ระบบจรวดและอวกาศแบบใช้ซ้ำได้ที่จุดปล่อย กราฟิกสถาบันวิจัยอุณหภูมิสูง
พื้นฐานของจักรวาลวิทยารัสเซียสมัยใหม่คือจรวดโซยุซและโปรตอนซึ่งสร้างขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมา เกือบทุกอย่างที่ปล่อยสู่อวกาศจากคอสโมโดรมของรัสเซียถูกนำเข้าสู่วงโคจรด้วยเครื่องจักรที่เชื่อถือได้ แต่ค่อนข้างล้าสมัย เพื่อที่จะต่ออายุฝูงบินจรวดและให้แน่ใจว่ารัสเซียสามารถเข้าถึงกิจกรรมอวกาศทั้งหมดได้โดยไม่มีเงื่อนไข ศูนย์จรวด Angara ใหม่ล่าสุดกำลังเข้าสู่ขั้นตอนของการทดสอบการบิน นี่อาจเป็นคอมเพล็กซ์จรวดอวกาศแห่งเดียวในโลกที่มีความสามารถหลากหลายสำหรับส่งยานอวกาศที่มีน้ำหนักตั้งแต่ 4 ถึง 26 ตันสู่อวกาศ
หลักการหนักสุด
ความต้องการยานอวกาศในอนาคตอันใกล้จะพบกับจรวดโซยุซและอังการา แต่ความสามารถในการบรรทุกของพวกมันไม่เพียงพอที่จะแก้ปัญหาการสำรวจดวงจันทร์ ดาวอังคาร และดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะ นอกจากนี้พวกเขาทำให้สถานการณ์ทางนิเวศวิทยาซับซ้อนขึ้นในภูมิภาคอามูร์เพราะขั้นตอนการใช้จ่ายของพวกเขาจะตกลงไปในอามูร์ไทกาหรือลงไปในพื้นที่น้ำของทะเลโอค็อตสค์ เป็นที่ชัดเจนว่าสถานการณ์นี้ถูกบังคับ เป็นการจ่ายเงินเพื่อสร้างความมั่นใจในอธิปไตยอวกาศของรัสเซีย การจ่ายเงินนี้จะเป็นอย่างไรหากมีการตัดสินใจสร้างจรวดที่มีน้ำหนักมากเป็นพิเศษสำหรับเที่ยวบินที่มีคนบังคับไปยังดวงจันทร์
มีขีปนาวุธดังกล่าวอยู่แล้วในประวัติศาสตร์ของเรา: Energia และ N-1 หลักการพื้นฐานของจรวดที่มีน้ำหนักมากเป็นพิเศษถูกวางไว้และนำไปใช้งานเมื่อกว่า 50 ปีที่แล้ว ดังนั้นจึงต้องใช้เงินเพียงเพื่อสร้างมันขึ้นมา และหากมีการสร้างจรวดที่มีน้ำหนักมากเป็นครั้งที่สามโลหะเสียอีก 320 ตันพร้อมเศษเชื้อเพลิงจะถูกสะสมเป็นประจำทุกปีในเขตอามูร์
ความปรารถนาที่จะทำให้จรวดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและประหยัดต้นทุนได้นำไปสู่แนวคิดในการคืนจรวดระยะแรกไปยังไซต์ปล่อยและนำกลับมาใช้ใหม่ เมื่อดำเนินการตามเวลาที่กำหนด ขั้นบันไดควรลงไปในชั้นบรรยากาศและเมื่อเครื่องบินกลับมายังจุดปล่อยตัว ตามหลักการนี้ ระบบจรวดและอวกาศแบบใช้ซ้ำได้ (MRKS) จะทำงาน
MRKS ตามที่เป็นอยู่
ระบบจรวดและอวกาศที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้นำเสนอต่อผู้เชี่ยวชาญและประชาชนทั่วไปที่งานแสดงอวกาศมอสโกในปี 2554 ระบบประกอบด้วยยานพาหนะยิงจรวดแบบใช้ซ้ำได้ (MRN) สี่คันพร้อมชุดประกอบขีปนาวุธที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ (VRB) MRN ทุกช่วงที่มีกำลังการผลิต 25 ถึง 70 ตันสามารถทำได้โดยการผสมผสานโมดูลหลักสองโมดูลเข้าด้วยกัน: โมดูลแรกคือหน่วยจรวดที่ใช้ซ้ำได้ (ระยะแรก) โมดูลที่สองคือระยะจรวดแบบใช้แล้วทิ้งที่สอง
ในการกำหนดค่าที่มีความจุสูงสุด 25 ตัน (VRB หนึ่งชุดและหนึ่งโมดูลของระยะที่ 2) จรวดที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้สามารถปล่อยยานอวกาศทั้งแบบมีคนขับและไร้คนขับที่ทันสมัยและมีแนวโน้มสูง ในขนาด 35 ตัน (VRB สองชุดและหนึ่งโมดูลของระยะที่ 2) MRN อนุญาตให้ส่งดาวเทียมโทรคมนาคมสองดวงเข้าสู่วงโคจรต่อการปล่อยหนึ่งครั้ง โดยส่งโมดูลของสถานีโคจรที่มีแนวโน้มจะเข้าสู่อวกาศและเปิดตัวสถานีอัตโนมัติขนาดใหญ่ ซึ่งจะใช้งานที่ ขั้นตอนแรกของการสำรวจดวงจันทร์และการสำรวจดาวอังคาร
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของ MRN คือความสามารถในการเปิดตัวแบบจับคู่ในการส่งดาวเทียมโทรคมนาคมสมัยใหม่สองดวงโดยใช้จรวด Angara จำเป็นต้องซื้อเครื่องยนต์จรวดสิบเครื่องซึ่งมีมูลค่า 240 ล้านรูเบิลต่อเครื่อง แต่ละ. เมื่อปล่อยดาวเทียมสองดวงเดียวกันโดยใช้ MRN จะสิ้นเปลืองเครื่องยนต์เพียงเครื่องเดียวซึ่งมีราคาประมาณ 400 ล้านรูเบิล ประหยัดค่าใช้จ่ายสำหรับเครื่องยนต์เพียงอย่างเดียวคือ 600%!
การศึกษาครั้งแรกของหน่วยจรวดที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ดำเนินการเมื่อต้นศตวรรษและนำเสนอที่งานแสดงการบินและอวกาศ Le Bourget ในรูปแบบของการจำลองของเวทีไบคาลกลับคืนสู่สภาพเดิม
ต่อมาในขั้นตอนการออกแบบเบื้องต้น ได้มีการดำเนินการเกี่ยวกับการเลือกส่วนประกอบเชื้อเพลิง การแก้ปัญหาการทำความร้อนด้วยความร้อน การลงจอดอัตโนมัติ และปัญหาอื่นๆ อีกมากมาย มีการวิเคราะห์ตัวแปร VRB หลายสิบรายการโดยละเอียด มีการวิเคราะห์ทางเทคนิคและเศรษฐกิจอย่างละเอียด โดยคำนึงถึงสถานการณ์ต่างๆ สำหรับการพัฒนาจักรวาลวิทยาในประเทศ เป็นผลให้มีการกำหนดตัวแปรของ MRKS ซึ่งตอบสนองความต้องการของงานที่ทันสมัยและมีแนวโน้มมากที่สุด
การลงจอดของยานพาหนะที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้พร้อมหน่วยจรวดที่ใช้ซ้ำได้ กราฟิกสถาบันวิจัยอุณหภูมิสูง
บนก๊าซสีน้ำเงิน
เสนอให้แก้ปัญหาเครื่องยนต์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยใช้ก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) เป็นเชื้อเพลิง ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงราคาถูกและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เหมาะสมที่สุดสำหรับใช้ในเครื่องยนต์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยสำนักออกแบบ Khimmash ซึ่งตั้งชื่อตาม A. M. Isaev ในเดือนกันยายน 2011 เมื่อทดสอบเครื่องยนต์จรวดก๊าซธรรมชาติที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวเครื่องแรกของโลก เครื่องยนต์ทำงานนานกว่า 3000 วินาทีซึ่งสอดคล้องกับการสตาร์ท 20 ครั้ง หลังจากแยกชิ้นส่วนและตรวจสอบสภาพของยูนิต แนวคิดทางเทคนิคใหม่ทั้งหมดได้รับการยืนยันแล้ว
เสนอให้แก้ปัญหาการให้ความร้อนแก่โครงสร้างโดยเลือกวิถีทางที่เหมาะสมซึ่งความร้อนที่ไหลผ่านไม่รวมความร้อนที่รุนแรงของโครงสร้าง ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการป้องกันความร้อนที่มีราคาแพง
มีการเสนอให้แก้ปัญหาการลงจอด VRB สองเครื่องโดยอัตโนมัติและรวมเข้ากับน่านฟ้ารัสเซียโดยรวมระบบนำทาง GLONASS และระบบเฝ้าระวังอัตโนมัติซึ่งไม่ได้ใช้ในจรวดในลูปควบคุม
เมื่อพิจารณาถึงความซับซ้อนทางเทคนิคและความแปลกใหม่ของอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นตามประสบการณ์ในประเทศและต่างประเทศ ความจำเป็นในการสร้างเครื่องสาธิตการบินซึ่งเป็นสำเนา VRB ที่ลดลงนั้นได้รับการพิสูจน์ เครื่องสาธิตสามารถผลิตและติดตั้งระบบออนบอร์ดมาตรฐานทั้งหมดโดยไม่ต้องเตรียมการพิเศษสำหรับการผลิต เครื่องบินดังกล่าวจะอนุญาตให้ทำการทดสอบในสภาพการบินจริง โซลูชันทางเทคนิคที่สำคัญทั้งหมดที่รวมอยู่ในผลิตภัณฑ์ขนาดเต็ม ลดความเสี่ยงทางเทคนิคและการเงินเมื่อสร้างผลิตภัณฑ์มาตรฐาน
ค่าใช้จ่ายของผู้สาธิตสามารถพิสูจน์ได้เนื่องจากความสามารถพิเศษในการยิงวัตถุที่มีน้ำหนักมากกว่า 10 ตันขึ้นไปที่ระดับความสูง 80 กม. ตามแนววิถีกระสุนทำให้เร่งความเร็วเหนือความเร็วเสียง 7 เท่าและกลับไปที่ สนามบินสำหรับการเปิดตัวครั้งที่สอง ผลิตภัณฑ์ที่ใช้ซ้ำได้ซึ่งสร้างขึ้นบนพื้นฐานของผลิตภัณฑ์อาจมีความสำคัญอย่างยิ่งไม่เพียงแต่สำหรับผู้พัฒนาเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงเท่านั้น
ปรัชญาของความยืดหยุ่น
ขั้นตอนแรกเป็นส่วนที่ใหญ่ที่สุดและแพงที่สุดของจรวด ด้วยการลดการผลิตของขั้นตอนเหล่านี้อันเนื่องมาจากการใช้งานซ้ำ ๆ จึงสามารถลดต้นทุนของหน่วยงานรัฐบาลกลางสำหรับการเปิดตัวยานอวกาศได้อย่างมาก การประมาณการเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าเพื่อความสำเร็จในการดำเนินการตามโครงการอวกาศที่มีอยู่และมีแนวโน้มว่าจะประสบความสำเร็จทั้งหมด รวมถึงการส่งมอบสถานีไร้คนขับไปยังดวงจันทร์และดาวอังคาร ก็เพียงพอแล้วที่จะมีกองจรวดเพียง 7-9 บล็อกที่ย้อนกลับได้
MRCS มีปรัชญาของความยืดหยุ่นที่เกี่ยวข้องกับการรวมตัวของโครงการอวกาศ หลังจากสร้าง MRN ที่มีความจุ 25 ถึง 35 ตันแล้ว Roskosmos จะได้รับระบบที่จะแก้ปัญหาของวันนี้และอนาคตอันใกล้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ หากมีความจำเป็นต้องปรับใช้ยานพาหนะที่หนักกว่าสำหรับเที่ยวบินไปยังดวงจันทร์หรือดาวอังคาร ลูกค้าจะมี MRN ที่มีขีดความสามารถในการบรรทุกสูงสุด 70 ตัน ซึ่งการสร้างนี้ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายจำนวนมาก
โปรแกรมเดียวที่ MRKS ไม่เหมาะคือโปรแกรมของเที่ยวบินบรรจุคนไปยังดาวอังคาร แต่เที่ยวบินเหล่านี้ไม่สามารถทำได้ในทางเทคนิคในอนาคตอันใกล้
วันนี้มีคำถามสำคัญพื้นฐานเกี่ยวกับโอกาสในการพัฒนายานยิงจรวด สิ่งที่ต้องสร้าง: จรวดน้ำหนักมากพิเศษแบบใช้แล้วทิ้ง ซึ่งจะใช้ในโปรแกรม Lunar และ Martian เท่านั้น และหากยกเลิก ค่าใช้จ่ายจะถูกตัดออกอีกครั้ง หรือเพื่อสร้าง MRCS ซึ่งจะไม่เพียงแต่อนุญาตให้ใช้โปรแกรมการเปิดตัวปัจจุบันในราคาน้อยกว่าวันนี้หนึ่งเท่าครึ่งเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้โดยดัดแปลงเล็กน้อยในโปรแกรม Lunar และโปรแกรมสำรวจดาวอังคาร?