Bugün, çoğumuz özel şirket SpaceX'in kısmen yeniden kullanılabilir fırlatma araçları ailesini biliyoruz veya en azından duyduk. Şirketin başarısı ve sık sık haber akışlarının kahramanı haline gelen kurucusu Elon Musk'ın kişiliği sayesinde Falcon 9 roketleri, SpaceX ve genel olarak uzay uçuşları uluslararası basının sayfalarından çıkmıyor. Aynı zamanda, Rusya'nın kendi gelişmeleri ve daha az bilinen, yeniden kullanılabilir füzelerin daha az ilginç projeleri vardı ve hala var. Neden böyle oluyor sorusunun cevabı belli. Ilona Mask'ın roketleri düzenli olarak uzaya uçar ve yeniden kullanılabilir ve kısmen yeniden kullanılabilir Rus roketleri şimdiye kadar sadece projeler, çizimler ve sunumlardaki güzel resimlerdir.
Uzay bugün açılıyor
Bugünlerde, Roskosmos'un bir noktada yeniden kullanılabilir füzeler konusunu gözden kaçırdığını, birkaç yıl boyunca diğer ülkelerin önünde olan gelişmeleri ve projeleri elinde tuttuğunu güvenle söyleyebiliriz. Rus yeniden kullanılabilir füzelerinin tüm projeleri asla tamamlanmadı, metalde uygulanmadı. Örneğin, 1992'den 2012'ye kadar geliştirilen yeniden kullanılabilir tek aşamalı Korona fırlatma aracı hiçbir zaman mantıksal sonucuna getirilmedi. Gelişimdeki bu yanlış hesaplamanın sonucunu zaten görüyoruz. Rusya, Amerikan Falcon 9 roketinin ve çeşitlerinin ortaya çıkmasıyla ticari uzay fırlatma pazarındaki pozisyonunu ciddi şekilde kaybetti ve ayrıca yılda yapılan uzay fırlatma sayısı açısından da ciddi şekilde düşük. 2018'in sonunda, Roscosmos 20 uzay lansmanı (bir başarısız) rapor ederken, Nisan 2018'de Roscosmos'un başkanı Igor Komarov, TASS ile yaptığı röportajda, 30 uzay lansmanı gerçekleştirmenin planlandığını söyledi. yılın sonu. Geçen yılın sonunda lider, 39 uzay lansmanı gerçekleştiren (bir başarısız) Çin, ikinci sırada ise 31 uzay lansmanı (başarısız olmayan) ile Amerika Birleşik Devletleri oldu.
Modern uzay uçuşlarından bahsetmişken, modern bir fırlatma aracının (LV) fırlatılmasının toplam maliyetinde, ana gider kaleminin roketin kendisi olduğunu anlamak gerekir. Gövdesi, yakıt depoları, motorları - tüm bunlar sonsuza kadar uçup gidiyor, atmosferin yoğun katmanlarında yanıyor, bu tür geri dönüşü olmayan masrafların herhangi bir fırlatma aracının fırlatılmasını çok pahalı bir zevk haline getirdiği açıktır. Uzay limanlarının bakımı değil, yakıt değil, fırlatma öncesi montaj işi değil, fırlatma aracının fiyatı ana gider kalemi. Mühendislik düşüncesinin çok karmaşık bir teknolojik ürünü birkaç dakika kullanılır, ardından tamamen yok edilir. Doğal olarak, bu tek kullanımlık roketler için geçerlidir. Kurtarılabilir fırlatma araçlarını kullanma fikri, her uzay fırlatma maliyetini azaltmak için gerçek bir şans olarak burada kendini gösteriyor. Bu durumda, yalnızca ilk aşamanın geri dönüşü bile her fırlatmanın maliyetini düşürür.
Falcon 9 fırlatma aracının iade edilebilir ilk aşamasının inişi
Ağır Falcon 9 fırlatma aracının ilk aşamasını kurtarılabilir hale getiren Amerikalı milyarder Elon Musk tarafından uygulanan benzer bir plandır. Bu füzelerin ilk aşaması kısmen kurtarılabilirken, bazı iniş denemeleri başarısızlıkla sonuçlanıyor, ancak füzelerin sayısı yok denecek kadar az. 2017 ve 2018'de başarısız inişler neredeyse sıfıra düştü. Örneğin, geçen yıl ilk etabın her 10 başarılı inişi için yalnızca bir başarısızlık oldu. Aynı zamanda SpaceX de yeni yılı ilk etapta başarılı bir inişle açtı. 11 Ocak 2019'da Falcon 9 roketinin ilk aşaması başarıyla yüzer bir platforma indi, ayrıca yeniden kullanıldı ve daha önce Eylül 2018'de Telestar 18V iletişim uydusunu yörüngeye fırlattı. Günümüzde bu tür iade edilebilir ilk aşamalar zaten bir oldu bitti. Ancak Amerikan özel uzay şirketinin temsilcileri sadece projeleri hakkında konuştuğunda, birçok uzman başarılı bir uygulama olasılığından şüphe etti.
Günümüz gerçeklerinde, bazı fırlatmalarda ağır sınıf Falcon 9 roketinin ilk aşaması, yeniden giriş versiyonunda kullanılabilir. Roketin ikinci aşamasını yeterli bir yüksekliğe alarak, ondan yaklaşık 70 kilometre yükseklikte ayrılır, fırlatma aracının fırlatılmasından yaklaşık 2,5 dakika sonra serbest bırakma gerçekleşir (süre, belirli fırlatma görevlerine bağlıdır). LV'den ayrıldıktan sonra, kurulu durum kontrol sistemini kullanan ilk aşama, çalışan ikinci aşama motorların alevinden kaçınarak küçük bir manevra yapar ve üç ana fren manevrasına hazırlık olarak motorları ileri döndürür. İniş sırasında, birinci kademe frenleme için kendi motorlarını kullanır. Geri dönen aşamanın lansmana kendi kısıtlamalarını getirdiğini belirtmekte fayda var. Örneğin, bir Falcon 9 roketinin maksimum taşıma kapasitesi yüzde 30-40 oranında azaltılır. Bunun nedeni, frenleme ve müteakip iniş için yakıt ayırma ihtiyacının yanı sıra kurulu iniş ekipmanının (kafes dümenleri, iniş destekleri, kontrol sistemi elemanları vb.) Ek ağırlığıdır.
Amerikalıların başarıları ve çok sayıda başarılı lansman dünyada farkedilmeden gitmedi, bu da yan güçlendiricilerin geri dönüşü ve Dünya'ya ilk aşama dahil olmak üzere roketlerin kısmi yeniden kullanılabilirliğini kullanan projelerin başlatılması hakkında bir dizi açıklamayı kışkırttı. Roscosmos temsilcileri de bu konuda konuştu. Şirket, 2017 yılının başında Rusya'da yeniden kullanılabilir füzelerin oluşturulmasına yönelik çalışmaların yeniden başlamasından bahsetmeye başladı.
"Korona" aracını fırlat - genel görünüm
Yeniden kullanılabilir Korona roketi ve önceki projeler
Yeniden kullanılabilir füze fikrinin Sovyetler Birliği'nde incelendiğini belirtmekte fayda var. Ülkenin çöküşünden sonra bu konu kaybolmadı, bu yönde çalışmalar devam etti. Elon Musk'ın az önce bahsettiğinden çok daha önce başladılar. Örneğin, süper ağır Sovyet roketi Energia'nın ilk aşamasının blokları iade edilecekti, bu ekonomik nedenlerle ve en az 10 uçuş için tasarlanmış RD-170 motorlarının kaynağının uygulanması için gerekliydi.
Daha az bilinen, Akademisyen V. P. Makeev Devlet Roket Merkezi uzmanları tarafından geliştirilen Rossiyanka fırlatma aracının projesidir. Bu girişim esas olarak askeri gelişmeleri ile tanınır. Örneğin, şu anda Rus denizaltı filosunda hizmet veren R-29RMU Sineva balistik füzeleri de dahil olmak üzere, denizaltıları silahlandırmaya yönelik yerli balistik füzelerin çoğunluğunun yaratıldığı yer burasıydı.
Projeye göre Rossiyanka, ilk aşaması yeniden kullanılabilen iki aşamalı bir fırlatma aracıydı. Esasen SpaceX mühendisleriyle aynı fikir, ancak birkaç yıl önce. Roketin 21.5 ton kargoyu düşük bir referans yörüngesine fırlatması gerekiyordu - Falcon 9 roketine yakın göstergeler. İlk aşamanın dönüşü, standart aşama motorlarının yeniden dahil edilmesi nedeniyle balistik bir yörünge boyunca gerçekleşecekti. Gerekirse roketin taşıma kapasitesi 35 tona çıkarılabilir. 12 Aralık'ta Makeyev SRC, yeniden kullanılabilir fırlatma araçlarının geliştirilmesi için Roscosmos yarışmasında yeni roketini sundu, ancak bu tür cihazların oluşturulması için sipariş, Baykal-Angara ile Khrunichev Devlet Araştırma ve Üretim Uzay Merkezi'nin rakiplerine gitti. proje. Büyük olasılıkla, Makeev SRC uzmanları projelerini uygulama yeterliliğine sahip olacaklardı, ancak yeterli dikkat ve fon olmadan bu imkansızdı.
Baykal-Angara projesi daha da iddialıydı; Dünya'ya dönüşün ilk aşamasının bir uçak versiyonuydu. Bölmenin ayarlanan yüksekliğine ulaştıktan sonra, ilk aşamada özel bir kanadın açılması ve ardından iniş takımları uzatılmış olarak geleneksel bir havaalanına inen bir uçak boyunca uçması planlandı. Bununla birlikte, böyle bir sistemin kendisi sadece çok karmaşık değil, aynı zamanda pahalıdır. Tartışılmaz değerleri, daha uzak bir mesafeden dönebilmesi gerçeğini içeriyordu. Ne yazık ki, proje hiçbir zaman gerçekleştirilmedi, bazen hala hatırlanıyor, ama daha fazlası değil.
Artık dünya tamamen yeniden kullanılabilir fırlatma araçlarını düşünüyor. Elon Musk, Big Falcon Rocket projesini duyurdu. Böyle bir roket, modern kozmonot için karakteristik olmayan iki aşamalı bir mimariye sahip olmalıdır; ikinci aşaması, kargo veya yolcu olabilen bir uzay aracıyla tek bir bütündür. Superheavy'nin ilk aşamasının Dünya'ya geri dönmesi ve kozmodroma motorlarının kullanımıyla dikey bir iniş yapması planlanıyor, bu teknoloji SpaceX mühendisleri tarafından zaten mükemmel bir şekilde geliştirildi. Roketin ikinci aşaması, Starship olarak adlandırılan bir uzay aracıyla (aslında bu çeşitli amaçlar için bir uzay aracıdır) birlikte Dünya'nın yörüngesine girecek. İkinci aşamada ayrıca, bir uzay görevini tamamladıktan ve bir açık deniz platformuna indikten sonra atmosferin yoğun katmanlarında yavaşlamaya yetecek kadar yakıt kalacak.
SpaceX'in de böyle bir fikirde avucunun olmadığını belirtmekte fayda var. Rusya'da, yeniden kullanılabilir bir fırlatma aracı projesi 1990'lardan beri geliştirildi. Ve yine, Akademisyen V. P. Makeev'in adını taşıyan Devlet Roket Merkezi'nde proje üzerinde çalıştılar. Yeniden kullanılabilir Rus roketinin projesinin güzel adı "Korona" var. Roscosmos, bu projeyi 2017'de hatırlattı ve ardından bu projenin yeniden başlatılmasıyla ilgili çeşitli yorumlar geldi. Örneğin, Ocak 2018'de Rossiyskaya Gazeta, Rusya'nın yeniden kullanılabilir bir uzay roketi üzerinde çalışmaya devam ettiği haberini yayınladı. Korona fırlatma aracıyla ilgiliydi.
Amerikan Falcon-9 roketinin aksine, Rus Korona'nın ayrılabilir aşamaları yoktur; aslında, tek bir yumuşak kalkış ve iniş uzay aracıdır. Makeyev SRC'nin Genel Tasarımcısı Vladimir Degtyar'a göre, bu proje uzun mesafeli gezegenler arası insanlı uçuşların uygulanmasının yolunu açmalıdır. Yeni Rus roketinin ana yapısal malzemesinin karbon fiber olması planlanıyor. Aynı zamanda, "Korona" uzay aracını 200 ila 500 kilometre yükseklikte alçak dünya yörüngelerine fırlatmak için tasarlandı. Fırlatma aracı kütlesi yaklaşık 300 tondur. Çıktı yükünün kütlesi 7 ila 12 ton arasındadır. "Korona" nın kalkış ve inişi, basitleştirilmiş fırlatma tesisleri kullanılarak yapılmalıdır, buna ek olarak, açık deniz platformlarından yeniden kullanılabilir bir roket fırlatma seçeneği üzerinde çalışılmaktadır. Yeni fırlatma aracı, kalkış ve iniş için aynı platformu kullanabilecek. Bir sonraki fırlatma için roket hazırlık süresi sadece bir gündür.
Tek aşamalı ve yeniden kullanılabilir roketler oluşturmak için gerekli karbon fiber malzemelerin geçen yüzyılın 90'lı yıllarından beri havacılık teknolojisinde kullanıldığına dikkat edilmelidir. 1990'ların başından bu yana, Korona projesi uzun bir gelişme yolu kat etti ve önemli ölçüde gelişti, başlangıçta bunun tek seferlik bir roketle ilgili olduğunu söylemeye gerek yok. Aynı zamanda, evrim sürecinde, gelecekteki roketin tasarımı hem daha basit hem de daha mükemmel hale geldi. Yavaş yavaş, roket geliştiricileri, yeniden kullanılabilir roket gövdesinin ana malzemesinin karbon fiber olacağını anlayarak kanatların ve harici yakıt tanklarının kullanımını terk etti.
Yeniden kullanılabilir Korona roketinin bugüne kadarki en son versiyonunda kütlesi 280-290 tona yaklaşıyor. Böylesine büyük bir tek aşamalı fırlatma aracı, hidrojen ve oksijenle çalışan, oldukça verimli bir sıvı yakıtlı roket motoru gerektirir. Ayrı aşamalara yerleştirilmiş roket motorlarından farklı olarak, böyle bir sıvı yakıtlı roket motoru, Dünya atmosferinin dışında kalkış ve uçuş dahil olmak üzere çeşitli koşullarda ve farklı irtifalarda etkili bir şekilde çalışmalıdır. Makeevka tasarımcıları, "Laval nozullu sıradan bir sıvı yakıtlı roket motoru yalnızca belirli irtifa aralıklarında etkilidir" diyor. Bu tür roket motorlarındaki gaz jeti, kendisini "denize" basınca göre ayarlar; dahası, verimliliklerini hem Dünya yüzeyinde hem de stratosferde oldukça yüksek tutarlar.
Kapalı bir yük bölmesi ile yörünge uçuşunda RN "Korona", render
Bununla birlikte, şimdiye kadar dünyada, SSCB ve ABD'de aktif olarak geliştirilmiş olmalarına rağmen, bu tipte çalışan bir motor yoktur. Uzmanlar, Korona yeniden kullanılabilir fırlatma aracının, kama-hava memesinin şu anda bir prototipi olmayan ve pratikte test edilmemiş tek unsur olduğu motorun modüler bir versiyonuyla donatılması gerektiğine inanıyor. Aynı zamanda, Rusya'nın modern kompozit malzemeler ve onlardan parçalar üretiminde kendi teknoloji uzmanları var. Geliştirmeleri ve uygulamaları, örneğin JSC "Composite" ve Tüm Rusya Havacılık Malzemeleri Enstitüsü'nde (VIAM) oldukça başarılı bir şekilde yürütülmektedir.
Dünya atmosferinde güvenli bir uçuş için Korona'nın karbon fiber yapısı, daha önce VIAM'de Buran uzay aracı için geliştirilen ve o zamandan beri önemli bir geliştirme yolundan geçen bir ısı koruyucu karo ile korunacak. Tasarımcılar, “Korona üzerindeki ana ısı yükü, yüksek sıcaklıkta termal koruma elemanlarının kullanıldığı pruvada yoğunlaşacak” diyor. "Aynı zamanda, fırlatma aracının alevlenen yanları daha büyük bir çapa sahip ve hava akışına dar bir açıyla yerleştirilmiş. Bu elemanlar üzerindeki termal yük daha azdır ve bu da daha hafif malzemeler kullanmamızı sağlar. Sonuç olarak yaklaşık 1,5 ton ağırlık tasarrufu sağlanır. Roketin yüksek sıcaklık bölümünün kütlesi, Korona için termal korumanın toplam kütlesinin yüzde 6'sını geçmez. Karşılaştırma için, uzay mekiği yüzde 20'den fazla sorumluydu."
Yeniden kullanılabilir roketin zarif, sivrilen şekli, birçok deneme yanılmanın sonucudur. Geliştiricilere göre, proje üzerinde çalışırken yüzlerce farklı seçeneği gözden geçirdiler ve değerlendirdiler. Geliştiriciler, “Uzay Mekiği veya Buran uzay aracının kanatları gibi kanatları tamamen terk etmeye karar verdik” diyor. - Genel olarak, atmosferin üst katmanlarındayken, kanatlar yalnızca uzay aracına müdahale eder. Bu tür uzay gemileri atmosfere bir "demirden" daha iyi olmayan hipersonik hızda girerler ve sadece süpersonik hızda yatay uçuşa geçerler, bundan sonra kanatların aerodinamiğine tam olarak güvenebilirler."
Roketin konik asimetrik şekli, yalnızca ısı korumasını kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek uçuş hızlarında hareket ederken ona iyi aerodinamik nitelikler sağlar. Zaten atmosferin üst katmanlarında, "Korona", roketin sadece yavaşlamasına değil, aynı zamanda manevra yapmasına da izin veren bir kaldırma kuvveti alır. Bu, fırlatma aracının iniş alanına uçarken yüksek irtifada manevra yapmasını sağlar; gelecekte, yalnızca frenleme işlemini tamamlaması, rotasını düzeltmesi, küçük manevra motorlarını kullanarak kıç aşağı doğru dönmesi ve yere inmesi yeterlidir.
Projeyle ilgili sorun, Korona'nın hala yetersiz finansman veya tamamen yokluğu koşullarında geliştiriliyor olmasıdır. Şu anda Makeyev SRC, bu konuyla ilgili sadece bir taslak tasarımı tamamladı. 2018 yılındaki XLII Akademik Kozmonot Okumaları sırasında açıklanan verilere göre Korona fırlatma aracının oluşturulmasına yönelik proje üzerinde fizibilite çalışmaları yapıldı ve etkin bir roket geliştirme takvimi hazırlandı. Yeni bir fırlatma aracının yaratılması için gerekli koşullar araştırılmış ve yeni roketin hem geliştirme sürecinin hem de gelecekteki operasyonunun beklentileri ve sonuçları analiz edilmiştir.
2017 ve 2018 yıllarında Crown projesiyle ilgili patlama haberlerinin ardından yine sessizlik devam ediyor… Projenin ve uygulanmasının beklentileri hala belirsiz. Bu arada SpaceX, 2019 yazında yeni yeniden kullanılabilir Big Falcon Roketinin (BFR) bir test örneğini sunacak. Güvenilirliğini ve performansını teyit edecek bir test örneğinin oluşturulmasından tam teşekküllü bir rokete kadar uzun yıllar alabilir ancak şimdilik şunu söyleyebiliriz: Elon Musk ve şirketi elle görülebilen ve dokunulabilen şeyler yapıyor.. Aynı zamanda, Başbakan Dmitry Medvedev'e göre Roskosmos, projelendirmesini bitirmeli ve gelecekte nereye uçacağımız hakkında sohbet etmeli. Daha az konuşmanız ve daha fazlasını yapmanız gerekir.
