Aujourd'hui, beaucoup d'entre nous connaissent, ou du moins ont entendu parler, de la famille de lanceurs partiellement réutilisables de la société privée SpaceX. Grâce au succès de l'entreprise, ainsi qu'à la personnalité du fondateur, Elon Musk, qui devient lui-même souvent le héros des fils d'actualité, les fusées Falcon 9, SpaceX et les vols spatiaux en général ne quittent pas les pages de la presse internationale. Dans le même temps, la Russie avait et a toujours ses propres développements et des projets non moins intéressants de missiles réutilisables, dont on sait beaucoup moins. La réponse à la question pourquoi cela se produit est évidente. Les fusées d'Ilona Mask volent régulièrement dans l'espace, et les fusées russes réutilisables et partiellement réutilisables ne sont jusqu'à présent que des projets, des dessins et de belles images dans les présentations.
Lancements spatiaux aujourd'hui
De nos jours, nous pouvons affirmer avec certitude que Roskosmos a à un moment donné manqué le sujet des missiles réutilisables, ayant entre ses mains des développements et des projets en avance de plusieurs années sur les autres pays. Tous les projets de missiles réutilisables russes n'ont jamais été achevés, pas mis en œuvre en métal. Par exemple, le lanceur réutilisable Korona à un étage, développé de 1992 à 2012, n'a jamais été conduit à sa conclusion logique. Nous voyons déjà le résultat de cette erreur de calcul dans le développement. La Russie a sérieusement perdu ses positions sur le marché des lancements spatiaux commerciaux avec l'avènement de la fusée américaine Falcon 9 et de ses variantes, et est également très inférieure en termes de nombre de lancements spatiaux effectués par an. Fin 2018, Roscosmos a fait état de 20 lancements spatiaux (dont un infructueux), tandis qu'en avril 2018, dans une interview avec TASS, le chef de Roscosmos, Igor Komarov, a déclaré qu'il est prévu d'effectuer 30 lancements spatiaux par le la fin de l'année. Le leader à la fin de l'année dernière était la Chine, qui a effectué 39 lancements spatiaux (un sans succès), en deuxième place les États-Unis avec 31 lancements spatiaux (aucun échec).
En parlant de vols spatiaux modernes, il faut comprendre que dans le coût total de lancement d'un lanceur (LV) moderne, le principal poste de dépense est la fusée elle-même. Sa carrosserie, ses réservoirs de carburant, ses moteurs - tout cela s'envole à jamais, se consume dans les couches denses de l'atmosphère, il est clair que des dépenses aussi irrécupérables font de tout lancement d'un lanceur un plaisir très coûteux. Pas l'entretien des spatioports, pas le carburant, pas les travaux d'assemblage avant le lancement, mais le prix du lanceur lui-même, est le principal poste de dépenses. Un produit technologique très complexe de la pensée d'ingénierie est utilisé pendant quelques minutes, après quoi il est complètement détruit. Naturellement, cela est vrai pour les fusées jetables. L'idée d'utiliser des lanceurs récupérables s'impose ici à elle seule, comme une réelle chance de réduire le coût de chaque lancement spatial. Dans ce cas, même le retour du seul premier étage réduit le coût de chaque lancement.
Atterrissage du premier étage consigné du lanceur Falcon 9
C'est un schéma similaire qui a été mis en œuvre par le milliardaire américain Elon Musk, rendant le premier étage récupérable du lanceur lourd Falcon 9. Si le premier étage de ces missiles est partiellement récupérable, certaines tentatives d'atterrissage se soldent par un échec, mais le nombre de les débarquements ratés sont tombés à presque zéro en 2017 et 2018. Par exemple, l'année dernière, il n'y a eu qu'un seul échec pour 10 atterrissages réussis de la première étape. Dans le même temps, SpaceX a également ouvert la nouvelle année avec un atterrissage réussi de la première étape. Le 11 janvier 2019, le premier étage de la fusée Falcon 9 a atterri avec succès sur une plate-forme flottante, de plus, il a été réutilisé, et plus tôt il a lancé le satellite de communication Telestar 18V en orbite en septembre 2018. De nos jours, ces premiers étages consignés sont déjà un fait accompli. Mais lorsque les représentants de la société spatiale privée américaine n'ont parlé que de leur projet, de nombreux experts ont douté de la possibilité de sa mise en œuvre réussie.
Dans les réalités d'aujourd'hui, le premier étage d'une fusée Falcon 9 de classe lourde dans certains lancements peut être utilisé dans une version de rentrée. Portant le deuxième étage de la fusée à une hauteur suffisante, il s'en sépare à une altitude d'environ 70 kilomètres, le désamarrage se produit environ 2,5 minutes après le lancement du lanceur (le temps dépend des tâches de lancement spécifiques). Après séparation du LV, le premier étage, utilisant le système de contrôle d'attitude installé, effectue une petite manœuvre, évitant la flamme des moteurs du deuxième étage en fonctionnement, et fait avancer les moteurs en vue des trois manœuvres de freinage principales. Lors de l'atterrissage, le premier étage utilise ses propres moteurs pour le freinage. Il est à noter que l'étage de retour impose ses propres restrictions au lancement. Par exemple, la charge utile maximale d'une fusée Falcon 9 est réduite de 30 à 40 %. Cela est dû à la nécessité de réserver du carburant pour le freinage et l'atterrissage ultérieur, ainsi que le poids supplémentaire de l'équipement d'atterrissage installé (gouvernails en treillis, supports d'atterrissage, éléments du système de contrôle, etc.).
Les succès des Américains et les grandes séries de lancements réussis ne sont pas passés inaperçus dans le monde, ce qui a provoqué une série de déclarations sur le démarrage de projets utilisant la réutilisation partielle des fusées, notamment le retour des boosters latéraux et le retour du premier étage sur Terre. Des représentants de Roscosmos se sont également exprimés à ce sujet. La Société a commencé à parler de la reprise des travaux sur la création de missiles réutilisables en Russie début 2017.
Lanceur "Korona" - vue générale
Fusée Korona réutilisable et projets antérieurs
Il convient de noter que l'idée de missiles réutilisables a été étudiée en Union soviétique. Après l'effondrement du pays, ce sujet n'a pas disparu, les travaux dans ce sens se sont poursuivis. Ils ont commencé bien avant qu'Elon Musk n'en parle. Par exemple, les blocs du premier étage de la fusée soviétique super-lourde Energia devaient être restitués, cela était nécessaire pour des raisons économiques et pour la mise en œuvre de la ressource des moteurs RD-170, conçus pour au moins 10 vols.
Moins connu est le projet du lanceur Rossiyanka, développé par les spécialistes de l'académicien V. P. Makeev State Rocket Center. Cette entreprise est surtout connue pour ses développements militaires. C'est par exemple ici qu'ont été créés la majorité des missiles balistiques domestiques destinés à l'armement des sous-marins, dont les missiles balistiques R-29RMU Sineva actuellement en service dans la flotte de sous-marins russes.
Selon le projet, le Rossiyanka était un lanceur à deux étages, dont le premier étage était réutilisable. Essentiellement la même idée que les ingénieurs de SpaceX, mais quelques années plus tôt. La fusée était censée lancer 21,5 tonnes de fret sur une orbite de référence basse - des indicateurs proches de la fusée Falcon 9. Le retour du premier étage devait avoir lieu le long d'une trajectoire balistique en raison de la réintégration des moteurs de l'étage standard. Si nécessaire, la capacité de charge de la fusée pourrait être portée à 35 tonnes. Le 12 décembre, le Makeyev SRC a présenté sa nouvelle fusée au concours de Roscosmos pour le développement de lanceurs réutilisables, mais la commande pour la création de tels dispositifs est passée aux concurrents du Centre spatial de recherche et de production d'État de Khrunichev avec le Baïkal-Angara. projet. Très probablement, les spécialistes du Makeev SRC auraient eu la compétence pour mettre en œuvre leur projet, mais sans une attention et un financement suffisants, cela était impossible.
Le projet Baïkal-Angara était encore plus ambitieux; il s'agissait d'une version aéronautique du premier étage de retour sur Terre. Il était prévu qu'après avoir atteint la hauteur définie du compartiment, une aile spéciale s'ouvrirait au premier étage, puis volerait le long d'un avion avec un atterrissage sur un aérodrome conventionnel avec le train d'atterrissage sorti. Cependant, un tel système lui-même est non seulement très complexe, mais aussi coûteux. Ses mérites incontestables comprenaient le fait qu'elle pouvait revenir d'une plus grande distance. Malheureusement, le projet n'a jamais été réalisé, on s'en souvient encore parfois, mais sans plus.
Maintenant, le monde pense à des lanceurs entièrement réutilisables. Elon Musk a annoncé le projet Big Falcon Rocket. Une telle fusée devrait recevoir une architecture à deux étages peu caractéristique de la cosmonautique moderne; son deuxième étage est un tout avec un engin spatial, qui peut être soit cargo, soit passager. Il est prévu que le premier étage de Superheavy revienne sur Terre, effectuant un atterrissage vertical au cosmodrome grâce à l'utilisation de ses moteurs, cette technologie a déjà été parfaitement développée par les ingénieurs de SpaceX. Le deuxième étage de la fusée, ainsi qu'un vaisseau spatial (en fait, il s'agit d'un vaisseau spatial à diverses fins), nommé Starship, entrera en orbite terrestre. Le deuxième étage disposera également de suffisamment de carburant pour décélérer dans les couches denses de l'atmosphère après avoir terminé une mission spatiale et atterrir sur une plate-forme offshore.
Il convient de noter que SpaceX n'a pas non plus la main dans une telle idée. En Russie, le projet d'un lanceur réutilisable est développé depuis les années 1990. Et encore une fois, ils ont travaillé sur le projet au State Rocket Center du nom de l'académicien V. P. Makeev. Le projet de la fusée russe réutilisable porte le beau nom "Korona". Roscosmos a rappelé ce projet en 2017, après quoi divers commentaires ont suivi sur la reprise de ce projet. Par exemple, en janvier 2018, la Rossiyskaya Gazeta a publié la nouvelle que la Russie avait repris les travaux sur une fusée spatiale réutilisable. Il s'agissait du lanceur Korona.
Contrairement à la fusée américaine Falcon-9, la Korona russe n'a pas d'étages détachables; en fait, il s'agit d'un seul engin spatial à décollage et atterrissage en douceur. Selon Vladimir Degtyar, concepteur général de la SRC Makeyev, ce projet devrait ouvrir la voie à la mise en œuvre de vols interplanétaires habités longue distance. Il est prévu que le principal matériau structurel de la nouvelle fusée russe soit de la fibre de carbone. Dans le même temps, le "Korona" est conçu pour lancer des engins spatiaux sur des orbites terrestres basses à une altitude de 200 à 500 kilomètres. La masse du lanceur est d'environ 300 tonnes. La masse de la charge utile de sortie est de 7 à 12 tonnes. Le décollage et l'atterrissage du "Korona" devraient s'effectuer à l'aide d'installations de lancement simplifiées, en plus de cela, l'option de lancer une fusée réutilisable à partir de plates-formes offshore est en cours d'élaboration. Le nouveau lanceur pourra utiliser la même plate-forme pour le décollage et l'atterrissage. Le temps de préparation de la fusée pour le prochain lancement n'est que d'environ une journée.
Il convient de noter que les matériaux en fibre de carbone nécessaires à la création de fusées à un étage et réutilisables sont utilisés dans la technologie aérospatiale depuis les années 90 du siècle dernier. Depuis le début des années 1990, le projet Korona a parcouru un long chemin de développement et a considérablement évolué, inutile de dire qu'il s'agissait initialement d'une fusée à usage unique. Dans le même temps, au fil de l'évolution, la conception de la future fusée est devenue à la fois plus simple et plus parfaite. Peu à peu, les développeurs de la fusée ont abandonné l'utilisation d'ailes et de réservoirs de carburant externes, ayant compris que le matériau principal du corps de fusée réutilisable serait la fibre de carbone.
Dans la dernière version de la fusée Korona réutilisable à ce jour, sa masse approche les 280-290 tonnes. Un si grand lanceur à un étage nécessite un moteur-fusée à propergol liquide très efficace fonctionnant à l'hydrogène et à l'oxygène. Contrairement aux moteurs de fusée, qui sont placés sur des étages séparés, un tel moteur de fusée à propergol liquide devrait fonctionner efficacement dans diverses conditions et à différentes altitudes, y compris le décollage et le vol en dehors de l'atmosphère terrestre. "Un moteur de fusée à propergol liquide ordinaire avec des tuyères Laval n'est efficace qu'à certaines plages d'altitude", déclarent les concepteurs de Makeevka. Le jet de gaz de ces moteurs-fusées s'ajuste à la pression « à la mer »; de plus, ils conservent leur efficacité à la fois à la surface de la Terre et assez haut dans la stratosphère.
RN "Korona" en vol orbital avec un compartiment de charge utile fermé, rendu
Cependant, jusqu'à présent dans le monde, il n'existe tout simplement pas de moteur fonctionnel de ce type, bien qu'il ait été activement développé en URSS et aux États-Unis. Les experts estiment que le lanceur réutilisable Korona devrait être équipé d'une version modulaire du moteur, dans laquelle la buse à air en coin est le seul élément qui n'a actuellement pas de prototype et n'a pas été testé dans la pratique. Dans le même temps, la Russie dispose de ses propres technologues dans la production de matériaux composites modernes et de pièces à partir de ceux-ci. Leur développement et leur application sont engagés avec succès, par exemple, dans JSC "Composite" et l'Institut panrusse des matériaux d'aviation (VIAM).
Pour un vol en toute sécurité dans l'atmosphère terrestre, la structure en fibre de carbone du Korona sera protégée par une tuile de protection thermique, qui a été précédemment développée au VIAM pour le vaisseau spatial Bourane et a depuis fait l'objet d'un développement important. "La principale charge thermique du Korona sera concentrée sur sa proue, où des éléments de protection thermique à haute température sont utilisés", notent les concepteurs. « Dans le même temps, les côtés évasés du lanceur ont un diamètre plus grand et sont situés à un angle aigu par rapport au flux d'air. La charge thermique sur ces éléments est moindre, ce qui, à son tour, nous permet d'utiliser des matériaux plus légers. En conséquence, une économie d'environ 1,5 tonne de poids est réalisée. La masse de la partie haute température de la fusée ne dépasse pas 6 % de la masse totale de la protection thermique de la Korona. A titre de comparaison, la navette spatiale représentait plus de 20 pour cent. »
La forme élégante et effilée de la fusée réutilisable est le résultat de nombreux essais et erreurs. Selon les développeurs, tout en travaillant sur le projet, ils ont examiné et évalué des centaines d'options différentes. "Nous avons décidé d'abandonner complètement les ailes, comme celles de la navette spatiale ou de la sonde Bourane", précisent les développeurs. - En gros, lorsqu'elles se trouvent dans les couches supérieures de l'atmosphère, les ailes n'interfèrent qu'avec l'engin spatial. De tels vaisseaux spatiaux pénètrent dans l'atmosphère à une vitesse hypersonique pas meilleure qu'un "fer", et ce n'est qu'à une vitesse supersonique qu'ils passent au vol horizontal, après quoi ils peuvent pleinement compter sur l'aérodynamique des ailes."
La forme conique axisymétrique de la fusée permet non seulement de faciliter la protection thermique, mais aussi de lui conférer de bonnes qualités aérodynamiques lors de déplacements à des vitesses de vol élevées. Déjà dans les couches supérieures de l'atmosphère, la "Korona" reçoit une force de levage, ce qui permet à la fusée non seulement de ralentir, mais aussi d'effectuer des manœuvres. Cela permet au lanceur de manœuvrer à haute altitude lorsqu'il vole vers le site d'atterrissage; à l'avenir, il n'a plus qu'à terminer le processus de freinage, corriger sa trajectoire, tourner vers l'arrière vers le bas à l'aide de petits moteurs de manœuvre et atterrir au sol.
Le problème avec le projet est que Korona est toujours en cours de développement dans des conditions de financement insuffisant ou d'absence totale. Actuellement, le Makeyev SRC n'a terminé qu'un projet de conception sur ce sujet. Selon les données annoncées lors des XLII lectures académiques sur la cosmonautique en 2018, des études de faisabilité ont été réalisées sur le projet de création du lanceur Korona et un calendrier efficace de développement de fusée a été établi. Les conditions nécessaires à la création d'un nouveau lanceur ont été étudiées et les perspectives et les résultats du processus de développement et de l'exploitation future de la nouvelle fusée ont été analysés.
Après le sursaut de nouvelles concernant le projet Crown en 2017 et 2018, le silence s'ensuit à nouveau… Les perspectives du projet et de sa mise en œuvre sont encore floues. Pendant ce temps, SpaceX présentera un échantillon test de sa nouvelle Big Falcon Rocket (BFR) réutilisable à l'été 2019. Cela peut prendre de nombreuses années entre la création d'un échantillon test et une fusée à part entière, ce qui confirmera sa fiabilité et ses performances, mais pour l'instant, nous pouvons affirmer: Elon Musk et sa société fabriquent des choses qui peuvent être vues et touchées par les mains.. Dans le même temps, Roskosmos, selon le Premier ministre Dmitri Medvedev, devrait mettre fin à ses projections et discuter de l'endroit où nous volerons à l'avenir. Vous devez parler moins et faire plus.
