Przemysł kosmiczny jest jednym z najbardziej zaawansowanych technologicznie, a jego stan w dużej mierze charakteryzuje ogólny poziom rozwoju przemysłu i technologii w kraju. Dotychczasowe osiągnięcia kosmiczne Rosji opierają się głównie na osiągnięciach ZSRR. W czasie rozpadu Związku Radzieckiego zdolności ZSRR i Stanów Zjednoczonych w kosmosie były w przybliżeniu porównywalne. Następnie sytuacja z kosmonautyką w Federacji Rosyjskiej zaczęła się stopniowo pogarszać.
Oprócz usług dostarczania amerykańskich astronautów na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS), które powstały z powodu odmowy Stanów Zjednoczonych z drogiego programu Space Shuttle, Rosja jest gorsza od Stanów Zjednoczonych we wszystkim: praktycznie nie ma udane duże projekty naukowe porównywalne z wysyłaniem łazików, rozmieszczaniem teleskopów orbitalnych lub wysyłaniem statków kosmicznych do odległych obiektów w Układzie Słonecznym. Szybki rozwój prywatnych firm komercyjnych doprowadził do znacznego spadku udziału Roskosmosu w rynku kosmicznych startów. Rosyjskie silniki RD-180 dostarczane do Stanów Zjednoczonych wkrótce zastąpią amerykański BE-4 firmy Blue Origin.
Z dużym prawdopodobieństwem w nadchodzącym roku Stany Zjednoczone odmówią usług Rosji jako „kabiny kosmicznej”, po zakończeniu testów własnego załogowego statku kosmicznego (opracowywane są jednocześnie trzy załogowe statki kosmiczne).
Ostatnim punktem styku Stanów Zjednoczonych z Rosją jest ISS, która dobiega końca. Jeśli jakikolwiek projekt krajowy lub międzynarodowy z udziałem Rosji nie zostanie zrealizowany, pobyt rosyjskich kosmonautów na orbicie stanie się niezwykle epizodyczny.
Głównym ustalonym trendem, który w niedalekiej przyszłości powinien doprowadzić do znacznego obniżenia kosztów wynoszenia ładunku na orbitę, jest tworzenie rakiet wielokrotnego użytku. W pewnym stopniu już się to dzieje: deklarowanym celem SpaceX jest dziesięciokrotne obniżenie kosztów wynoszenia ładunku na orbitę, a obecnie możliwe jest obniżenie ceny o około półtora raza.
Należy rozumieć, że rakieta wielokrotnego użytku w obecnej formie (z powrotem pierwszego etapu) jest na początkowym etapie rozwoju. Sądząc po zainteresowaniu innych firm handlowych w tym kierunku, kierunek ten można uznać za niezwykle obiecujący. Przełomem w tym kierunku mogłoby być pojawienie się dwustopniowego pojazdu startowego (LV) BFR z pełną możliwością ponownego wykorzystania obu etapów i oczekiwaną niezawodnością lotu na poziomie nowoczesnych samolotów pasażerskich.
Rosyjski przemysł kosmiczny ma również kilka projektów rakiet nośnych wielokrotnego użytku o różnym stopniu zaawansowania.
„Bajkał”
Jednym z najaktywniej promowanych projektów rakiet wielokrotnego użytku jest Bajkał-Angara. Obiecujący moduł "Bajkał" to akcelerator wielokrotnego użytku (MRU) pierwszego etapu rakiety nośnej Angara, opracowany w GKNPT im. Chruniczow.
W zależności od klasy rakiety (lekka, średnia, ciężka) należy zastosować jeden, dwa lub cztery dopalacze Bajkał wielokrotnego użytku. W wersji lekkiej akcelerator Bajkał jest tak naprawdę pierwszym stopniem, który przybliża koncepcję rakiety Angara w tej wersji do koncepcji Falcon-9 firmy SpaceX.
Cechą akceleratora wielokrotnego użytku „Bajkał” jest zwrot realizowany przez samoloty. Po wydokowaniu „Bajkał” rozkłada obrotowe skrzydło w górnej części kadłuba i ląduje na lotnisku, podczas gdy można manewrować na odległość około 400 km.
Projekt był krytykowany za to, że jest bardziej złożony i potencjalnie mniej wydajny w porównaniu z sadzeniem pionowym stosowanym w projektach zagranicznych. Według Roskosmosu, aby zapewnić możliwość powrotu na miejsce startu, konieczny jest poziomy schemat lądowania, ale taką samą możliwość zadeklarowano dla wozu startowego BFR. A pierwsze stopnie rakiety Falcon-9 znajdują się nie dalej niż 600 km od miejsca startu, to znaczy, że lądowiska dla nich można łatwo wyposażyć w stosunkowo niewielkiej odległości od kosmodromu.
Kolejną wadę koncepcji rakiety Bajkał MRU + Angara można uznać za to, że w wersji średniej i ciężkiej wracają tylko akceleratory, tracony jest pierwszy stopień (jednostka centralna) rakiety nośnej. A lądowanie czterech MRU w tym samym czasie podczas uruchamiania ciężkiej wersji pojazdu nośnego może powodować trudności.
Na tle opracowania projektu Bajkał-Angara dziwnie wyglądają wypowiedzi głównego konstruktora rakiet Angara Aleksandra Miedwiediewa. Jego zdaniem rakieta może lądować za pomocą silników odrzutowych na wysuwanych wspornikach, takich jak rakieta Falcon-9. Doposażenie pierwszych stopni wozów nośnych Angara-A5V i Angara-A3V w podpory do lądowania, system kontroli lądowania, dodatkowe systemy ochrony termicznej i dodatkowe paliwo zwiększy ich masę o około 19 procent. Po rewizji Angara-A5V będzie mogła wycofać z kosmodromu Wostoczny 26-27 ton, a nie 37 ton, jak w wersji jednorazowej. Jeśli ten projekt zostanie wdrożony, koszt podniesienia ładunku za pomocą "Angary" powinien zmniejszyć się o 22-37%, podczas gdy maksymalna dopuszczalna liczba startów pierwszych etapów pojazdu nośnego nie jest wskazana.
Biorąc pod uwagę wypowiedzi przedstawicieli Roskosmosu o możliwości stworzenia we współpracy z S7 Space rakiety nośnej Sojuz-7 w wersji wielokrotnego użytku, można stwierdzić, że projekt rakiety wielokrotnego użytku nie został jeszcze ostatecznie rozstrzygnięty w Rosji. Niemniej jednak projekt Bajkał MRU jest stopniowo opracowywany. W jego rozwój zaangażowany jest eksperymentalny zakład budowy maszyn im. Testowy lot poziomy demonstratora planowany jest na 2020 r., następnie należy osiągnąć prędkość około 6,5 m. W przyszłości MRU zostanie wystrzelony z balonu, z wysokości 48 km.
Sojuz-7
We wrześniu 2018 r. stanowisko odszedł Igor Radugin, Pierwszy Zastępca Generalnego Konstruktora - Główny Projektant Pojazdów Wyrzutni Energii Rocket and Space Corporation, który kierował rozwojem nowej rosyjskiej rakiety Sojuz-5 i superciężkiej rakiety Jenisej. poszedł do pracy do prywatnej firmy S7 Space. Według niego, S7 Space planuje stworzyć rakietę Sojuz-7, opartą na rakiecie jednorazowego użytku Sojuz-5, opracowywanej przez Roscosmos, który z kolei jest ideologicznym następcą udanej radzieckiej rakiety Zenit.
Podobnie jak w rakiecie Falcon-9, rakieta nośna Sojuz-7 ma powrócić na pierwszy stopień za pomocą manewru dynamicznego rakiety i pionowego lądowania za pomocą silników rakietowych. Planowane jest opracowanie wersji Sojuz-7SL na platformę Sea Launch. Planowane jest wykorzystanie sprawdzonego silnika RD-171 (najprawdopodobniej jego modyfikacji RD-171MV) jako silnika Sojuz-7 LV, który może być ponownie użyty do dwudziestu razy (10 lotów i 10 oparzeń). S7 Space planuje wdrożyć swój rozwój w ciągu 5-6 lat. W tej chwili pojazd nośny Sojuz-7 można uznać za najbardziej realistyczny projekt rakiety wielokrotnego użytku w Rosji.
Teia
Firma „Lin Industrial” projektuje ultramałą rakietę suborbitalną „Teia”, mającą wystartować do warunkowej granicy przestrzeni 100 km, a następnie wrócić.
Pomimo skromnych cech projektu, może dostarczyć technologii niezbędnych do stworzenia w przyszłości rakiety nośnej o wyższych parametrach, zwłaszcza że Lin Industrial pracuje jednocześnie nad projektem jednorazowego, ultra małego pojazdu nośnego Taimyr.
Korona
Za jeden z najciekawszych i najbardziej innowacyjnych projektów można uznać jednostopniową rakietę pionowego startu i lądowania wielokrotnego użytku „Korona”, która została opracowana przez Państwowe Centrum Rakietowe (GRT) im. V. I. Makeev w latach 1992-2012. W miarę rozwoju projektu rozważano wiele wariantów rakiety nośnej Korona, dopóki nie powstała najbardziej optymalna wersja ostateczna.
Ostateczna wersja rakiety nośnej Korona jest przeznaczona do wystrzelenia ładunku o masie 6-12 ton na orbitę niskoziemską na wysokości około 200-500 km. Zakłada się, że masa startowa rakiety nośnej wynosi około 280-290 ton. Silnik miał wykorzystywać klinowy silnik rakietowy na paliwo ciekłe (LRE) na parze wodór + tlen. Jako ochronę termiczną ma służyć ulepszona ochrona termiczna orbitującego statku kosmicznego „Buran”.
Osiowosymetryczny stożkowy kształt kadłuba zapewnia dobrą aerodynamikę podczas poruszania się z dużą prędkością, co pozwala na lądowanie rakiety Korona w punkcie startowym. To z kolei umożliwia wodowanie Korony LV zarówno z platform lądowych, jak i morskich. Podczas schodzenia w górnych warstwach atmosfery pojazd nośny wykonuje hamowanie aerodynamiczne i manewrowanie, a w końcowej fazie, zbliżając się do miejsca lądowania, skręca na rufę w dół i ląduje za pomocą silnika rakietowego na wbudowanych amortyzatorach. Przypuszczalnie pojazd nośny Korona może być używany do 100 razy, przy wymianie poszczególnych elementów konstrukcyjnych co 25 lotów.
Według dewelopera wejście w fazę eksploatacji próbnej zajmie około 7 lat i 2 miliardy dolarów, nie tyle jak na możliwość uzyskania tak rewolucyjnego kompleksu.
W tej chwili GRT je. Makeev można uznać za jedno z najbardziej kompetentnych przedsiębiorstw w dziedzinie rakiet, które zachowało swój potencjał w jak największym stopniu po rozpadzie ZSRR. To oni stworzyli jeden z najskuteczniejszych międzykontynentalnych pocisków balistycznych (ICBM), Sineva, i powierzono im stworzenie Sarmat ICBM, który zastąpi słynnego Szatana. Ukończenie tworzenia Sarmat ICBM w latach 2020-2021 otwiera szansę na przyciągnięcie SRC nazwanego imieniem Makeev do projektów kosmicznych.
Mówiąc o niedociągnięciach projektu Korona można przypuszczać, że będą to przede wszystkim konieczność stworzenia infrastruktury do dostarczania i magazynowania ciekłego wodoru, a także wszelkie problemy i zagrożenia związane z jego wykorzystaniem. Niewykluczone, że najlepszym rozwiązaniem byłaby rezygnacja z jednostopniowego schematu rakiety nośnej Korona i wdrożenie dwustopniowego kompleksu zasilanego metanem w pełni wielokrotnego użytku. Na przykład na podstawie opracowanego silnika tlenowo-metanowego RD-169 lub jego modyfikacji. W tym przypadku pierwszy stopień mógłby być wykorzystany oddzielnie, aby przenieść określony ładunek na wysokość około 100 km.
Z drugiej strony najprawdopodobniej nie da się uniknąć ciekłego wodoru jako paliwa rakietowego. W wielu projektach, w zależności od tego, czy pierwszy etap jest na metanie, czy na nafcie, w drugim etapie stosuje się silniki wodorowo-tlenowe. W tym kontekście należy wycofać silniki trójkomponentowe, czyli na przykład dwutrybowy silnik trójkomponentowy RD0750 opracowany przez Biuro Projektowe Automatyki Chemicznej (KBKhA). W pierwszym trybie silnik RD0750 pracuje na tlen i naftę z dodatkiem 6% wodoru, w drugim - na tlen i wodór. Taki silnik można również zaimplementować dla kombinacji wodór + metan + tlen i niewykluczone, że okaże się to jeszcze prostsze niż w wersji z naftą.
Bajkał-Angara, Sojuz-7 czy Korona?
Który z tych projektów może być pierwszą rosyjską rakietą wielokrotnego użytku? Projekt Bajkał-Angara, mimo swojej popularności, można uznać za najmniej interesujący. Po pierwsze, bardzo długofalowe zamieszanie z rakietami nośnymi „Angara” już zostawia swoje ślady, a po drugie, koncepcja zwrotu MRU drogą powietrzną również rodzi wiele pytań. Jeśli mówimy o opcji łatwej, kiedy MRU jest faktycznie pierwszym stopniem, to gdziekolwiek poszło, ale jeśli mówimy o opcjach średnich i ciężkich z dwoma/czterema MRU i stratą pierwszego i drugiego stopnia, wtedy pomysł wygląda bardzo dziwny. Rozmowy o pionowym lądowaniu rakiety „Angara” prawdopodobnie tak się utrzymają, lub zostaną zrealizowane, gdy reszta świata będzie już latać na antygrawitacji lub antymaterii.
Bardziej optymistyczne wydaje się stworzenie wersji rakiety nośnej Sojuz-7 wielokrotnego użytku przez prywatną firmę S7 Space we współpracy z Roskosmosem, tym bardziej, że planowany superciężki pojazd nośny Jenisej będzie zbudowany na tych samych silnikach, co potencjalnie pozwoli na przenoszenie technologie „wielokrotnego użytku” do niego…. Niemniej jednak pamiętając epopeję z „Yo-mobile”, a ten projekt może trafić na śmietnik historii. Kolejną kwestią jest pierwsze zastosowanie silników tlenowo-naftowych w projektach rakiet nośnych Sojuz-5, Sojuz-7 i Jenisej. Zalety i perspektywy metanu jako paliwa rakietowego są oczywiste i konieczne jest skoncentrowanie wysiłków na przejściu na tę technologię - stworzeniu dławionego silnika rakietowego wielokrotnego użytku na metan, zamiast tworzenia kolejnego „najpotężniejszego na świecie” tlenu -silnik naftowy, który przestanie mieć znaczenie za 5-10 lat…
Projekt „Korona” w tej sytuacji może być postrzegany jako „czarny koń”. Jak wspomniano powyżej, SRC im. Makeeva ma wysokie kompetencje i przy odpowiednim finansowaniu mogłaby stworzyć jedno- lub dwustopniowy pojazd nośny wielokrotnego użytku w okresie od 2021 do 2030 roku, po zakończeniu prac nad ICBM Sarmat. Ze wszystkich możliwych opcji, projekt Korona może potencjalnie stać się najbardziej innowacyjnym, zdolnym stworzyć podstawy dla następnych generacji pojazdów nośnych.
Pojawienie się rakiety nośnej wielokrotnego użytku Falcon-9 pokazało, że rozpoczęła się nowa bitwa o przestrzeń kosmiczną, a my szybko odstawaliśmy w tej bitwie. Nie ma wątpliwości, że po uzyskaniu jednostronnych korzyści w kosmosie Stany Zjednoczone, a być może i Chiny, podążą za nimi, rozpoczną szybką militaryzację. Niski koszt wynoszenia ładunków na orbitę, zapewniany przez pojazdy nośne wielokrotnego użytku, sprawi, że przestrzeń kosmiczna stanie się atrakcyjną inwestycją dla sektora komercyjnego, dodatkowo napędzając wyścig kosmiczny.
W związku z powyższym chciałbym mieć nadzieję, że kierownictwo naszego kraju zdaje sobie sprawę ze znaczenia rozwoju technologii kosmicznych w kontekście zastosowań, jeśli nie cywilnych, to przynajmniej wojskowych, i inwestuje niezbędne środki w rozwój obiecującej przestrzeni kosmicznej technologii, a nie przy budowie innego stadionu lub parku rozrywki, zapewniając odpowiednią kontrolę nad ich przeznaczeniem.
