Проект многоразовой ракеты-носителя актуален уже сейчас
Специалисты Государственного ракетного центра имени академика В. П. Макеева предложили продолжить создание многоразового одноступенчатого носителя с вертикальным взлетом и посадкой «Корона». Разработка велась в инициативном порядке с 1992 по 2012 год и была прекращена из-за отсутствия финансирования.
РН «Корона» предназначена для выведения космических аппаратов на низкие околоземные орбиты и имеет конструкцию в виде конуса. Отсек с космическим аппаратом расположен в верхней части РН. Стартовая масса составляет около 300 тонн при полезной нагрузке до семи тонн. Для старта используется ЖРД внешнего расширения с центральным телом. Топливом для РН служит связка кислород/водород. После доставки груза на орбиту РН включает тормозные двигатели и маневрирует в атмосфере для посадки в нужном районе. Сопло с центральным телом при прохождении плотных слоев атмосферы охлаждается резервным остатком жидкого водорода. Посадка осуществляется на обычную ровную площадку с применением убирающихся опор, размещенных в кормовой части аппарата.
От корабликов до монстров
До последнего времени существовали сложные технические проблемы в создании одноступенчатых многоразовых РН. Прежде всего отсутствовала технологическая база, а также сверхлегкие прочные и жаростойкие материалы, которые позволяли бы добиться необходимого технического совершенства одноступенчатого носителя. Не случайно гениальный Циолковский, осуществив необходимые расчеты, предложил идею «ракетного поезда», то есть многоступенчатой РН. Ведь в то время (начало ХХ века) не существовало ни совершенных ракетных двигателей, ни углепластиков, ни специальных сплавов. Применение же современных материалов и технологий в принципе позволяет реализовать на практике идею одноступенчатого носителя. Хотя не все так просто.
“ Стартуя с подводной лодки, РН «Штиль» могла вывести на орбиту спутник весом 120 килограммов, а с самолета ее грузовые возможности увеличивались до тонны ”
За рубежом тоже были попытки проектирования одноступенчатых РН, причем различной размерности: грузоподъемностью от сотен килограммов до аппаратов, способных выводить в космос сотни тонн. Некоторые даже предполагалось использовать как пассажирский транспорт. Достаточно привести как пример проект аэрокосмического аппарата «Гиперион». По задумке конструкторов он стартовал вертикально и мог по суборбитальной траектории перевезти пассажиров с одного континента на другой примерно за 20 минут. В основном это касалось сообщения между Америкой и Азией через Тихий океан.
Вершиной технического совершенства стал проект гигантской РН «Ромбус». Этот исполин, разработанный специалистами фирмы «Макдонелл-Дуглас», предназначался для вывода на орбиту, страшно подумать, 450 тонн груза. Специалисты оценят масштаб задумки: стартовая масса составляла 6350 тонн, а тяга двигателей – 8200 тонна-сил. Расчетные акустические нагрузки от работы двигателей на старте были столь велики, что пришлось проектировать специальной формы котлован стартового комплекса глубиной более 160 метров. Исполина планировали задействовать для активного освоения Марса. С учетом многоразовости использования РН и огромной грузоподъемности стоимость вывода на орбиту одного килограмма должна была снизиться на два порядка по сравнению с традиционными РН. Но до воплощения изделия в металле дело по традиционной причине отсутствия финансирования не дошло.
Жизнь после Луны
После закрытия программы «Аполлон» в середине 70-х годов в период экономического кризиса перед НАСА встал вопрос о дальнейших путях развития семейства ракет-носителей. И здесь, что позже стало очевидно для всех, были допущены две серьезные ошибки.
Первая. Решительно и бесповоротно отказались от РН «Сатурн-5» – крупнейшего на тот момент носителя в мире, многократно подтвердившего свою надежность. Тем самым США сами закрыли себе перспективу освоения дальнего космоса, что сказывается по сей день. Той проверенной и мощной РН уже нет, а другая так и не создана.
Вторая. В части новых носителей выбор был сделан в пользу многоразового транспортного космического корабля «Спейс шаттл». Предполагалось, что космические корабли будут как челноки сновать между Землей и околоземной орбитой. Надеялись, что количество стартов будет измеряться сотнями в год. Однако эта система абсолютно не оправдала ожиданий как в финансовом плане – послеполетное обслуживание оказалось в десятки раз дороже планируемого, так и в плане надежности – произошли две крупные аварии, в которых погибли все члены экипажей КК «Челленджер» и «Колумбия».
Вплоть до начала XXI века создание новых РН шло своим чередом в течение довольно продолжительного времени. Но неожиданно в этот планомерно текущий процесс ворвался американский конструктор и предприниматель в одном лице Илон Маск. Именно он основал фирму, которая создала новую коммерческую РН Falcon 9 с многоразовой первой ступенью, и уже состоялось несколько успешных посадок. На март планируется старт с повторным использованием одной из первых ступеней. Посмотрим, каким окажется этот полет, но в любом случае он станет знаковым событием в космонавтике.
Космодром в стратосфере
Общемировые тенденции и логика развития перспективной техники подсказывают, что пришла пора активно развивать полностью многоразовые ракеты-носители. Только они позволяют снизить стоимость запуска не на проценты, а в разы. Поэтому российские предприятия, имеющие отношение к космосу и лишившиеся в начале 90-х госзаказа, буквально выплеснули на рынок уникальные проекты многоразовых РН.
Пионером стал проект с использованием воздушного старта, когда в качестве первой ступени выступает самолет-носитель. Задумка была такова: с борта дооборудованного Ан-124 на большой высоте производится сброс конверсионной РН «Штиль», запускаются ее ракетные двигатели и осуществляется дальнейший полет в космос. В основе РН лежит снятая с боевого дежурства морская межконтинентальная ракета. Стартуя с подводной лодки, РН «Штиль» могла вывести на орбиту спутник весом 120 килограммов, а с самолета ее грузовые возможности увеличивались до тонны. Как говорится, почувствуйте разницу.
Подмосковное МКБ «Радуга» разработало великолепный по новизне проект РН «Бурлак» для выведения на орбиту спутников различного назначения. РН стартовала из-под брюха сверхзвукового бомбардировщика Ту-160. Вся система в сборе поднималась до стратосферы, где и происходило отделение РН от самолета. Поначалу проект развивался довольно динамично благодаря финансированию германских компаний. Был даже изготовлен полномасштабный макет РН, который вместе с Ту-160 демонстрировался на авиасалонах. Дело уверенно двигалось вперед, пока не иссякло финансирование.
Чуть позже появился проект воздушного старта по теме «Ишим» с использованием специально доработанного тяжелого истребителя МиГ-31. Полезная нагрузка была невелика, но достаточна для заброски на орбиту нескольких микроспутников за один пуск. Но и в данном случае отсутствие денег не дало довести проект до реализации.
Подлинным техническим шедевром явился проект многоцелевой авиационно-космической системы (МАКС), где в качестве самолета-носителя планировалось использовать Ан-225 «Мрия». С его спины стартовал космоплан в экипажном либо беспилотном варианте. Предусматривался запуск грузового носителя с полезной нагрузкой до 18 тонн. При этом стоимость доставки груза на орбиту снижалась раз в десять. Но денег на проект до сих пор не выделено.
В результате на сегодня до практического использования добрался только один проект и то не наш. Это американская РН «Пегасус», стартующая с самолета-носителя и выводящая в космос легкие спутники. Правда, ее пуски случаются не столь часто (один-два в год).
Одноразовость – это не навсегда
Казалось бы, столько преимуществ у многоразовых РН, но почему-то они до сих пор не летают. Одну из причин мы уже указали: существуют технические сложности, которые необходимо преодолеть. Любая из них – определенный риск.
Вторая причина банальна – финансирование. На создание новых многоразовых РН нужны деньги, а при существенном секвестре Федеральной космической программы выбить средства на новую РН невозможно. Под нынешние заказы вполне хватает существующих носителей, последних модификаций РН «Союз» и «Протон» плюс «Ангара». Единственное исключение сделано для программы «Феникс». Надо сказать, это очень разумное решение. Одной программой решается двуединая задача: будущая РН заменит украинский «Зенит» и будет стартовать как с комплекса «Морской старт», так и с Байконура по российско-казахстанской программе «Байтерек». А самое главное – «Феникс» станет одним из универсальных ракетных модулей первой ступени будущей сверхтяжелой РН для освоения Луны и Марса.
Что касается многоразовой первой ступени господина Маска, то уже подсчитано: выигрыш составит в лучшем случае 25–30 процентов от традиционных РН. Ни о какой экономии в десятки раз речи вообще не идет. Вопрос: а стоит ли овчинка выделки?
Многоразовые РН любого вида будут полностью окупаемы только при числе запусков 20, а то и 30 в год. Это определенно станет возможно, но не в ближней перспективе. Когда начнется освоение Луны, возрастет грузопоток на орбиту до сотен, а потом и тысяч тонн, тут и многоразовым найдется место. Лишь тогда раскроются все их преимущества. Принцип прост: они забрасывают груз на низкую орбиту и идут на посадку. А груз подхватывает межорбитальный буксир с ядерной энергоустановкой и доставляет его к Луне. После этого возвращается назад за новой партией. Короче говоря, вырисовывается целая космическая транспортная система. Но хронологически это где-то год 2030-й и позже.
Однако столь отдаленные сроки вовсе не означают, что сегодня можно сидеть сложа руки и ничего не делать. Следует работать на перспективу: создавать новые технологии, материалы, конструкции. Поэтому заслуживает очень большого уважения уже сам факт, что специалисты ГРЦ им. Макеева в инициативном порядке возвращаются к проекту РН «Корона». Конструкторская мысль не должна стоять на месте по определению, иначе просто не будет технического прогресса. Да и направление выбрано правильное. Ведь будущее космонавтики однозначно за многоразовыми надежными и относительно дешевыми ракетами-носителями.