Известие о том, что в центре имени Хруничева возобновляют работы над многоразовой первой ступенью, получившей кодовое название «Байкал», породили волну нелепых обвинений в плагиате и рассуждения о том, что опять мы в догоняющих. Некоторые даже взялись доказывать нежизнеспособность проекта. Судя по всему, необходимо разобраться подробнее.
Возвращение чего бы то ни было из верхних слоев атмосферы — задача не новая. Регулярно возвращаются на землю космонавты, были времена, когда в океан приводнялись американские астронавты. Многоразовые космические корабли проворачивали этот фокус по нескольку раз. Даже корпуса твердотопливных ускорителей от американского Шаттла плавно опускались в воду на парашютной системе.
Сейчас наиболее известным примером возврата является посадка первой ступени ракеты-носителя компании Space-X, управляемой американским миллиардером Илоном Маском. Это, конечно, большой шаг для частной компании, но принципиально нового в нем нет ничего. Вертикальная посадка на реактивной струе отработана более полувека назад. Однако грамотная PR кампания позволила внушить множеству людей, что они видят технологический прорыв, равного которому не было со времен изобретения колеса.
Впрочем, повод для гордости у Маска все равно есть, так что оставим его радоваться успехам собственного детища и посмотрим, что же все-таки придумали инженеры ГКНПЦ имени Хруничева.
Для начала стоит сказать, что задумка эта не сегодняшняя. Первые наметки появились еще в девяностые годы, когда в мировой космонавтике установилось мнение, что наиболее перспективными являются ракеты-носители легкого класса. Другого мнения тогда и быть не могло. Космическая гонка между СССР и США сошла на нет вместе с холодной войной, а для коммерческих запусков, с учетом стремительно уменьшающейся в размерах электроники, тяжелые ракеты не нужны.
Однако уже тогда российскими конструкторами было выбрано направление на модульные конструкции, позволяющие из стандартных блоков собирать ракету под актуальную задачу. Так был дан старт разработке уникального многоразового разгонного блока «Байкал».
Модульный принцип
Одним из основных достоинств разрабатываемой в ГКНПЦ имени Хруничева системы является не только возможность многоразового использования разгонного блока. Главное — это возможность реализовать в рамках одного проекта сразу несколько ракет разных классов.
В самом легком варианте «Байкал» может представлять собой первую ступень ракеты-носителя «Ангара А1Б». Эта ракета в состоянии доставлять на низкую околоземную орбиту груз массой в 1,9 тонны. Вполне достаточно для коммерческого использования. Однако на рынке легких ракет-носителей конкурентов у «Байкала» хватает. Даже при учете возвращения первой ступени одних легких запусков будет недостаточно для того, чтобы отбить затраты на создание этой ракеты.
Для доставки на орбиту более тяжелых грузов «Байкал» переквалифицируется из первой ступени в ускоритель. Так в средней ракете-носителе «Ангара А-3Б» к первой ступени пристыковываются по бокам два ускорителя, а ракета тяжелого класса «Ангара А-5Б» несет четыре таких ускорителя. Правда создание подобной схемы потребует складного горизонтального хвостового оперения для двух из четырех ускорителей.
Таким образом, один и тот же МРУ «Байкал» может забрасывать легкие спутники на низкую орбиту, участвовать в отправке космонавтов к МКС и входить в состав тяжелых ракет, предназначенных для лунной программы и дальнейшего исследования космоса. Такой подход позволяет увеличить количество производимых аппаратов, снизив их итоговую стоимость.
И все-таки многоразовость
Однако наиболее интересной для обывателя остается многоразовая сущность разработанного хруничевцами аппарата. Интерес к этой теме подогревают, конечно, успешные посадки Falcon-9, но российская ракета ничуть не похожа на заокеанскую разработку. При проектировании «Байкала» российские конструкторы приняли решение о создании многоразового ракетного ускорителя с самолетным спуском.
По большей части МРУ «Байкал» — это огромный бак с топливом, который предназначен для выведения полезной нагрузки в космическое пространство. В качестве двигателя используется доказавший свою надежность РД-191М с тягой у земли 196 тонн. Так же «Байкал» оборудован турбореактивным двигателем РД-33 для самолетного отрезка полета. Этот двигатель не является какой-либо новинкой для отечественного производства и вовсю используется на истребителях МиГ-29.
В хвостовой части аппарата расположено вертикальное и горизонтальное хвостовое оперение, а в верхней части крепится поворотное крыло, обеспечивающее возможность горизонтального полета. Шасси для «Байкала» тоже не является новинкой, оно уже используется на самолетах Як-42.
Широкое использование уже отработанных узлов позволяет сократить затраты на НИОКР и уменьшить конечную цену для потребителя. Кроме того, использование уже доказавших свою надежность компонентов положительно сказывается на безопасности всей конструкции.
Самолетная схема позволяет не просто использовать отработавший ускоритель повторно, она еще и решает целый ряд сопутствующих проблем.
Во-первых, отпадает необходимость транспортировки вернувшейся из космоса ступени на базу. Об этом этапе компания Space-X особо не распространяется, но после того как отработавшую ступень удалось посадить на морскую платформу ее пришлось везти на берег, а оттуда к месту тестирования и ремонта, а это тоже затраты. «Байкал», благодаря самолетной схеме, подрулит к ангару самостоятельно.
Во-вторых, нет необходимости выделять огромные площади под район падения обломков первой ступени, а в случае с Байконуром еще и платить за их аренду. Американцы роняют отработавшие части ракет в океан, нимало не заботясь об экологии. Нам же приходилось вырывать из хозяйственной деятельности пространства, сравнимые по размерам с многими странами.
В-третьих, посадка российской системы осуществляется на ТРД, что экономит более ценный ресурс ракетного двигателя. Поскольку время работы ракетных двигателей исчисляется минутами, подобная экономия является очень существенной. Благодаря этим ухищрениям расчетный ресурс двигателя составляет до 20 запусков.
В заключение
Проект многоразового ракетного ускорителя «Байкал» был неплохо проработан до приостановки конструкторских разработок. Таким образом, сейчас речь идет не о создании с нуля новенькой системы, а о доведении до ума тщательно проработанной и многократно продутой в аэродинамической трубе системы. Основные расходы на НИОКР уже позади, а значит стоимость проекта окажется меньше, чем можно было предположить.
Однако даже самая выгодная система доставки грузов на орбиту бесполезна без наличия этих грузов. Чтобы оправдать возвращаемый модуль требуются десятки запусков в год. И у нашей страны они есть. За прошедший 2015 год Россия осуществила 29 запусков, не считая 12 суборбитальных. Ближайший наш конкурент — Соединенные Штаты, выдали только 20 запусков, причем по числу неудачных наши страны равны: по две на каждого. Таким образом, задел для создания многоразовых космических систем у нас есть. Но надо смотреть в будущее. Впереди Луна, Марс, а там, если солнце неожиданно не взорвется, и планеты-гиганты. Миссия человечества — расширять сферу своего влияния. Так что без космоса мы просто не сможем жить.
Автор: Григорий Романович Ажданин
