امروزه بسیاری از ما از خانواده شرکت های خصوصی SpaceX با وسایل نقلیه پرتاب کننده که تا حدی قابل استفاده مجدد هستند ، یا حداقل شنیده ایم. به لطف موفقیت شرکت و همچنین شخصیت بنیانگذار ، ایلان ماسک ، که خود اغلب قهرمان خبرها می شود ، موشک های Falcon 9 ، SpaceX و به طور کلی پروازهای فضایی صفحات مطبوعات بین المللی را ترک نمی کنند. در عین حال ، روسیه پیشرفت های خاص خود را داشت و هنوز هم پروژه های جالبی از موشک های قابل استفاده مجدد ندارد ، که اطلاعات بسیار کمی در مورد آنها وجود دارد. پاسخ به این س whyال که چرا این اتفاق می افتد واضح است. موشک های ایلونا ماسک به طور منظم به فضا پرواز می کنند و موشک های روسی قابل استفاده مجدد و تا حدی قابل استفاده تا کنون فقط پروژه ها ، نقاشی ها و تصاویر زیبا در ارائه ها هستند.
فضا امروز پرتاب می شود
امروزه ، می توان با خیال راحت گفت که Roskosmos در مواقعی موضوع موشک های قابل استفاده مجدد را از دست داد و پیشرفت ها و پروژه هایی را در اختیار داشت که چندین سال از سایر کشورها جلوتر بود. تمام پروژه های موشک های قابل استفاده مجدد روسیه هرگز به پایان نرسید و در فلز اجرا نشد. به عنوان مثال ، وسیله پرتاب یکبار مصرف کرونای یک مرحله ای ، که از سال 1992 تا 2012 توسعه یافت ، هرگز به نتیجه منطقی خود نرسید. ما در حال حاضر نتیجه این محاسبه اشتباه در توسعه را مشاهده می کنیم. روسیه با ظهور موشک فالکون 9 آمریکایی و انواع آن موقعیت خود را در بازار پرتاب فضاهای تجاری به طور جدی از دست داده است و همچنین از نظر تعداد پرتاب های فضایی در سال به طور جدی پایین تر است. در پایان سال 2018 ، Roscosmos 20 پرتاب فضایی (یکی ناموفق) گزارش داد ، در حالی که در آوریل 2018 ، در مصاحبه با TASS ، ایگور کوماروف ، رئیس Roscosmos ، گفت که برنامه ریزی شده است 30 پرتاب فضایی توسط آخر سال. رهبر در پایان سال گذشته چین بود که 39 پرتاب فضایی انجام داد (یکی ناموفق) ، در رتبه دوم ایالات متحده با 31 پرتاب فضایی (بدون پرتاب ناموفق) قرار گرفت.
در مورد پروازهای فضایی مدرن ، لازم است بدانید که در کل هزینه راه اندازی یک وسیله پرتاب مدرن (LV) ، هزینه اصلی هزینه راکت است. بدنه ، مخازن سوخت ، موتورها - همه اینها برای همیشه پرواز می کنند ، در لایه های متراکم جو می سوزند ، روشن است که چنین هزینه های جبران ناپذیری هرگونه پرتاب یک وسیله پرتاب را به یک لذت بسیار گران قیمت تبدیل می کند. عدم تعمیر و نگهداری فضاهای فضایی ، سوخت ، کار مونتاژ قبل از پرتاب ، اما قیمت خود وسیله پرتاب ، مورد اصلی هزینه ها است. یک محصول تکنولوژیکی بسیار پیچیده از اندیشه مهندسی برای چند دقیقه استفاده می شود ، پس از آن به طور کامل از بین می رود. به طور طبیعی ، این امر در مورد موشک های یکبار مصرف صادق است. ایده استفاده از وسایل پرتاب قابل بازیابی خود به خود در اینجا به عنوان یک فرصت واقعی برای کاهش هزینه هر پرتاب فضایی مطرح می شود. در این مورد ، حتی بازگشت تنها مرحله اول ، هزینه هر پرتاب را کمتر می کند.
فرود اولین مرحله بازگشت خودرو پرتاب Falcon 9
این یک طرح مشابه است که توسط میلیاردر آمریکایی ایلان ماسک اجرا شد و اولین مرحله بازیابی سنگین پرتاب کننده فالکون 9 را بازیابی کرد. در حالی که مرحله اول این موشک ها تا حدی قابل بازیابی است ، برخی از تلاش های فرود با شکست انجام می شود ، اما تعداد فرودهای ناموفق در سالهای 2017 و 2018 تقریباً به صفر رسید. به عنوان مثال ، سال گذشته به ازای هر 10 فرود موفق مرحله اول ، تنها یک شکست وجود داشت.در همان زمان ، SpaceX سال جدید را با فرود موفقیت آمیز اولین مرحله باز کرد. در 11 ژانویه 2019 ، اولین مرحله موشک Falcon 9 با موفقیت بر روی یک سکوی شناور فرود آمد ، علاوه بر این ، مجدداً مورد استفاده قرار گرفت و پیش از این ماهواره ارتباطی Telestar 18V را در سپتامبر 2018 به مدار پرتاب کرد. امروزه ، چنین مراحل اولیه قابل بازگشت قبلاً یک امر عملی بوده است. اما هنگامی که نمایندگان شرکت خصوصی فضایی آمریکا فقط در مورد پروژه خود صحبت کردند ، بسیاری از کارشناسان در احتمال اجرای موفقیت آمیز آن شک کردند.
در واقعیت های امروز ، اولین مرحله از یک موشک کلاس سنگین Falcon 9 در برخی پرتاب ها می تواند در نسخه مجدد استفاده شود. با بردن مرحله دوم موشک به ارتفاع کافی ، در ارتفاع حدود 70 کیلومتری از آن جدا می شود ، قفل شدن تقریبا 2.5 دقیقه پس از پرتاب وسیله پرتاب رخ می دهد (زمان بستگی به وظایف خاص پرتاب دارد). پس از جدایی از LV ، مرحله اول ، با استفاده از سیستم کنترل نگرش نصب شده ، مانور کوچکی را انجام می دهد ، از شعله موتورهای مرحله دوم کار اجتناب می کند و موتورها را برای آماده شدن برای سه مانور اصلی ترمز به جلو می چرخاند. هنگام فرود ، مرحله اول از موتورهای مخصوص خود برای ترمزگیری استفاده می کند. شایان ذکر است که مرحله بازگشت محدودیت های خاص خود را برای پرتاب اعمال می کند. به عنوان مثال ، حداکثر بار موشک Falcon 9 30-40 درصد کاهش می یابد. این به دلیل نیاز به ذخیره سوخت برای ترمز و فرود بعدی و همچنین وزن اضافی تجهیزات فرود نصب شده (سکان های مشبک ، تکیه گاه فرود ، عناصر سیستم کنترل و غیره) است.
موفقیت های آمریکایی ها و مجموعه های بزرگ پرتاب های موفق در جهان بی توجه نماند ، که مجموعه ای از اظهارات را در مورد شروع پروژه ها با استفاده مجدد از موشک ها از جمله بازگشت تقویت کننده های جانبی و اولین مرحله بازگشت به زمین برانگیخت. نمایندگان Roscosmos نیز در این مورد صحبت کردند. این شرکت در مورد از سرگیری کار برای ایجاد موشک های قابل استفاده مجدد در روسیه در ابتدای سال 2017 صحبت کرد.
پرتاب وسیله نقلیه "Korona" - نمای کلی
موشک کرونا قابل استفاده مجدد و پروژه های قبلی
شایان ذکر است که ایده موشک های قابل استفاده مجدد در اتحاد جماهیر شوروی مورد مطالعه قرار گرفت. پس از فروپاشی کشور ، این موضوع ناپدید نشد ؛ کار در این جهت ادامه یافت. آنها خیلی زودتر از زمانی که ایلان ماسک در مورد آن صحبت کرد ، شروع کردند. به عنوان مثال ، بلوک های مرحله اول موشک فوق سنگین شوروی Energia بازگردانده می شد ، این به دلایل اقتصادی و برای اجرای منابع موتورهای RD-170 ، که حداقل برای 10 پرواز طراحی شده بود ، ضروری بود.
کمتر شناخته شده است پروژه وسیله نقلیه پرتاب روسیانکا ، که توسط متخصصان مرکز موشکی دانشگاهی V. P. Makeev توسعه یافته است. این شرکت عمدتا به دلیل پیشرفتهای نظامی خود مشهور است. به عنوان مثال ، در اینجا بود که اکثر موشک های بالستیک داخلی که برای تسلیح زیردریایی ها در نظر گرفته شده بود ، از جمله موشک های بالستیک R-29RMU Sineva که در حال حاضر در خدمت ناوگان زیردریایی روسیه هستند ، ایجاد شد.
طبق پروژه ، روسیانکا یک وسیله پرتاب دو مرحله ای بود که مرحله اول آن قابل استفاده مجدد بود. اساساً همان ایده مهندسان SpaceX بود ، اما چند سال زودتر. این موشک قرار بود 21.5 تن محموله را در مدار کم مرجع پرتاب کند - این شاخص نزدیک به موشک فالکون 9 است. بازگشت مرحله اول به دلیل استفاده مجدد از موتورهای استاندارد مرحله ، در امتداد یک مسیر بالستیک صورت می گرفت. در صورت لزوم ، ظرفیت حمل موشک را می توان به 35 تن افزایش داد. در 12 دسامبر ، Makeyev SRC موشک جدید خود را در مسابقه Roscosmos برای توسعه وسایل نقلیه پرتاب مجدد استفاده کرد ، اما دستور ایجاد چنین دستگاههایی به رقبای مرکز فضایی تحقیقاتی و تولیدی Khrunichev با بایکال-آنگارا رسید. پروژه به احتمال زیاد ، متخصصان Makeev SRC صلاحیت اجرای پروژه خود را داشتند ، اما بدون توجه و بودجه کافی غیرممکن بود.
پروژه بایکال-آنگارا حتی بلند پروازانه تر بود ؛ این یک نسخه هواپیمایی از اولین مرحله بازگشت به زمین بود.برنامه ریزی شده بود که پس از رسیدن به ارتفاع تعیین شده محفظه ، بال مخصوصی در مرحله اول باز می شود و سپس در امتداد هواپیما با فرود در فرودگاه معمولی پرواز می کند و دنده فرود کشیده می شود. با این حال ، چنین سیستمی نه تنها بسیار پیچیده است ، بلکه گران است. شایستگی های غیرقابل انکار او شامل این واقعیت است که او می تواند از فاصله دورتر برگردد. متأسفانه ، این پروژه هرگز محقق نشد ، گاهی اوقات هنوز به یاد می آید ، اما نه بیشتر.
در حال حاضر جهان به فکر پرتاب مجدد وسایل نقلیه است. ایلان ماسک پروژه Big Falcon Rocket را اعلام کرد. چنین موشکی باید معماری دو مرحله ای داشته باشد که برای فضانوردی مدرن مشخص نیست ؛ مرحله دوم آن یک کل واحد با یک فضاپیما است که می تواند بار یا مسافر باشد. برنامه ریزی شده است که اولین مرحله Superheavy به زمین بازگردد و با استفاده از موتورهای خود فرود عمودی را در کاسمودروم انجام دهد ، این فناوری قبلاً توسط مهندسان SpaceX کاملاً توسعه یافته است. مرحله دوم موشک به همراه یک فضاپیما (در واقع این یک سفینه فضایی برای مقاصد مختلف است) که Starship نام داشت ، وارد مدار زمین می شود. مرحله دوم همچنین سوخت کافی برای کاهش سرعت در لایه های متراکم جو پس از اتمام ماموریت فضایی و فرود در سکوی دریایی باقی خواهد ماند.
شایان ذکر است که SpaceX نیز در چنین ایده ای کف دست ندارد. در روسیه ، پروژه یک وسیله نقلیه قابل استفاده مجدد از دهه 1990 توسعه یافته است. و دوباره ، آنها روی پروژه در مرکز موشکی دولتی به نام آکادمیک V. P. Makeev کار کردند. پروژه موشک روسی قابل استفاده مجدد نام زیبایی "Korona" دارد. Roscosmos این پروژه را در سال 2017 به یاد آورد و پس از آن نظرات مختلفی در مورد از سرگیری این پروژه به دنبال داشت. به عنوان مثال ، در ژانویه 2018 ، روسیسکایا گازتا این خبر را منتشر کرد که روسیه کار روی یک موشک فضایی قابل استفاده مجدد را از سر گرفته است. این در مورد ماشین پرتاب Korona بود.
برخلاف موشک فالکون -9 آمریکایی ، کرونای روسیه هیچ مرحله جداشدنی ندارد ؛ در واقع ، این یک فضاپیمای بلند و فرود نرم است. به گفته ولادیمیر دگتیار ، طراح عمومی Makeyev SRC ، این پروژه باید راه را برای اجرای پروازهای بین سرنشین دار بین سیاره ای طولانی مدت باز کند. برنامه ریزی شده است که مواد ساختاری اصلی موشک جدید روسیه فیبر کربن باشد. در همان زمان ، "کرونا" برای پرتاب فضاپیما به مدارهای کم ارتفاع با ارتفاع 200 تا 500 کیلومتر طراحی شده است. جرم خودرو پرتاب کننده حدود 300 تن است. جرم بار خروجی از 7 تا 12 تن است. برخاست و فرود "کرونا" باید با استفاده از امکانات پرتاب ساده انجام شود ، علاوه بر این ، گزینه پرتاب موشک قابل استفاده مجدد از سکوهای دریایی در حال بررسی است. خودرو پرتاب جدید قادر خواهد بود از همان پلتفرم برای برخاست و فرود استفاده کند. زمان آماده سازی موشک برای پرتاب بعدی تنها حدود یک روز است.
لازم به ذکر است که مواد فیبر کربن مورد نیاز برای ایجاد موشک های تک مرحله ای و قابل استفاده مجدد از دهه 90 قرن گذشته در فناوری هوافضا مورد استفاده قرار گرفته است. از اوایل دهه 1990 ، پروژه کرونا پیشرفت زیادی داشته است و پیشرفت قابل توجهی داشته است ، نیازی به گفتن نیست که ابتدا در مورد یک موشک بود. در همان زمان ، در روند تکامل ، طراحی موشک آینده ساده تر و کامل تر شد. به تدریج ، توسعه دهندگان موشک استفاده از بال و مخازن سوخت خارجی را کنار گذاشتند ، زیرا فهمیدند که مواد اصلی بدنه موشک قابل استفاده مجدد فیبر کربن است.
در جدیدترین نسخه موشک کرونا تا به امروز ، جرم آن به 280-290 تن نزدیک می شود.چنین وسیله پرتابی بزرگ یک مرحله ای به موتور موشک پیشرفته مایع کارآمد نیاز دارد که با هیدروژن و اکسیژن کار می کند. برخلاف موتورهای موشکی که در مراحل جداگانه قرار می گیرند ، چنین موتور موشکی با سوخت مایع باید در شرایط مختلف و در ارتفاعات مختلف ، از جمله برخاستن و پرواز خارج از جو زمین ، به طور مثر کار کند. طراحان Makeevka می گویند: "یک موتور موشک معمولی با سوخت مایع با نازل Laval فقط در محدوده ارتفاعی خاص مثر است." جت گاز در چنین موتورهای موشکی خود را با فشار "خارج از دریا" تنظیم می کند ؛ علاوه بر این ، آنها کارایی خود را هم در سطح زمین و هم در استراتوسفر بسیار بالا حفظ می کنند.
RN "Korona" در پرواز مداری با محفظه بار بسته ، ارائه دهید
با این حال ، تا کنون در جهان به سادگی یک موتور کار از این نوع وجود ندارد ، اگرچه آنها به طور فعال در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده توسعه یافته اند. کارشناسان معتقدند که وسیله پرتاب مجدد کرونا باید مجهز به یک نسخه ماژولار از موتور باشد ، که در آن نازل گوه هوا تنها عنصری است که در حال حاضر نمونه اولیه ندارد و در عمل آزمایش نشده است. در عین حال ، روسیه در تولید مواد کامپوزیت مدرن و قطعات از آنها تکنسین های خود را دارد. توسعه و کاربرد آنها کاملاً با موفقیت انجام می شود ، به عنوان مثال ، در JSC "Composite" و موسسه مواد روسی هوانوردی (VIAM).
برای یک پرواز ایمن در جو زمین ، ساختار فیبر کربن Korona توسط یک کاشی محافظ حرارت محافظت می شود ، که قبلاً در فضاپیمای Buran در VIAM توسعه داده شد و از آن پس مسیر توسعه قابل توجهی را طی کرده است. طراحان خاطرنشان می کنند: "بار اصلی حرارتی در کرونا روی کمان آن متمرکز می شود ، جایی که از عناصر محافظ حرارتی با درجه حرارت بالا استفاده می شود." "در عین حال ، طرفهای شعله ور وسیله نقلیه پرتاب قطر بیشتری دارند و در زاویه حاد جریان هوا قرار دارند. بار حرارتی روی این عناصر کمتر است و این به نوبه خود به ما اجازه می دهد از مواد سبک تر استفاده کنیم. در نتیجه ، حدود 1.5 تن در وزن صرفه جویی می شود. جرم قسمت دمای بالا موشک از 6 درصد کل جرم حفاظت حرارتی برای کرونا تجاوز نمی کند. برای مقایسه ، شاتل فضایی بیش از 20 درصد را شامل می شد."
شکل براق و مخروطی موشک قابل استفاده مجدد نتیجه آزمایش و خطای زیادی است. به گفته توسعه دهندگان ، آنها هنگام کار بر روی پروژه ، صدها گزینه مختلف را بررسی و ارزیابی کردند. توسعه دهندگان می گویند: "ما تصمیم گرفتیم که بالها را کاملاً رها کنیم ، مانند بالهای شاتل فضایی یا فضاپیمای بوران." - به طور کلی ، هنگامی که در لایه های بالایی جو ، بالها فقط با فضاپیما تداخل دارند. چنین سفینه هایی با سرعت مافوق صوت بهتر از "آهن" وارد جو نمی شوند و فقط با سرعت مافوق صوت به پرواز افقی می رسند ، پس از آن می توانند به طور کامل بر آیرودینامیک بالها تکیه کنند."
شکل متقارن مخروطی موشک اجازه می دهد تا نه تنها محافظت در برابر حرارت را تسهیل کند ، بلکه هنگام حرکت با سرعت پرواز بالا ، ویژگی های آیرودینامیکی خوبی نیز برای آن فراهم می کند. در حال حاضر در لایه های بالایی جو ، "Korona" نیروی بالابری دریافت می کند ، که به موشک اجازه می دهد نه تنها سرعت خود را کاهش دهد ، بلکه مانورهایی نیز می دهد. این به وسیله پرتاب کننده اجازه می دهد هنگام پرواز به محل فرود ، در ارتفاع بالایی مانور دهد ؛ در آینده تنها باید فرآیند ترمزگیری را تکمیل کند ، مسیر خود را اصلاح کند ، با استفاده از موتورهای کوچک مانور به سمت عقب بچرخد و بر روی زمین فرود آید.
مشکل پروژه این است که کرونا هنوز در شرایط عدم بودجه کافی یا عدم وجود کامل آن در حال توسعه است.در حال حاضر ، Makeyev SRC فقط یک پیش نویس طرح در این زمینه تکمیل کرده است. طبق داده های اعلام شده در طول مطالعه علمی XLII در زمینه فضانوردی در سال 2018 ، مطالعات امکان سنجی در مورد پروژه ایجاد وسیله نقلیه پرتاب Korona انجام شد و یک برنامه توسعه موشک م effectiveثر تهیه شد. شرایط لازم برای ایجاد یک وسیله پرتاب جدید مورد بررسی قرار گرفته است و چشم اندازها و نتایج فرآیند توسعه و عملکرد آینده موشک جدید مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
پس از فاش شدن اخبار مربوط به پروژه تاج در سالهای 2017 و 2018 ، سکوت دوباره در پی است … چشم انداز پروژه و اجرای آن هنوز مبهم است. در همین حال ، اسپیس ایکس قرار است در تابستان 2019 یک نمونه آزمایشی از موشک Big Falcon Rocket (BFR) قابل استفاده مجدد خود ارائه دهد. ممکن است سالها طول بکشد از ایجاد یک نمونه آزمایشی تا یک موشک کامل ، که قابلیت اطمینان و عملکرد آن را تأیید می کند ، اما در حال حاضر می توانیم اظهار کنیم: ایلان ماسک و شرکتش در حال ساخت چیزهایی هستند که با دست قابل مشاهده و لمس هستند. به در همان زمان ، به گفته دیمیتری مدودف ، نخست وزیر روسیه ، Roskosmos باید به پروژه خود پایان دهد و در مورد جایی که در آینده پرواز می کنیم صحبت کند. شما باید کمتر صحبت کنید و کارهای بیشتری انجام دهید.
