Войти

"Коронный" номер

5676
16
+3
РН "Корона"
Одноступенчатая многоразовая ракета-носитель "Корона" в орбитальном полете (иллюстрация).
Источник: LightLinAl

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.

“Стартуя с подводной лодки, РН «Штиль» могла вывести на орбиту спутник весом 120 килограммов, а с самолета ее грузовые возможности увеличивались до тонны”


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.

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.


Владимир Владимиров


Опубликовано в газете "Военно-промышленный курьер" в выпуске № 9 (673) за 8 марта 2017 года

09.03.2017
Права на данный материал
принадлежат Военно-промышленный курьер
Материал размещен правообладателем
в открытом доступе
Оригинал публикации
  • В новости упоминаются
Похожие новости
05.10.2017
"Мы до сих пор летаем на ракетах Королева"
15.12.2015
Коллективный Гагарин
19.03.2013
«У России должна быть независимая космическая политика»
27.08.2018
Чем запомнится "Армия-2018". Итоги крупнейшего оружейного форума
09.01.2018
Чужие победы
16 комментариев
№1
02.01.2018 13:16
+3
Сообщить
№2
02.01.2018 23:15
отсюда
Цитата, Peter Tsk сообщ. №92
Цитата, forumow сообщ. №86
Столько было у "бумажного" макеевского проекта, который они в инициативном порядке "пилили" с 1992 г
- только что появилась новость, что оне  "взялись за старое" :)
Взялись то взялись. Только ли за тоже самое, или за подобие...?
0
Сообщить
№3
03.01.2018 04:48
Все работники ГРЦ имени академика В. П. Макеева оказались супермолодцы, с поставленной задачей справляются на сегодня. В награду согласились принять их предложение по "Короне". А дальше их предложение мы еще не знаем, но в рукаве у макеевцев туз есть - коронный вариант "Луны".
0
Сообщить
№4
03.01.2018 08:18
отсюда
Цитата, просто экспл сообщ. №95
вот эта новость мне понравилась . и главное что сама идея даже лучше чем у Маска ибо ракета многоразова полностью .
фактически это уже можно назвать праобразом космолета , "пра"  потому что топлива хватит только на один взлет . но это уже цельное изделие которое для следующего полета нужно только заправить (ну поначалу будет еще дефектовка и прочее) .
По сравнению с проектом Маска, у "Короны" есть как достоинства так и недостатки. Одноступеньчатая схема априори имеет худшую весовую отдачу по сравнению с двухступом. Правда тут более эффективный водород вместо метана. Его же предполагали применять и в   американских проектах одноступеньчатых многоразовых носителей, таких как "Venture Star" и "Delta Clipper". Маск считает что Земля неподходящая планета для запусков одноступов. Хотя его BFS - корабль-вторая ступень BFR, как ожидается тоже сможет самостоятельно достичь НОО с малой ПН, что должно быть продемонстрировано в ходе испытаний.
0
Сообщить
№5
03.01.2018 09:01
Цитата, forumow сообщ. №4
По сравнению с проектом Маска, у "Короны" есть как достоинства так и недостатки. Одноступеньчатая схема априори имеет худшую весовую отдачу по сравнению с двухступом.
но это поначалу , со временем мощность движков будет расти и лишний вес уже будет существенно дешевле в доставке чем каждый раз производить его с нуля (то есть рано или поздно прогресс достигнет того уровня когда лишнее топливо будет существенно дешевле чем лишнее железо) .
-1
Сообщить
№6
03.01.2018 09:14
Цитата, просто экспл сообщ. №5
но это поначалу
Нет - это эзистенциональный недостаток одноступов перед многоступами. При прочих равных, они всегда будут уступать в весовой отдаче.
Цитата, просто экспл сообщ. №5
чем каждый раз производить его с нуля
Речь шла не в плоскости многоразовые-одноразовые. Многоразовому многоступу тоже будет уступать. Масковский BFR - многоразовый двухступ.
+1
Сообщить
№7
08.01.2018 03:10
Цитата, forumow сообщ. №4
Одноступенчатая схема априори имеет худшую весовую отдачу по сравнению с двухступом. Правда тут более эффективный водород вместо метана.
Не совсем весовую отдачу, точнее - критерий достижимости по формуле Циолковского.

Примем удельный импульс водородного двигателя I=4600 м/с и характеристическую скорость V=8360 м/c (для достижения 1 космической скорости, см. пример расчета по первой ссылке).
Известны стартовая масса ракеты 295 т. и масса ПН 7,5 т. (см. рисунок, для образца 2012 года).
k - отношение массы топлива к массе конструкции ракеты (в нашем случае масса конструкции должна включать массу топлива для возврата на Землю - торможение и посадку).
Для выполнения критерия достижимости необходимо выполнить неравенство:

k>5,15
Получается, нужно 247,5 т. топлива и остается 47,5 т., из которых 7,5 т. - выводимая на орбиту полезная нагрузка.
Остается 40 т. на массу конструкции ракеты и топливо для возврата.

Жестко, но выполнимо.
+1
Сообщить
№8
08.01.2018 12:02
Поправка (забыл вычесть массу ПН, был бы в Роскосмосе - получил "выговор":)
k=241:46,5=5,18>5,15.
Т.е. получается:
Общая стартовая масса 295 т., из которых
Масса ПН 7,5 т.;
Масса топлива для взлета  241 т.;
Масса конструкции ракеты с учетом топлива для возврата 46,5 т. (например 18 т. масса ракеты и 28,5 т. - топлива).

Если сделать ракету из углепластика (как указывается на рисунке) и супер эффективный водородный двигатель замкнутого цикла с центральным телом (который пока никто не сделал) - все получится.

Впрочем, нужно еще решить проблему стойкой многоразовой теплозащиты для входа в атмосферу.
0
Сообщить
№9
08.01.2018 12:18
Цитата, BorSch сообщ. №8
Впрочем, нужно еще решить проблему стойкой многоразовой теплозащиты для входа в атмосферу.

С Бурана можно взять, кмк.
0
Сообщить
№10
08.01.2018 14:18
Это тяжеловесные керамические пластины, а "Корона" должна быть едва ли не полностью пластмассовая, чтобы вписаться в требуемые массовые характеристики.
Имеющиеся наработки, конечно, должны быть использованы по максимуму.

А насколько сам углепластик термически стоек?
-1
Сообщить
№11
08.01.2018 16:43
Цитата, BorSch сообщ. №10
Это тяжеловесные керамические пластины
С какого... они тяжеловесные...?!



Увеличение x2000

http://www.buran.ru/htm/tersaf.htm

И посмотрите на брюхо BFS в этом ролике ~ 0:21 - 0:28



Цитата, BorSch сообщ. №10
А насколько сам углепластик термически стоек?
Цитата
https://vpk.name/news/174899_rossiiskie_tehnologi_sozdali_material_sposobnyii_zamenit_alyuminii_i_titan_v_avialainerah.html

«Сейчас температурный диапазон применения ПКМ составляет не более 150°С для самых распространенных материалов и до 250°С — для термостойких. Мы же разработали ПКМ, пригодные для эксплуатации при температурах до 450°С, обладающие при этом простотой переработки, сравнимой с наиболее распространенными в применении для этих целей эпоксидными смолами», — рассказали участники проекта, Борис Булгаков и Александр Бабкин.
0
Сообщить
№12
08.01.2018 16:52
Цитата, forumow сообщ. №11
С какого... они тяжеловесные...?!
Что, по Вашему замыслу, должны иллюстрировать приведенные фото - малую удельную массу керамических пластин? Что-то не уловил связи, поясните pls.
Цитата, forumow сообщ. №11
И посмотрите на брюхо BFS в этом ролике ~ 0:21 - 0:28
Посмотрел. И... что?
Цитата, forumow сообщ. №11
для эксплуатации при температурах до 450°С
Мда, для термозащиты ракеты, входящей в атмосферу на гиперзвуковой скорости этого недостаточно, нужны дополнительные мероприятия.
0
Сообщить
№13
08.01.2018 17:10
тут у нас есть камрад gvinpin,
имел отношение к термоизоляции Бурана.
Надеюсь зайдёт.
+1
Сообщить
№14
08.01.2018 17:38
Цитата, BorSch сообщ. №12
Мда, для термозащиты ракеты, входящей в атмосферу на гиперзвуковой скорости этого недостаточно, нужны дополнительные мероприятия.
Только углерод-углеродные композиты. Они не тяжелые, но будет чертовски дорого покрывать весь корпус. Буран имел аэродинамику, и и входил в атмосферу контролируемо. Поэтому только 1/4 поверхности надо было покрывать
ПыСы... Если ракету контролируемо вводить в атмосферу, то можно обтекатель использовать.
0
Сообщить
№15
08.01.2018 23:48
Цитата, gvinpin сообщ. №14
Буран имел аэродинамику, и и входил в атмосферу контролируемо
Ну а здесь что же, кувырком будет влетать? :)
Удалось найти фото плаката со схемой полета:

Можно разглядеть, что снижение будет происходить носом вперед, т. е. тепловую перегрузку будет испытывать практически весь корпус.

А вот такой вопрос:
Насколько реально еще до входа в атмосферу снизить скорость с запредельных 28000 км/ч (1КС) до значения, приемлемого чтобы обойтись без сложной теплозащиты?
Например первая ступень Falcon 9 до начала снижения тормозит с 6000 до 2200 км/ч.:

Правда у Фалькона это торможение происходит на высотах ниже круговой орбиты.
-1
Сообщить
№16
09.01.2018 01:17
Цитата, BorSch сообщ. №15
Можно разглядеть, что снижение будет происходить носом вперед, т. е. тепловую перегрузку будет испытывать практически весь корпус.

«Основная тепловая нагрузка на нашу ракету концентрируется на ее «носке», где используются высокотемпературные элементы теплозащиты, — объясняют конструкторы. — При этом расширяющиеся борта ракеты имеют больший диаметр и находятся под острым углом к потоку воздуха. Температурная нагрузка на них меньше, что позволяет использовать более легкие материалы. В результате мы сэкономили больше 1,5 т. Масса высокотемпературной части у нас не превышает 6% от общей массы теплозащиты. Для сравнения, у «Шаттлов» на нее приходится больше 20%».
https://www.popmech.ru/technologies/363532-russkiy-kosmos-proekt-korona-i-drugie-razrabotki-grc-makeeva/
+4
Сообщить
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
loading...
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
  • 21.09 22:13
  • 4
Канадский патрульный гигант
  • 21.09 22:12
  • 194
У авиабазы Хмеймим пропал с радаров российский военный самолет
  • 21.09 21:59
  • 8
Новую госпрограмму вооружений РФ на 10-летний период примут в 2023 году
  • 21.09 21:41
  • 22
Танковый застой: Т-14 "Армата" еще долго не получит 152-мм пушку
  • 21.09 19:13
  • 3
Грустная песня о тендере: получит ли Индия новый истребитель
  • 21.09 19:01
  • 30
Росгвардия получит АК "двухсотой серии"
  • 21.09 18:46
  • 1
Израиль надеется победить в британском конкурсе ДРЛО
  • 21.09 18:26
  • 1
Крушение Ил-20 Израиль отчитался перед Москвой
  • 21.09 18:15
  • 5
Вторая подводная лодка типа "Лада" спущена на воду в Санкт-Петербурге
  • 21.09 18:13
  • 5
Обзор программы создания Ил-114-300
  • 21.09 18:05
  • 10
Впервые за долгие годы: САУ "Малка" приняли участие в крупных учениях
  • 21.09 16:55
  • 16487
США отреагировали на начало российских военных маневров у границ Украины
  • 21.09 14:56
  • 7481
Минобороны: Все авиаудары в Сирии пришлись по позициям боевиков
  • 21.09 14:16
  • 14
Потерянная победа: как распад СССР погубил МиГ 1.44
  • 21.09 13:18
  • 4
Раздел воды: Украина отправит корабли в Азовское море