Первый в мире марсоход «Луна-1» был доставлен на Луну советским аппаратом «Луна-17» 17 ноября 1970 года и работал на ее поверхности до 29 сентября 1971 года (в этот день состоялась последняя успешная связь с кораблем).
На крыльях в космос
Многоразовые аэрокосмические системы уже давно являются перспективной заменой ракетам.
Прошло более полувека с тех пор, как человек впервые полетел в космос. И все же мы до сих пор используем ракеты для выхода на орбиту. Этот метод надежен и проверен, но он точен и оставляет лишь некоторые и избранные места. Представьте себе: вы летите на космическом корабле не на курорт в Краснодарском крае, а, например, в гостиницу или лунный отель. Подготовлен обзор работ по таким крылатым транспортным средствам. Некоторые из них уже реализованы и зафиксированы рекорды высоты, другие, возможно, ждут своего часа.
Собственно, а где это – космос?
Конечно, вы должны подняться, чтобы потом, вернувшись, сказать, что побывали в космосе? В США астронавтом считается каждый, кто поднялся на высоту более 50 миль (80 км 467 м) над Землей. В других странах, следуя определению Международной федерации аэронавтики (FAI), космическим полетом считается любой полет на высоте более 100 км над уровнем моря — линия Кармана. Эта линия названа в честь Теодора фон Кармана, который впервые обнаружил, что на этой высоте разбавление атмосферы достигает уровня, при котором аэродинамическая авиация становится невозможной.
Чем выше поднимается самолет, тем большая скорость требуется для поддержания полета за счет уменьшения плотности атмосферы. В результате на высоте 100 километров самолету требуется большая скорость, чем начальная космическая скорость (28 440 км/ч), чтобы создать достаточную подъемную силу. Однако этого уже достаточно, чтобы объект вращался вокруг спутников нашей планеты, то есть вокруг Земли. Как известно, спутникам не нужны крылья. На самом деле, линии Кармана весьма условны как ограничение атмосферы и пространства Земли. Атмосфера не заканчивается на высоте 100 километров. Внешняя (самая наружная) часть превосходной атмосферы планеты простирается на высоту около 100 000 километров.
Кстати, это позволяет некоторым скептикам утверждать, что люди не достигли космоса, а все еще находятся в верхних слоях атмосферы. Например, орбита МКС в настоящее время находится на расстоянии около 400 километров от Земли. Благодаря разреженной атмосфере и потере высоты из-за трения, орбита станции должна постоянно увеличиваться. В результате спутники редко запускаются на орбиты, близкие к линии Керман. В противном случае после нескольких вращений спутник опустится очень низко и в конце концов сгорит в атмосфере.
Но даже самолеты приближаются к этому пределу. 90% атмосферы планеты находится на расстоянии 15-16 км от поверхности. Потолок для пассажирских самолетов, летящих на подкожных скоростях, составляет 12,5 км. Ультразвуковые самолеты «Конкорд» и ТУ-144 могут подниматься до 18,3 и 20 километров соответственно. Практическая крыша истребителя составляла 17-22,5 км. Максимальная высота полета Lockheed SR-71 Blackbird ID ВВС США составляла около 29 км.
Почему же ракеты поднимаются так высоко, а самолеты — нет? Во-первых, ракетам не нужно «садиться в воздух», чтобы взлететь, как это делают самолеты. Во-вторых, в дополнение к стартовому топливу ракеты несут окислитель. Например, в ракетах «Союз» в качестве топливной пары используются авиационный парафин и жидкий кислород. В отличие от ракет, самолеты получают кислород из воздуха. На больших высотах не хватает кислорода для работы двигателей, так как плотность атмосферы уменьшается с высотой. Опять же, помните, что для выхода на орбиту вам необходимо разогнаться до начальной космической скорости.
North American X-15
Через два года после того, как Юрий Гагарин впервые полетел в космос, а Алан Шепард стал первым американцем, начавшим баллистический полет, Джозеф Уокер пролетел над Керманской линией с 15 экспериментальными североамериканскими гранатометами. Схожая по некоторым летным и весовым характеристикам с немецкой баллистической ракетой V-2, ее реактивные гранатометы приводились в действие жидкостными ракетными двигателями и запускались с бомбардировщика NB-52A, самолета-носителя.
Однако, в отличие от V-2, разработанного будущим «отцом» лунной программы США Вернером фон Брауном и принятого на вооружение вермахта в конце Второй мировой войны, X-15 использовал в качестве ракетного топлива аммиак, а не этанол. В обоих случаях окислителем служил жидкий кислород. Основной целью проекта было изучение возможности создания пилотируемого баллистического ультразвукового бомбардировщика.
В своем первом рекордном полете 19 июля 1963 года Уокер пролетел на высоте 106 009 м, а через месяц, 22 августа, пролетел 13,5-15 км на высоте 107 960 м. Затем жидкостный ракетный двигатель был включен всего на 85 секунд. К моменту деактивации ракета уже испытала силу в 4 g (39 м /с²) и достигла максимальной скорости в 7 274 км/ч. Таким образом, X-15 поднялся на высоту 50 км, а затем перешел на баллистическую орбиту, пересекая линию Кармана в верхней ее части. Его скорость была примерно в четыре раза меньше начальной космической скорости, и ракетоплан не вышел на орбиту. Такие полеты известны как баллистические полеты. Затем самолет самостоятельно приземлился на авиабазе. Время полета от взлета до посадки с ракеты составляло 12-15 минут.
Охлаждение поступающего воздуха означало, что тугоплавкие и тяжелые сплавы на основе меди или никеля могут быть удалены, что делает двигатель и, следовательно, самолет легче. Водород, который испаряется при солнечном охлаждении, поступает в прямоточную камеру сгорания вокруг основной камеры сгорания, обеспечивая дополнительный наддув.
Выводили даже их военные спутники
Ракетный двигатель РД-180 был разработан НПО «Энергомаш» в середине 1990-х годов на базе советского РД-170. С 1997 года эти двигатели поставляются в США. Эти двигатели необходимы для американских ракет Atlas 3 и Atlas 5 и были разработаны специально для них. Контракт продлевался несколько раз. Иностранные «партнеры» давно пытаются снять обременительную зависимость от российских производителей, но создать полное подобие собственными силами не могут.
РД-180 использовался для запуска таких космических аппаратов, как New Horizons, InSight, Lunar Reconnaissance Orbiter, Solar Orbiter и Juno. Стоит отметить, что на протяжении четверти века российские двигатели на ракетах Atlas 3 и Atlas 5 используются для вывода на орбиту спутников, в том числе военных США. Причем запуск ракет всегда осуществлялся только при участии российских представителей — разработчиков РД-180. Наши инженеры проверяли двигатели на всех этапах предпусковой подготовки. Они курировали так называемых дизайнеров.
С 2014 года Россия настаивает на введении санкций, которые, по мнению некоторых экспертов, остановят морские перевозки РД-180. Вопреки ожиданиям, в декабре 2014 года с американцами был подписан еще один контракт. На этот раз на поставку двигателей РД-181. Это экспортная версия, разработанная для ракеты Antares. НАСА использует это топливо для вывода на орбиту космического корабля Cygnus.
Тяга будет почти в два раза меньше
Как уже упоминалось, американцы давно пытаются заменить российские двигатели. И хотя они не так надежны и недороги, есть несколько вариантов. Получивший награду ЭлонМаск включает в ракету различные модификации двигателя Merlin, разработанного компанией SpaceX и эксплуатируемого с 2006 года. Однако, по крайней мере, некоторые из функций и характеристик RD-180 могут быть достигнуты только при использовании некоторых из них. Ракетные двигатели. Например, у Falcon 9 их девять на первом уровне. Тяжелая ракета Falcon Heavy также имеет 27 таких ракет. Кроме того, компания Маска продолжает разработку двигателей Raptor для использования на космическом корабле Starship.
Первоначально американцы рассматривали двигатель AerojetRocketdyneAR1 в качестве альтернативы РД-180. Его должны были установить в самой Атланте, но когда пришло время, разработка оказалась в сыром состоянии. Огневые испытания были отложены как минимум до конца 2022 года.
BE-4, построенный компанией Blue Origin Джеффа Безоса, в настоящее время считается наиболее подходящей заменой российскому двигателю. Его тяга больше, чем у двигателя Merlin Илона Маска, но почти в два раза меньше, чем у РД-180. Принципиальное отличие этого двигателя в том, что он метановый. Но самое главное, BE-4 еще не был испытан в полете. Производство и ввод в эксплуатацию отстают от графика.
И в настоящее время нет замены для РД-181, используемого для полета ракет «Антарес». О такой разработке ничего не известно, а пока американцам каким-то образом нужно отправить на МКС космический корабль Cygnus. В любом случае, их план — два запуска в ближайшие два года.
Что потеряет Роскосмос
Что будут делать НАСА и Европейское космическое агентство в такой ситуации? И какие экономические потери это принесет российской стороне? АиФ.ru задал вопрос Ивану Моисееву, руководителю отдела исследований Института космической политики.
Во время наиболее интенсивного использования РД-180 американцами, он покрывал 10% потребности США в ракетной установке первой ступени. Всего американцам было поставлено 122 таких двигателя; в прошлом году истек срок контракта на РД-180, стоимость которого для НПО «Энергомаш» превысила 1 млрд. долларов США.
В настоящее время на складе в США находится около 20 двигателей РД-180. Этого более чем достаточно для всех других ракет-носителей Atlas 5, использующих этот тип двигателя. Затем Atlas 5 будет заменен усовершенствованной ракетой Vulcan Centaur. Его первая ступень будет оснащена двигателем BE-4, разработанным компанией Джеффа Безоса. Первый запуск «Вулкана» запланирован на этот год.
Второй двигатель, поставленный в США, — РД-181 для ракеты Antares. Всего с этими двигателями было запущено 11 ракет. В среднем они летали два раза в год и приносили НПО «Энергомаш» доход в размере 40 миллионов долларов США. Теперь, когда под руководством Роскосмоса поставки двигателей РД-181 прекратились, у американской компании Northrop Grumman, которая их приобрела, есть два варианта. Во-первых, она может отказаться от запуска ракет Antares. Операции на МКС не имеют большого значения, так как все необходимые операции могут быть выполнены SpaceX и ее космическими кораблями. Второй — использовать ракеты Atlas 5 на МКС для запуска грузовых кораблей, как это уже произошло после аварии 2014 года. Как уже упоминалось, американцы до сих пор имеют двигатели РД-180 для этих ракет.
Что касается Европы, то здесь было два крупных коммерческих проекта: запуск спутника OneWeb и запуск спутника Куру для различных иностранных клиентов. В настоящее время оба проекта приостановлены. Запланированные к запуску полезные нагрузки несут европейские ракеты-носители Vega и Ariane, а также ракеты SpaceX.
Что в результате потеряет Роскосмос? Предполагалось, что доход от OneWeb составит 1 миллиард долларов США, а проект на момент отмены был завершен на 60%. Союз» летает с космического корабля Куру с 2011 года, осуществив в общей сложности 27 запусков. Потери России от отказа от проекта составляют около 200 миллионов долларов США в год.
