Перспективные
космические корабли США
Постепенно уходят в прошлое космические корабли, созданные в годы холодной
войны. Оказавшийся неэкономичным «Спейс шаттл» в последний раз взлетел
в 2011 году. Его советский коллега
– «Союз»
– пока
ещё летает, однако едва ли с ним можно связать будущее пилотируемой космонавтики.
На сегодня разные страны мира (особенно, США) имеют разработки на близкое
и не очень близкое будущее. Поэтому мы не будем всех их детально рассматривать,
а остановимся на самых интересных проектах.
Crew
Dragon (SpaceX, США)
Компания SpaceX известна как ведущий мировой ракетостроитель: Falcon 9
– востребованный
носитель с большим числом заказов. Однако не меньшую роль фирма играет
в области пилотируемой космонавтики: если всё получится так, каковы планы,
именно космический корабль Crew Dragon позволит Европе и США отказаться
от услуг России для доставки астронавтов на борт МКС. Правда, сроки уже
не раз сдвигали. В целом, ситуация вокруг пилотируемого Dragon видится
почти безоблачной.
Starship
(SpaceX, США)
Комплекс Big Falcon Rocket, частью которого является космический корабль
Starship, за последние годы хорошенько «похудел». Выводимая им на низкую
околоземную орбиту полезная нагрузка упала с 300 до скромных 100 тонн.
Сам BFR, конечно, тоже стал меньше. Конечным итогом разработки должен стать
запуск BFR с грузом на Марс в 2022 году. Даже двигатель уже готов
– инновационный метановый Raptor.
Однако, справедливости ради, шансов на реализацию (и даже не скорую, а
вообще) у Starship несравнимо меньше, чем у Crew Dragon. Всё-таки масштаб
и технические риски несопоставимы.
CST-100
Starliner (Boeing, США)
Не такой знаменитый как Crew Dragon, и не такой амбициозный как Starship,
но всё же очень знаковый проект для США. CST-100 является частично многоразовым
космическим кораблем, который сможет доставить на борт МКС до семи астронавтов.
Именно CST-100 может стать тем кораблем, который первым избавит США от
российской зависимости.
Orion
(Lockheed Martin, США)
«Орион» может выполнить первый пилотируемый полёт позже всех
– примерно в 2023-м, хотя разрабатывать
его де-факто начали раньше, чем какой-либо другой перспективный пилотируемый
корабль. Планируется, что экипажи на станцию Lunar Orbital Platform-Gateway
будут доставляться кораблями «Орион» с помощью ракеты Space Launch System.
Это главное отличие «Ориона» от Crew Dragon и CST-100, ведь последние два
корабля видят, прежде всего, как инструмент доставки грузов и астронавтов
на МКС. Во всяком случае, до тех пор, пока она работает: напомним, ранее
орбитальную станцию хотели списать уже в середине 2020-х.
Космические
корабли Китая
Разведывательное управление министерства обороны США (РУМО) опубликовало
новый доклад «Challenges to security in space», в котором рассматриваются
деятельность Китая, России и других стран, способная представлять опасность
для интересов США. Рассмотрим данные из доклада, касающиеся китайского
космического потенциала. РУМО отмечает, что Китай совершенствует свои РКС
и расширяет возможности в сфере запусков.
Имеется 14 типов ракет-носителей всех основных классов, позволяющих выводить
нагрузки массой от нескольких сотен килограммов до 20-50 т. Ведётся разработка
сверхтяжёлого носителя с нагрузкой более 50 т. Также прорабатывается создание
модульной ракеты и лёгкого носителя для коммерческих запусков. Изучается
концепция ракеты с минимальным временем подготовки к полёту, которая может
быть интересна как коммерческим структурам, так и армии. Китай имеет четыре
космодрома в разных частях страны. В городах Пекин и Сиань располагаются
два центра управления. Все подобные объекты используются для решения разных
военных, научных и коммерческих задач в космическом пространстве. В 2003
году Китай стал третьей страной мира, способной самостоятельно выполнять
пилотируемые космические полеты.
К 2022 году КНР планирует создать собственную постоянную орбитальную станцию
модульного типа и привлечь к этому проекту иностранные организации. Не
так давно Китай осуществил посадку автоматической станции на Луну. К 2025-му
запланировано отправить на естественный спутник новую АМС, а в тридцатых
осуществить пилотируемый полёт. По данным РУМО, Китай уже создал крупную
группировку космических аппаратов, способную решать все основные задачи
военного и гражданского характера. С её помощью ведётся разведка всех видов,
передача данных, навигация и т.д.
По состоянию на май 2018 г. Китай располагал 124 спутниками с возможностью
наблюдения и сбора данных – это вывело его на второе место после США. Почти
половина таких аппаратов принадлежит НОАК и отвечает за разведку и целеуказание.
Основная часть спутников следит за районами Кореи, Тайваня и югом Китая.
Перспективные
космические корабли России
Глава госкорпорации «Роскосмос» Дмитрий Рогозин показал и рассказал делегации
представителей глав космических агентств иностранных государств, посетивших
российский Центр управления космическими полётами в Королёве о том, какие
ракеты-носители будут использованы Россией для полётов на Луну. Согласно
более ранней информации, ходившей в российских СМИ, «Роскосмос» работает
над двумя вариантами носителя сверхтяжёлого класса. Одним из них является
«Енисей». Данный носитель в перспективе сможет выводить на низкую околоземную
орбиту (НОО) полезную нагрузку массой от 88 до 103 тонн. К Луне ракета
сможет доставлять грузы массой от 20 до 27 тонн. Вторая ракета – «Дон»,
представляющая более мощный вариант «Енисея».
Первая ракета будет обладать стартовой массой 3167 тонн и сможет выводить
на НОО груз массой не менее 100 тонн. На геостационарную орбиту ракета
сможет доставлять 27 тонн полезной нагрузки. Стартовая масса более мощной
второй ракеты составит 3281 тонну. На орбиту Земли «Дон» сможет выводить
на НОО 140 тонн полезной нагрузки, на геостационарную – 29,5 тонн, а к
Луне – 33 тонны. В перспективе полезными нагрузками для ракет-носителей
«Енисей» и «Дон» станет пилотируемый транспортный корабль «Федерация» (недавно
переименован в «Орла») массой 20 тонн, который «Роскосмос» планирует использовать
для полётов на Луну, а также лунный посадочно-взлётный комплекс массой
27 тонн и модуль лунной базы массой 27-32 т.
Помимо этого, носители могут быть использованы для вывода на геостационарную
орбиту космических аппаратов на базе транспортно-энергетического модуля
массой 26-30 тонн, а также космических телескопов массой 30-40 тонн для
исследования дальнего космоса. Их намечено разместить в точке Лагранжа
L2 системы Солнце-Земля. По оценке
специалистов «Роскосмоса» создание сверхтяжёлой ракеты обойдется примерно
в 1,2 триллиона рублей. Первый пуск носителя «Енисей» ожидается в 2027
году. Он будет проходить с космодрома «Восточный». Первый полёт «Дона»
предположительно должен состояться в 2029 году.
Федерация
(«Энергия», Россия)
Космический корабль «Федерация» (теперь «Орёл») предназначен для замены
аппаратов серии «Союз». Цена создания первого лётного образца определена
в размере 57 миллиардов рублей. Полёт запланирован на первую половину 2020-х.
Первый полёт корабля на орбиту без экипажа и посещения МКС намечен на сентябрь
2023 года, а первый полёт корабля к МКС в беспилотном режиме планируется
на сентябрь 2024 года. Первый пилотируемый полёт «Орла» к МКС предполагается
провести в сентябре 2025 года. «Орёл» – многоразовый пилотируемый космический
корабль, который должен прийти на смену пилотируемым кораблям серии «Союз».
Он сможет брать на борт до шести членов экипажа, а также до 500 кг груза.
Спасательная капсула – парашюты
и реактивная система мягкой посадки. В грузовом варианте «Орёл» сможет
выводить на низкую орбиту до 2 т грузов.
Эскизный проект сверхтяжёлого «Енисея» готов и уже
одобрен
Эскизный проект
будущей отечественной ракеты сверхтяжёлого класса «Енисей» был одобрен
участниками научно-технического совета 22 октября 2019 г. Данная информация
была опубликована на официальном сайте РКЦ «Прогресс», где, собственно,
и состоялось мероприятие. Участники собрания отметили, что представленный
проект носителя полностью обеспечивает выполнение тактико-технических характеристик.
Другими словами,
его результаты подтверждают возможность создания ракеты, соответствующей
требованиям, заданным в техническом задании. Ранее глава «Роскосмоса» Дмитрий
Рогозин заявлял, что перспективная РН «Енисей» будет строиться по принципу
технологического конструктора. То есть, каждая её часть станет отдельным
изделием. Первый запуск отечественной сверхтяжёлой ракеты запланирован
на 2028 год. На начальном этапе, носитель должен будет выводить более 70
тонн груза на низкую околоземную орбиту. В дальнейшем «Енисей» планируется
использовать в лунных миссиях.
О самой мощной ракете в русской истории
Через десять лет
запланирован запуск новой сверхтяжёлой ракеты, которая будет иметь ещё
большую грузоподъёмность, чем её предшественник «Енисей». Общая её концепция
выглядит так:
– первая ступень будет состоять из 5-6 блоков от перспективной ракеты
«Иртыш»;
– вторая ступень представит собой один блок с двигателями РД-171МВ
или РД-180;
– третья ступень станет модификацией блока от ракеты-носителя «Ангара-А5В».
В основе российских
перспективных сверхтяжёлых ракет лежат надёжные и проверенные двигатели,
созданные на базе РД-170 – советского
ЖРД, разработанного «Энергомашем» в 80-е и предназначенного для другой
сверхтяжёлой ракеты – «Энергии».
Её уже давно нет, зато двигатели, построенные на базе 170-го, востребованы
как в России, так и на Западе (РД-180 используют для американской ракеты
«Атлас V»). Обратной стороной медали может стать то, что к моменту испытаний
ракет «Енисей» и «Дон» двигатели уже успеют устареть.
Однако, даже
если не появится ничего революционного (пожалуй, ждать нового ЯРД не стоит)
развитые страны могут уже к концу 2020-х полностью перейти на новые, более
экономичные метановые двигатели, преимущество которых признали и в самой
России. Перспективный российский метановый ракетный двигатель, который
уже начали разрабатывать, назвали РД-169. В число разработчиков нового
носителя включены ведущие предприятия отечественной космической индустрии:
РКК «Энергия», ГКНПЦ имени Хруничева, РКЦ «Прогресс». На уровне главы государства
подписано решение о строительстве на новом космодроме Восточный ещё одной
площадки – для запуска сверхтяжёлой ракеты (в документах ракета носит обозначение
«КРК СТК», что означает «космический ракетный комплекс сверхтяжёлого класса»)
стартовой массой от 1440 до 3000 тонн. На Восточном в 2019 году начинается
строительство площадки под ещё одну новую ракету – «Ангара-А5» (стартовая
масса более 770 тонн).
Но «Енисей»
это совсем другая ракета, чем ранее ожидавшаяся огромная версия «Ангары»
– А7. Первый вариант «Енисея» должен будет отправиться в космос
в 2027 или 2028 году. Это будет носитель грузоподъёмностью до 90 тонн,
оснащённый двигателями РД171М (1 ступени), РД0124М (2 ступени) и новым
разгонным блоком ДМ. Второй, ещё более мощный вариант «Енисея» (грузоподъёмность
до 115 тонн), полетит в районе 2032 года, его конструкция будет включать
новый межорбитальный буксир (каким он будет, ядерным или кислородно-водородным
ещё пока не известно). Первой точкой применения «Енисеев» станет российская
лунная программа. При успешном развитии программы КРК СТК они будут использоваться
для дальних запусков исследовательских аппаратов.
Развитие проекта российской сверхтяжёлой ракеты
На иллюстрации:
приведена одна из предлагавшихся в 2017 году схем развития проекта российской
сверхтяжёлой ракеты. Здесь нет ничего, например, о перспективном ядерном
буксире, который может быть использован на «Енисее»
второго типа, говорят только о кислородно-водородном варианте. На схеме
назван ещё один двигатель РД0150 – для
самой большой версии КРК СТК.
Авиационно-космическая
система «Вьюга»
В последние годы особый интерес специалистов привлекают разработки частных
компаний, работающих в аэрокосмической отрасли. Подобные организации работают
и в РФ. К настоящему времени представлены некоторые новые разработки в
этой области. Так, «Лин Индастриал» при содействии фонда «Сколково», представила
проект авиационно-космической системы «Вьюга». Цель
– проработка многоразовой двухступенчатой
системы вывода на орбиту людей и различных грузов. По причине ограниченной
грузоподъёмности системы, в качестве основной задачи рассматривается выполнение
различных научных исследований и т.д. Кроме того, не исключается военное
применение системы в целях выполнения разведки или в качестве носителя
высокоточного оружия.
В предложенном виде система «Вьюга» имеет ряд характерных преимуществ.
Обеспечивается полная многоразовость всех компонентов системы, использование
существующего самолёта-носителя, возможность вывода нагрузки на орбиты
в широком диапазоне наклонений, а также экологическая безопасность. Кроме
того, использование самолёта-носителя позволяет выполнять запуски полезной
нагрузки из различных районов планеты, в том числе с взлётом с территории
страны-заказчика.
Общий вид АКС «Вьюга» перед взлётом
Проект АКС «Вьюга»
подразумевает использование комплекса, состоящего из трёх основных компонентов.
Основным элементом, обеспечивающим работоспособность остальных, является
самолёт-носитель с набором креплений для остальной техники.
Второй элемент
– первая
ступень с ракетными двигателями, отвечающая за разгон третьей, орбитальной
ступени. Орбитальная ступень способна летать как в атмосфере, так и за
её пределами.
В существующем
виде проект «Вьюга» подразумевает строительство орбитальной ступени длиной
5505 мм, шириной 2604 мм и высотой 1500 мм. Сухая масса орбитальной ступени
– 950 кг. Полезная нагрузка – 450
кг. Вместе с запасом топлива и окислителя аппарат должен весить 4,8 т.
(в том числе керосина 914 кг, окислителя –
2486
кг). Принципы использования авиационно-космической системы «Вьюга» выглядят
достаточно просто и позволяют с минимально необходимыми затратами выводить
полезную нагрузку на нужную траекторию или на низкую опорную орбиту. Первый
этап работы системы требует правильной работы экипажа самолёта-носителя.
Ил-76 с элементами «Вьюги» на фюзеляже должен подняться на высоту 10 км
и с нужным курсом выйти в район запуска ракетной системы, после чего первая
ступень удаляется от носителя и включает маршевый жидкостный двигатель.
Самолёт-носитель получает возможность вернуться на свой аэродром.
Первая ступень
имеет запас топлива, необходимый для работы двигателя в течение 185 с.
За это время выполняется разгон орбитальной ступени с подъёмом на высоту
96 км и вывод её на требуемую траекторию. После выработки топлива орбитальная
ступень отделяется и продолжает движение по заданной траектории, а первая
переходит в планирование и производит посадку при помощи имеющегося шасси,
используя «самолётный» способ.
«Роскосмос» получил патент на схему двигателя для самолёта, способного
кратковременно летать с гиперзвуковой скоростью и запускать ракеты в космос.
Специалисты «Роскосмоса» разработали схему комбинированного двигателя,
совмещающего возможности воздушно-реактивного и жидкостного ракетного двигателя.
Изобретение, как говорится в описании к нему, «может быть использовано
для создания авиационно-космической системы горизонтального старта или
же для создания самолёта, который будет иметь возможность осуществлять
кратковременный полёт с гиперзвуковой скоростью». Актуальность разработки
«Роскосмоса» подтверждают ведущиеся в США и Великобритании аналогичные
работы по созданию комбинированного двигателя по программе SABRE. Зарубежная
разработка, как отмечается в пояснении к описанию изобретения, имеет сложную
схему двигателя. Российское изобретение проще.
ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
получил патент № 2709231 на «Мембранный ионно-плазменный ракетный двигатель
космического аппарата» (авторы: Макаров Сергей Борисович, Цыбин Олег Юрьевич).
Двигатель содержит газопроницаемую микропористую мембрану, сквозь которую
проходит поток нейтральных частиц рабочего тела. Это позволяет производить
многоструйную поверхностную заряженную плазму, распределённую вблизи поверхности
мембраны, обращённой в область ускорения ионов. В результате повышается
экономичность использования рабочего тела, увеличиваются скорость и площадь
поперечного сечения ионного факела, время эксплуатации и скорость движения,
снижается стоимость и сложность устройства.