Стратегия решения проблемы техногенного воздействия на районы падения по трассам пусков РН

Перечисленные мероприятия могут временно ослабить про­блему районов падения, но не позволяют решить ее кардинально. Для этого нужны принципиально новые технические решения. В рамках двухступенчатого носителя необходимым условием полного исключения районов падения (приземления) по трассе выведения, очевидно, является возврат первой ступени к месту старта.

Возвращаемая первая ступень может быть сконструирована как на ракетных, так и на авиационных принципах. В проектном плане возможны следующие три варианта:

1. возвращаемый ракетный блок вертикального старта, со­вершающий после отделения ракетодинамические маневры воз­врата и посадки;

2. крылатый возвращаемым ракетный корабль (ВРК) верти­кального старта, совершающий после отделения аэродинамиче­ский маневр разворота и обратный полет в крейсерском режиме с использованием воздушно-реактивных двигателей (ВРД) или в планирующем;

3. возвращаемый самолет-разгонщик горизонтального старта, оснащенный маршевыми ВРД, совершающий возврат аналогич­но ВРК.

Очевидно, что сроки и затраты на создание новой машины будут тем выше, чем больше новых технических решений и тех­нологий закладывается в ее проект. В этом смысле простая инже­нерная оценка, в частности, показывает, что варианты 1 и 3 прак­тически не имеют реализованных аналогов, а следовательно, в их проекты должна быть заложена существенная доля новых техни­ческих решений и технологий, в частности в варианте 1 - система ракетодинамического маневрирования, точного наведения и по­садки в условиях земной атмосферы; в варианте 3 - ВРД, рассчи­танные на разгон до больших сверхзвуковых (гиперзвуковых) скоростей полета. В отличие от этого в варианте 2 аналогом воз­вращаемого ракетного корабля вполне можно считать орбиталь­ный корабль (ОК) «Буран», который рассчитан на аварийный ма­невр возврата, сходный с номинальным режимом полета ВРК. Кроме того, на этапе создания ОК «Буран» отрабатывался вари­ант его возврата и посадки с использованием ВРД. Что касается экономичности при эксплуатации, то любой вариант РН с возвращаемой многоразовой первой ступенью обещает преимущества перед невозвращаемым, поскольку большая часть конструкции РН многократно используется при умеренной потере массы полезного груза от утяжеления первой ступени.

Двухступенчатый РН варианта 2 позволяет исключить паде­ние отработавшей первой ступени, а вторая ступень, несущая полезный груз, выводится на орбиту. Казалось бы, проблема зон падения решена, но это не совсем так. Нужно разобраться, так ли «безобидно» выведение второй ступени на орбиту ИСЗ. С од­ной стороны, отработавшие верхние ступени РН вносят сущест­венный «вклад» в проблему космического мусора, а с другой - они не всегда полностью «прекращают свое существование» при входе в плотные слои атмосферы: отдельные элементы конст­рукции не догорают в плазме аэродинамического нагрева и дос­тигают земной поверхности в практически непрогнозируемых точках.

Есть временный и кардинальный способы решения пробле­мы второй степени РН. Временный способ уже реализован на транспортных системах «Спейс-Шаттл» и «Энергия»-«Буран». Траектории выведения этих носителей построены так, что под­весной топливный бак («Спейс-Шаттл») и ракетный блок («Энергия» - «Буран») вторых ступеней прекращают работу не­задолго до выхода на орбиту ИСЗ и отделяются от орбитальных кораблей при таких кинематических параметрах движения, что в итоге при любых азимутах пуска падают в зоны, антиподные точкам старта, расположенные в акватории Мирового океана. Довыведение на рабочие орбиты обеспечивается бортовыми двигателями ОК. Если же ОК. не входит в состав носителя, как это возможно при выведении сверхтяжелых грузов с помощью РН «Энергия», то предусматривается использование специаль­ных ракетных блоков довыведения или собственной двигатель­ной установки выводимого космического аппарата.

Рассмотренный способ гарантирует фиксированные коорди­наты и минимальное число зон падения вторых (последних) ступеней РН, равное всего лишь числу стартовых позиций, что исключает эти ступени из космического мусора и решает про­блему непрогнозируемого падения элементов конструкции РН на Землю.

Полное же решение проблемы утилизации второй ступени можно обеспечить, как и для первой ступени, путем ее возврата с орбиты на Землю. Конструктивно такая ступень может выглядеть как орбитальный корабль системы «Спейс-Шаттл», хотя будет включать не только маршевую двигательную установку, но и баки с топливом второй ступени. Типичным примером двухступенча­того ракетного носителя без падающих элементов конструкции является проект МТКК «Шаттл-2». Наконец, возможно инте­гральное (идеальное) решение проблемы отделяющихся элемен­тов конструкции путем создания одноступенчатого полностью возвращаемого носителя. Однако создание эффективного РН с возвращаемой второй (орбитальной) ступенью (и тем более одноступенчатого) много­кратно сложнее, чем создание РН, использующего только первую возвращаемую ступень. В основном это объясняется тем, что вся­кое утяжеление орбитальной ступени впрямую «съедает» полез­ный груз носителя, а факторов утяжеления возвращаемой орби­тальной ступени по отношению к одноразовой более чем доста­точно: нужно обеспечить выведение с орбиты, точную посадку, управляемое движение при спуске и посадке, тепловую защиту конструкции от аэродинамического нагрева, предусмотреть тех­нические средства посадки и т.д. Все это приводит к возрастанию сухой массы возвращаемой ступени по сравнению с одноразовой ступенью не менее чем в 2...3 раза. С учетом увеличения объема заправки утяжеленной возвращаемой ступени по сравнению с од­норазовой для достижения эквивалентных энергетических воз­можностей следует увеличить массу возвращаемой ступени и, со­ответственно, размерности всего носителя. Очевидно, что чем больше потребный относительный запас топлива (отношение массы рабочего топлива к стартовой массе ступени), тем труднее его реализовать в натурном изделии, особенно при использова­нии «тяжелой» возвращаемой конструкции. Отсюда ясна, в част­ности, причина того, что еще совсем недавно считалась практиче­ски нереализуемой концепция одноступенчатого выведения на орбиту ИСЗ, для осуществления которого, например, на ракет­ных двигателях требуемый относительный запас топлива очень велик (приблизительно 0,9), т.е. на всю конструкцию, теплозащи­ту, бортовые системы, оборудование и полезный груз может быть «выделено» лишь около 10% стартовой массы одноступенчатой РН. Технология 50-70-х годов XX в. (характеристики материалов, ЖРД, элементной базы бортового оборудования и т.д.) не позво­ляла реализовать такие соотношения масс. Из сказанного следует фундаментальный вывод о возможно­сти создания эффективных, полностью возвращаемых носителей, не требующих выделения зон падения отделяющихся частей, только при существенном прогрессе в области перспективных технологий. В США реализован проект создания одноступенча­того национального аэрокосмического самолета. В проект зало­жены принципиально новая комбинированная многорежимная двигательная установка, включающая гиперзвуковой прямоточ­ный контур со сверхзвуковым горением, новые конструкционные материалы (алюминиды титана, композиты с металлической мат­рицей и др.), активно охлаждаемые конструкции и другие «супер­технологии».

Другим решением проблемы, связанной с техногенным воз­действием на окружающую среду на этапах стартового участка выведения КА на орбиту и проблемы сокращения районов паде­ния отделяющихся частей РН по трассам пусков, являются плаву­чие космодромы. Такой космодром создан и успешно эксплуати­руется. Плавучий космодром «Одиссей» состоит из гигантской полупогружной платформы (длиной 133 м, высотой 58 м и массой 65 тыс. т), судна управления Sea Launch Commander и судов обес­печения. Комплекс предназначен для коммерческого запуска спутников. Затраты на его строительство в 2 млрд долл. должны окупиться в течении трех лет с начала эксплуатации. Контрольные пакеты акций в международном консорциуме и собственно доходы распределены следующим образом: Boeing - 40%, «Энергия» -25%, Kvaerner - 20% и «Южмаш» - 15%. В качестве ракеты-носителя используются ракеты «Зенит-2» конструкции украин­ского НПО «Южное», при этом третью ступень «3eнит-3SL» раз­работало НПО «Энергия». В год планируется осуществлять 6 стар­тов, а в перспективе 8...10. Сам комплекс базируется у острова Вознесения, который рас­положен непосредственно в Тихом океане.

ЛИТЕРАТУРА

1. Костромин С.Ф., Шатров Я.Т.,КОСМОС И ЭКОЛОГИЯ. Сборник статей. ИБ № 11705

2. http://rudocs.exdat.com

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: