اليوم ، يعرف الكثير منا ، أو على الأقل سمعوا ، عن عائلة شركة SpaceX الخاصة لمركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام جزئيًا. بفضل نجاح الشركة ، وكذلك شخصية المؤسس ، Elon Musk ، الذي غالبًا ما يصبح هو نفسه بطل موجز الأخبار ، لا تترك صواريخ Falcon 9 و SpaceX والرحلات الفضائية بشكل عام صفحات الصحافة الدولية. في الوقت نفسه ، كان لدى روسيا ولا يزال لديها تطوراتها الخاصة ومشاريعها التي لا تقل أهمية عن الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام ، والتي لا يُعرف عنها الكثير. الجواب على السؤال عن سبب حدوث ذلك واضح. صواريخ Ilona Mask تطير بانتظام إلى الفضاء ، والصواريخ الروسية القابلة لإعادة الاستخدام والقابلة لإعادة الاستخدام جزئيًا هي مجرد مشاريع ورسومات وصور جميلة في العروض التقديمية.
إطلاق الفضاء اليوم
في الوقت الحاضر ، يمكننا أن نقول بأمان أن روسكوزموس قد فاتت في مرحلة ما موضوع الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام ، حيث كانت بين يديها تطورات ومشاريع كانت قبل بلدان أخرى بعدة سنوات. لم تكتمل أبدًا جميع مشاريع الصواريخ الروسية القابلة لإعادة الاستخدام ، ولم يتم تنفيذها بالمعادن. على سبيل المثال ، مركبة إطلاق كورونا أحادية المرحلة القابلة لإعادة الاستخدام ، والتي تم تطويرها من عام 1992 إلى عام 2012 ، لم تصل أبدًا إلى نهايتها المنطقية. إننا نشهد بالفعل نتيجة هذا سوء التقدير في التنمية. فقدت روسيا بشكل خطير مواقعها في سوق إطلاق الفضاء التجاري مع ظهور صاروخ فالكون 9 الأمريكي ومتغيراته ، كما أنها أقل شأناً بشكل خطير من حيث عدد عمليات الإطلاق الفضائية التي يتم إجراؤها سنويًا. في نهاية عام 2018 ، أبلغت شركة Roscosmos عن 20 عملية إطلاق فضائية (واحدة غير ناجحة) ، بينما في أبريل 2018 ، في مقابلة مع TASS ، قال رئيس Roscosmos ، Igor Komarov ، إنه من المخطط تنفيذ 30 عملية إطلاق فضائية بواسطة نهاية السنة. وكانت الصين هي الرائدة في نهاية العام الماضي ، حيث نفذت 39 عملية إطلاق فضائية (واحدة غير ناجحة) ، واحتلت الولايات المتحدة المرتبة الثانية بـ 31 عملية إطلاق فضائية (لم تنجح واحدة).
عند الحديث عن الرحلات الفضائية الحديثة ، من الضروري أن نفهم أنه في التكلفة الإجمالية لإطلاق مركبة الإطلاق الحديثة (LV) ، فإن عنصر التكلفة الرئيسي هو الصاروخ نفسه. جسمها وخزانات الوقود والمحركات - كل هذا يطير بعيدًا إلى الأبد ، ويحترق في الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي ، ومن الواضح أن مثل هذه النفقات التي لا يمكن تعويضها تحول أي إطلاق لمركبة الإطلاق إلى متعة باهظة الثمن. ليس صيانة الموانئ الفضائية ، وليس الوقود ، ولا أعمال التجميع قبل الإطلاق ، ولكن سعر مركبة الإطلاق نفسها ، هو العنصر الرئيسي في النفقات. يتم استخدام منتج تقني شديد التعقيد للفكر الهندسي لبضع دقائق ، وبعد ذلك يتم تدميره تمامًا. وبطبيعة الحال ، هذا صحيح بالنسبة للصواريخ التي تستخدم لمرة واحدة. تقترح فكرة استخدام مركبات الإطلاق القابلة للاسترداد نفسها هنا بحد ذاتها ، كفرصة حقيقية لتقليل تكلفة كل إطلاق فضائي. في هذه الحالة ، حتى عودة المرحلة الأولى فقط تجعل تكلفة كل عملية إطلاق أقل.
هبوط المرحلة الأولى من مركبة الإطلاق Falcon 9 القابلة للإرجاع
وهو مخطط مشابه نفذه الملياردير الأمريكي إيلون ماسك ، مما جعل المرحلة الأولى القابلة للاسترداد لمركبة الإطلاق الثقيلة فالكون 9. في حين أن المرحلة الأولى من هذه الصواريخ قابلة للاسترداد جزئيًا ، فإن بعض محاولات الهبوط تنتهي بالفشل ، ولكن عدد انخفضت عمليات الإنزال الفاشلة إلى الصفر تقريبًا في عامي 2017 و 2018. على سبيل المثال ، في العام الماضي ، كان هناك فشل واحد فقط لكل 10 عمليات هبوط ناجحة في المرحلة الأولى.في الوقت نفسه ، افتتحت SpaceX أيضًا العام الجديد بهبوط ناجح للمرحلة الأولى. في 11 كانون الثاني (يناير) 2019 ، هبطت المرحلة الأولى من صاروخ فالكون 9 بنجاح على منصة عائمة ، علاوة على ذلك ، أعيد استخدامه ، وفي وقت سابق أطلقت قمر الاتصالات Telestar 18V إلى المدار في سبتمبر 2018. في الوقت الحاضر ، هذه المراحل الأولى القابلة للإرجاع هي بالفعل أمر واقع. ولكن عندما تحدث ممثلو شركة الفضاء الأمريكية الخاصة فقط عن مشروعهم ، شكك العديد من الخبراء في إمكانية تنفيذه بنجاح.
في واقع اليوم ، يمكن استخدام المرحلة الأولى من صاروخ فالكون 9 الثقيل في بعض عمليات الإطلاق في نسخة إعادة الدخول. مع أخذ المرحلة الثانية من الصاروخ إلى ارتفاع كافٍ ، تنفصل عنه على ارتفاع حوالي 70 كيلومترًا ، ويحدث الإنزال بعد حوالي 2.5 دقيقة من إطلاق مركبة الإطلاق (يعتمد الوقت على مهام الإطلاق المحددة). بعد الانفصال عن الجهد المنخفض ، تقوم المرحلة الأولى ، باستخدام نظام التحكم في الوضع المركب ، بإجراء مناورة صغيرة ، وتجنب شعلة محركات المرحلة الثانية العاملة ، وتحويل المحركات إلى الأمام استعدادًا لمناورات الكبح الرئيسية الثلاث. عند الهبوط ، تستخدم المرحلة الأولى محركاتها الخاصة للفرملة. تجدر الإشارة إلى أن المرحلة المرتجعة تفرض قيودًا خاصة بها على الإطلاق. على سبيل المثال ، يتم تقليل الحمولة القصوى لصاروخ فالكون 9 بنسبة 30-40 في المائة. ويرجع ذلك إلى الحاجة إلى الاحتفاظ بالوقود للفرملة والهبوط اللاحق ، فضلاً عن الوزن الإضافي لمعدات الهبوط المثبتة (الدفات الشبكية ، ودعامات الهبوط ، وعناصر نظام التحكم ، وما إلى ذلك).
لم تمر نجاحات الأمريكيين والسلسلة الكبيرة من عمليات الإطلاق الناجحة دون أن يلاحظها أحد في العالم ، الأمر الذي أثار سلسلة من التصريحات حول بدء المشاريع باستخدام إعادة الاستخدام الجزئي للصواريخ ، بما في ذلك عودة التعزيزات الجانبية والمرحلة الأولى إلى الأرض. تحدث ممثلو Roscosmos أيضًا عن هذا الموضوع. بدأت الشركة الحديث عن استئناف العمل في إنشاء صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام في روسيا في بداية عام 2017.
إطلاق مركبة "كورونا" - منظر عام
صاروخ كورونا القابل لإعادة الاستخدام والمشاريع السابقة
من الجدير بالذكر أن فكرة إعادة استخدام الصواريخ تمت دراستها في الاتحاد السوفيتي. بعد انهيار البلاد ، لم يختف هذا الموضوع ، واستمر العمل في هذا الاتجاه. لقد بدأوا في وقت أبكر بكثير مما تحدث عنه إيلون ماسك. على سبيل المثال ، كان من المقرر إعادة كتل المرحلة الأولى من الصاروخ السوفيتي الثقيل Energia ، وكان هذا ضروريًا لأسباب اقتصادية ولتنفيذ موارد محركات RD-170 ، المصممة لما لا يقل عن 10 رحلات.
أقل شهرة هو مشروع مركبة الإطلاق Rossiyanka ، الذي تم تطويره من قبل المتخصصين في مركز الأكاديمية V. P. Makeev State Rocket. هذا المشروع معروف بشكل رئيسي بتطوراته العسكرية. على سبيل المثال ، تم هنا إنشاء غالبية الصواريخ البالستية المحلية المخصصة لتسليح الغواصات ، بما في ذلك الصواريخ الباليستية R-29RMU Sineva التي تعمل حاليًا مع أسطول الغواصات الروسي.
وفقًا للمشروع ، كانت Rossiyanka عبارة عن مركبة إطلاق ذات مرحلتين ، وكانت المرحلة الأولى منها قابلة لإعادة الاستخدام. في الأساس نفس فكرة مهندسي سبيس إكس ، ولكن قبل سنوات قليلة. كان من المفترض أن يطلق الصاروخ 21.5 طنًا من البضائع في مدار مرجعي منخفض - مؤشرات قريبة من صاروخ فالكون 9. كان من المقرر أن تتم عودة المرحلة الأولى على طول مسار باليستي بسبب إعادة تضمين محركات المرحلة القياسية. إذا لزم الأمر ، يمكن زيادة القدرة الاستيعابية للصاروخ إلى 35 طنًا. في 12 ديسمبر ، قدمت Makeyev SRC صاروخها الجديد في مسابقة Roscosmos لتطوير مركبات إطلاق قابلة لإعادة الاستخدام ، لكن طلب إنشاء مثل هذه الأجهزة ذهب إلى منافسي مركز Khrunichev State Research and Production Space مع Baikal-Angara مشروع. على الأرجح ، كان المتخصصون في Makeev SRC لديهم الكفاءة لتنفيذ مشروعهم ، لكن بدون الاهتمام الكافي والتمويل كان ذلك مستحيلًا.
كان مشروع بايكال أنجارا أكثر طموحًا ؛ لقد كان نسخة طائرة من المرحلة الأولى للعودة إلى الأرض.كان من المخطط أنه بعد الوصول إلى الارتفاع المحدد للمقصورة ، سيفتح جناح خاص في المرحلة الأولى ثم يطير على طول طائرة مع هبوط في مطار تقليدي مع تمديد معدات الهبوط. ومع ذلك ، فإن مثل هذا النظام في حد ذاته ليس معقدًا للغاية فحسب ، بل إنه مكلف أيضًا. تضمنت مزاياها التي لا جدال فيها حقيقة أنها يمكن أن تعود من مسافة أكبر. لسوء الحظ ، لم يتحقق المشروع أبدًا ، ولا يزال يتم تذكره في بعض الأحيان ، ولكن لا شيء أكثر من ذلك.
يفكر العالم الآن في مركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام بالكامل. أعلن Elon Musk عن مشروع Big Falcon Rocket. يجب أن يتلقى مثل هذا الصاروخ بنية من مرحلتين غير معهود للملاحة الفضائية الحديثة ؛ مرحلته الثانية عبارة عن وحدة واحدة بمركبة فضائية ، والتي يمكن أن تكون حمولة أو راكبًا. من المخطط أن تعود المرحلة الأولى من Superheavy إلى الأرض ، وتؤدي هبوطًا رأسيًا في Cosmodrome من خلال استخدام محركاتها ، وقد تم بالفعل تطوير هذه التكنولوجيا بشكل مثالي من قبل مهندسي SpaceX. ستدخل المرحلة الثانية من الصاروخ ، جنبًا إلى جنب مع مركبة فضائية (في الواقع ، هذه مركبة فضائية لأغراض مختلفة) ، والتي كانت تسمى Starship ، في مدار الأرض. ستحتوي المرحلة الثانية أيضًا على وقود كافٍ متبقي للتباطؤ في الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي بعد الانتهاء من مهمة فضائية والهبوط على منصة بحرية.
تجدر الإشارة إلى أن SpaceX ليس لديه راحة في مثل هذه الفكرة أيضًا. في روسيا ، تم تطوير مشروع مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام منذ التسعينيات. ومرة أخرى ، عملوا في المشروع في مركز State Rocket الذي سمي على اسم الأكاديمي V. P. Makeev. مشروع الصاروخ الروسي القابل لإعادة الاستخدام يحمل الاسم الجميل "كورونا". استدعت Roscosmos هذا المشروع في عام 2017 ، وبعد ذلك اتبعت تعليقات مختلفة على استئناف هذا المشروع. على سبيل المثال ، في يناير 2018 ، نشرت صحيفة Rossiyskaya Gazeta الأخبار التي تفيد بأن روسيا قد استأنفت العمل على صاروخ فضائي قابل لإعادة الاستخدام. كان الأمر يتعلق بمركبة إطلاق كورونا.
على عكس الصاروخ الأمريكي Falcon-9 ، فإن صاروخ كورونا الروسي ليس له مراحل قابلة للفصل ؛ في الواقع ، إنها مركبة فضائية واحدة سهلة الإقلاع والهبوط. وفقًا لفلاديمير ديجار ، المصمم العام لـ Makeyev SRC ، يجب أن يفتح هذا المشروع الطريق أمام تنفيذ الرحلات الطويلة المأهولة بين الكواكب. من المخطط أن تكون المادة الهيكلية الرئيسية للصاروخ الروسي الجديد هي ألياف الكربون. في الوقت نفسه ، تم تصميم "الكورونا" لإطلاق مركبات فضائية في مدارات أرضية منخفضة على ارتفاع 200 إلى 500 كيلومتر. كتلة مركبة الإطلاق حوالي 300 طن. تتراوح كتلة الحمولة الناتجة من 7 إلى 12 طنًا. يجب أن يتم إقلاع وهبوط "كورونا" باستخدام مرافق إطلاق مبسطة ، بالإضافة إلى ذلك ، يتم العمل على خيار إطلاق صاروخ قابل لإعادة الاستخدام من منصات بحرية. ستكون مركبة الإطلاق الجديدة قادرة على استخدام نفس المنصة للإقلاع والهبوط. يستغرق إعداد الصاروخ للإطلاق التالي حوالي يوم واحد فقط.
وتجدر الإشارة إلى أن مواد ألياف الكربون المطلوبة لإنشاء صواريخ أحادية المرحلة وقابلة لإعادة الاستخدام قد استخدمت في تكنولوجيا الطيران منذ التسعينيات من القرن الماضي. منذ أوائل التسعينيات ، قطع مشروع كورونا شوطًا طويلاً من التطور وتطور بشكل كبير ، وغني عن القول إنه كان في البداية يتعلق بصاروخ لمرة واحدة. في الوقت نفسه ، في عملية التطور ، أصبح تصميم الصاروخ المستقبلي أبسط وأكثر كمالا. تدريجيًا ، تخلى مطورو الصاروخ عن استخدام الأجنحة وخزانات الوقود الخارجية ، بعد أن أدركوا أن المادة الرئيسية لجسم الصاروخ القابل لإعادة الاستخدام هي ألياف الكربون.
في الإصدار الأخير من صاروخ كورونا القابل لإعادة الاستخدام حتى الآن ، تقترب كتلته من 280-290 طنًا.تتطلب مركبة الإطلاق الكبيرة أحادية المرحلة محركًا صاروخيًا يعمل بالوقود السائل عالي الكفاءة يعمل على الهيدروجين والأكسجين. على عكس محركات الصواريخ ، التي يتم وضعها على مراحل منفصلة ، يجب أن يعمل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود السائل بفاعلية في ظروف مختلفة وعلى ارتفاعات مختلفة ، بما في ذلك الإقلاع والطيران خارج الغلاف الجوي للأرض. يقول مصممو Makeevka: "محرك الصواريخ العادي الذي يعمل بالوقود السائل مع فوهات Laval يكون فعالًا فقط في نطاقات ارتفاع معينة". الغاز النفاث في مثل هذه المحركات الصاروخية يتكيف مع الضغط "فوق سطح البحر" ؛ علاوة على ذلك ، فإنها تحافظ على كفاءتها على سطح الأرض وعالية جدًا في الستراتوسفير.
RN "كورونا" في رحلة مدارية مع مقصورة حمولة مغلقة ، تصيير
ومع ذلك ، لا يوجد حتى الآن في العالم محرك عمل من هذا النوع ، على الرغم من أنه تم تطويره بنشاط في الاتحاد السوفياتي والولايات المتحدة الأمريكية. يعتقد الخبراء أن مركبة الإطلاق Korona القابلة لإعادة الاستخدام يجب أن تكون مجهزة بنسخة معيارية من المحرك ، حيث تكون فوهة الهواء الإسفيني هي العنصر الوحيد الذي لا يحتوي حاليًا على نموذج أولي ولم يتم اختباره عمليًا. في الوقت نفسه ، تمتلك روسيا تقنييها الخاصين في إنتاج المواد والأجزاء الحديثة المركبة منهم. تم تطويرها وتطبيقها بنجاح كبير ، على سبيل المثال ، في JSC "مركب" ومعهد عموم روسيا لمواد الطيران (VIAM).
من أجل رحلة آمنة في الغلاف الجوي للأرض ، ستتم حماية هيكل الكورونا المصنوع من ألياف الكربون بواسطة بلاطة واقية من الحرارة ، والتي تم تطويرها سابقًا في VIAM لمركبة Buran الفضائية ومنذ ذلك الحين مرت بمسار تطوير هام. وأشار المصممون إلى أن "الحمل الحراري الرئيسي على الكورونا سيتركز على قوسه ، حيث يتم استخدام عناصر حماية حرارية عالية الحرارة". "في الوقت نفسه ، فإن الجوانب المتوهجة لمركبة الإطلاق لها قطر أكبر وتقع بزاوية حادة لتدفق الهواء. الحمل الحراري على هذه العناصر أقل ، وهذا بدوره يسمح لنا باستخدام مواد أخف. ونتيجة لذلك ، تم توفير حوالي 1.5 طن من الوزن. لا تتجاوز كتلة الجزء المرتفع درجة الحرارة من الصاروخ 6 في المائة من الكتلة الكلية للحماية الحرارية لكورونا. للمقارنة ، شكّل مكوك الفضاء أكثر من 20 في المائة ".
إن الشكل المستدق والأنيق للصاروخ القابل لإعادة الاستخدام هو نتيجة الكثير من التجربة والخطأ. وفقًا للمطورين ، أثناء العمل في المشروع ، قاموا بمراجعة وتقييم مئات الخيارات المختلفة. يقول المطورون: "قررنا التخلي تمامًا عن الأجنحة ، مثل أجنحة مكوك الفضاء أو مركبة الفضاء بوران". - بشكل عام ، عندما تكون الأجنحة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، تتداخل فقط مع المركبة الفضائية. تدخل سفن الفضاء هذه إلى الغلاف الجوي بسرعة تفوق سرعة الصوت أفضل من "الحديد" ، وهي تنتقل فقط بسرعة تفوق سرعة الصوت إلى رحلة أفقية ، وبعد ذلك يمكنها الاعتماد بشكل كامل على الديناميكا الهوائية للأجنحة ".
يسمح الشكل المخروطي المحوري للصاروخ ليس فقط بتسهيل الحماية من الحرارة ، ولكن أيضًا لتزويده بصفات ديناميكية هوائية جيدة عند التحرك بسرعات طيران عالية. بالفعل في الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، يتلقى "الكورونا" قوة رفع ، مما يسمح للصاروخ ليس فقط بالبطء ، ولكن أيضًا للقيام بالمناورات. يسمح هذا لمركبة الإطلاق بالمناورة على ارتفاع عالٍ عند الطيران إلى موقع الهبوط ؛ في المستقبل ، عليها فقط إكمال عملية الكبح ، وتصحيح مسارها ، والانعطاف إلى الخلف لأسفل باستخدام محركات مناورة صغيرة ، والهبوط على الأرض.
مشكلة المشروع هي أن كورونا لا يزال قيد التطوير في ظل ظروف التمويل غير الكافي أو الغياب التام له.حاليًا ، أكمل Makeyev SRC فقط مسودة تصميم حول هذا الموضوع. وفقًا للبيانات التي تم الإعلان عنها خلال القراءات الأكاديمية الثانية والأربعين للملاحة الفضائية في عام 2018 ، تم إجراء دراسات جدوى حول مشروع إنشاء مركبة إطلاق كورونا وتم وضع جدول زمني فعال لتطوير الصواريخ. تم التحقيق في الشروط اللازمة لإنشاء مركبة إطلاق جديدة وتم تحليل آفاق ونتائج كل من عملية التطوير والتشغيل المستقبلي للصاروخ الجديد.
بعد اندلاع الأنباء حول مشروع كراون في عامي 2017 و 2018 ، تلا ذلك الصمت مرة أخرى … ما زالت آفاق المشروع وتنفيذه غير واضحة. وفي الوقت نفسه ، ستقدم SpaceX عينة اختبار لصاروخها Big Falcon Rocket (BFR) الجديد القابل لإعادة الاستخدام في صيف عام 2019. قد يستغرق الأمر عدة سنوات من إنشاء عينة اختبار إلى صاروخ كامل ، مما سيؤكد موثوقيته وأدائه ، ولكن في الوقت الحالي يمكننا القول: Elon Musk وشركته يصنعون أشياء يمكن رؤيتها ولمسها باليد. في الوقت نفسه ، يجب على روسكوزموس ، وفقًا لرئيس الوزراء دميتري ميدفيديف ، إنهاء توقعاتها والدردشة حول المكان الذي سنطير فيه في المستقبل. أنت بحاجة إلى التحدث أقل والقيام بالمزيد.
