Le mot «astronautique» de l'époque de Korolev et Gagarine signifie d'énormes ports spatiaux et des fusées jetables. Eh bien, pas toujours jetable - mais même les scènes de fusée réutilisables d'Elon Mask chaque fois que vous devez apporter, assembler dans un atelier spécial, installer sur une rampe de lancement spéciale, faire le plein, vérifier - et ensuite seulement courir. Il n'est pas surprenant que l'astronautique soit un plaisir très coûteux et le développement industriel massif des ressources spatiales semble même aujourd'hui comme une vague perspective pour un avenir proche.
Qu'est-ce qui peut remplacer des missiles? Système aérospatial réutilisable. Cette idée n'est pas nouvelle: après l'apparition de l'avion An-225 Mriya, de nombreux systèmes aérospatiaux ont été conçus sur cette base, comme en
témoignent les
mémoires d'Anatoly Vovnyanko , qui a participé à sa création. Le plus intéressant d'entre eux est MAKS-M:
L'avantage le plus important de cette option est la pleine réutilisabilité. L'avion sert de première étape. Cela élimine le besoin d'un port spatial spécial - il peut s'agir de n'importe quel aéroport pouvant prendre An-225. L'avion lui-même peut effectuer des dizaines de milliers de lancements d'engins spatiaux tout au long de son cycle de vie.
Le vaisseau spatial, conçu pour être utilisé avec l'An-225, peut peser jusqu'à 275 tonnes.
Selon des calculs préliminaires , une version entièrement réutilisable peut amener en orbite terrestre basse de 5,5 tonnes à une latitude de 51 ° à 7 tonnes à l'équateur. En cas de chargement incomplet, vous pouvez lancer un avion spatial près de l'aérodrome de lancement (par exemple, sur le territoire de l'Ukraine ou au-dessus de la mer Noire), et si vous devez amener exactement 7 tonnes en orbite, l'avion peut voler jusqu'à l'équateur et y décoller.
La séparation de l'avion et de l'engin spatial se produit à une altitude de 10 km et à une vitesse de 236 m / s (850 km / h). Pour séparer en douceur l'avion spatial lourd situé à l'arrière de l'avion, vous devez créer une petite surcharge négative. Un avion pour cela fait quelque chose comme cette «diapositive»:
et sur lui l'avion spatial est séparé. Après cela, l'avion retourne à l'aérodrome, et l'avion spatial, ayant une vitesse initiale, commence une accélération horizontale. Il est horizontal: l'avion spatial a une qualité aérodynamique et plus la vitesse horizontale dans l'atmosphère est élevée, plus la portance est grande. De plus, pour entrer en orbite, il est nécessaire de développer une vitesse
horizontale de 8 km / s. Énergie cinétique pour la vitesse:
Mais à 10 km d'altitude, vous ne pouvez pas entrer en orbite: l'atmosphère est gênante. Pour une orbite basse stable, vous devez gagner 200 km. Énergie potentielle pour la hauteur (en négligeant le gradient de g sur la hauteur, car il ne nous importe que d'estimer l'ordre):
Évaluons le rapport de l'énergie de l'accélération horizontale et de la montée verticale:
Si nous substituons les nombres, nous obtenons que l'énergie pour grimper 200 km est environ 16 fois inférieure à celle pour grimper à une vitesse horizontale de 8 km / s. Donc, ce qui importe le plus, c'est l'accélération horizontale, dans laquelle l'aérodynamique effectuera la plupart des travaux de levage.
Sur un avion spatial, vous pouvez mettre les moteurs de fusée à oxygène-kérosène habituels, établis depuis longtemps et produits par l'industrie des fusées. Dans le même temps, la poussée du moteur est beaucoup plus faible que dans le cas d'une fusée à décollage vertical conventionnelle: la gravité n'a pas besoin d'être directement surmontée, l'avion spatial a une qualité aérodynamique et est soutenu par la portance dans les airs. Encore une fois, plus la vitesse horizontale (que vous devez déjà ramasser) est grande - plus l'atmosphère poussera l'avion spatial dans l'espace.
Une fois dans l'espace, l'avion spatial laisse en orbite un conteneur de fret. Plus loin dans l'espace, il est préférable de transporter des cargaisons dans des remorqueurs orbitaux dans
des réacteurs nucléaires dotés d'un réacteur nucléaire . Avec une poussée de l'ordre de 1 à 2 Newton, adaptée uniquement à l'accélération en gravité nulle et sous vide spatial, ils fournissent une impulsion spécifique très élevée. Si un moteur chimique produit un jet allant jusqu'à 5 km / s, un accélérateur électroréactif peut accélérer les ions
à 300 km / s , soit 60 fois plus efficace. Cependant, que faire dans l'espace lui-même est un sujet pour un article séparé, et non un.
Une fois la tâche terminée, l'avion spatial quitte son orbite et retourne dans l'atmosphère. Il est déjà vide et relativement léger, mais a toujours une qualité aérodynamique. Cela signifie que la descente de l'orbite sera beaucoup plus douce que la descente balistique des véhicules de descente conventionnels. Dans ce cas, l'avion spatial devrait avoir une forme spéciale pour une descente plus douce que les navettes et Bourane. Cela réduira (sinon éliminera) le besoin de protection thermique - ainsi que les consommables et l'entretien associés.
Un avion spatial peut atterrir à l'aéroport, d'où il sera son prochain vol dans l'espace. Là, subissez l'entretien et le chargement de la cargaison. Après cela, un avion spatial vide (c'est-à-dire pesant moins de 100 tonnes) est chargé avec une autocrane à l'arrière de l'An-225, fait le plein avec l'avion - et sur un nouveau vol. Théoriquement, un An-225 peut être lancé dans un avion spatial toutes les 4 à 6 heures, voire plus souvent. Autrement dit, 20-30 tonnes par orbite par jour, et donc tous les jours. Lorsque les avions spatiaux commencent à voler régulièrement en orbite toutes les quelques heures, on peut déjà parler en toute confiance de l'exploration spatiale industrielle.
Une telle fréquence de démarrage et un mode de fonctionnement aussi intensif ne sont possibles que si les composants uniques tels que les unités de surpression ou un réservoir de carburant externe sont complètement éliminés. Il est également nécessaire de minimiser les consommables, idéalement pour qu'à chaque fois seuls du kérosène et de l'oxygène liquide soient consommés. Le système aérospatial décrit utilise les mêmes aérodromes et même le même kérosène que l'aviation conventionnelle. Tout aérodrome capable de recevoir des An-225 peut facilement devenir un port spatial. Il existe des différences par rapport à l'aviation conventionnelle, mais elles s'intègrent bien dans le cadre de l'infrastructure d'aérodrome: charger un plan spatial sur l'An-225 avec une grue, faire le plein d'oxygène liquide et maintenir le plan spatial dans les hangars d'aérodrome, qui, là encore, ne devrait pas être beaucoup plus compliqué que l'avion.
L'avion An-225 existe en copie volante depuis 30 ans. De plus, il
existe une autre instance inachevée qui peut être complétée spécifiquement pour les besoins du programme aérospatial. Il n'y a pas encore de plan d'espace prêt à l'emploi - et c'est même bien, car il vous permettra de concevoir à partir de zéro un nouveau design optimisé autant que possible pour un lancement aérien à partir d'un avion porteur et un fonctionnement intensif avec un minimum de consommables et de maintenance. La plupart des composants nécessaires à un tel programme aérospatial peuvent être produits en Ukraine.
Outre les vols spatiaux, une autre perspective non moins intéressante s'ouvre: les compagnies aériennes suborbitales. Après avoir testé la technologie lors des lancements orbitaux, il sera possible de l'appliquer déjà pour le transport ultra-rapide de passagers et de courrier. Un vol en avion spatial le long d'une trajectoire suborbitale vers n'importe où dans le monde ne prendra pas plus d'une heure. Voulez-vous voler de l'Europe vers l'Amérique du Sud ou l'Australie en une heure de gravité zéro?
À la section 1, l'avion spatial accélère sur ses moteurs à une vitesse suffisante pour entrer dans la trajectoire suborbitale. À la section 2, il vole dans l'espace en apesanteur, ce que ressentent les passagers. À la section 3, une traînée aérodynamique se produit, après quoi l'atterrissage à l'aéroport cible a lieu.
Un vaisseau spatial compatible avec l'An-225 peut accueillir jusqu'à 60 passagers pendant le vol suborbital. Si en même temps il est possible de réaliser la simplicité «avion» de l'exploitation du système aérospatial, les billets coûteront un peu plus cher que les avions conventionnels: en 15 heures, au lieu du vol longue distance habituel avec des passagers, l'An-225 peut réussir à lancer plusieurs avions spatiaux suborbitaux, transportant un nombre proportionné de passagers. La seule question est la vitesse des opérations de pré-lancement, qui peut être progressivement augmentée (bien sûr, au détriment de la sécurité). Il devrait y avoir un autre An-225 à destination, lançant des avions spatiaux sur le vol de retour.
Un tel système sera facile à déployer et à s'effondrer dans n'importe quel aéroport du monde: il suffit sur l'An-225 lui-même d'amener un camion-grue pour charger un avion spatial et un équipement portable pour la liquéfaction de l'oxygène, qui est utilisé pour remplir l'avion spatial. La construction coûteuse, complexe et à long terme d'infrastructures fixes (comme dans les ports spatiaux pour les missiles conventionnels) n'est pas nécessaire.
Un système aérospatial entièrement réutilisable peut non seulement ouvrir l'ère de l'exploration spatiale industrielle, mais aussi permettre de voler jusqu'au point le plus éloigné de la Terre en une heure.
UPD: dans les commentaires mentionnés une version partiellement réutilisable du MAX avec un réservoir de carburant externe. Le système avec un réservoir externe, selon les calculs, produira 19,5 tonnes à l'équateur et entièrement réutilisable - 7 tonnes. Et alors? Lors d'une préparation de lancement plus complexe d'un système avec un réservoir externe, vous pouvez simplement avoir le temps de préparer et de lancer un vaisseau spatial réutilisable 3 fois ou plus. Qui, soit dit en passant, a un compartiment de chargement beaucoup plus grand, c'est-à-dire qu'il est possible d'afficher un chargement plus grand.
Il a également été discuté qu'un avion porteur subsonique donnerait très peu de vitesse initiale. Ce qui amène des ailes dans l'espace est une diminution de la masse utile, mais le principal avantage du système décrit ne réside pas dans la vitesse initiale de l'avion spatial, ni dans la masse de sortie. L'avantage clé est
presque la simplicité de l'avion et la rapidité de préparation au lancement, ce qui minimise la complexité de l'équipement nécessaire . Là encore, au lieu d'un seul lancement d'un support unique ou partiellement réutilisable, il est possible d'effectuer plusieurs démarrages d'un système réutilisable. En minimisant le coût de chaque démarrage, il sera plus rentable.
UPD2: Le méthane liquéfié peut être un carburant plus approprié pour un avion spatial que le kérosène. La cryogénie du méthane liquide et de l'oxygène est à peu près la même, donc cela ne compliquera que légèrement le système. Il est préférable de livrer le carburant par rail, en posant les rails directement à la station-service de l'aérodrome.
UPD3: les commentaires portaient sur la complexité de l'entretien d'un avion spatial et la
navette a été citée comme exemple de l'impossibilité de la réduire. Cependant, la navette avait un poids de départ de 2030 tonnes, alors qu'elle avait un réservoir externe jetable et des propulseurs conditionnellement réutilisables, qui devaient encore être capturés dans l'océan, amenés et ravitaillés. Le système avec la navette nécessitait un assemblage dans un atelier spécial et une rampe de lancement avec exportation vers celui-ci. Et l'assemblage du système décrit se résume à charger l'avion spatial à l'arrière de l'An-225 avec une grue.
Quant à la difficulté d'entretien du Shuttle lui-même, le problème principal concerne les moteurs d'une poussée de 541 tonnes. Sur un plan de lancement spatial horizontal d'une masse de 275 tonnes, leur poussée peut être nettement inférieure. Peut-être même moins que la masse de l'avion spatial, car la force de levage fait le travail pour surmonter la gravité. Moins de poussée - moins de vibrations - entretien plus facile des vaisseaux spatiaux entre les vols.
UPD4: un avion spatial dans un avion doit être immergé par un camion-grue.
Un avion spatial vide pèse moins de 100 tonnes - et cette masse est disponible même pour les camions-grues en série. Les
gyrodynes de l'engin spatial lui-même (conçus pour tourner autour de son axe en orbite) peuvent aider à stabiliser et faire pivoter l'avion spatial pendant l'ascension.
À l'arrière de l'An-225 sur des supports externes, il devrait y avoir un adaptateur spécial pour le montage de vaisseaux spatiaux. Dans ce document - «ornières» pour le châssis du vaisseau spatial. Lorsque la grue de camion immerge et libère le plan d'espace, le châssis devient exactement dans la bonne position, après quoi des fixations supplémentaires sont fixées. Après la fixation finale, le ravitaillement et le décollage ont lieu.