Проект «Байкал-Ангара»: перспективы и проблемы

Первая информация о начале проектирования в России многоразовой ракеты-носителя (РН), которая должна стать конкурентом Falcon 9, появилась еще в начале 2015-го года (сама концепция предложена раньше – в ходе аэросалона МАКС-2001). Речь шла о системе «Байкал», представляющей собой многоразовый ускоритель (МРУ), по сути являющийся частью первой ступени «Ангары».


В том же году во Франции на выставке был продемонстрирован макет космической техники. Его доставили на борту Ан-124 и установили рядом с павильоном им. Хруничева. МРУ вызвал интерес у публики: что же собой представляет российская многоразовая система?


С 2019-го года она разрабатывается в рамках проекта «Крыло-СВ». Если все объяснять по-простому, то суть «Байкала» понять несложно. Большинство читателей наверняка видели пуск ракет-носителей по ТВ, кому-то повезло любоваться этим зрелищем воочию. Обратите внимание: к нижней части по бокам к РН прикреплены (обычно их 4, бывает больше или меньше) длинные «цилиндры». Это и есть ускорители первой ступени, дающие дополнительный импульс ракете, чтобы она успешно вывела свой груз на орбиту.


Система «Байкал» подразумевает, что МРУ будут оснащаться крыльями, т. е. в какой-то мере станут похожими на беспилотники. Это позволит им после отделения от корпуса первой ступени вернуться и сесть на землю. При старте РН крылья ускорителей сложены. На высоте в 40-50 км происходит отстыковка, они расправляются и МРУ летит в указанную точку. Теоретически все выглядит не так плохо. Но что будет на практике?

Проблемы «Байкала»

Чтобы многоразовая система четко работала, необходимо выполнить ряд условий. И первое из них – отработка ступени на этапе выведения ракеты. Здесь все ясно: произошел пуск и на определенной высоте ускоритель отделяется от РН. С этим проблем не возникает. Иначе дело обстоит с другими условиями.

Совершение точной посадки в обозначенном месте

Сегодняшние одноразовые ступени после выполнения своей функции никак не управляются и место их падения определяется крайне приблизительно. То же самое может произойти с МРУ. Даже если он успешно сядет, нет никакой гарантии, что потом ускоритель не опрокинется – в ходе приземления тормозные двигатели наверняка выроют яму. Следующий момент: поиск многоразового ускорителя в тайге и его эвакуация будут стоить недешево. А как решил эту проблему Маск?


Его ракета начинает «прицеливаться» на место посадки, находясь в апогее, т. е. на вершине траектории полета. Это позволяет в конечном итоге точно приземлить ступень. Маск даже демонстрировал возвращение на точку старта. Хотя в реальности это экономически невыгодно: придется задействовать двигатели, для которых понадобится дополнительное топливо, что уменьшит массу выводимого на орбиту груза.

Метеоусловия

Одноразовые ступени могут падать при любой погоде: им она до «лампочки». Некоторые ограничения есть только при пуске. С МРУ в этом плане сложнее: для успешной посадки нужны определенные метеоусловия. Если на площадке «ветерок» в 30 м/с, ливень, мокрый снег либо гололед, надеяться на успешное приземление вряд ли приходится. Не стоит забывать: техника хоть и большая, но пустая, топливо выработано. А это оборачивается огромной парусностью. Даже если правильно включатся двигатели в тормозном режиме, после посадки ускоритель может упасть, а высота у него немаленькая и удастся ли махину потом отремонтировать – большой вопрос.



И снова обратимся к Маску: что делает он в плане погодных условий? А он не ждет хороших метеоданных: его ракеты (а не отдельные ускорители) садятся на морские платформы. Предприниматель просто в день пуска смотрит на прогноз погоды. Найдя район с подходящими метеоусловиями, он направляет туда платформу. В это место и наводится потом первая ступень: т. е. для «Фальконов» посадочной площадкой является океан на сотни километров в любую сторону, куда дотянется судно. Все наоборот: не ракета прицеливается на нужное место, а оно плывет к ней. Сделать на земле такое невозможно, а морских посадочных платформ у РФ нет. Но есть варианты, ниже – об одном из них.

Парашютный спуск на воду

Такая система в РФ уже хорошо отработана. Например, корабль «Союз» с космическим экипажем опускается на Землю именно так. Парашют раскрывается на высоте в 10 тыс. м, при достижении 3 тыс. м начинается уже плавный спуск. Это делается для более-менее комфортной посадки. Что касается «бездушной» ракеты, то на ней парашют можно раскрывать на высоте в 5-6 км и даже ниже. Тогда боковой ветер не успеет слишком сильно помешать приводнению в нужной точке.


Если старт ракеты-носителя состоялся с космодрома «Восточный», то отработанная ступень или ускоритель (ускорители) сесть могут в Охотском море, в районе курсирования логистического судна. Постройка платформы обойдется, возможно, дешевле, чем строительство нескольких посадочных площадок где-нибудь в тайге, с обустройством инфраструктуры, проведением дорог и т. п.


Разумеется, потребуется подготовить ступень соответствующим образом. Сначала парашюты должны перевернуть ракету двигателями вверх. Как раз ее носовая часть рассчитана на восприятие наивысших нагрузок. К тому же подобный способ приводнения может сохранить движки сухими. Чтобы ступень не кувыркнулась и осталась на плаву в нужном положении, к ним прикрепляются надувные баллоны. При этом вся конструкция должна быть устойчивой к воздействию соленой морской воды. Но если все-таки сажать ускорители на твердую землю, как это делает Маск? Тогда возникает проблема стабилизации спуска перед посадкой.

Снижение

На «Фальконе» это делается посредством аэродинамических рулей. Благодаря им, ракета не кувыркается и точно прицеливается, создавая нужный угол атаки. И только потом включаются тормозные двигатели.


Есть подозрение: вся эта система скопирована с авиабомбы JDAM. У нас тоже есть очень неплохие и точные боеприпасы подобного рода! Осталось рассмотреть конечный этап.

Посадка

После точного прицеливания тот же Falcon 9 при достижении определенной высоты и скорости переводит двигатели в тормозной режим. Их усилие, кстати, больше веса ступени, а ускорение превышает 1G. Это дает возможность манипулировать тягой, чтобы ракета совершила точную посадку. А условия для этого формируются в верхних атмосферных слоях, еще задолго до приземления.


Причем в ходе него включаются не все двигатели, а только часть из них. Рассказывая о Starship, Маск заявил, что в этой ракете будут предусмотрены специальные, посадочные двигатели – маршевые задействовать не станут. Но вернемся к «Байкалу».

Состояние проекта

Официально он на стадии разработки: опубликованных данных о действующей модели нет. Предполагается, что МРУ будут использоваться на РН «Ангара». Длина ускорителя составляет 28,5 м, размах раскладывающихся крыльев 17,1 м. Движок – РД-191М. После отделения от ступени МРУ набирает скорость в 5,64 Маха. Радиус приземления – до 400 км. Предполагается, что ускоритель можно будет использовать от 10 до 25 раз. С его помощью «Ангара», в зависимости от модели, сможет доставить до 37 т груза. В случае использования МРУ стоимость пуска снизится на 22-37 %.


Так что на сегодня можно сказать: вопрос о создании комплекса «Байкал-Ангара» пока остается открытым. Не исключено, что российские конструкторы займутся другим проектом, связанным с многоразовыми ракетными ступенями или ускорителями. Например, уже идут работы над «Амуром». Однако, стоит и поторопиться…