Метан та повторне використання для найдосконалішої у світі пускової установки, всі деталі про; Кохання;
Основні етапи повернення першого ступеня пускової установки Amour.
Ми вже говорили про це незадовго тому (30 вересня): пускова установка, яка врешті-решт замінить "Союз-2", буде метанною пусковою установкою, а перший етап буде багаторазовим "Сокіл".
Цей пусковий пристрій, який видався нам більш гіпотетичним, ніж інші («Союз 5», «Союз 6»), щойно випробував дивовижне прискорення рішень щодо нього. Він видається, принаймні, на папері, як найбільш просунутий у світі в комерційній галузі (див. Нижче його характеристики двома фахівцями з Роскосмосу). Буде перевірено до 2026 року.
Перш за все було оголошено, що RKTs Progress і Роскосмос підписали контракт на розробку цієї пускової установки:
Роскосмос і РКЦ Прогрес підписали 5 жовтня 2020 року державний контракт на попередній проект на тему "Створення космічного ракетного комплексу із ракетою-носієм скрапленого природного газу середнього класу" Амур ".
Завданням цієї роботи буде проектування нового комплексу комерційних ракет з ракетним паливом, що працює на скрапленому природному газі та рідкому кисні. Нова ракета матиме відновлюваний перший ступінь та багаторазові рідкі двигуни. Їх розробка вже ведеться в КБХА (яка є частиною інтегрованої структури НПО "Енергомаш" Роскосмосу, Воронеж) з 2016 року.
Максимальна комерційна спрямованість проекту дозволяє стверджувати, що вперше у вітчизняній космонавтиці [російська -NDLR] проектування пускової установки виконується за певної вартості послуги кінцевого пуску.
Запуск середнього класу Amour матиме ряд технічних характеристик, які найкраще відповідають світовим тенденціям та вимогам розробників. Зокрема, при проектуванні ракети буде вивчена можливість використання технічних рішень та вдосконалених матеріалів: повторне запалювання другого ступеня, збільшений обтікач носа, паливні баки в композиційних матеріалах, використання нових сплавів тощо.
За попередніми розрахунками, створюваний комплекс може почати проводити льотні випробування вже в 2026 році. Планується перейти до поступової заміни існуючого сімейства пускових установок "Союз-2".
Тоді Олександр Блошенко, відповідальний за майбутні проекти в Роскосмосі, а також керівник проекту Ігор Пшеничников відповіли на запитання ТАСС:
Роскосмос і РКЦ "Прогрес Ракета" підписали 5 жовтня 2020 року контракт на розробку проектного проекту космічного ракетного комплексу з новою пусковою установкою "Амур". Носієм стане перша в Росії метанова ракета багаторазового використання. Однією з ознак проекту "Любов" є створення служби запуску на суму 22 мільйони доларів. Крім того, ракета отримає безпрецедентний рівень надійності. Цей перспективний пусковий пристрій планується запустити з космодрому «Східний» в Амурській області. Програма створення пускової установки була затверджена на засіданні Науково-технічної ради (НТС) Роскосмосу за участю Дмитра Рогозіна, генерального директора Роскосмосу.
Ідея нової пускової установки, де вона приземлиться і як буде обслуговуватися її повернення, чи транспортуватимуть її роботи, унікальність її стартової площадки, а також вартість програми, її терміни, її " безсмертних "двигунів було сказано в розмові з ТАСС, виконавчим директором з перспективних програм і науки Роскосмосу Олександром Блошенко та головним експертом Департаменту перспективних програм та Сфери проекту Роскосмосу, відповідальним за реалізацію проекту Love-Project LNG, Ігор Пшеничников.
Чому саме метан?
На сьогоднішній день розробляються метанокисневі двигуни для перших етапів перспективних пускових установок; плани використання скрапленого природного газу як ракетного палива є світовою тенденцією. SpaceX використовуватиме версію двигуна Raptor на скрапленому газі на ряді ракет. Це, на думку американської компанії, метанові двигуни, які повинні відправити перших землян на Марс. Ще один метановий двигун BE-4 розробляється іншою приватною американською компанією Blue Origin для використання в ракеті Вулкан Об'єднаного стартового альянсу.
Метан - це перш за все дешеве паливо, його переробка та використання значною мірою освоюється іншими галузями, що дозволяє використовувати готові інфраструктурні рішення. Наприклад, немає необхідності розробляти спеціальні сховища для метану в наземному комплексі Любові - будуть взяті стандартні проекти Газпрому. Крім того, лише за 50 кілометрів від Східного за контрактом з Китаєм будується газоочисний комплекс "Гампром" (Amour GPP), з якого достатньо продовжити газопровід, щоб не кохати. Ракетне заправлення стане ще дешевшим.
Окрім хорошої «економічності», скраплений газ має багато технічних переваг. Метан є найбільш практичним паливом для багаторазових ракет. При згорянні, на відміну від гасу, скраплений газ утворює дуже мало сажі. З метаном компоненти двигуна не потрібно очищати від незгорілих залишків палива. Висока охолоджуюча здатність метану відведе надлишок тепла від двигуна під час роботи. Крім того, метан буде забезпечувати більш високий питомий імпульс.
Метан часто критикують за низьку щільність. Вважається, що через це танк доведеться збільшувати, що призведе до збільшення маси всієї ракети та втрати корисного навантаження. "Ці твердження невірні - при охолодженні до наднизьких температур скраплений газ ущільнюється настільки, щоб використовувати резервуари стандартних обсягів", - пояснив Блошенко.
З великою головою
За словами Пшеничникова, за попередніми розрахунками метан із пускової установки "Любов" матиме злітну вагу близько 360 тонн, висота ракети досягне 55 метрів, діаметр - 4,1 метра. Пускова установка матиме відновлену першу ступінь та другу одноразову ступінь, обидві оснащені метановими двигунами. Багаторазовий блок отримає посадкові штанги, а також аеродинамічні гратчасті рулі. Це обладнання можна вийняти для запуску в традиційній одноразовій версії. На етапі повернення "Амур" зможе випустити до 10,5 тонн корисного навантаження на низьку земну орбіту проти 8,5 для ракет серії "Союз-2". У версії, що не використовується багаторазово, Amour виведе 12,5 тонни на ту ж орбіту.
«Однією з особливостей нової ракети буде великий обтічник діаметром до 5,1 метра. Ми визначаємо характеристики обтічника таким чином, щоб він міг відповідати вимогам сучасних і майбутніх космічних кораблів, крім того, пускова установка повинна гарантувати перезапуск другої ступені або її виведення в режим очікування, що, в свою чергу, запропонує можливість запуску кластера. Всі ці рішення спрямовані на підвищення конкурентоспроможності продукту, що створюється », - пояснив Пшеничников.
За розрахунками промислових інститутів, ракета "Амур" матиме щонайменше вдвічі менше деталей, ніж ракети "Союз-2" аналогічного класу (попередні розрахунки дають 2 тис. Штук в "Амурі" проти 4,5 тис. Деталей для "Союзу"). Як приклад, експерти навели паливний бак для майбутньої ракети: він насправді буде одним для двох різних компонентів палива, просто відокремлених перегородкою. Це пов’язано з тим, що температура зрідження метану та кисню приблизно однакова.
Надійність пускової установки через значне зменшення кількості деталей ракети, а також за наявності "гарячого резервного копіювання", за оцінками експертів з Роскосмосу, повинна досягати 0,99. Для порівняння: для більшості ракет, що існують у світі зі значною статистикою запуску, цей показник не перевищує 0,98.
Запаліть 300 разів і не горіть
Під час першого етапу льотних випробувань планується забезпечити щонайменше десять польотів багаторазового першого етапу Амура. Однак у майбутньому планується запуск етапу до 100 разів. У цьому випадку центральний двигун першого ступеня, який буде відповідати за динамічну посадку ракети, повинен бути включений в цілому 300 разів. «Центральний двигун буде відповідальним за повернення сцени на Землю. Під час кожного польоту він спрацює тричі: спочатку він запалиться при запуску ракети, другий раз двигун спрацює, коли ступінь повторного входу буде уповільнено в щільних шарах атмосфери, і втретє - почнеться з тієї ж землі, з м’яким приземленням на ноги. Якщо ми хочемо в майбутньому 100 разів запустити багаторазовий етап, тоді середній двигун повинен бути розрахований на 300 запалень », - зазначив Пшеничников.
Головний експерт уточнив, що для створення такого двигуна Роскосмос не проводитиме випробувань 300 разів на Землі, а використовуватиме методи чисельного моделювання. "За сьогоднішніми мірками, враховуючи ціль у 300 пусків, вам доведеться взяти кілька десятків двигунів і довести їх майже до відмови, але я не можу уявити такий обсяг наземних випробувань. Як результат, у нас буде інший підхід до оцінки якості та надійності двигунів, в тому числі з використанням методів математичного моделювання », - сказав Пшеничников.
Друга ступінь "Амуру" отримає той самий двигун, але з чотирма камерами згоряння з маркуванням RD-0169V. Його тяга зросте приблизно до 110 тонн. На другому етапі буде розміщений такий двигун. Як зазначив Блошенко, не планується створювати багаторазову версію другого ступеня, оскільки підставки для його повернення, наприклад, крило, а також необхідність залишати паливо для третього і другого запуску двигуна, значно зменшить масове відношення (відношення ваги палива на стадії до ваги його структури. Чим вище отриманий коефіцієнт, тим краще - Примітка редактора ТАСС). Зменшення масового співвідношення другого етапу, у свою чергу, призведе до різкого зменшення вантажу, що виводиться в космос, і нейтралізує будь-яку потенційну економію, що виникає в результаті повторного використання другої ступені.
Прибережні ділянки
Перший етап "Амуру" повернеться до місць посадки, площа яких наразі розраховується експертами-балістиками залежно від траєкторій польоту нової ракети з космодрому Східний. «Спочатку ми дотримуємось вже домовлених зон« Союз-2 », але ми уточнимо місця посадки в рамках проекту. Вже ясно, що буде кілька майданчиків для висадки, в тому числі на самому сході. Кілька ділянок будуть розташовані на території Хабаровського краю, ближче до узбережжя Охотського моря », - сказав Пшеничников.
За його словами, після гальмування в атмосфері сцена спуститься в область підготовленої ділянки, здійснить маневр для точної посадки, потім розкриє посадкові штанги і плавно приземлиться завдяки третій активації центрального двигуна. Первинне технічне обслуговування багаторазового ракетного блоку буде виконуватися на місці. Як уточнив фахівець, "на майданчику буде мінімум обладнання для первинного видалення паливних компонентів, завдяки спеціальним технічним отворам труби будуть підключені для перекачування парів метану та кисню. Залишиться".
Далі екіпаж служби злітно-посадкової смуги складе шатуни та рулі протектора та завантажить їх у транспортний контейнер. Блок буде повернутий на космодром двома можливими способами - на зовнішній підвісці вертольота важкого підйомника Мі-26 або на вантажній платформі вздовж залізничної колії (якщо така є в районі посадки).
Після прибуття на сцену до Східного складально-випробувального комплексу (МІК) буде проведена його зовнішня експертиза, а також перевірка працездатності основних вузлів та вузлів двигуна. «Ми також плануємо широко застосовувати методи неруйнівного контролю, оскільки немає сенсу знімати двигун зі сцени. Тобто сама конструкція багаторазового каскаду включатиме необхідну і достатню сенсорну систему, яка разом із гарантією дозволить оцінити її стан без розбирання деталей ", - зазначив Блошенко.
За словами Пшеничникова, створення десантної платформи в морі для Амуру поки не розглядається, оскільки погодні умови в Охотському морі сильно ускладнюють стабільну роботу такої плавучої платформи. "Однак ми не виключаємо висадки в море з подальшим відновленням етапу, в тому числі спеціальними суднами, і буде розглядатися як частина проектного проекту", - додав фахівець.
У свою чергу Блошенко зазначив, що Росмосмос, як клієнт, не обмежує розробника проекту засобами збереження та транспортування підлоги до космодрому. Не виключено, що альтернативний варіант посадки з підлоги - наприклад, літак - розроблений із використанням складних крил. "Що стосується транспортування сцени з місця посадки, якщо розробники докажуть, що ми можемо, наприклад, ефективно використовувати таких роботів, як Boston Dynamics, для транспортування багаторазового пристрою в зону МІК на своїх спинах, то чому б і ні?", - жартує фахівець.
Легкий автоматичний пуск
Повідомляють представники Роскосмосу, що буде викладена абсолютно нова ідеологія щодо нового комплексу запуску ракет з метаном. Не планується будувати споруди для Амуру відповідно до вимог радянської моделі.
Ще однією особливістю Love є те, що пусковий комплекс буде повністю автоматичним. Ця концепція передбачає, що людям не потрібно виконувати жодної операції з ракетою, встановленою на сходинці. "Зараз, наприклад, для" Союзу-2 "до останнього моменту команда працює, фахівці виїжджають до службової вежі і проводять велику кількість процедур", - зазначив Пшеничников. Спеціаліст пояснив, що такий підхід не тільки підвищить безпеку препарату, значною мірою усунувши людський фактор, але також допоможе зменшити витрати на оплату праці.
Детальний бізнес-план
Перший запуск нового перевізника очікується через шість років. "Згідно з прийнятим планом, ми маємо забезпечити перший запуск ракети" Амур "у 2026 році. Вона буде запущена негайно з корисним навантаженням", - сказав Блошенко. Він зазначив, що вперше в національній історії ракети заздалегідь відомо, скільки коштуватиме цей запуск: 22 мільйони доларів.
«Вперше ми розробляємо ракету за певної вартості, мінімальна ціна послуги запуску становитиме 22 мільйони доларів. Крім того, метою всієї цієї роботи є створення ефективного бізнес-продукту, проект включає розробку детального бізнес-плану на етапі попереднього проектування. Будуть задіяні спеціалізовані компанії-співвиконавці, які скажуть, за яких умов ми досягнемо такої вартості запуску, а також покажуть чіткі терміни окупності проекту, враховуючи стан ринку запуску послуг », - сказав виконавчий директор.
Він уточнив, що "загальна вартість створення ракети - від підписання контракту на ескіз до першого запуску в 2026 році - не перевищить 70 мільярдів рублів".
Блошенко уточнив, що згідно з прийнятим сьогодні планом, наземні випробування метанового двигуна повинні бути повністю завершені до кінця 2024 року. Амурська інфраструктура на Східному, включаючи стартову площадку, буде будуватися паралельно із створенням ракети і повинна бути завершено негайно в день першого запуску.
Нова пускова установка, серед інших переваг, зазначив Блошенко, врешті-решт повинна зменшити "панораму" російських ракет - "Любов" дозволить діяти на всьому діапазоні навантаження легких і середніх ракет. Залежно від місця повернення першого етапу (вздовж траєкторії польоту або до космодрому) можна виконувати пуски з оптимальним навантаженням. Сьогодні середні та легкі транспортні засоби займають більше половини всього ринку послуг запуску, а з огляду на розвиток великих сузір’їв космічних кораблів, включаючи малі супутники (StarLink, OneWeb, Sphere тощо), ця частка буде лише зростати. "Якщо всі ключові показники програми" Амур "будуть реалізовані, ми плануємо забезпечити більшу частину комерційних запусків легкого та середнього класу новою ракетою", - сказав виконавчий директор компанії.
В рамках подальшого розвитку програми «Амур» також розглядається питання створення пускової установки із збільшеною вантажопідйомністю або використання першої метанової ступені ракети у важкій пусковій установці. «На основі блоку першої черги метанової ракети вже є пропозиції конструкторів створити ракету зі збільшеним корисним навантаженням, яка вже важить більше 440 тонн і виведе на низьку орбіту понад 17 тонн корисного навантаження. Цей самий блок також може бути використаний як бічний блок надважкої ракети », - зазначив Блошенко.
Джерела: Роскосмос та Роскосмос; Ілюстраційні кредити: Роскосмос і ТАСС
Пускова установка Amour згідно з її попереднім проектом.