Многоразовая русская ракета: полет во вчерашний день

«Выскочка» Илон Маск, наращивающий мощности своего ракетостроительного предприятия и создающий новые образцы космической техники, у нашего космического начальства, как бельмо на глазу. Поскольку частная компания стремительно обходит мощную государственную корпорацию «Роскосмос», где одних курьеров не счесть.

Корпорация вынуждена рассказывать о своих грандиозных планах. Сравнительно недавно сообщалось о том, что совсем уже на подходе ядерный космический двигатель. Многое говорится о возобновлении Лунной программы. И при этом тратятся деньги. Громадные. Ракета «Ангара», действительно, хорошая ракета, разрабатывалась 20 лет. На ее создание было потрачено более 160 млрд. рублей. И это, пожалуй, все, чем нас порадовала отрасль в постсоветский период.

Вполне понятно, что наше космическое начальство периодически пытаются призвать к ответу. И, распекая на ковре, приводят обидные примеры. Того же Илона Маска, который успешно испытывает первую ступень ракеты-носителя многоразового использования. То есть, спускаемую в неповрежденном виде на землю. И тут претензии обращены в первую очередь к руководству Государственного космического научно-производственного центра им. М.В.Хруничева. Ведь именно здесь разрабатывают ракеты-носители, в том числе и вышеупомянутую «Ангару».

Компания Маска SpaceX в апреле этого года совершила удачную посадку первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 на морскую платформу. В компании работает 4 тыс. сотрудников. В Центре имени Хруничева — 43 тысячи. И, следовательно, отставание от «выскочки» — дело довольно позорное. Тем более, что эти 4 тыс. спейсовцев разрабатывают не только ракеты, но и космические корабли.

И вот в «Известиях» появляется статья о том, что «Роскосмос» готовится к созданию многоразовой ракеты. В ней генеральный конструктор «Роскосмоса» Александр Медведев рассказывает о том, что месяц назад в Центре имени Хруничева создан департамент по многоразовым средствам выведения на орбиту. Костяк специалистов, призванных решать данную проблему, составили из разработчиков легендарного «Бурана».

В статье подвергается критике принцип посадки первой ступени Falcon 9 — вертикальной мягкой посадки на остатках топлива. «Убежден, что для российских условий возвращаемая первая ступень с выходящими крыльями — это оптимальный вариант, — отметил Александр Медведев. — Схема, по которой сажает первую ступень SpaceX, нам не подходит, поскольку с наших космодромов ракеты летят не над морем, и у нас нет возможности подогнать в нужное место баржу. Даже если бы такая возможность была, не факт, что это оптимальный путь: в море почти всегда мешает боковой ветер и качка». «Роскосмосу» мешает, SpaceX, видимо, помогает.

Море и «баржа» тут абсолютно ни при чем. Дело в том, что первая успешная посадка в 2015 году была осуществлена на самую что ни на есть твердую почву — на базу ВВС США на мысе Канаверал. Платформа при второй посадке была использована в качестве дополнительного варианта, расширяющего возможности системы.

Одной подменой понятий тут дело не ограничивается. Выбор схемы с горизонтальной (самолетной) посадкой ступени произошел исключительно из-за того, что у нас уже имеется опыт создания спускаемого по-самолетному аппарата — «Бурана». Однако «Буран» — это космический корабль, а не ракета-носитель. И тут механическое перенесение его принципов на ступень ракеты невозможно. То есть команда, принимавшая участие в создании советского космического челнока, вряд ли сможет использовать в новой разработке значительную часть своего опыта. (Глубина опыта этих конструкторов — вопрос отдельный).

В «Буране», как и в американском челноке, приземление происходило по-самолетному. Система жесткая, со стреловидными крыльями. Имеются двигатели, которые используются при посадке. А многоразовый корабль выводит на орбиту ракета-носитель. Все стройно и логично, без излишеств и дополнительных сложностей. При этом советская ракета «Энергия» сгорает, а от американской отстыковываются гигантские топливные баки, которые на парашютной системе приводняются.

В ракете Falcon 9 также все логично, без «архитектурных излишеств». Первая ступень совершает вертикальную мягкую посадку, используя недоизрасходованное топливо и маршевые двигатели. Разумеется, необходимо добиться очень точной работы системы управления, обеспечивающей строго горизонтальную посадку. При этом тяга первой ступени не обременяется значительными дополнительными массами оборудования, реализующего вертикальную посадку. Дополнительно используются лишь 4 посадочные стойки и набор газовых сопел для ориентации, использующие энергию сжатого азота. Суммарная масса этого оборудования — около 3 тонн. Что составляет порядка двух процентов от общего веса ракеты.

Нам удалось узнать, что, по логике наиболее вероятного развития сюжета, будут делать в Центре имени Хруничева. Руководителем департамента месяц назад был назначен участник разработки «Бурана» из НПО «Молния» Павел Лехов.

Так вот, развивать он будет свои идеи. А они вполне четко сформулированы в нескольких патентах, которыми он обладает совместно с несколькими своими коллегами из Центра имени Хруничева. Наиболее полно раскрывает концепцию будущей разработки патент RU 2553402 «Многоразовая возвращаемая ступень ракеты-носителя».

Предлагаемая Леховым и его коллегами схема возвращаемой ступени работает следующим образом. После отстыковки второй ступни и торможения первой в верхних слоях атмосферы раскрываются утопленные в корпусе ступени крылья. Они расположены по центру по схеме центроплана. Получается прямое крыло. Включаются специальные посадочные двигатели — не ракетные, а ТРД. Двигатели запитываются от топлива, расположенного в баках крыла. Это авиационный керосин, поскольку использование ракетной пары топливо-окислитель в ТРД невозможно. Затем система управления выводит ступень на посадочную площадку — бетонную ВПП. И происходит посадка на шасси. Дополнительное торможение осуществляется при помощи парашютов — как у «Бурана».

Конечно, схема вполне реализуемая, поскольку она не противоречит законам физики. Но какой ценой? То есть, сколько на разработку уйдет человеко-веков? С какими сложностями придется столкнуться при натурных испытаниях? Сколько надо будет построить опытных образцов для того, чтобы довести проект до завершения? Одни упования на то, что проект будут реализовывать разработчики «Бурана», выглядят довольно странно. Дело в том, что этим конструкторам, которые сейчас в лучшем случае перешагнули 60-летний рубеж, в той исторической разработке приходилось решать узкие фрагментарные задачи. В силу молодости и невысокой на тот момент компетентности. Многие из них пришли в НПО «Молния» со студенческой скамьи и были молодыми специалистами. А тон задавали 200 докторов и кандидатов наук, которых собрал в «Молнии» Глеб Лозино-Лозинский.

Возникает и еще один вопрос: насколько эффективна такая схема? И во что обойдется разработка? То есть, не сожрут ли затраты на создание спускаемой ступени стоимость самих ступеней, которые будут запускаться в обозримом будущем. Вопрос далеко не праздный. Данных по «Ангаре» нет. Но известно, что стоимость трехступенчатой ракеты «Протон-М» составляет 1,5 млрд. рублей. На первую ступень приходится порядка 0,7 млрд. Ежегодно мы запускаем около 10 ракет, в основном это «Протоны». Но в следующем десятилетии «Протон» и «Ангара» будут использоваться паритетно. Предположим, что Центр имени Хруничева потратит на создание спускаемой ступени столько же денег, сколько и на создание «Ангары». То есть 160 млрд. В результате деления этой суммы на 0,7 млрд. и еще на 10 получаем, что 23 года мы можем сжигать первые ступени без ущерба для бюджета. Если, конечно, не будем тратиться на проект Центра имени Хруничева в его задуманном виде.

Прежде всего, настораживает такое обилие дополнительных элементов, которыми обычная первая ракетная ступень не обладает. Крыло с механизацией выпуска на гиперзвуковой скорости. Посадочные двигатели. Специальное горючее и баки для него. Шасси. Головной обтекатель. Система навигации и управления посадкой. По подсчетам специалистов, это составит минимум 20% от веса ракеты. То есть, на столько же сократиться забрасываемый в космос полезный вес.

Вполне понятно, почему центр по созданию ракет-носителей держится за эту схему. Во-первых, принцип был отработан на «Буране». И при этом не принимается в расчет, что космический корабль и ракета — это сильно отличающиеся друг от друга и по устройству, и по решаемым задачам космические аппараты. Во-вторых, эту идею в Центре вынашивают уже давно. Вот что говорит Александр Медведев: «Тему возвращаемой первой ступени мы в Центре Хруничева ведем уже порядка 20 лет. В 2001 году я впервые представлял прототип возвращаемой ступени — систему „Байкал“ — на авиакосмическом салоне в Ле-Бурже. Долгие годы мы чертили проекты, строили макеты, делали их продувки в ЦАГИ и получали положительные результаты. Пришла пора от проектов на бумаге переходить к реальным вещам».

То есть все идет, как по маслу. И вдруг появляется американский выскочка, который создает гораздо более эффективную модель многоразовой ступени. И более простую в реализации, не потратив на это дело и пяти лет. И приходится говорить, что Маск не прав, что у них океан теплый, а у нас Ледовитый, и что в Восточном полушарии надо все делать не так, как в Западном.

И более всего удручает в этой истории, что в космической отрасли у нас почему-то нет свежих идей. И это крайне странно. Казалось бы, и менеджмент такой же, как и в авиапроме, и в танкостроении, и в тактическом и стратегическом ракетостроении. И талантливых конструкторов не окончательно извели в 90-е годы. Однако движение мысли в отрасли происходит с дозвуковой скоростью.

И в заключение необходимо сказать о еще одном достоинстве вертикальной посадки. Совершенствование этой техники необходимо для того, чтобы использовать ее при посадке спускаемых аппаратов на Луну, на планеты Солнечной системы, а то и за ее пределами. Ведь на Марсе для «Роскосмоса» аэродромов с бетонными ВПП никто не построил.