Многоразовая ракета носитель

Содержание

Рогозин назвал многоразовые ракеты «невыгодными»

Активные темы

  • В России планируют продлить режим самоизоляции (188)

    KamikaDZe38 События 23:23

  • Магнит убивает… (105)

    Boliwar События 23:23

  • Как искать мужика. Есть немного матаю (18)

    yurist33 Инкубатор 23:22

  • Цена нефти WTI опустилась до $1 (464)

    бнопня События 23:22

  • Кучка картинок №11 (76)

    чумавофка Картинки 23:22

  • Танцующие африканцы уже не в тренде? (139)

    Steban Видео 23:22

  • Как патрулирует Росгвардия. (23)

    rostovdon88 Инкубатор 23:22

  • Ищу память Asint DDR3 2GB-1333 (6)

    ekimosss Барахолка 23:22

  • Нырок на атомоходе (35)

    shikari Видео 23:22

  • Пьяный экс-депутат на Bentley въехал в столб в Подмосковье (170)

    ШотесПури Авто/Мото 23:22

  • Мужчина пожаловался что ему постоянно кто-то шлет деньги (51)

    СТАС73 Инкубатор 23:22

  • Весна. Просто весна, просто фото (135)

    bsod2016 Картинки 23:22

  • Цена на WTI упала ниже 0.1$ (298)

    Ваки События 23:22

  • Привет друзья! Много новеньких, будем знакомы-я Пашкетт (132)

    sellinger Инкубатор 23:22

  • В мае ожидается комета ATLAS (25)

    Devils Инкубатор 23:22

Увенчает ли «Корона» русскую космонавтику

Что было заявлено

Заместитель генерального конструктора АО «Государственный ракетный центр имени академика В. П. Макеева» (АО «ГРЦ Макеева») Сергей Молчанов на «Королёвских чтениях» рассказал следующее.

Проект «Корона» предусматривает разработку многоразового одноступенчатого носителя, причём без промежуточных этапов, которые «лишь удлиняют время перехода к многоразовым системам и делают их дороже». Носитель будет представлять собою одноступенчатую конструкцию вертикального взлёта и посадки, с взлётно-посадочными амортизаторами. Двигателем будет служить энергоустановка внешнего расширения с модульной камерой сгорания, которая будет работать на топливе из высокоэнергетической пары «водород-кислород».

Далее было заявлено, что специфическим свойством ракеты «Корона» станет возможность использования многогопусковых систем выведения, при которых посадочное топливо тратится на выведение спутника, а топливо для возвращения доставляется носителем-танкером.

Ракета предназначена для выведения на низкие околоземные орбиты высотой от 200 до 500 километров с наклонением до 110 градусов,

— заявил Молчанов. По его словам, наиболее энергонапряжённые элементы в системах ракеты можно будет использовать не менее 25 раз, а общий ресурс носителя составит не менее ста полетов. Основным конструкционным материалом выбран углепластик, а в термозащите будут применяться керамические плитки.

Что видно из теории

Так слова «макеевского» замгендира передавали авторитетные информационные агентства. А что стоит за этими словами?

Вообще говоря, ГРЦ имени Макеева — один из авторитетнейших научно-конструкторских центров России по разработке ракетной техники.

Над «Короной» («Космическая одноразовая ракета, одноступенчатый носитель аппаратов») центр работал с 1992 по 2012 год. Затем проект был приостановлен. То были вообще не очень приятные времена для ГРЦ, которые начались ещё раньше – в 1998 году, когда после третьего неудачного пуска у него отобрали перспективную ракету «Барк», а разработку новой альтернативной ракеты для подводных лодок передали Московскому институту теплотехники. Она известная сегодня под название «Булава».

В теории «Корона» должна делать следующее. Она должна стать роботизированной. Она должна иметь стартовую массу в 300 т. Она должна работать с высокоэффективным жидкостным реактивным двигателем, дающим высокий удельный импульс за счёт топлива из водорода и кислорода (второй по величине удельный импульс в пустоте после фторо-водородного топлива).

Беда в том, что необходимого – а нужен так называемый клиновоздушный ЖРД, который сохраняет нужную эффективность как у поверхности, так и высоко в стратосфере, — ещё в природе нет.

Далее ракета должна уметь совершать вертикальную посадку. Из не очень понятно описания следует, что ракета при посадке входит в высокие слои атмосферы носом, «обутым» в теплозащиту, маневрировать здесь, завершает торможение и разворачивается кормой вниз. После этого, по логике, она должна садиться на собственной огненной струе из двигателя. Или на парашюте?

По срокам конструкторы указывают следующие параметры: при получении необходимого финансирования уже через шесть лет можно начать лётные испытания, через семь-восемь приступить к опытной эксплуатации. По стоимости заявляется сумма около 2 млрд долларов. В публикациях, ориентированных на «макеевцев», указывается, что возврата этих денег можно ожидать уже через семь лет, если количество коммерческих пусков сохранится на текущем уровне.

Государственный ракетный центр «КБ им. академика В.П. Макеева». Фото: Валерий Бушухин/ТАСС

А что на практике?

А на практике у многих специалистов возникают многие вопросы.

Какой танкер-заправщик необходим для посадки? Он тоже многоразовый? Тогда на чём он сам будет спускаться? Или всё же одноразовый? Обеспечить заправку с корабля на корабль в космосе очень трудная задача, если даже дозаправка самолёта в воздухе на неизмеримо меньших скоростях считается достаточно сложной операцией, к которой допускают не каждого пилота. Стыковка, конечно, решает многие вопросы, но отнюдь не все. Жидкий кислород и жидкий водород — не авиационный керосин.

А что с посадкой? Из фантастических книг и фильмов мы знаем, что космические корабли садятся на колонне из собственного пламени, которую испускают планетарные двигатели и встают на амортизаторы. Но насколько надёжен такой манёвр с нынешней техникой, топливом и системами управления? Сам же миасский ГРЦ с гордостью говорит, что успешность пусков его ракет составляет 96%. Значит, «Короны» должны разбиваться в 8 случаях из ста – 4 на старте и 4 на финише.

О полезная нагрузке почему-то нигде прямо не говорится. Сколько полезного груза способна вывести на орбиту 300-тонная ракета? Напомним: лучшая из пока что сделанных человечеством ракета-носитель «Энергия» при стартовой массе 2400 тонн выводила на орбиту 100 тонн, а в перспективе – до 200. Нынешний «Союз-2» при 313 тоннах стартовой массы выводит на низкую орбиту от 3 до 9 тонн. А «Корона»? На просторах интернета встречается цифра в 6 тонн, но источника её мне найти не удалось. Не маловато ли, если посчитать стоимость двух объёмов топлива и запуска второго носителя-танкера.

Байконур. Старт ракеты «Союз». Фото: www.globallookpress.com

Мнения специалистов

Известный военный и политический аналитик, доктор военных наук Константин Сивков в интервью «Царьграду» поделился оптимистичным прогнозом:

Пока, естественно, ничего в металле не сделано, поскольку потребуются определённые денежные средства, которые у нашего ОПК в дефиците. Но состояние разработки этой ракеты таково, что уже практически речь идёт о выработке конструкторской документации.

По убеждению эксперта, такая ракета нужна, потому что «без ракет многоразового использования освоение других планет невозможно в принципе, поскольку прибыв на другую планету, космический корабль должен высадить экипаж, который должен получить какие-то данные и вернуться назад». «Без ракет, которые обеспечивают возможность многократных взлётов и посадок — именно вертикально, не так, как Буран или американский Шаттл, предполагающий наличие взлетно-посадочной полосы, — освоение космических подстанций невозможно», подчеркнул Сивков, добавив:

Поэтому я считаю, что развитие программы «Корона» настолько приоритетно, что всё остальное должно быть отодвинуто на второй план. Американцы в этом вопросе нас опережают.

Более того, считает Константин Сивков, полёты этой ракеты позволят резко, в 5-8 раз сократить стоимость вывода на орбиту грузов.

Вопрос о танкере специалист счёл несущественным: «Могут быть разные варианты»- сославшись на своё знакомство с этой программой. Что же до спуска на столбе пламени, то «он и есть всегда на столбе из пламени, в любом случае», отметил Константин Сивков.

А вот Павел Пушкин, генеральный директор ООО «КосмоКурс», считает, что «реальной, серьёзной, значительной проработки этого проекта не было», а потому правильно говорить о том, что «сегодня заявляют об этом проекте с целью получить финансирование на него».

В то же время специалист признает, что одноступенчатая ракета – она надежнее. Эта ракета дешевле. Реализация его закладывает новые технологии: суперновые сплавы, композиты, водородное топливо, новый тип двигателя.

Но в этом, по мнению Пушкина, заключается и проблема:

Двигатель ещё даже не отработан, вообще, то есть, никак», а многие необходимые технологии «на данный момент не очень даже прощупываются.

Вопрос о танкере на орбите специалиста также озадачил: «Скорее всего, имеется в виду, что это полезная нагрузка для этой ракеты. То есть, она будет выводить танкер с топливом. Как бы ракета сама многоразовая, а танкер с топливом выводить будет. Хотя не знаю. Вы меня озадачили…».

Фото: www.globallookpress.com

Каков же вывод? «Корону» делают и желают получить деньги на её достройку (что вполне естественно) вполне авторитетные, уважаемые ракетчики. Как конкретно она будет летать, заправляться, садиться при современных технологиях и технических условиях – из всего сказанного так и неясно.

В то же время нельзя не согласиться с мнением эксперта, что только такие – многоразовые одноступенчатые носители только и позволят человечеству если не завоевать космос, то хотя бы твёрдо стать ногою на ближайших планетах. Да и побочный эффект от работ над такими амбициозными задачами в виде новых открытий и технологий может стать куда значительней, чем вложенные в проект суммы.

В общем, если «Корона» и увенчает русскую космонавтику, то не скоро и не наверняка. Но и работать над нею, видимо, всё же нужно. Ибо какое движение вперёд без подобных мощных вызовов?

«Представьте, что перед каждым перелетом вы бы собирали новый самолет: соединяли фюзеляж с крыльями, прокладывали электрокабели, устанавливали двигатели, а после приземления отправляли бы его на свалку… Далеко так не улетишь, — рассказали нам разработчики Государственного ракетного центра им. Макеева. — Но именно так мы поступаем каждый раз, отправляя грузы на орбиту. Конечно, в идеале всем хотелось бы иметь надежную одноступенчатую «машину», которая не требует сборки, а прибывает на космодром, заправляется и запускается. А потом возвращается и стартует еще раз — и еще»…

На полпути

По большому счету, ракетная техника пыталась обойтись одной ступенью еще с самых ранних проектов. В первоначальных набросках Циолковского фигурируют именно такие конструкции. Он отказался от этой идеи лишь позднее, поняв, что технологии начала ХХ века не позволяют реализовать это простое и элегантное решение. Вновь интерес к одноступенчатым носителям возник уже в 1960-х, и такие проекты прорабатывались по обе стороны океана. К 1970-м в США работали над одноступенчатыми ракетами SASSTO, Phoenix и несколькими решениями на базе S-IVB, третьей ступени РН Saturn V, которые доставляли астронавтов на Луну.

КОРОНА должна стать роботизированной и получить интеллектуальное программное обеспечение для системы управления. ПО сможет обновляться прямо в полете, а в нештатной ситуации автоматически «откатываться» к резервной стабильной версии.

«Грузоподъемностью бы такой вариант не отличался, двигатели для этого были недостаточно хороши — но все же это была бы одна ступень, вполне способная долететь на орбиту, — продолжают инженеры. — Разумеется, экономически это было бы совершенно неоправданным». Лишь в последние десятилетия появились композиты и технологии работы с ними, которые позволяют сделать носитель одноступенчатым и притом многоразовым. Стоимость такой «наукоемкой» ракеты будет выше, чем традиционной конструкции, зато она будет «размазана» на множество стартов, так что цена запуска окажется значительно ниже обычного уровня.

Именно многоразовость носителей — сегодня главная цель разработчиков. Частично многоразовыми были системы Space Shuttle и «Энергия-Буран». Многократное использование первой ступени отрабатывается для ракет SpaceX Falcon 9. В SpaceX уже осуществили несколько успешных посадок, а в конце марта попытаются запустить одну из летавших в космос ступеней еще раз. «На наш взгляд, этот подход может лишь дискредитировать идею создания настоящего многоразового носителя, — замечают в КБ Макеева. — Такую ракету все равно приходится перебирать после каждого полета, монтировать связи и новые одноразовые компоненты… и мы снова возвращаемся к тому, с чего начали».

Технологии

Полностью многоразовые носители пока остаются лишь в виде проектов — за исключением New Shepard американской компании Blue Origin. Пока что ракета с пилотируемой капсулой рассчитана лишь на суборбитальные полеты космических туристов, но большинство найденных при этом решений вполне можно масштабировать и для более серьезного орбитального носителя. Представители компании не скрывают планов создать такой вариант, для которого уже разрабатываются мощные двигатели ВЕ-3 и ВЕ-4. «С каждым суборбитальным полетом мы приближаемся к орбите», — заверяют в Blue Origin. Но их перспективный носитель New Glenn тоже будет многоразовым не полностью: повторно использоваться должен лишь первый блок, созданный на основе уже испытанной конструкции New Shepard.

Сопротивление материала

Углепластиковые материалы, необходимые для полностью многоразовых и одноступенчатых ракет, применяются в аэрокосмической технике еще с 1990-х. В те же годы инженеры компании McDonnell Douglas оперативно приступили к реализации проекта Delta Clipper (DC-X) и сегодня вполне бы могли похвастаться готовым и летающим углепластиковым носителем. К сожалению, под давлением Lockheed Martin работа над DC-X была прекращена, технологии переданы NASA, где их пытались применить для неудачного проекта VentureStar, после чего многие занятые этой темой инженеры перешли на работу в Blue Origin, а сама компания была поглощена Boeing.

В те же 1990-е этой задачей заинтересовались и в российском ГРЦ Макеева. За прошедшие с тех пор годы проект КОРОНА («Космическая одноразовая ракета, одноступенчатый носитель аппаратов») пережил заметную эволюцию, и промежуточные варианты показывают, как все более простыми и совершенными становились конструкция и компоновка. Постепенно разработчики отказались от сложных элементов — таких как крылья или внешние топливные баки — и пришли к пониманию того, что основным материалом корпуса должен стать именно углепластик. Вместе с обликом менялись и масса, и грузоподъемность. «Используя даже лучшие современные материалы, невозможно построить одноступенчатую ракету массой менее 60−70 т, при этом полезная нагрузка у нее будет совсем невелика, — говорит один из разработчиков. — Но по мере роста стартовой массы на конструкцию (до определенного предела) приходится все меньшая доля, и использовать ее становится все более выгодно. Для орбитальной ракеты этот оптимум — примерно 160−170 т, начиная с этого масштаба ее применение уже может быть оправданным».

В последней версии проекта КОРОНА стартовая масса еще выше и приближается к 300 т. Такая большая одноступенчатая ракета требует использования высокоэффективного жидкостного реактивного двигателя, работающего на водороде и кислороде. В отличие от двигателей на отдельных ступенях, такой ЖРД должен «уметь» работать в очень разных условиях и на разных высотах, включая взлет и полет за пределами атмосферы. «Обычный жидкостный двигатель с соплами Лаваля эффективен лишь на определенных диапазонах высот, — поясняют макеевские конструкторы, — поэтому мы пришли к необходимости использовать клиновоздушный ЖРД». Газовая струя в таких двигателях сама подстраивается под давление «за бортом», и они сохраняют эффективность как у поверхности, так и высоко в стратосфере.

Контейнер полезной нагрузки

Пока в мире не существует рабочего двигателя этого типа, хотя ими занимались и занимаются и в нашей стране, и в США. В 1960-х инженеры Rocketdyne испытывали такие двигатели на стенде, но до установки на ракеты дело не дошло. КОРОНА должна оснащаться модульным вариантом, в котором клиновоздушное сопло — единственный элемент, который пока не имеет прототипа и не был отработан. Есть в России и все технологии для производства композитных деталей — их разработали и успешно применяют, например, во Всероссийском институте авиационных материалов (ВИАМ) и в ОАО «Композит».

Вертикальная посадка

При полете в атмосфере углепластиковую силовую конструкцию КОРОНы будут покрывать теплозащитные плитки, разработанные в ВИАМ еще для «Буранов» и с тех пор заметно усовершенствованные. «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%».

Изящная конусообразная конструкция носителя стала результатом бесчисленных проб и ошибок. По словам разработчиков, если взять только ключевые характеристики возможного многоразового одноступенчатого носителя, то придется рассмотреть порядка 16 000 их комбинаций. Сотни из них конструкторы оценили, работая над проектом. «От крыльев, как на «Буране» или Space Shuttle, мы решили отказаться, — говорят они. — По большому счету, в верхних слоях атмосферы они космическим кораблям только мешают. Входят в атмосферу на гиперзвуке такие корабли не лучше «утюга», и только на сверхзвуковой скорости переходят к горизонтальному полету и могут как следует опереться на аэродинамику крыльев».

Осесимметричная конусообразная форма не толь­ко позволяет облегчить теплозащиту, но и обладает хорошей аэродинамикой при движении на очень больших скоростях. Уже в верхних слоях атмосферы ракета получает подъемную силу, которая позволяет ей не только тормозить здесь, но и маневрировать. Это, в свою очередь, дает возможность совершить необходимые маневры на большой высоте, направляясь к месту посадки, и в дальнейшем полете останется лишь завершить торможение, скорректировать курс и развернуться кормой вниз, используя слабые маневровые двигатели.

Вспомним и Falcon 9, и New Shepard: в вертикальной посадке сегодня уже нет ничего невозможного или даже необычного. При этом она позволяет обойтись существенно меньшими силами при строительстве и эксплуатации ВПП — полоса, на которую садились те же «Шаттлы» и «Буран» должна была иметь протяженность в несколько километров, чтобы затормозить аппарат со скорости в сотни километров в час. «КОРОНА, в принципе, может даже взлетать с морской платформы и садиться на нее, — добавляет один из авторов проекта, — конечная точность посадки у нас составит около 10 м, ракета опускается на выдвижные пневматические амортизаторы». Останется лишь провести диагностику, заправить, поместить новую полезную нагрузку — и можно снова отправляться в полет.

КОРОНА до сих пор реализуется при отсутствии финансирования, так что разработчикам КБ Макеева удалось добраться лишь до завершающих этапов эскизного проекта. «Мы прошли эту стадию почти целиком и совершенно самостоятельно, без внешней поддержки. Все, что можно было сделать, мы уже сделали, — говорят конструкторы. — Мы знаем, что, где и когда должно быть произведено. Теперь надо переходить к практическому проектированию, производству и отработке ключевых узлов, а на это требуются деньги, так что сейчас все упирается в них».

Отложенный старт

Углепластиковая ракета ожидает лишь масштабного старта, при получении необходимой поддержки конструкторы готовы уже через шесть лет начать летные испытания, а через семь-восемь — приступить к опытной эксплуатации первых ракет. По их оценкам, для этого требуется сумма менее $2 млрд — по меркам ракетостроения совсем немного. При этом возврата инвестиций можно ждать уже через семь лет использования ракеты, если количество коммерческих пусков сохранится на текущем уровне, или даже за 1,5 года — если оно будет расти прогнозируемыми темпами.

Более того, наличие на ракете двигателей маневрирования, средств сближения и стыковки позволяет рассчитывать и на сложные многопусковые схемы выведения. Потратив топливо не на посадку, а на довыведение полезной нагрузки, можно довести ее до массы уже более 11 т. Затем КОРОНА состыкуется со второй, «танкерной», которая заправит ее баки дополнительным горючим, необходимым для возвращения. Но все-таки куда важнее многоразовость, которая впервые избавит нас от необходимости собирать носитель перед каждым запуском — и терять его после каждого выведения. Только такой подход может обеспечить создание стабильного двустороннего грузопотока между Землей и орбитой, а вместе с тем и начало настоящей, активной, масштабной эксплуатации околоземного пространства.

Ну а пока КОРОНА остается в «подвешенном состоянии», работа над New Shepard продолжается. Развивается и аналогичный японский проект RVT. Российским разработчикам для рывка может просто не хватить поддержки. Если у вас есть пара лишних миллиардов, это будет инвестицией куда лучшей, чем даже самая большая и роскошная яхта в мире.

Наш эксперт

Александр Вавилин Образование: Челябинский государственный университет Работа: ведущий инженер-конструктор проектного отдела ГРЦ им. Макеева

Статья «От сложного к простому» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2017).

Многоразовая ракета-носитель «Корона»

Сегодня многие из нас знают или хотя бы слышали о семействе американских частично многоразовых ракет-носителей частной компании SpaceX. Благодаря успехам компании, а также личности основателя Илона Маска, который сам часто становится героем инфоповодов, ракеты Falcon 9, компания SpaceX и космические полеты в целом не сходят со страниц международной прессы. При этом у России были и остаются собственные разработки и не менее интересные проекты многоразовых ракет, о которых известно гораздо меньше. Ответ на вопрос, почему так происходит, очевиден. Ракеты Илона Маска регулярно летают в космос, а многоразовые и частично многоразовые российские ракеты – это пока лишь проекты, чертежи и красивые картинки в презентациях.

Космические запуски сегодня
В наши дни можно смело говорить о том, что «Роскосмос» в какой-то момент проморгал тему многоразовых ракет, имея на руках разработки и проекты, которые опережали другие страны на несколько лет. Все проекты российских многоразовых ракет так и не были доведены до конца, не реализованы в металле. К примеру, разрабатываемая с 1992 по 2012 год многоразовая одноступенчатая ракета-носитель «Корона» так и не была доведена до логического завершения. Результат этого просчета в развитии мы наблюдаем уже сегодня. Россия серьезно сдала позиции на рынке коммерческих космических запусков с появлением американской ракеты Falcon 9 и ее разновидностей, а также серьезно уступает по количеству совершенных в год космических запусков. По итогам 2018 года «Роскосмос» отчитался о 20 космических запусках (один неудачный), при этом еще в апреле 2018 года в интервью ТАСС глава Роскосмоса Игорь Комаров рассказывал о том, что до конца года планируется выполнить 30 космических запусков. Лидером по итогам прошлого года стал Китай, осуществивший 39 космических запусков (один неудачный), на втором месте расположились США с 31 космическим запуском (неудачных нет).
Говоря о современных космических полетах необходимо понимать, что в общей цене запуска современной ракеты-носителя (РН) основная статья расходов – это сама ракета. Ее корпус, топливные баки, двигатели – все это улетает навсегда, сгорает в плотных слоях атмосферы, понятно, что такие безвозвратные траты превращают любой запуск РН в очень дорогое удовольствие. Не обслуживание космодромов, не топливо, не монтажные работы перед запуском, а именно цена самой ракеты-носителя – это главная статья расходов. Очень сложный технологичный продукт инженерной мысли используется считанные минуты, после чего полностью уничтожается. Естественно, это справедливо для одноразовых ракет. Идея использования возвращаемых РН напрашивается здесь сама собой, как реальный шанс снизить расходы на каждый космический запуск. В этом случае даже возвращение только первой ступени делает стоимость каждого запуска ниже.

Посадка возвращаемой первой ступени ракеты-носителя Falcon 9
Именно подобную схему и реализовал американский миллиардер Илон Маск, сделав возвращаемую первую ступень тяжелой ракеты-носителя Falcon 9. Пока первая ступень данных ракет частично возвращаемая, некоторые попытки посадки заканчиваются провалом, но количество неудачных посадок снизилось практически до нуля в 2017 и 2018 годах. К примеру, в прошлом году на 10 успешных приземлений первой ступени пришлась всего одна неудача. При этом новый год компания SpaceX также открыла успешным приземлением первой ступени. 11 января 2019 года первая ступень ракеты Falcon 9 успешно приземлилась на плавучую платформу, более того она была использована повторно, ранее она же вывела на орбиту спутник связи Telestar 18V в сентябре 2018 года. В настоящее время подобные возвращаемые первые ступени уже свершившийся факт. Но когда представители американской частной космической компании лишь говорили о своем проекте, многие специалисты сомневались в возможности его успешной реализации.
В реалиях сегодняшнего дня первая ступень ракеты Falcon 9 тяжелого класса в некоторых запусках может быть использована в возвращаемом варианте. Выводя вторую ступень ракеты на достаточную высоту, она отделяется от нее на высоте порядка 70 километров, отстыковка происходит примерно через 2,5 минуты после старта ракеты-носителя (время зависит от конкретных задач запуска). После отделения от РН первая ступень при помощи установленной системы ориентации осуществляет небольшой маневр, уходя от пламени работающих двигателей второй ступени, и производит разворот двигателями вперед в процессе подготовки к трем основным маневрам торможения. При посадке для торможения первая ступень использует собственные двигатели. Стоит отметить, что возвращаемая ступень накладывает на запуск свои ограничения. К примеру, максимальная полезная нагрузка ракеты Falcon 9 снижается на 30-40 процентов. Это связано с необходимостью резервирования топлива для торможения и последующей посадки, а также дополнительной массой установленного посадочного оборудования (решетчатые рули, посадочные опоры, элементы системы управления и т.д.).
Успехи американцев и большие серии удачных запусков не остались незамеченными в мире, что спровоцировало череду заявлений о начале проектов с использованием частичной многоразовости ракет, в том числе возвращении обратно на Землю боковых ускорителей и первой ступени. Представители «Роскосмоса» также высказались на этот счет. В Компании заговорили о возобновлении в России работ по созданию многоразовых ракет уже в начале 2017 года.

Ракета-носитель «Корона»- общий вид
Многоразовая ракета «Корона» и более ранние проекты
Стоит отметить, что идеей многоразового использования ракет занимались еще в Советском Союзе. После развала страны данная тема не исчезла, работы в этом направлении продолжались. Они начались гораздо раньше, чем об этом только заговорил Илон Маск. К примеру, возвращаемыми должны были быть еще блоки первой ступени сверхтяжелой советской ракеты «Энергия», это было необходимо по экономическим причинам и для реализации ресурса двигателей РД-170, рассчитанных как минимум на 10 полетов.
Менее известным является проект ракеты-носителя «Россиянка», который был разработан специалистами ОАО «Государственный ракетный центр имени академика В. П. Макеева». Главным образом данное предприятие известно своими военными разработками. К примеру, именно здесь создали большинство отечественных баллистических ракет, предназначенных для вооружения подводных лодок, включая стоящие сегодня на вооружении подводного флота России баллистические ракеты Р-29РМУ «Синева».
Согласно проекту, «Россиянка» представляла собой двухступенчатую ракету-носитель, первая ступень которой была многоразовой. По сути та же идея, что и у инженеров SpaceX, но на несколько лет раньше. Ракета должна была выводить на низкую опорную орбиту 21,5 тонны груза – близкие к ракете Falcon 9 показатели. Возвращение первой ступени должно было происходить по баллистической траектории за счет повторного включения штатных двигателей ступени. При необходимости грузоподъемность ракеты можно было довести до 35 тонн. 12 декабря ГРЦ имени Макеева представила свою новую ракету на конкурсе «Роскосмоса» по разработке многоразовых ракет-носителей, но заказ на создание подобных аппаратов ушел конкурентам ГКНПЦ имени Хруничева с проектом «Байкал-Ангара». Скорее всего, у специалистов ГРЦ Макеева хватило бы компетенции реализовать свой проект, однако без достаточно внимания и финансирования это было невозможно.

Проект «Байкал-Ангара» был еще более амбициозным, он представлял собой самолетный вариант возвращения на Землю первой ступени. Планировалось, что после выхода на установленную высоту отделения у первой ступени будет раскрываться специальное крыло и дальше она будет осуществлять полет по самолетному с посадкой на обычном аэродроме с выпуском шасси. Однако такая система сама по себе не только очень сложная, но и дорогая. К ее неоспоримым достоинствам можно было отнести то, что она могла вернуться с большего расстояния. К сожалению, проект так и не был реализован, его еще иногда вспоминают, но не более того.

Сейчас в мире думают уже о полностью возвращаемых ракетах-носителях. Илон Маск анонсировал проект Big Falcon Rocket. Такая ракета должна получить нехарактерную для современной космонавтики двухступенчатую архитектуру, ее вторая ступень является единым целым с космическим кораблем, который может быть как грузовым, так и пассажирским. Планируется, что первая ступень Superheavy будет возвращаться назад на Землю, выполняя вертикальную посадку на космодром за счет использования своих двигателей, данная технология уже отлично отработана инженерами компании SpaceX. Вторая ступень ракеты вместе с космическим кораблем (по сути это и есть космический корабль разного назначения), который получил название Starship, будет выходить на орбиту Земли. У второй ступени также будет оставаться достаточно топлива, чтобы после выполнения космической миссии совершить торможение в плотных слоях атмосферы и совершить посадку на морскую платформу.
Стоит отметить, что в подобной идее у SpaceX также нет пальмы первенства. В России проект многоразовой ракеты-носителя разрабатывался еще с 1990-х годов. И опять над проектом работали в Государственном ракетном центре имени академика В. П. Макеева. Проект многоразовой российской ракеты имеет красивое название «Корона». «Роскосмос» вспомнил о данном проекте в 2017 году, после чего последовали различные комментарии о возобновлении данного проекта. К примеру, в январе 2018 году в «Российской газете» появилась новость о том, что в России возобновлены работы над многоразовой космической ракетой. Речь в ней шла как раз о ракете-носителе «Корона».

В отличие от американской ракеты Falcon-9, российская «Корона» не имеет отделяемых ступеней, по сути, она представляет собой единый космический корабль мягкого взлета и посадки. По словам генерального конструктора ГРЦ имени Макеева Владимира Дегтяря, данный проект должен открыть дорогу к реализации дальних межпланетных пилотируемых полетов. Планируется, что основным конструкционным материалом новой российской ракеты будет углепластик. При этом «Корона» предназначена для выведения космических аппаратов на низкие околоземные орбиты высотой от 200 до 500 километров. Стартовая масса РН составляет порядка 300 тонн. Масса выводимой полезной нагрузки от 7 до 12 тонн. Взлет и посадка «Короны» должны происходить с использованием упрощенных стартовых сооружений, помимо этого прорабатывается вариант запусков многоразовой ракеты с морских платформ. Для взлета и посадки новая РН сможет использовать одну и ту же площадку. Время подготовки ракеты к очередному запуску составляет всего около суток.
Следует отметить, что углепластиковые материалы, необходимые для создания одноступенчатых и многоразовых ракет, применяются в аэрокосмической технике еще с 90-х годов прошлого века. С начала 1990-х годов проект «Корона» прошел долгий путь развития и значительно эволюционировал, надо ли говорить, что изначально речь шла об одноразовой ракете. При этом в процессе эволюции конструкция будущей ракеты становилась одновременно проще и совершеннее. Постепенно разработчики ракеты отказались от использования крыльев и внешних топливных баков, придя к пониманию того, что главным материалом корпуса многоразовой ракеты будет именно углепластик.
В последней на сегодняшний день версии многоразовой ракеты «Корона» ее масса приближается к отметке в 280-290 тонн. Столь большая одноступенчатая ракета-носитель требует наличия высокоэффективного жидкостного ракетного двигателя, который работал бы на водороде и кислороде. В отличие от ракетных двигателей, которые ставятся на отдельных ступенях, подобный ЖРД должен эффективно работать в различных условиях и на различной высоте, включая взлет и совершение полета за пределами атмосферы Земли. «Обыкновенный ЖРД с соплами Лаваля эффективен только на определенных диапазонах высот, – говорят макеевские конструкторы, – по этой причине мы пришли к необходимости использовать на ракете клиновоздушный жидкостный двигатель». Газовая струя в подобных ракетных двигателях сама подстраивается под давление «за бортом», к тому же они сохраняют свою эффективность как у поверхности Земли, так и достаточно высоко в стратосфере.

РН «Корона» в орбитальном полёте с закрытым отсеком полезной нагрузки, рендер
Однако пока что в мире просто не существует рабочего двигателя подобного типа, хотя их разработкой активно занимались еще в СССР и в США. Специалисты считают, что многоразовая ракета-носитель «Корона» должна оснащаться модульным вариантом двигателя, в котором клиновоздушное сопло – это единственный элемент, который в настоящее время не имеет прототипа и не был отработан на практике. В то же время свои технологи в производстве современных композитных материалов и деталей из них в России есть. Их разработкой и применением достаточно успешно занимаются, к примеру, в ОАО «Композит» и Всероссийском институте авиационных материалов (ВИАМ).
Для безопасного полета в атмосфере Земли углепластиковая силовая конструкция «Короны» будет защищена теплозащитной плиткой, которая ранее была разработана в ВИАМ еще для космического корабля «Буран» и с тех пор прошла существенный путь развития. «Главная тепловая нагрузка на «Корону» будет концентрироваться на ее носовой части, где применяются высокотемпературные элементы теплозащиты, – отмечают конструкторы. – В то же время расширяющиеся борта ракеты-носителя имеют больший диаметр и расположены под острым углом к потоку воздуха. Температурная нагрузка на эти элементы меньше, а это, в свою очередь, позволяет нам применять более легкие материалы. В результате достигается экономия порядка 1,5 тонн веса. Масса высокотемпературной части ракеты не превышает у «Короны» 6 процентов от общей массы теплозащиты. Для сравнения, у космических челноков «Шаттл» на нее приходилось более 20 процентов».
Изящная конусообразная форма многоразовой ракеты стала результатом огромного количества проб и ошибок. По словам разработчиков, работая над проектом, они рассмотрели и оценили сотни различных вариантов. «От крыльев, как у Space Shuttle или на корабле «Буран», мы решили полностью отказаться, – говорят разработчики. – По большому счету, при нахождении в верхних слоях атмосферы космическим кораблям крылья лишь мешают. В атмосферу на гиперзвуковой скорости такие космические корабли входят не лучше «утюга», и лишь на сверхзвуковой скорости они переходят к горизонтальному полету, после чего и могут в полной мере опереться на аэродинамику крыльев».

Конусообразная осесимметричная форма ракеты позволяет не только облегчить теплозащиту, но и обеспечить ей хорошие аэродинамические качества при движении на больших скоростях полета. Уже находясь в верхних слоях атмосферы, «Корона» получает подъемную силу, которая позволяет ракете не только тормозить, но и совершать маневры. Это позволяет РН маневрировать на большой высоте при полете к месту посадки, в дальнейшем ей остается только завершить процесс торможения, скорректировать свой курс, развернуться кормой вниз, используя небольшие маневровые двигатели, и сесть на Землю.
Проблемой проекта является то, что «Корону» до сих пор разрабатывают в условиях недостаточного финансирования или его полного отсутствия. В настоящее время в ГРЦ имени Макеева удалось завершить лишь эскизный проект по данной теме. По данным, озвученным в ходе XLII Академических чтений по космонавтике в 2018 году, по проекту создания РН «Корона» проведены технико-экономические исследования и составлен эффективный график разработки ракеты. Исследованы необходимые условия создания новой ракеты-носителя и проанализированы перспективы и результаты как процесса разработки, так и будущей эксплуатации новой ракеты.
После всплеска новостей о проекте «Корона» в 2017 и 2018 годах вновь следует тишина… Перспективы проекта и его реализация по-прежнему неясны. Между тем компания SpaceX уже летом 2019 года собирается представить тестовый образец своей новой многоразовой ракеты Big Falcon Rocket (BFR). От создания тестового образца до полноценной ракеты, которая подтвердит свою надежность и работоспособность, может пройти еще много лет, но пока можно констатировать: Илон Маск и его компания делают вещи, которые можно увидеть и пощупать руками. В то же время «Роскосмосу», по словам премьер-министра Дмитрия Медведева, следует заканчивать с прожектёрством и болтать о том, куда мы полетим в будущем. Необходимо меньше говорить и больше делать.
Источники информации:

Ракета-носитель на метановом двигателе получила рабочее название «Союз-СПГ»

МОСКВА, 19 апреля. /ТАСС/. Новая ракета-носитель на метановом двигателе, которая создается в России, получила рабочее название «Союз-СПГ». Об этом сообщил в воскресенье глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин в эфире радиостанции «Комсомольская правда».

По словам Рогозина, новая ракета среднего класса, которая придет на замену носителям «Союз-2», будет многоразовой.

Рогозин напомнил о проекте возвращаемой ступени «Крыло-СВ» — совместной работе Фонда перспективных исследований (ФПИ) и ЦНИИмаш, головного научного института Роскосмоса.

«Специально для этих целей сейчас создается опытное конструкторское бюро имени выдающегося советского авиаконструктора Роберта Бартини, куда мы набираем талантливых молодых инженеров. Они будут готовить демонстратор ракеты в легком классе. С учетом нашей географической специфики садиться ступень должна по самолетному, а не «вертикальной свечкой», как у Falcon», — отметил Рогозин.

«Если мы это отработаем и увидим, что самолетный вариант возвращения более прост и эффективен, чем возвращение в стиле Falcon, то мы сможем это применить на ракете среднего класса», — добавил глава Роскосмоса.

Проект «Крыло-СВ»

Аванпроект возвращаемой ступени «Крыло-СВ» был подготовлен и защищен в ФПИ 29 мая. Разработкой занималось КБ им. В. М. Мясищева. В журнале Объединенной авиастроительной корпорации «Горизонт» уточнялось, что после выхода ракеты на заданную высоту проект предполагает раскрытие крыла и включение реактивного двигателя. Это позволит вернуть первую ступень.

Ранее гендиректор ФПИ Андрей Григорьев сообщал в интервью ТАСС, что первый полет российской возвращаемой ступени ракеты-носителя «Крыло-СВ» запланирован на 2021-2022 годы.

Двигатель для возвращаемой ракеты «Крыло-СВ» будет работать на сжиженном природном газе и кислороде, сообщил ранее ТАСС источник в ракетно-космической отрасли. Директор по аэрокосмическим проектам АО «Экспериментальный машиностроительный завод имени В. М. Мясищева» (разработчик ракеты) Олег Роскин сообщал, что новый двигатель получил название «Вихрь».

Ракета на метановом двигателе

Гендиректор Ракетно-космического центра «Прогресс» (предприятие-изготовитель ракет «Союз») Дмитрий Баранов ранее сообщал, что стоимость запуска российской метановой ракеты, по планам разработчиков, должна быть вдвое ниже, чем пуск «Союза-2». Он отметил, что с метановой ракетой пока работа идет исключительно в инициативном порядке.

В презентации Роскосмоса указывалось, что запуск ракеты на метановом двигателе обойдется в $40,5 млн против $45,5 млн у «Союза-2.1б».

В ноябре 2019 года исполнительный директор Роскосмоса по перспективным программам и науке Александр Блошенко сообщил ТАСС, что первый старт новой российской ракеты-носителя среднего класса на метане может быть выполнен в 2025 году. РКЦ «Прогресс» проработал компоновку ракеты и варианты стартовых комплексов под нее. Стартовая масса метановой ракеты будет меньше, чем у «Союза-2», а грузоподъемность несколько больше — до 10 тонн на низкую околоземную орбиту при пуске с космодрома Восточный.