• РЕГИСТРАЦИЯ

Русский космос: проект «Корона» и другие разработки ГРЦ Макеева

Nikkuro
Русские войн не начинают. Русские их заканчивают...
12 июня 2017 г. 07:02 14 3700

Считается, что технологии всегда развиваются постепенно, от простого к сложному, от каменного ножа к стальному — и лишь затем к фрезерному станку с программным управлением. Однако судьба космического ракетостроения оказалась не столь прямолинейной. Создание простых, надежных одноступенчатых ракет долгое время оставалось недоступным для конструкторов. Требовались такие решения, которых не могли предложить ни материаловеды, ни двигателисты. До сих пор ракеты-носители остаются многоступенчатыми и одноразовыми: невероятно сложная и дорогостоящая система используется считаные минуты, после чего выбрасывается.

«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. [Первая повторно использованная первая ступень села на морскую платформу 30 марта 2017 года. На момент написания этой статьи результат еще не был известен - прим. Nikkuro].

«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».

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 [космических] 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.

***


Автор: Александр Вавилин

Образование: Челябинский государственный университет

Работа: ведущий инженер-конструктор проектного отдела ГРЦ им. Макеева



Источник

Русские войн не начинают. Русские их заканчивают...

В пятницу подъезжаю к гипермаркету...

В пятницу подъезжаю к гипермаркету, затариться пивком да креветками. Смотрю - свободное место есть, рядом с офигенным харлеем.Паркуюсь, выхожу из машины, начинаю рассматривать его, так как люблю мотоц...

Русофобская тусовка

Тусовка. Нет ничего более мерзкого и застойного, чем тусовка. Тусовка – это болото, где заводятся толстые жабы, которые не пропускают ни свежего воздуха, ни чистой воды, ни молодых талант...

Герой и предатель
  • Potap1956
  • 19 сентября 20:50
  • В топе

Давно смолкли залпы орудий,Над нами лишь солнечный свет, На чём проверяются люди,Если войны уже нет? ***Все мы, родившиеся в СССР, прекрасно помним 90-е. Турецкие кожаные куртки и малиновые пиджаки, п...

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    Nikkuro 18 сентября 21:42

    От шпионажа за родителями до жизни в Москве

    Что рассказал в своих мемуарах Эдвард Сноуден  17 сентября на прилавках книжных магазинов ряда стран появилась автобиография Эдварда Сноудена под названием Permanent Record («Личное дело»). В этой книге бывший агент ЦРУ и АНБ рассказывает подробности расследования, которое вынудило его скрываться от американских властей. Сноуден делит свою жизнь на три части...
    148
    Nikkuro 18 сентября 21:16

    Пекин-Вашингтону: не смешите наши «Дунфэны»!

    Почему «новейшая» американская противокорабельная ракета не сможет сдержать китайский флот   Си Цзиньпин и Дональд Трамп.«Срочная новость» - так была анонсирована на сайте www.defensenews.com статья Дэвида Лартера «ВМС США размещают новую ракету-убийцу кораблей на заднем дворе Китая». И тут же возник умозрительный образ некоего уникального амер...
    122
    Nikkuro 15 сентября 21:56

    Кардиолог назвал вредные для сна позы

    Самая полезная для человеческого организма поза для сна - на спине, а вот любителям восстанавливать силы на боку и на животе стоит задуматься о возможных побочных последствиях. Об этом в эфире радио "Спутник в Крыму" рассказал главный внештатный кардиолог министерства здравоохранения Республики Крым Валерий Садовой. - Поза "на боку" вредна для позвоночни...
    483
    Nikkuro 15 сентября 19:35

    Полёт «Кондора»: загадки необъявленной войны

    Международное сотрудничество может принимать самые странные формы. Крестовый поход в Латинской Америке против коммунизма превратился в коллективную охоту на политических оппонентов — и в «охоту на ведьм» с аутодафе. Что такое «Операция Кондор», каковы были её задачи, и какое отношение ко всему имели США — в нашей статье.   Кругом врагиФактическ...
    688
    Nikkuro 14 сентября 12:39

    Польские генералы: «Между Германией и Польшей существует секретный военный договор против СССР»

    Главной целью Мюнхенского пакта 1938 года были ослабление и разгром России, независимо от существующего строя. Сговор объединил правящие круги нацистской Германии, «панской» Польши и колониальных «демократий» Англии и Франции   Польские войска в Тешинской области Чехословакии в 1938 году действовали сообща с германскими.1 сентября 1939 года нап...
    537
    Nikkuro 14 сентября 09:48

    Первую в истории межзвёздную комету открыл крымчанин

    Крымский астроном обнаружил первую в истории межзвёздную комету. Небесное тело с другой солнечной системы пролетит над нашей планетой и максимально приблизится к Земле в декабре. Наши журналисты первыми оказались в генштабе учёного. Эксклюзивный репортаж Лили Веджат. Генштаб, как его сам называет Геннадий Борисов, и этот экран - место, к...
    732
    Nikkuro 14 сентября 09:23

    В случае военного конфликта с Россией...

    «Немцы поддержали бы даже корову, если бы она была против США…»    Несколько дней назад на одну из военных баз США в Европе была передислоцирована боевая тактическая группа мультидоменной войны армии США. Это подразделение, насчитывающее от 300 до 500 военнослужащих, уже приняло участие в военных учениях Rim of the Pacific–2018 на ракетном по...
    530
    Nikkuro 13 сентября 11:36

    В России создан 3D-радар нового типа

    В России создан прототип радара, основанный на технологии радиофотоники. Он будет выдавать информацию в виде трехмерного изображения. Об этом сообщают «Известия» со ссылкой на собственные источники в Министерстве обороны.   Российская армия вскоре может получить новый тип радаров, который способен эффективнее традиционных станций выявлять цели ...
    1796
    Nikkuro 12 сентября 23:30

    «Особо секретный разведывательный монстр» Америки

    Мастера «плаща и кинжала» не верят Трампу, а Трамп не жалует разведывательное сообщество. Перевес сил может наступить после президентских выборов-2020   Трамп не жалует разведывательное сообщество своей страны.Центральное разведывательное управление вывезло в 2017 году из России своего «ценного агента», который, как сообщила телекомпания CNN со...
    727
    Nikkuro 12 сентября 09:05

    Возрожденный завод в Орске получил заказов на 2 миллиарда рублей

    Воссозданный при участии "Газпромбанка" и Уралмашзавода на базе обанкротившегося машиностроительного гиганта "Ормето-ЮУМЗ" завод в Орске сформировал портфель заказов на два миллиарда рублей. Среди заказчиков значатся крупнейшие металлургические компании - в том числе ЕВРАЗ и Соколовско-Сарбайское горно-обогатительное производственное объединение из Казахстана. ...
    983
    Nikkuro 11 сентября 09:47

    «Газпром» обеспоточен происходящим в Европе

    Решение по Opal ставит под угрозу полноценный доступ к «Северному потоку-2»   Неожиданное решение Суда ЕС по отмене расширенного доступа «Газпрома» к газопроводу Opal будет иметь более серьезные последствия, чем потеря возможности поставлять в Германию около 13 млрд кубометров газа в год. Суд согласился с мнением Польши, что Еврокомиссия в данн...
    3886
    Nikkuro 10 сентября 10:49

    Хорошая плохая «Ангара», или Что случилось с главной российской ракетой?

    Перспективная тяжёлая ракета «Ангара» внезапно подверглась критике министерства обороны. Говорят, что она «не соответствует заявленным требованиям», и вообще. Что теперь делать и как так получилось? Попытаемся разобраться.   В общем, так: мне теперь из этого дома два пути — или я её веду в ЗАГС, либо она меня ведёт к прокурору   ...
    2061
    Nikkuro 10 сентября 08:23

    Президент в бикини

     Глава Республики Хорватия Колинда Грабар-Китарович изучала историю по американским учебникам. Поэтому ее шокирующему заявлению об «основном вкладе усташей в борьбу с фашизмом» удивляться нечего   Президент Хорватии Колинда Грабар-Китарович. Памятное мероприятие, которое устроили поляки по случаю 80-летия начала Второй мировой войны, ...
    4325
    Nikkuro 8 сентября 22:18

    Национал-либерализм шагает по планете

    По большому счёту - это тот же национал-социализм, только вид сбоку, потому что нет принципиальной разницы, на какой основе одна нация или одна политическая система провозглашает своё превосходство над остальным миром   United States of America über alles (Америка превыше всего).  Почему мы изображаем из себя страуса с мордой в песке ...
    1256
    Nikkuro 8 сентября 20:24

    Три случая из закордонной жизни нелегала Амира

    Служебная биография Героя Советского Союза разведчика Геворка Вартаняна стала учебным пособием для слушателей Академии внешней разведки России   Разведчики Геворк Андреевич и Гоар Левоновна Вартанян в одной из зарубежных стран. Все уже знают, любимые зрителями шпионские боевики не имеют ничего общего с реальной разведывательной службой, и ...
    2179
    Nikkuro 6 сентября 11:38

    Летающая бомба для Парижа

    Как над Эйфелевой башней чуть не взорвали самолёт  11 сентября 2001 года множество людей в разных уголках планеты приникли к экранам телевизоров, следя за развернувшейся в прямом эфире хроникой теракта, — угнанные террористами самолёты таранили нью-йоркские башни-близнецы. И мало кто вспоминал, что подобные кадры могли появиться ещё в 1994 году.   ...
    1293
    Nikkuro 5 сентября 10:46

    Европейский спутник увернулся от столкновения с аппаратом Илона Маска

    Спутнику Aeolus пришлось перейти на более высокую орбиту   Европейский спутник Aeolus, предназначенный для исследования климата на Земле, выполнил маневр, чтобы не столкнуться с одним из аппаратов проекта Starlink, разработанного компанией SpaceX. Об этом сообщило в понедельник Европейское космическое агентство (ЕКА) в Twitter.  "Этим...
    873
    Nikkuro 4 сентября 12:31

    Ту-95МС против В-52. Крылатый паритет времён «холодной войны»

    Русский «Медведь» берёт надёжностью и точностью удара, «американец» - скоростью и бомбовой нагрузкой   Насколько сегодня может быть страшен самолёт образца 1950-х? Оказывается, настолько, что способен довести до истерики целый континент. Именно так случилось в конце июля, когда российский Ту-95 вместе с китайскими коллегами совершал учебный пол...
    1436
    Nikkuro 4 сентября 08:38

    Кому Starliner, а кому «Союз»: будущее полетов на МКС

    Что ожидает транспорт к станции   Уже в ближайшие месяцы Россия может утратить монополию на доставку людей и грузов на Международную космическую станцию: близятся первые запуски пилотируемых кораблей, созданных компаниями Boeing и SpaceX в США. Это означает, что на «Союзах» на МКС теперь будут летать только российские космонавты. Indicator.Ru р...
    4393
    Nikkuro 3 сентября 13:07

    «Наркоманы на борту, сэр!»: как «развлекается» английский флот

    Матросы Её Величества не сухари какие-нибудь — они обожают отдыхать и оттягиваться по полной! Больше всего это любят делать подводники. Особенно, когда управляют мощной подводной лодкой со сверхсекретными инструкциями про ядерный удар… Июнь 2019-го. I got Stolly and Bolly and Molly, so I’m jolly Самая важная работа в мире? Любимый остров может спать...
    1646
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика