Лого Сделано у нас
39

Российская многоразовая система первого этапа

На аэрокосмическом салоне МАКС-2013 впервые были продемонстрированы не схемы и «настольные модели», а крупномасштабные макеты многоразовой ракетно-космической системы первого этапа (МРКС-1) разработки Центра имени Хруничева. Этот факт можно рассматривать как подтверждение выхода на новый уровень работ, ведущихся уже несколько лет.

 

Специалисты считают, что носители, включающие в себя многоразовые нижние и одноразовые верхние ступени, – оптимальный вариант реализации системы выведения полезных грузов, базирующейся на современных технологиях*. С одной стороны, существенная часть стоимости улетевшей ракеты приходится именно на нижнюю (первую) ступень. Как правило, она крупнее, тяжелее, сложнее и дороже в изготовлении, чем верхние ступени – и именно поэтому ее целесообразно спасать для повторного использования. С другой же стороны, в ряде случаев технически реализовать многоразовую первую ступень гораздо проще. Кроме того, при условии ее возвращения к месту старта появляется возможность создать по-настоящему всеазимутальную транспортную систему и радикально сократить поля падения отделяемых частей носителя.

 

Несмотря на единицу в обозначении, МРКС-1 можно отнести к многоразовым системам второго поколения – к первому относились Space Shuttle и «Энергия-Буран». В этих проектах основной упор делался на многоразовую орбитальную ступень (ОС), сочетавшую в себе качества собственно ракетного блока и космического корабля. Цели данных программ предусматривали уменьшение стоимости выведения в космос за счет частого проведения запусков, возвращения из космоса значительного объема полезных грузов и сохранения дорогостоящих и сложных КА для многократного применения.

 

Однако первое поколение многоразовых систем оказалось не в состоянии решить свои задачи с достаточным уровнем эффективности. С учетом большой размерности всей системы, невысокой частоты пусков и сложности межполетного обслуживания ОС (особенно в части двигателей и теплозащиты) совокупные затраты на эксплуатацию быстро выросли, а удельная стоимость доступа в космос оказалась приблизительно в три раза выше по сравнению с одноразовыми ракетами. В то же время число полезных нагрузок, возвращаемых из космоса, оказалось незначительным. При «растягивании» программы Space Shuttle сказались ограничения по расчетному ресурсу ОС (не по общему числу полетов, а по времени эксплуатации), помноженные на опасения по поводу надежности и безопасности, – с учетом двух катастроф, которые останавливали полеты и грозили полным срывом не только пилотируемой программы, но и графика доставки в космос важных полезных грузов. Но и это не все: размывание первоначальных целей создания системы Space Shuttle и уменьшение «трафика» полетов на орбиту снизило и общую экономическую привлекательность многоразовых систем. В результате сегодня и космонавты, и грузы доставляются на низкую околоземную орбиту (НОО) с помощью одноразовых ракет.

 

С учетом вышесказанного, специалисты ГКНПЦ имени М. В. Хруничева приступили к разработке системы, лишенной указанных недостатков. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по обоснованию облика и технических характеристик МРКС-1 ведутся в Центре на протяжении ряда лет. Начинались они в инициативном порядке, а затем продолжились в рамках Федеральной космической программы (ФКП) на 2006 – 2015 годы совместно со смежными предприятиями. 

 

Проект ГКНПЦ реализует концепцию частично многоразового носителя вертикального взлета: ускоритель первой ступени (возвращаемый ракетный блок – ВРБ) выполняется по самолетной схеме, ускорители верхних ступеней (блоки выведения – БВ) – одноразовые. Блоки компонуются по пакетной схеме. После выполнения своей задачи в процессе выведения ВРБ блок отделяется от ускорителя второй ступени и совершает автономный возвратный полет с посадкой на аэродроме посадочного комплекса. Возвращение к месту старта обеспечивается за счет пространственного аэродинамического маневра. На первом участке производится интенсивное торможение с одновременным разворотом вектора скорости к месту старта. Второй участок – самолетный полет по направлению к месту старта до горизонтальной посадки на взлетно-посадочную полосу (ВПП).

 

Как следует из опыта эксплуатации, основными составляющими стоимости миссии многоразового корабля Space Shuttle были затраты на межполетное обслуживание ОС и маршевых кислородно-водородных ЖРД. По данным Космического центра имени Кеннеди, опубликованным в 2009 году, на них приходилось порядка 1.4 млрд $ в год. Эти обстоятельства и предопределили принципы создания ВРБ: 

  • отсутствие внешней теплозащиты за счет незначительного локального теплового усиления конструкции, что, в свою очередь, определило траекторные перемещения на активном участке разделения ступеней (примерно при М=7…7.5 – для того, чтобы не выводить блок на большие тепловые нагрузки);
  • требования к конструкции, агрегатам и системам закладываются в расчете на многоразовое их применение;
  • используемые компоненты ракетного топлива должны минимизировать сроки и объемы межполетного обслуживания маршевых ЖРД;
  • межполетная эксплуатация должна проводиться исходя из фактического состояния ВРБ.

Исследования начались с проекта крылатого ускорителя «Байкал», выполненного совместно с НПО «Молния» для использования в составе семейства модульных РН «Ангара». В результате сложилась кооперация ведущих отечественных предприятий, которая выполнила значительный объем расчетно-теоретических и экспериментальных работ. В том числе проведено более 100 продувок в аэродинамических трубах (АДТ) ЦАГИ, разработаны проектные материалы по основным элементам «Байкала» (двигатели, системы управления, приводы, облик наземного комплекса) и вопросы его эксплуатации. Технический образец многоразового ускорителя в 2001 году демонстрировался на международных аэрокосмических салонах Le Bourget и МАКС.  

В настоящее время специалисты Центра Хруничева видят МРКС как многоцелевое средство выведения для решения задач доставки на НОО полезных грузов и КА различного назначения. Выбор наиболее рациональной схемы стал ключевым в комплексной задаче лабораторно-стендовых испытаний и летных экспериментов, а критерием выбора было обеспечение допустимых тепловых нагрузок и требуемых аэродинамических характеристик, как на этапе выведения, так и на этапах атмосферного спуска. Эти этапы и являются определяющими при выборе размерности, конструктивных решений и конструкционных материалов. 

Учитывая принципиальное значение межполетного обслуживания для реализуемости МРКС-1 с заданными технико-экономическими характеристиками, специалисты приняли концепцию эксплуатации ВРБ по техническому состоянию. Такой подход к эксплуатации ракетно-космической техники является новым и требует отработки новых методов с последующим их испытанием на натурных изделиях. При этом главная задача – существенное снижение эксплуатационных расходов за счет использования системы контроля технического состояния и, в первую очередь, многоразовых ЖРД. Наличие такой системы также является новым методом для ракетно-космической техники. 

Как указывалось выше, вся многоцелевая система компонуется всего из двух унифицированных элементов – многоразовых ВРБ первой ступени и одноразовых БВ верхних ступеней. При этом возможно сочетание различного числа блоков, а их типоразмеры выбраны исходя из заданного для ряда носителей диапазона масс груза, выводимого на орбиту, и из заданной конфигурации унифицированного стартового комплекса. 

От себя добавлю, что в статье, размещенной в журнале "Новости космонавтики" № 12 за 2013 г. указывалось, что использование данной системы позволит снизить стоимость пуска в 2-5 раз! Вот и прикиньте, какой конкурентноспособностью мы сможем обладать, если ее довести до ума!



  • 0
    liolik liolik
    17.01.1410:30:11
    +    
  • 0
    Нет аватара Tcheluskin
    17.01.1412:03:48
    Лол, если это система "первого" этапа, то какой же тогда второй    

    То, что нарисовано, полетит ой-как нескоро, и скорее всего не в том виде, как нарисован.

    В этой картинке самое интересное — "боковые блоки" с четырьмя кислород-метановыми двигателями РД-0162, пока разрабатываемыми.
    При этом одна такая "боковушка" является сама по себе ракетой (1-й ступенью ракеты) среднего класса грузоподъёмности, типа "Зенит" или "Falcon-9".
    При этом РД-0162 менее напряжённый и должен получиться более дешёвым, чем РД-191 для Ангары.

    Тут первый этап, это испытать отдельно один такой "базовый ракетный модуль" с 4 РД-0162 в одноразовом варианте. Или, для начала, лёгкую ракету с одним РД-0162.

    Также по картинке, в 1-х двух вариантах на 35 и 47 тонн совершенно излишня ещё и водородная ступень (ступени). Тот же Falcon-HEAVY с тремя идентичными базовыми модулями от Falcon-9 должен выводить 50 т на низкую орбиту.



    UPD: Кстати, на авиасалоне Ле-Бурже 2013 в Париже демонстрировался макет ракеты Союз-5 с метановыми двигателями РД-0164, это развитие РД-0162.



    Подробнее.
    Отредактировано: Tcheluskin~12:51 17.01.14
    • 1
      Нет аватара Droozhe
      17.01.1418:14:47
      Думаю, унификация движков второй ступени с движками первой в данном проекте отходит на второй план по сравнению с удельным импульсом и эффективностью. Ведь многоразовая возвращаемая первая ступень (из-за раннего сброса) накладывает серьезные ограничения на ступень вторую. Тут не до унификации.
      • 0
        Нет аватара Tcheluskin
        17.01.1418:26:06
        Думаю, унификация движков второй ступени с движками первой в данном проекте отходит на второй план по сравнению с удельным импульсом и эффективностью.
        По памяти, цена пуска керосиновой Falcon-9 $60–70 млн., а Atlas-5 аналогичной грузоподъёмности с водородной второй ступенью ~$170–180 млн.
        Отредактировано: Tcheluskin~18:28 17.01.14
        • 0
          Нет аватара Droozhe
          17.01.1419:48:41
          Не буду спорить, но поскольку водородная ступень в нашем проекте присутствует, значит она чем-то обусловлена. Чем?
          Насчет Falcon-9, мне кажется рано окончательно судить о стоимости запуска. Это новая частная схема космонавтики, время покажет, насколько это все эффективно и за счет чего удается экономить. Не исключаю, что это может быть в какой-то мере PR акцией, демпингом или некой схемой по разделению затрат с государством... Американцы мастера всякой хитрой отчетности. Не знаю, поэтому остаётся гадать.
          Кстати, не нашел стоимость запуска Atlas-5. Не подкинете ссылку?
  • 0
    Нет аватара AbrValg
    18.01.1401:35:18
    Ракета это только пол дела. Нужен ещё стартовый комплекс под неё. С большой долей вероятности можно предположить, что старт нужен свой, отличный от старта Ангары. Соответственно, вопрос его строительства должен обсуждаться уже сейчас.
    • 0
      Нет аватара vvv
      18.01.1408:17:55
      Да вроде строят что то под названием КОСМОДРОМ ВОСТОЧНЫЙ....
      • 0
        Нет аватара AbrValg
        18.01.1414:04:20
        Спасибо вам, кэп, без вас никуда. Может вы ещё и порадуете ссылкой, где говорится о строительстве на Восточном старта конкретно под эту ракету?   
        • 0
          Нет аватара vvv
          18.01.1415:16:22
          прикольно - вы умеете думать?? - зачем нужна РАКЕТА если её неоткуда запускать?? - или это стеб?? как вы думаете её проектируют не зная с какого старта её будут запускать??
          Отредактировано: vvv~15:17 18.01.14
          • 0
            Нет аватара AbrValg
            18.01.1415:32:37
            вы умеете думать??
            Я? Думать? Нет, что вы, это слишком сложно для меня. Но ссылочку о постройке старта всё же дайте. Или план космодрома, где этот старт обозначен. А то, как говорят, языком молоть - не мешки ворочать.
            • 0
              Нет аватара vvv
              18.01.1419:08:42
              есть понятие - техническое задание - там указано что куда откуда и как..... но вам этого не понять - ссылочку дайте что старт не СТРОЯТ... ))
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,