МРКС-1: реанимация, реинкарнация или очковтирательство? (1)
Макеты вариантов МРКС-1 грузоподъёмностью (слева направо), соответственно, 60, 46, 35 и 21 т на МАКС-2011 (фото автора).
Приятно, когда твои прогнозы сбываются, даже если прогнозы эти не позитивные...
Не далее января сего, 2015-го, года, я сказал Павлу Анатольевичу Лехову, главному конструктору многоразовой ракетно-космической системы 1-го этапа, которому оставалось работать на предприятии несколько дней (мне - несколько месяцев, но этого мы ещё не знали; впрочем, это не имеет отношения к делу), что пройдёт максимум полгода, и его на коленях будут умолять вернуться. Именно для работы по этой тематике. Он, будучи значительно старше и умудрённее печальным опытом, отнюдь не разделял моего оптимизма, да и в любом случае это никак не помогало ему в конкретной административно-финансовой ситуации.
Однако ж...
Читаем "Известия" от 20 августа 2015 г.: "Роскосмос создаст многоразовую ракету-носитель".
Особенно восхищает, что пресс-служба ГКНПЦ ими. М.В. Хруничева согласно кивает: да, де - дедали и будем делать... При том, что структурное подразделение, которое, собственно, занималось МРКС-1, ликвидировано ещё осенью 2014-го, люди уволены зимой 2015-го.
Неприятно - хотя и не удивительно - наблюдать воинствующую, патологическую безграмотность отечественных "дурналистов" (называть их журналистами - немыслимо много чести), взявшихся заявлять, аж, о "разработке аналога "Бурана". А телеканал "Звезда" (канал Минобороны, между прочим!!!) не долго думая озаглавил новость "Роскосмос вернёт аналог "Бурана" на орбиту"... Поневоле с ностальгией вспоминаются времена, когда публикации на космические темы визировал генерал Ю.А. Мозжорин! Вы, блин, ребята, предмет изучите, о котором пишете, а потом будете верещать чего-то о "недопустимости цензуры..." А так позориться допустимо?
Удивительно, в какой-то мере, читать заявление аж целого члена-корреспондента Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, что, де, "Жидкостные ракетные двигатели еще пока никто не спасал и не пытался использовать повторно." Член-корр не в курсе, что с начала 1970-х годов непременным требованием к ЖРД космического назначения являются обязательные контрольно-сдаточные испытания на стенде, после которых двигатель летит БЕЗ переборки и монтажно-демонтажных операций? Т.е. ВСЕ космические ЖРД, созданные за последние 45 лет, являются многоразовыми. А что до повторного использования - про "Space Shuttle" член-корр слышал? А про то, что двигатели ОТЛЕТАВШИЕ на "шаттлах" по нескольку полётов и вернувшиеся на Землю будут использоваться в новом носителе SLS?.. Нет, нужно обязательно доказать недоказуемое - что многоразовые системы экономически невыгодны, а уж какой ценой это "доказывается" - вопрос второй...
Итак, концепция многоразовой ракетно-космической системы первого этапа была разработана в недрах ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, в подразделении, которое возглавляли А.И. Кузин и С.Н. Лозин, в начале 2000-х годов. По крайней мере с 2006 г. доклады, отражающие процесс работы, регулярно звучали на открытых научных конфеернциях, включая международные, а в специализированных изданиях появлялись соответствующие статьи. Причём ГЛАВНОЙ задачей МРКС-1 изначально предполагалось именно сокращение стоимости вывода полезных нагрузок!
Да, почему "первого этапа"? Дело в том, что с самого начала предполагался и второй этап - полностью многоразовая система. Но сначала предполагалось решить более простую, но более важную задачу.
Сокращение затрат на выведение предполагалось получить за счёт повышения надёжности системы в целом и двигателей в частности, за счёт отказа от полей падения и, соответственно, всеазимутальности пуска, и, конечно, за счёт сокращения затрат на производство и самих ступеней, и двигателей для них.
Одноступенчатая система идеальна с точки зрения многоразовости, но очень и очень требовательна к технологическому уровню, к весовой культуре, да и формулу Циолковского никто не отменял. Двухступенчатая получится гораздо проще в реализации. При этом многоразовый ускоритель второй ступени будет, по сути, многоразовым воздушно-космическим кораблём с дорогой во всех смыслах теплозащитой (это мы, собственно, проходили на "Буране"). А вот ускоритель первой ступени - дело другое, особенно если правильно выбрать скорость разделения. Можно обеспечить торможение и посадку в заданной точке (или возвращение к месту старта) вообще без специальной теплозащиты, "просто" заложив более высокие требования к жаропрочности конструкционных материалов (благо - ВИАМ, несмотря ни на что, жив!).
Посадить ракетный блок можно разными способами, крылатая схема позволяет не просто посадить, а именно вернуть на ВПП к месту старта. Т.е. никаких проблем с полями падения, с местами посадки, с транспортировкой. Да, крылья на участке ракетного полёта - мёртвый груз. Но на ПЕРВОЙ ступени его влияние на грузоподъёмность системы примерно в 10 раз меньше, чем на второй!
Тем не менее, вот ИМЕННО ЭТО, а отнюдь не многоразовость двигателей, было и остаётся главной проблемой МРКС. Самолётная посадка ракетных блоков предложена много десятилетий назад, проектов известна масса, но никто пока не посадил на ВПП ни один ракетный блок, и тем более - не поднял его в повторном пуске! Вопрос настолько серьёзен, что до сих пор окончательно не определена аэродинамическая компоновка ВРБ - возвращаемого ракетного блока. Посетители МАКС-2013 могли видеть масштабные модели двух вариантов - с прямым поворотным и с треугольным крылом. Сами конструкторы склонялись к первому варианту, но однозначного решения ещё не было.
И именно для изучения этого комплекса проблем предложен "демонстратор", лётно-экспериментальный комплекс, тот самый ЛЭК, о котором говорится в проекте ФКП.
Выбор числа, типа и размещения двигателей на МРКС потребовал отдельной НИР, в котороой активно участвовали и Центр Келдыша, и воронежское КБХА. Рассматривались и существующие двигатели, и вновь создаваемые, компоненты - керосин, метан, водород и кислород. Выводы получились такие:
- на ВРБ использовать метан+кислород и ставить по 4 двигателя с возможностью аварийного отключения любого из них и ВЫПОЛНЕНИЯ ПОСЛЕ ЭТОГО ЗАДАЧИ ПОЛЁТА;
- на одноразовом блоке (он называется "блок выведения", БВ) ставить по одному двигателю. Компоненты - водород+кислород, но поначалу можно и метан;
- двигатели на ВРБ летают по 5-10 раз (потом можно и больше), после чего отправляются в последний полёт на БВ.
Чем, помимо прочего, хорош метан - за время возвращения ВРБ к месту посадки метан (как и кислород) полностью испаряется из баков, двигателей и арматуры, и, соответственно, не требуются межполётные операции по нейтрализации остатков компонента, их удалению, очистке поверхностей и пр. На "шаттлах" это была одна из самых трудозатратных и опасных операций (там компоненты двигателей орбитального маневрирования были ядовитые), но и при керосине это тоже неизбежно.
Да. Необходимость отключения аварийного агрегата предполагает достаточно медленное развитие возможной аварии (чтобы успела сработать автоматика), а значит - нерекордные удельные параметры двигателя и т.н. "сладкая" схема. Т.е. какие-либо модификации РД-170 из рассмотрения ушли.
Вариант с водородом на всех ступенях рассмотрели... и отказались. Исключительно по соображениям наличной производственной и транспортной инфраструктуры: водород требует бОльшей ёмкости баков, по сути - постройки нового завода. Это, может, уже ТРЕТИЙ этап работ, но не первый...
Да, поскольку скорость разделения ракетных блоков была выбрана исходя не из оптимальной баллистики, а из температуры нагрева конструкции ВРБ, соотношение масс ступеней получилось тодже неоптимальным, зато... габариты ВРБ и БВ получились близкими! При пакетном соединении легко получались носители 4 грузоподъёмностей, в зависимости от числа используемых ВРБ и БВ:
1 ВРБ + 1 БВ (асимметричная компоновка) - 21 т
2 ВРБ + 1 БВ - 35 т
2 ВРБ + 2 БВ (асимметричная компоновка) - 46 т
2 ВРБ + 3 БВ - 60 т.
В таком, примерно, виде проект МРКС-1 сложился к 2010 г., когда, наконец, им заинтересовался Роскосмос.
Продолжение следует.