Državi nije potrebno jedno supermoćno lansirno vozilo, već SV flota
Kao što znate, glavni dokument koji definira interese države, glavne ciljeve, prioritete i zadatke Rusije u području istraživanja, istraživanja i upotrebe svemira, odobrio je predsjednik Ruske Federacije Vladimir Putin u travnju 2013. "Osnovi državne politike Ruske Federacije u području svemirskih aktivnosti za period do 2030. godine i dalje".
U skladu s ovim dokumentom, glavni prioriteti su osigurati zajamčeni pristup svemiru Rusiji sa svoje teritorije uz razvoj i upotrebu svemirske tehnologije, tehnologija, radova i usluga u interesu društveno-ekonomske sfere i odbrane zemlje, kao i kao sigurnost države; stvaranje svemirske imovine u interesu nauke; aktivnosti vezane za provedbu letova s ljudskom posadom, uključujući stvaranje naučne i tehničke osnove za provedbu letova s posadom na planete i druga tijela Sunčevog sistema u okviru međunarodne saradnje.
Implementacija ovih ciljeva osigurana je korištenjem i razvojem postojećih znanstvenih, tehničkih i proizvodnih potencijala za stvaranje perspektivnih lansirnih vozila, međuorbitalnih tegljača, ciljnih i servisnih sistema automatskih svemirskih letjelica (SC), svemirskih letjelica s novom generacijom, elemenata infrastrukture za aktivnosti u svemiru i revolucionarne tehnologije za rješavanje ciljnih problema i proizvodnih tehnologija.
Rezultat će biti očuvanje statusa Rusije kao jedne od vodećih svemirskih sila, potvrda samodostatnosti u podržavanju vlastitih svemirskih aktivnosti u čitavom spektru zadataka koji zahtijevaju stvaranje orbitalne konstelacije svemirskih letjelica zasnovanih na ekonomski efikasnoj flotu ruskih lansirnih vozila.
Potreba za održavanjem stabilne pozicije i konkurentnosti na tržištu usluga lansiranja poticaj je za poboljšanje tehničkih i ekonomskih pokazatelja aviona, prvenstveno za povećanje njihovih energetskih sposobnosti.
Svi ovi faktori najjasnije su se očitovali na primjeru ekonomski najuspješnijeg proizvoda ruske kosmonautike - lansirnog vozila teške klase "Proton". Lansiranje rakete Proton na međunarodno tržište lansirnih usluga i njezina stalna modernizacija omogućili su GKNPT -u im. MV Khrunichev da preživi 90 -ih i "nula" i održi industrijsku saradnju, osiguravajući održavanje ruske orbitalne grupe svemirskih letjelica i učešće u međunarodnim projektima.
Korisni teret na vagama konkurencije
Da bi se odredilo koji će se SV razvijati u FKP-2025, mora se shvatiti da su energetske sposobnosti lansirne rakete određene masom korisnog tereta lansiranog u radnu orbitu. Često se, iako nije potpuno točno, pri procjeni energije niskog napona koristi niska zemaljska orbita s nadmorskom visinom od 200 kilometara i nagibom jednakim zemljopisnoj širini tačke lansiranja. Za rad svemirske letjelice ova se orbita ne koristi kao radna, jer zbog usporavanja atmosfere vrijeme postojanja svemirske letjelice na njoj ne prelazi tjedan dana. Među raznim svemirskim letjelicama, najskuplje i resursno intenzivno tržište telekomunikacijskih svemirskih letjelica koje rade u geostacionarnoj orbiti.
Postoje dvije značajke komercijalnih lansiranja telekomunikacijskih svemirskih letjelica. Masa komercijalnih svemirskih letjelica raste brže od onih lansiranih prema federalnim programima. No, kao što možete vidjeti na grafikonu, čak ni masa komercijalnih svemirskih letjelica daleko je od neograničene i za njihovo lansiranje LV superteške klase (STK LV) tipa SLS uopće nije potrebno.
Postoje i razlike u balističkom dizajnu komercijalnih lansiranja. Dogodilo se da se svemirske letjelice, za razliku od domaćih, ne stavljaju odmah u geostacionarnu orbitu, već u srednju visoko-apogejsku "standardnu orbitu za geo-transfer". Svemirska letjelica, odvojena od LV -a na njoj, nakon balističke pauze od oko pet sati na vrhu orbite, uz pomoć vlastitog pogonskog sistema, razvija impuls koji osigurava formiranje geostacionarne orbite. Uzimajući u obzir potrošnju goriva, masa korisnog tereta lansiranog u srednju geosinhronu transfernu orbitu trebala bi biti približno 1,6 puta veća nego u radnoj orbiti, odnosno geostacionarnoj.
No, vratimo se Protonu - samo potreba za očuvanjem konkurentnosti na tržištu usluga lansiranja postala je razlog za provođenje četiri faze njegove modernizacije na račun sredstava komercijalnih lansiranja Proton LV - od početne verzije Proton -K na Proton-M i razvoj za lansirno vozilo Proton nove gornje faze (RB) Briz-M, što je omogućilo povećanje mase korisnog tereta isporučenog na geostacionarnu orbitu sa 2, 6 na 3,5 tone i na geostacionarnu transferna orbita - od 4,5 do 6, 3 tone. No, bez obzira na to koliko je dobar nosač Proton, njegova lansiranja ne vrše se s teritorija Rusije. Postoje i problemi s opskrbom gorivom za Proton, visoko toksični heptil koji se koristi na vojnim raketama i pripada tvarima prve, najveće klase opasnosti.
Rukovodstvo zemlje postavilo je industriji zadatak da osigura zajamčen pristup svemiru sa svoje teritorije - lansiranje svemirskih letjelica trebale bi se odvijati raketama razvijenim i proizvedenim u Rusiji. Osim toga, potrebno je poboljšati ekološku sigurnost lansiranja eliminacijom upotrebe otrovnog goriva.
Ove zadatke trebao bi riješiti program za stvaranje lansirne rakete teške klase "Angara", koja će osigurati zajamčeno lansiranje telekomunikacijskih i meteoroloških svemirskih letjelica i svemirskih letjelica u geostacionarnu orbitu, osiguravajući odbranu i sigurnost države.
Nažalost, lansirno vozilo "Angara" nastajalo je prilično dugo. Uredba vlade Ruske Federacije o razvoju projekta svemirskog raketnog kompleksa (SRS) teške klase usvojena je na osnovu rezultata takmičenja održanog 22 godine prije prvog lansiranja LV. Pravo finansiranje programa počelo je nakon 2005. Omogućilo je dva uspješna probna lansiranja u 2014. i zakazivanje lansiranja NN sa ciljnim korisnim opterećenjem od 2016. godine. Kada se lansira s kosmodroma Plesetsk, energetske sposobnosti lansirnog vozila Angara-A5 s kriogenim RB KVTK osigurat će lansiranje korisnog tereta težine 4,5 tone u geostacionarnu orbitu i 7,5 tona u standardnu geostacionarnu orbitu (kada se koristi Briz -M RB - 2, 9 i 5, 4 tone, respektivno).
Kada je svemirska letjelica Angara raspoređena na kosmodromu Vostochny, energetske sposobnosti lansirnog vozila Angara-A5 s RB kisika i vodika KBTK-a osigurat će lansiranje korisnog tereta težine do pet tona u geostacionarnu orbitu, a do osam tona u geostacionarnu orbitu. Ova rezerva energije dovoljna je u bliskoj budućnosti za lansiranje svemirskih letjelica prema federalnim programima, ali ne dopušta konkurenciju za lansiranje svemirskih letjelica višeg cjenovnog ranga s novim stranim lansirnim vozilima teške klase s povećanim nosivošću-Delta-IVH, Ariane-5ECA i Atlas -5. Konkretno, lansirno vozilo Atlas-5 iz serije 500 lansira do 8,7 tona u orbitu za geo-transfer i najmoćnije od lansirnih vozila koje se koriste za lansiranje svemirskih letjelica američkog Ministarstva odbrane (Delta-IVH) omogućava lansiranje korisnog tereta mase do 13 u geo-transfer orbitu.1 tona.
Nakon opsežne analize prioriteta i zahtjeva za energetske sposobnosti kopnenih vozila, kao i stanja na tržištu svemirskih usluga, STC Roskosmosa je utvrdio da je za rješavanje problema u svemiru, uključujući lansiranje obećavajućih svemirskih letjelica sa mase najmanje sedam tona u geostacionarnu orbitu i 12 tona u geostacionarnu orbitu, lansirno vozilo sposobno da stavi najmanje 35 tona korisnog tereta u orbitu sa niskom zemljom.
Takvo lansirno vozilo-"Angara-A5V" može se stvoriti zamjenom kiseonik-kerozinskog trećeg stepena lansirnog vozila "Angara-A5" stepenom kiseonik-vodik novog dizajna. Lansirno vozilo "Angara-A5V" maksimalno je ujedinjeno sa stvorenim nosačem "Angara-A5", uključujući i infrastrukturne objekte zemaljskog svemira. Što se tiče energetskih mogućnosti, lansirno vozilo Angara-A5V odgovarat će trenutno razvijenim stranim lansirnim vozilima s povećanim korisnim opterećenjem, poput Ariane-6 (Europa), Vulcan (SAD), CZ-5 (Kina) i N-3 (Japan) i osigurat će u bliskoj budućnosti konkurentnost ruskih svemirskih vozila teške klase na svjetskom tržištu svemirskih usluga.
Naša teška lansirna vozila "Proton-M" i "Angara-A5" s raketnim motorima na tekuće gorivo (LPRE) srazmjerna su stranim lansirnim vozilima i u omjeru potiska i mase i u nosivosti koja se lansira u određene orbite.
Plin ili bez plina
Trenutno se flota domaćih SV sastoji od lansirnih vozila lake klase Rokot, nosača srednje klase Soyuz sa lanserom raketa Fregat i lansirnih vozila teške klase Proton sa raketnim bacačima DM i Briz-M.
U bliskoj budućnosti lansirna vozila "heptyl" "Rokot" i "Proton" zamijenit će ekološki prihvatljiva lansirna vozila porodice "Angara". Istovremeno, predviđeno je poboljšanje tehnologije i smanjenje troškova serijskih lansirnih vozila Angara-A5. Planirani su i radovi na zamjeni „heptyl“RB „Fregat“s malim RB „ML“korištenjem ekološki prihvatljivih komponenti. Planirano je i zamjena veterana domaće rakete rakete-nosača Soyuz obećavajućom lansirnom raketom srednje klase, koja se stvara u sklopu razvojnih radova Phoenixa. Tijekom svog razvoja planira se implementacija obećavajućih tehnologija koje osiguravaju povećanje operativnih karakteristika, uključujući upotrebu ukapljenog prirodnog plina (LNG) kao raketnog goriva.
Otvoreni prostor
Zašto je LNG zanimljiv? Glavna prednost je temeljna mogućnost smanjenja troškova pogonskog sistema (PS) lansirnog vozila zbog radikalnog smanjenja radnog pritiska u komori za sagorijevanje motora (sa 250-260 na 160-170 atmosfera) (≈4%) povećanje specifičnog impulsa praznine. Povećanje posljednjeg parametra omogućava održavanje postignutog nivoa energetskih i masenih karakteristika LV stupnjeva, uprkos činjenici da je gustoća LNG -a upola manja od gustoće kerozina. Značajka raketnih motora na tekuće gorivo koje pokreće LNG je mogućnost razvoja motora po shemi za oporavak, manje sklonog brzom eksplozivnom razvoju hitnih situacija. Općenito, preliminarne tehničke i ekonomske procjene pokazuju da je moguće očekivati smanjenje troškova pogonskih sistema za LNG za oko 1,5 puta u odnosu na pogonske sisteme zasnovane na postojećim raketnim motorima na kerozin visokog pritiska, što će povećati konkurentnost domaćih lansirna vozila.
Ocjenjujući iskustvo stvaranja superteške lansirne rakete, valja napomenuti da je Energia - Buran nesumnjivo vrhunac domaće raketne tehnologije, izvanredan program u smislu organizacije, koncentracije resursa, postignuća u razvoju novih strukturnih i toplinskih -zaštitni materijali, savladavanje tehnologija za stvaranje moćnih motora na kerozin i vodik, proizvodnja i transport velikih količina tekućeg vodika, hipersonična aerodinamika itd. Cijela je zemlja radila za to, ali država nije imala sredstava, snaga i ciljeva za raspoređivanje ovaj svemirski sistem u orbiti. Istovremeno, tokom 10 godina rada na stvaranju kompleksa "Energia" - "Buran" potrošeno je više od trećine sredstava izdvojenih za svemirske aktivnosti, što je uticalo na efikasnost implementacije ostalih njegovih oblasti.
U tom je razdoblju Europska svemirska agencija (ESA) razvila i počela lansirati niskonaponsku liniju srednje klase Ariane-4. Kompanija Arianspace s ovom raketom zauzela je više od polovice tržišta za komercijalna lansiranja u geotransfernu orbitu i, zarađujući novac, stvorila lansirno vozilo teške klase Ariane-5, koje i dalje osigurava provedbu svemirskih programa ESA-e i drži više od 40 posto svjetskog tržišta usluga lansiranja.
Novine "VPK" (br. 27) pisale su: "… Pentagon bi trebao osjetiti osjećaj dubokog zadovoljstva, posmatrajući kako se Rusija sve više udaljava od stvaranja modernih superteških lansirnih vozila", ali procjenjuje pokazuju da će sve vojne zadatke u doglednoj budućnosti Pentagon riješiti, koristeći lansirna vozila teške klase tipa Delta IVH i Atlas-5, a ne lansirno vozilo SLS, stvoreno za međuplanetarne letove. Pogrešno je uspoređivati energetske mogućnosti lansirnog vozila Angara-A5 od 25 tona i nosača SLS od 130 tona-to je kao da kažete: "Kamion kiper od 130 tona hladniji je od KamAZ-a, a Gazelle nije mašina na sve. " Uopće ne: bilo koje vozilo - automobil ili raketa, da bi bilo učinkovito, mora se upravljati blizu gornje granice svojih energetskih mogućnosti. Ako se lansirno vozilo vozi prazno, jedinična cijena lansiranja korisnog tereta se povećava, a to je jedan od glavnih pokazatelja efikasnosti lansirnog vozila. Stoga državi nije potrebno jedno supermoćno lansirno vozilo, već optimalno izbalansirana flota SV-a različitih nosivosti za specifične nosivosti. Ako nema takvih korisnih opterećenja za niskonaponsku mrežu, riskira dijeljenje sudbine Energije. Inače, značajno je da su dvije rakete Saturn-5 na kraju misije na Mjesec poslale NASA-a i Ministarstvo odbrane SAD-a u muzej, a da za njih nisu pronašli teret.
Pitanje ciljane upotrebe rakete -nosača STK razmatrano je na STC -u Roskosmos - došli su do zaključka da nema potrebe lansirati jednokrilne terete težine 50–70 tona prije 2030–2035. Prioriteti ruske svemirske industrije, ponavljamo, definirani su u "Osnovama državne politike u području svemirskih aktivnosti …" Primarni zadaci su razvoj orbitalnih grupa svemirskih letjelica u naučne, društveno-ekonomske i dvostruke svrhe. Zato se, u smjeru razvoja super teške rakete-nosača, Roskosmos NTS odlučio do 2025. godine ograničiti na stvaranje znanstveno-tehničkih osnova i razvoj obećavajućih tehnologija.
Mora se priznati da sada stanje ruske orbitalne grupe svemirskih letjelica, blago rečeno, nije najprosperitetnije. Konkretno, sazviježđe svemirskih letjelica za daljinsko istraživanje Zemlje (ERS) sastoji se od samo sedam svemirskih letjelica i zadovoljava potrebe domaćih potrošača na nivou od 20-30 posto, dok se konstelacije ERS-a SAD-a, evropskih zemalja i Kine sastoje od više od Po 35 svemirskih letjelica, koje pružaju globalnu kontrolnu površinu Zemlje, uključujući i radarski domet. Čak i u Indiji, konstelacija ERS satelita uključuje 17 satelita. Tu bi sredstva FKP-2025 trebala ići prije svega-u razvoj komunikacijskih svemirskih letjelica, navigaciju, daljinsko mjerenje, meteorologiju, uključujući svemirske letjelice s visokom prostornom rezolucijom po svim vremenskim uvjetima, što je posebno važno za Sibir, krajnji sjever, Arktiku i Daleki istok.
Kao što pokazuju balistički proračuni, kada je lansirana sa kosmodroma Vostochny, optimizirana verzija Angara-A5V LV s nadograđenim kriogenim RB KBTK-V pružit će korisni teret težine do 11,9 tona u geostacionarnoj orbiti za prijenos i do 7, 2 tone u geostacionarnu orbitu, a također i mogućnost implementacije početne faze Mjesečevog programa sa ljudskom posadom koristeći shemu sa četiri lansiranja (vidi sliku): dva uparena lansiranja LV-a, koji pružaju odvojenu isporuku na Mjesečevu orbitu Mjesečev kompleks slijetanja i polijetanja (LPVK) i transportno vozilo sa posadom (PTK) sa svojim pristajanjem u orbiti umjetni satelit Mjeseca (OISL) i kasnije slijetanje LPVK-a sa posadom na površinu Mjeseca.
Tipično lansiranje u paru uključuje lansiranje korisnog tereta u balističku putanju kao dio PTC-a ili LPVK-a i malog međuorbitalnog tegljača s kisikom-kerozinom (MOB2), stvorenog na temelju tegljača "DM" (MOB1), razvijenog na osnovica rezerve za RB KVTK. MOB1 s lansirnom težinom većom od 38 tona lansiran je prema shemi s dodatnim lansiranjem do drugog lansiranja Angara-A5V LV. Nakon pristajanja u orbitu s niskom zemljom i faziranja, sastavljena Mjesečeva međuorbitalna letjelica prvo se stavlja u visoko eliptičnu orbitu zbog snage MOB1. Nakon što ponestane goriva, vodik MOB1 se odvaja i kerozin MOB2 dovršava formiranje putanje odlaska. Nadalje, MOB2 omogućuje korekciju putanje na letu za Mjesec i prijenos korisnog tereta na cirkulunarnu orbitu. Projekat FKP-2025 predviđa rad na navedenim sredstvima.
Naravno, shema više lansiranja prilično je komplicirana i zahtijeva najveću koordinaciju: startni tim mora raditi istovremeno na dva lansera, poput sata. Preliminarne tehničke i ekonomske procjene pokazuju da će upotreba u početnoj fazi programa sa posadom na Mjesecu višenamjenske rakete-nosača povećanog korisnog tereta klase 35 tona umjesto specijalizirane superteške lansera nosivosti 80 tona omogućiti smanjenje finansijski troškovi za više od reda veličine, a ušteđeni resursi mogu se koristiti u interesu razvoja domaćeg orbitalnog grupiranja svemirskih letjelica, društveno-ekonomskih, naučnih i dvostruke namjene.
Što se tiče upotrebe pojačivača na čvrsto gorivo (TTU) kao dijela lansirnog vozila, ovdje treba napomenuti da raketni motori na čvrsto gorivo (raketni motori na čvrsto gorivo), u usporedbi s raketnim motorima na tekuće pogone, imaju ne samo prednosti, već i nedostaci - određeni impuls potiska smanjen za ~ 10–30 posto, najgora težina dizajna, opasnost od požara i eksplozije u proizvodnji i opremi za punjenje goriva, ograničenje vremena rada, kontrola proklizavanja, temperaturni uvjeti pri pokretanju, štetni efekti produkata sagorijevanja na okoliš. Osim toga, potrebno je uzeti u obzir 30-40 posto veće troškove lansirnog vozila s raketnim motorima na čvrsto gorivo u odnosu na lansirno vozilo s raketnim motorima na tekuće gorivo i potrebu ulaganja značajnih sredstava u razvoj proizvodnje, tehnologije i postrojenja za ispitivanje stvaranja velikih raketnih motora na čvrsto gorivo.
Upotreba velikih raketnih motora na čvrsto gorivo kao dijela lansirnog vozila više puta se razmatrala u domaćim projektima, ali uzimajući u obzir gore navedene faktore, na temelju usporedbe alternativa, uvijek je napravljen izbor u korist motora na tekuća goriva. Rusija je lider u razvoju i proizvodnji raketnih motora za krstarenje, koje kupuju kupci, uključujući i one iz Sjedinjenih Država. U projektu FKP-2025 planirano je i testiranje tehnologije za stvaranje lansirnog čvrstog pogonskog goriva sa potiskom od oko 100 tona. Izvodljivost upotrebe raketnih motora na čvrsto gorivo u obećavajućim lansirnim vozilima, na primjer, u istom "Phoenixu", bit će utvrđena kasnije, na osnovu rezultata detaljne analize.
Zaključno: jasno je da se projekt FKP-2025 može nastaviti poboljšavati, međutim, u smislu razvoja lansirnih vozila, ovaj dokument je prilično uravnotežen, odražava stvarno stanje stvari i određuje izglede za razvoj ovog sektora industrije do 2025. godine, uzimajući u obzir utvrđene prioritete svemirskih aktivnosti i mogućnosti države za njegovo financiranje.
