável para desenvolvedores domésticos não é de forma alguma algo novo e desconhecido. Levando em consideração a aceleração dos programas para construir sistemas de satélite, comunicações interplanetárias e exploração do espaço profundo, podemos falar com segurança da necessidade de criar veículos de lançamento reutilizáveis com precisão, incluindo veículos de lançamento pesados.
No geral, os planos para desenvolver um míssil pesado russo são bastante otimistas. Em meados de maio, Oleg Ostapenko esclareceu que o Programa Espacial Federal para 2016–2025 ainda prevê o projeto de um veículo de lançamento superpesado com capacidade de carga útil de 70–80 toneladas. “O FKP ainda não foi aprovado, está em formação. Vamos publicar em breve”, enfatiza o chefe da Roscosmos.
