3D моделирование режима эксплуатации частично многоразовой космической транспортной системы с возвращаемыми боковыми ракетными ускорителями

Высокая стоимость запуска ракеты в космическое пространство является основным барьером интенсивного освоения космического пространства. В настоящее время стоимость доставки полезной нагрузки составляет:

от 5000 до 50000 долл. США/кг для доставки грузов на низкие орбиты.

от 20000 до 50000 долл. США/кг для доставки полезной нагрузки на геопереходные и геостационарные орбиты.

Создание полностью и частично многоразовых космических транспортных систем, обеспечивающих снижение стоимости доставки полезного груза в космос, является одним из ключевых направлений интенсификации космической деятельности, обоснования реализуемости космических проектов и конкурентной борьбы за рынок космических пусковых услуг. На сегодняшний день Россия является главным поставщиком космических транспортных услуг и имеет более 50% доли этого рынка. Однако конкуренты наступают российским средствам выведения «на пятки». Одним из них является известный американский предприниматель Илон Маск, глава и совладелец частой компании SpaceX, создавшей коммерческий ракетный комплекс Falcon 9 с многоразовой первой ступенью, возвращаемой после пуска на место старта в вертикальном положении в режиме мягкой реактивной посадки. Данная технология не нова, успешно опробована и прошла лётные испытания в США ещё в середине 90-х годов по заказу NASA (разработчик McDonnell Douglas). Илон Маск, как опытный венчурный предприниматель успешно доработал и довел данную технологию до промышленного использования при космических пусках с Земли, а, в перспективе, возвращения на Землю после путешествия на другие планеты.

Российскими специалистами был разработан другой подход к возвращению ракетных ускорителей первой ступени, основанный на использовании поворотного крыла, установленного на ускорителе и обеспечивающего самолётный возврата ускорителя в крейсерском режиме после выполнения пусковой задачи и отделения ускорителя от ракеты. В качестве ускорителя первой ступени предусматривается использовать возвращаемые ракетные ускорители с маршевым двигателем на криогенном жидком топливе и авиационным двигателем для возврата ускорителя в самолётом режиме на посадочную полосу космодрома. Проект создания такого ускорителя получил название «Баргузин» и был разработан в рамках российско-европейского сотрудничества в области исследования перспективных космических транспортных технологий. Данный проект во многом совпадает с концепцией создания возвращаемых ускорителей «Байкал» для ракеты Ангара (разработчики Центр Хруничева и НПО Молния) на основе универсального ракетного модуля (УРМ).

В качестве центрального блока первой ступени ракеты предусматривается использовать одноразовый центральный блок европейского ракеты Ариан-5. Отделение боковых ускорителей от центрального блока предусмотрено на скоростях в 5-6 раз превышающих скорость звука (М= 5-6), а их возврат запланирован в автоматическом крейсерском режиме на дозвуковой скорости (M<1) c помощью авиационного двигателя.

Предложенная концепция не имеет технологических препятствий в реализации, т.к. уровень тепловых, аэродинамических и других нагрузок на ускоритель невысок и его устойчивость к их многократному воздействию обеспечивается возможностями уже существующих технологий.

С целью экспертного анализа режима полёта боковых возвращаемых ускорителей Баргузин в составе перспективной транспортной космической системы выполнено математическое 3D моделирование основных режимов эксплуатации многоразовых ускорителей ракеты на этапах старта, отделения от ракеты и возврата на космодром в крейсерском самолётном режиме для проведения послеполётного обслуживания.