СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ РАКЕТ СВЕРХЛЕГКОГО КЛАССА С ЖРД

MODERN TECHNOLOGIES FOR THE DEVELOPMENT OF ULTRALIGHT ROCKETS WITH A LIQUID ROCKET ENGINE

Nikolay Kaushan

student, Department of Aircraft Engines, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Ракеты-носители легкого и сверхлегкого класса – это новый мировой тренд в ракетостроении. Сегмент рынка продолжает формироваться, основной задачей российской космической промышленности является своевременное освоение сформировавшегося спроса на данный тип услуг и сохранение стратегической инициативы. Цель статьи – представить примеры современных разработок ракет сверхлегкого класса с ЖРД. В качестве метода использованы общенаучные методы анализа, обобщения, сравнения. В заключении отмечено, что, несмотря на сложные экономические условия, в значительной мере утраченные позиции России в мировой космической науке, потенциал в научной сфере развития центра ракетно-космической промышленности, тем не менее, имеется. В том числе, в значительной степени важны разработки ракет сверхлегкого класса.

ABSTRACT

Light and ultralight class launch vehicles are a new global trend in rocket engineering. The market segment continues to form, the main task of the Russian space industry is to timely develop the demand for this type of services and preserve the strategic initiative. The purpose of the article is to present examples of modern developments of ultralight rockets with a rocket engine. General scientific methods of analysis, generalization, and comparison are used as a method. In conclusion, it is noted that, despite the difficult economic conditions, Russia's largely lost positions in world space science, there is nevertheless potential in the scientific sphere of the development of the center of the rocket and space industry. In particular, the development of ultralight missiles is largely important.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель; перспективные разработки; ракеты сверхлегкого класса; частная космонавтика.

Keywords: liquid rocket engine; advanced developments; ultralight class rockets; private cosmonautics.

Решение перспективных задач Федеральной космической программы требует создания и модернизации средств выведения легкого, среднего, тяжелого и сверхтяжелого классов. Одна из значимых проблем современной космонавтики – развитие частного сектора в целях достижения эффективности различных отраслей народного хозяйства. Ракеты-носители легкого и сверхлегкого класса – это новый мировой тренд в ракетостроении.

Сегмент рынка продолжает формироваться, основной задачей российской космической промышленности является своевременное освоение сформировавшегося спроса на данный тип услуг и сохранение стратегической инициативы. Специалисты в последнее время заинтересованы в разработках ракет сверхлегкого класса, о чем свидетельствуют научные публикации. Так, В.Ю. Клюшников рассмотрел перспективы коммерческой космонавтики, перспективы коммерческого использования ракет-носителей сверхлегкого класса на формирующемся рынке запусков малоразмерных космических аппаратов [2, с. 58-71].

Специалисты отметили тот факт, что разработка ракет сверхлегкого класса – это перспективное направление, находящееся в самом начале промышленного производства. В настоящее время специалисты указывают на направления разработок, которые касаются проблемы экономического характера, ограничения, накладываемые в связи с модернизацией базового варианта сверхлегкой ракеты и организационно-технической системы его применения, а также ограничения, зависящие от целевых задач использования системы выведения сверхлегких ракет. Специалисты предлагают использовать комплексный подход в целях развития системы выведения исследовательских метеоракет [5, с. 5]. Авторы предлагают оценивать проект ракеты-носителя сверхлегкого класса методом минимизации стоимости единицы информации с учетом оперативности применения космической орбитальной группировки.

Специалисты указывают не просто о комплексном подходе, но о модели орбитальной группировки космических аппаратов, в основе которого лежит объектно-ориентированный подход [3, с. 36-41]. Это особенно актуально, например, при проведении метеонаблюдений, мониторинга чрезвычайных ситуаций, других сфер народного хозяйства, где используется комплекс ракет сверхлегкого класса. Например, используют космические средства гидрометеорологического назначения всего 14 организаций в мире [4, с. 24-55]. Российские организации используют такие космические аппараты, как «Метеор-М» № 2, «Электро-Л» № 3, уникальная космическая система «Арктика-М».

При этом специалисты отмечают значительное развитие этой отрасли в ближайшей и стратегической перспективе.

Можно отметить необходимость проведения дополнительных разработок по созданию семейства ракет-носителей в целях снижения себестоимости пусковых затрат и удешевления самих космических аппаратов. Кроме того, остро встает вопрос экологии, так как отработанное топливо наносит непоправимый ущерб экологии и в перспективе в ракетах сверхлегкого класса с ЖРД необходимо использовать менее токсичные топливные пары.

Специалисты, работая над проектами сверхлегких ракет, предлагают различные варианты. На рисунке 1 представлена 3D-модель двигательной установки на основе метановых жидкостных ракетных двигателей малой тяги «Candle», которая легла в основу двух концепций ракеты-носителя с универсальной двигательной установкой на основе метановых жидкостных ракетных двигателей малой тяги [6, с.14-18].

Рисунок 1. 3D-модель двигательной установки на основе метановых жидкостных ракетных двигателей малой тяги «Candle» [62, с.14-18]

В качестве топлива используется топливная пара – метан/кислород, а пневмогидравлическая схема выполнена по схеме без дожигания генераторного газа. Разработанный жидкостный ракетный двигатель малой тяги оснащен нетрадиционной регенеративной системой охлаждения, интенсифицирующей процесс теплообмена между теплоносителем, в качестве которого выступает один из компонентов топлива, и расположенной между внутренней и внешней стенкой камеры сгорания пористой вставкой, что улучшает охлаждающие способности системы и позволяет увеличить ресурс работы двигателя и сделать его многоразового использования [1, с. 345-350].

Двигательная установка может использоваться для сверхлегкой ракеты-носителя «BERIK-2020», в перспективе осуществляющей доставку полезной нагрузки массой до 250 килограмм на орбиту с высотой до 500 км.

• длина ракеты-носителя составит - 13,81 метров;
• диаметр - 1,2 метра,
• стартовая масса 13,03 тонн.

Ракета «BERIK-2030» - это вторая концептуальная разработка сверхлегкой ракеты, изготовленная полностью из композита и имеющая спасаемую первую ступень. Параметры ракеты:

• длина ракеты-носителя составит - 13,62 метров;
• диаметр - 1,2 метра;
• стартовая масса 12,71 тонн.

В заключение стоит сказать о том, что, несмотря на сложные экономические условия, в значительной мере утраченные позиции в мировой космической науке, потенциал в научной сфере развития центра ракетно-космической промышленности, тем не менее, имеется. В том числе, в значительной степени важны разработки ракет сверхлегкого класса.

Список литературы:

1. Башарина Т.А., Левин В.С., Меньших В.В., Ильина А.К., Носова В.С., Шматов Д.П. Разработка жидкостного ракетного двигателя малой тяги для ракет сверхлегкого класса // Авиакосмические технологии. – 2018. – С.345-350
2. Клюшников В.Ю. Ракеты-носители сверхлегкого класса: ниша на рынке пусковых услуг и перспективные проекты // Воздушно-космическая сфера. – 2019. – № 3(100). – С. 58-71
3. Концептуальная модель программного комплекса анализа состояния орбитальной группировки космических аппаратов / Г.А. Зубков, И.Г. Иванов, К.А. Охлопков [и др.]  // Авиакосмическое приборостроение. – 2021. – № 7. – С. 36-41
4. Обзор орбитальных группировок космических аппаратов оперативного метеонаблюдения / А.А. Асташкин, А.В. Карелин, И.Н. Комиссарова [и др.] // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. – 2021. – Т. 181. – № 2. – С. 24-55
5. Оценка возможности проекта ракеты-носителя сверхлегкого класса для формирования спутниковых группировок / П. А. Козедра, Ю. А. Матвеев, А. А. Позин [и др.] // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2021. – № 2(110). – С. 5
6. Разработка ракеты-носителя сверхлегкого класса с универсальной метановой двигательной установкой на основе передовых технологий производства / Т.А. Башарина, В.С. Носова, С.Н. Лымич, Д.П. Шматов // Аэрокосмическая декада: сб. тр. XIII Всерос. научно-техн. студ. школы-семинара (Алушта, 26 сен. 2020 г). – Москва: Издательство «Перо», 2020. – С. 14-18.