Fusée réutilisable et système spatial sur le site de lancement. Graphiques de l'Institut de recherche à haute température
La base de la cosmonautique russe moderne est constituée des fusées Soyouz et Proton, qui ont été créées au milieu du siècle dernier. Presque tout ce qui est lancé dans l'espace depuis les cosmodromes russes est mis en orbite par ces machines fiables, mais assez dépassées. Afin de renouveler la flotte de fusées et d'assurer l'accès inconditionnel de la Russie à tous les segments de l'activité spatiale, le plus récent complexe de fusées Angara entre dans la phase d'essais en vol. C'est peut-être le seul complexe de fusées spatiales au monde qui dispose d'un large éventail de capacités pour envoyer des engins spatiaux pesant de 4 à 26 tonnes dans l'espace.
Des principes super lourds
Les besoins en véhicules spatiaux dans un avenir proche seront satisfaits par les fusées Soyouz et Angara, mais leur capacité d'emport est insuffisante pour résoudre les problèmes d'exploration de la Lune, de Mars et des autres planètes du système solaire. De plus, ils compliquent la situation écologique de la région de l'Amour car leurs étapes épuisées tomberont soit dans la taïga de l'Amour, soit dans la zone d'eau de la mer d'Okhotsk. Il est clair que cette situation est forcée, c'est un paiement pour assurer la souveraineté spatiale de la Russie. Quel sera ce paiement si une décision est prise de créer des fusées super-lourdes pour des vols habités vers la Lune ?
Il y a déjà eu de tels missiles dans notre histoire: Energia et N-1. Les principes de base d'une fusée super-lourde ont été établis et mis en œuvre il y a plus de 50 ans, il ne faut donc que de l'argent pour la créer. Et si une fusée super-lourde est créée pour la troisième fois, alors 320 tonnes supplémentaires de déchets métalliques contenant des résidus de carburant seront accumulées chaque année dans la région de l'Amour.
La volonté de fabriquer des fusées respectueuses de l'environnement et rentables a conduit à l'idée de renvoyer les premiers étages de fusées sur le site de lancement et de les réutiliser. Après avoir calculé le temps imparti, les marches devraient descendre dans l'atmosphère et au retour de l'avion vers le site de lancement. Selon ce principe, la fusée réutilisable et le système spatial (MRKS) seront exploités.
MRKS tel qu'il est
La fusée et le système spatial réutilisables ont été présentés aux spécialistes et au public lors du Salon de l'aérospatiale de Moscou en 2011. Le système se compose de quatre lanceurs réutilisables (MRN) avec des ensembles de missiles réutilisables (VRB). L'ensemble de la gamme des MRN d'une capacité de charge de 25 à 70 tonnes peut être complétée par différentes combinaisons de deux modules principaux: le premier module est une unité fusée réutilisable (premier étage), le deuxième module est un deuxième étage fusée jetable.
Dans une configuration d'une capacité d'emport allant jusqu'à 25 tonnes (un VRB et un module du 2e étage), la fusée réutilisable peut lancer tous les engins spatiaux habités et non habités modernes et prometteurs. D'une dimension de 35 tonnes (deux VRB et un module du 2e étage), le MRN permet de lancer deux satellites de télécommunications en orbite par lancement, de livrer dans l'espace des modules de stations orbitales prometteuses et de lancer des stations automatiques lourdes, qui seront utilisées au première étape de l'exploration lunaire et de l'exploration de Mars.
Un avantage important du MRN est la possibilité d'effectuer des lancements appariés. Afin de lancer deux satellites de télécommunications modernes à l'aide de la fusée Angara, il est nécessaire d'acheter dix moteurs de fusée d'une valeur de 240 millions de roubles chacun. chaque. Lors du lancement de deux des mêmes satellites à l'aide du MRN, un seul moteur sera consommé, dont le coût est estimé à 400 millions de roubles. Les économies de coûts pour les moteurs seuls sont de 600 % !
Les premières études de la fusée récupérable ont été réalisées au début du siècle et présentées au salon aéronautique du Bourget sous la forme d'une maquette de l'étage de rentrée du Baïkal.
Plus tard, au stade de la conception préliminaire, des travaux ont été effectués sur la sélection des composants du combustible, résolvant les problèmes de chauffage thermique, d'atterrissage automatique et de nombreux autres problèmes. Des dizaines de variantes de VRB ont été analysées en détail, une analyse technique et économique approfondie a été réalisée, prenant en compte divers scénarios de développement de la cosmonautique domestique. En conséquence, une variante du MRKS a été déterminée, qui satisfait le plus pleinement l'ensemble des tâches modernes et prometteuses.
Atterrissage d'un lanceur réutilisable avec des unités de fusées réutilisables. Graphiques de l'Institut de recherche à haute température
Au gaz bleu
Il a été proposé de résoudre le problème d'un moteur réutilisable en utilisant du gaz naturel liquéfié (GNL) comme carburant. Le gaz naturel est un carburant bon marché et respectueux de l'environnement qui convient le mieux à une utilisation dans des moteurs réutilisables. Cela a été confirmé par le Khimmash Design Bureau nommé d'après A. M. Isaev en septembre 2011, lorsque le premier moteur de fusée à gaz naturel à propergol liquide au monde a été testé. Le moteur a tourné pendant plus de 3000 secondes, ce qui correspond à 20 démarrages. Après l'avoir démonté et examiné l'état des unités, toutes les nouvelles idées techniques ont été confirmées.
Il a été proposé de résoudre le problème d'échauffement de la structure en choisissant les trajectoires optimales dans lesquelles les flux de chaleur excluent un échauffement intense de la structure. Cela élimine le besoin d'une protection thermique coûteuse.
Il a été proposé de résoudre le problème de l'atterrissage automatique de deux VRB et de leur intégration dans l'espace aérien russe en incluant le système de navigation GLONASS et un système de surveillance dépendante automatique, qui n'était pas utilisé dans les fusées, dans la boucle de contrôle.
Compte tenu de la complexité technique et de la nouveauté des équipements en cours de réalisation, basée sur l'expérience nationale et étrangère, la nécessité de créer un démonstrateur en vol, qui est une copie réduite du VRB, est justifiée. Le démonstrateur peut être fabriqué et équipé de tous les systèmes embarqués standards sans aucune préparation particulière pour la production. Un tel avion permettra de tester en conditions de vol réelles toutes les solutions techniques clés intégrées dans un produit grandeur nature, réduisant les risques techniques et financiers lors de la création d'un produit standard.
Le coût du démonstrateur peut être justifié en raison de sa capacité unique à lancer des objets pesant plus de 10 tonnes à une altitude de 80 km le long d'une trajectoire balistique, les accélérant à une vitesse dépassant de 7 fois la vitesse du son, et retournant au aérodrome pour un deuxième lancement. Un produit réutilisable créé sur sa base peut être d'une grande importance non seulement pour les développeurs d'avions hypersoniques.
La philosophie de la flexibilité
Le premier étage est la partie la plus grande et la plus chère de la fusée. En réduisant la production de ces étages en raison de leur utilisation répétée, il est possible de réduire considérablement les coûts des agences fédérales pour les lancements d'engins spatiaux. Les estimations préliminaires montrent que pour la mise en œuvre réussie de tous les programmes spatiaux existants et prometteurs, y compris la livraison de stations sans pilote vers la Lune et Mars, il suffit d'avoir une flotte de seulement 7 à 9 blocs de fusées de rentrée.
Le MRCS a une philosophie de flexibilité par rapport à la conjoncture du programme spatial. Ayant créé un MRN d'une capacité de charge de 25 à 35 tonnes, Roskosmos recevra un système qui résoudra efficacement les problèmes d'aujourd'hui et de demain. S'il est nécessaire de déployer des véhicules plus lourds pour des vols vers la Lune ou Mars, le client disposera d'un MRN d'une capacité d'emport pouvant aller jusqu'à 70 tonnes, dont la création ne nécessite pas de coûts importants.
Le seul programme pour lequel le MRKS n'est pas adapté est le programme de vols habités vers Mars. Mais ces vols ne sont pas techniquement réalisables dans un avenir prévisible.
Aujourd'hui se pose une question fondamentale sur les perspectives de développement des lanceurs. Que créer: une fusée super-lourde jetable, qui ne sera utilisée que dans les programmes lunaire et martien et, s'ils sont résiliés, les coûts seront à nouveau amortis; ou de créer un MRCS, qui permettra non seulement de mettre en œuvre les programmes de lancement actuels à un prix une fois et demi inférieur à celui d'aujourd'hui, mais qui pourra également être utilisé avec des modifications minimes dans le programme lunaire et le programme d'exploration de Mars ?
