После достаточно громко распиаренных аварий с участием российских ракет «Протон», можно говорить о том, что писать о реальном положении дел в космической отрасли, стало даже неприлично. Однако российская космическая программа – это не только аварии и катастрофы спутников и космических станций, это еще и действительно удивительные проекты, которые достаточно перспективны и успешно проходят путь своего проектирования. Речь зедсь пойдет о многоразовой ракетно-космической системе (МРКС-1), испытания модели которой начались в ЦАГИ.
Не так давно пресс-центр ЦАГИ опубликовал изображение данной модели. Внешний ее вид напоминает многим многоразовые космические корабли, такие как американский Space Shuttle или наш «Буран». Но внешнее сходство, как это часто бывает в жизни, обманчиво. МКРС-1 – это полностью другая система. В ней реализована принципиально другая идеология, которая качественно отличается от всех прошлых реализованных космических проектов. По своей сути – это многоразовая ракета-носитель.
 |
| Модель многоразовой ракетно-космической системы (МРКС), разработанной ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. |
| Источник: ЦАГИ |
Проект МРКС-1 – это частично многоразовая ракета-носитель вертикального взлета, которая базируется на основе крылатой многоразовой первой ступени, разгонных блоков и одноразовых вторых ступеней. Первая ступень выполняется по самолетной схеме и является возвращаемой. В район старта она возвращается в самолетном режиме и производит горизонтальную посадку на аэродромы 1-го класса. Крылатый многоразовый блок 1-й ступени ракетной системы будет оснащаться маршевыми жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) многоразового использования.
В настоящее время в ГКНПЦ им. Хруничева полным ходом идут проектно-конструкторские и научно-исследовательские работы по разработке и обоснованию технического облика, а также технических характеристик многоразовой ракетно-космической системы. Данная система создается в рамках федеральной космической программы совместно со многими смежными предприятиями.
Однако поговорим немного об истории. К первому поколению многоразовых космических аппаратов относятся 5 космических кораблей типа Space Shuttle, а также несколько отечественных разработок серии БОР и «Буран». В этих проектах и американцы, и советские специалисты старались построить многоразовым сам космический корабль (последнюю ступень, которая непосредственно выводиться в космос). Цели данных программ были следующими: возвращение из космоса значительного объема полезных грузов, уменьшение стоимости выведения в космос полезной нагрузки, сохранение дорогостоящих и сложных космических аппаратов для многократного применения, возможность проведения частых запусков многоразовой ступени.
Однако 1-е поколение многоразовых космических систем оказалось не в состоянии решить свои задачи с достаточным уровнем эффективности. Удельная цена доступа в космос оказалась приблизительно в 3 раза выше по сравнению с обыкновенными одноразовыми ракетами. В то же время возврат из космоса полезных грузов существенно не вырос. Одновременно с этим ресурс использования многоразовых ступеней оказался значительно ниже расчетного, что не позволяло применять данные корабли в плотном графике космических запусков. В результате этого в наши дни и спутники, и космонавты доставляются на околоземную орбиту с помощью одноразовых ракетных систем. А возвращать с околоземной орбиты дорогостоящее оборудование и аппараты вообще нечем. Лишь американцы сделали себе небольшой автоматический корабль Х-37В, который спроектирован для военных нужд и имеет полезную нагрузку меньше 1 тонны. Всем очевидно, что современные многоразовые системы должны качественно отличаться от представителей 1-го поколения.
 |
| Макеты ракет «Ангара» |
| Источник: Военное обозрение |
В России работы ведутся сразу по нескольким многоразовым космическим системам. Однако совершенно очевидно, что самой перспективной будет так называемая аэрокосмическая система. В идеальном варианте космический корабль должен будет совершать взлет с аэродрома, как обыкновенный самолет, выходить на околоземную орбиту и возвращаться назад, расходуя лишь топливо. Однако – это самый сложный вариант, который требует большого количества технических решений и предварительных исследований. Быстро данный вариант не может быть реализован ни одним современным государством. Хотя у России и существует достаточно большой научно-технический задел по проектам подобного рода. К примеру, «аэрокосмический самолет» Ту-2000, который обладал достаточно детальной проработкой. Реализации данного проекта в свое время помешал недостаток финансирования после развала СССР в 1990-е годы, а также отсутствие ряда критически важных и сложных компонентов.
Существует также промежуточный вариант, в котором космическая система состоит из многоразового космического аппарата и многоразовой же разгонной ступени. Работы над подобными системами велись еще в СССР, к примеру, система «Спираль». Существуют и гораздо более новые наработки. Но и данная схема многоразовой космической системы предполагает наличие достаточно долгого цикла конструкторских и исследовательских работ по многочисленным направлениям.
Поэтому основное внимание в России сосредоточено на программе МРКС-1. Данная программа расшифровывается как «многоразовая ракетно-космическая система 1 этапа». Несмотря на этот «первый этап», создаваемая система будет очень даже функциональной. Просто в рамках достаточно большой общей программы по созданию новейших космических систем данная программа обладает наиболее близкими сроками конечной реализации.
 |
| Многоразовый ускоритель "Байкал" на выставке МАКС-2001. Источник: skyscrapercity.com |
Предлагаемая проектом МРКС-1 система будет двухступенчатой. Основное ее предназначение – это выведение на околоземную орбиту абсолютно любых космических аппаратов (транспортных, пилотируемых, автоматических) массой до 25–35 тонн, причем как уже реально существующих, так и находящихся лишь в процессе создания. Выводимый на орбиту вес полезной нагрузки больше, чем у «Протонов». Однако принципиальным отличием от существующих ракет-носителей будет другое. Система МРКС-1 не будет одноразовой. Ее 1-я ступень не будет сгорать в атмосфере или падать на землю в виде набора обломков. Разогнав 2-ю ступень (является одноразовой) и полезную нагрузку, 1-я ступень осуществит посадку, наподобие космическим челнокам ХХ века. На сегодняшний день это наиболее перспективный путь развития космических транспортных систем.
На практике этот проект является поэтапной модернизацией создаваемой сейчас одноразовой ракеты-носителя «Ангара». Собственно, и сам проект МРКС-1 появился на свет, как дальнейшее развитие проекта ГКНПЦ им. Хруничева, где совместно с НПО «Молния» создавался многоразовый ускоритель 1-й ступени ракеты-носителя «Ангара», получивший обозначение «Байкал» (впервые макет «Байкала» был показан еще на МАКС-2001). «Байкал» применял ту же автоматическую систему управления, которая позволила советскому космическому челноку «Буран» совершить полет без экипажа на борту. Эта система обеспечивает сопровождение полета на всех его этапах – от момента старта до посадки аппарата на аэродром, данная система будет адаптирована и для МРКС-1.
В отличие от проекта «Байкала» МРКС-1 будет обладать не складными плоскостями (крыльями), а установленными жестко. Такое техническое решение уменьшит вероятность возникновения нештатных ситуаций при выходе аппарата на траекторию посадки. Но испытанная недавно конструкция многоразового ускорителя еще будет претерпевать изменения. Как отметил Сергей Дроздов, являющийся начальником отдела аэротермодинамики высокоскоростных летательных аппаратов ЦАГИ, для специалистов стали «неожиданностью высокие тепловые потоки на центроплане крыла, что, несомненно, повлечет за собой изменение конструкции аппарата». В сентябре-октябре текущего года модели МРКС-1 пройдут серию испытаний в трансзвуковой и гиперзвуковой аэродинамических трубах.
 |
| Варианты исполнения многоразового ускорителя "Байкал" на РКС "Ангара". Источник: www.arms-expo.ru |
На 2-м этапе реализации данной программы многоразовой планируют сделать и 2-ю ступень, а масса выводимой в космос полезной нагрузки должна будет вырасти до 60 тонн. Но даже разработка многоразового ускорителя только 1-й ступени – это уже настоящий прорыв в развитии современных космических транспортных систем. А самое главное заключается в том, что Россия идет к этому прорыву, удерживая свой статус одной из ведущих мировых космических держав.
На сегодняшний день МРКС-1 рассматривается как универсальное многоцелевое средство, предназначенное для выведения на околоземную орбиту космических аппаратов и полезных грузов разнообразного назначения, пилотируемых и грузовых кораблей по программам освоения человечеством околоземного космического пространства, исследованиям Луны и Марса, а также иных планет нашей Солнечной системы.
В состав МРКС-1 включается возвращаемый ракетный блок (ВРБ), являющийся многоразовым ускорителем I ступени, одноразовый ускоритель II ступени, а также космическая головная часть (КГЧ). ВРБ и ускоритель II ступени состыковываются друг с другом по пакетной схеме. Модификации МРКС обладающие различной грузоподъемностью (масса доставляемого груза на низкую опорную орбиту от 20 до 60 тонн) предлагается строить с учетом унифицированных ускорителей I и II ступеней с применением единого наземного комплекса. Что в перспективе позволит обеспечить на практике уменьшение трудоемкости работ на технической позиции, максимальную серийность производства и возможность разработки на основе базовых модулей экономически эффективного семейства космических носителей.
Разработка и постройка семейства МРКС-1 разной грузоподъемности на основе унифицированных одноразовых и многоразовых ступеней, которые будут удовлетворять требованиям, предъявляемым к перспективным транспортным космическим системам, и способным с очень высокой эффективностью и надежностью решать задачи по запускам как уникальных дорогостоящих космических объектов, так и серийных космических аппаратов может стать очень серьезной альтернативой в ряду средств выведения нового поколения, которые будут эксплуатироваться на протяжении длительного времени в ХХI веке.
В настоящее время специалисты ЦАГИ уже успели оценить рациональную кратность применения I ступени МРКС-1, а также варианты демонстраторов возвращаемых ракетных блоков и необходимость их реализации. Возвращаемая I ступень МРКС-1 позволит обеспечить высокий уровень безопасности и надежности и полностью отказаться от выделения районов падения отделяемых частей, что существенно повысит эффективность исполнения перспективных коммерческих программ. Указанные выше преимущества для России представляются крайне важными, как для единственного государства в мире, имеющего континентальное расположение существующих и перспективных космодромов.
В ЦАГИ полагают, что создание проекта МРКС-1 является качественно новым шагом в области проектирования перспективных многоразовых космических транспортных средств выведения на орбиту. Подобные системы полностью отвечают уровню развития ракетно-космической техники XXI века и обладают существенно более высокими показателями экономической эффективности.
Источники информации:
-http://www.odnako.org/blogs/show_27384
-http://readings.gmik.ru/lecture/2010-KONTSEPTSIYA-GKNPTS-IM-MV-HRUNICHEVA-PO-SOZDANIYU-MNOGORAZOVOY-RAKETNO-KOSMICHESKOY-SISTEMI-PERVOGO-ETAPA
-http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum13/topic10696
Юферев Сергей
