Содержание номера


ГЛАВНОЕ

Новое руководство Роскосмоса

О реформе космической отрасли

Олег Остапенко на Байконуре

ПИЛОТИРУЕМЫЕ ПОЛЕТЫ

Полет экипажа МКС-37. Октябрь 2013 года

Пресс-конференция экипажей МКС-38/39

КОСМОНАВТЫ. АСТРОНАВТЫ. ЭКИПАЖИ

Экипажи МКС -38/39 сдали экзамены

ПИЛОТИРУЕМАЯ ТЕХНИКА

Начало летных испытаний американского «лапотка»

ЗАПУСКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Шестнадцатая «Практика»

Старт во второе пришествие. В полете – Sirius FM6

Очередной «шанхаец»

ИСКУССТВЕННЫЕ СПУТНИКИ ЗЕМЛИ

Возвращение «космической стрелы»

СРЕДСТВА ВЫВЕДЕНИЯ

Керосиновая зависимость

Российская многоразовая система первого этапа

Разработка ядерного буксира продолжается

МЕЖПЛАНЕТНЫЕ СТАНЦИИ

СОВЕЩАНИЯ. КОНФЕРЕНЦИИ. ВЫСТАВКИ

Глава Марсианского общества посетил Россию

Конференция по дистанционному зондированию

XII Молодежные Циолковские чтения

«Сообщество космонавтов»

ПРЕДПРИЯТИЯ. ОРГАНИЗАЦИИ

NASA не работало две недели

ЮБИЛЕИ

Создатель ракетного щита. К 90-летию В.Ф.Уткина

40 лет Главной оперативной группе управления

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ

Его именем названы орбиты

СТРАНИЦА КОЛЛЕКЦИОНЕРА

Знаки «Летчик-космонавт»

СТРАНИЦА ПАМЯТИ

Малькольм Скотт Карпентер

Борис Владимирович Бодин

Дмитрий Алексеевич Заикин

Реклама



Российская многоразовая система первого этапа

Автор: Афанасьев И.

На аэрокосмическом салоне МАКС-2013 впервые были продемонстрированы не схемы и «настольные модели», а крупномасштабные макеты многоразовой ракетно-космической системы первого этапа (МРКС-1) разработки Центра имени Хруничева. Этот факт можно рассматривать как подтверждение выхода на новый уровень работ, ведущихся уже несколько лет.

Специалисты считают, что носители, включающие в себя многоразовые нижние и одноразовые верхние ступени, – оптимальный вариант реализации системы выведения полезных грузов, базирующейся на современных технологиях*. С одной стороны, существенная часть стоимости улетевшей ракеты приходится именно на нижнюю (первую) ступень. Как правило, она крупнее, тяжелее, сложнее и дороже в изготовлении, чем верхние ступени – и именно поэтому ее целесообразно спасать для повторного использования. С другой же стороны, в ряде случаев технически реализовать многоразовую первую ступень гораздо проще. Кроме того, при условии ее возвращения к месту старта появляется возможность создать по-настоящему всеазимутальную транспортную систему и радикально сократить поля падения отделяемых частей носителя.

Несмотря на единицу в обозначении, МРКС-1 можно отнести к многоразовым системам второго поколения – к первому относились Space Shuttle и «Энергия-Буран». В этих проектах основной упор делался на многоразовую орбитальную ступень (ОС), сочетавшую в себе качества собственно ракетного блока и космического корабля. Цели данных программ предусматривали уменьшение стоимости выведения в космос за счет частого проведения запусков, возвращения из космоса значительного объема полезных грузов и сохранения дорогостоящих и сложных КА для многократного применения.

Однако первое поколение многоразовых систем оказалось не в состоянии решить свои задачи с достаточным уровнем эффективности. С учетом большой размерности всей системы, невысокой частоты пусков и сложности межполетного обслуживания ОС (особенно в части двигателей и теплозащиты) совокупные затраты на эксплуатацию быстро выросли, а удельная стоимость доступа в космос оказалась приблизительно в три раза выше по сравнению с одноразовыми ракетами. В то же время число полезных нагрузок, возвращаемых из космоса, оказалось незначительным. При «растягивании» программы Space Shuttle сказались ограничения по расчетному ресурсу ОС (не по общему числу полетов, а по времени эксплуатации), помноженные на опасения по поводу надежности и безопасности, – с учетом двух катастроф, которые останавливали полеты и грозили полным срывом не только пилотируемой программы, но и графика доставки в космос важных полезных грузов. Но и это не все: размывание первоначальных целей создания системы Space Shuttle и уменьшение «трафика» полетов на орбиту снизило и общую экономическую привлекательность многоразовых систем. В результате сегодня и космонавты, и грузы доставляются на низкую околоземную орбиту (НОО) с помощью одноразовых ракет.

С учетом вышесказанного, специалисты ГКНПЦ имени М. В. Хруничева приступили к разработке системы, лишенной указанных недостатков. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по обоснованию облика и технических характеристик МРКС-1 ведутся в Центре на протяжении ряда лет. Начинались они в инициативном порядке, а затем продолжились в рамках Федеральной космической программы (ФКП) на 2006 – 2015 годы совместно со смежными предприятиями. 

Проект ГКНПЦ реализует концепцию частично многоразового носителя вертикального взлета: ускоритель первой ступени (возвращаемый ракетный блок – ВРБ) выполняется по самолетной схеме, ускорители верхних ступеней (блоки выведения – БВ) – одноразовые. Блоки компонуются по пакетной схеме. После выполнения своей задачи в процессе выведения ВРБ блок отделяется от ускорителя второй ступени и совершает автономный возвратный полет с посадкой на аэродроме посадочного комплекса. Возвращение к месту старта обеспечивается за счет пространственного аэродинамического маневра. На первом участке производится интенсивное торможение с одновременным разворотом вектора скорости к месту старта. Второй участок – самолетный полет по направлению к месту старта до горизонтальной посадки на взлетно-посадочную полосу (ВПП).

Как следует из опыта эксплуатации, основными составляющими стоимости миссии многоразового корабля Space Shuttle были затраты на межполетное обслуживание ОС и маршевых кислородно-водородных ЖРД. По данным Космического центра имени Кеннеди, опубликованным в 2009 году, на них приходилось порядка 1.4 млрд $ в год. Эти обстоятельства и предопределили принципы создания ВРБ: 
  • отсутствие внешней теплозащиты за счет незначительного локального теплового усиления конструкции, что, в свою очередь, определило траекторные перемещения на активном участке разделения ступеней (примерно при М=7…7.5 – для того, чтобы не выводить блок на большие тепловые нагрузки);
  • требования к конструкции, агрегатам и системам закладываются в расчете на многоразовое их применение;
  • используемые компоненты ракетного топлива должны минимизировать сроки и объемы межполетного обслуживания маршевых ЖРД;
  • межполетная эксплуатация должна проводиться исходя из фактического состояния ВРБ.
Исследования начались с проекта крылатого ускорителя «Байкал», выполненного совместно с НПО «Молния» для использования в составе семейства модульных РН «Ангара». В результате сложилась кооперация ведущих отечественных предприятий, которая выполнила значительный объем расчетно-теоретических и экспериментальных работ. В том числе проведено более 100 продувок в аэродинамических трубах (АДТ) ЦАГИ, разработаны проектные материалы по основным элементам «Байкала» (двигатели, системы управления, приводы, облик наземного комплекса) и вопросы его эксплуатации. Технический образец многоразового ускорителя в 2001 году демонстрировался на международных аэрокосмических салонах Le Bourget и МАКС. 

В настоящее время специалисты Центра Хруничева видят МРКС как многоцелевое средство выведения для решения задач доставки на НОО полезных грузов и КА различного назначения. Выбор наиболее рациональной схемы стал ключевым в комплексной задаче лабораторно-стендовых испытаний и летных экспериментов, а критерием выбора было обеспечение допустимых тепловых нагрузок и требуемых аэродинамических характеристик, как на этапе выведения, так и на этапах атмосферного спуска. Эти этапы и являются определяющими при выборе размерности, конструктивных решений и конструкционных материалов.

Учитывая принципиальное значение межполетного обслуживания для реализуемости МРКС-1 с заданными технико-экономическими характеристиками, специалисты приняли концепцию эксплуатации ВРБ по техническому состоянию. Такой подход к эксплуатации ракетно-космической техники является новым и требует отработки новых методов с последующим их испытанием на натурных изделиях. При этом главная задача – существенное снижение эксплуатационных расходов за счет использования системы контроля технического состояния и, в первую очередь, многоразовых ЖРД. Наличие такой системы также является новым методом для ракетно-космической техники.

Как указывалось выше, вся многоцелевая система компонуется всего из двух унифицированных элементов – многоразовых ВРБ первой ступени и одноразовых БВ верхних ступеней. При этом возможно сочетание различного числа блоков, а их типоразмеры выбраны исходя из заданного для ряда носителей диапазона масс груза, выводимого на орбиту, и из заданной конфигурации унифицированного стартового комплекса.

Полный текст статьи читайте на страницах нашего журнала 

Журнал Новости Форум Фото Подписка Рекламодателям Контакты