Российские конструкторы подготовят свои ответы на проекты SpaceX
Такой вывод можно сделать, проследив за развитием проекта "Крыло-СВ" и другими разработками из портфеля ФПИ за последние несколько лет.
"Крыло-СВ" - это совместный проект фонда и Госкорпорации "Роскосмос", который нацелен на создание многоразовой ракетно-космической системы легкого класса с крылатым возвращаемым блоком. Такая система в случае ее создания смогла бы выводить на солнечно-синхронную орбиту полезные нагрузки до 600 килограммов. Именно в этом сегменте мировой космической индустрии прогнозируется наибольший рост и, соответственно, спрос на коммерческие запуски.
По экспертным оценкам, в ближайшие десять лет общая масса выводимой на орбиты полезной нагрузки увеличится до 3500 тонн (в 2018-м было 330 тонн). И почти 70 прироста дадут космические аппараты с массой от 10 до 500 килограммов, из которых будут формироваться многоспутниковые группировки разного назначения. Уже сейчас на активное участие в разделе этого рынка претендуют государственные космические агентства и частные компании Arianespaсe, Blue Origin, Eurockot Launch Services GmbH и другие.
Несколько лет назад и в нашей стране был инициирован, поддержан Фондом перспективных исследований и в 2017-2018 годах реализован аванпроект по определению технического облика многоразовой ракетно-космической системы. На том этапе, по словам генерального директора ФПИ Андрея Григорьева, была проделана масштабная работа по математическому моделированию полета, предложены ключевые конструктивно-компоновочные решения, определены оптимальный тип и характеристики ракетного двигателя. И, конечно, был тщательно проанализирован научно-технический задел по тематике многоразовых ракетно-космических систем, наработанный ранее в ЦАГИ имени Н.Е. Жуковского, Центральном научно-исследовательском институте машиностроения (ЦНИИмаш) и ГКНПЦ им. М.В. Хруничева.
По результатам этой работы сформировано и утверждено техническое задание на возвращаемую ступень ракеты-носителя "Крыло-СВ". На базе ЦНИИмаш организован проектно-конструкторский центр (КБ) многоразовых ракетно-космических систем. А в структуре КБ химического машиностроения имени А.М. Исаева создана специальная лаборатория Фонда перспективных исследований по разработке двигателя на криогенных компонентах для летно-экспериментального демонстратора возвращаемых ракетных блоков "Крыло-СВ".
Как пояснил глава ФПИ, планируется не один, а несколько демонстраторов возвращаемой ступени.
- На первом демонстраторе с массогабаритным макетом ракетного двигателя будет отрабатываться управляемый спуск ступени на дозвуковом режиме. Такие полеты запланированы на 2021-2022 годы, - приоткрыл детали Андрей Григорьев. - Уникальность изделия заключается в том, что во время полета по траектории ему предстоит в управляемом режиме сначала ускориться от нулевой до гиперзвуковой скорости, а потом произвести торможение в атмосфере и завершить полет посадкой на аэродром...
Планируется, что после отделения второй ступени, которая продолжит полет, первая многоразовая ступень будет возвращаться на космодром на крыльях с использованием авиационного двигателя.
Принципиальная схема работы предусматривает отделение первой ступени на высоте 59-66 километров и ее возвращение в район старта с посадкой на обычную взлетно-посадочную полосу. В базовой конструкции возвращаемого блока будут применены поворотное прямоугольное крыло большого размаха и классическое хвостовое оперение.
Как рассказал Борис Сатовский, руководитель созданного в ЦНИИмаш экспериментального КБ имени Бартини, крылатая ступень ракеты-носителя "Крыло-СВ" сможет приземляться как на колесах, так и на лыжах - в зависимости от типа посадочных полос и условий в месте посадки: "В экстремальном случае мы предполагаем возможность посадки даже на грунтовой аэродром, поэтому шасси будут иметь сменное оборудование: если посадка на бетонную полосу и классный аэродром, то это колеса, а если посадка на грунт, то лыжи...".
Заявлено, что демонстратор ракеты будет иметь 6 метров в длину и 0,8 метра в диаметре. А серийное изделие ожидается примерно в три раза больше. В отдельный проект выделены работы по созданию демонстратора двухрежимного реактивного двигателя. Он получил название "Вихрь" и создается в КБ химического машиностроения имени А.М. Исаева. Двигатель должен работать на экологически чистых компонентах - сжиженном природном газе (метане) и кислороде. Такая силовая установка наиболее всего подходит для многоразовых носителей, поскольку не нуждается в длительном послеполетном обслуживании. Утверждают, что впервые в мире в двигателе будет применен гибридный турбоэлектрический насосный агрегат. На демонстраторе будет использоваться одна такая установка, на полноразмерном носителе - пакет из восьми.
Как заявил Борис Сатовский, огневые испытания кислородно-метанового двигателя для демонстратора многоразовой ступени "Крыло-СВ" планируется начать в 2022 году. Одно из главных требований в техническом задании на разработку - пригодность для использования в 20 пусках, с заменой лишь аккумуляторов...
"Крыло-СВ" - масштабная и яркая, но пока еще ожидаемая разработка из портфеля ФПИ в ракетно-космической области и авиации, которые неразрывно связаны между собой. А есть и реализованные. Из тех, что на слуху, назовем еще два: "Контур" и "Тантал".
В рамках проекта "Контур" разработан и представлен демонстрационный образец электродвигателя на сверхпроводниках, которым оборудована летающая лаборатория на базе Як-40. Вслед за испытаниями на земле уже в этом году возможен и первый демонстрационный полет. Авторам и участникам этого проекта в 2020 году присуждена премия правительства РФ в области науки и техники для молодых ученых.
- Коллектив разработчиков заслуженно отмечен правительством, - поделился с "РГ" гендиректор ФПИ Андрей Григорьев. - Ведь достигнуты, без всякого преувеличения, научные результаты мирового уровня. Всего за четыре года, которые прошли с момента запуска проекта, нашим ученым удалось в четыре раза увеличить токонесущие способности и в восемь раз - критическую силу тока высокотемпературной сверхпроводниковой ленты, которая используется в обмотках двигателя. Это позволило значительно снизить габариты силовой установки и добиться качественно новых результатов.
По его же словам, совместный проект фонда с ВИАМ и ОКБ имени Симонова под названием "Тантал" наград пока не удостоен, но летом 2020-го отмечен испытанием модели газотурбинного двигателя, который создавался с использованием аддитивных технологий. А тут перспективы очень широкие.
- В том числе для создания новых образцов беспилотных летательных аппаратов различных классов и энергоустановок, - утверждает глава ФПИ. - Сейчас на контроле у нашего фонда передача результатов проекта потенциальным потребителям. Будем сопровождать выполнение опытно-конструкторских работ по созданию двигателей и их запуск в серийное производство.
Форсируем работы по гибридным силовым установкам на основе высокотемпературных сверхпроводниковых материалов. Есть ряд масштабных проектов в области искусственного интеллекта. И, конечно, большой объем исследований выполняется в области создания перспективных вооружений, военной и специальной техники в интересах Министерства обороны РФ.
Добавим: ФПИ был задуман и создавался как ответ-аналог американской DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency - Управление перспективных исследовательских проектов минобороны США). Эта структура образована в США еще в 1958 году - в ответ на запуск в СССР первого искусственного спутника Земли. И задача перед ней ставилась совершенно определенная: обеспечить технологическое превосходство вооруженных сил США и не допустить "внезапного для США" появления новых технических средств вооруженной борьбы. А как инструмент и способ достижения главной цели - поддержка прорывных разработок, преодоление разрыва между фундаментальными исследованиями и их применением в военной области.
Российскому Фонду перспективных исследований нет еще и десяти лет. Но выпускник Московского физтеха Андрей Григорьев, возглавивший новую структуру в качестве генерального директора, едва ли не сразу заявил: "Мы ставим себе задачу работать так, чтобы агентство DARPA именовали не иначе как "американский ФПИ". И тем запомнился не только журналистам.
С предложениями и проектами во вновь образованный фонд потянулись (в хорошем смысле) и маститые сотрудники ведущих конструкторских бюро, НИИ, государственных научных центров и молодая исследовательская поросль из университетских лабораторий, чего в нашей стране давно не наблюдалось.
Григорьев Андрей Иванович (1963) окончил факультет аэрофизики и космических исследований Московского физико-технического института (МФТИ), Военную академию радиационной, химической и биологической защиты. Проходил службу в научно-исследовательских учреждениях и Управлении экологии и специальных средств защиты Минобороны России. С 1999 по 2012 год - в структурах Федеральной службы по техническому и экспортному контролю (ФСТЭК). В феврале 2013-го возглавил Фонд перспективных исследований. Член коллегии ВПК, генерал-лейтенант запаса, доктор технических наук.