Po dość głośno nagłośnionych wypadkach z udziałem rosyjskich rakiet Proton można powiedzieć, że pisanie o prawdziwym stanie rzeczy w przemyśle kosmicznym stało się wręcz nieprzyzwoite. Jednak rosyjski program kosmiczny to nie tylko wypadki i katastrofy satelitów i stacji kosmicznych, to także naprawdę niesamowite projekty, które są dość obiecujące i z powodzeniem przechodzą ścieżkę ich projektowania. Skoncentruje się na systemie rakietowo-kosmicznym wielokrotnego użytku (MRKS-1), którego modelowe testy rozpoczęły się w TsAGI.
Nie tak dawno centrum prasowe TsAGI opublikowało zdjęcie tego modelu. Swoim wyglądem przypomina wiele statków kosmicznych wielokrotnego użytku, takich jak amerykański prom kosmiczny czy nasz „Buran”. Ale podobieństwo zewnętrzne, jak to często bywa w życiu, jest zwodnicze. MKRS-1 to zupełnie inny system. Wdraża fundamentalnie odmienną ideologię, jakościowo odmienną od wszystkich zrealizowanych w przeszłości projektów kosmicznych. W swej istocie jest to pojazd nośny wielokrotnego użytku.
Projekt MRKS-1 to pojazd nośny pionowego startu, częściowo wielokrotnego użytku, oparty na rejsowym pierwszym stopniu wielokrotnego użytku, blokach wspomagających i jednorazowych drugich stopniach. Pierwszy etap wykonywany jest zgodnie ze schematem samolotu i jest odwracalny. Wraca do miejsca startu w trybie samolotowym i wykonuje poziome lądowanie na lotniskach I klasy. Skrzydlaty blok wielokrotnego użytku I etapu systemu rakietowego będzie wyposażony w wielorazowe silniki rakietowe na paliwo ciekłe (LPRE).
Obecnie Państwowy Ośrodek Badawczo-Produkcyjny im Chrunichev, prace projektowe, rozwojowe i badawcze nad rozwojem i uzasadnieniem wyglądu technicznego, a także właściwości technicznych systemu rakietowego i kosmicznego wielokrotnego użytku, idą pełną parą. System ten powstaje w ramach federalnego programu kosmicznego we współpracy z wieloma powiązanymi przedsiębiorstwami.
Porozmawiajmy jednak trochę o historii. Pierwsza generacja statków kosmicznych wielokrotnego użytku obejmuje 5 statków kosmicznych typu prom kosmiczny, a także kilka krajowych rozwiązań z serii BOR i Buran. W tych projektach zarówno Amerykanie, jak i radzieccy specjaliści próbowali zbudować sam statek kosmiczny wielokrotnego użytku (ostatni etap, który jest bezpośrednio wystrzelony w kosmos). Cele tych programów były następujące: powrót z kosmosu znacznej ilości ładunków, zmniejszenie kosztów wystrzelenia ładunku w kosmos, zachowanie drogiego i złożonego statku kosmicznego do wielokrotnego użytku, możliwość przeprowadzania częstych startów etapu wielokrotnego użytku.
Jednak pierwsza generacja systemów kosmicznych wielokrotnego użytku nie była w stanie rozwiązać ich problemów z wystarczającym poziomem wydajności. Koszt jednostkowy dostępu do kosmosu okazał się około 3 razy wyższy niż w przypadku zwykłych rakiet jednorazowego użytku. Jednocześnie zwrot ładunków z kosmosu nie wzrósł znacząco. Jednocześnie zasób wykorzystania etapów wielokrotnego użytku okazał się znacznie niższy od obliczonego, co nie pozwoliło na wykorzystanie tych statków w napiętym harmonogramie startów kosmicznych. W rezultacie w dzisiejszych czasach zarówno satelity, jak i astronauci są dostarczani na orbitę okołoziemską za pomocą jednorazowych systemów rakietowych. I nie ma nic, aby zwrócić drogi sprzęt i pojazdy z orbity okołoziemskiej. Tylko Amerykanie zrobili sobie mały automatyczny okręt X-37B, który został zaprojektowany na potrzeby wojskowe i ma ładowność poniżej 1 tony. Dla wszystkich jest oczywiste, że nowoczesne systemy wielokrotnego użytku powinny różnić się jakościowo od przedstawicieli 1. generacji.
W Rosji trwają prace nad kilkoma systemami kosmicznymi wielokrotnego użytku jednocześnie. Jasne jest jednak, że najbardziej obiecujący będzie tak zwany system lotniczy. Najlepiej byłoby, gdyby statek kosmiczny wystartował z lotniska jak zwykły samolot, wszedłby na niską orbitę okołoziemską i wróciłby z powrotem, zużywając jedynie paliwo. Jest to jednak najtrudniejsza opcja, wymagająca wielu rozwiązań technicznych i wstępnych badań. Ta opcja nie może być szybko wdrożona przez żadne nowoczesne państwo. Chociaż Rosja ma dość duże zaplecze naukowo-techniczne na tego typu projekty. Na przykład „samolot lotniczy” Tu-2000, który miał dość szczegółowe badanie. Realizacja tego projektu była kiedyś utrudniona przez brak funduszy po rozpadzie ZSRR w latach 90., a także brak szeregu krytycznych i złożonych komponentów.
Istnieje również wersja pośrednia, w której system kosmiczny składa się ze statku kosmicznego wielokrotnego użytku i stopnia wspomagającego wielokrotnego użytku. Prace nad takimi systemami prowadzono w ZSRR, na przykład system Spiral. Jest też dużo nowszych rozwiązań. Ale nawet ten schemat systemu przestrzeni wielokrotnego użytku zakłada dość długi cykl prac projektowych i badawczych w wielu dziedzinach.
Dlatego w Rosji główny nacisk kładzie się na program MRKS-1. Ten program oznacza Stage 1 Reusable Rocket and Space System. Mimo tego „pierwszego etapu” stworzony system będzie bardzo funkcjonalny. Tyle, że w ramach dość dużego ogólnego programu tworzenia najnowszych systemów kosmicznych ten program ma najbliższe terminy jego ostatecznej realizacji.
System proponowany w projekcie MRKS-1 będzie systemem dwuetapowym. Jego głównym celem jest wystrzelenie na orbitę okołoziemską absolutnie dowolnego statku kosmicznego (transportowego, załogowego, automatycznego) ważącego do 25–35 ton, zarówno już istniejącego, jak i będącego w trakcie tworzenia. Masa ładunku umieszczonego na orbicie jest większa niż w przypadku Protonów. Jednak zasadnicza różnica w stosunku do istniejących rakiet nośnych będzie inna. System MRKS-1 nie będzie jednorazowy. Jego I etap nie spłonie w atmosferze ani nie spadnie na ziemię w postaci zbioru gruzu. Po przyspieszeniu 2. stopnia (który jest jednorazowy) i ładunku, 1. stopień wyląduje, jak wahadłowce kosmiczne XX wieku. Dziś jest to najbardziej obiecujący sposób rozwoju systemów transportu kosmicznego.
W praktyce projekt ten jest stopniową modernizacją tworzonej obecnie jednorazowej rakiety nośnej Angara. Właściwie sam projekt MRKS-1 narodził się jako dalszy rozwój GKNPT im. Chruniczew, gdzie wraz z organizacją pozarządową Molniya powstał wielorazowy wzmacniacz I stopnia rakiety nośnej Angara, który otrzymał oznaczenie Bajkał (po raz pierwszy model Bajkał został pokazany na MAKS-2001). Bajkał używał tego samego automatycznego systemu sterowania, który pozwalał radzieckiemu wahadłowcowi Buran latać bez załogi na pokładzie. System ten zapewnia obsługę lotu na wszystkich jego etapach – od momentu startu do lądowania pojazdu na lotnisku system ten będzie dostosowany do MRKS-1.
W przeciwieństwie do projektu Bajkał, MRKS-1 nie będzie miał składanych samolotów (skrzydeł), ale sztywno zainstalowane. To rozwiązanie techniczne zmniejszy prawdopodobieństwo wystąpienia sytuacji awaryjnych w momencie wjazdu pojazdu na tor lądowania. Ale ostatnio testowana konstrukcja akceleratora wielokrotnego użytku nadal będzie ulegać zmianom. Jak zauważył Siergiej Drozdow, szef wydziału aerotermodynamiki szybkich samolotów w TsAGI, specjalistów „zaskoczyły wysokie strumienie ciepła w środkowej części skrzydła, co niewątpliwie pociągnie za sobą zmianę w konstrukcji samolotu”. We wrześniu-październiku br. modele MRKS-1 przejdą serię testów w transsonicznych i hipersonicznych tunelach aerodynamicznych.
W drugim etapie realizacji tego programu planowane jest ponowne wykorzystanie drugiego etapu, a masa ładunku do wystrzelenia w kosmos będzie musiała wzrosnąć do 60 ton. Ale nawet opracowanie akceleratora wielokrotnego użytku tylko pierwszego etapu jest już prawdziwym przełomem w rozwoju nowoczesnych systemów transportu kosmicznego. A najważniejsze jest to, że Rosja zmierza w kierunku tego przełomu, zachowując jednocześnie status jednej z wiodących światowych potęg kosmicznych.
Dziś MRKS-1 jest uważany za uniwersalny pojazd wielozadaniowy przeznaczony do wystrzeliwania statków kosmicznych i różnych ładunków, statków załogowych i towarowych na orbitę okołoziemską, statków załogowych i towarowych w ramach programów eksploracji przez ludzkość przestrzeni bliskiej Ziemi, eksploracji Księżyc i Mars, a także inne planety naszego Układu Słonecznego…
W skład MRKS-1 wchodzi jednostka rakietowa wielokrotnego użytku (VRB), która jest dopalaczem I stopnia wielokrotnego użytku, jednorazowym dopalaczem II stopnia, a także głowicą kosmiczną (RGC). Dokowanie akceleratora VRB i stopnia II w schemacie wsadowym. Proponuje się budowę modyfikacji MRCS o różnej nośności (masa ładunku dostarczanego na niską orbitę referencyjną od 20 do 60 ton), z uwzględnieniem zunifikowanych akceleratorów I i II stopnia z wykorzystaniem jednego kompleksu naziemnego. Pozwoli to w dłuższej perspektywie zapewnić w praktyce zmniejszenie pracochłonności pracy na stanowisku technicznym, maksymalną produkcję seryjną oraz możliwość zbudowania efektywnej ekonomicznie rodziny kosmicznych nośników w oparciu o podstawowe moduły.
Opracowanie i budowa rodziny MRKS-1 o różnej nośności w oparciu o zunifikowane etapy jednorazowego i wielokrotnego użytku, które spełnią wymagania stawiane zaawansowanym systemom transportu kosmicznego i będą w stanie rozwiązać zadania wystrzeliwania zarówno unikalnych, drogich obiektów kosmicznych, jak i seryjnych z bardzo wysoka wydajność i niezawodność, statek kosmiczny może stać się bardzo poważną alternatywą w wielu rakietach nowej generacji, które będą eksploatowane przez długi czas w XXI wieku.
Na chwilę obecną specjalistom TsAGI udało się już ocenić racjonalną wielość użycia pierwszego etapu MRKS-1, a także możliwości demonstracji zwróconych jednostek rakietowych i potrzebę ich wdrożenia. Zwrócony I stopień MRKS-1 zapewni wysoki poziom bezpieczeństwa i niezawodności oraz całkowicie zrezygnuje z przydziału obszarów, w których spadają wymienne części, co znacznie zwiększy efektywność realizacji obiecujących programów komercyjnych. Wspomniane korzyści dla Rosji wydają się być niezwykle ważne, jak dla jedynego państwa na świecie, które ma kontynentalną lokalizację istniejących i obiecujących kosmodromów.
TsAGI uważa, że stworzenie projektu MRKS-1 jest jakościowo nowym krokiem w projektowaniu obiecujących pojazdów kosmicznych wielokrotnego użytku do wystrzeliwania na orbitę. Takie systemy w pełni odpowiadają poziomowi rozwoju technologii rakietowej i kosmicznej w XXI wieku i mają znacznie wyższe wskaźniki efektywności ekonomicznej.
