רכב שיגור רב פעמי "קורונה"
שיגור החלל היום
כיום, אנו יכולים לומר בבטחה שרוסקוסמוס פספס בשלב מסוים את נושא הרקטות הניתנות לשימוש חוזר, כאשר בידיה פיתוחים ופרויקטים שהקדימו בכמה שנים את מדינות אחרות. כל הפרויקטים של טילים רוסים לשימוש חוזר לא הושלמו, לא יושמו במתכת. לדוגמה, רכב השיגור החד-שלבי "קורונה", שפותח מ-1992 עד 2012, לא הובא מעולם למסקנה ההגיונית שלו. אנחנו כבר רואים את התוצאה של החישוב השגוי הזה בפיתוח היום. רוסיה איבדה משמעותית את הקרקע בשוק שיגור החלל המסחרי עם הופעת טיל ה-Falcon 9 האמריקאי והגרסאות שלו, והיא גם נחותה משמעותית מבחינת מספר השיגורים לחלל בשנה. בסוף 2018 דיווח רוסקוסמוס על 20 שיגורי חלל (אחד לא מוצלח), בעוד שבאפריל 2018, בראיון ל-TASs, אמר ראש רוסקוסמוס, איגור קומרוב, כי 30 שיגורי חלל מתוכננים להסתיים עד הסוף של השנה. בשנה שעברה הובילה סין את הדרך עם 39 שיגורי חלל (אחד נכשל), ואחריה ארצות הברית עם 31 שיגורי חלל (ללא תקלות).
אם כבר מדברים על טיסות חלל מודרניות, צריך להבין שבעלות הכוללת של שיגור רכב שיגור מודרני (LV), סעיף ההוצאה העיקרי הוא הרקטה עצמה. גוף הגוף שלו, מיכלי הדלק, המנועים - כל זה עף לנצח, נשרף בשכבות צפופות של האטמוספירה, ברור שהוצאות כאלה בלתי הפיכות הופכות כל שיגור של רכב שיגור לתענוג יקר מאוד. לא תחזוקה של נמלי חלל, לא דלק, לא עבודות התקנה לפני השיגור, אלא מחיר השיגור עצמו - זה סעיף ההוצאות העיקרי. מוצר טכנולוגי מורכב מאוד של הנדסה משמש תוך דקות ספורות, ולאחר מכן הוא נהרס לחלוטין. מטבע הדברים, זה נכון לגבי רקטות חד פעמיות. הרעיון של שימוש בכלי שיגור חוזרים מציע את עצמו כאן כהזדמנות אמיתית להוזיל את העלות של כל שיגור לחלל. במקרה זה, גם החזרת השלב הראשון בלבד גורמת לעלות של כל שיגור נמוכה יותר.
בדיוק את התוכנית הזו יישם המיליארדר האמריקני אילון מאסק על ידי ביצוע השלב הראשון להחזרה של כלי השיגור הכבד פלקון 9. בעוד שהשלב הראשון של הרקטות הללו ניתן להחזרה חלקית, חלק מניסיונות הנחיתה מסתיימים בכישלון, אך מספר הנחיתות הלא מוצלחות ירד לכמעט אפס ב-2017 וב-2018. לדוגמה, בשנה שעברה, על כל 10 נחיתות מוצלחות בשלב הראשון, היה רק כשל אחד. במקביל, SpaceX גם פתחה את השנה החדשה עם נחיתה מוצלחת של השלב הראשון. ב-11 בינואר 2019, השלב הראשון של רקטת Falcon 9 נחת בהצלחה על פלטפורמה צפה, יתר על כן, נעשה בו שימוש חוזר, מוקדם יותר הוא שיגר את לוויין התקשורת Telestar 18V למסלול בספטמבר 2018. נכון להיום, חזרה של צעדים ראשונים כאלה הם כבר עובדה מוגמרת. אבל כשנציגי חברת החלל הפרטית האמריקאית דיברו רק על הפרויקט שלהם, מומחים רבים פקפקו באפשרות של יישומו המוצלח.
במציאות של היום, השלב הראשון של רקטת פלקון 9 מסוג כבד יכול לשמש בגרסת ההחזרה בחלק מהשיגורים. בהבאת השלב השני של הרקטה לגובה מספיק, הוא נפרד ממנו בגובה של כ-70 קילומטרים, שחרור העגינה מתרחש כ-2,5 דקות לאחר שיגור השיגור (הזמן תלוי במשימות השיגור הספציפיות). לאחר ההפרדה מרכב השיגור, השלב הראשון, באמצעות מערכת ההתמצאות המותקנת, מבצע תמרון קטן, מתרחק מהלהבות של המנועים הפועלים של השלב השני, ועושה סיבוב עם המנועים קדימה כהכנה לשלושת העיקריים. תמרוני בלימה. בעת נחיתה לבלימה, השלב הראשון משתמש במנועים שלו. יש לציין ששלב ההחזרה מטיל מגבלות משלו על ההשקה. לדוגמה, המטען המרבי של רקטת Falcon 9 מופחת ב-30-40 אחוזים. זה נובע מהצורך לשמור דלק לבלימה ולנחיתה לאחר מכן, כמו גם המסה הנוספת של ציוד הנחיתה המותקן (הגאים סריג, רגלי נחיתה, אלמנטים של מערכת הבקרה וכו ').
ההצלחות של האמריקאים וסדרה גדולה של שיגורים מוצלחים לא נעלמו מעיניהם בעולם, מה שעורר שורה של הצהרות על תחילתם של פרויקטים באמצעות שימוש חוזר חלקי של רקטות, כולל החזרת מאיצי צד ושלב ראשון בחזרה לכדור הארץ . גם נציגי רוסקוסמוס דיברו בעניין זה. החברה החלה לדבר על חידוש העבודה ברוסיה על יצירת רקטות לשימוש חוזר כבר בתחילת 2017.
רקטה לשימוש חוזר "קורונה" ופרויקטים קודמים
ראוי לציין כי הרעיון של שימוש רב פעמי בטילים טופל בברית המועצות. לאחר קריסת המדינה, הנושא הזה לא נעלם, העבודה בכיוון זה נמשכה. הם התחילו הרבה יותר מוקדם ממה שאלון מאסק התחיל לדבר על זה. כך למשל, הבלוקים של השלב הראשון של טיל האנרגיה הסובייטית הסופר-כבדה היו אמורים להיות מוחזרים, זה היה הכרחי מסיבות כלכליות וכדי לממש את המשאב של מנועי ה-RD-170, המיועדים ל-10 טיסות לפחות.
פחות מוכר הוא פרויקט רכב השיגור Rossiyanka, שפותח על ידי המומחים של מרכז הרקטות של המדינה על שם האקדמיה V.P. Makeev OJSC. חברה זו ידועה בעיקר בפיתוחים הצבאיים שלה. לדוגמה, כאן נוצרו רוב הטילים הבליסטיים המקומיים שנועדו לחמש צוללות, כולל אלו המשרתים כיום עם צוללות. צי טילים בליסטיים רוסיים R-29RMU "Sineva".
על פי הפרויקט, הרוסיאנקה היה רכב שיגור דו-שלבי, שהשלב הראשון שלו היה לשימוש חוזר. בעצם אותו רעיון כמו מהנדסי SpaceX, אבל כמה שנים קודם לכן. הרקטה הייתה אמורה לשגר 21,5 טון מטען למסלול ייחוס נמוך - דמויות קרובות לטיל פלקון 9. החזרת השלב הראשון הייתה אמורה להתבצע לאורך מסלול בליסטי עקב חיבור מחדש של מנועי השלב הסטנדרטיים. במידת הצורך ניתן להגדיל את כושר הנשיאה של הרקטה ל-35 טון. ב-12 בדצמבר הציג מרכז המחקר הממלכתי Makeev את הרקטה החדשה שלו בתחרות Roscosmos לפיתוח רכבי שיגור לשימוש חוזר, אך ההזמנה ליצירת כלי רכב כאלה הועברה למתחרים של מרכז המחקר והייצור של מדינת חרוניצ'ב עם Baikal-Angara. פּרוֹיֶקט. סביר להניח שלמומחים של Makeev SRC הייתה היכולת ליישם את הפרויקט שלהם, אבל ללא מספיק תשומת לב ומימון זה היה בלתי אפשרי.
פרויקט באיקל-אנגרה היה שאפתני אפילו יותר, זה היה גרסת מטוסים של החזרה לכדור הארץ של השלב הראשון. תוכנן שלאחר הגעה לגובה הקבוע של התא תיפתח בשלב הראשון כנף מיוחדת ולאחר מכן היא תבצע טיסת מטוס עם נחיתה בשדה תעופה קונבנציונלי עם משטחי נחיתה מורחבים. עם זאת, מערכת כזו כשלעצמה היא לא רק מורכבת מאוד, אלא גם יקרה. אחת המעלות הבלתי ניתנות להכחשה הייתה שהיא יכולה לחזור ממרחק גדול יותר. למרבה הצער, הפרויקט מעולם לא יצא לפועל, הוא עדיין נזכר לפעמים, אבל לא יותר מזה.
עכשיו העולם כבר חושב על רכבי שיגור הניתנים לשיחזור מלא. אילון מאסק הכריז על פרויקט Big Falcon Rocket. רקטה כזו צריכה לקבל ארכיטקטורה דו-שלבית, לא אופיינית לאסטרונאוטיקה המודרנית, השלב השני שלה הוא אינטגרלי עם החללית, שיכולה להיות גם מטען וגם נוסעים. מתוכנן כי השלב הראשון של ה-Superheavy יחזור חזרה לכדור הארץ, תוך ביצוע נחיתה אנכית בנמל החלל באמצעות שימוש במנועים שלו, טכנולוגיה זו כבר פותחה בצורה מושלמת על ידי מהנדסי SpaceX. השלב השני של הרקטה, יחד עם החללית (למעשה, מדובר בחללית למטרות שונות), אשר נקראה Starship, יכנסו למסלול כדור הארץ. גם בשלב השני יישאר מספיק דלק כדי, לאחר השלמת משימת החלל, להאט בשכבות האטמוספירה הצפופות ולנחות על הרציף הימי.
ראוי לציין שגם ל-SpaceX אין כף יד ברעיון כזה. ברוסיה, הפרויקט של רכב שיגור רב פעמי פותח מאז שנות ה-1990. ושוב, הם עבדו על הפרויקט במרכז הטילים הממלכתי על שם האקדמאי V.P. Makeev. לפרויקט של רקטה רוסית רב פעמית יש שם יפה "כתר". Roscosmos זכר את הפרויקט הזה בשנת 2017, ולאחר מכן הערות שונות על חידוש הפרויקט הזה. לדוגמה, בינואר 2018 פרסם Rossiyskaya Gazeta החדשות שרוסיה חידשה את העבודה על רקטת חלל רב פעמית. זה היה רק על רכב השיגור "כתר".
בניגוד לטיל ה-Falcon-9 האמריקאי, ל"קורונה" הרוסית אין שלבים ניתנים להסרה, למעשה, מדובר בחללית המראה ונחיתה רכה אחת. לדברי ולדימיר דגטיאר, המעצב הכללי של מרכז החלל הממלכתי מקייב, פרויקט זה אמור לסלול את הדרך ליישום טיסות מאוישות בין-כוכביות ארוכות טווח. מתוכנן שסיבי פחמן יהיו החומר המבני העיקרי של הרקטה הרוסית החדשה. במקביל, קורונה מיועדת לשגר חלליות למסלולי כדור הארץ נמוכים בגובה של 200 עד 500 קילומטרים. משקל השיגור של רכב השיגור הוא כ-300 טון. המסה של מטען הפלט הוא בין 7 ל 12 טון. ההמראה והנחיתה של ה"כתר" צריכות להתבצע באמצעות מתקני שיגור מפושטים, בנוסף, נבדקת אפשרות שיגור רקטה רב פעמית מפלטפורמות ימיות. לצורך המראה ונחיתה, רכב השיגור החדש יוכל להשתמש באותו אתר. זמן ההכנה של הרקטה לשיגור הבא הוא כיממה בלבד.
יש לציין כי חומרי סיבי פחמן הדרושים ליצירת רקטות חד-שלביות וניתנות לשימוש חוזר שימשו בטכנולוגיית התעופה והחלל מאז שנות ה-90. מאז תחילת שנות ה-1990, פרויקט הקורונה עבר דרך ארוכה בפיתוח והתפתח בצורה משמעותית, מיותר לציין שבמקור זה היה רקטה חד פעמית. במקביל, בתהליך האבולוציה, העיצוב של הרקטה העתידית נעשה פשוט יותר ומושלם יותר. בהדרגה נטשו מפתחי הרקטה את השימוש בכנפיים ובמיכלי דלק חיצוניים, והגיעו להבנה שסיבי פחמן יהיו החומר העיקרי לגוף של רקטה רב פעמית.
בגרסה האחרונה של הרקטה הרב פעמית קורונה, מסתה מתקרבת לסימן של 280-290 טון. רכב שיגור חד-שלבי גדול כל כך דורש מנוע רקטי מניע נוזלי יעיל ביותר הפועל על מימן וחמצן. בניגוד למנועים רקטיים, המותקנים על שלבים נפרדים, מנוע רקטי מסוג הנעה נוזלי חייב לפעול ביעילות בתנאים שונים ובגבהים שונים, לרבות המראה וטיסה מחוץ לאטמוספירה של כדור הארץ. "מנוע רקטי רגיל עם הנעה נוזלית עם חרירי Laval יעיל רק בטווחי גבהים מסוימים", אומרים המעצבים של Makeev, "מסיבה זו, הגענו לצורך להשתמש במנוע נוזלי טריז אוויר על רקטה". סילון הגז במנועי רקטי כאלה מסתגל בעצמו ללחץ "מעל הסיפון", יתר על כן, הם שומרים על יעילותם הן על פני כדור הארץ והן די גבוה בסטרטוספירה.
עם זאת, עד כה בעולם פשוט לא קיים מנוע עובד מסוג זה, למרות שהם פותחו באופן פעיל בברית המועצות ובארה"ב. מומחים סבורים כי יש להצטייד ברכב השיגור הרב-פעמי של קורונה בגרסה מודולרית של המנוע, שבה פיית הטריז-אוויר היא האלמנט היחיד שכרגע אין לו אב טיפוס ולא נוסה בפועל. יחד עם זאת, לרוסיה יש טכנולוגיות משלה בייצור חומרים מרוכבים מודרניים וחלקים מהם. הפיתוח והיישום שלהם מבוצעים בהצלחה רבה, למשל, ב-JSC "Composite" ובמכון הכל-רוסי תְעוּפָה חומרים (VIAM).
לצורך טיסה בטוחה באטמוספירה של כדור הארץ, המבנה הנושא את העומס בסיבי פחמן של הקורונה יוגן על ידי אריח מגן חום, שפותח בעבר ב-VIAM עבור החללית Buran ומאז עבר מסלול פיתוח משמעותי. "העומס התרמי העיקרי על הקורונה יתרכז בחרטום שלו, שבו נעשה שימוש באלמנטי הגנה תרמיים בטמפרטורה גבוהה", מציינים המעצבים. - יחד עם זאת, הצדדים המתרחבים של רכב השיגור הם בעלי קוטר גדול יותר וממוקמים בזווית חדה לזרימת האוויר. עומס הטמפרטורה על אלמנטים אלה הוא פחות, וזה, בתורו, מאפשר לנו להשתמש בחומרים קלים יותר. התוצאה היא חיסכון של כ-1,5 טון במשקל. המסה של החלק בטמפרטורה הגבוהה של הרקטה אינה עולה על 6 אחוזים מסך המסה של ההגנה התרמית על הקורונה. לשם השוואה, מעבורת החלל "מעבורת" היוותה יותר מ-20 אחוזים.
הצורה החרוטית החיננית של הרקטה הניתנת לשימוש חוזר הייתה תוצאה של הרבה ניסוי וטעייה. לדברי היזמים, תוך כדי העבודה על הפרויקט הם שקלו והעריכו מאות אפשרויות שונות. "החלטנו לנטוש לחלוטין את הכנפיים, כמו אלה של מעבורת החלל או בספינת בוראן", אומרים היזמים. - בגדול, כשחלליות נמצאות באטמוספירה העליונה, כנפיים רק מפריעות. ספינות חלל כאלה נכנסות לאטמוספירה במהירות היפר-קולית לא טובה יותר מ"ברזל", ורק במהירות על-קולית הן עוברות לטיסה אופקית, שלאחריה הן יכולות לסמוך באופן מלא על האווירודינמיקה של הכנפיים.
הצורה הצירית סימטרית בצורת חרוט של הרקטה מאפשרת לא רק להקל על הגנה תרמית, אלא גם לספק לה איכויות אווירודינמיות טובות בעת תנועה במהירויות טיסה גבוהות. כבר באטמוספירה העליונה מקבל ה"כתר" עילוי, המאפשר לרקטה לא רק להאט, אלא גם לתמרן. זה מאפשר לרכב השיגור לתמרן בגובה רב תוך כדי טיסה לאתר הנחיתה, בעתיד נותר לו רק להשלים את תהליך הבלימה, לתקן את מסלולו, לפנות ירכתיים באמצעות דחפים קטנים ולנחות על כדור הארץ.
הבעיה של הפרויקט היא ש"הכתר" עדיין בפיתוח בתנאים של מימון לא מספיק או היעדרו מוחלט. נכון לעכשיו, ה-Makeev SRC הצליח להשלים רק עיצוב ראשוני בנושא זה. על פי הנתונים שהוכרזו במהלך ההרצאות האקדמיות XLII על קוסמונאוטיקה בשנת 2018, בוצעו מחקרי היתכנות על הפרויקט ליצירת רכב השיגור קורונה ונקבע לוח זמנים יעיל לפיתוח הרקטה. התנאים הדרושים ליצירת רכב שיגור חדש נבדקים ומנתחים את הסיכויים והתוצאות של תהליך הפיתוח והפעולה העתידית של רקטה חדשה.
לאחר פרץ חדשות על פרויקט הקורונה בשנים 2017 ו-2018, שוב משתררת הדממה... סיכויי הפרויקט ויישומו עדיין לא ברורים. בינתיים, SpaceX הולכת להציג דגימת ניסוי של ה-Big Falcon Rocket החדש שלה לשימוש חוזר (BFR) בקיץ 2019. מיצירת דגימת ניסוי ועד רקטה מן המניין, שתאשר את מהימנותה וביצועיה, אולי ייקח עוד שנים רבות, אך לעת עתה ניתן לקבוע: אילון מאסק והחברה שלו עושים דברים שניתן לראות ו מורגש ביד. במקביל, רוסקוסמוס, לפי ראש הממשלה דמיטרי מדבדב, צריך להפסיק להקרין ולפטפט לאן נטוס בעתיד. יש פחות מה לומר ויותר מה לעשות.
מקורות המידע:
https://iz.ru
https://www.popmech.ru
http://www.spacephys.ru
https://vpk.name
https://rg.ru
חומרים ממקורות פתוחים
מידע