تحتاج برامج روسيا القمرية والمريخية إلى مركبات توصيل ثقيلة للغاية
في الوقت الحاضر ، الاختراق في الفضاء السحيق ، المعلن في برامج الفضاء المتقدمة الروسية والأمريكية ، مثل الأنشطة في الفضاء القريب من الأرض ، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بإنشاء أنظمة نقل موثوقة واقتصادية ومتعددة الوظائف. علاوة على ذلك ، يجب أن تكون مناسبة لحل مجموعة واسعة جدًا من المهام المدنية والعسكرية. على ما يبدو ، يجب على روسيا الانتباه إلى إنشاء نقل ثقيل في الفضاء يمكن إعادة استخدامه.
اليوم ، أعاد الفكر الفضائي الروسي توجيه نفسه أخيرًا نحو الرحلات الاستكشافية بعيدة المدى. نحن نتحدث عن استكشاف القمر على مراحل - وهو برنامج لم يتم إرجاعه منذ 40 عامًا. في المستقبل البعيد - رحلات مأهولة إلى المريخ. في هذه الحالة ، لن نناقش البرامج المذكورة أعلاه ، لكن لاحظ أنه لا يمكننا الاستغناء عن مركبات الإطلاق الثقيلة القادرة على إطلاق مئات الأطنان من الحمولة في مدار منخفض.
أنجارا وينيسي
الجانب العسكري لن يذهب إلى أي مكان أيضًا. سيكون العنصر الأساسي لنظام الدفاع الصاروخي الأمريكي ، الذي أصبح بالفعل حقيقة واقعة ، نظام نقل قادرًا على إيصال العديد من منصات القتال والأقمار الصناعية للمراقبة والتحكم إلى مدار الأرض. كما يجب أن ينص على منع هذه المركبات وإصلاحها مباشرة في الفضاء.
بشكل عام ، تم تصميم نظام من إمكانات الطاقة الهائلة. بعد كل شيء ، منصة قتالية واحدة فقط مع 60 ميغاواط ليزر فلوريد الهيدروجين يقدر وزنها 800 طن. لكن فعالية أسلحة الطاقة الموجهة لا يمكن أن تكون عالية إلا إذا تم نشر العديد من هذه المنصات في المدار. من الواضح أن إجمالي دوران البضائع في السلسلة التالية من "حرب النجوم" سيصل إلى عشرات الآلاف من الأطنان ، والتي يجب تسليمها بشكل منهجي إلى الفضاء القريب من الأرض. لكن هذا ليس كل شيء.
اليوم ، تلعب مجمعات استطلاع الفضاء دورًا رئيسيًا في استخدام الأسلحة عالية الدقة على الأرض. هذا يجبر كل من الولايات المتحدة وروسيا على زيادة وتحسين مجموعاتهما المدارية باستمرار. علاوة على ذلك ، تتطلب الطبيعة عالية التقنية للمركبات الفضائية في نفس الوقت توفير إصلاحها المداري.
لكن العودة إلى موضوع القمر. في نهاية شهر كانون الثاني (يناير) ، عندما خططت لإجراء دراسة شاملة للقمر مع احتمال نشر قاعدة مأهولة هناك ، تحدث رئيس شركة الفضاء المحلية الرئيسية Energia ، فيتالي لوبوتا ، عن إمكانية رحلة إلى القمر من القمر. وجهة نظر مركبات الإطلاق.
إرسال بعثات إلى القمر أمر مستحيل دون إنشاء مركبات إطلاق ثقيلة للغاية بسعة حمولة تتراوح بين 74 و 140 طناً ، في حين أن أقوى صاروخ بروتون الروسي يضع 23 طناً في المدار. للطيران إلى القمر والعودة مرة أخرى ، تحتاج إلى إطلاق ثنائي - صاروخين بسعة تحمل 75 طنًا ، رحلة إطلاق واحدة إلى القمر والعودة بدون هبوط - 130-140 طنًا. إذا أخذنا صاروخًا يبلغ وزنه 75 طنًا كقاعدة ، فإن المهمة العملية إلى القمر مع الهبوط هي مخطط ثماني عمليات إطلاق. وقال لوبوتا ، متحدثًا في القراءات الملكية في جامعة بومان الحكومية التقنية بموسكو ، إذا كانت قدرة الصاروخ أقل من 75 طنًا ، كما يقترحون - 25-30 طنًا ، فإن تطوير حتى القمر يصبح سخيفًا.
تحدث دينيس ليسكوف ، وزير الدولة ونائب رئيس روسكوزموس ، عن الحاجة إلى امتلاك ناقلة ثقيلة في منتصف مايو. وقال إن روسكوزموس في الوقت الحالي ، بالاشتراك مع أكاديمية العلوم الروسية ، تستعد لبرنامج استكشاف الفضاء ، والذي سيصبح جزءًا لا يتجزأ من برنامج الفضاء الفيدرالي القادم لروسيا للفترة 2016-2025. "للحديث حقًا عن رحلة إلى القمر ، نحتاج إلى حاملة ثقيلة للغاية بسعة حمل تبلغ حوالي 80 طنًا. الآن هذا المشروع في مرحلة التطوير ، في المستقبل القريب سنقوم بإعداد الوثائق اللازمة لتقديمها إلى الحكومة ، "شدد ليسكوف.
حتى الآن ، أكبر صاروخ روسي قيد التشغيل هو Proton ، بحمولة 23 طنًا في مدار منخفض و 3.7 طن في مدار ثابت بالنسبة للأرض. تعمل روسيا حاليًا على تطوير عائلة Angara من الصواريخ بسعة حمولة تتراوح من 1.5 إلى 35 طنًا. لسوء الحظ ، تحول إنشاء هذه التكنولوجيا إلى بناء حقيقي طويل الأجل وتم تأجيل الإطلاق الأول لسنوات عديدة ، بما في ذلك بسبب الخلافات مع كازاخستان. الآن من المتوقع أن تحلق "أنجارا" في بداية الصيف من قاعدة بليسيتسك الفضائية في شكل خفيف. وفقًا لرئيس Roscosmos ، هناك خطط لإنشاء نسخة ثقيلة من Angara ، قادرة على إطلاق حمولة 25 طنًا في مدار منخفض.
لكن هذه المؤشرات ، كما نرى ، بعيدة كل البعد عن أن تكون كافية لتنفيذ برنامج الرحلات الجوية بين الكواكب واستكشاف الفضاء السحيق. في القراءات الملكية ، قال رئيس روسكوزموس ، أوليغ أوستابينكو ، إن الحكومة تعد اقتراحًا لتطوير صاروخ فائق الثقل قادر على إطلاق شحنة تزن أكثر من 160 طناً في مدار منخفض. "هذا تحد حقيقي. من حيث وأرقام أعلى "- قال أوستابينكو.
من الصعب تحديد متى ستصبح هذه الخطط حقيقة. ومع ذلك ، فإن صناعة الصواريخ المحلية لديها احتياطي معين لإنشاء النقل الفضائي الثقيل. في أواخر الثمانينيات ، كان من الممكن إنشاء مركبة إطلاق ثقيلة تعمل بالوقود السائل Energia ، قادرة على إطلاق حمولة تصل إلى 120 طنًا في مدار منخفض. إذا تحدثنا عن الإنعاش الكامل لهذا البرنامج ، فهذا ليس ضروريًا بعد ، فهناك بالتأكيد تصميمات مسودة لناقل ثقيل يعتمد على Energia.
يمكن استخدام الجزء الرئيسي من Energia على الصاروخ الجديد - RD-0120 LPRE الذي يعمل بنجاح. في الواقع ، مشروع صاروخ ثقيل باستخدام هذه المحركات موجود في مركز خرونشيف الفضائي ، وهو المنظمة الرئيسية لإنتاج مركبة الإطلاق الثقيلة الوحيدة لدينا ، بروتون.
نحن نتحدث عن نظام النقل Yenisei-5 ، الذي بدأ تطويره في عام 2008. من المفترض أن الصاروخ الذي يبلغ طوله 75 مترًا سيتم تجهيزه بالمرحلة الأولى بثلاثة أكسجين - هيدروجين LPRE RD-0120 ، والتي أطلق إنتاجها من قبل مكتب فورونيج للتصميم للأتمتة الكيميائية في عام 1976. وفقًا لمتخصصي مركز Khrunichev ، لن يكون من الصعب استعادة هذا البرنامج ، وفي المستقبل من الممكن إعادة استخدام هذه المحركات.
ومع ذلك ، إلى جانب المزايا الواضحة ، فإن لدى Yenisei عيبًا مهمًا ، بصراحة ، اليوم لا مفر منه - الأبعاد. الحقيقة هي أنه وفقًا للخطط ، سوف يقع الحمل الرئيسي لعمليات الإطلاق المستقبلية على قاعدة فوستوشني الفضائية التي يتم بناؤها في الشرق الأقصى. على أي حال ، من المفترض أن يتم إرسال ناقلات واعدة ثقيلة وثقيلة للغاية إلى الفضاء من هناك.
يبلغ قطر المرحلة الأولى من صاروخ Yenisei-5 4 ، 1 متر ولا يسمح بنقلها بالسكك الحديدية ، على الأقل بدون تحديث حجمي كبير ومكلف للغاية للبنية التحتية للطرق. بسبب مشاكل النقل ، كان من الضروري في وقت ما فرض قيود على قطر المراحل الرئيسية لصاروخ Rus-M ، الذي ظل على لوحات الرسم.
بالإضافة إلى مركز Khrunichev الفضائي ، شاركت Energia Rocket and Space Corporation (RSC) أيضًا في تطوير حاملة ثقيلة. في عام 2007 ، اقترحوا مشروعًا لمركبة إطلاق تستخدم جزئيًا تصميم صاروخ Energia. تم وضع الحمولة في الصاروخ الجديد فقط في الجزء العلوي ، وليس في الحاوية الجانبية ، كما في سابقتها.
الفائدة والجدوى
الأمريكيون ، بالطبع ، ليسوا مرسومًا بالنسبة لنا ، لكن نقلهم الثقيل ، الذي دخل تطويره بالفعل في امتداد المنزل ، يعني استخدامًا جزئيًا قابلاً لإعادة الاستخدام. هذا الصيف ، تخطط شركة سبيس إكس الخاصة لإطلاق أول إطلاق لصاروخ فالكون هيفي الجديد ، وهو أكبر صاروخ تم إطلاقه منذ عام 1973. هذا هو ، منذ وقت البرنامج القمري الأمريكي بإطلاق حاملة الطائرات العملاقة Saturn-5 ، التي أنشأها والد مركبات الإطلاق الأمريكية ، Wernher von Braun. ولكن إذا كان هذا الصاروخ مخصصًا حصريًا لنقل الرحلات الاستكشافية إلى القمر وكان يمكن التخلص منه ، فيمكن استخدام الصاروخ الجديد بالفعل في رحلات المريخ. بالإضافة إلى ذلك ، من المخطط العودة إلى مراحل دعم الأرض مثل صاروخ Falcon 9 v1.1 (R - قابل لإعادة الاستخدام ، قابل لإعادة الاستخدام).
المكوكات الفضائية مطلوبة مرة أخرى
تم تجهيز المرحلة الأولى من هذا الصاروخ بدعامات هبوط تستخدم لتثبيت الصاروخ ولهبوط سلس. بعد الفصل ، تتباطأ المرحلة الأولى من خلال تشغيل ثلاثة من المحركات التسعة لفترة وجيزة لضمان دخولها إلى الغلاف الجوي بسرعة مقبولة. بالفعل بالقرب من السطح ، يتم تشغيل المحرك المركزي ، والمرحلة جاهزة للقيام بهبوط ناعم.
تبلغ كتلة الحمولة التي يمكن لصاروخ فالكون هيفي رفعها 52،616 كيلوغرامًا ، وهو ما يقرب من ضعف ما يمكن للصواريخ الثقيلة الأخرى - دلتا 4 الثقيلة ، وآريان الأوروبية ، والصينية لونج مارش - أن ترفعها.
إعادة الاستخدام ، بالطبع ، مفيدة في حالة العمل الفضائي عالي التردد. أظهرت الدراسات أن استخدام المجمعات التي يمكن التخلص منها هو أكثر ربحية من نظام النقل القابل لإعادة الاستخدام في البرامج بمعدل لا يزيد عن خمس عمليات إطلاق في السنة ، بشرط أن يكون عزل الأرض عن حقول الخريف للأجزاء المنفصلة مؤقتًا ، وليس دائم ، مع إمكانية إخلاء السكان والمواشي والمعدات من المناطق الخطرة ….
يرجع هذا الحجز إلى حقيقة أن تكلفة حيازة الأرض لم يتم أخذها في الاعتبار مطلقًا في الحسابات ، لأنه حتى وقت قريب ، لم يتم تعويض الخسائر مع الرفض أو حتى مع الإخلاء المؤقت ولا يزال من الصعب حسابها. وهم يشكلون جزءًا كبيرًا من تكلفة تشغيل أنظمة الصواريخ. مع مقياس برنامج يزيد عن 75 عملية إطلاق في 15 عامًا ، تتمتع الأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام بميزة ، ويزداد التأثير الاقتصادي لاستخدامها مع زيادة العدد.
بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي الانتقال من المركبات التي تستخدم لمرة واحدة لإطلاق الحمولات الثقيلة إلى تلك التي يمكن إعادة استخدامها إلى انخفاض كبير في إنتاج المعدات. لذلك ، عند استخدام نظامين بديلين في برنامج فضائي واحد ، يتم تقليل العدد المطلوب من الكتل بمقدار أربع إلى خمس مرات ، وعدد أجسام الكتل المركزية - بمقدار 50 ، والمحركات السائلة للمرحلة الثانية - بمقدار تسع مرات. وبالتالي ، فإن الوفورات من أحجام الإنتاج المخفضة عند استخدام مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام تساوي تقريبًا تكلفة بناء واحدة.
بالعودة إلى الاتحاد السوفيتي ، تم إجراء حسابات لتكاليف صيانة وإصلاح وترميم الأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام بعد الرحلة. استخدمنا البيانات الواقعية المتاحة التي حصل عليها المطورون نتيجة اختبارات مقاعد البدلاء الأرضية والتحليق ، بالإضافة إلى تشغيل هيكل الطائرة للمركبة الفضائية المدارية بوران بطبقة واقية من الحرارة وطائرة بعيدة المدى ومحركات سائلة متعددة الاستخدامات من نوع RD-170 و RD-0120.وفقًا لنتائج البحث ، تقل تكاليف الصيانة والإصلاحات بعد الرحلة عن 30 بالمائة من تكاليف تصنيع وحدات الصواريخ الجديدة.
ومن الغريب أن فكرة إعادة الاستخدام تجلت في العشرينات من القرن الماضي في ألمانيا ، بعد أن سحقتها معاهدة فرساي ، التي وحدت المجتمع التقني الأوروبي ، وسط حمى الصواريخ. في الرايخ الثالث في 1932-1942 ، تحت قيادة Eigen Zenger ، تم تطوير مشروع قاذفة صاروخية بنجاح. كان من المفترض أن تصنع طائرة ، باستخدام عربة إطلاق سكة حديد ، تتسارع إلى سرعة عالية ، ثم تشغل محركها الصاروخي الخاص ، وتخرج من الغلاف الجوي ، ومن هناك سترتد عبر طبقات الغلاف الجوي الكثيفة وتصل إلى بعيد المدى. كان من المفترض أن يبدأ الجهاز من أوروبا الغربية ويهبط على أراضي اليابان ، وكان يهدف إلى قصف أراضي الولايات المتحدة. توقفت التقارير الأخيرة عن هذا المشروع في عام 1944.
في الخمسينيات من القرن الماضي في الولايات المتحدة ، كان بمثابة قوة دافعة لتطوير مشروع طائرة فضائية سبقت طائرة صاروخ Dyna-Sor. في الاتحاد السوفيتي ، نظر ياكوفليف وميكويان ومياشيشيف في مقترحات لتطوير مثل هذه الأنظمة في عام 1947 ، لكن لم يتم تطويرها بسبب عدد من الصعوبات المرتبطة بالتنفيذ الفني.
مع التطور السريع للصواريخ في أواخر الأربعينيات - أوائل الخمسينيات ، اختفت الحاجة إلى إكمال العمل على قاذفة صاروخية مأهولة. في صناعة الصواريخ ، تم تشكيل اتجاه صواريخ كروز الباليستية ، والتي ، بناءً على المفهوم العام لاستخدامها ، وجدت مكانها في نظام الدفاع العام لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية.
لكن في الولايات المتحدة ، دعم الجيش العمل البحثي على طائرة صاروخية. في ذلك الوقت ، كان يُعتقد أن الطائرات التقليدية أو الطائرات المقذوفة ذات المحركات الجوية النفاثة هي أفضل وسيلة لتوصيل الشحنات إلى أراضي العدو. ولدت مشاريع برنامج نافاجو للصواريخ الشراعية. واصلت شركة Bell Aircraft البحث عن طائرة الفضاء من أجل استخدامها ليس كمفجر ، ولكن كمركبة استطلاع. في عام 1960 ، تم توقيع عقد مع شركة Boeing لتطوير طائرة الاستطلاع الصاروخية Daina-Sor ، والتي كان من المفترض إطلاقها بصاروخ Titan-3.
ومع ذلك ، عاد اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية إلى فكرة الطائرات الفضائية في أوائل الستينيات وأطلق العمل في مكتب ميكويان للتصميم على مشروعين للمركبات دون المدارية في وقت واحد. الأول يتصور طائرة معززة ، والثاني - صاروخ سويوز بطائرة مدارية. كان يسمى نظام الفضاء على مرحلتين Spiral أو Project 50/50.
تم إطلاق السفينة الصاروخية المدارية من الجزء الخلفي من طائرة حاملة قوية من طراز Tu-95K على ارتفاع شاهق. وصلت الطائرة الصاروخية "لولبية" على محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل إلى مدار قريب من الأرض ، وقامت بأعمال مخططة هناك وعادت إلى الأرض ، وحلقت في الغلاف الجوي. كانت وظائف هذه المركبة الفضائية الطائرة المدمجة أوسع بكثير من مجرد العمل في المدار. قام نموذج كامل الحجم لطائرة صاروخية بعدة رحلات جوية في الغلاف الجوي.
نص المشروع السوفيتي على إنشاء جهاز يزن أكثر من 10 أطنان مع وحدات تحكم ذات أجنحة قابلة للطي. نسخة تجريبية من الجهاز في عام 1965 كانت جاهزة للرحلة الأولى كنظير دون سرعة الصوت. لحل مشاكل التأثيرات الحرارية على الهيكل أثناء الطيران وإمكانية التحكم في السيارة بسرعات دون سرعة الصوت وفوق سرعة الصوت ، تم بناء نماذج طيران أطلق عليها اسم "بور". أجريت اختباراتهم في 1969-1973. أدت الدراسة العميقة للنتائج التي تم الحصول عليها إلى الحاجة إلى إنشاء نموذجين: "Bor-4" و "Bor-5". ومع ذلك ، فإن الوتيرة المتسارعة للعمل في برنامج مكوك الفضاء ، والأهم من ذلك ، النجاحات التي لا جدال فيها للأمريكيين في هذا المجال ، تطلبت تعديلات على الخطط السوفيتية.
بشكل عام ، لا تعد تكنولوجيا الفضاء القابلة لإعادة الاستخدام للمطورين المحليين شيئًا جديدًا وغير معروف بأي حال من الأحوال. مع الأخذ في الاعتبار تسريع البرامج لبناء أنظمة الأقمار الصناعية والاتصالات بين الكواكب واستكشاف الفضاء السحيق ، يمكننا أن نتحدث بثقة عن الحاجة إلى إنشاء مركبات إطلاق قابلة لإعادة الاستخدام بدقة ، بما في ذلك مركبات الإطلاق الثقيلة.
بشكل عام ، فإن خطط تطوير صاروخ روسي ثقيل متفائلة للغاية. في منتصف شهر مايو ، أوضح أوليج أوستابينكو أن برنامج الفضاء الفيدرالي للفترة 2016-2025 سيظل يوفر تصميم مركبة إطلاق ثقيلة للغاية بسعة حمولة تتراوح بين 70 و 80 طنًا. "لم تتم الموافقة على FKP حتى الآن ، ويجري تشكيلها. سننشره في المستقبل القريب "، يؤكد رئيس روسكوزموس.
