Phương tiện phóng có thể tái sử dụng "Korona"
Ngày nay, nhiều người trong chúng ta đã biết hoặc ít nhất đã nghe nói về dòng phương tiện phóng có thể tái sử dụng một phần của công ty tư nhân SpaceX của Mỹ. Nhờ sự thành công của công ty, cũng như nhân cách của nhà sáng lập Elon Musk, người thường xuyên trở thành người hùng của các bản tin, tên lửa Falcon 9, SpaceX và các chuyến bay vũ trụ nói chung không rời các trang báo chí quốc tế. Đồng thời, Nga đã và vẫn có những bước phát triển của riêng mình và không ít dự án thú vị về tên lửa tái sử dụng, mà ít người biết đến. Câu trả lời cho câu hỏi tại sao điều này xảy ra là hiển nhiên. Tên lửa của Elon Musk thường xuyên bay vào vũ trụ, và những tên lửa có thể tái sử dụng và tái sử dụng một phần của Nga vẫn chỉ là những dự án, những bức vẽ và những bức ảnh đẹp trong các bài thuyết trình.
Phóng vào vũ trụ hôm nay
Ngày nay, chúng ta có thể nói một cách an toàn rằng Roskosmos tại một số điểm đã bỏ lỡ chủ đề tên lửa tái sử dụng, họ đã có trong tay những phát triển và dự án đi trước các quốc gia khác vài năm. Tất cả các dự án tên lửa tái sử dụng của Nga đều chưa hoàn thành, không được thực hiện bằng kim loại. Ví dụ, phương tiện phóng một tầng có thể tái sử dụng "Korona", được phát triển từ năm 1992 đến năm 2012, chưa bao giờ được đưa ra kết luận hợp lý. Chúng ta đã thấy kết quả của sự tính toán sai lầm này trong quá trình phát triển ngày nay. Nga đã mất vị thế nghiêm trọng trên thị trường phóng không gian thương mại với sự ra đời của tên lửa Falcon 9 của Mỹ và các biến thể của nó, đồng thời cũng thua kém nghiêm trọng về số lần phóng vào vũ trụ mỗi năm. Vào cuối năm 2018, Roscosmos đã báo cáo về 20 vụ phóng vào không gian (một vụ không thành công), trong khi vào tháng 2018 năm 30, trong một cuộc phỏng vấn với TASS, người đứng đầu Roscosmos, Igor Komarov, nói rằng 39 vụ phóng vào không gian đã được lên kế hoạch hoàn thành vào cuối năm. của năm. Năm ngoái, Trung Quốc dẫn đầu với 31 lần phóng vào không gian (một lần thất bại), tiếp theo là Hoa Kỳ với XNUMX lần phóng vào không gian (không thất bại).
Nói về các chuyến bay vũ trụ hiện đại, cần hiểu rằng trong tổng chi phí phóng một phương tiện phóng hiện đại (LV), hạng mục chi phí chính là bản thân tên lửa. Thân tàu, thùng nhiên liệu, động cơ của nó - tất cả những thứ này bay đi vĩnh viễn, bốc cháy trong những lớp dày đặc của khí quyển, rõ ràng là những chi phí không thể thu hồi đó biến bất kỳ vụ phóng xe phóng nào trở thành một thú vui rất đắt đỏ. Không phải bảo trì các sân bay vũ trụ, không phải nhiên liệu, không phải công việc lắp đặt trước khi phóng, mà là giá của chính phương tiện phóng - đây là khoản mục chi phí chính. Một sản phẩm công nghệ rất phức tạp của kỹ thuật được sử dụng trong vài phút, sau đó nó bị phá hủy hoàn toàn. Đương nhiên, điều này đúng với tên lửa dùng một lần. Ý tưởng sử dụng các phương tiện phóng có thể trả lại được tự cho thấy đây là một cơ hội thực sự để giảm chi phí cho mỗi lần phóng vào không gian. Trong trường hợp này, ngay cả khi chỉ quay lại giai đoạn đầu cũng khiến chi phí của mỗi lần ra mắt thấp hơn.
Chính xác là kế hoạch này mà tỷ phú người Mỹ Elon Musk đã thực hiện bằng cách chế tạo giai đoạn đầu tiên có thể trở lại của phương tiện phóng hạng nặng Falcon 9. Trong khi giai đoạn đầu của những tên lửa này có thể quay trở lại một phần, một số nỗ lực hạ cánh kết thúc thất bại, nhưng số lần hạ cánh không thành công đã giảm xuống gần như 2017 trong năm 2018 và 10. Ví dụ, năm ngoái, cứ 11 lần đổ bộ thành công của chặng đầu tiên thì chỉ có một lần thất bại. Đồng thời, SpaceX cũng mở đầu năm mới với việc hạ cánh thành công chặng đầu tiên. Vào ngày 2019 tháng 9 năm 18, giai đoạn đầu tiên của tên lửa Falcon 2018 đã hạ cánh thành công xuống một bệ nổi, hơn nữa, nó đã được tái sử dụng, trước đó nó đã phóng vệ tinh liên lạc Telestar XNUMXV lên quỹ đạo vào tháng XNUMX năm XNUMX. Hiện tại, những bước đầu tiên quay trở lại như vậy đã là một lỗi lầm. Nhưng khi đại diện của công ty vũ trụ tư nhân Mỹ chỉ nói về dự án của họ, nhiều chuyên gia đã nghi ngờ khả năng thực hiện thành công của nó.
Trong thực tế ngày nay, giai đoạn đầu tiên của tên lửa Falcon 9 hạng nặng có thể được sử dụng trong phiên bản quay lại trong một số vụ phóng. Đưa giai đoạn thứ hai của tên lửa lên độ cao vừa đủ, nó tách khỏi nó ở độ cao khoảng 70 km, việc tháo dỡ xảy ra khoảng 2,5 phút sau khi xe phóng khởi động (thời gian phụ thuộc vào nhiệm vụ phóng cụ thể). Sau khi tách khỏi phương tiện phóng, giai đoạn đầu tiên, sử dụng hệ thống định hướng đã lắp đặt, thực hiện một thao tác nhỏ, di chuyển ra khỏi ngọn lửa của các động cơ đang hoạt động ở giai đoạn thứ hai, và quay đầu với các động cơ về phía trước để chuẩn bị cho ba động cơ chính. các thao tác phanh. Khi hạ cánh để hãm phanh, chặng đầu tiên sử dụng động cơ của chính nó. Cần lưu ý rằng giai đoạn lượt về áp đặt những hạn chế riêng của nó khi ra mắt. Ví dụ, trọng tải tối đa của tên lửa Falcon 9 giảm 30-40 phần trăm. Điều này là do nhu cầu dự trữ nhiên liệu cho quá trình phanh và hạ cánh sau đó, cũng như khối lượng bổ sung của thiết bị hạ cánh được lắp đặt (bánh lái dạng lưới, chân hạ cánh, các phần tử của hệ thống điều khiển, v.v.).
Thành công của người Mỹ và một loạt vụ phóng thành công lớn không được chú ý trên thế giới, điều này đã làm dấy lên một loạt tuyên bố về việc bắt đầu các dự án sử dụng khả năng tái sử dụng một phần của tên lửa, bao gồm việc đưa tên lửa đẩy bên hông trở lại và giai đoạn đầu tiên quay trở lại Trái đất. . Đại diện của Roskosmos cũng đã lên tiếng về vấn đề này. Công ty bắt đầu nói về việc nối lại công việc ở Nga về việc chế tạo tên lửa có thể tái sử dụng vào đầu năm 2017.
Tên lửa tái sử dụng "Korona" và các dự án trước đó
Điều đáng chú ý là ý tưởng sử dụng tên lửa có thể tái sử dụng đã được đề cập ở Liên Xô. Sau khi đất nước sụp đổ, chủ đề này vẫn không biến mất, công việc theo hướng này vẫn tiếp tục. Họ đã bắt đầu sớm hơn nhiều so với Elon Musk mới bắt đầu nói về nó. Ví dụ, các khối trong giai đoạn đầu của tên lửa siêu nặng Energia của Liên Xô được cho là đã được trả lại, điều này là cần thiết vì lý do kinh tế và để hiện thực hóa nguồn lực của động cơ RD-170, được thiết kế cho ít nhất 10 chuyến bay.
Ít được biết đến hơn là dự án xe phóng Rossiyanka, được phát triển bởi các chuyên gia của Trung tâm Tên lửa Nhà nước được đặt theo tên của Viện sĩ V.P. Makeev OJSC. Công ty này chủ yếu được biết đến với các hoạt động phát triển quân sự. Ví dụ, chính tại đây, phần lớn các tên lửa đạn đạo nội địa được thiết kế để trang bị cho tàu ngầm, bao gồm cả những tên lửa hiện đang được trang bị cho tàu ngầm, đã được tạo ra. hạm đội Tên lửa đạn đạo R-29RMU "Sineva" của Nga.
Theo dự án, Rossiyanka là phương tiện phóng hai giai đoạn, giai đoạn đầu có thể tái sử dụng. Về cơ bản, ý tưởng tương tự như các kỹ sư SpaceX, nhưng trước đó vài năm. Tên lửa được cho là sẽ phóng 21,5 tấn hàng hóa lên quỹ đạo tham chiếu thấp - số liệu gần với tên lửa Falcon 9. Sự quay trở lại của giai đoạn đầu tiên được cho là diễn ra dọc theo quỹ đạo đạn đạo do sự tham gia trở lại của các động cơ giai đoạn tiêu chuẩn. Nếu cần thiết, sức chở của tên lửa có thể tăng lên 35 tấn. Vào ngày 12 tháng XNUMX, Trung tâm Nghiên cứu Nhà nước Makeev đã giới thiệu tên lửa mới của mình tại cuộc thi Roscosmos để phát triển các phương tiện phóng có thể tái sử dụng, nhưng đơn đặt hàng chế tạo các phương tiện này đã thuộc về các đối thủ cạnh tranh của Trung tâm Nghiên cứu và Sản xuất Nhà nước Khrunichev với Baikal-Angara dự án. Rất có thể, các chuyên gia của Makeev SRC sẽ có đủ năng lực để thực hiện dự án của họ, nhưng nếu không có sự quan tâm và tài trợ đầy đủ, điều này là không thể.
Dự án Baikal-Angara thậm chí còn tham vọng hơn, nó là một phiên bản máy bay quay trở lại Trái đất của giai đoạn đầu tiên. Theo kế hoạch, sau khi đạt đến độ cao thiết lập của khoang, một cánh đặc biệt sẽ mở ra ở giai đoạn đầu tiên và sau đó nó sẽ thực hiện một chuyến bay bằng máy bay hạ cánh tại một sân bay thông thường với thiết bị hạ cánh được mở rộng. Tuy nhiên, bản thân một hệ thống như vậy không chỉ rất phức tạp mà còn tốn kém. Một trong những đức tính không thể phủ nhận của cô ấy là cô ấy có thể quay trở lại từ một khoảng cách xa hơn. Thật không may, dự án đã không bao giờ được thực hiện, nó đôi khi vẫn được nhớ đến, nhưng không có gì hơn.
Giờ đây, thế giới đã suy nghĩ về các phương tiện phóng có thể phục hồi hoàn toàn. Elon Musk đã công bố dự án Big Falcon Rocket. Một tên lửa như vậy nên có kiến trúc hai giai đoạn, không đặc trưng cho các phi hành gia hiện đại, giai đoạn thứ hai của nó là không thể thiếu với tàu vũ trụ, có thể vừa chở hàng vừa chở khách. Theo kế hoạch, giai đoạn đầu tiên của Superheavy sẽ quay trở lại Trái đất, thực hiện hạ cánh thẳng đứng xuống sân bay vũ trụ thông qua việc sử dụng động cơ của nó, công nghệ này đã được phát triển hoàn hảo bởi các kỹ sư SpaceX. Giai đoạn thứ hai của tên lửa, cùng với tàu vũ trụ (trên thực tế, đây là một tàu vũ trụ cho các mục đích khác nhau), được gọi là Starship, sẽ đi vào quỹ đạo Trái đất. Giai đoạn thứ hai cũng sẽ có đủ nhiên liệu còn lại, sau khi hoàn thành sứ mệnh không gian, giảm tốc trong các lớp dày đặc của khí quyển và hạ cánh xuống giàn khoan ngoài khơi.
Điều đáng chú ý là SpaceX cũng không nhúng tay vào một ý tưởng như vậy. Ở Nga, dự án chế tạo phương tiện phóng tái sử dụng đã được phát triển từ những năm 1990. Và một lần nữa, họ làm việc trong dự án tại Trung tâm Tên lửa Nhà nước được đặt theo tên của Viện sĩ V.P. Makeev. Dự án tên lửa tái sử dụng của Nga có cái tên mỹ miều "Crown". Roscosmos nhớ đến dự án này vào năm 2017, sau đó có nhiều ý kiến về việc nối lại dự án này theo sau. Ví dụ: vào tháng 2018 năm XNUMX, Rossiyskaya Gazeta đã xuất bản tin tức rằng Nga đã tiếp tục công việc chế tạo một tên lửa vũ trụ có thể tái sử dụng. Đó chỉ là về chiếc xe khởi động "Crown".
Không giống như tên lửa Falcon-9 của Mỹ, "Korona" của Nga không có các tầng có thể tháo rời, trên thực tế, nó là một tàu vũ trụ cất và hạ cánh mềm duy nhất. Theo Vladimir Degtyar, nhà thiết kế chung của Trung tâm Vũ trụ Bang Makeev, dự án này sẽ mở đường cho việc thực hiện các chuyến bay có người lái liên hành tinh tầm xa. Theo kế hoạch, sợi carbon sẽ là vật liệu cấu tạo chính của tên lửa mới của Nga. Đồng thời, Korona được thiết kế để phóng tàu vũ trụ vào quỹ đạo Trái đất thấp với độ cao từ 200 đến 500 km. Trọng lượng phóng của xe phóng khoảng 300 tấn. Khối lượng của trọng tải đầu ra từ 7 đến 12 tấn. Việc cất cánh và hạ cánh của "Crown" nên được thực hiện bằng cách sử dụng các phương tiện phóng được đơn giản hóa, ngoài ra, phương án phóng tên lửa có thể tái sử dụng từ các giàn khoan ngoài khơi đang được tính toán. Để cất cánh và hạ cánh, phương tiện phóng mới sẽ có thể sử dụng cùng một địa điểm. Thời gian chuẩn bị của tên lửa cho lần phóng tiếp theo chỉ khoảng một ngày.
Cần lưu ý rằng vật liệu sợi carbon cần thiết cho việc chế tạo tên lửa một tầng và có thể tái sử dụng đã được sử dụng trong công nghệ hàng không vũ trụ từ những năm 90. Kể từ đầu những năm 1990, dự án Corona đã trải qua một chặng đường dài phát triển và đã phát triển đáng kể, không cần phải nói, ban đầu nó chỉ là một tên lửa dùng một lần. Đồng thời, trong quá trình tiến hóa, thiết kế của tên lửa tương lai trở nên đơn giản hơn và hoàn hảo hơn. Dần dần, các nhà phát triển tên lửa từ bỏ việc sử dụng cánh và thùng nhiên liệu bên ngoài, hiểu rằng sợi carbon sẽ là vật liệu chính cho phần thân của một tên lửa có thể tái sử dụng.
Trong phiên bản mới nhất của tên lửa tái sử dụng Korona, khối lượng của nó đang tiến gần đến mốc 280-290 tấn. Một phương tiện phóng một tầng lớn như vậy đòi hỏi một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng hiệu quả cao chạy bằng hydro và oxy. Không giống như động cơ tên lửa, được lắp đặt trên các tầng riêng biệt, động cơ tên lửa đẩy chất lỏng như vậy phải hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện và độ cao khác nhau, kể cả khi cất cánh và bay bên ngoài bầu khí quyển của Trái đất. Các nhà thiết kế của Makeev cho biết: “Một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng thông thường với vòi phun Laval chỉ hiệu quả ở một số độ cao nhất định,” các nhà thiết kế của Makeev nói, “vì lý do này, chúng tôi bắt đầu có nhu cầu sử dụng động cơ lỏng không khí hình nêm trên tên lửa.” Các tia khí trong các động cơ tên lửa như vậy tự điều chỉnh theo áp suất "quá mức", hơn nữa, chúng vẫn giữ được hiệu quả ở cả bề mặt Trái đất và khá cao ở tầng bình lưu.
Tuy nhiên, cho đến nay trên thế giới đơn giản là không tồn tại động cơ làm việc kiểu này, mặc dù chúng đã được phát triển tích cực ở Liên Xô và Hoa Kỳ. Các chuyên gia cho rằng phương tiện phóng tái sử dụng Korona nên được trang bị phiên bản động cơ mô-đun, trong đó vòi phun khí hình nêm là bộ phận duy nhất hiện chưa có nguyên mẫu và chưa được thử nghiệm thực tế. Đồng thời, Nga có công nghệ riêng trong sản xuất vật liệu composite hiện đại và các bộ phận từ chúng. Việc phát triển và ứng dụng của chúng được thực hiện khá thành công, ví dụ như tại Công ty cổ phần "Composite" và Viện toàn Nga hàng không vật liệu (VIAM).
Để có chuyến bay an toàn trong bầu khí quyển Trái đất, cấu trúc chịu lực bằng sợi carbon của Korona sẽ được bảo vệ bởi một lớp ngói chắn nhiệt, trước đây đã được phát triển tại VIAM cho tàu vũ trụ Buran và kể từ đó đã trải qua một chặng đường phát triển đáng kể. Các nhà thiết kế lưu ý: “Tải trọng nhiệt chính trên Korona sẽ tập trung vào mũi tàu của nó, nơi các phần tử bảo vệ nhiệt ở nhiệt độ cao được sử dụng,” các nhà thiết kế lưu ý. - Đồng thời, các mặt mở rộng của xe phóng có đường kính lớn hơn và nằm ở góc nhọn so với luồng không khí. Nhiệt độ tải lên các phần tử này ít hơn, và điều này, cho phép chúng ta sử dụng các vật liệu nhẹ hơn. Kết quả là tiết kiệm được khoảng 1,5 tấn trọng lượng. Khối lượng của phần nhiệt độ cao của tên lửa không vượt quá 6 phần trăm tổng khối lượng bảo vệ nhiệt cho Korona. Để so sánh, tàu con thoi "Shuttle" chiếm hơn 20 phần trăm.
Hình dạng hình nón duyên dáng của tên lửa tái sử dụng là kết quả của rất nhiều lần thử và sai. Theo các nhà phát triển, khi làm dự án, họ đã cân nhắc và đánh giá hàng trăm phương án khác nhau. Các nhà phát triển cho biết: “Chúng tôi quyết định loại bỏ hoàn toàn đôi cánh, giống như của Tàu con thoi hoặc trên tàu Buran,” các nhà phát triển cho biết. - Nói chung, khi tàu vũ trụ ở trên tầng khí quyển, đôi cánh chỉ gây nhiễu. Những con tàu vũ trụ như vậy đi vào bầu khí quyển với tốc độ siêu âm không hơn gì một chiếc "sắt", và chỉ ở tốc độ siêu âm, chúng mới chuyển sang bay ngang, sau đó chúng hoàn toàn có thể dựa vào khí động học của cánh.
Hình dạng không đối xứng trục hình nón của tên lửa không chỉ giúp nó có khả năng bảo vệ nhiệt thuận lợi mà còn cung cấp cho nó chất lượng khí động học tốt khi di chuyển ở tốc độ bay cao. Khi đã ở trên bầu khí quyển, "Crown" nhận được lực nâng, cho phép tên lửa không chỉ giảm tốc độ mà còn cơ động. Điều này cho phép phương tiện phóng cơ động ở độ cao lớn trong khi bay đến địa điểm hạ cánh, trong tương lai nó chỉ còn lại để nó hoàn thành quá trình phanh, điều chỉnh hướng đi, quay đuôi xuống bằng cách sử dụng động cơ đẩy nhỏ và hạ cánh xuống Trái đất.
Vấn đề của dự án là "Crown" vẫn đang được phát triển trong điều kiện không đủ kinh phí hoặc hoàn toàn vắng bóng. Hiện tại, Makeev SRC mới chỉ hoàn thành một thiết kế sơ bộ về chủ đề này. Theo dữ liệu được công bố trong Bài giảng Học thuật XLII về Du hành vũ trụ năm 2018, các nghiên cứu khả thi đã được thực hiện đối với dự án tạo ra phương tiện phóng Korona và một lịch trình hiệu quả cho việc phát triển tên lửa đã được vạch ra. Các điều kiện cần thiết để tạo ra một phương tiện phóng mới được nghiên cứu và phân tích triển vọng và kết quả của cả quá trình phát triển và hoạt động trong tương lai của một tên lửa mới.
Sau một loạt tin tức về dự án Corona trong năm 2017 và 2018, sự im lặng lại tiếp tục diễn ra ... Triển vọng cho dự án và việc thực hiện nó vẫn chưa rõ ràng. Trong khi đó, SpaceX sẽ giới thiệu một mẫu thử nghiệm của Tên lửa Big Falcon (BFR) mới có thể tái sử dụng vào mùa hè năm 2019. Từ việc tạo ra một mẫu thử nghiệm thành một tên lửa chính thức, thứ sẽ khẳng định độ tin cậy và hiệu suất của nó, có thể mất nhiều năm nữa, nhưng hiện tại có thể khẳng định: Elon Musk và công ty của ông đang làm những điều có thể thấy và sờ bằng tay. Đồng thời, Roskosmos, theo Thủ tướng Dmitry Medvedev, nên ngừng dự đoán và tán gẫu về nơi chúng ta sẽ bay trong tương lai. Có ít điều để nói và nhiều việc phải làm.
Nguồn thông tin:
https://iz.ru
https://www.popmech.ru
http://www.spacephys.ru
https://vpk.name
https://rg.ru
Tài liệu từ các nguồn mở
Phóng vào vũ trụ hôm nay
Ngày nay, chúng ta có thể nói một cách an toàn rằng Roskosmos tại một số điểm đã bỏ lỡ chủ đề tên lửa tái sử dụng, họ đã có trong tay những phát triển và dự án đi trước các quốc gia khác vài năm. Tất cả các dự án tên lửa tái sử dụng của Nga đều chưa hoàn thành, không được thực hiện bằng kim loại. Ví dụ, phương tiện phóng một tầng có thể tái sử dụng "Korona", được phát triển từ năm 1992 đến năm 2012, chưa bao giờ được đưa ra kết luận hợp lý. Chúng ta đã thấy kết quả của sự tính toán sai lầm này trong quá trình phát triển ngày nay. Nga đã mất vị thế nghiêm trọng trên thị trường phóng không gian thương mại với sự ra đời của tên lửa Falcon 9 của Mỹ và các biến thể của nó, đồng thời cũng thua kém nghiêm trọng về số lần phóng vào vũ trụ mỗi năm. Vào cuối năm 2018, Roscosmos đã báo cáo về 20 vụ phóng vào không gian (một vụ không thành công), trong khi vào tháng 2018 năm 30, trong một cuộc phỏng vấn với TASS, người đứng đầu Roscosmos, Igor Komarov, nói rằng 39 vụ phóng vào không gian đã được lên kế hoạch hoàn thành vào cuối năm. của năm. Năm ngoái, Trung Quốc dẫn đầu với 31 lần phóng vào không gian (một lần thất bại), tiếp theo là Hoa Kỳ với XNUMX lần phóng vào không gian (không thất bại).
Nói về các chuyến bay vũ trụ hiện đại, cần hiểu rằng trong tổng chi phí phóng một phương tiện phóng hiện đại (LV), hạng mục chi phí chính là bản thân tên lửa. Thân tàu, thùng nhiên liệu, động cơ của nó - tất cả những thứ này bay đi vĩnh viễn, bốc cháy trong những lớp dày đặc của khí quyển, rõ ràng là những chi phí không thể thu hồi đó biến bất kỳ vụ phóng xe phóng nào trở thành một thú vui rất đắt đỏ. Không phải bảo trì các sân bay vũ trụ, không phải nhiên liệu, không phải công việc lắp đặt trước khi phóng, mà là giá của chính phương tiện phóng - đây là khoản mục chi phí chính. Một sản phẩm công nghệ rất phức tạp của kỹ thuật được sử dụng trong vài phút, sau đó nó bị phá hủy hoàn toàn. Đương nhiên, điều này đúng với tên lửa dùng một lần. Ý tưởng sử dụng các phương tiện phóng có thể trả lại được tự cho thấy đây là một cơ hội thực sự để giảm chi phí cho mỗi lần phóng vào không gian. Trong trường hợp này, ngay cả khi chỉ quay lại giai đoạn đầu cũng khiến chi phí của mỗi lần ra mắt thấp hơn.
Falcon 9 thực hiện lại giai đoạn hạ cánh đầu tiên
Chính xác là kế hoạch này mà tỷ phú người Mỹ Elon Musk đã thực hiện bằng cách chế tạo giai đoạn đầu tiên có thể trở lại của phương tiện phóng hạng nặng Falcon 9. Trong khi giai đoạn đầu của những tên lửa này có thể quay trở lại một phần, một số nỗ lực hạ cánh kết thúc thất bại, nhưng số lần hạ cánh không thành công đã giảm xuống gần như 2017 trong năm 2018 và 10. Ví dụ, năm ngoái, cứ 11 lần đổ bộ thành công của chặng đầu tiên thì chỉ có một lần thất bại. Đồng thời, SpaceX cũng mở đầu năm mới với việc hạ cánh thành công chặng đầu tiên. Vào ngày 2019 tháng 9 năm 18, giai đoạn đầu tiên của tên lửa Falcon 2018 đã hạ cánh thành công xuống một bệ nổi, hơn nữa, nó đã được tái sử dụng, trước đó nó đã phóng vệ tinh liên lạc Telestar XNUMXV lên quỹ đạo vào tháng XNUMX năm XNUMX. Hiện tại, những bước đầu tiên quay trở lại như vậy đã là một lỗi lầm. Nhưng khi đại diện của công ty vũ trụ tư nhân Mỹ chỉ nói về dự án của họ, nhiều chuyên gia đã nghi ngờ khả năng thực hiện thành công của nó.
Trong thực tế ngày nay, giai đoạn đầu tiên của tên lửa Falcon 9 hạng nặng có thể được sử dụng trong phiên bản quay lại trong một số vụ phóng. Đưa giai đoạn thứ hai của tên lửa lên độ cao vừa đủ, nó tách khỏi nó ở độ cao khoảng 70 km, việc tháo dỡ xảy ra khoảng 2,5 phút sau khi xe phóng khởi động (thời gian phụ thuộc vào nhiệm vụ phóng cụ thể). Sau khi tách khỏi phương tiện phóng, giai đoạn đầu tiên, sử dụng hệ thống định hướng đã lắp đặt, thực hiện một thao tác nhỏ, di chuyển ra khỏi ngọn lửa của các động cơ đang hoạt động ở giai đoạn thứ hai, và quay đầu với các động cơ về phía trước để chuẩn bị cho ba động cơ chính. các thao tác phanh. Khi hạ cánh để hãm phanh, chặng đầu tiên sử dụng động cơ của chính nó. Cần lưu ý rằng giai đoạn lượt về áp đặt những hạn chế riêng của nó khi ra mắt. Ví dụ, trọng tải tối đa của tên lửa Falcon 9 giảm 30-40 phần trăm. Điều này là do nhu cầu dự trữ nhiên liệu cho quá trình phanh và hạ cánh sau đó, cũng như khối lượng bổ sung của thiết bị hạ cánh được lắp đặt (bánh lái dạng lưới, chân hạ cánh, các phần tử của hệ thống điều khiển, v.v.).
Thành công của người Mỹ và một loạt vụ phóng thành công lớn không được chú ý trên thế giới, điều này đã làm dấy lên một loạt tuyên bố về việc bắt đầu các dự án sử dụng khả năng tái sử dụng một phần của tên lửa, bao gồm việc đưa tên lửa đẩy bên hông trở lại và giai đoạn đầu tiên quay trở lại Trái đất. . Đại diện của Roskosmos cũng đã lên tiếng về vấn đề này. Công ty bắt đầu nói về việc nối lại công việc ở Nga về việc chế tạo tên lửa có thể tái sử dụng vào đầu năm 2017.
Khởi động xe "Crown" - nhìn chung
Tên lửa tái sử dụng "Korona" và các dự án trước đó
Điều đáng chú ý là ý tưởng sử dụng tên lửa có thể tái sử dụng đã được đề cập ở Liên Xô. Sau khi đất nước sụp đổ, chủ đề này vẫn không biến mất, công việc theo hướng này vẫn tiếp tục. Họ đã bắt đầu sớm hơn nhiều so với Elon Musk mới bắt đầu nói về nó. Ví dụ, các khối trong giai đoạn đầu của tên lửa siêu nặng Energia của Liên Xô được cho là đã được trả lại, điều này là cần thiết vì lý do kinh tế và để hiện thực hóa nguồn lực của động cơ RD-170, được thiết kế cho ít nhất 10 chuyến bay.
Ít được biết đến hơn là dự án xe phóng Rossiyanka, được phát triển bởi các chuyên gia của Trung tâm Tên lửa Nhà nước được đặt theo tên của Viện sĩ V.P. Makeev OJSC. Công ty này chủ yếu được biết đến với các hoạt động phát triển quân sự. Ví dụ, chính tại đây, phần lớn các tên lửa đạn đạo nội địa được thiết kế để trang bị cho tàu ngầm, bao gồm cả những tên lửa hiện đang được trang bị cho tàu ngầm, đã được tạo ra. hạm đội Tên lửa đạn đạo R-29RMU "Sineva" của Nga.
Theo dự án, Rossiyanka là phương tiện phóng hai giai đoạn, giai đoạn đầu có thể tái sử dụng. Về cơ bản, ý tưởng tương tự như các kỹ sư SpaceX, nhưng trước đó vài năm. Tên lửa được cho là sẽ phóng 21,5 tấn hàng hóa lên quỹ đạo tham chiếu thấp - số liệu gần với tên lửa Falcon 9. Sự quay trở lại của giai đoạn đầu tiên được cho là diễn ra dọc theo quỹ đạo đạn đạo do sự tham gia trở lại của các động cơ giai đoạn tiêu chuẩn. Nếu cần thiết, sức chở của tên lửa có thể tăng lên 35 tấn. Vào ngày 12 tháng XNUMX, Trung tâm Nghiên cứu Nhà nước Makeev đã giới thiệu tên lửa mới của mình tại cuộc thi Roscosmos để phát triển các phương tiện phóng có thể tái sử dụng, nhưng đơn đặt hàng chế tạo các phương tiện này đã thuộc về các đối thủ cạnh tranh của Trung tâm Nghiên cứu và Sản xuất Nhà nước Khrunichev với Baikal-Angara dự án. Rất có thể, các chuyên gia của Makeev SRC sẽ có đủ năng lực để thực hiện dự án của họ, nhưng nếu không có sự quan tâm và tài trợ đầy đủ, điều này là không thể.
Dự án Baikal-Angara thậm chí còn tham vọng hơn, nó là một phiên bản máy bay quay trở lại Trái đất của giai đoạn đầu tiên. Theo kế hoạch, sau khi đạt đến độ cao thiết lập của khoang, một cánh đặc biệt sẽ mở ra ở giai đoạn đầu tiên và sau đó nó sẽ thực hiện một chuyến bay bằng máy bay hạ cánh tại một sân bay thông thường với thiết bị hạ cánh được mở rộng. Tuy nhiên, bản thân một hệ thống như vậy không chỉ rất phức tạp mà còn tốn kém. Một trong những đức tính không thể phủ nhận của cô ấy là cô ấy có thể quay trở lại từ một khoảng cách xa hơn. Thật không may, dự án đã không bao giờ được thực hiện, nó đôi khi vẫn được nhớ đến, nhưng không có gì hơn.
Giờ đây, thế giới đã suy nghĩ về các phương tiện phóng có thể phục hồi hoàn toàn. Elon Musk đã công bố dự án Big Falcon Rocket. Một tên lửa như vậy nên có kiến trúc hai giai đoạn, không đặc trưng cho các phi hành gia hiện đại, giai đoạn thứ hai của nó là không thể thiếu với tàu vũ trụ, có thể vừa chở hàng vừa chở khách. Theo kế hoạch, giai đoạn đầu tiên của Superheavy sẽ quay trở lại Trái đất, thực hiện hạ cánh thẳng đứng xuống sân bay vũ trụ thông qua việc sử dụng động cơ của nó, công nghệ này đã được phát triển hoàn hảo bởi các kỹ sư SpaceX. Giai đoạn thứ hai của tên lửa, cùng với tàu vũ trụ (trên thực tế, đây là một tàu vũ trụ cho các mục đích khác nhau), được gọi là Starship, sẽ đi vào quỹ đạo Trái đất. Giai đoạn thứ hai cũng sẽ có đủ nhiên liệu còn lại, sau khi hoàn thành sứ mệnh không gian, giảm tốc trong các lớp dày đặc của khí quyển và hạ cánh xuống giàn khoan ngoài khơi.
Điều đáng chú ý là SpaceX cũng không nhúng tay vào một ý tưởng như vậy. Ở Nga, dự án chế tạo phương tiện phóng tái sử dụng đã được phát triển từ những năm 1990. Và một lần nữa, họ làm việc trong dự án tại Trung tâm Tên lửa Nhà nước được đặt theo tên của Viện sĩ V.P. Makeev. Dự án tên lửa tái sử dụng của Nga có cái tên mỹ miều "Crown". Roscosmos nhớ đến dự án này vào năm 2017, sau đó có nhiều ý kiến về việc nối lại dự án này theo sau. Ví dụ: vào tháng 2018 năm XNUMX, Rossiyskaya Gazeta đã xuất bản tin tức rằng Nga đã tiếp tục công việc chế tạo một tên lửa vũ trụ có thể tái sử dụng. Đó chỉ là về chiếc xe khởi động "Crown".
Không giống như tên lửa Falcon-9 của Mỹ, "Korona" của Nga không có các tầng có thể tháo rời, trên thực tế, nó là một tàu vũ trụ cất và hạ cánh mềm duy nhất. Theo Vladimir Degtyar, nhà thiết kế chung của Trung tâm Vũ trụ Bang Makeev, dự án này sẽ mở đường cho việc thực hiện các chuyến bay có người lái liên hành tinh tầm xa. Theo kế hoạch, sợi carbon sẽ là vật liệu cấu tạo chính của tên lửa mới của Nga. Đồng thời, Korona được thiết kế để phóng tàu vũ trụ vào quỹ đạo Trái đất thấp với độ cao từ 200 đến 500 km. Trọng lượng phóng của xe phóng khoảng 300 tấn. Khối lượng của trọng tải đầu ra từ 7 đến 12 tấn. Việc cất cánh và hạ cánh của "Crown" nên được thực hiện bằng cách sử dụng các phương tiện phóng được đơn giản hóa, ngoài ra, phương án phóng tên lửa có thể tái sử dụng từ các giàn khoan ngoài khơi đang được tính toán. Để cất cánh và hạ cánh, phương tiện phóng mới sẽ có thể sử dụng cùng một địa điểm. Thời gian chuẩn bị của tên lửa cho lần phóng tiếp theo chỉ khoảng một ngày.
Cần lưu ý rằng vật liệu sợi carbon cần thiết cho việc chế tạo tên lửa một tầng và có thể tái sử dụng đã được sử dụng trong công nghệ hàng không vũ trụ từ những năm 90. Kể từ đầu những năm 1990, dự án Corona đã trải qua một chặng đường dài phát triển và đã phát triển đáng kể, không cần phải nói, ban đầu nó chỉ là một tên lửa dùng một lần. Đồng thời, trong quá trình tiến hóa, thiết kế của tên lửa tương lai trở nên đơn giản hơn và hoàn hảo hơn. Dần dần, các nhà phát triển tên lửa từ bỏ việc sử dụng cánh và thùng nhiên liệu bên ngoài, hiểu rằng sợi carbon sẽ là vật liệu chính cho phần thân của một tên lửa có thể tái sử dụng.
Trong phiên bản mới nhất của tên lửa tái sử dụng Korona, khối lượng của nó đang tiến gần đến mốc 280-290 tấn. Một phương tiện phóng một tầng lớn như vậy đòi hỏi một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng hiệu quả cao chạy bằng hydro và oxy. Không giống như động cơ tên lửa, được lắp đặt trên các tầng riêng biệt, động cơ tên lửa đẩy chất lỏng như vậy phải hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện và độ cao khác nhau, kể cả khi cất cánh và bay bên ngoài bầu khí quyển của Trái đất. Các nhà thiết kế của Makeev cho biết: “Một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng thông thường với vòi phun Laval chỉ hiệu quả ở một số độ cao nhất định,” các nhà thiết kế của Makeev nói, “vì lý do này, chúng tôi bắt đầu có nhu cầu sử dụng động cơ lỏng không khí hình nêm trên tên lửa.” Các tia khí trong các động cơ tên lửa như vậy tự điều chỉnh theo áp suất "quá mức", hơn nữa, chúng vẫn giữ được hiệu quả ở cả bề mặt Trái đất và khá cao ở tầng bình lưu.
LV "Korona" trong chuyến bay quỹ đạo với khoang tải trọng đóng, kết xuất
Tuy nhiên, cho đến nay trên thế giới đơn giản là không tồn tại động cơ làm việc kiểu này, mặc dù chúng đã được phát triển tích cực ở Liên Xô và Hoa Kỳ. Các chuyên gia cho rằng phương tiện phóng tái sử dụng Korona nên được trang bị phiên bản động cơ mô-đun, trong đó vòi phun khí hình nêm là bộ phận duy nhất hiện chưa có nguyên mẫu và chưa được thử nghiệm thực tế. Đồng thời, Nga có công nghệ riêng trong sản xuất vật liệu composite hiện đại và các bộ phận từ chúng. Việc phát triển và ứng dụng của chúng được thực hiện khá thành công, ví dụ như tại Công ty cổ phần "Composite" và Viện toàn Nga hàng không vật liệu (VIAM).
Để có chuyến bay an toàn trong bầu khí quyển Trái đất, cấu trúc chịu lực bằng sợi carbon của Korona sẽ được bảo vệ bởi một lớp ngói chắn nhiệt, trước đây đã được phát triển tại VIAM cho tàu vũ trụ Buran và kể từ đó đã trải qua một chặng đường phát triển đáng kể. Các nhà thiết kế lưu ý: “Tải trọng nhiệt chính trên Korona sẽ tập trung vào mũi tàu của nó, nơi các phần tử bảo vệ nhiệt ở nhiệt độ cao được sử dụng,” các nhà thiết kế lưu ý. - Đồng thời, các mặt mở rộng của xe phóng có đường kính lớn hơn và nằm ở góc nhọn so với luồng không khí. Nhiệt độ tải lên các phần tử này ít hơn, và điều này, cho phép chúng ta sử dụng các vật liệu nhẹ hơn. Kết quả là tiết kiệm được khoảng 1,5 tấn trọng lượng. Khối lượng của phần nhiệt độ cao của tên lửa không vượt quá 6 phần trăm tổng khối lượng bảo vệ nhiệt cho Korona. Để so sánh, tàu con thoi "Shuttle" chiếm hơn 20 phần trăm.
Hình dạng hình nón duyên dáng của tên lửa tái sử dụng là kết quả của rất nhiều lần thử và sai. Theo các nhà phát triển, khi làm dự án, họ đã cân nhắc và đánh giá hàng trăm phương án khác nhau. Các nhà phát triển cho biết: “Chúng tôi quyết định loại bỏ hoàn toàn đôi cánh, giống như của Tàu con thoi hoặc trên tàu Buran,” các nhà phát triển cho biết. - Nói chung, khi tàu vũ trụ ở trên tầng khí quyển, đôi cánh chỉ gây nhiễu. Những con tàu vũ trụ như vậy đi vào bầu khí quyển với tốc độ siêu âm không hơn gì một chiếc "sắt", và chỉ ở tốc độ siêu âm, chúng mới chuyển sang bay ngang, sau đó chúng hoàn toàn có thể dựa vào khí động học của cánh.
Hình dạng không đối xứng trục hình nón của tên lửa không chỉ giúp nó có khả năng bảo vệ nhiệt thuận lợi mà còn cung cấp cho nó chất lượng khí động học tốt khi di chuyển ở tốc độ bay cao. Khi đã ở trên bầu khí quyển, "Crown" nhận được lực nâng, cho phép tên lửa không chỉ giảm tốc độ mà còn cơ động. Điều này cho phép phương tiện phóng cơ động ở độ cao lớn trong khi bay đến địa điểm hạ cánh, trong tương lai nó chỉ còn lại để nó hoàn thành quá trình phanh, điều chỉnh hướng đi, quay đuôi xuống bằng cách sử dụng động cơ đẩy nhỏ và hạ cánh xuống Trái đất.
Vấn đề của dự án là "Crown" vẫn đang được phát triển trong điều kiện không đủ kinh phí hoặc hoàn toàn vắng bóng. Hiện tại, Makeev SRC mới chỉ hoàn thành một thiết kế sơ bộ về chủ đề này. Theo dữ liệu được công bố trong Bài giảng Học thuật XLII về Du hành vũ trụ năm 2018, các nghiên cứu khả thi đã được thực hiện đối với dự án tạo ra phương tiện phóng Korona và một lịch trình hiệu quả cho việc phát triển tên lửa đã được vạch ra. Các điều kiện cần thiết để tạo ra một phương tiện phóng mới được nghiên cứu và phân tích triển vọng và kết quả của cả quá trình phát triển và hoạt động trong tương lai của một tên lửa mới.
Sau một loạt tin tức về dự án Corona trong năm 2017 và 2018, sự im lặng lại tiếp tục diễn ra ... Triển vọng cho dự án và việc thực hiện nó vẫn chưa rõ ràng. Trong khi đó, SpaceX sẽ giới thiệu một mẫu thử nghiệm của Tên lửa Big Falcon (BFR) mới có thể tái sử dụng vào mùa hè năm 2019. Từ việc tạo ra một mẫu thử nghiệm thành một tên lửa chính thức, thứ sẽ khẳng định độ tin cậy và hiệu suất của nó, có thể mất nhiều năm nữa, nhưng hiện tại có thể khẳng định: Elon Musk và công ty của ông đang làm những điều có thể thấy và sờ bằng tay. Đồng thời, Roskosmos, theo Thủ tướng Dmitry Medvedev, nên ngừng dự đoán và tán gẫu về nơi chúng ta sẽ bay trong tương lai. Có ít điều để nói và nhiều việc phải làm.
Nguồn thông tin:
https://iz.ru
https://www.popmech.ru
http://www.spacephys.ru
https://vpk.name
https://rg.ru
Tài liệu từ các nguồn mở
tin tức