Выход на орбиту с помощью одной ступени — это Святой Грааль космонавтики. Помните космический корабль «Пегас» из легендарного советского документального мультфильма «Тайна третьей планеты»? По всей видимости у этого транспортного средства не было абсолютно никаких проблем с тем, чтобы покинуть какую угодно планету без всяких дополнительных ускорителей, ступеней и т.д. Очевидно, что появление подобных технологий значительно приблизит наступление коммунизма в Отдельно Взятой Стране. Именно такой вывод можно смело сделать, внимательно изучая работы Кира Булычёва (шутка).
Но что же происходит в этом направлении в реальности? Как обстоят сегодня дела у инженеров, которые пытаются реализовать одно из древнейших мечтаний человечества – полёт в космос на одноступенчатой ракете? Давайте разберёмся.
Верхом на одной ступени
Начнём с того, что наша планета имеет довольно сильное гравитационное поле. Если бы оно было поменьше, то решить задачу выхода на орбиту без использования дополнительных ускорителей было бы гораздо проще. Но, к сожалению, реальность такова, какова она есть. И дело даже не в том, что невозможно построить одноступенчатое транспортное средство. Нет. Оказалось, что это просто чрезвычайно сложно сделать. И еще сложнее в том случае, если мы хотим, чтобы наш космический корабль был многоразовым. Как вышеупомянутый «Пегас»
К тому же есть ещё один нюанс: при любом раскладе полезная нагрузка, которую сможет брать с собой такой корабль, всегда будет намного меньше по сравнению с той, что может вывести система с большим количеством ступеней.
Технологический рывок, который произошёл в 80-е и 90-е годы в микроэлектронике и в разработках технологий производства композитных материалов, возобновил интерес инженеров к проектированию одноступенчатых ракет. НАСА открыло по этому поводу даже специальный проект – Х-33.
И именно программа X-33 показала, насколько сложно построить работающую одноступенчатую систему.
После неудачного опыта X-33 и частично многоразовых систем, таких как Спейс Шаттл, компания SpaceX продемонстрировала во втором десятилетии 21 века, что повторное использование первых ступеней ракеты-носителя может быть вполне заурядным и весьма эффективным способом снижения стоимости космических запусков.
Одна хорошо. Но две – лучше!
В результате парадигма сместилась с одноступенчатых систем на системы с двумя ступенями. И конечной целью многих компаний и космических агентств является теперь разработка именно такой космической техники. SpaceX, например, во всю разрабатывает свою систему «Starship». Да и другие компании не отстают. В разработке находятся и другие предложения по полностью многоразовым двухступенчатым системам.
Так что же получается? Одноступенчатые системы остались в прошлом? Всё? Всем спасибо, все свободны? Нет. Есть ещё в России настоящие люди. Которые, несмотря ни на что, сохраняют намерение разработать одноступенчатую ракету. Этот проект имеет гордое имя: «Корона».
Проект «Корона» появился на свет совсем недавно – в 1992 году. В самый разгар лихорадки по созданию многоразовых систем вертикального запуска и посадки. Российское предприятие Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева, известное в советское время производством баллистических ракет для подводных лодок, внезапно решило создать одноступенчатую ракету космического назначения.
Как и почти все ракеты подобного типа, она должна была использовать водород как наиболее эффективное нетоксичное химическое топливо. С самого начала, в 1992 году, «Корона» задумывалась как крылатая система. Однако в 1995 году, под влиянием американского проекта DC-X, крылья у неё исчезли.
Трудности роста
В 1997 году «Корона» имела в теории взлётную массу 159 тонн и максимальную полезную нагрузку на НОО 3,2 тонны. В 2001 году конструкция была изменена. Теперь это была 208-тонная ракета с грузоподъёмностью 5 тонн на НОО. Это стало возможно благодаря использованию новых топливных баков, изготовленных (в теории, опять же) из углеродного волокна.
К 2003 году проект «Корона» снова увеличил массу. До 262 тонн. А грузоподъёмность на НОО увеличилась до 7 тонн.
После достижения подобных ошеломляющих результатов инженеры ГРЦ им. Макеева стали подозревать, что проект «Корона» сможет через несколько лет выводить на НОО практически неограниченное количество полезной нагрузки. И поэтому, опасаясь актов промышленного шпионажа со стороны уважаемых западных партнёров, а также в целях сокращения расходов проект в 2012 году был заморожен.
К этому моменту ракета имела длину 30,5 метра (33,9 метра с выпущенным шасси), диаметр 10 метров, массу на взлёте 295 тонн (60-70 тонн в сухом состоянии) и грузоподъёмность до 7,5 тонн на НОО.
Грузовой отсек ракеты располагался между топливными баками в средней части машины. Если бы для её посадки использовалась дозаправка на орбите, «Корона» могла бы увеличить свою грузоподъёмность до 11 или даже 12 тонн на НОО.
Прошло несколько лет. Сотрудники ГРЦ им. Макеева, осторожно наблюдая из-за штор за воображаемой ракетой, лежащей на заднем дворе одного из цехов, убедились в том, что она прекратила расти. И в 2016 году проект был реанимирован. А в 2019 году компания заявила, что к 2028 году может быть готов первый реальный прототип!
Снова в деле
Первыми, возможно, будут построены машины под наименованием «Корона-А» и «Корона-Б». А после них в космос, теоретически, может отправиться орбитальный прототип «Корона-О». Каждая пусковая установка проекта «Корона» должна быть многоразовой. И в теории использоваться до ста раз. Хотя характеристики системы температурной защиты, которая будет использоваться, до сих пор неизвестны.
Будем надеяться, что Роскосмосу хватит всех необходимых ресурсов и денег для реализации этого проекта в его нынешней конфигурации. Особенно если учесть, что на сегодняшний день не представлено никаких прототипов важнейших частей этой системы. Никто, например, не знает какие топливные баки и из композиционных материалов будут использоваться. А ведь это важнейший элемент системы запуска. Эти баки должны выдерживать низкие температуры криогенного топлива (и это была одна из основных проблем, с которыми столкнулась программа Х-33).
Очевидно, что проект «Корона» отказывается умирать в мире, где одноступенчатые ракеты вышли из моды. И теперь все хотят строить двухступенчатые.
Но увидим ли мы когда-нибудь в этой реальности рабочий прототип подобной ракеты от Роскосмоса?