Ako si pamätáte, posledný štart amerického raketoplánu uskutočnila NASA v roku 2011. Spojené štáty tak stratili schopnosť dopravovať svojich astronautov a náklad do vesmíru. Toto však netrvalo dlho.

Nová generácia privátneho orbitálu a suborbitálu kozmická loď... Pozývame vás pozrieť sa na najsľubnejšie súkromné vesmírne lode určené na prepravu posádky a nákladu.

Kozmická loď Lynx

XCOR Aerospace's Lynx je suborbitálna kozmická loď pre 2 osoby. Je určený na štart a pristátie na bežnej letiskovej dráhe. Okrem platených turistických letov je toto vesmírne vozidlo určené aj na vedecké experimenty počas krátkodobých letov.

Po úspešnom ukončení testov umožní kozmická loď Lynx turistom, ktorí zaplatili 95 000 dolárov, vystúpiť s pilotom do výšky 100 kilometrov nad povrch zemegule a pokochať sa pohľadmi na Zem na hranici medzi vesmírom a atmosfére, ako aj byť v stave nulovej gravitácie.

SpaceShipTwo je súkromná suborbitálna kozmická loď, ktorá môže prepraviť 6 pasažierov a 2 členov posádky. Maximálna výška letu tohto plavidla sa podľa konštruktéra lietadla Berta Rutana predpokladá na 160-320 km. To umožní predĺžiť čas strávený v nulovej gravitácii až na 6 minút. Cena lístka na cestu vesmírnou loďou SpaceShipTwo bude približne 200 000 dolárov. Prvý skúšobný let sa uskutočnil v roku 2010. Jeho komerčná prevádzka prebehne po sérii testov.

Spoločnosť Armadillo Aerospace, ktorá vyvinula kozmickú loď pre suborbitálne lety, bola založená najväčším svetovým multimilionárom Johnom Carmackom, ktorý spoluzakladal spoločnosť vyrábajúcu populárnu počítačové hry Quake, Wolfenstein 3D a DOOM. Toto vesmírne vozidlo bude obsahovať priestor pre dvoch pasažierov. Space Adventures spolupracuje s Armadillo Aerospace na predaji lístkov na loď za 110 000 dolárov a dokonca bude možné obletieť Mesiac za 100 000 000 dolárov.

Americká spoločnosť Bigelow Aerospace vyvíja súkromný orbitálny vesmírny komplex, ktorého vypustenie na obežnú dráhu je naplánované na koniec roka 2015. Táto stanica je určená nielen na vesmírnu turistiku, ale aj na dirigovanie vedecký výskum... V rokoch 2006 a 2007 už boli spustené dva experimentálne moduly. Výrobná technológia novej stanice od Bigelow Aerospace je udržiavaná v najprísnejšej dôvernosti. Je známe len to, že povrch modulu obsahuje 20 vrstiev, plášť odolá teplotám od -120 do +120 stupňov Celzia a táto stanica je schopná odolať aj nárazu veľmi veľkého vesmírneho telesa.

Projekt lietadla určeného na vypúšťanie rakiet Stratolaunch spoločne spustili spoluzakladateľ slávnej spoločnosti Microsoft Paul Allen a špecialista na vesmírne technológie Bert Ruthen. Rozpätie krídel tohto obrovského smrtiaceho aparátu bude až 117 metrov a hmotnosť bude asi 544 ton. Jeho účelom je vyniesť do vesmíru raketu, ktorá váži 222 ton. Hlavným účelom dizajnu Stratolaunch je doručiť náklad a satelity do vesmíru a plánuje sa aj vyslanie astronautov na toto lietadlo. Prvý operačný štart lietadla sa očakáva v roku 2016.

Vývoj systému na štart astronautov na nízku obežnú dráhu začala spoločnosť Liberty Launch Vehicle v spolupráci s Lockheed Martin a Astrium. Vylepšená 91-metrová raketa Liberty vynesie na obežnú dráhu kapsulu až so 7 pasažiermi. Štart prvého astronauta je naplánovaný na koniec tohto roka. Ak bude tento projekt úspešný, od roku 2016 bude možné vykonávať komerčné lety.

Blue Origin je súkromná letecká spoločnosť, ktorú založil Jeffrey Bezos, zakladateľ Amazon.com, aby poskytoval vesmírnu turistiku. Jeho vesmírne vozidlo bude môcť odviezť približne 7 ľudí a okrem toho aj náklad. Spoločnosť tiež vyvíja opätovne použiteľný prvý stupeň nosnej rakety s cieľom znížiť náklady na štart. Pravidelné komerčné lety sú naplánované na roky 2016-2018. Okrem toho sa spoločnosť Blue Origin zaoberala vytvorením suborbitálnej lode New Shepard, ktorá bola navrhnutá pre posádku 3 ľudí a náklad. Letové testy tejto lode už prebehli v štáte Texas.

Túto loď predstavila Sierra Nevada, ktorá dostala od NASA viac ako 100 miliónov dolárov na podporu svojich projektov. Dream Chaser je malá kozmická loď schopná pojať 7 astronautov a dopraviť ich na nízku obežnú dráhu. Tento projekt je založený na vývoji NASA, ktorý je starý viac ako 20 rokov. Štart lode má byť vertikálny a pristátie horizontálne, ako raketoplán. V roku 2016 už môže byť kozmická loď Dream Chaser pripravená na let.

Kozmickú loď CST-100 na nízkej obežnej dráhe vyvíja Boeing. Je schopný pojať 7 astronautov. NASA tento projekt aktívne financuje. Štát do nej už investoval viac ako 100 000 dolárov Loď CST-100 bude môcť v prípade núdze mäkké pristátie. Začiatok bezpilotných letov je plánovaný už v tomto roku a v roku 2017 sa uskutoční pilotovaný orbitálny let s posádkou 2 osôb.

Dragon je zatiaľ jedinou aktívnou vesmírnou nákladnou loďou na svete, ktorá je schopná vrátiť sa na Zem. Vyvinula ho spoločnosť SpaceX na žiadosť NASA, ktorá do tohto projektu investovala viac ako miliardu dolárov. Hlavným účelom lode Dragon je doručovať a vracať náklad do International vesmírna stanica... V budúcnosti sa počíta s dodávkou osôb na stanicu.

Ďakujeme, že ste o nás povedali svojim priateľom!

Pred 100 rokmi si otcovia - zakladatelia kozmonautiky len ťažko vedeli predstaviť, že vesmírne lode budú po jedinom lete vyhodené na skládku. Nie je prekvapujúce, že prvé projekty lodí boli považované za opakovane použiteľné a často okrídlené. Dlho- až do samého začiatku pilotovaných letov - súťažili na rysovacích doskách dizajnérov s jednorazovými "Vostok" a "Mercury". Bohužiaľ, väčšina opakovane použiteľných lodí zostala projektmi a jediný opätovne použiteľný systém akceptovaný na prevádzku (Space Shuttle) sa ukázal byť strašne drahý a zďaleka nie najspoľahlivejší. prečo sa to stalo?

Raketový priemysel je založený na dvoch zdrojoch – letectve a delostrelectve. Princíp letectva vyžadoval opätovnú použiteľnosť a tempomat, zatiaľ čo princíp delostrelectva bol naklonený jednorazovému použitiu „raketového projektilu“. Bojové rakety, z ktorých vyrástla praktická kozmonautika, boli samozrejme na jedno použitie.

Keď prišlo na prax, konštruktéri čelili celému radu problémov pri vysokorýchlostnom lete, vrátane extrémne vysokého mechanického a tepelného zaťaženia. Teoretickým výskumom, ako aj pokusom a omylom dokázali inžinieri vybrať optimálny tvar bojovej hlavice a efektívne tepelne tieniace materiály. A keď prišla na rad otázka vývoja skutočných vesmírnych lodí, stáli konštruktéri pred voľbou koncepcie: postaviť vesmírne „lietadlo“ alebo aparát kapsulového typu, podobne ako šéf medzikontinentálneho balistická strela? Keďže vesmírne preteky išli zbesilým tempom, zvolilo sa najjednoduchšie riešenie – napokon, z hľadiska aerodynamiky a dizajnu je kapsula oveľa jednoduchšia ako lietadlo.

Rýchlo sa ukázalo, že na technickej úrovni tých rokov bolo prakticky nemožné urobiť kapsulovú loď opakovane použiteľnou. Balistická kapsula vstupuje do atmosféry obrovskou rýchlosťou a jej povrch sa môže zahriať až na 2 500 – 3 000 stupňov. Vesmírne lietadlo s dostatočne vysokou aerodynamickou kvalitou pri zostupe z obežnej dráhy zažíva takmer polovičné teploty (1 300 – 1 600 stupňov), no materiály vhodné na jeho tepelnú ochranu ešte v 50. – 60. rokoch minulého storočia nevznikli. Jedinou účinnou tepelnou ochranou bol vtedy zámerne jednorazový ablačný náter: poťahová látka sa prúdením prichádzajúceho plynu roztavila a odparila z povrchu kapsuly, absorbovala a odvádzala teplo, ktoré by inak spôsobilo neprípustné zahrievanie zostupového vozidla.

Pokusy umiestniť všetky systémy do jednej kapsuly – pohonný systém s palivovými nádržami, riadiacimi systémami, podporou života a zásobovaním energiou – viedli k rýchlemu nárastu hmotnosti prístroja: čím väčšia je kapsula, tým väčšia je hmotnosť rozstupov. s peknou vysoká hustota). Nosnosť vtedajších nosných rakiet však bola obmedzená. Riešenie sa našlo v rozdelení lode na funkčné oddelenia. „Srdce“ astronautovho systému podpory života bolo umiestnené v relatívne malej kabíne-kapsule s tepelnou ochranou a bloky zostávajúcich systémov boli vybraté do jednorazových odnímateľných priehradiek, ktoré prirodzene nemali žiadny tepelný ochranný povlak. Zdá sa, že dizajnérov k takémuto rozhodnutiu podnietil aj malý zdroj hlavných systémov vesmírnej technológie. Napríklad raketový motor na kvapalné palivo „žije“ niekoľko stoviek sekúnd a na to, aby sa jeho zdroj dostal až na niekoľko hodín, musíte vynaložiť veľké úsilie.

Prehistória opakovane použiteľných lodí
Jedným z prvých technicky vyvinutých projektov raketoplánov bolo raketové lietadlo navrhnuté Eugenom Sengerom. V roku 1929 si tento projekt vybral pre svoju doktorandskú prácu. Podľa plánu rakúskeho inžiniera, ktorý mal len 24 rokov, sa malo raketové lietadlo dostať na nízku obežnú dráhu Zeme napríklad kvôli údržbe. orbitálnej stanici a potom sa pomocou krídel vráťte na Zem. Koncom 30. a začiatkom 40. rokov v špeciálne vytvorenom uzavretom výskumnom ústave vykonal hĺbkovú štúdiu raketového lietadla známeho ako „protinožkový bombardér“. Našťastie sa projekt nerealizoval v Tretej ríši, ale stal sa Štartovací bod pre mnohé povojnové diela tak na Západe, ako aj v ZSSR.

A tak bol v Spojených štátoch z iniciatívy V. Dornbergera (šéf programu V-2 v nacistickom Nemecku) začiatkom 50. rokov minulého storočia skonštruovaný raketový bombardér Bomi, ktorého dvojstupňová verzia mohla vstúpiť do nízko- obežnej dráhe Zeme. V roku 1957 začala americká armáda práce na raketovom lietadle DynaSoar. Zariadenie malo vykonávať špeciálne úlohy (kontrola satelitov, prieskumné a úderné operácie atď.) a vrátiť sa na základňu plánovacím letom.

V ZSSR sa ešte pred letom Jurija Gagarina zvažovalo niekoľko variantov okrídlených pilotovaných viacnásobne použiteľných vozidiel, ako napríklad VKA-23 (hlavný dizajnér V.M. Myasishchev), "136" (A.N. Tupolev), ako aj projekt P.V. . .. Tsybina, známa ako "lapotok", vyvinutá na príkaz S.P. Kráľovná.

V druhej polovici 60. rokov 20. storočia v ZSSR A.I. Mikojan, pod vedením G.E. Lozino-Lozinsky prebiehali práce na opakovane použiteľnom leteckom systéme Spiral, ktorý pozostával z nadzvukového pomocného lietadla a orbitálneho lietadla vypusteného na obežnú dráhu pomocou dvojstupňového raketového zosilňovača. Orbitálne lietadlá podľa rozmerov a účelu v všeobecný prehľad opakoval DynaSoar, no líšil sa tvarom a technickými detailmi. Zvažovala sa aj možnosť vypustenia Špirály do vesmíru pomocou nosnej rakety Sojuz.

Vzhľadom na nedostatočnú technickú úroveň tých rokov žiadny z početných projektov opakovane použiteľných okrídlených vozidiel z 50. – 60. rokov minulého storočia neopustil štádium návrhu.

Prvá inkarnácia

A predsa sa myšlienka opätovnej využiteľnosti raketových a vesmírnych technológií ukázala ako húževnatá. Do konca 60. rokov minulého storočia sa v USA a o niečo neskôr v ZSSR a Európe nahromadilo značné množstvo základov v oblasti hypersonickej aerodynamiky, nových konštrukčných a tepelne tieniacich materiálov. A teoretické štúdie boli podporené experimentmi, vrátane letov experimentálnych lietadiel, z ktorých najznámejší bol americký X-15.

V roku 1969 NASA podpísala prvé zmluvy s americkými leteckými spoločnosťami na štúdium vzhľadu sľubného opakovane použiteľného vesmírneho dopravného systému Space Shuttle (anglicky - "vesmírny raketoplán"). Podľa vtedajších predpovedí mala začiatkom 80-tych rokov dosahovať nákladná doprava „Zem-obežná dráha-Zem“ až 800 ton ročne a raketoplány museli ročne uskutočniť 50-60 letov, ktoré doručovali kozmické lode rôzne účely na obežnú dráhu v blízkosti Zeme, ako aj posádky a náklad pre orbitálne stanice. Očakávalo sa, že náklady na vynesenie nákladu na obežnú dráhu nepresiahnu 1000 dolárov za kilogram. Raketoplán zároveň vyžadoval schopnosť vrátiť z obežnej dráhy dostatočne veľké náklady, napríklad drahé mnohotonové satelity na opravu na Zemi. Treba si uvedomiť, že úloha vrátiť náklad z obežnej dráhy je v niektorých ohľadoch náročnejšia ako jeho vynesenie do vesmíru. Napríklad na kozmickú loď Sojuz si kozmonauti vracajúci sa z Medzinárodnej vesmírnej stanice môžu zobrať menej ako sto kilogramov batožiny.

V máji 1970, po analýze prijatých návrhov, NASA vybrala systém s dvoma okrídlenými stupňami a udelila kontrakty na ďalší vývoj projektu North American Rockwell a McDonnel Douglas. So štartovacou hmotnosťou asi 1 500 ton mal vyniesť na nízku obežnú dráhu 9 až 20 ton užitočného zaťaženia. Oba stupne mali byť vybavené zväzkami kyslíkovo-vodíkových motorov s ťahom každého 180 ton. V januári 1971 však boli požiadavky revidované - stiahnutá hmotnosť sa zvýšila na 29,5 tony a počiatočná hmotnosť - až 2 265 ton. Podľa prepočtov stálo spustenie systému nie viac ako 5 miliónov dolárov, ale vývoj sa odhadoval na 10 miliárd dolárov - viac, ako bol Kongres USA pripravený prideliť (nezabúdajme, že Spojené štáty boli v tom čase vo vojne v Indočíne).

NASA a vývojové spoločnosti stáli pred úlohou znížiť náklady na projekt aspoň o polovicu. Nebolo to možné dosiahnuť v rámci konceptu plne opätovne použiteľného: bolo príliš ťažké vyvinúť tepelnú ochranu pre schody s objemnými kryogénnymi nádržami. Vznikol nápad urobiť nádrže externé, jednorazové. Potom opustili okrídlený prvý stupeň v prospech opakovane použiteľných štartovacích motorov na tuhé palivo. Konfigurácia systému nadobudla známu podobu a jeho cena, približne 5 miliárd dolárov, sa udržala v rámci stanovených limitov. Je pravda, že náklady na spustenie sa zároveň zvýšili na 12 miliónov dolárov, ale to sa považovalo za celkom prijateľné. Ako jeden z vývojárov trpko zavtipkoval, „raketoplán navrhli účtovníci, nie inžinieri“.

Úplný vývoj raketoplánu, ktorý bol zverený spoločnosti North American Rockwell (neskôr Rockwell International), sa začal v roku 1972. V čase, keď bol systém uvedený do prevádzky (a prvý let Columbie sa uskutočnil 12. apríla 1981 – presne 20 rokov po Gagarinovi), išlo po všetkých stránkach o technologické majstrovské dielo. To sú len náklady na jeho vývoj presiahli 12 miliárd dolárov. Dnes náklady na jeden štart dosahujú fantastických 500 miliónov dolárov! Ako to? Opätovne použiteľný by mal byť v zásade lacnejší ako jednorazový (aspoň pokiaľ ide o jeden let)?

Po prvé, prognózy objemu nákladnej dopravy sa nenaplnili - ukázalo sa, že je to rádovo menej, ako sa očakávalo. Po druhé, kompromis medzi inžiniermi a finančníkmi neprospel efektívnosti raketoplánu: náklady na opravy a reštaurátorské práce mnohých jednotiek a systémov dosiahli polovicu nákladov na ich výrobu! Nákladná bola najmä údržba unikátnej keramickej tepelnej ochrany. Nakoniec, opustenie okrídleného prvého stupňa viedlo k tomu, že museli byť organizované nákladné pátracie a záchranné operácie na opätovné použitie posilňovačov na tuhé palivo.

Navyše, raketoplán mohol fungovať len v režime s ľudskou posádkou, čo výrazne zvýšilo náklady na každú misiu. Kokpit s astronautmi nie je oddelený od kozmickej lode, a preto je v niektorých častiach letu každá vážna nehoda plná katastrofy so smrťou posádky a stratou raketoplánu. Stalo sa tak už dvakrát – s Challengerom (28. januára 1986) a Columbiou (1. februára 2003). Posledná katastrofa zmenila postoj k programu Space Shuttle: po roku 2010 budú raketoplány vyradené z prevádzky. Nahradia ich Oriony, ktoré sa navonok veľmi podobajú na ich starého otca – loď Apollo – a majú znovu použiteľnú kapsulu posádky.

Hermes, Francúzsko / ESA, 1979-1994. Orbitálne lietadlo vypustené vertikálne raketou Ariane-5, pristávajúce horizontálne s bočným manévrom až 1 500 km. Štartovacia hmotnosť - 700 ton, orbitálny stupeň - 10-20 ton Posádka - 3-4 osoby, stiahnutý náklad - 3 tony, návrat - 1,5 tony

Raketoplány novej generácie

Od začiatku programu Space Shuttle bolo vo svete niekoľko pokusov o vytvorenie nových opakovane použiteľných lodí. Projekt Hermes sa začal rozvíjať vo Francúzsku koncom 70. rokov a potom pokračoval v rámci Európskej vesmírnej agentúry. Toto malé vesmírne lietadlo, silne pripomínajúce projekt DynaSoar (a Clipper vyvíjaný v Rusku), malo byť vynesené na obežnú dráhu s jednorazovou raketou Ariane-5, ktorá na orbitálnu stanicu dopraví niekoľko členov posádky a až tri tony nákladu. . Napriek dosť konzervatívnemu dizajnu sa „Hermes“ ukázal ako nad sily Európy. V roku 1994 bol projekt, ktorý minul asi 2 miliardy dolárov, uzavretý.

Bezpilotné letecké lietadlo HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing), navrhnuté v roku 1984 spoločnosťou British Aerospace, vyzeralo oveľa fantastickejšie. Podľa konceptu malo byť toto jednostupňové okrídlené vozidlo vybavené unikátnym pohonným systémom, ktorý za letu skvapalňuje kyslík zo vzduchu a využíva ho ako okysličovadlo. Palivom bol vodík. Financovanie diela od štátu (tri milióny libier) prestalo o tri roky neskôr kvôli potrebe obrovských nákladov na demonštráciu konceptu nezvyčajného motora. Medzipolohu medzi „revolučným“ HOTOlom a konzervatívnym „Hermesom“ zaujíma letecký systém Sanger, vyvinutý v polovici 80. rokov v Nemecku. Prvým stupňom v ňom bolo hypersonické pomocné lietadlo s kombinovanými turbo-náporovými motormi. Po dosiahnutí 4-5 rýchlostí zvuku sa z jeho chrbta spustilo buď pilotované lietadlo Horus alebo jednorazový nákladný stupeň Kargus. Tento projekt však nevyšiel z „papierového“ štádia najmä z finančných dôvodov.

Americký projekt NASP zaviedol prezident Reagan v roku 1986 ako národný program leteckých lietadiel. Tento jednostupňový aparát, ktorý sa v tlači často nazýval „ Orient Express“, mal fantastické letové vlastnosti. Zabezpečovali ich náporové náporové motory s nadzvukovým spaľovaním, ktoré podľa odborníkov mohli pracovať pri Machových číslach od 6 do 25. Projekt však narazil na technické problémy a začiatkom 90. rokov bol uzavretý.

Sovietsky „Buran“ bol prezentovaný v domácej (i zahraničnej) tlači ako absolútny úspech. Po vykonaní jediného letu bez posádky 15. novembra 1988 však táto loď upadla do zabudnutia. Pre spravodlivosť treba povedať, že Buran sa ukázal byť o nič menej dokonalý ako raketoplán. A v bezpečnosti a všestrannosti použitia prekonal aj svojho zámorského konkurenta. Na rozdiel od Američanov si sovietski špecialisti nerobili ilúzie o nákladovej efektívnosti opakovane použiteľného systému – výpočty ukázali, že jednorazová strela bola efektívnejšia. Keď však vznikol Buran, hlavný aspekt bol iný – sovietsky raketoplán bol vyvinutý ako vojenský vesmírny systém. S koncom" studená vojna“Tento aspekt ustúpil do pozadia, čo sa nedá povedať o ekonomickej realizovateľnosti. A s tým bol Buran na tom zle: jeho štart sa považoval za súčasný štart niekoľkých stoviek nosných rakiet Sojuz. O osude "Buran" bolo rozhodnuté.

Klady a zápory

Napriek tomu, že nové programy na vývoj opakovane použiteľných lodí pribúdajú ako huby po daždi, zatiaľ žiadny z nich nebol úspešný. Vyššie uvedené projekty spoločností Hermes (Francúzsko, ESA), HOTOL (Veľká Británia) a Sanger (Nemecko) skončili bez výsledku. "Zavesenie" medzi epochami MAKS je sovietsko-ruský opakovane použiteľný letecký systém. Neúspešné a programy NASP (National Aerospace Plane) a RLV (Reusable Launch Vehicle) - ďalšie pokusy Spojených štátov o vytvorenie ITC druhej generácie, ktoré by nahradilo raketoplán. Aký je dôvod tejto nezávideniahodnej stálosti?

MAKS, ZSSR / Rusko, od roku 1985. Opätovne použiteľný vzduchový štartovací systém, horizontálne pristátie. Vzletová hmotnosť - 620 ton, druhý stupeň (s palivovou nádržou) - 275 ton, orbitálne lietadlo - 27 ton Posádka - 2 osoby, užitočné zaťaženie - do 8 ton Podľa vývojárov (NPO Molniya) je MAKS najbližšie k implementácii projekt opakovane použiteľnej lode

V porovnaní s nosnou raketou na jedno použitie je vytvorenie „klasického“ opakovane použiteľného dopravného systému mimoriadne nákladné. Samotné technické problémy opakovane použiteľných systémov sú riešiteľné, ale náklady na ich riešenie sú veľmi vysoké. Zvýšenie frekvencie používania si niekedy vyžaduje veľmi výrazné zvýšenie hmotnosti, čo vedie k zvýšeniu nákladov. Na kompenzáciu nárastu hmotnosti sa berú (a často vymýšľajú od nuly) ultraľahké a ultrapevné (a drahšie) konštrukčné a tepelne tieniace materiály, ako aj motory s jedinečnými parametrami. A použitie opakovane použiteľných systémov v oblasti nedostatočne preštudovaných hypersonických rýchlostí si vyžaduje značné náklady na aerodynamický výskum.

To však vôbec neznamená, že opakovane použiteľné systémy sa v zásade nemôžu vyplatiť. Pozícia sa mení s veľkým počtom štartov. Povedzme, že náklady na vývoj systému sú 10 miliárd dolárov. Potom, s 10 letmi (okrem nákladov na medziletové služby), bude jeden štart zahŕňať náklady na vývoj vo výške 1 miliardy USD a pri tisícke letov - iba 10 miliónov! O takom počte štartov sa však vzhľadom na všeobecné zníženie „vesmírnej aktivity ľudstva“ môže len snívať... Dá sa teda rezignovať na opakovane použiteľné systémy? Nie je tu všetko také jednoduché.

Po prvé, nie je vylúčený rast „civilizačnej vesmírnej aktivity“. Je daná určitá nádej nový trh vesmírna turistika. Možno, že najskôr budú žiadané malé a stredné lode „kombinovaného“ typu (opakovane použiteľné verzie „klasickej“ jednorazovky), ako napríklad európsky Hermes alebo nám je bližší ruský Clipper. Sú pomerne jednoduché, možno ich vystreliť do vesmíru konvenčnými (vrátane, možno už dostupnými) jednorazovými nosnými raketami. Áno, takáto schéma neznižuje náklady na dopravu nákladu do vesmíru, ale umožňuje znížiť náklady na misiu ako celok (vrátane odstránenia bremena sériovej výroby lodí z odvetvia). Okrem toho môžu okrídlené vozidlá drasticky znížiť preťaženie pôsobiace na astronautov počas zostupu, čo je nepochybná výhoda.

Po druhé, čo je obzvlášť dôležité pre Rusko, použitie opakovane použiteľných okrídlených stupňov umožňuje odstrániť obmedzenia týkajúce sa azimutu štartu a znížiť náklady na zóny vylúčenia vyčlenené pre pádové polia fragmentov nosných rakiet.

Clipper, Rusko, od roku 2000. Nová kozmická loď vo vývoji s opakovane použiteľnou kabínou na prepravu posádky a nákladu na nízku obežnú dráhu Zeme a na orbitálnu stanicu. Vertikálny štart raketou Sojuz-2, horizontálne pristátie alebo pristátie na padáku. Posádka je 5-6 osôb, štartovacia hmotnosť kozmickej lode je do 13 ton, pristávacia hmotnosť je do 8,8 tony.Predpokladaný termín prvého pilotovaného orbitálneho letu je rok 2015.

Hypersonické motory
Niektorí odborníci považujú nadzvukové náporové motory (scramjet motory), alebo, ako sa im častejšie hovorí, náporové motory s nadzvukovým spaľovaním, za najsľubnejší typ pohonných systémov pre opakovane použiteľné letecké lietadlá s horizontálnym štartom. Konštrukcia motora je mimoriadne jednoduchá – nemá kompresor ani turbínu. Prúd vzduchu je stlačený povrchom zariadenia, ako aj v špeciálnom prívode vzduchu. Typicky je jedinou pohyblivou časťou motora palivové čerpadlo.

Hlavnou vlastnosťou motora scramjet je, že pri rýchlosti letu šesť a viacnásobku rýchlosti zvuku sa prúd vzduchu nestihne spomaliť v sacom trakte na podzvukovú rýchlosť a spaľovanie musí prebiehať v nadzvukovom prúdení. A to predstavuje určité ťažkosti - palivo zvyčajne v takýchto podmienkach nemá čas spáliť. Dlhý čas sa verilo, že jediným palivom vhodným pre scramjet motor bol vodík. Pravda, povzbudivé výsledky sa nedávno dosiahli s palivami, ako je kerozín.

Napriek skutočnosti, že hypersonické motory boli študované od polovice 50. rokov 20. storočia, doteraz nebol vyrobený ani jeden letový model v plnej veľkosti: zložitosť výpočtu plynovo-dynamických procesov pri hypersonických rýchlostiach si vyžaduje nákladné letové experimenty v plnom rozsahu. Okrem toho sú potrebné tepelne odolné materiály, ktoré sú odolné voči oxidácii pri vysokých rýchlostiach, ako aj optimalizovaný systém na dodávku paliva a chladenie scramjetu počas letu.

Významnou nevýhodou hypersonických motorov je, že nemôžu pracovať od začiatku, aparatúra sa musí zrýchľovať na nadzvukovú rýchlosť s inými, napríklad konvenčnými prúdovými motormi. A samozrejme, scramjet motor funguje len v atmosfére, takže na vstup na obežnú dráhu je potrebný raketový motor. Potreba umiestniť niekoľko motorov do jedného vozidla výrazne komplikuje konštrukciu leteckého lietadla.

Mnohostranná mnohotvárnosť

Možnosti konštruktívnej implementácie opakovane použiteľných systémov sú veľmi rozmanité. Pri ich diskusii by sme sa nemali obmedzovať len na lode, treba povedať o opakovane použiteľných nosičoch – opakovane použiteľných prepravných systémoch nákladného priestoru (MTKS). Je zrejmé, že na zníženie nákladov na vývoj ITC je potrebné vytvoriť bezpilotné prostriedky a nepreťažovať ich nadbytočnými funkciami, ako napríklad raketoplán. To výrazne zjednoduší a uľahčí dizajn.

Z hľadiska jednoduchosti ovládania sú najatraktívnejšie jednostupňové systémy: teoreticky sú oveľa spoľahlivejšie ako viacstupňové systémy, nevyžadujú žiadne zóny vylúčenia (napríklad projekt VentureStar, vytvorený v USA pod program RLV v polovici 90. rokov 20. storočia). Ale ich implementácia je "na hranici možného": na vytvorenie takého je potrebné znížiť relatívna hmotnosťštruktúr aspoň o tretinu v porovnaní s moderné systémy... Avšak aj dvojstupňové opakovane použiteľné systémy môžu mať celkom prijateľné výkonnostné charakteristiky, ak sa použijú okrídlené prvé stupne, ktoré sa vracajú na miesto štartu spôsobom podobným lietadlu.

Vo všeobecnosti možno MTKS v prvej aproximácii klasifikovať podľa spôsobov štartu a pristátia: horizontálne a vertikálne. Často sa predpokladá, že horizontálne odpaľovacie systémy majú výhodu, pretože nevyžadujú zložité odpaľovacie zariadenia. Moderné letiská však nie sú schopné prijímať vozidlá s hmotnosťou nad 600 – 700 ton, čo výrazne obmedzuje možnosti horizontálnych odpaľovacích systémov. Je tiež ťažké predstaviť si vesmírny systém poháňaný stovkami ton kryogénnych pohonných látok medzi civilnými lietadlami, ktoré vzlietajú a pristávajú podľa plánu. A ak vezmeme do úvahy požiadavky na hladinu hluku, je zrejmé, že pre nosné rakety s horizontálnym štartom bude potrebné vybudovať samostatné letiská vysokej triedy. Takže horizontálny vzlet tu nemá žiadne významné výhody oproti vertikálnemu vzletu. Na druhej strane, vzlietanie a pristávanie vertikálne, môžete opustiť krídla, čo značne uľahčuje a znižuje náklady na konštrukciu, ale zároveň komplikuje presné pristávanie a vedie k zvýšeniu preťaženia počas zostupu.

Za pohonné systémy MTKS sa považujú ako tradičné raketové motory na kvapalné palivo (LPRE), tak rôzne varianty a kombinácie vzduchových prúdových motorov (WRM). Medzi nimi sú turbo-priamoprúdové, ktoré dokážu zrýchliť prístroj „z pokoja“ na rýchlosť zodpovedajúcu Machovmu číslu 3,5-4,0, priamy prúd s podzvukovým spaľovaním (prevádzka od M = 1 do M = 6 ), priamoprúdová s nadzvukovým spaľovaním (od M = 6 do M = 15 a podľa optimistických odhadov amerických vedcov dokonca až M = 24) a priamoprúdová raketa schopná fungovať v celom rozsahu letových rýchlostí - z nuly na orbitálnu.

Prúdové motory sú rádovo ekonomickejšie ako raketové motory (kvôli absencii okysličovadla na palube vozidla), ale majú aj rádovo vyššiu špecifickú hmotnosť, ako aj veľmi vážne obmedzenia rýchlosti a výšky letu. Pre racionálne využitie Vzduchový prúdový motor musí lietať pri vysokých rýchlostiach, pričom chráni konštrukciu pred aerodynamickým zaťažením a prehriatím. To znamená, že úspora paliva - najlacnejšia súčasť systému - WFD zvyšuje hmotnosť konštrukcie, čo je oveľa drahšie. Napriek tomu je pravdepodobné, že rámcové smernice o vode nájdu uplatnenie v relatívne malých opakovane použiteľných horizontálnych nosných raketách.

Najrealistickejšie, teda jednoduché a relatívne lacné na vývoj, sú azda dva typy systémov. Prvý je typu už spomínaného Clippera, v ktorom sa ako zásadne nové ukázalo iba pilotované, opakovane použiteľné okrídlené vozidlo (alebo jeho väčšina). Hoci malé rozmery spôsobujú určité ťažkosti z hľadiska tepelnej ochrany, znižujú náklady na vývoj. Technické problémy takýchto zariadení sú prakticky vyriešené. Clipper je teda krok správnym smerom.

Druhým sú vertikálne odpaľovacie systémy s dvoma stupňami riadených striel, ktoré sa môžu nezávisle vrátiť na miesto štartu. Pri ich tvorbe sa neočakávajú špeciálne technické problémy a z tých už vybudovaných sa zrejme dá vybrať vhodný štartovací komplex.

Keď to zhrnieme, môžeme predpokladať, že budúcnosť opakovane použiteľných vesmírnych systémov nebude bez mráčika. Svoje právo na existenciu si budú musieť brániť v tvrdom boji proti primitívnym, no spoľahlivým a lacným jednorazovým raketám.

Dmitrij Voroncov, Igor Afanasiev

Tento článok sa bude dotýkať takej témy, ako sú vesmírne lode budúcnosti: fotografie, popisy a technické údaje... Skôr než pristúpime priamo k téme, ponúkame čitateľovi krátky exkurz do histórie, ktorý pomôže zhodnotiť stav techniky vesmírny priemysel.

Vesmír počas studenej vojny bol jednou z arén, v ktorých sa bojovalo o konfrontáciu medzi Spojenými štátmi a ZSSR. Hlavným stimulom pre rozvoj kozmického priemyslu v tých rokoch bola práve geopolitická konfrontácia medzi superveľmocami. Obrovské zdroje boli venované programom na prieskum vesmíru. Napríklad na realizáciu projektu s názvom „Apollo“, ktorého hlavným cieľom je pristáť človeka na mesačnom povrchu, vláda Spojených štátov vynaložila približne 25 miliárd dolárov. Táto suma na 70. roky bola jednoducho gigantická. Rozpočet Sovietskeho zväzu, lunárny program, ktorý sa nikdy nemal uskutočniť, stál 2,5 miliardy rubľov. Vývoj kozmickej lode Buran stál 16 miliónov rubľov. Zároveň mu bolo súdené uskutočniť iba jeden vesmírny let.

Program raketoplánu

Jeho americký náprotivok oveľa viac šťastia. Raketoplán uskutočnil 135 štartov. Tento „šuplík“ však netrval večne. Jeho posledný štart sa uskutočnil 8. júla 2011. Počas realizácie programu vypustili Američania 6 „raketoplánov“. Jedným z nich bol prototyp, ktorý nikdy neuskutočnil vesmírne lety. Ďalší 2 utrpeli katastrofu úplne.

Program Space Shuttle možno len ťažko považovať za úspešný z ekonomického hľadiska. Jednorazové lode sa ukázali byť oveľa hospodárnejšie. Bezpečnosť letov raketoplánov navyše vyvolala pochybnosti. V dôsledku dvoch katastrof, ku ktorým došlo počas ich operácie, zahynulo 14 astronautov. Dôvod takýchto nejednoznačných cestovateľských výsledkov však nespočíva v technickej nedokonalosti lodí, ale v zložitosti samotnej koncepcie opakovane použiteľných kozmických lodí.

Hodnota kozmickej lode Sojuz dnes

V dôsledku toho sa Sojuz, jednorazová kozmická loď z Ruska, ktorá bola vyvinutá v 60. rokoch minulého storočia, stala jedinou kozmickou loďou, ktorá v súčasnosti vykonáva lety s ľudskou posádkou na ISS. Treba poznamenať, že to neznamená, že sú lepšie ako raketoplán. Majú množstvo významných nevýhod. Obmedzená je napríklad ich nosnosť. Tiež použitie takýchto zariadení vedie k hromadeniu orbitálnych zvyškov, ktoré zostávajú po ich prevádzke. Už čoskoro sa vesmírne lety na Sojuze stanú históriou. K dnešnému dňu neexistujú žiadne skutočné alternatívy. Kozmické lode budúcnosti sú stále vo vývoji, fotografie ktorých sú uvedené v tomto článku. Obrovský potenciál, ktorý je súčasťou koncepcie opätovného využitia lodí, zostáva často technicky nerealizovateľný aj v našej dobe.

Vyhlásenie Baracka Obamu

Barack Obama v júli 2011 oznámil, že hlavným cieľom astronautov zo Spojených štátov na najbližšie desaťročia je let na Mars. Vesmírny program "Constellation" sa stal jedným z programov, ktoré NASA uskutočňuje v rámci letu na Mars a prieskumu Mesiaca. Na tieto účely sú samozrejme potrebné nové vesmírne lode budúcnosti. Ako je to s ich vývojom?

Kozmická loď Orion

Hlavné nádeje sa vkladajú do vytvorenia Orionu, novej kozmickej lode, ako aj nosných rakiet Ares-5 a Ares-1 a lunárneho modulu Altair. V roku 2010 sa vláda Spojených štátov rozhodla obmedziť program Constellation, no napriek tomu NASA stále dostala príležitosť Orion ďalej rozvíjať. V blízkej budúcnosti sa plánuje uskutočniť prvý skúšobný bezpilotný let. Predpokladá sa, že zariadenie sa počas tohto letu vzdiali od Zeme o 6 tisíc km. To je asi 15-krát viac ako vzdialenosť, v ktorej je ISS od našej planéty. Po skúšobnom lete loď zamieri k Zemi. Nové zariadenie môže vstúpiť do atmosféry a vyvinúť rýchlosť 32 000 km / h. Orion od tento ukazovateľ prekonáva legendárne Apollo o 1,5 tisíc km/h. Prvý pilotovaný štart je naplánovaný na rok 2021.

Podľa plánov NASA budú Atlas-5 a Delta-4 pôsobiť ako nosné rakety tejto kozmickej lode. Bolo rozhodnuté opustiť vývoj "Ares". Na prieskum hlbokého vesmíru navyše Američania navrhujú SLS, novú nosnú raketu.

Koncept Orion

Orion je čiastočne opakovane použiteľná loď. Koncepčne má bližšie k Sojuzu ako k Shuttle. Väčšina kozmických lodí budúcnosti je čiastočne znovupoužiteľná. Tento koncept predpokladá, že tekutá kapsula lode môže byť znovu použitá po pristátí na Zemi. To umožní spojiť ekonomickú efektivitu operácií Apolla a Sojuz s funkčnou praktickosťou opakovane použiteľných lodí. Toto rozhodnutie je prechodnou fázou. Zdá sa, že v ďalekej budúcnosti budú všetky kozmické lode budúcnosti znovu použiteľné. Toto je trend vo vývoji kozmického priemyslu. Preto môžeme povedať, že sovietsky Buran je prototypom kozmickej lode budúcnosti, rovnako ako americký raketoplán. Výrazne predbehli dobu.

CST-100

Zdá sa, že slová „obozretnosť“ a „praktickosť“ charakterizujú Američanov čo najlepšie. Vláda tejto krajiny sa rozhodla neniesť všetky vesmírne ambície na plecia Orionu. Dnes na objednávku NASA niekoľko súkromných spoločností súčasne vyvíja svoje kozmické lode budúcnosti, ktoré sú navrhnuté tak, aby nahradili dnes používané vozidlá. Boeing napríklad vyvíja CST-100, čiastočne opakovane použiteľnú kozmickú loď s ľudskou posádkou. Je určený na krátke výlety na obežnú dráhu Zeme. Jeho hlavnou úlohou bude dodanie nákladu a posádky na ISS.

Plánované štarty CST-100

Posádku lode môže tvoriť až sedem ľudí. Počas vývoja CST-100, Osobitná pozornosť pohodlie astronautov. Jeho životný priestor sa v porovnaní s loďami predchádzajúcej generácie výrazne zväčšil. CST-100 bude pravdepodobne vypustený pomocou nosných rakiet Falcon, Delta alebo Atlas. Atlas-5 je zároveň najvhodnejšou možnosťou. Loď pristane pomocou airbagov a padáka. Podľa plánov Boeingu sa v roku 2015 očakáva celá séria CST-100 skúšobné spustenie... Prvé 2 lety budú bez posádky. Ich hlavnou úlohou je vyniesť na obežnú dráhu aparatúru a otestovať bezpečnostné systémy. Na tretí let sa plánuje pilotované dokovanie s ISS. V prípade úspešných testov CST-100 veľmi skoro nahradí Progress a Sojuz, ruské kozmické lode, ktoré majú dnes monopol na pilotované lety na ISS.

Vývoj hry "Dragon"

Ďalšou súkromnou kozmickou loďou, určenou na vykonávanie dodávky posádky a nákladu na ISS, bude zariadenie vyvinuté spoločnosťou SpaceX. Toto je "Dragon" - jednodielna loď, čiastočne opakovane použiteľná. Plánuje sa postaviť 3 modifikácie tohto zariadenia: autonómne, nákladné a s posádkou. Rovnako ako CST-100 môže mať posádku až sedem ľudí. Loď v nákladnej úprave pojme 4 osoby a 2,5 tony nákladu.

„Draka“ chcú v budúcnosti využiť aj na let na Mars. Na tento účel a špeciálna verzia táto loď sa volá Červený drak. Bezpilotný let tohto zariadenia na Červenú planétu sa uskutoční podľa plánov americkej vesmírnej správy v roku 2018.

Dizajnový prvok "Dragon" a prvé lety

Opätovná použiteľnosť je jednou z vlastností „Draka“. Palivové nádrže a časť energetických systémov po lete zostúpia spolu so živou kapsulou na Zem. Potom ich možno opäť použiť na cestovanie vesmírom. Tento dizajnový prvok priaznivo odlišuje "Dragon" od väčšiny ostatných sľubných vývojov. "Dragon" a CST-100 sa v blízkej budúcnosti budú navzájom dopĺňať a slúžiť ako "bezpečnostná sieť". Ak jeden z týchto typov lodí nemôže z nejakého dôvodu splniť úlohy, ktoré mu boli pridelené, časť jeho práce prevezme iná.

Dragon bol prvýkrát vypustený na obežnú dráhu v roku 2010. Skúšobný bezpilotný let bol úspešne ukončený. A v roku 2012, 25. mája, sa toto zariadenie pripojilo k ISS. V tom čase na lodi nebol žiadny automatický dokovací systém a na jeho implementáciu bolo potrebné použiť manipulátor vesmírnej stanice.

"Hľadač snov"

Dream Chaser je iný názov pre vesmírne lode budúcnosti. Nemožno nespomenúť tento projekt spoločnosti SpaceDev. Na jeho vývoji sa podieľalo aj 12 partnerov spoločnosti, 3 americké univerzity a 7 centier NASA. Táto loď sa výrazne líši od iných vesmírnych vývojov. Vyzerá ako miniatúrny raketoplán a dokáže pristáť ako bežné lietadlo. Jeho hlavné úlohy sú podobné tým, ktorým čelia CST-100 a "Dragon". Zariadenie je navrhnuté tak, aby dopravilo posádku a náklad na obežnú dráhu blízko Zeme a tam bude vypustené pomocou Atlas-5.

čo máme?

A čo môže Rusko odpovedať? Aké sú ruské vesmírne lode budúcnosti? V roku 2000 začala RSC Energia projektovať vesmírny komplex Clipper, ktorý je viacúčelový. Táto kozmická loď je opakovane použiteľná, navonok pripomína niečo ako „raketoplán“ a má zmenšenú veľkosť. Je určený na riešenie rôzne úlohy ako doručovanie nákladu, vesmírna turistika, evakuácia posádky stanice, lety na iné planéty. Do tohto projektu sa vkladali isté nádeje.

Predpokladalo sa, že čoskoro budú skonštruované vesmírne lode budúcnosti Ruska. Pre nedostatok financií sme sa však museli s týmito nádejami rozlúčiť. Projekt bol ukončený v roku 2006. Technológie, ktoré boli vyvinuté v priebehu rokov, sa plánujú použiť pri návrhu PPTS, známeho aj ako projekt „Rus“.

Vlastnosti PPTS

Najlepšie vesmírne lode budúcnosti, ako veria odborníci z Ruska, sú PPTS. Práve tento vesmírny systém je predurčený stať sa novou generáciou vesmírnych lodí. Bude schopný nahradiť Progress a Unions, ktoré rýchlo zastarávajú. Dnes sa RSC Energia zaoberá vývojom tejto kozmickej lode, ako v minulosti Clipper. PTK NK sa stane základnou modifikáciou tohto komplexu. Jeho hlavnou úlohou bude opäť doručiť posádku a náklad na ISS. V ďalekej budúcnosti je však vývoj modifikácií, ktoré budú schopné dlhodobo letieť na Mesiac, ako aj vykonávať rôzne výskumné misie.

Samotná loď by mala byť čiastočne znovupoužiteľná. Kapsula s kvapalinou sa po pristátí znovu použije, ale motorový priestor nie. Zaujímavosťou tejto lode je možnosť pristáť bez padáka. Reaktívny systém bude slúžiť na brzdenie a pristávanie na zemský povrch.

Nový kozmodróm

Na rozdiel od Sojuzu, ktorý štartuje z kozmodrómu Bajkonur nachádzajúceho sa v Kazachstane, nové lode plánujú štartovať z rozostavaného kozmodrómu Vostočnyj v Amurskej oblasti. Posádku bude tvoriť 6 ľudí. Zariadenie tiež unesie zaťaženie až 500 kg. Loď v bezpilotnej verzii dokáže dopraviť náklad až do hmotnosti 2 ton.

Výzvy, ktorým čelia vývojári PPTS

Jedným z hlavných problémov, ktorým čelí projekt PTS, je nedostatok nosných rakiet s požadovanými vlastnosťami. Hlavné technické aspekty kozmickej lode sú dnes rozpracované, ale nedostatok nosnej rakety stavia jej vývojárov do veľmi ťažkej pozície. Predpokladá sa, že sa bude svojimi vlastnosťami blížiť „Angare“, ktorá bola vyvinutá už v 90. rokoch.

Ďalším vážnym problémom, napodiv, je účel návrhu PPTS. Dnes si Rusko len ťažko môže dovoliť realizovať ambiciózne programy na prieskum Marsu a Mesiaca, podobné tým, ktoré realizujú Spojené štáty. Aj keď sa vesmírny komplex úspešne rozvinie, s najväčšou pravdepodobnosťou jeho jedinou úlohou zostane dodanie posádky a nákladu na ISS. Začiatok testovania PPTS bol odložený na rok 2018. V tomto čase už s najväčšou pravdepodobnosťou prevezmú funkcie, ktoré dnes vykonávajú ruské kozmické lode Progress a Sojuz, perspektívne vozidlá zo Spojených štátov.

Hlboké vyhliadky na vesmírny let

Je faktom, že svetu dnes chýba romantika vesmírneho cestovania. Tu, samozrejme, nejde o vesmírnu turistiku a vypúšťanie satelitov. Týchto oblastí astronautiky sa netreba báť. Lety na ISS sú pre vesmírny priemysel veľmi dôležité, no dĺžka pobytu na obežnej dráhe samotnej ISS ​​je obmedzená. V roku 2020 sa plánuje likvidácia tejto stanice. A kozmické lode budúcnosti s ľudskou posádkou sú neoddeliteľnou súčasťou špecifického programu. Nie je možné vyvinúť nový aparát bez predstáv o úlohách, ktorým čelí. Nielen pre doručovanie posádok a nákladu ISS sa v Spojených štátoch navrhujú nové kozmické lode budúcnosti, ale aj pre lety na Mesiac a Mars. Tieto úlohy sú však natoľko vzdialené každodenným pozemským starostiam, že v najbližších rokoch len ťažko môžeme očakávať výrazné prelomy v oblasti astronautiky. Vesmírne hrozby zostávajú fantáziou, takže nemá zmysel navrhovať vojnové lode budúcnosti. A samozrejme, mocnosti Zeme majú okrem vzájomného boja o miesto na obežnej dráhe a iných planétach aj mnohé iné starosti. Konštrukcia takých zariadení, akými sú vojnové lode budúcnosti, je preto tiež nepraktická.

  • Veda a technika
  • Nezvyčajné javy
  • Monitorovanie prírody
  • Autorské rubriky
  • História otvárania
  • Extrémny svet
  • Info-pomoc
  • Archív súborov
  • Diskusie
  • služby
  • Infofront
  • Informácie NF OKO
  • Exportovať RSS
  • užitočné odkazy




    • Dôležité témy

    Pred 100 rokmi si otcovia - zakladatelia kozmonautiky len ťažko vedeli predstaviť, že vesmírne lode budú po jedinom lete vyhodené na skládku. Nie je prekvapujúce, že prvé projekty lodí boli považované za opakovane použiteľné a často okrídlené. Dlho – až do samého začiatku pilotovaných letov – súťažili na rysovacích doskách dizajnérov s jednorazovými „Vostokmi“ a „Merkúrmi“. Bohužiaľ, väčšina opakovane použiteľných lodí zostala projektmi a jediný opätovne použiteľný systém akceptovaný na prevádzku (Space Shuttle) sa ukázal byť strašne drahý a zďaleka nie najspoľahlivejší. prečo sa to stalo?
    Raketový priemysel je založený na dvoch zdrojoch – letectve a delostrelectve. Princíp letectva vyžadoval opätovnú použiteľnosť a tempomat, zatiaľ čo princíp delostrelectva bol naklonený jednorazovému použitiu „raketového projektilu“. Bojové rakety, z ktorých vyrástla praktická kozmonautika, boli samozrejme na jedno použitie. Keď prišlo na prax, konštruktéri čelili celému radu problémov pri vysokorýchlostnom lete, vrátane extrémne vysokého mechanického a tepelného zaťaženia. Teoretickým výskumom, ako aj pokusom a omylom dokázali inžinieri vybrať optimálny tvar bojovej hlavice a efektívne tepelne tieniace materiály. A keď prišla na rad otázka vývoja skutočných kozmických lodí, stáli konštruktéri pred výberom koncepcie: postaviť vesmírne „lietadlo“ alebo aparát kapsulového typu, podobne ako hlavica medzikontinentálnej balistickej strely? Keďže vesmírne preteky išli zbesilým tempom, zvolilo sa najjednoduchšie riešenie – napokon, z hľadiska aerodynamiky a dizajnu je kapsula oveľa jednoduchšia ako lietadlo.

    „Zenger“ Takto videli nemeckí inžinieri štart vesmírneho lietadla v polovici 80. rokov. Prvým stupňom je urýchľovacie lietadlo s náporovými motormi. Druhý orbitálny stupeň štartuje vo výške nad 30 km rýchlosťou 6,8 Mach. štartovacia hmotnosť systému je 340 ton, z toho 100 ton vodíka. Druhý stupeň nesie 65,5 tony raketového paliva. Posádka - 2 piloti, 4 cestujúci, náklad - 2-3 tony. prvý stupeň bol navrhnutý ako hypersonické osobné lietadlo s 250 sedadlami. Orbitálna umožnila úpravu pre 36 pasažierov.

    Hermes, Francúzsko / ESA, 1979-1994. Orbitálne lietadlo vypustené vertikálne raketou Ariane-5, pristávajúce horizontálne s bočným manévrom do 1500 km. Štartovacia hmotnosť je 700 ton, orbitálny stupeň je 10-20 ton.Posádka je 3-4 ľudia, náklad na vynesenie je 3 tony, návratnosť je 1,5 tony.

    Rýchlo sa ukázalo, že na technickej úrovni tých rokov bolo prakticky nemožné urobiť kapsulovú loď opakovane použiteľnou. Balistická kapsula vstupuje do atmosféry obrovskou rýchlosťou a jej povrch sa môže zahriať až na 2 500 – 3 000 stupňov. Vesmírne lietadlo s dostatočne vysokou aerodynamickou kvalitou pri zostupe z obežnej dráhy zažíva takmer polovičné teploty (1 300 – 1 600 stupňov), no materiály vhodné na jeho tepelnú ochranu ešte v 50. – 60. rokoch minulého storočia nevznikli. Jedinou účinnou tepelnou ochranou bol vtedy zámerne jednorazový ablačný náter: poťahová látka sa prúdením prichádzajúceho plynu roztavila a odparila z povrchu kapsuly, absorbovala a odvádzala teplo, ktoré by inak spôsobilo neprípustné zahrievanie zostupového vozidla. Pokusy umiestniť všetky systémy do jednej kapsuly – pohonný systém s palivovými nádržami, riadiacimi systémami, podporou života a zásobovaním energiou – viedli k rýchlemu nárastu hmotnosti zariadenia: čím väčšia kapsula, tým väčšia hmotnosť živíc. s pomerne vysokou hustotou). Nosnosť vtedajších nosných rakiet však bola obmedzená. Riešenie sa našlo v rozdelení lode na funkčné oddelenia. „Srdce“ astronautovho systému podpory života bolo umiestnené v relatívne malej kabíne-kapsule s tepelnou ochranou a bloky zostávajúcich systémov boli vybraté do jednorazových odnímateľných priehradiek, ktoré prirodzene nemali žiadny tepelný ochranný povlak. Zdá sa, že dizajnérov k takémuto rozhodnutiu podnietil aj malý zdroj hlavných systémov vesmírnej technológie. Napríklad raketový motor na kvapalné palivo „žije“ niekoľko stoviek sekúnd a na to, aby sa jeho zdroj dostal až na niekoľko hodín, musíte vynaložiť veľké úsilie.
    A predsa sa myšlienka opätovnej využiteľnosti raketových a vesmírnych technológií ukázala ako húževnatá. Do konca 60. rokov minulého storočia sa v USA a o niečo neskôr v ZSSR a Európe nahromadilo značné množstvo základov v oblasti hypersonickej aerodynamiky, nových konštrukčných a tepelne tieniacich materiálov. A teoretické štúdie boli podporené experimentmi, vrátane letov experimentálnych lietadiel, z ktorých najznámejší bol americký X-15. V roku 1969 NASA podpísala prvé zmluvy s americkými leteckými spoločnosťami na štúdium vzhľadu sľubného opakovane použiteľného vesmírneho dopravného systému Space Shuttle (anglicky - "vesmírny raketoplán"). Podľa vtedajších predpovedí mala začiatkom 80-tych rokov dosahovať nákladná doprava „Zem-obežná dráha-Zem“ až 800 ton ročne a raketoplány museli ročne uskutočniť 50-60 letov, ktoré doručovali kozmické lode rôzne účely na obežnú dráhu v blízkosti Zeme, ako aj posádky a náklad pre orbitálne stanice. Očakávalo sa, že náklady na vynesenie nákladu na obežnú dráhu nepresiahnu 1000 dolárov za kilogram. Raketoplán zároveň vyžadoval schopnosť vrátiť z obežnej dráhy dostatočne veľké náklady, napríklad drahé mnohotonové satelity na opravu na Zemi. Treba si uvedomiť, že úloha vrátiť náklad z obežnej dráhy je v niektorých ohľadoch náročnejšia ako jeho vynesenie do vesmíru. Napríklad na kozmickú loď Sojuz si kozmonauti vracajúci sa z Medzinárodnej vesmírnej stanice môžu zobrať menej ako sto kilogramov batožiny.

    Clipper, Rusko, od roku 2000. Nová kozmická loď vo vývoji s opakovane použiteľnou kabínou na prepravu posádky a nákladu na nízku obežnú dráhu Zeme a na orbitálnu stanicu. Vertikálny štart raketou Sojuz-2, horizontálne pristátie alebo pristátie na padáku. Posádka - 5-6 osôb, štartovacia hmotnosť lode - do 13 ton, pristávacia hmotnosť - do 8,8 tony.Predpokladaný termín - 2015.

    Kozmodrómy a rakety našej doby - XXI

    Venture Star, USA, 1993-2001. Projekt jednostupňového opakovane použiteľného vesmírneho transportného systému s vertikálnym štartom a horizontálnym pristátím. Práce boli zrušené v štádiu prototypu (projekt X-33) z dôvodu mnohých technických problémov. Hlavným je nedostatočná pevnosť konštrukcie s prísnymi obmedzeniami hmotnosti zariadenia ako celku.

    V máji 1970, po analýze prijatých návrhov, NASA vybrala systém s dvoma okrídlenými stupňami a udelila kontrakty na ďalší vývoj projektu North American Rockwell a McDonnel Douglas. So štartovacou hmotnosťou približne 1 500 ton by mal na nízku obežnú dráhu vyniesť 9 až 20 ton užitočného zaťaženia. Oba stupne mali byť vybavené zväzkami kyslíkovo-vodíkových motorov s ťahom každého 180 ton. V januári 1971 však boli požiadavky revidované - stiahnutá hmotnosť sa zvýšila na 29,5 ton a počiatočná hmotnosť - až 2 265 ton. Podľa prepočtov stálo spustenie systému nie viac ako 5 miliónov dolárov, ale vývoj sa odhadoval na 10 miliárd dolárov - viac, ako bol Kongres USA pripravený prideliť (nezabúdajme, že Spojené štáty boli v tom čase vo vojne v Indočíne). NASA a vývojové spoločnosti stáli pred úlohou znížiť náklady na projekt aspoň o polovicu. V rámci plne opätovne použiteľného konceptu sa to nepodarilo: bolo príliš ťažké vyvinúť tepelnú ochranu pre stupne s objemnými kryogénnymi nádržami. Vznikol nápad urobiť nádrže externé, jednorazové. Potom opustili okrídlený prvý stupeň v prospech opakovane použiteľných štartovacích motorov na tuhé palivo. Konfigurácia systému nadobudla známu podobu a jeho cena, približne 5 miliárd dolárov, sa udržala v rámci stanovených limitov. Je pravda, že náklady na spustenie sa zároveň zvýšili na 12 miliónov dolárov, ale to sa považovalo za celkom prijateľné. Ako jeden z vývojárov trpko zavtipkoval, „raketoplán navrhli účtovníci, nie inžinieri“.
    Úplný vývoj raketoplánu, ktorý bol zverený spoločnosti North American Rockwell (neskôr Rockwell International), sa začal v roku 1972. V čase, keď bol systém uvedený do prevádzky (a prvý let Columbie sa uskutočnil 12. apríla 1981 – presne 20 rokov po Gagarinovi), išlo po všetkých stránkach o technologické majstrovské dielo. To sú len náklady na jeho vývoj presiahli 12 miliárd dolárov. Dnes náklady na jeden štart dosahujú fantastických 500 miliónov dolárov! Ako to? Opätovne použiteľný by mal byť v zásade lacnejší ako jednorazový (aspoň pokiaľ ide o jeden let)? Po prvé, prognózy objemu nákladnej dopravy sa nenaplnili - ukázalo sa, že je to rádovo menej, ako sa očakávalo. Po druhé, kompromis medzi inžiniermi a finančníkmi neprospel efektívnosti raketoplánu: náklady na opravy a reštaurátorské práce mnohých jednotiek a systémov dosiahli polovicu nákladov na ich výrobu! Nákladná bola najmä údržba unikátnej keramickej tepelnej ochrany. Napokon, opustenie krutého prvého stupňa viedlo k tomu, že museli byť organizované nákladné pátracie a záchranné operácie na opätovné použitie posilňovačov na tuhé palivo.
    Navyše, raketoplán mohol fungovať len v režime s ľudskou posádkou, čo výrazne zvýšilo náklady na každú misiu. Kokpit s astronautmi nie je oddelený od kozmickej lode, a preto je v niektorých častiach letu každá vážna nehoda plná katastrofy so smrťou posádky a stratou raketoplánu. Stalo sa tak už dvakrát – s Challengerom (28. januára 1986) a Columbiou (1. februára 2003). Posledná katastrofa zmenila postoj k programu Space Shuttle: po roku 2010 budú raketoplány vyradené z prevádzky. Nahradia ich Oriony, ktoré sa navonok veľmi podobajú na ich starého otca – loď Apollo – a majú znovu použiteľnú kapsulu posádky, ktorú možno zachrániť.


    Raketoplány novej generácie

    Od začiatku programu Space Shuttle bolo vo svete niekoľko pokusov o vytvorenie nových opakovane použiteľných lodí. Projekt Hermes sa začal rozvíjať vo Francúzsku koncom 70. rokov a potom pokračoval v rámci Európskej vesmírnej agentúry. Toto malé vesmírne lietadlo, silne pripomínajúce projekt DynaSoar (a Clipper vyvíjaný v Rusku), malo byť vynesené na obežnú dráhu s jednorazovou raketou Ariane-5, ktorá dopraví niekoľko členov posádky a až tri tony nákladu. orbitálnej stanici. Napriek dosť konzervatívnemu dizajnu sa „Hermes“ ukázal ako nad sily Európy. V roku 1994 bol projekt, ktorý minul asi 2 miliardy dolárov, uzavretý. Bezpilotné letecké lietadlo HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing), navrhnuté v roku 1984 spoločnosťou British Aerospace, vyzeralo oveľa fantastickejšie. Tento jednostupňový okrídlený aparát mal byť podľa konceptu vybavený unikátnym pohonným systémom, ktorý za letu skvapalňuje kyslík zo vzduchu a využíva ho ako okysličovadlo. Palivom bol vodík.
    Financovanie diela od štátu (tri milióny libier) prestalo o tri roky neskôr kvôli potrebe obrovských nákladov na demonštráciu konceptu nezvyčajného motora. Medzipolohu medzi „revolučným“ HOTOlom a konzervatívnym „Hermesom“ zaujíma letecký systém Sanger, vyvinutý v polovici 80. rokov v Nemecku. Prvým stupňom v ňom bolo hypersonické pomocné lietadlo s kombinovanými turbo-náporovými motormi. Po dosiahnutí 4-5 rýchlostí zvuku sa z jeho chrbta spustilo buď pilotované lietadlo Horus alebo jednorazový nákladný stupeň Kargus. Tento projekt však nevyšiel z „papierového“ štádia najmä z finančných dôvodov. Americký projekt NASP zaviedol prezident Reagan v roku 1986 ako národný program leteckých lietadiel. Toto jednostupňové vozidlo, v tlači často nazývané „Orient Express“, malo fantastické letové vlastnosti. Zabezpečovali ich náporové nápory s nadzvukovým spaľovaním, ktoré podľa odborníkov mohli pracovať pri Machových číslach od 6 do 25. Projekt však narazil na technické problémy a začiatkom 90. rokov bol uzavretý.

    Náčrt rozloženia štartu kozmickej lode Clipper (jedna z možností)

    Kozmodrómy a rakety našej doby - XXI

    "Buran", ZSSR, 1976-? (nezatvorené). Opätovne použiteľná kozmická loď, analóg systému Space Shuttl. Vertikálny štart, horizontálne pristátie s bočným manévrom 2000 km. Štartovacia hmotnosť (s raketou Energia) je 2375 ton, orbitálny stupeň 105 ton Posádka je 10 ľudí, užitočné zaťaženie 30 ton Na obrázku je najväčšie dopravné lietadlo sveta An-225 Mriya prepravované Buranom.

    Sovietsky „Buran“ bol prezentovaný v domácej (i zahraničnej) tlači ako absolútny úspech. Po absolvovaní jediného 6-pilotného letu 15. novembra 1988 však táto loď upadla do zabudnutia. Pre spravodlivosť treba povedať, že Buran sa ukázal byť o nič menej dokonalý ako raketoplán. A v bezpečnosti a všestrannosti použitia prekonal aj svojho zámorského konkurenta. Na rozdiel od Američanov si sovietski špecialisti nerobili ilúzie o nákladovej efektívnosti opakovane použiteľného systému – výpočty ukázali, že jednorazová strela bola efektívnejšia. Keď však vznikol Buran, hlavný aspekt bol iný – sovietsky raketoplán bol vyvinutý ako vojenský vesmírny systém. S koncom studenej vojny tento aspekt ustúpil do úzadia, čo sa nedá povedať o ekonomickej výhodnosti. A s tým bol Buran na tom zle: jeho štart sa považoval za súčasný štart niekoľkých stoviek nosných rakiet Sojuz. O osude "Buran" bolo rozhodnuté.
    Napriek tomu, že nové programy na vývoj opakovane použiteľných lodí pribúdajú ako huby po daždi, zatiaľ žiadny z nich nebol úspešný. Vyššie uvedené projekty spoločností Hermes (Francúzsko, ESA), HOTOL (Veľká Británia) a Sapger (Nemecko) skončili bez výsledku. "Zavesenie" medzi epochami MAKS je sovietsko-ruský opakovane použiteľný letecký systém. Neúspešné a programy NASP (National Aerospace Plane) a RLV (Reusable Launch Vehicle) - ďalšie pokusy Spojených štátov o vytvorenie ITC druhej generácie, ktoré by nahradilo raketoplán. Aký je dôvod takejto nezávideniahodnej stálosti. V porovnaní s nosnou raketou na jedno použitie je vytvorenie „klasického“ opakovane použiteľného dopravného systému mimoriadne nákladné. Samotné technické problémy opakovane použiteľných systémov sú riešiteľné, ale náklady na ich riešenie sú veľmi vysoké. Zvýšenie frekvencie používania si niekedy vyžaduje veľmi výrazné zvýšenie hmotnosti, čo vedie k zvýšeniu nákladov. Na kompenzáciu nárastu hmotnosti sa berú (a často vymýšľajú od nuly) ultraľahké a ultrapevné (a drahšie) konštrukčné a tepelne tieniace materiály, ako aj motory s jedinečnými parametrami. A použitie opakovane použiteľných systémov v oblasti nedostatočne preštudovaných hypersonických rýchlostí si vyžaduje značné náklady na aerodynamický výskum.
    To však vôbec neznamená, že opakovane použiteľné systémy sa v zásade nemôžu vyplatiť. Pozícia sa mení s veľkým počtom štartov. Povedzme, že náklady na vývoj systému sú 10 miliárd dolárov. Potom pri 10 letoch (okrem nákladov na medziletovú údržbu) bude jeden štart zahŕňať náklady na vývoj 1 miliardu USD a pri tisícke letov len 70 miliónov! O takom počte štartov sa však vzhľadom na všeobecné zníženie „vesmírnej aktivity ľudstva“ môže len snívať... Dá sa teda rezignovať na opakovane použiteľné systémy? Nie je tu všetko také jednoduché. Po prvé, nie je vylúčený rast „civilizačnej vesmírnej aktivity“. Nový trh pre vesmírnu turistiku dáva určité nádeje. Možno, že najskôr budú žiadané malé a stredné lode „kombinovaného“ typu (opakovane použiteľné verzie „klasických“ jednorazových, ako je európsky Hermes alebo nám bližší ruský Clipper. vrátane príp. , už sú k dispozícii) jednorazové nosné rakety.Áno, takáto schéma neznižuje náklady na dopravu nákladu do vesmíru, ale umožňuje znížiť náklady na misiu ako celok (vrátane odstránenia záťaže sériovej výroby lodí z odvetvia Rovnaké okrídlené kozmické lode umožňujú drasticky znížiť preťaženie pôsobiace na kozmonautov počas zostupu, čo je nepochybná výhoda. Po druhé, čo je obzvlášť dôležité pre Rusko, použitie opakovane použiteľných okrídlených stupňov umožňuje odstrániť obmedzenia týkajúce sa azimut štartu a znížiť náklady na zóny vylúčenia vyčlenené pre fragmenty padákových polí nosných rakiet.
    Možnosti konštruktívnej implementácie opakovane použiteľných systémov sú veľmi rozmanité. Pri ich diskusii by sme sa nemali obmedzovať len na lode, treba povedať o opakovane použiteľných nosičoch – opakovane použiteľných prepravných systémoch nákladného priestoru (MTKS). Je zrejmé, že na zníženie nákladov na vývoj ITC je potrebné vytvoriť bezpilotné prostriedky a nepreťažovať ich nadbytočnými funkciami, ako napríklad raketoplán. To výrazne zjednoduší a uľahčí dizajn. Z hľadiska jednoduchosti obsluhy sú najatraktívnejšie jednostupňové systémy: teoreticky sú oveľa spoľahlivejšie ako jednostupňové systémy, nevyžadujú žiadne vylúčené zóny (napríklad projekt VentureStar, vytvorený v r. USA v rámci programu RLV v polovici 90. rokov 20. storočia). Ich realizácia je však „na hranici možného“: na ich vytvorenie je potrebné znížiť relatívnu hmotnosť konštrukcie aspoň o tretinu v porovnaní s modernými systémami. Dvojstupňové opakovane použiteľné systémy však môžu mať aj celkom prijateľné prevádzkové vlastnosti, ak použijete okrídlené prvé stupne, ktoré sa vracajú na miesto štartu ako v lietadle.

    MAKS, ZSSR / Rusko, od roku 1985. Opätovne použiteľný vzduchový štartovací systém, horizontálne pristátie. Vzletová hmotnosť - 620 ton, druhý stupeň s palivovou nádržou - 275 ton, orbitálne lietadlo - 27 ton Posádka - 2 osoby, užitočné zaťaženie - do 8 ton Podľa vývojárov (NPO Molniya). MAKS je najbližší projekt k opakovane použiteľnej lodi.

    Kozmodrómy a rakety našej doby - XXI

    "Orion". USA. Nová loď na dodanie posádky a nákladu na nízke zemské a cirkumlunárne dráhy a späť. Opätovne použiteľný je len modul posádky s tepelnou ochranou. Vertikálny štart, riadený zostup pomocou zdvíhacej sily trupu, pristátie na padáku. Hmotnosť orbitálneho stupňa - 25 ton, hmotnosť pristátia - 7,5 tony Posádka 4-6 osôb. Prvý let s ľudskou posádkou je v roku 2014, prvý let na Mesiac je v roku 2020.

    Vo všeobecnosti možno MTKS v prvej aproximácii klasifikovať podľa spôsobov štartu a pristátia: horizontálne a vertikálne. Často sa predpokladá, že horizontálne odpaľovacie systémy majú tú výhodu, že nevyžadujú zložité odpaľovacie zariadenia. Moderné letiská však nie sú schopné prijímať vozidlá s hmotnosťou nad 600 – 700 ton, čo výrazne obmedzuje možnosti horizontálnych odpaľovacích systémov. Je tiež ťažké predstaviť si vesmírny systém poháňaný stovkami ton kryogénnych pohonných látok medzi civilnými lietadlami, ktoré vzlietajú a pristávajú podľa plánu. A ak vezmeme do úvahy požiadavky na hladinu hluku, je zrejmé, že pre nosné rakety s horizontálnym štartom bude potrebné vybudovať samostatné letiská vysokej triedy. Takže horizontálny vzlet tu nemá žiadne významné výhody oproti vertikálnemu vzletu. Na druhej strane, vzlet a pristátie vertikálne, môžete opustiť krídla, čo značne uľahčuje a znižuje náklady na konštrukciu, ale zároveň sťažuje presné priblíženie pri pristátí a vedie k zvýšeniu preťaženia počas zostupu. .
    Za pohonné systémy MTKS sa považujú ako tradičné raketové motory na kvapalné palivo (LPRE), tak rôzne varianty a kombinácie vzduchových prúdových motorov (WRM). Medzi nimi sú turbo-priamoprúdové, ktoré dokážu zrýchliť prístroj „z pokoja“ na rýchlosť zodpovedajúcu Machovmu číslu 3,5-4,0, priamy prúd s podzvukovým spaľovaním (prevádzka od M = 1 do M = 6 ), priamoprúdová s nadzvukovým spaľovaním (od M = 6 do M = 15 a podľa optimistických odhadov amerických vedcov dokonca až M = 24) a priamoprúdová raketa schopná fungovať v celom rozsahu letových rýchlostí - z nuly na orbitálnu. Prúdové motory sú rádovo ekonomickejšie ako raketové motory (kvôli absencii okysličovadla na palube vozidla), ale majú aj rádovo vyššiu špecifickú hmotnosť, ako aj veľmi vážne obmedzenia rýchlosti a výšky letu. Pre racionálne využitie prúdového motora je potrebné lietať pri vysokých rýchlostiach, pričom je konštrukcia chránená pred aerodynamickým zaťažením a prehriatím. To znamená, že úspora paliva - najlacnejšia súčasť systému - WFD zvyšuje hmotnosť konštrukcie, čo je oveľa drahšie. Napriek tomu je pravdepodobné, že rámcové smernice o vode nájdu uplatnenie v relatívne malých opakovane použiteľných horizontálnych nosných raketách.
    Najrealistickejšie, teda jednoduché a relatívne lacné na vývoj, sú azda dva typy systémov. Prvý je typu už spomínaného Clippera, v ktorom sa ako zásadne nové ukázalo iba pilotované, opakovane použiteľné okrídlené vozidlo (alebo jeho väčšina). Hoci malé rozmery spôsobujú určité ťažkosti z hľadiska tepelnej ochrany, znižujú náklady na vývoj. Technické problémy takýchto zariadení sú prakticky vyriešené. Clipper je teda krok správnym smerom. Druhým sú vertikálne odpaľovacie systémy s dvoma stupňami riadených striel, ktoré sa môžu nezávisle vrátiť na miesto štartu. Špeciálne technické problémy keď vzniknú, nepredpokladá sa to a vhodný odpaľovací komplex sa dá pravdepodobne vybrať spomedzi už vybudovaných. Keď to zhrnieme, môžeme predpokladať, že budúcnosť opakovane použiteľných vesmírnych systémov nebude bez mráčika. Svoje právo na existenciu si budú musieť brániť v tvrdom boji proti primitívnym, no spoľahlivým a lacným jednorazovým raketám.


    Prehistória opakovane použiteľných systémov

    Jedným z prvých technicky vyvinutých projektov raketoplánov bolo raketové lietadlo navrhnuté Eugenom Sengerom. V roku 1929 si tento projekt vybral pre svoju doktorandskú prácu. Podľa plánu rakúskeho inžiniera, ktorý mal len 24 rokov, sa malo raketové lietadlo dostať na nízku obežnú dráhu, napríklad kvôli obsluhe orbitálnej stanice, a potom sa pomocou krídel vrátiť na Zem. Koncom 30. a začiatkom 40. rokov v špeciálne vytvorenom uzavretom výskumnom ústave vykonal hĺbkovú štúdiu raketového lietadla známeho ako „protinožkový bombardér“. Našťastie sa projekt nerealizoval v Tretej ríši, ale stal sa východiskom mnohých povojnových prác tak na Západe, ako aj v ZSSR. A tak bol v Spojených štátoch z iniciatívy V. Dornbergera (šéf programu V-2 v nacistickom Nemecku) začiatkom 50. rokov minulého storočia skonštruovaný raketový bombardér Bomi, ktorého dvojstupňová verzia mohla vstúpiť do nízko- obežnej dráhe Zeme.
    V roku 1957 začala americká armáda práce na raketovom lietadle DynaSoar. Zariadenie malo vykonávať špeciálne úlohy (kontrola satelitov, prieskumné a úderné operácie atď.) a vrátiť sa na základňu plánovacím letom. V ZSSR sa ešte pred letom Jurija Gagarina zvažovalo niekoľko variantov okrídlených pilotovaných viacnásobne použiteľných vozidiel, ako napríklad VKA-23 (hlavný dizajnér V.M. Myasishchev), "136" (A.N. Tupolev), ako aj projekt P.V. . .. Tsybina, známa ako "lapotok", vyvinutá na príkaz S.P. Kráľovná. V druhej polovici 60. rokov 20. storočia v ZSSR A.I. Mikojan, pod vedením G.E. Lozino-Lozinsky prebiehali práce na opakovane použiteľnom leteckom systéme Spiral, ktorý pozostával z nadzvukového pomocného lietadla a orbitálneho lietadla vypusteného na obežnú dráhu pomocou dvojstupňového raketového zosilňovača. Orbitálne lietadlo bolo veľkosťou a účelom podobné ako DynaSoar, no líšilo sa tvarom a technickými detailmi. Zvažovala sa aj možnosť vypustenia Špirály do vesmíru pomocou nosnej rakety Sojuz. Vzhľadom na nedostatočnú technickú úroveň tých rokov žiadny z početných projektov opakovane použiteľných okrídlených vozidiel z 50. – 60. rokov minulého storočia neopustil štádium návrhu.

    Opätovne použiteľná kozmická loď znamená prístroj, ktorý je určený na opätovné použitie celej kozmickej lode alebo jej hlavných častí. Prvou skúsenosťou v tejto oblasti bol raketoplán. Potom bola úloha vytvoriť podobný prístroj sovietskym vedcom, v dôsledku čoho sa objavil Buran.

    V oboch krajinách sa navrhujú ďalšie zariadenia. Doteraz najpozoruhodnejším príkladom tohto typu projektu je čiastočne opakovane použiteľný Falcon 9 od SpaceX s vratným prvým stupňom.

    Dnes si povieme, prečo boli takéto projekty vyvinuté, ako sa prejavili z hľadiska efektívnosti a aké sú vyhliadky pre túto oblasť astronautiky.


    História raketoplánov sa začala písať v roku 1967, pred prvým letom s ľudskou posádkou v rámci programu Apollo. 30. októbra 1968 NASA oslovila americké vesmírne spoločnosti s návrhom vyvinúť opakovane použiteľný vesmírny systém s cieľom znížiť náklady na každý štart a na každý kilogram nákladu vyneseného na obežnú dráhu.

    Vláde bolo navrhnutých niekoľko projektov, ale každý z nich stál najmenej 5 miliárd dolárov, takže ich Richard Nixon odmietol. Plány NASA boli mimoriadne ambiciózne: projekt zahŕňal prevádzku orbitálnej stanice, na ktorú a z ktorej budú raketoplány neustále prenášať užitočné zaťaženie. Raketoplány mali tiež vypúšťať a vracať satelity z obežnej dráhy, udržiavať a opravovať satelity na obežnej dráhe a vykonávať misie s ľudskou posádkou.

    Konečné požiadavky na loď vyzerali takto:

    • Nákladový priestor 4,5x18,2 metra
    • Možnosť horizontálneho manévru na 2000 km (manéver lietadla v horizontálnej rovine)
    • Užitočné zaťaženie 30 ton pre nízku obežnú dráhu Zeme, 18 ton pre polárnu obežnú dráhu
    Riešením bol vznik raketoplánu, do ktorého sa investícia mala vrátiť vďaka vypúšťaniu satelitov na obežnú dráhu na komerčnej báze. Pre úspech projektu bolo dôležité čo najviac minimalizovať náklady na vynesenie každého kilogramu nákladu na obežnú dráhu. V roku 1969 tvorca projektu hovoril o znížení nákladov na 40-100 amerických dolárov za kilogram, zatiaľ čo pre Saturn V to bolo 2000 dolárov.

    Na štart do vesmíru použili raketoplány dva raketové posilňovače na tuhé palivo a tri vlastné hnacie motory. Raketové posilňovače na tuhé palivo boli oddelené vo výške 45 kilometrov, potom striekané do oceánu, opravené a znovu použité. Hlavné motory využívajú kvapalný vodík a kyslík vo vonkajšej palivovej nádrži, ktorá bola vymrštená vo výške 113 kilometrov a potom čiastočne zhorela v atmosfére.

    V ZSSR sa rozhodlo, že vlastnosti raketoplánu umožnia ukradnúť sovietske satelity alebo celú vesmírnu stanicu z obežnej dráhy: raketoplán môže vypustiť na obežnú dráhu 29,5 tony nákladu a znížiť ho o 14,5 tony. S prihliadnutím na plány 60 štartov ročne je to 1 770 ton ročne, hoci v tom čase Spojené štáty nevysielali do vesmíru 150 ton ročne. Zostup mal byť 820 ton za rok, aj keď zvyčajne sa z obežnej dráhy nič neuvoľnilo. Nákresy a fotografie raketoplánu naznačovali, že americká loď by mohla použiť jadrové zbrane na útok na ZSSR z akéhokoľvek bodu v blízkozemskom priestore, mimo zóny rádiovej viditeľnosti.

    Na ochranu pred možným útokom na staniciach Saljut a Almaz bol nainštalovaný modernizovaný automatický 23-milimetrový kanón NR-23. A aby držal krok s americkými bratmi vo vojenskom priestore, Sovietsky zväz začal s vývojom orbitálnej kozmickej lode-raketového lietadla opakovane použiteľného vesmírneho systému „Buran“.

    Vývoj opätovne použiteľného vesmírneho systému sa začal v apríli 1973. Samotná myšlienka mala veľa priaznivcov aj odporcov. Vedúci Ústavu MO pre vojenský priestor sa poistil a podal hneď dve správy - v prospech a proti programu, pričom obe tieto správy skončili na stole ministra obrany ZSSR DFUstinova. . Skontaktoval sa s Valentinom Glushkom, ktorý bol zodpovedný za program, ale namiesto toho poslal na stretnutie svojho zamestnanca v Energomaši Valeryho Burdakova. Po rozhovore o vojenských schopnostiach raketoplánu a jeho sovietskeho náprotivku Ustinov pripravil rozhodnutie, podľa ktorého mal vývoj opakovane použiteľnej kozmickej lode najvyššiu prioritu. Na vytvorenie lode začala mimovládna organizácia "Molniya", vytvorená na tieto účely.

    Úlohy "Buran" podľa plánu ministerstva obrany ZSSR boli: potenciálneho protivníka na rozšírenie použitia vonkajší priestor na vojenské účely, riešenie problémov v záujme obrany, národného hospodárstva a vedy, vykonávanie vojensko-aplikovaného výskumu a experimentov s použitím zbraní na známych a nových fyzikálnych princípov, ako aj štart na obežnú dráhu, údržba a návrat na Zem kozmických lodí, astronautov a nákladu.

    Na rozdiel od NASA, ktorá riskovala svoju posádku počas prvého letu raketoplánu s ľudskou posádkou, Buran uskutočnil svoj prvý let v automatickom režime pomocou palubného počítača založeného na IBM System / 370. 15. novembra 1988 sa uskutočnil štart, nosná raketa Energia vyniesla kozmickú loď na nízku obežnú dráhu Zeme z kozmodrómu Bajkonur. Kozmická loď urobila dva oblety okolo Zeme a pristála na letisku Yubileiny.

    Počas pristávania došlo k nehode, ktorá ukázala, aký šikovný sa ukázal byť automatický systém. Vo výške 11 kilometrov loď urobila prudký manéver a opísala slučku s otočkou o 180 stupňov – teda sadla si a vchádzala z druhého konca pristávacej dráhy. Toto rozhodnutie urobila automatika po prijatí údajov o búrkovom vetre s cieľom ísť po najpriaznivejšej trajektórii.

    Automatický režim bol jedným z hlavných rozdielov od raketoplánu. Navyše, raketoplány pristávali s nefunkčným motorom a viackrát nemohli pristáť. Na záchranu posádky v "Buran" poskytol katapult pre prvých dvoch pilotov. Konštruktéri zo ZSSR totiž skopírovali konfiguráciu raketoplánov, čo nepopreli, no urobili množstvo mimoriadne užitočných inovácií z pohľadu ovládania vozidla a bezpečnosti posádky.

    Bohužiaľ, . V roku 1990 boli práce pozastavené a v roku 1993 úplne uzavreté.


    Ako to už s hrdosťou národa býva, verzia 2.01 „Bajkal“, ktorú chceli poslať do vesmíru, hnila dlhé roky pri móle vodnej nádrže Chimki.

    Príbehu ste sa mohli dotknúť v roku 2011. Navyše z tohto príbehu mohli ľudia dokonca odtrhnúť kúsky plášťa a tepelne ochranného náteru. V tom roku bola loď dodaná z Chimki do Žukovského, aby bola o pár rokov zrekonštruovaná a predstavená na MAKS.


    "Buran" zvnútra


    Dodávka "Buran" z Khimki do Žukovského


    "Buran" na MAKS, 2011, mesiac po začatí reštaurovania

    Napriek ekonomickej nevhodnosti, ktorú ukázal program Space Shuttle, sa Spojené štáty rozhodli neopustiť projekty na vytvorenie opakovane použiteľných kozmických lodí. V roku 1999 sa NASA spojila s Boeingom na vývoji dronu X-37. Existujú verzie, podľa ktorých je zariadenie navrhnuté na testovanie technológií budúcich vesmírnych stíhačov schopných znefunkčniť iné zariadenia. K tomuto názoru sa prikláňajú odborníci v Spojených štátoch.

    Zariadenie uskutočnilo tri lety s maximálnym trvaním 674 dní. Momentálne absolvuje štvrtý let, dátum štartu je 20. mája 2015.

    Orbitálne lietajúce laboratórium Boeing X-37 nesie užitočné zaťaženie až 900 kilogramov. V porovnaní s raketoplánom a Buranom, ktorý unesie pri štarte až 30 ton, je Boeing bábätko. Jeho ciele sú však iné. Rakúsky fyzik Eigen Senger začal, keď sa v roku 1934 pustil do vývoja raketového bombardéra s dlhým doletom. Projekt bol uzavretý, spomenul si na to v roku 1944, do konca druhej svetovej vojny, ale bolo príliš neskoro zachrániť Nemecko pred porážkou pomocou takéhoto bombardéra. V októbri 1957 Američania pokračovali v myšlienke spustením programu X-20 Dyna-Soar.

    Orbitálne lietadlo X-20 sa dokázalo po vstupe na suborbitálnu trajektóriu ponoriť do atmosféry do výšky 40-60 kilometrov, aby odfotografovalo alebo zhodilo bombu, a potom sa zdvihnutím z krídel vrátilo do vesmíru.

    Projekt bol uzavretý v roku 1963 v prospech civilného programu Gemini a vojenského projektu pre orbitálnu stanicu MOL.


    Nosné rakety Titan na vynesenie X-20 na obežnú dráhu


    Rozloženie X-20

    V ZSSR začali v roku 1969 stavať „BOR“ – bezpilotné orbitálne raketové lietadlo. Prvé spustenie sa uskutočnilo bez tepelnej ochrany, a preto zariadenie vyhorelo. Druhé raketové lietadlo havarovalo v dôsledku neotvorených padákov po úspešnom brzdení proti atmosfére. V nasledujúcich piatich štartoch iba raz BOR nevstúpil na obežnú dráhu. Napriek strate zariadení priniesol každý nový štart dôležité dáta pre ďalší vývoj. S pomocou BOR-4 v 80. rokoch testovali tepelnú ochranu budúceho „Buranu“.

    V rámci programu Špirála, pre ktorý bol BOR skonštruovaný, sa plánovalo vyvinúť urýchľovacie lietadlo, ktoré by vyletelo do výšky 30 kilometrov rýchlosťou až 6 rýchlostí zvuku, aby sa orbiter dostal na obežnú dráhu. Táto časť programu sa nekonala. Ministerstvo obrany požadovalo analóg amerického raketoplánu, takže sily boli poslané na Buran.


    BOR-4


    BOR-4

    Ak bol sovietsky Buran čiastočne skopírovaný z amerického raketoplánu, potom v prípade Dream Chaser sa všetko stalo presne naopak: opustený projekt BOR, konkrétne verzia raketového lietadla BOR-4, sa stal základom pre vytvorenie opätovne použiteľného kozmická loď od SpaceDev. „Space Chaser“ je skôr založený na skopírovanom orbitálnom lietadle HL-20.

    Práce na Dream Runneri sa začali v roku 2004 a v roku 2007 sa SpaceDev dohodol s United Launch Alliance na použití rakiet Atlas-5 na štart. Prvé úspešné testy vo veternom tuneli sa uskutočnili v roku 2012. Prvý letový prototyp bol zhodený z vrtuľníka z výšky 3,8 kilometra 26. októbra 2013.

    Nákladná verzia kozmickej lode bude podľa plánov dizajnérov schopná dopraviť na Medzinárodnú vesmírnu stanicu až 5,5 tony a vrátiť sa až 1,75 tony.

    Nemci začali v roku 1985 vyvíjať vlastnú verziu opakovane použiteľného systému – projekt sa volal „Zenger“. V roku 1995, po vývoji motora, bol projekt uzavretý, keďže by dával výhodu len 10-30% v porovnaní s európskou nosnou raketou „Ariane 5“.


    Lietadlo HL-20


    "Hľadač snov"

    V roku 2000 Rusko začalo s vývojom viacúčelovej kozmickej lode Clipper, ktorá mala nahradiť jednorazový Sojuz. Systém sa stal medzičlánkom medzi okrídlenými raketoplánmi a balistickou kapsulou Sojuz. V roku 2005 za účelom spolupráce s Európskou vesmírnou agentúrou, nová verzia- okrídlený Clipper.

    Zariadenie dokáže vyniesť na obežnú dráhu 6 ľudí a až 700 kilogramov nákladu, čiže v týchto parametroch dvojnásobne prevyšuje Sojuz. V súčasnosti nie sú žiadne informácie o tom, že by projekt prebiehal. Namiesto toho sa správy týkajú novej opakovane použiteľnej lode, Federácie.


    Viacúčelová kozmická loď Clipper

    Dopravná loď "Federation" s posádkou má nahradiť nákladné autá "Sojuz" a "Progress". Plánujú ho využiť okrem iného. Prvé spustenie je naplánované na rok 2019. Pri autonómnom lete bude musieť byť zariadenie schopné zostať až 40 dní a po ukotvení z orbitálnej stanice bude schopné prevádzky až 1 rok. V súčasnosti je dokončený vývoj návrhu a technických návrhov, pripravuje sa pracovná dokumentácia na vytvorenie lode prvej etapy.

    Systém pozostáva z dvoch hlavných modulov: návratového vozidla a motorového priestoru. Práca bude využívať nápady, ktoré boli predtým použité pre Clipper. Kozmická loď bude schopná dopraviť až 6 ľudí na obežnú dráhu a až 4 ľudí na Mesiac.


    Parametre zariadenia federácie

    Jedným z mediálne najviditeľnejších projektov na opakované použitie je momentálne vývoj SpaceX – transportná loď Dragon V2 a nosná raketa Falcon 9.

    Falcon 9 je čiastočne návratové vozidlo. Nosná raketa pozostáva z dvoch stupňov, z ktorých prvý má systém pre