Многоразовые космические системы: назначение, история создания, устройство

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. НАЗНАЧЕНИЕ МНОГОРАЗОВЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

2. УСТРОЙСТВО

3. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ МНОГОРАЗОВЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

4. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ МНОГОРАЗОВЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

5. МНОГОРАЗОВЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В НАШЕ ВРЕМЯ

6. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МНОГОРАЗОВЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

7. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Космическая система - это совокупность одного или нескольких космических комплексов и специальных комплексов, предназначенная для решения различных задач в космосе и из космоса. Принципы функционирования, состав и структура конкретной космической системы определяются решаемыми целевыми задачами и способом доставки информации. Взаимодействие всех элементов космической системы осуществляется через центральный пункт управления (ЦПУ), который определяет программу управления космическими аппаратами (КА) на основе оперативной оценки состояния каждого КА, знания их взаимного положения и прогнозирования движения в пространстве, учёта качества решения целевой задачи.

Многоразовая космическая система (МКС) - это комплекс космических аппаратов, разработанный для многократного использования в космосе. Эти системы предназначены для осуществления различных задач в космической области, таких как запуск спутников, доставка грузов на орбиту, а также для обслуживания космических станций и других объектов.

В настоящее время освоение космоса становится все более актуальной темой во всем мире. За последние 50-60 лет исследования космоса человечеству удалось достичь немалых успехов. С каждым годом человечество ищет все лучшие способы вывода космонавтов и грузов в космическое пространство. И в последние годы все больше поднимаются вопросы о целесообразности создания и применения многоразовых космических систем.

Многоразовые космические системы помогают снижать стоимость доступа к космосу, так как они позволяют повторно использовать основные компоненты ракеты, такие как двигатели и корпус [11]. Это одно из важных направлений в развитии космической технологии, поскольку позволяет сделать космические миссии более доступными и эффективными, поэтому выбранная мною тема актуальна.

Целью работы является ознакомление с многоразовой космической системой, её назначением, историей и устройством.

Задача работы заключается в ознакомлении с развитием МКС в прошлом, настоящем, с перспективами развития в будущем, а также с их достоинствами и недостатками.

1. НАЗНАЧЕНИЕ МНОГОРАЗОВЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Многоразовые космические системы предназначены для планетарных исследований и астронавтики и представляют собой поворотный момент в развитии человечества в космосе. Их особенности включают в себя широкий спектр научных и инженерных дисциплин, которые вместе интегрируются для выполнения комплексных задач.

Космические системы помогают расширять границы нашего понимания о космосе, а также обеспечивать научные исследования и решения технических проблем, которые возникают при выполнении задач в космической области. Такие системы сложны и требуют высокой степени надежности, поскольку они работают в условиях космического пространства, где межпланетные расстояния огромны и условия эксплуатации отличаются от земных.

В ближайшем будущем они смогут сыграть важную роль в исследовании космического пространства, так как изучение космоса становится всё более актуальным, запусков космических аппаратов становится все больше. Многоразовые системы помогут не только при выводе спутников, но и при изучении объектов всей солнечной системы. Кроме того, в последние годы начали говорить о космическом туризме, где без многоразовых систем не обойтись [5].

2. УСТРОЙСТВО

Эти системы отличаются от одноразовых ракет и аппаратов, которые разрушаются или становятся неисправными после одной миссии. МКС созданы с целью снижения стоимости доступа в космос и увеличения устойчивости космических программ. Многоразовый космически корабль становится по-настоящему многоразовым только тогда, когда у него есть средства, обеспечивающие безопасную многократную посадку (очевидно, что таким средством являются шасси, которые конструктивно сходни с шасси тяжёлых самолётов) [3].

Вот некоторые общие черты многоразовых космических систем:

Разделяемая архитектура: В МКС обычно используются разделяемые системы, где ракета разделена на несколько компонентов, таких как первая ступень и вторая ступень. Первая ступень часто способна возвращаться на Землю после выполнения своей функции.

Возобновляемые компоненты: Важной особенностью МКС является возможность восстановления и повторного использования некоторых компонентов. Например, ракетные двигатели и корпуса могут быть разработаны так, чтобы они могли быть восстановлены и использованы в нескольких миссиях.

Автоматизация и автономность: МКС обычно оснащены сложной автоматизацией и системами автономного управления, которые позволяют им выполнять множество миссий без значительного вмешательства операторов.

Технологии для восстановления: Для успешного восстановления и повторного использования компонентов, таких как первая ступень, используются различные технологии, такие как управляемое спускание, парашютные системы, мягкое приземление на морской поверхности и др.

Повторное использование аппаратов: Некоторые многоразовые космические системы могут использовать один и тот же космический аппарат в нескольких миссиях. Это позволяет сэкономить средства и увеличить эффективность космических программ [8].

3. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ МНОГОРАЗОВЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Создание многоразовых ракетоносителей в настоящее время рассматривается как одно из основных направлений снижение стоимости космических пусков. Одна из важнейших характеристик систем вывода космических аппаратов - это экономичность запуска. Производство новой ракеты во много раз превышает стоимость используемого топлива для вывода космических аппаратов и проведения технического обслуживания перед повторным использованием. Сохранение ракеты частично или полностью позволяет сэкономить от 30 % стоимости запуска. Например, если запуск одноразового Falcon 9 стоит 60 млн долл., с возвращаемой ступенью обойдется в 40 млн долл. Но многоразовые системы становятся экономически выгоднее одноразовых, когда количество запусков в год достигнет определенного количества. И по некоторым данным, это 20-25 пусков в год.

Необходимо отметить снижение экологических ограничений на расположение космодрома по полям падения. Если после запуска многоразовые блоки возвращаются на место старта, то отпадает необходимость выделения районов падения остатков ракетоносителей. Для одноразовых систем необходимо выделить земли под районы падения отделяющихся частей ракетоносителей. А в России для этого используют более 100 районов общей площадью до 215 000 км2.

Многоразовые системы будут более безопасными и надежными. Это обеспечивается за счет исключения возможных производственных дефектов благодаря многократному использованию возвращаемых блоков. Но для этого требуется создать многоразовые двигатели, до десяти полетов, скорее всего жидкостные ракетные двигатели многократного включения, которые могут обеспечить большой ресурс работы. для чего потребуется больше десяти лет.

Рассмотрим многоразовые системы с точки зрения космического мусора. Большую часть этого мусора составляют отработавшие космические аппараты, спутники и блоки ракетоносителей. Отработавшие космические аппараты и спутники утилизируют спусканием их в атмосферу или затапливают в Мировом океане. Но космический мусор представляет опасность и для землян.

Таким образом, к основным преимуществам многоразовых систем можно отнести:

- уменьшение затрат на производство ракетоносителей, так как один и тот же носитель можно использовать многократно;

- отказ от необходимости выделения земельных участков под отделяющиеся части носителей;

- дополнительные возможности этих систем в отличие от одноразовых, например снятие спутников с орбиты;

- возможность уменьшения космического мусора на околоземных орбитах.

Вместе с этим они имеют и недостатки:

- большие сроки и денежные затраты на разработку и испытания таких систем;

- необходимость проведения межполетных работ;

- большие технические риски при первых запусках [5].

4. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ МНОГОРАЗОВЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

К настоящему времени только два государства обладают или обладали опытом создания и эксплуатации МКС: США и СССР. [7]

Само по себе ракетостроение имеет в своей основе два источника -- авиацию и артиллерию. Авиационное начало требовало многоразовости и крылатости, тогда как артиллерийское было склонно к одноразовому применению «ракетного снаряда». Боевые ракеты, из которых выросла практическая космонавтика, были одноразовыми. Когда дело дошло до практики, конструкторы столкнулись с целым комплексом проблем высокоскоростного полета, в числе которых -- чрезвычайно высокие механические и тепловые нагрузки. Путем теоретических исследований, а также проб и ошибок инженеры смогли подобрать оптимальную форму боевой части и эффективные теплозащитные материалы. И когда на повестку дня встал вопрос о разработке реальных космических кораблей, проектанты оказались перед выбором концепции: строить космический «самолет» или аппарат капсульного типа, похожий на головную часть межконтинентальной баллистической ракеты? Поскольку шла космическая гонка, было выбрано наиболее простое решение -- в вопросах аэродинамики и конструкции капсула куда проще самолета, а её многоразовость должна была помочь сэкономить материалы, а значит, и денежные средства.

Быстро выяснилось, что на техническом уровне тех лет сделать капсульный корабль многоразовым практически невозможно. Баллистическая капсула входит в атмосферу с огромной скоростью, а ее поверхность может нагреваться до 2500-3000 градусов. Космический самолет, обладающий достаточно высоким аэродинамическим качеством, при спуске с орбиты испытывает почти вдвое меньшие температуры (1300-1600 градусов), но материалы, пригодные для его теплозащиты, в 1950-1960-е годы еще не были созданы. Единственной действенной теплозащитой была тогда заведомо одноразовая абляционная обмазка: вещество покрытия оплавлялось и испарялось с поверхности капсулы потоком набегающего газа, поглощая и унося при этом тепло, которое в противном случае вызвало бы недопустимый нагрев спускаемого аппарата. Попытки разместить в единой капсуле все системы -- двигательную установку с топливными баками, системы управления, жизнеобеспечения и энергопитания -- вели к быстрому росту массы аппарата: чем больше размеры капсулы, тем больше масса теплозащитного покрытия (в качестве которой использовались, например, стеклотекстолиты, пропитанные фенольными смолами с довольно большой плотностью). Однако грузоподъемность тогдашних ракет-носителей была ограниченна. Решение было найдено в делении корабля на функциональные отсеки. «Сердце» системы обеспечения жизнедеятельности космонавта размещалось в относительно небольшой кабине-капсуле с тепловой защитой, а блоки остальных систем были вынесены в одноразовые отделяемые отсеки, естественно, не имевшие никакого теплозащитного покрытия. К такому решению конструкторов, как представляется, подталкивал и небольшой ресурс основных систем космической техники. Например, жидкостный ракетный двигатель «живет» несколько сотен секунд.

И все же к концу 1960-х годов в США и несколько позднее в СССР и Европе был накоплен изрядный задел в области гиперзвуковой аэродинамики, новых конструкционных и теплозащитных материалов. А теоретические исследования подкрепились экспериментами, в том числе полётами опытных летательных аппаратов, самым известным из которых был американский Х-15. В 1969 году NASA заключило первые контракты с аэрокосмическими компаниями США на исследование облика перспективной многоразовой транспортной космической системы Space Shuttle (англ. - «космический челнок»). По прогнозам того времени, к началу 1980-х годов грузопоток "Земля-орбита-Земля" должен был составить до 800 тонн в год, и шаттлам предстояло ежегодно совершать 50-60 полетов, доставляя на околоземную орбиту космические аппараты различного назначения, а также экипажи и грузы для орбитальных станций. Ожидалось, что стоимость выведения грузов на орбиту не превысит 1 000 долларов за килограмм. При этом от космического челнока требовалось умение возвращать с орбиты достаточно большие нагрузки, например дорогие многотонные спутники для ремонта на Земле. Задача возврата грузов с орбиты в некоторых отношениях сложнее вывода их в космос. Например, на кораблях «Союз» космонавты, возвращаясь с Международной космической станции, могут взять менее сотни килограммов багажа.

В мае 1970 года, после анализа полученных предложений, NASA выбрало систему с двумя крылатыми ступенями и выдало контракты на дальнейшую проработку проекта фирмам North American Rockwell и McDonnel Douglas. При стартовой массе около 1 500 тонн она должна 6ыла выводить на низкую орбиту от 9 до 20 тонн полезного груза. Обе ступени предполагалось оснащать связками кислородно-водородных двигателей тягой по 180 тонн каждый. Однако в январе 1971 года требования были пересмотрены - выводимая масса выросла до 29,5 тонны, а стартовая - до 2 265 тонн. По расчетам, пуск системы стоил не более 5 миллионов долларов, но вот разработка оценивалась в 10 миллиардов долларов - больше, чем был готов выделить конгресс США из-за того, что США вели в то время войну в Индокитае. Перед NASA и фирмами-разработчиками встала задача - снизить стоимость проекта вдвое. В рамках полностью многоразовой концепции этого добиться не удалось: слишком сложно было разработать теплозащиту ступеней с объемистыми криогенными баками. Возникла идея сделать баки внешними, одноразовыми. Затем отказались от крылатой первой ступени в пользу повторно используемых стартовых твердотопливных ускорителей. Конфигурация системы приобрела знакомый всем вид, а ее стоимость, около 5 миллиардов долларов, укладывалась в заданные пределы, затраты на запуск при этом выросли до 12 миллионов долларов, но это считалось вполне приемлемым. Как горько пошутил один из разработчиков, «челнок спроектировали бухгалтеры, а не инженеры».

Полномасштабная разработка Space Shuttle, порученная фирме North American Rockwell (позднее Rockwell International), началась в 1972 году. К моменту ввода системы в эксплуатацию (а первый полет «Колумбии» состоялся 12 апреля 1981 года - ровно через 20 лет после Гагарина) это был во всех отношениях технологический шедевр, однако затраты на его разработку превысили 12 миллиардов долларов.

На сегодня стоимость одного пуска достигает и вовсе 500 миллионов долларов. Возникает противоречие, ведь многоразовое в принципе должно быть дешевле одноразового (в пересчете на один полет). Во-первых, не оправдались прогнозы по объемам грузопотока - он оказался на порядок меньше ожидавшегося. Во-вторых, компромисс между инженерами и финансистами не пошел на пользу эффективности челнока: стоимость ремонтно-восстановительных работ для ряда агрегатов и систем достигла половины стоимости их производства. Особенно дорого обходилось обслуживание уникальной керамической теплозащиты. Наконец, отказ от крылатой первой ступени привел к тому, что для повторного использования твердотопливных ускорителей пришлось организовывать дорогостоящие поисково-спасательные операции. Кроме того, шаттл мог работать только в пилотируемом режиме, что существенно удорожало каждую миссию. Кабина с астронавтами не отделяется от корабля, из-за чего на некоторых участках полета любая серьезная авария чревата катастрофой с гибелью экипажа и потерей челнока. Это случилось уже дважды - с «Челленджером» (28 января 1986 года) и «Колумбией» (1 февраля 2003 года). Последняя катастрофа изменила отношение к программе Space Shuttle: после 2010 года «челноки» будут выведены из эксплуатации. На смену им придут «Орионы», внешне весьма напоминающие корабль "Аполлон" - и обладающие многоразовой спасаемой капсулой экипажа.

С момента начала реализации программы Space Shuttle в мире неоднократно предпринимались попытки создания новых многоразовых кораблей. Проект "Гермес" начали разрабатывать во Франции в конце 1970-х годов, а потом продолжили в рамках Европейского космического агентства. Этот небольшой космический самолет, сильно напоминавший проект DynaSoar (и разрабатываемый в России "Клипер", рис. 1), должен был выводиться на орбиту одноразовой ракетой «Ариан-5», доставляя к орбитальной станции несколько человек экипажа и до трех тонн грузов. Несмотря на достаточно консервативную конструкцию, «Гермес» оказался Европе не по силам. В 1994 году проект, на который израсходовали около 2 миллиардов долларов, был закрыт. Куда более фантастично выглядел проект беспилотного воздушно-космического самолета с горизонтальным взлетом и посадкой HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing), предложенный в 1984 году фирмой British Aerospace. По замыслу, этот одноступенчатый крылатый апnарат предполагалось оснастить уникальной двигательной установкой, сжижающей в полете кислород из воздуха и использующей его в качестве окислителя. Горючим служил водород.

Рисунок 1 - Эскиз стартовой компоновки космического корабля "Клипер" (один из вариантов)

Финансирование работ со стороны государства через три года прекратилось из-за необходимости огромных затрат на демонстрацию концепции необычного двигателя. Промежуточное положение между "революционным" HOTOL и консервативным "Гермесом" занимает проект воздушно-космической системы "Зенгер" (Sanger), разработанный в середине 1980-х годов в ФРГ. Первой ступенью в нем служил гиперзвуковой самолёт-разгонщик с комбинированными турбопрямоточными двигателями. После достижения 4-5 скоростей звука с его спины стартовали либо пилотируемый воздушно-космический самолет "Хорус", либо одноразовая грузовая ступень «Каргус». Однако и этот проект не вышел из "бумажной" стадии, в основном по финансовым причинам. Американский проект NASP был представлен президентом Рейганом в 1986 году как национальная программа, воздушно-космического самолета. Этот одноступенчатый аппарат, который в прессе часто называли "Восточным экспрессом", имел фантастические летные характеристики. Их обеспечивали прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением, которые, по утверждениям специалистов, могли работать при числах маха от 6 до 25. Однако проект столкнулся с техническими проблемам, и в начале 1990-х годов его закрыли [10, 11].

В СССР советский «Буран» (рис.3), разработка которого началась в 1973г, подавался в отечественной и в зарубежной печати как безусловный успех. Однако, совершив единственный 6ecпилотный полет 15 ноября 1988 года, этот корабль канул в лету. «Буран» оказался не менее совершенен, чем Space Shuttle, а в отношении безопасности и универсальности применения даже превосходил заокеанского конкурента. В отличие от американцев советские специалисты не питали иллюзий по поводу экономичности многоразовой системы - расчеты показывали, что одноразовая ракета эффективнее. Но при создании "Бурана" основным был иной аспект - советский челнок разрабатывался как военно-космическая система. С окончанием «холодной войны» этот аспект отошел на второй план, чего не скажешь про экономическую целесообразность. Пуск «Бурана» обходился, как одновременный старт пары сотен носителей «Союз». Судьба «Бурана» была решена.

Рисунок 3 - Полёт МКС 11Ф35 «Буран»

Во второй половине XX века для советской космонавтики явилась разработка многоразового ракетно-космического комплекса «Энергия-Буран», ставшего одним из самых крупных и известных проектов СССР. Создание комплекса проходило под руководством директора Научно-производственного объединения (НПО) «Энергия» В. П. Глушко. Первая задумка по созданию ракеты-носителя, способного доставлять многоразовый космический аппарат с полезным грузом, зародилась еще в НАСА. Через два месяца после высадки человека на Луну начались поиски технического облика и перспектив для создания многоразовой системы. По мнению американцев, успешный запуск «Апполона» вернул Америке звание одной из ведущих стран, развивающих космонавтику. При этом ракетная система «Сатурн» особых преимуществ в дальнейших шагах освоения околоземного пространства уже не давала. Для изучения ближайших путей развития своей программы использования космического пространства была собрана «группа космических задач», в основу работы которой легла задача «сбалансированного развития двух направлений космической программы: пилотируемых космических полетов и запусков автоматических космических аппаратов». 5 января 1972 года президент США Р. Никсон утвердил программу НАСА «Спейс шаттл», и с этого момента официально начались работы по созданию МРКС. Министерство обороны США также принимало участие в реализации программы. В течение четырех лет неоднократно менялись основные массогабаритные характеристики МРКС. К 1976 году были завершены основные расчеты и окончательно определен облик корабля. Первый полет комплекса, включавшего орбитальную ступень «Колумбия» с двумя астронавтами, осуществлен 12 апреля 1981 года. Параллельно с проектированием американской системы советские конструкторы разрабатывали облик челнока и уже в 1975 году появился первый вариант корабля - «ОС120». В целом он не отличался от американского шаттла и имел три маршевых двигателя 11Д122. Основной разницей было размещение в хвостовой части двух РДТТ для экстренного отделения корабля от топливного отсека, что делало челнок тяжелее. В дальнейшем были представлены МТК-ВП и ОК-92. Первый имел ряд достоинств, которые позволили бы использовать в программе, но имелся серьезный недостаток - при спуске нагрев поверхности достигает 1900 C°, что в первую очередь влияет на его многоразовость. ОК-92 был продолжением варианта ОС-120, но основной разницей было использование воздушнореактивных двигателей вместо маршевых. Делалось это с целью пилотирования в воздушном пространстве до уже имевшихся аэродромов. В итоге конструкторы заострили внимание на варианте челнока ОК-92. Эти и другие доработки привели к последнему облику, впоследствии названному «Буран». В качестве двигательной установки использовалась ОДУ для довыведения корабля на заданную орбиту, ее корректирования, точного маневрирования, ориентацию и стабилизацию. В качестве топлива использовалось углеводородное горючее. Для доставки корабля была разработана ракета-носитель «Энергия», которая впервые использовала криогенное горючее. Она предназначена для выведения полезного груза на низкие орбиты, а с использованием разгонного блока - на средние, высокие эллиптические и круговые орбиты. РН «Энергия» состоит из четырех кислородно-керосиновых боковых ракетных блоков первой ступени с двигателями РД-170, центрального ракетного блока второй ступени с двигателями РД-0120 и стартово-стыковочного блока. Первый полет ракеты-носителя состоялся 15 мая 1987 года с тяжелым спутником «Полюс». Важной особенностью «Энергии» является возможность создания ряда ракет-носителей тяжелого и сверхтяжелого класса на базе блока второй ступени. Разработка ОК «Буран» длилась более 10 лет. За это время был организован и реализован целый ряд научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по его созданию. Были обеспечены все необходимые условия для работы над применением системы «ЭнергияБуран». Первый запуск был совершен 15 ноября 1988 года. По завершении полета была успешно проведенаполностью автоматическая посадка «Бурана». Создание системы «Энергия-Буран» несло за собой множество перспектив на реализацию целого ряда проектов, имеющих большую ценность. Подобные системы могли использоваться для освоения Луны, решения экологических проблем, испытания новых технологий по освоению космического пространства, применения средств по удалению космического мусора с околоземной орбиты и выполнения многих других задач. В процессе создания конструкторы сталкивались со множествами проблем, среди которых были:

разработка универсальной схемы ракеты-носителя, на базе которой возможно построение целого ряда ракетно-космических систем;

создание проработанного кислородно-водородного блока второй ступени, позволяющего использовать его в качестве базового при разработке перспективных РКК;

освоение технологии работ с переохлажденным жидким водородом и средств обеспечения безопасности при его применении, а также использование переохлажденного жидкого кислорода и охлажденного керосина;

создание двигательной установки нового поколения.

Работы по комплексу продолжались до принятия решения Российским космическим агентством в 1992 году о прекращении работ и консервации системы.

Несмотря на то, что новые программы разработки многоразовых кораблей появляются очень часто, до сих пор ни одна из них не принесла успеха. Ничем окончились упомянутые выше проекты Hermes (Франция, ЕКА), HOTOL (Великобритания) и Saпger (ФРГ). "Завис" между эпохами МАКС - советско-российская многоразовая авиационно-космическая система. Потерпели неудачу и программы NASP (Национальный аэрокосмический самолет) и RLV (Многоразовая paкета-носитель) - очередные попытки США создать МТКС второго поколения на замену Space Shuttle. Причина такого незавидного постоянства заключается в том, что по сравнению с одноразовой ракетой-носителем создание «классической» многоразовой транспортной системы обходится крайне дорого. Сами по себе технические проблемы многоразовых систем решаемы, но стоимость их решения очень велика. Повышение кратности использования требует порой весьма значительного увеличения массы, что ведет к повышению стоимости. Для компенсации роста массы берутся сверхлегкие и сверхпрочные (и более дорогие) конструкционные и теплозащитные материалы, а также двигатели с уникальными параметрами. А применение многоразовых систем в области малоизученных гиперзвуковых скоростей требует значительных затрат на аэродинамические исследования. И все же это вовсе не значит, что многоразовые системы в принципе не могут окупаться. Положение меняется при большом количестве пусков.

В период 1990-х гг. инженерные исследования проектов МКС были существенно дополнены их экономическим обоснованием. Достаточно достоверным параметром, в значительной мере определяющим стоимость МКС, была признана ее сухая масса, что было соответствующим образом отражено в выводах ряда отечественных и зарубежных работ. В период 1990-х гг. в рамках межведомственных НИР «Орел» и «Гриф» при сопоставимых исходных данных и допущениях были выполнены реалистичные для того времени инженерно-экономические оценки различных концепций МКС и ВКС. В организациях авиационной отрасли внимание акцентировалось на системах горизонтального старта (авиационно-космические системы - АКС), а в ракетно-космической отрасли - на вертикально стартующих системах. Значительный объем системных исследований по экономике МКС различных типов был выполнен в Московском авиационном институте совместно с организациями вышеуказанных отраслей. При этом особое внимание было уделено корректности оценок АКС как наиболее уязвимых для критики с позиций сторонников концептуально менее проблематичных МКС с вертикальным стартом. Некоторые сводные результаты инженерно-экономического обоснования концепций МКС, рассмотренных в 1990-х гг., (представлены на рис. 2 по данным работы).

Рисунок 2 - Инженерно-экономическое обоснование концепций МКС 1990-х гг

Совокупность различных факторов повлияла на свёртывание масштабных работ по созданию МКС. По результатам проведенных исследований был написан ряд научных трудов, посвященных различным аспектам создания МКС [6].

5. МНОГОРАЗОВЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В НАШЕ ВРЕМЯ

Сегодня ракетоносители и космические аппараты в основном используются только однократно. Например, российский «Союз» или «Прогресс». Их отработавшие ступени сгорают в атмосфере или же падают в океан или на землю и больше не используются.

Тем не менее, в области создания многоразовых космических систем больших успехов добилась компания SpaceX во главе с Илоном Маском. Уже в декабре 2015 г. они смогли посадить на земную морскую платформу первую ступень ракетоносителя Falcon 9 (рис. 3) для его повторного использования [1].На момент 2023 года ступень Falcon 9 была использована 17 раз, а за год сама ракета была запущена 68 раз.

Рисунок 3 - Falcon 9, размеры и характеристики

6. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МНОГОРАЗОВЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

SpaceX Falcon 9:

Компания: SpaceX (Space Exploration Technologies Corp.)

Страна: США

Особенности: Falcon 9 - это двухступенчатая ракета с возможностью многократного использования первой ступени. После запуска, первая ступень может вернуться на Землю и приземлиться на плавучую платформу в океане или на суше.

Blue Origin New Shepard:

Компания: Blue Origin

Страна: США

Особенности: New Shepard - это подпространственный корабль, разработанный для подъема космических туристов на низкую орбиту. Он имеет вертикальную посадку и может быть использован многократно.

Roscosmos Soyuz:

Компания: Роскосмос (Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос»)

Страна: Россия

Особенности: Хотя основная часть ракеты не является многоразовой, капсула "Союз" может быть восстановлена и использована повторно для многих полетов.

Arianespace Vega C:

Компания: Arianespace

Страна: Европейский союз

Особенности: Vega C - это улучшенная версия ракеты Vega с возможностью многократного использования.

7. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

В обозримом будущем многоразовые системы помогут не только при выводе спутников, но и при изучении объектов всей солнечной системы. Кроме того, в последние годы начали говорить о космическом туризме. И там без многоразовых систем просто не обойтись [5].

Одним из наиболее перспективных направлений развития ракетно-космической техники является переход к использованию средств выведения (СВ) многоразового применения.

Внедрение многоразовости в СВ - это один из радикальных путей совершенствования в части расширения возможностей транспортных операций, повышения их надёжности, экологической безопасности, включая сокращение и полную ликвидацию районов падения отделяющихся частей ракет-носителей (РН) по трассам пусков.

Для достижения поставленной цели необходим переход к частично и полностью многоразовым МКТС, таким как частично многоразовые ракеты-носители вертикального старта с многоразовой первой ступенью, возвращаемой в район старта или полностью многоразовые одноступенчатые ракетно-космические системы вертикального или горизонтального старта и горизонтальной посадки. космический аппарат ракетоноситель

На протяжении многолетней истории в различных странах рассматривалось множество проектов и концепций разработки и создания МКС, и эта тенденция будет только возрастать [9].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты: анализ истории создания многоразовых космических систем на примере Американского корабля Space Shuttle (запускался с 12 апреля 1981г до 8 июля 2011г, перестал эксплуатироваться из-за двух трагедий, связанных с гибелью экипажа шаттла) и советского «Бурана» (совершил единственный 6ecпилотный полет лишь однажды 15 ноября 1988г, перестал эксплуатироваться из-за экономической составляющей) и дальнейшей перспективой развития МКС. Кроме того, было выявлено состоянием многоразовых космических систем в нынешние времена. Знакомство устройством и назначением многоразовых космических систем, с некоторыми видами созданных многоразовых космических систем, их достоинствами и недостатками по сравнению с другими космическими системами, в частности с одноразовыми.

Заключение: уже сейчас в экологической части многоразовые космические системы выигрывают одноразовые, так как не оставляют после себя космического мусора, помимо того, они способны доставлять груз в обе стороны «Земля-космические тела». На данный момент многоразовые космические системы ещё не достигли той точки, когда они становятся выгоднее одноразовых, засчёт того, что их разработка, как и изготовления из-за обилия деталей, обходится намного дороже, однако показано, что развитие многоразовых систем выведения космических аппаратов является перспективным направлением, однако требуется время и большие денежный средства, чтобы сделать многоразовую космическую систему в перспективе более дешёвой в расчёте на некоторое количество полётов, нежели создание новой одноразовой, и данные тенденции чётко прослеживаются уже сейчас, как, например, запуски компании Илона Маска Space X многоразовой космический системы Falcon 9 (хотя Falcon 9 ещё не достиг того состояния, когда её запуск обходился бы дешевле, чем эквивалентная по грузопотоку одноразовая), а также активной российской разработки «Роскосмоса» ракеты «Корона», которая, как сообщается, будет иметь предельно низкую стоимость выведения полезной нагрузки на орбиту, кратность применения ракеты - до 100 раз, и будет спроектирован в периоде с 2023 года по 2025.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Вагнер И.В. Три аспекта создания частично-многоразовых ракет-носителей; Инновационная Россия. Конъюнктура. Прогнозы. Тенденции// И.В. Вагнер, А.А. Дмитриева, М.Н. Охочинский - 2020. - № 9. - с. 22-29.

2. Серикова А.И. Роль и место многоразовой ракетно-космической системы в системе российских средств выведения; Космонавтика и ракетостроение// А.И. Серикова - 2013. - с. 166-171.

3. Каськов В.С. Бериллий - конструкционный материал для многоразовой космической системы; Авиационный материалы и технологии// В.С. Каськов - 2013. - с.19.

4. Исаев В.Г. Основные направления создания отечественных многоразовых космических систем// В.Г. Исаев, М.Д. Озерский; Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области «Финансово-технологическая академия», г. Королев, Московская область - 2014 - с.34-43.

5. Кадиров А.А. Основные преимущества и недостатки многоразовых космических систем; Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации // А.А. Кадиров, А.В. Сочнев Сочнев Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ, г. Казань, Россия - 2021 - с.85-88.

6. Володин С.В. Развитие гиперзвуковых технологий и создание многоразовых систем введения космических аппаратов как один из путей диверсификации аэрокосмической отрасли // С.В. Володин; Московский авиационный институт г. Москва, Россия- 2016 - с. 2-6.

7. Бабинова Е.О. О перспективах развития многоразовых космических систем// Е.О. Бабинова, О.А. Становна, науч. рук. В.В. Кольга - Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, г. Красноярск, Россия - 2015 - с. 1-3.

8. Раскин А.В. Многоразовые транспортные космические системы. Соврменное состояние и перспективы развития // А.В. Раскин; Россия - 2012 - с.54-59

9. Ясько Г.З. - Многоразовые космические транспортные системы: история, состояние и перспективы развития в России, США, Европе, Китае и др. странах // Г.З. Ясько - Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Россия, г. Москва - 2017

10. eLIBRARY.RU : научная электронная библиотека : сайт. - Москва, 2000.

11. ЭБС Лань : научная электронная библиотека : сайт. - 2011-2021.

Размещено на Allbest.ru