Foguete reutilizável e sistema espacial no local de lançamento. Gráficos do Instituto de Pesquisa de Alta Temperatura
A base da cosmonáutica russa moderna são os foguetes Soyuz e Proton, que foram criados em meados do século passado. Quase tudo que é lançado ao espaço a partir de cosmódromos russos é colocado em órbita por essas máquinas confiáveis, mas bastante desatualizadas. Para renovar a frota de foguetes e garantir o acesso incondicional da Rússia a todos os segmentos da atividade espacial, o mais novo complexo de foguetes da Angara está entrando na fase de testes de voo. Este é talvez o único complexo de foguetes espaciais no mundo que possui uma ampla gama de recursos para transportar espaçonaves pesando de 4 a 26 toneladas ao espaço.
Princípios superpesados
As necessidades de veículos espaciais em um futuro próximo serão atendidas pelos foguetes Soyuz e Angara, mas sua capacidade de carga é insuficiente para resolver os problemas de exploração da Lua, Marte e outros planetas do sistema solar. Além disso, eles complicam a situação ecológica na região de Amur porque seus estágios gastos cairão na taiga de Amur ou na área de água do mar de Okhotsk. É claro que esta situação é forçada, é um pagamento para garantir a soberania espacial da Rússia. Qual será o pagamento se for tomada a decisão de criar foguetes superpesados para voos tripulados à lua?
Já existiram esses mísseis em nossa história: Energia e N-1. Os princípios básicos de um foguete superpesado foram estabelecidos e implementados há mais de 50 anos, portanto, apenas dinheiro é necessário para criá-lo. E se um foguete superpesado for criado pela terceira vez, então 320 toneladas adicionais de metal residual com resíduos de combustível serão acumuladas anualmente na região de Amur.
O desejo de fazer foguetes ecológicos e econômicos levou à ideia de devolver os primeiros estágios dos foguetes ao local de lançamento e reutilizá-los. Tendo trabalhado o tempo alocado, as etapas devem descer na atmosfera e conforme o avião retorna ao local de lançamento. De acordo com este princípio, o foguete reutilizável e sistema espacial (MRKS) será operado.
MRKS como está
O foguete reutilizável e o sistema espacial foram apresentados a especialistas e ao público no Moscow Aerospace Show em 2011. O sistema consiste em quatro veículos lançadores reutilizáveis (MRN) com conjuntos de mísseis reutilizáveis (VRB). Toda a gama de MRNs com capacidade de carga de 25 a 70 toneladas pode ser completada por várias combinações de dois módulos principais: o primeiro módulo é uma unidade de foguete reutilizável (primeiro estágio), o segundo módulo é um segundo estágio de foguete descartável.
Em uma configuração com capacidade de carga de até 25 toneladas (um VRB e um módulo do 2º estágio), o foguete reutilizável pode lançar todas as modernas e promissoras espaçonaves tripuladas e não tripuladas. Na dimensão de 35 toneladas (dois VRB e um módulo da 2ª etapa), o MRN permite lançar em órbita dois satélites de telecomunicações por lançamento, entregando ao espaço módulos de promissoras estações orbitais e lançando pesadas estações automáticas, que serão utilizadas no primeira fase da exploração lunar e exploração de Marte.
Uma vantagem importante do MRN é a capacidade de realizar lançamentos em pares. Para lançar dois satélites de telecomunicações modernos usando o foguete Angara, é necessário comprar dez motores de foguete no valor de 240 milhões de rublos cada. cada. Ao lançar dois dos mesmos satélites usando o MRN, apenas um motor será consumido, cujo custo é estimado em 400 milhões de rublos. A economia de custos apenas para motores é de 600%!
Os primeiros estudos da unidade de foguete recuperável foram realizados no início do século e apresentados na feira aeroespacial Le Bourget na forma de uma maquete do estágio de reentrada do Baikal.
Posteriormente, na fase de projeto preliminar, foi realizado o trabalho de seleção dos componentes do combustível, resolvendo os problemas de aquecimento térmico, pouso automático e muitos outros problemas. Dezenas de variantes de VRB foram analisadas em detalhe, uma análise técnica e econômica completa foi realizada, levando em consideração vários cenários para o desenvolvimento da cosmonáutica doméstica. Como resultado, uma variante do MRKS foi determinada, o que mais plenamente satisfaz todo o conjunto de tarefas modernas e promissoras.
Pouso de um veículo de lançamento reutilizável com unidades de foguete reutilizáveis. Gráficos do Instituto de Pesquisa de Alta Temperatura
Com gás azul
Foi proposto resolver o problema de um motor reutilizável usando gás natural liquefeito (GNL) como combustível. O gás natural é um combustível barato e ecologicamente correto, mais adequado para uso em motores reutilizáveis. Isso foi confirmado pelo Khimmash Design Bureau em homenagem a A. M. Isaev em setembro de 2011, quando o primeiro motor de foguete a gás natural com propelente líquido do mundo foi testado. O motor funcionou por mais de 3.000 segundos, o que corresponde a 20 partidas. Após a desmontagem e exame do estado das unidades, todas as novas ideias técnicas foram confirmadas.
Foi proposto resolver o problema de aquecimento da estrutura escolhendo as trajetórias ótimas nas quais os fluxos de calor excluem o aquecimento intenso da estrutura. Isso elimina a necessidade de proteção térmica cara.
Foi proposto resolver o problema de pousar automaticamente dois VRBs e integrá-los ao espaço aéreo russo, incluindo o sistema de navegação GLONASS e um sistema de vigilância dependente automático, que não era usado em foguetes, no circuito de controle.
Tendo em conta a complexidade técnica e a novidade do equipamento a ser criado, com base na experiência nacional e estrangeira, justifica-se a necessidade da criação de um demonstrador de voo, que é uma cópia reduzida do VRB. O demonstrador pode ser fabricado e equipado com todos os sistemas de bordo padrão sem qualquer preparação especial para a produção. Tal aeronave permitirá testar em condições reais de voo todas as principais soluções técnicas incorporadas em um produto em tamanho real, reduzindo os riscos técnicos e financeiros na criação de um produto padrão.
O custo do demonstrador pode ser justificado devido à sua capacidade única de lançar objetos com peso superior a 10 toneladas a uma altitude de 80 km ao longo de uma trajetória balística, acelerando-os a uma velocidade que excede a velocidade do som em 7 vezes, e retornando ao campo de aviação para um segundo lançamento. Um produto reutilizável criado com base nele pode ser de grande importância não apenas para os desenvolvedores de aeronaves hipersônicas.
A filosofia da flexibilidade
O primeiro estágio é a parte maior e mais cara do foguete. Ao reduzir a produção desses estágios devido ao seu uso repetido, é possível reduzir significativamente os custos dos órgãos federais com o lançamento de espaçonaves. Estimativas preliminares mostram que, para a implementação bem-sucedida de todos os programas espaciais existentes e promissores, incluindo a entrega de estações não tripuladas à Lua e Marte, é suficiente ter uma frota de apenas 7-9 blocos de foguetes de reentrada.
O MRCS possui uma filosofia de flexibilidade em relação à conjuntura do programa espacial. Tendo criado uma MRN com capacidade de transporte de 25 a 35 toneladas, a Roskosmos receberá um sistema que resolverá efetivamente os problemas de hoje e do futuro próximo. Caso haja a necessidade de implantar veículos mais pesados para voos à Lua ou Marte, o cliente terá um MRN com capacidade de carga de até 70 toneladas, cuja criação não requer custos significativos.
O único programa para o qual o MRKS não é adequado é o programa de voos tripulados para Marte. Mas esses voos não são tecnicamente viáveis em um futuro previsível.
Hoje, há uma questão de fundamental importância sobre as perspectivas de desenvolvimento de veículos lançadores. O que criar: um foguete superpesado descartável, que será usado apenas nos programas lunar e marciano e, se forem encerrados, os custos serão baixados novamente; ou criar um MRCS, que não só permitirá a implementação dos atuais programas de lançamento a um preço uma vez e meia menor do que hoje, mas também poderá ser usado com modificações mínimas no programa Lunar e no programa de exploração de Marte?
