Les programmes lunaires et martiens de la Russie ont besoin de véhicules de livraison super lourds
De nos jours, la pénétration dans l'espace lointain, déclarée dans les programmes spatiaux avancés russes et américains, tout comme les activités dans l'espace proche de la Terre, est cependant inextricablement liée à la création de systèmes de transport fiables, économiques et multifonctionnels. De plus, ils doivent être adaptés à la résolution d'un très large éventail de tâches civiles et militaires. Apparemment, la Russie devrait prêter attention à la création de transports spatiaux lourds réutilisables.
Aujourd'hui, la pensée spatiale russe s'est enfin réorientée vers les expéditions au long cours. Nous parlons d'une exploration progressive de la lune - un programme qui n'a pas été rendu depuis 40 ans. Dans un avenir lointain - vols habités vers Mars. Dans ce cas, nous n'évoquerons pas les programmes précités, mais notons que nous ne pouvons pas nous passer de lanceurs lourds capables de lancer des centaines de tonnes de charge utile en orbite basse.
Angara et Ienisseï
L'aspect militaire ne va nulle part non plus. L'élément de base du système américain de défense antimissile spatial, qui est déjà pratiquement devenu une réalité, sera un système de transport capable d'acheminer de nombreuses plates-formes de combat, des satellites d'observation et de contrôle sur l'orbite terrestre. Il devrait également prévoir la prévention et la réparation de ces véhicules directement dans l'espace.
En général, un système au potentiel énergétique colossal a été conçu. Après tout, une seule plate-forme de combat avec un laser au fluorure d'hydrogène de 60 mégawatts a un poids estimé à 800 tonnes. Mais l'efficacité des armes à énergie dirigée ne peut être élevée que si plusieurs de ces plates-formes sont déployées en orbite. Il est clair que le chiffre d'affaires total du fret de la prochaine série de "guerres des étoiles" s'élèvera à des dizaines de milliers de tonnes, qui devront être systématiquement livrées dans l'espace proche de la Terre. Mais ce n'est pas tout.
Aujourd'hui, les complexes de reconnaissance spatiale jouent un rôle clé dans l'utilisation d'armes de haute précision sur Terre. Cela oblige à la fois les États-Unis et la Russie à augmenter et à améliorer constamment leurs groupements orbitaux. De plus, le caractère high-tech des engins spatiaux nécessite en même temps de prévoir leur réparation orbitale.
Mais revenons au thème lunaire. Fin janvier, alors qu'il envisage une étude approfondie de la Lune avec la perspective d'y déployer une base habitée, le patron de la société spatiale nationale Energia, Vitaly Lopota, a évoqué la possibilité d'un vol vers la Lune depuis le point de vue des lanceurs.
L'envoi d'expéditions sur la Lune est impossible sans la création de lanceurs super-lourds d'une capacité de charge utile de 74 à 140 tonnes, tandis que la fusée russe Proton la plus puissante met 23 tonnes en orbite. «Pour voler vers la Lune et revenir, vous avez besoin d'un lancement à deux lancements - deux fusées d'une capacité de charge de 75 tonnes, un vol à un seul lancement vers la Lune et retour sans atterrissage est de 130 à 140 tonnes. Si nous prenons une fusée de 75 tonnes comme base, alors une mission pratique sur la Lune avec atterrissage est un schéma de huit lancements. Si la fusée a une capacité de charge inférieure à 75 tonnes, comme ils le suggèrent - 25 à 30 tonnes, alors le développement même de la Lune devient absurde », a déclaré Lopota, s'exprimant lors des lectures royales à l'Université technique d'État Bauman de Moscou.
Denis Lyskov, secrétaire d'État, chef adjoint de Roscosmos, a évoqué la nécessité d'avoir un porteur lourd à la mi-mai. Il a déclaré qu'à l'heure actuelle, Roskosmos, en collaboration avec l'Académie des sciences de Russie, prépare un programme d'exploration spatiale, qui deviendra une partie intégrante du prochain programme spatial fédéral de la Russie pour 2016-2025. « Pour vraiment parler d'un vol vers la lune, nous avons besoin d'un transporteur de classe super-lourd d'une capacité de transport d'environ 80 tonnes. Maintenant que ce projet est au stade de développement, nous préparerons dans un proche avenir les documents nécessaires pour les soumettre au gouvernement », a souligné Lyskov.
À ce jour, la plus grosse fusée russe en opération est la Proton, avec une charge utile de 23 tonnes en orbite basse et de 3,7 tonnes en orbite géostationnaire. La Russie développe actuellement la famille de missiles Angara d'une capacité de charge utile de 1,5 à 35 tonnes. Malheureusement, la création de cette technologie s'est transformée en une véritable construction de longue haleine et le premier lancement a été reporté de nombreuses années, notamment en raison de désaccords avec le Kazakhstan. Maintenant, il est prévu que "Angara" volera au début de l'été depuis le cosmodrome de Plesetsk dans une configuration légère. Selon le chef de Roscosmos, il est prévu de créer une version lourde de l'Angara, capable de lancer une charge utile de 25 tonnes en orbite basse.
Mais de tels indicateurs, on le voit, sont loin d'être suffisants pour la mise en œuvre du programme de vols interplanétaires et d'exploration de l'espace lointain. Lors des lectures royales, le chef de Roscosmos, Oleg Ostapenko, a déclaré que le gouvernement préparait une proposition visant à développer une fusée super-lourde capable de lancer des cargaisons pesant plus de 160 tonnes en orbite basse. « C'est un vrai défi. En termes de chiffres plus élevés, - a déclaré Ostapenko.
Il est difficile de dire dans combien de temps ces plans deviendront réalité. Néanmoins, l'industrie nationale des fusées a une certaine réserve pour la création de transports spatiaux lourds. À la fin des années 1980, il a été possible de créer un lanceur lourd à propergol liquide Energia, capable de lancer une charge utile pesant jusqu'à 120 tonnes en orbite basse. Si nous parlons de la réanimation complète de ce programme, ce n'est pas encore nécessaire, alors il existe certainement des projets de conception d'un porteur lourd basé sur Energia.
La partie principale d'Energia peut être utilisée sur la nouvelle fusée - la RD-0120 LPRE qui fonctionne avec succès. En fait, le projet d'une fusée lourde utilisant ces moteurs existe au Centre spatial Khrunichev, qui est l'organisation principale pour la production de notre seul lanceur lourd, Proton.
Nous parlons du système de transport Yenisei-5, dont le développement a commencé en 2008. On suppose que la fusée d'une longueur de 75 mètres sera équipée du premier étage avec trois LPRE oxygène-hydrogène RD-0120, dont la production a été lancée par le Voronej Design Bureau of Chemical Automation en 1976. Selon les spécialistes du Centre Khrunichev, il ne sera pas difficile de restaurer ce programme et à l'avenir, il est possible de réutiliser ces moteurs.
Cependant, outre les avantages évidents, le Yenisei a un inconvénient important, franchement, aujourd'hui inévitable - les dimensions. Le fait est que selon les plans, la charge principale des futurs lancements tombera sur le cosmodrome de Vostochny en construction en Extrême-Orient. Dans tous les cas, des porteurs prometteurs lourds et super-lourds sont censés être envoyés dans l'espace à partir de là.
Le diamètre du premier étage de la fusée Yenisei-5 est de 4,1 mètres et ne permet pas son transport par rail, du moins sans une modernisation volumétrique importante et très coûteuse de l'infrastructure routière. En raison de problèmes de transport, à un moment donné, il était nécessaire d'imposer des restrictions sur le diamètre des principaux étages de la fusée Rus-M, qui restaient sur les planches à dessin.
En plus du centre spatial Khrunichev, la Energia Rocket and Space Corporation (RSC) a également participé au développement d'un porteur lourd. En 2007, ils ont proposé un projet de lanceur qui reprend, en partie, le tracé de la fusée Energia. Seule la charge utile de la nouvelle fusée était placée dans la partie supérieure, et non dans le conteneur latéral, comme dans son prédécesseur.
Bénéfice et faisabilité
Les Américains, bien sûr, ne sont pas un décret pour nous, mais leur transport lourd, dont le développement est déjà entré dans la dernière ligne droite, implique une utilisation partiellement réutilisable. Cet été, la société privée SpaceX prévoit de lancer le premier lancement de la nouvelle Falcon Heavy, la plus grande fusée lancée depuis 1973. C'est-à-dire depuis l'époque du programme lunaire américain avec les lancements du gigantesque porte-avions Saturn-5, créé par le père des lanceurs américains, Wernher von Braun. Mais si cette fusée était destinée exclusivement à la livraison d'expéditions vers la Lune et était jetable, alors la nouvelle peut déjà être utilisée pour des expéditions martiennes. De plus, il est prévu de retourner sur Terre des étages de soutien comme la fusée Falcon 9 v1.1 (R - Réutilisable, réutilisable).
Les navettes spatiales sont à nouveau demandées
Le premier étage de cette fusée est équipé de jambes d'atterrissage utilisées pour stabiliser la fusée et pour un atterrissage en douceur. Après séparation, le premier étage décélère en mettant brièvement en marche trois des neuf moteurs pour assurer une entrée dans l'atmosphère à une vitesse acceptable. Déjà près de la surface, le moteur central est allumé et la scène est prête à atterrir en douceur.
La masse de la charge utile que la fusée Falcon Heavy peut soulever est de 52 616 kilogrammes, soit environ le double de celle que peuvent soulever d'autres fusées lourdes - la Delta IV Heavy américaine, l'Ariane européenne et la Longue Marche chinoise -.
La réutilisabilité, bien sûr, est bénéfique dans le cas du travail spatial à haute fréquence. Des études ont montré que l'utilisation de complexes jetables est plus rentable qu'un système de transport réutilisable dans des programmes avec un rythme ne dépassant pas cinq lancements par an, à condition que l'aliénation des terrains pour les champs de chute des pièces séparatrices soit temporaire, et non permanente, avec la possibilité d'évacuer la population, le bétail et le matériel des zones dangereuses. …
Cette réserve est due au fait que le coût d'acquisition du terrain n'a jamais été pris en compte dans les calculs, car jusqu'à récemment, les pertes avec rejet voire avec évacuation temporaire n'ont jamais été compensées et restent difficiles à calculer. Et ils représentent une part importante du coût d'exploitation des systèmes de missiles. Avec une échelle de programme de plus de 75 lancements en 15 ans, les systèmes réutilisables ont l'avantage, et l'effet économique de leur utilisation augmente avec le nombre.
De plus, le passage de véhicules jetables pour le lancement de charges utiles lourdes à des véhicules réutilisables entraîne une réduction significative de la production d'équipements. Ainsi, lorsque deux systèmes alternatifs sont utilisés dans un programme spatial, le nombre de blocs requis est réduit de quatre à cinq fois, le nombre de corps de blocs centraux - de 50, moteurs liquides pour le deuxième étage - de neuf fois. Ainsi, les économies réalisées grâce à la réduction des volumes de production lors de l'utilisation d'un lanceur réutilisable sont à peu près égales au coût de construction d'un.
De retour en Union soviétique, des calculs ont été effectués sur les coûts de maintenance après vol et les travaux de réparation et de restauration des systèmes réutilisables. Nous avons utilisé les données factuelles disponibles obtenues par les développeurs à la suite d'essais au sol et en vol, ainsi que le fonctionnement de la cellule du vaisseau spatial orbital Bourane avec un revêtement de protection thermique, des avions à long rayon d'action, des moteurs liquides à usage multiple du type RD-170 et RD-0120. Selon les résultats de la recherche, les coûts de maintenance et de réparation après vol représentent moins de 30 % des coûts de fabrication de nouvelles unités de fusée.
Curieusement, l'idée de réutilisabilité s'est manifestée dès les années 1920 en Allemagne, écrasée par le traité de Versailles, qui a uni la communauté technique européenne, en proie à la fièvre des fusées. Sous le Troisième Reich en 1932-1942, sous la direction d'Eigen Zenger, un projet de bombardement de missiles a été développé avec succès. Il était censé créer un avion qui, à l'aide d'un chariot de lancement sur rail, accélérerait à grande vitesse, puis mettrait en marche son propre moteur-fusée, s'élèverait hors de l'atmosphère, d'où il ricocherait à travers les couches denses de l'atmosphère et atteindrait un longue portée. L'appareil était censé partir d'Europe occidentale et atterrir sur le territoire du Japon, il était destiné à bombarder le territoire des États-Unis. Les derniers rapports de ce projet ont été interrompus en 1944.
Dans les années 50 aux États-Unis, il a servi d'impulsion au développement d'un projet d'avion spatial qui a précédé l'avion-fusée Dyna-Sor. En Union soviétique, des propositions pour le développement de tels systèmes ont été examinées par Yakovlev, Mikoyan et Myasishchev en 1947, mais n'ont pas été développées en raison d'un certain nombre de difficultés liées à la mise en œuvre technique.
Avec le développement rapide des fusées à la fin des années 40 et au début des années 50, la nécessité de terminer les travaux sur un bombardier-roquette habité a disparu. Dans l'industrie des missiles, une direction des missiles de croisière de type balistique s'est formée, qui, sur la base du concept général de leur utilisation, a trouvé sa place dans le système de défense général de l'URSS.
Mais aux États-Unis, les travaux de recherche sur un avion-fusée ont été soutenus par l'armée. À l'époque, on croyait que les avions conventionnels ou les avions à projectiles équipés de moteurs à réaction étaient le meilleur moyen de livrer des charges en territoire ennemi. Des projets pour le programme de missiles planeurs Navajo sont nés. Bell Aircraft a continué ses recherches sur l'avion spatial afin de l'utiliser non pas comme bombardier, mais comme véhicule de reconnaissance. En 1960, un contrat a été signé avec Boeing pour le développement de la fusée de reconnaissance suborbitale Daina-Sor, qui devait être lancée avec la fusée Titan-3.
Cependant, l'URSS est revenue à l'idée d'avions spatiaux au début des années 60 et a lancé des travaux au Mikoyan Design Bureau sur deux projets de véhicules suborbitaux à la fois. Le premier prévoyait un avion d'appoint, le second - une fusée Soyouz avec un avion orbital. Le système aérospatial à deux étages s'appelait Spiral ou Project 50/50.
La fusée orbitale a été lancée à l'arrière d'un puissant avion porteur Tu-95K à haute altitude. L'avion-fusée "Spiral" sur des moteurs de fusée à propergol liquide a atteint l'orbite terrestre proche, y a effectué des travaux planifiés et est revenu sur Terre en planant dans l'atmosphère. Les fonctions de ce vaisseau spatial d'avion volant compact étaient beaucoup plus larges que le simple travail en orbite. Un modèle grandeur nature d'un avion-fusée a effectué plusieurs vols dans l'atmosphère.
Le projet soviétique prévoyait la création d'un appareil pesant plus de 10 tonnes avec des consoles d'aile repliables. Une version expérimentale de l'appareil en 1965 était prête pour le premier vol en tant qu'analogue subsonique. Pour résoudre les problèmes d'effets thermiques sur la structure en vol et de contrôlabilité du véhicule à des vitesses subsoniques et supersoniques, des modèles volants ont été construits, appelés "Bor". Leurs tests ont été effectués en 1969-1973. Une étude approfondie des résultats obtenus a conduit à la nécessité de créer deux modèles: "Bor-4" et "Bor-5". Cependant, le rythme accéléré des travaux sur le programme de la navette spatiale, et surtout, les succès incontestables des Américains dans ce domaine, ont nécessité des ajustements aux plans soviétiques.
En général, la technologie aérospatiale réutilisable pour les développeurs nationaux n'est en aucun cas quelque chose de nouveau et d'inconnu. Compte tenu de l'accélération des programmes de construction de systèmes satellitaires, de communications interplanétaires et d'exploration de l'espace lointain, nous pouvons parler avec confiance de la nécessité de créer des lanceurs précisément réutilisables, y compris des lanceurs lourds.
Dans l'ensemble, les projets de développement d'un missile lourd russe sont plutôt optimistes. À la mi-mai, Oleg Ostapenko a précisé que le programme spatial fédéral 2016-2025 prévoira toujours la conception d'un lanceur super-lourd d'une capacité de charge utile de 70 à 80 tonnes. « Le FKP n'a pas encore été agréé, il est en cours de constitution. Nous le publierons dans un avenir proche », souligne le patron de Roscosmos.
