Spațiu în aer liber
Statul nu are nevoie de un vehicul de lansare super-puternic, ci de o flotă de SV
După cum știți, principalul document care definește interesele statului, principalele obiective, priorități și sarcini ale Rusiei în domeniul explorării, explorării și utilizării spațiului cosmic este Fundamentele politicii de stat a Federației Ruse în domeniul activităților spațiale pentru perioada de până în 2013 și ulterior”.
În conformitate cu acest document, prioritățile principale sunt asigurarea accesului garantat al Rusiei la spațiu de pe teritoriul său prin dezvoltarea și utilizarea tehnologiei, tehnologiilor, lucrărilor și serviciilor spațiale în interesul sferei socio-economice și a apărării naționale, precum și ca securitate a statului; crearea de facilități spațiale în interesul științei; activități legate de implementarea zborurilor cu echipaj, inclusiv crearea unei rezerve științifice și tehnice pentru implementarea, în cadrul cooperării internaționale, a zborurilor cu echipaj către planete și alte corpuri ale sistemului solar.
Implementarea acestor obiective este asigurată prin utilizarea și dezvoltarea potențialelor științifice, tehnice și de producție existente pentru a crea vehicule de lansare avansate, remorchere interorbitale, sisteme țintă și de serviciu ale navelor spațiale automate (SC), nave spațiale cu pilot de nouă generație, elemente de infrastructură pentru activități în spațiul adânc și tehnologii inovatoare.pentru a rezolva problemele țintă și tehnologiile de producție.
Rezultatul va fi păstrarea statutului Rusiei de una dintre principalele puteri spațiale, confirmarea autosuficienței în asigurarea propriilor activități spațiale pe întregul spectru de sarcini care necesită crearea unei constelații orbitale de nave spațiale bazate pe o flotă eficientă din punct de vedere economic. a vehiculelor de lansare ruse (SV).
Necesitatea menținerii unei poziții stabile și a competitivității pe piața serviciilor de lansare este un stimulent pentru îmbunătățirea indicatorilor tehnici și economici ai SV, în primul rând pentru creșterea capacităților energetice ale acestora.
Toți acești factori s-au manifestat cel mai clar în exemplul celui mai de succes produs din punct de vedere economic al cosmonauticii ruse - vehiculul de lansare de clasă grea Proton. A fost intrarea vehiculului de lansare Proton pe piața internațională a serviciilor de lansare și modernizarea sa constantă care a permis GKNPT-urilor im. M. V. Khrunichev să supraviețuiască în anii 90 și „zero” și să mențină cooperarea industrială, asigurând menținerea constelației orbitale rusești de nave spațiale și participarea la proiecte internaționale.
Sarcina utilă pe scara competiției
Pentru a determina ce SV să dezvolte în FKP-2025, trebuie să înțelegem că capacitățile energetice ale vehiculului de lansare sunt determinate de masa sarcinii utile lansate pe orbita de lucru. Adesea, deși nu chiar corect, atunci când se evaluează energia unui vehicul de lansare, se folosește o orbită joasă a Pământului cu o înălțime de 200 de kilometri și o înclinare egală cu latitudinea punctului de plecare. Pentru funcționarea navei spațiale, această orbită nu este folosită ca una de lucru, deoarece din cauza decelerarii atmosferei, timpul de existență a navei spațiale pe ea nu depășește o săptămână. Dintre varietatea de nave spațiale, cea mai scumpă piață și cea mai consumatoare de resurse este navele spațiale de telecomunicații care operează pe orbită geostaționară.
Există două caracteristici ale lansărilor comerciale ale navelor spațiale de telecomunicații. Masa navelor spațiale comerciale crește mai rapid decât cele lansate în cadrul programelor federale. Dar, după cum puteți vedea pe grafic, chiar și masa navelor spațiale comerciale este departe de a fi nelimitată, iar lansarea lor nu necesită un vehicul de lansare de clasă super-grea (vehicul de lansare STK) de tip SLS.
Există și diferențe în schema balistică a lansărilor comerciale. S-a întâmplat că navele spațiale străine, spre deosebire de cele interne, nu sunt lansate imediat pe o orbită geostaționară, ci într-o „orbita standard de geotransfer” cu apogeu ridicat. Nava spațială care s-a separat de vehiculul de lansare de pe ea, după o pauză balistică de aproximativ cinci ore la apogeul orbitei, folosește propriul sistem de propulsie pentru a calcula impulsul care asigură formarea unei orbite geostaționare. Luând în considerare consumul de combustibil, masa încărcăturii utile lansate pe orbita intermediară de geotransfer ar trebui să fie de aproximativ 1,6 ori mai mare decât pe orbita de lucru, adică geostaționară.
Dar să revenim la Proton - tocmai necesitatea menținerii competitivității pe piața serviciilor de lansare a devenit motivul pentru realizarea a patru etape ale modernizării sale în detrimentul fondurilor provenite din lansările comerciale ale vehiculului de lansare Proton - din versiunea originală a lui Proton. -K la Proton-M și dezvoltarea vehiculului de lansare Proton a noii etape superioare (RB) Briz-M, care a făcut posibilă creșterea masei sarcinii utile lansate pe orbita geostaționară de la 2,6 la 3,5 tone și în geotransfer orbita de la 4,5 la 6,3, XNUMX tone. Dar oricât de bun este transportatorul Proton, lansările sale nu sunt făcute de pe teritoriul Rusiei. Există, de asemenea, probleme cu aprovizionarea cu combustibil pentru Proton, un heptil extrem de toxic folosit în rachetele de luptă și clasificat ca o substanță din prima, cea mai mare clasă de pericol.
Conducerea țării a stabilit industriei sarcina de a asigura accesul garantat la spațiu de pe teritoriul său - lansările de nave spațiale ar trebui să fie efectuate cu rachete proiectate și fabricate în Rusia. În plus, este necesară îmbunătățirea siguranței ecologice a lansărilor prin eliminarea utilizării combustibilului toxic.
Aceste sarcini ar trebui rezolvate prin programul de creare a vehiculului de lansare de clasa grea Angara, care va asigura lansarea garantată a navelor și navelor spațiale de telecomunicații și meteorologice pe orbită geostaționară, asigurând apărarea și securitatea statului.
Din păcate, vehiculul de lansare Angara a fost creat de destul de mult timp. Decretul Guvernului Federației Ruse privind dezvoltarea unui proiect pentru un complex de rachete spațiale de clasă grea (SRC) a fost adoptat pe baza rezultatelor unei competiții desfășurate cu 22 de ani înainte de prima lansare a vehiculului de lansare. Finanțarea reală a programului a început după 2005. A făcut posibilă efectuarea a două lansări de test de succes în 2014 și planificarea lansărilor de vehicule de lansare cu sarcini utile țintite începând cu 2016. Când sunt lansate de pe cosmodromul Plesetsk, capacitățile energetice ale vehiculului de lansare Angara-A5 cu lansator criogenic KVTK vor asigura lansarea unei sarcini utile cântărind 4,5 tone pe o orbită geostaționară și 7,5 tone pe o orbită de geotransfer standard (când se folosește Breeze- vehicul de lansare M - 2,9 și, respectiv, 5,4 tone).
La desfășurarea navei spațiale Angara la cosmodromul Vostochny, capacitățile energetice ale vehiculului de lansare Angara-A5 cu oxigen-hidrogen RB KVTK vor asigura lansarea unei sarcini utile de până la cinci tone pe orbită geostaționară și până la opt tone în geotransfer. orbită. Această rezervă de energie este suficientă în viitorul apropiat pentru a lansa nave spațiale în cadrul programelor federale, dar nu permite concurența pentru lansarea navelor spațiale din gama superioară de preț cu noi vehicule străine de lansare grele cu sarcină utilă crescută - Delta-IVH, Ariane-5ECA și Atlas-5. În special, vehiculul de lansare Atlas-5 din seria a 500-a lansează până la 8,7 tone pe orbită de geotransfer, iar cel mai puternic lansator utilizat pentru lansarea navei spațiale Departamentului de Apărare al SUA (Delta-IVH) asigură lansarea unei sarcini utile cântărind până la 13,1 tone pe orbită de geotransfer, XNUMX tonă.
După o analiză cuprinzătoare a priorităților și cerințelor pentru capacitățile de putere ale SV, precum și a stării pieței serviciilor spațiale, NTS din Roscosmos a stabilit că, pentru a rezolva problemele din spațiul cosmic, inclusiv lansarea unei nave spațiale promițătoare cu o masă. de cel puțin șapte tone pe orbită geostaționară și 12 tone pe orbită geotranzițională, va fi necesar Un vehicul de lansare capabil să livreze cel puțin 35 de tone de sarcină utilă pe orbita joasă a Pământului.
Un astfel de vehicul de lansare, Angara-A5V, poate fi creat prin înlocuirea treptei a treia de oxigen-kerosen a vehiculului de lansare Angara-A5 cu o treaptă de oxigen-hidrogen nou dezvoltată. Vehiculul de lansare Angara-A5V este unificat maxim cu vehiculul de lansare Angara-A5 creat, inclusiv în ceea ce privește infrastructura spațială la sol. În ceea ce privește capacitățile energetice, vehiculul de lansare Angara-A5V va corespunde vehiculelor de lansare străine dezvoltate în prezent, cu sarcină utilă crescută, cum ar fi Ariane-6 (Europa), Vulcan (SUA), CZ-5 (China) și H-3 (Japonia). ) și va asigura, pe termen scurt, competitivitatea SV-urilor rusești de clasă grea pe piața mondială a serviciilor spațiale.
Vehiculele noastre grele de lansare Proton-M și Angara-A5 cu motoare de rachetă cu propulsie lichidă (LPRE) sunt proporționale cu vehiculele de lansare străine atât în ceea ce privește raportul tracțiune-greutate, cât și în ceea ce privește masele sarcinii utile lansate pe orbite specificate.
Cu gaz sau fără gaz
În prezent, flota de SV autohtone este formată din vehiculul de lansare de clasă uşoară Rokot, vehiculul de lansare de clasă medie Soyuz cu vehiculul de lansare Fregat şi vehiculul de lansare de clasă grea Proton cu vehiculele de lansare DM şi Breeze-M.
În viitorul apropiat, vehiculele de lansare „heptil” Rokot și Proton vor înlocui vehiculele de lansare ecologice ale familiei Angara. În același timp, este planificată îmbunătățirea tehnologiei și reducerea costurilor vehiculelor de lansare în serie Angara-A5. De asemenea, sunt planificate lucrări pentru înlocuirea „heptilului” RB „Fregat” cu un RB „ML” de dimensiuni mici pe componente ecologice. De asemenea, este planificată înlocuirea Soyuz LV, un veteran al tehnologiei rachetelor autohtone, cu un LV promițător de clasă medie, creat ca parte a lucrărilor de dezvoltare Phoenix. În timpul dezvoltării sale, este planificată implementarea tehnologiilor promițătoare care oferă o creștere a caracteristicilor operaționale, inclusiv utilizarea gazului natural lichefiat (GNL) ca combustibil pentru rachete.
Spațiu în aer liber
De ce este interesant GNL? Principalul avantaj este posibilitatea fundamentală de reducere a costului sistemului de propulsie (PS) al vehiculului de lansare datorită unei scăderi radicale a presiunii de lucru în camera de ardere a motorului (de la 250–260 la 160–170 atmosfere) cu o ușoară (≈4%) creșterea impulsului specific vidului. O creștere a acestui din urmă parametru face posibilă menținerea nivelului atins al caracteristicilor energie-masă ale etapelor vehiculului de lansare, în ciuda densității de două ori mai mici a GNL în comparație cu kerosenul. O caracteristică a motoarelor rachete cu propulsie lichidă alimentate cu GNL este posibilitatea de a dezvolta un motor al unei scheme de recuperare care este mai puțin predispusă la dezvoltarea explozivă tranzitorie a situațiilor de urgență. În general, studiile preliminare de fezabilitate arată că ne putem aștepta la o reducere a costului PS pe GNL de aproximativ 1,5 ori în comparație cu PS bazat pe motoarele de rachetă cu kerosen lichid de înaltă presiune existente, ceea ce va crește competitivitatea vehiculelor de lansare autohtone.
Evaluând experiența creării unui vehicul de lansare super-greu, trebuie menționat că Energia-Buran este, fără îndoială, apogeul tehnologiei rachetelor interne, un program remarcabil în ceea ce privește organizarea, concentrarea resurselor, realizările în dezvoltarea de noi structuri și căldură. -materiale de ecranare, stăpânirea tehnologiilor pentru crearea de motoare puternice cu kerosen și hidrogen, producerea și transportul unor volume mari de hidrogen lichid, aerodinamică hipersonică etc. Întreaga țară a lucrat pentru asta, dar statul nu avea mijloacele, forțele și țintele necesare instalați acest sistem spațial pe orbită. Totodată, peste 10 ani de muncă la crearea complexului Energia-Buran, au fost cheltuite mai mult de o treime din fondurile alocate pentru activități spațiale, ceea ce a afectat eficiența implementării celorlalte domenii ale acestuia.
În această perioadă, Agenția Spațială Europeană (ESA) a dezvoltat și a început să efectueze lansări ale vehiculului de lansare de clasă medie Ariane-4. Cu această rachetă, Arianspace a ocupat mai mult de jumătate din piața pentru lansări comerciale pe orbita de geotransfer și, după ce a câștigat bani, a creat vehiculul de lansare de clasă grea Ariane-5, care încă asigură implementarea programelor spațiale ale ESA și deține peste 40% din piața globală a serviciilor de lansare.
Ziarul „VPK” (nr. 27) a scris: „... Pentagonul ar trebui să simtă un sentiment de profundă satisfacție, urmărind cum Rusia este îndepărtată din ce în ce mai mult de crearea vehiculelor moderne de lansare super-grele”, dar estimează că arată că toate sarcinile militare în viitorul apropiat Pentagonul va decide să folosească vehiculele de lansare grele Delta IVH și Atlas-5, mai degrabă decât vehiculul de lansare SLS construit pentru misiuni interplanetare. Este incorect să comparăm capacitățile energetice ale vehiculului de lansare din clasa Angara-A25 de 5 de tone și ale vehiculului de lansare din clasa SLS de 130 de tone - este ca și cum ai spune: „Un camion basculant de 130 de tone este mai tare decât KamAZ, iar un Gazelle nu este. o mașină deloc”. Deloc: orice vehicul - o mașină sau o rachetă, pentru a fi eficient, trebuie să fie operat aproape de limita superioară a capacităților sale energetice. Dacă conduceți vehiculul de lansare gol, costul unitar al lansării încărcăturii utile crește, iar acesta este unul dintre principalii indicatori ai eficienței vehiculului de lansare. Prin urmare, statul nu are nevoie de un vehicul de lansare super-puternic, ci de o flotă echilibrată optim de RV-uri de diferite sarcini utile pentru sarcini utile specifice. Dacă nu există astfel de încărcături utile pentru vehiculul de lansare, atunci riscă să împartă soarta Energiei. Apropo, este semnificativ faptul că două rachete Saturn-5 au fost trimise la muzeu la sfârșitul programului de zbor lunar al NASA și al Departamentului de Apărare al SUA, fără a găsi o sarcină utilă pentru ele.
Problema utilizării prevăzute a vehiculului de lansare STK a fost luată în considerare la NTS din Roscosmos - au ajuns la concluzia că nu este nevoie să lanseze monocargo cu o greutate de 50-70 de tone înainte de 2030-2035. Prioritățile industriei spațiale din Rusia, repetăm, sunt definite în „Fundamentele politicii de stat în domeniul activităților spațiale...” Sarcinile principale sunt dezvoltarea constelațiilor orbitale de nave spațiale pentru scopuri științifice, socio-economice și duale. scopuri. De aceea, în direcția dezvoltării unui vehicul de lansare super-greu, NTS din Roscosmos a decis până în 2025 să se limiteze la crearea unei rezerve științifice și tehnice și la dezvoltarea unor tehnologii promițătoare.
Trebuie să recunoaștem că starea actuală a constelației orbitale interne a navelor spațiale, ca să spunem ușor, nu este cea mai prosperă. În special, constelația de sateliți de teledetecție (ERS) a Pământului este formată din doar șapte sateliți și satisface nevoile consumatorilor autohtoni la un nivel de 20-30%, în timp ce constelațiile de sateliți de teledetecție din Statele Unite, țările europene și China constau de peste 35 de sateliți fiecare, oferind suprafața de control globală a Pământului, inclusiv în raza radarului. Chiar și în India, gruparea de sateliți de teledetecție include 17 sateliți. Aici ar trebui cheltuite, în primul rând, fondurile FKP-2025 - în dezvoltarea de sateliți pentru comunicații, navigație, teledetecție, meteorologie, inclusiv sateliți cu rezoluție spațială mare pentru orice vreme, ceea ce este deosebit de important pentru Siberia, Nordul îndepărtat, Arctica și Orientul Îndepărtat.
După cum arată calculele balistice, atunci când este lansată de pe cosmodromul Vostochny, o versiune optimizată a vehiculului de lansare Angara-A5V cu un RB KVTK-V criogenic îmbunătățit va asigura lansarea unei sarcini utile cu o greutate de până la 11,9 tone pe orbită de geotransfer și până la 7,2 tone. pe orbită geostaționară și, de asemenea, posibilitatea implementării etapei inițiale a programului cu echipaj lunar folosind o schemă de patru lansări (vezi fig.): două lansări pereche ale vehiculului de lansare, care asigură livrarea separată a complexului de aterizare și decolare lunară (LLC) și vehiculul de transport cu echipaj (PTC) pe orbita lunii cu andocarea lor pe orbită satelitul artificial al Lunii (AISL) și aterizarea ulterioară a LPVK cu echipajul pe suprafața Lunii.
O lansare tipică pereche include inserarea unei sarcini utile într-o traiectorie balistică ca parte a unui PTK sau LPVT și un remorcher interorbital oxigen-kerosen de dimensiuni mici (MOB2), creat pe baza DM RB, care va asigura inserția finală. a încărcăturii utile pe orbita joasă a Pământului și andocarea ulterioară cu un remorcher interorbital criogenic greu (MOB1), dezvoltat pe baza rezervei pentru RB KVTK. MOB1 cu o greutate de lansare de peste 38 de tone este lansat conform schemei cu lansare suplimentară prin a doua lansare a vehiculului de lansare Angara-A5V. După andocare pe orbita joasă a Pământului și fazare, vehiculul interorbital lunar asamblat este lansat pentru prima dată pe o orbită extrem de eliptică folosind energia MOB1. După ce combustibilul este epuizat, hidrogenul MOB1 se separă și kerosenul MOB2 completează formarea traiectoriei de plecare. Mai mult, MOB2 asigură corectarea traiectoriei în zborul către Lună și transferul sarcinii utile pe orbita circumlunară. Proiectul FKP-2025 prevede lucrul pe aceste fonduri.
Desigur, schema de lansare multiplă este destul de complicată, necesită cea mai înaltă coordonare: echipa de lansare trebuie să lucreze simultan la două lansatoare, ca un ceas. Studiile preliminare de fezabilitate arată că utilizarea în stadiul inițial al programului lunar cu echipaj uman a unui LV multifuncțional cu o sarcină utilă crescută din clasa de 35 de tone în locul unui LV specializat super-greu de 80 de tone va reduce costurile financiare cu mai mult de un ordin de mărime, iar resursele economisite pot fi utilizate în interesul dezvoltării constelației orbitale a navei spațiale interne, cu scop socio-economic, științific și dublu.
În ceea ce privește utilizarea propulsoarelor cu propulsie solidă (STU) ca parte a unui vehicul de lansare, trebuie remarcat aici că motoarele de rachetă cu propulsie solidă (SRM) au nu numai avantaje, ci și dezavantaje în comparație cu LRE - un impuls specific de tracțiune redus cu ~ 10–30 la sută, greutate mai slabă perfecțiune a designului, pericolul de incendiu și explozie al producției și echipamentului încărcăturii cu combustibil, limitarea timpului de funcționare, controlul împingerii, condițiile de temperatură în timpul pornirii, efectele nocive ale produselor de ardere asupra mediului. În plus, este necesar să se țină seama de costul crescut cu 30-40% al unui vehicul de lansare cu motoare de rachetă cu combustibil solid, comparativ cu un lansator de rachete cu motoare de rachetă cu combustibil lichid și necesitatea de a investi fonduri semnificative în dezvoltarea producției. , bază tehnologică și de testare pentru crearea motoarelor rachete cu combustibil solid de dimensiuni mari.
Utilizarea motoarelor de rachetă cu combustibil solid de dimensiuni mari ca parte a unui vehicul de lansare a fost luată în considerare în mod repetat în proiectele interne, dar având în vedere factorii de mai sus, pe baza rezultatelor unei comparații de alternative, alegerea a fost făcută invariabil în favoarea unei rachete. motor. Rusia este lider în dezvoltarea și producția de motoare de rachetă susținătoare, care sunt achiziționate de clienți, inclusiv cei din Statele Unite. În proiectul FKP-2025, este, de asemenea, planificată să se dezvolte tehnologia pentru crearea unui motor de rachetă cu propulsor solid de lansare, cu o tracțiune de aproximativ 100 de tone. Fezabilitatea utilizării motoarelor de rachetă cu combustibil solid în vehiculele de lansare avansate, de exemplu, în același Phoenix, va fi determinată ulterior, pe baza rezultatelor unei analize detaliate.
În concluzie: este clar că proiectul FKP-2025 poate fi îmbunătățit în continuare, totuși, în ceea ce privește dezvoltarea vehiculelor de lansare, acest document este destul de echilibrat, reflectă starea reală a lucrurilor și determină perspectivele de dezvoltare pentru acest domeniu. al industriei până în 2025, ținând cont de prioritățile stabilite ale activităților spațiale și de oportunitățile de stat pentru finanțarea acesteia.
După cum știți, principalul document care definește interesele statului, principalele obiective, priorități și sarcini ale Rusiei în domeniul explorării, explorării și utilizării spațiului cosmic este Fundamentele politicii de stat a Federației Ruse în domeniul activităților spațiale pentru perioada de până în 2013 și ulterior”.
În conformitate cu acest document, prioritățile principale sunt asigurarea accesului garantat al Rusiei la spațiu de pe teritoriul său prin dezvoltarea și utilizarea tehnologiei, tehnologiilor, lucrărilor și serviciilor spațiale în interesul sferei socio-economice și a apărării naționale, precum și ca securitate a statului; crearea de facilități spațiale în interesul științei; activități legate de implementarea zborurilor cu echipaj, inclusiv crearea unei rezerve științifice și tehnice pentru implementarea, în cadrul cooperării internaționale, a zborurilor cu echipaj către planete și alte corpuri ale sistemului solar.
Implementarea acestor obiective este asigurată prin utilizarea și dezvoltarea potențialelor științifice, tehnice și de producție existente pentru a crea vehicule de lansare avansate, remorchere interorbitale, sisteme țintă și de serviciu ale navelor spațiale automate (SC), nave spațiale cu pilot de nouă generație, elemente de infrastructură pentru activități în spațiul adânc și tehnologii inovatoare.pentru a rezolva problemele țintă și tehnologiile de producție.
Rezultatul va fi păstrarea statutului Rusiei de una dintre principalele puteri spațiale, confirmarea autosuficienței în asigurarea propriilor activități spațiale pe întregul spectru de sarcini care necesită crearea unei constelații orbitale de nave spațiale bazate pe o flotă eficientă din punct de vedere economic. a vehiculelor de lansare ruse (SV).
Necesitatea menținerii unei poziții stabile și a competitivității pe piața serviciilor de lansare este un stimulent pentru îmbunătățirea indicatorilor tehnici și economici ai SV, în primul rând pentru creșterea capacităților energetice ale acestora.
Toți acești factori s-au manifestat cel mai clar în exemplul celui mai de succes produs din punct de vedere economic al cosmonauticii ruse - vehiculul de lansare de clasă grea Proton. A fost intrarea vehiculului de lansare Proton pe piața internațională a serviciilor de lansare și modernizarea sa constantă care a permis GKNPT-urilor im. M. V. Khrunichev să supraviețuiască în anii 90 și „zero” și să mențină cooperarea industrială, asigurând menținerea constelației orbitale rusești de nave spațiale și participarea la proiecte internaționale.
Sarcina utilă pe scara competiției
Pentru a determina ce SV să dezvolte în FKP-2025, trebuie să înțelegem că capacitățile energetice ale vehiculului de lansare sunt determinate de masa sarcinii utile lansate pe orbita de lucru. Adesea, deși nu chiar corect, atunci când se evaluează energia unui vehicul de lansare, se folosește o orbită joasă a Pământului cu o înălțime de 200 de kilometri și o înclinare egală cu latitudinea punctului de plecare. Pentru funcționarea navei spațiale, această orbită nu este folosită ca una de lucru, deoarece din cauza decelerarii atmosferei, timpul de existență a navei spațiale pe ea nu depășește o săptămână. Dintre varietatea de nave spațiale, cea mai scumpă piață și cea mai consumatoare de resurse este navele spațiale de telecomunicații care operează pe orbită geostaționară.
Există două caracteristici ale lansărilor comerciale ale navelor spațiale de telecomunicații. Masa navelor spațiale comerciale crește mai rapid decât cele lansate în cadrul programelor federale. Dar, după cum puteți vedea pe grafic, chiar și masa navelor spațiale comerciale este departe de a fi nelimitată, iar lansarea lor nu necesită un vehicul de lansare de clasă super-grea (vehicul de lansare STK) de tip SLS.
Există și diferențe în schema balistică a lansărilor comerciale. S-a întâmplat că navele spațiale străine, spre deosebire de cele interne, nu sunt lansate imediat pe o orbită geostaționară, ci într-o „orbita standard de geotransfer” cu apogeu ridicat. Nava spațială care s-a separat de vehiculul de lansare de pe ea, după o pauză balistică de aproximativ cinci ore la apogeul orbitei, folosește propriul sistem de propulsie pentru a calcula impulsul care asigură formarea unei orbite geostaționare. Luând în considerare consumul de combustibil, masa încărcăturii utile lansate pe orbita intermediară de geotransfer ar trebui să fie de aproximativ 1,6 ori mai mare decât pe orbita de lucru, adică geostaționară.
Dar să revenim la Proton - tocmai necesitatea menținerii competitivității pe piața serviciilor de lansare a devenit motivul pentru realizarea a patru etape ale modernizării sale în detrimentul fondurilor provenite din lansările comerciale ale vehiculului de lansare Proton - din versiunea originală a lui Proton. -K la Proton-M și dezvoltarea vehiculului de lansare Proton a noii etape superioare (RB) Briz-M, care a făcut posibilă creșterea masei sarcinii utile lansate pe orbita geostaționară de la 2,6 la 3,5 tone și în geotransfer orbita de la 4,5 la 6,3, XNUMX tone. Dar oricât de bun este transportatorul Proton, lansările sale nu sunt făcute de pe teritoriul Rusiei. Există, de asemenea, probleme cu aprovizionarea cu combustibil pentru Proton, un heptil extrem de toxic folosit în rachetele de luptă și clasificat ca o substanță din prima, cea mai mare clasă de pericol.
Conducerea țării a stabilit industriei sarcina de a asigura accesul garantat la spațiu de pe teritoriul său - lansările de nave spațiale ar trebui să fie efectuate cu rachete proiectate și fabricate în Rusia. În plus, este necesară îmbunătățirea siguranței ecologice a lansărilor prin eliminarea utilizării combustibilului toxic.
Aceste sarcini ar trebui rezolvate prin programul de creare a vehiculului de lansare de clasa grea Angara, care va asigura lansarea garantată a navelor și navelor spațiale de telecomunicații și meteorologice pe orbită geostaționară, asigurând apărarea și securitatea statului.
Din păcate, vehiculul de lansare Angara a fost creat de destul de mult timp. Decretul Guvernului Federației Ruse privind dezvoltarea unui proiect pentru un complex de rachete spațiale de clasă grea (SRC) a fost adoptat pe baza rezultatelor unei competiții desfășurate cu 22 de ani înainte de prima lansare a vehiculului de lansare. Finanțarea reală a programului a început după 2005. A făcut posibilă efectuarea a două lansări de test de succes în 2014 și planificarea lansărilor de vehicule de lansare cu sarcini utile țintite începând cu 2016. Când sunt lansate de pe cosmodromul Plesetsk, capacitățile energetice ale vehiculului de lansare Angara-A5 cu lansator criogenic KVTK vor asigura lansarea unei sarcini utile cântărind 4,5 tone pe o orbită geostaționară și 7,5 tone pe o orbită de geotransfer standard (când se folosește Breeze- vehicul de lansare M - 2,9 și, respectiv, 5,4 tone).
La desfășurarea navei spațiale Angara la cosmodromul Vostochny, capacitățile energetice ale vehiculului de lansare Angara-A5 cu oxigen-hidrogen RB KVTK vor asigura lansarea unei sarcini utile de până la cinci tone pe orbită geostaționară și până la opt tone în geotransfer. orbită. Această rezervă de energie este suficientă în viitorul apropiat pentru a lansa nave spațiale în cadrul programelor federale, dar nu permite concurența pentru lansarea navelor spațiale din gama superioară de preț cu noi vehicule străine de lansare grele cu sarcină utilă crescută - Delta-IVH, Ariane-5ECA și Atlas-5. În special, vehiculul de lansare Atlas-5 din seria a 500-a lansează până la 8,7 tone pe orbită de geotransfer, iar cel mai puternic lansator utilizat pentru lansarea navei spațiale Departamentului de Apărare al SUA (Delta-IVH) asigură lansarea unei sarcini utile cântărind până la 13,1 tone pe orbită de geotransfer, XNUMX tonă.
După o analiză cuprinzătoare a priorităților și cerințelor pentru capacitățile de putere ale SV, precum și a stării pieței serviciilor spațiale, NTS din Roscosmos a stabilit că, pentru a rezolva problemele din spațiul cosmic, inclusiv lansarea unei nave spațiale promițătoare cu o masă. de cel puțin șapte tone pe orbită geostaționară și 12 tone pe orbită geotranzițională, va fi necesar Un vehicul de lansare capabil să livreze cel puțin 35 de tone de sarcină utilă pe orbita joasă a Pământului.
Un astfel de vehicul de lansare, Angara-A5V, poate fi creat prin înlocuirea treptei a treia de oxigen-kerosen a vehiculului de lansare Angara-A5 cu o treaptă de oxigen-hidrogen nou dezvoltată. Vehiculul de lansare Angara-A5V este unificat maxim cu vehiculul de lansare Angara-A5 creat, inclusiv în ceea ce privește infrastructura spațială la sol. În ceea ce privește capacitățile energetice, vehiculul de lansare Angara-A5V va corespunde vehiculelor de lansare străine dezvoltate în prezent, cu sarcină utilă crescută, cum ar fi Ariane-6 (Europa), Vulcan (SUA), CZ-5 (China) și H-3 (Japonia). ) și va asigura, pe termen scurt, competitivitatea SV-urilor rusești de clasă grea pe piața mondială a serviciilor spațiale.
Vehiculele noastre grele de lansare Proton-M și Angara-A5 cu motoare de rachetă cu propulsie lichidă (LPRE) sunt proporționale cu vehiculele de lansare străine atât în ceea ce privește raportul tracțiune-greutate, cât și în ceea ce privește masele sarcinii utile lansate pe orbite specificate.
Cu gaz sau fără gaz
În prezent, flota de SV autohtone este formată din vehiculul de lansare de clasă uşoară Rokot, vehiculul de lansare de clasă medie Soyuz cu vehiculul de lansare Fregat şi vehiculul de lansare de clasă grea Proton cu vehiculele de lansare DM şi Breeze-M.
În viitorul apropiat, vehiculele de lansare „heptil” Rokot și Proton vor înlocui vehiculele de lansare ecologice ale familiei Angara. În același timp, este planificată îmbunătățirea tehnologiei și reducerea costurilor vehiculelor de lansare în serie Angara-A5. De asemenea, sunt planificate lucrări pentru înlocuirea „heptilului” RB „Fregat” cu un RB „ML” de dimensiuni mici pe componente ecologice. De asemenea, este planificată înlocuirea Soyuz LV, un veteran al tehnologiei rachetelor autohtone, cu un LV promițător de clasă medie, creat ca parte a lucrărilor de dezvoltare Phoenix. În timpul dezvoltării sale, este planificată implementarea tehnologiilor promițătoare care oferă o creștere a caracteristicilor operaționale, inclusiv utilizarea gazului natural lichefiat (GNL) ca combustibil pentru rachete.
Spațiu în aer liber
De ce este interesant GNL? Principalul avantaj este posibilitatea fundamentală de reducere a costului sistemului de propulsie (PS) al vehiculului de lansare datorită unei scăderi radicale a presiunii de lucru în camera de ardere a motorului (de la 250–260 la 160–170 atmosfere) cu o ușoară (≈4%) creșterea impulsului specific vidului. O creștere a acestui din urmă parametru face posibilă menținerea nivelului atins al caracteristicilor energie-masă ale etapelor vehiculului de lansare, în ciuda densității de două ori mai mici a GNL în comparație cu kerosenul. O caracteristică a motoarelor rachete cu propulsie lichidă alimentate cu GNL este posibilitatea de a dezvolta un motor al unei scheme de recuperare care este mai puțin predispusă la dezvoltarea explozivă tranzitorie a situațiilor de urgență. În general, studiile preliminare de fezabilitate arată că ne putem aștepta la o reducere a costului PS pe GNL de aproximativ 1,5 ori în comparație cu PS bazat pe motoarele de rachetă cu kerosen lichid de înaltă presiune existente, ceea ce va crește competitivitatea vehiculelor de lansare autohtone.
Evaluând experiența creării unui vehicul de lansare super-greu, trebuie menționat că Energia-Buran este, fără îndoială, apogeul tehnologiei rachetelor interne, un program remarcabil în ceea ce privește organizarea, concentrarea resurselor, realizările în dezvoltarea de noi structuri și căldură. -materiale de ecranare, stăpânirea tehnologiilor pentru crearea de motoare puternice cu kerosen și hidrogen, producerea și transportul unor volume mari de hidrogen lichid, aerodinamică hipersonică etc. Întreaga țară a lucrat pentru asta, dar statul nu avea mijloacele, forțele și țintele necesare instalați acest sistem spațial pe orbită. Totodată, peste 10 ani de muncă la crearea complexului Energia-Buran, au fost cheltuite mai mult de o treime din fondurile alocate pentru activități spațiale, ceea ce a afectat eficiența implementării celorlalte domenii ale acestuia.
În această perioadă, Agenția Spațială Europeană (ESA) a dezvoltat și a început să efectueze lansări ale vehiculului de lansare de clasă medie Ariane-4. Cu această rachetă, Arianspace a ocupat mai mult de jumătate din piața pentru lansări comerciale pe orbita de geotransfer și, după ce a câștigat bani, a creat vehiculul de lansare de clasă grea Ariane-5, care încă asigură implementarea programelor spațiale ale ESA și deține peste 40% din piața globală a serviciilor de lansare.
Ziarul „VPK” (nr. 27) a scris: „... Pentagonul ar trebui să simtă un sentiment de profundă satisfacție, urmărind cum Rusia este îndepărtată din ce în ce mai mult de crearea vehiculelor moderne de lansare super-grele”, dar estimează că arată că toate sarcinile militare în viitorul apropiat Pentagonul va decide să folosească vehiculele de lansare grele Delta IVH și Atlas-5, mai degrabă decât vehiculul de lansare SLS construit pentru misiuni interplanetare. Este incorect să comparăm capacitățile energetice ale vehiculului de lansare din clasa Angara-A25 de 5 de tone și ale vehiculului de lansare din clasa SLS de 130 de tone - este ca și cum ai spune: „Un camion basculant de 130 de tone este mai tare decât KamAZ, iar un Gazelle nu este. o mașină deloc”. Deloc: orice vehicul - o mașină sau o rachetă, pentru a fi eficient, trebuie să fie operat aproape de limita superioară a capacităților sale energetice. Dacă conduceți vehiculul de lansare gol, costul unitar al lansării încărcăturii utile crește, iar acesta este unul dintre principalii indicatori ai eficienței vehiculului de lansare. Prin urmare, statul nu are nevoie de un vehicul de lansare super-puternic, ci de o flotă echilibrată optim de RV-uri de diferite sarcini utile pentru sarcini utile specifice. Dacă nu există astfel de încărcături utile pentru vehiculul de lansare, atunci riscă să împartă soarta Energiei. Apropo, este semnificativ faptul că două rachete Saturn-5 au fost trimise la muzeu la sfârșitul programului de zbor lunar al NASA și al Departamentului de Apărare al SUA, fără a găsi o sarcină utilă pentru ele.
Problema utilizării prevăzute a vehiculului de lansare STK a fost luată în considerare la NTS din Roscosmos - au ajuns la concluzia că nu este nevoie să lanseze monocargo cu o greutate de 50-70 de tone înainte de 2030-2035. Prioritățile industriei spațiale din Rusia, repetăm, sunt definite în „Fundamentele politicii de stat în domeniul activităților spațiale...” Sarcinile principale sunt dezvoltarea constelațiilor orbitale de nave spațiale pentru scopuri științifice, socio-economice și duale. scopuri. De aceea, în direcția dezvoltării unui vehicul de lansare super-greu, NTS din Roscosmos a decis până în 2025 să se limiteze la crearea unei rezerve științifice și tehnice și la dezvoltarea unor tehnologii promițătoare.
Trebuie să recunoaștem că starea actuală a constelației orbitale interne a navelor spațiale, ca să spunem ușor, nu este cea mai prosperă. În special, constelația de sateliți de teledetecție (ERS) a Pământului este formată din doar șapte sateliți și satisface nevoile consumatorilor autohtoni la un nivel de 20-30%, în timp ce constelațiile de sateliți de teledetecție din Statele Unite, țările europene și China constau de peste 35 de sateliți fiecare, oferind suprafața de control globală a Pământului, inclusiv în raza radarului. Chiar și în India, gruparea de sateliți de teledetecție include 17 sateliți. Aici ar trebui cheltuite, în primul rând, fondurile FKP-2025 - în dezvoltarea de sateliți pentru comunicații, navigație, teledetecție, meteorologie, inclusiv sateliți cu rezoluție spațială mare pentru orice vreme, ceea ce este deosebit de important pentru Siberia, Nordul îndepărtat, Arctica și Orientul Îndepărtat.
După cum arată calculele balistice, atunci când este lansată de pe cosmodromul Vostochny, o versiune optimizată a vehiculului de lansare Angara-A5V cu un RB KVTK-V criogenic îmbunătățit va asigura lansarea unei sarcini utile cu o greutate de până la 11,9 tone pe orbită de geotransfer și până la 7,2 tone. pe orbită geostaționară și, de asemenea, posibilitatea implementării etapei inițiale a programului cu echipaj lunar folosind o schemă de patru lansări (vezi fig.): două lansări pereche ale vehiculului de lansare, care asigură livrarea separată a complexului de aterizare și decolare lunară (LLC) și vehiculul de transport cu echipaj (PTC) pe orbita lunii cu andocarea lor pe orbită satelitul artificial al Lunii (AISL) și aterizarea ulterioară a LPVK cu echipajul pe suprafața Lunii.
O lansare tipică pereche include inserarea unei sarcini utile într-o traiectorie balistică ca parte a unui PTK sau LPVT și un remorcher interorbital oxigen-kerosen de dimensiuni mici (MOB2), creat pe baza DM RB, care va asigura inserția finală. a încărcăturii utile pe orbita joasă a Pământului și andocarea ulterioară cu un remorcher interorbital criogenic greu (MOB1), dezvoltat pe baza rezervei pentru RB KVTK. MOB1 cu o greutate de lansare de peste 38 de tone este lansat conform schemei cu lansare suplimentară prin a doua lansare a vehiculului de lansare Angara-A5V. După andocare pe orbita joasă a Pământului și fazare, vehiculul interorbital lunar asamblat este lansat pentru prima dată pe o orbită extrem de eliptică folosind energia MOB1. După ce combustibilul este epuizat, hidrogenul MOB1 se separă și kerosenul MOB2 completează formarea traiectoriei de plecare. Mai mult, MOB2 asigură corectarea traiectoriei în zborul către Lună și transferul sarcinii utile pe orbita circumlunară. Proiectul FKP-2025 prevede lucrul pe aceste fonduri.
Desigur, schema de lansare multiplă este destul de complicată, necesită cea mai înaltă coordonare: echipa de lansare trebuie să lucreze simultan la două lansatoare, ca un ceas. Studiile preliminare de fezabilitate arată că utilizarea în stadiul inițial al programului lunar cu echipaj uman a unui LV multifuncțional cu o sarcină utilă crescută din clasa de 35 de tone în locul unui LV specializat super-greu de 80 de tone va reduce costurile financiare cu mai mult de un ordin de mărime, iar resursele economisite pot fi utilizate în interesul dezvoltării constelației orbitale a navei spațiale interne, cu scop socio-economic, științific și dublu.
În ceea ce privește utilizarea propulsoarelor cu propulsie solidă (STU) ca parte a unui vehicul de lansare, trebuie remarcat aici că motoarele de rachetă cu propulsie solidă (SRM) au nu numai avantaje, ci și dezavantaje în comparație cu LRE - un impuls specific de tracțiune redus cu ~ 10–30 la sută, greutate mai slabă perfecțiune a designului, pericolul de incendiu și explozie al producției și echipamentului încărcăturii cu combustibil, limitarea timpului de funcționare, controlul împingerii, condițiile de temperatură în timpul pornirii, efectele nocive ale produselor de ardere asupra mediului. În plus, este necesar să se țină seama de costul crescut cu 30-40% al unui vehicul de lansare cu motoare de rachetă cu combustibil solid, comparativ cu un lansator de rachete cu motoare de rachetă cu combustibil lichid și necesitatea de a investi fonduri semnificative în dezvoltarea producției. , bază tehnologică și de testare pentru crearea motoarelor rachete cu combustibil solid de dimensiuni mari.
Utilizarea motoarelor de rachetă cu combustibil solid de dimensiuni mari ca parte a unui vehicul de lansare a fost luată în considerare în mod repetat în proiectele interne, dar având în vedere factorii de mai sus, pe baza rezultatelor unei comparații de alternative, alegerea a fost făcută invariabil în favoarea unei rachete. motor. Rusia este lider în dezvoltarea și producția de motoare de rachetă susținătoare, care sunt achiziționate de clienți, inclusiv cei din Statele Unite. În proiectul FKP-2025, este, de asemenea, planificată să se dezvolte tehnologia pentru crearea unui motor de rachetă cu propulsor solid de lansare, cu o tracțiune de aproximativ 100 de tone. Fezabilitatea utilizării motoarelor de rachetă cu combustibil solid în vehiculele de lansare avansate, de exemplu, în același Phoenix, va fi determinată ulterior, pe baza rezultatelor unei analize detaliate.
În concluzie: este clar că proiectul FKP-2025 poate fi îmbunătățit în continuare, totuși, în ceea ce privește dezvoltarea vehiculelor de lansare, acest document este destul de echilibrat, reflectă starea reală a lucrurilor și determină perspectivele de dezvoltare pentru acest domeniu. al industriei până în 2025, ținând cont de prioritățile stabilite ale activităților spațiale și de oportunitățile de stat pentru finanțarea acesteia.
informații