Държавата се нуждае не от една свръхмощна ракета-носител, а от SV флот
Както знаете, основният документ, определящ интересите на държавата, основните цели, приоритети и задачи на Русия в областта на изследванията, изследването и използването на космическото пространство, е одобрен от президента на Руската федерация Владимир Путин през април 2013 г. „Основи на държавната политика на Руската федерация в областта на космическите дейности за периода до 2030 г. и след това“.
В съответствие с този документ основните приоритети са да се гарантира гарантиран достъп на Русия до космоса от нейната територия с развитието и използването на космически технологии, технологии, работи и услуги в интерес на социално-икономическата сфера и отбраната на страната, както и като сигурност на държавата; създаването на космически активи в интерес на науката; дейности, свързани с изпълнението на пилотирани полети, включително създаване на научно -техническа основа за осъществяване на пилотирани полети до планети и други тела на Слънчевата система в рамките на международното сътрудничество.
Изпълнението на тези цели се осигурява чрез използване и развитие на съществуващ научен, технически и производствен потенциал за създаване на обещаващи ракети -носители, межорбитални влекачи, целеви и обслужващи системи на автоматични космически кораби (СК), космически кораби с ново поколение, елементи на инфраструктурата за дейности в дълбокия космос и революционни технологии за решаване на целеви проблеми и производствени технологии.
Резултатът ще бъде запазването на статута на Русия като една от водещите космически сили, потвърждение на самодостатъчността в подпомагането на собствените й космически дейности в целия спектър от задачи, изискващи създаването на орбитално съзвездие от космически кораби, базирани на икономически ефективен флот от руски ракети -носители.
Необходимостта от поддържане на стабилна позиция и конкурентоспособност на пазара на услуги за изстрелване е стимул за подобряване на техническите и икономическите показатели на самолетите, предимно за увеличаване на техните енергийни възможности.
Всички тези фактори се проявиха най -ясно в примера на най -икономически успешния продукт на руската космонавтика - ракетата -носител от тежък клас "Протон". Именно изстрелването на ракетата Proton на международния пазар на услуги за изстрелване и постоянната й модернизация позволиха на GKNPTs im. М. В. Хруничев да оцелее през 90 -те и „нула“и да поддържа индустриалното сътрудничество, осигурявайки поддържането на руската орбитална група от космически кораби и участието в международни проекти.
Полезен товар на състезателните везни
За да се определи кой SV да се разработи във FKP-2025, трябва да се разбере, че енергийните възможности на ракетата-носител се определят от масата на полезния товар, изстрелян в работната орбита. Често, макар и не съвсем правилно, при оценката на енергията на НН се използва ниска земна орбита с височина 200 километра и наклон, равен на географската ширина на точката на изстрелване. За работата на космическия кораб тази орбита не се използва като работеща, тъй като поради забавянето на атмосферата времето на съществуване на космическия кораб на нея не надвишава седмица. Сред разнообразието на космически кораби, най-скъпият и ресурсоемък пазар за телекомуникационни космически кораби, работещи на геостационарна орбита.
Има две характеристики на търговските изстрелвания на телекомуникационни космически кораби. Масата на търговските космически кораби нараства по -бързо от тези, стартирани по федерални програми. Но както можете да видите на графиката, дори масата на търговските космически кораби далеч не е неограничена и за тяхното изстрелване изобщо не се изисква свръх тежък клас LV (STK LV) от типа SLS.
Съществуват и различия в балистичния дизайн на търговските изстрелвания. Случи се така, че чуждестранните космически кораби, за разлика от местните, не се пускат незабавно в геостационарна орбита, а в междинна високоапогейна „стандартна орбита за геотрансфер“. Космическият кораб, отделен от LV на него, след балистична пауза от около пет часа на апогея на орбитата, с помощта на собствена задвижваща система, изработва импулс, който осигурява формирането на геостационарна орбита. Като се вземе предвид разходът на гориво, масата на полезния товар, изстрелян в междинната геосинхронна трансферна орбита, трябва да бъде приблизително 1,6 пъти по -голяма от тази в работната орбита, тоест геостационарната.
Но нека се върнем към Proton - само необходимостта от поддържане на конкурентоспособността на пазара на услуги за стартиране се превърна в причина за извършване на четири етапа от модернизацията му за сметка на средства от търговски пускания на Proton LV - от първоначалната версия на Proton -K към Proton-M и разработка за ракета-носител Proton на новия Upper Stage (RB) Briz-M, който направи възможно увеличаването на масата на полезния товар, доставен на геостационарната орбита от 2, 6 на 3,5 тона и на геостационарния трансферна орбита - от 4,5 до 6, 3 тона. Но колкото и добър да е превозвачът Proton, изстрелванията му не се извършват от територията на Русия. Съществуват и проблеми с доставката на гориво за Proton, силно токсичен хептил, използван за военни ракети и принадлежащ към веществата от първия, най -висок клас на опасност.
Ръководството на страната е поставило пред индустрията задачата да гарантира гарантиран достъп до космоса от нейната територия - изстрелването на космически кораби трябва да се извършва от ракети, разработени и произведени в Русия. Освен това е необходимо да се подобри екологичната безопасност на изстрелванията чрез премахване на употребата на токсично гориво.
Тези задачи трябва да бъдат решени чрез програмата за създаване на ракета-носител от тежък клас "Ангара", която ще гарантира гарантираното изстрелване на телекомуникационни и метеорологични космически кораби и космически кораби на геостационарна орбита, осигурявайки отбраната и сигурността на държавата.
За съжаление ракетата -носител "Ангара" е създадена за доста дълго време. Постановлението на правителството на Руската федерация за разработване на проект за космически ракетен комплекс (SRS) от тежък клас беше прието въз основа на резултатите от състезание, проведено 22 години преди първото изстрелване на LV. Реалното финансиране на програмата започна след 2005 г. Това направи възможно провеждането на две успешни тестови изстрелвания през 2014 г. и планиране на пускането на LV с целеви полезни товари от 2016 г. Когато се изстрелва от космодрома Плесецк, енергийните възможности на ракетата-носител „Ангара-А5“с криогенна RB KVTK ще осигурят изстрелването на полезен товар с тегло 4,5 тона в геостационарна орбита и 7,5 тона в стандартна геостационарна орбита (при използване на Briz -M RB - съответно 2, 9 и 5, 4 тона).
Когато космическият кораб „Ангара“е разположен на космодрома „Восточен“, енергийните възможности на ракетата-носител „Ангара-А5“с кислородно-водороден RB на KBTK ще гарантират изстрелването на полезен товар с тегло до пет тона в геостационарна орбита и до осем тона в геостационарна орбита. Този енергиен резерв е достатъчен в близко бъдеще за изстрелване на космически кораби по федерални програми, но не позволява да се конкурира за изстрелване на космически кораби от горния ценови клас с нови чуждестранни ракети-носители от тежък клас с повишен полезен товар-Delta-IVH, Ariane-5ECA и Atlas -5. По-специално, ракетата-носител Atlas-5 от серията 500 изстрелва до 8, 7 тона в орбитата за геотрансфер и най-мощната от ракетите-носители, използвани за изстрелване на космически кораб на Министерството на отбраната на САЩ (Delta-IVH) осигурява изстрелване на полезен товар с маса до 13 в орбитата за геотрансфер.1 тон.
След цялостен анализ на приоритетите и изискванията за енергийните възможности на наземните превозни средства, както и състоянието на пазара на космически услуги, STC на Роскосмос установи, че с цел решаване на проблеми в космоса, включително изстрелване на обещаващи космически кораби с с маса най-малко седем тона в геостационарна орбита и 12 тона в геостационарна орбита, ракета-носител, способна да постави поне 35 тона полезен товар в нискоземна орбита.
Такава ракета-носител-"Angara-A5V" може да бъде създадена чрез замяна на кислород-керосиновия трети етап на ракетата-носител "Angara-A5" с кислород-водороден етап с нов дизайн. Ракетата-носител "Ангара-А5В" е максимално унифицирана със създадената ракета-носител "Ангара-А5", включително по отношение на съоръженията за наземна космическа инфраструктура. По отношение на енергийните възможности ракетата-носител Angara-A5V ще съответства на разработените в момента чуждестранни ракети-носители с повишен полезен товар като Ariane-6 (Европа), Vulcan (САЩ), CZ-5 (Китай) и N-3 (Япония)) и ще осигури в близко бъдеще конкурентоспособността на руските космически кораби от тежък клас на световния пазар на космически услуги.
Нашите тежки ракети-носители „Протон-М“и „Ангара-А5“с ракетни двигатели с течно гориво (LPRE) са съизмерими с чуждестранни ракети-носители както в съотношение тяга към тегло, така и в маси на полезен товар, изстреляни в определени орбити.
Газ или без газ
Понастоящем флотът от вътрешни СВ се състои от ракета-носител от лек клас "Рокот", ракета-носител от среден клас "Союз" с ракета-носител "Фрегат" и ракета-носител от тежък клас "Протон" с ракетни установки DM и Briz-M.
В близко бъдеще ракетите -носители „хептил“„Рокот“и „Протон“ще заменят екологичните ракети -носители от семейство „Ангара“. Същевременно се предвижда подобряване на технологията и намаляване на разходите за серийни ракети-носители Angara-A5. Планира се също така да се замени „хептил“RB „Fregat“с малък размер RB „ML“, използвайки екологично чисти компоненти. Предвижда се също да се замени ветеранът от вътрешната ракета на ракетата-носител "Союз" с обещаваща ракета-носител от среден клас, която се създава като част от работата по разработката на Феникс. По време на разработването му се планира внедряване на обещаващи технологии, които гарантират повишаване на експлоатационните характеристики, включително използването на втечнен природен газ (ВПГ) като ракетно гориво.
Отворено пространство
Защо LNG е интересен? Основното предимство е фундаменталната възможност за намаляване на разходите за задвижващата система (PS) на ракетата -носител поради радикалното намаляване на работното налягане в горивната камера на двигателя (от 250-260 на 160-170 атмосфери) с леко (≈4%) увеличение на специфичния импулс на празнотата. Увеличаването на последния параметър позволява да се поддържа постигнатото ниво на енергийни и масови характеристики на нискостепенните нива, въпреки факта, че плътността на втечнен природен газ е наполовина по -малка от тази на керосина. Характерна особеност на ракетните двигатели с течно гориво, захранвани от втечнен природен газ, е възможността за разработване на двигател със схема за възстановяване, по-малко склонна към бързо експлозивно развитие на аварийни ситуации. Като цяло предварителните технически и икономически оценки показват, че е възможно да се очаква намаляване на цената на задвижващите системи за втечнен природен газ с около 1,5 пъти в сравнение с задвижващите системи, базирани на съществуващи керосинови ракетни двигатели с високо налягане, което ще увеличи конкурентоспособността на местните ракети -носители.
Оценявайки опита от създаването на свръхтежка ракета -носител, трябва да се отбележи, че Energia - Buran несъмнено е апогей на вътрешната ракетна технология, изключителна програма по отношение на организацията, концентрацията на ресурси, постиженията в разработването на нови структурни и топлинни системи -защитни материали, овладяване на технологии за създаване на мощни двигатели на керосин и водород, производство и транспортиране на големи обеми течен водород, хиперзвукова аеродинамика и пр. Цялата страна работи за това, но държавата нямаше средства, сили и цели за разполагане тази космическа система в орбита. В същото време за над 10 години работа по създаването на комплекс „Енергия“- „Буран“бяха изразходвани повече от една трета от средствата, отпуснати за космически дейности, което се отрази на ефективността на изпълнението на другите му области.
През този период Европейската космическа агенция (ESA) разработи и започна да пуска LV среден клас Ariane-4. Компанията Arianspace с тази ракета окупира повече от половината от пазара за търговски изстрелвания в геотрансферна орбита и след като спечели пари, създаде ракетата-носител на тежък клас Ariane-5, която все още осигурява изпълнението на космическите програми на ESA и държи над 40 % на световния пазар на услуги за стартиране.
Вестник „ВПК“(№ 27) пише: „… Пентагонът трябва да изпитва чувство на дълбоко удовлетворение, като наблюдава как Русия се отнема все по-далеч от създаването на съвременни свръх тежки ракети-носители“, но оценява показват, че всички военни задачи в обозримо бъдеще Пентагонът ще реши, като използва ракетите-носители от тежък клас от типа Delta IVH и Atlas-5, а не ракетата-носител SLS, създадена за междупланетни полети. Неправилно е да се сравняват енергийните възможности на 25-тонната ракета-носител Angara-A5 и 130-тоновата ракета-носител SLS-това е все едно да кажете: „130-тонен самосвал е по-хладен от КамАЗ, а Газелата не е машина на всичко. Изобщо не: всяко превозно средство - кола или ракета, за да бъде ефективно, трябва да се експлоатира близо до горната граница на своите енергийни възможности. Ако ракетата -носител се управлява празна, единичната цена за изстрелване на полезния товар се увеличава и това е един от основните показатели за ефективността на ракетата -носител. Следователно държавата се нуждае не от една свръхмощна ракета-носител, а от оптимално балансиран парк от SV с различни полезни товари за конкретни полезни товари. Ако няма такива полезни товари за LV, тогава рискува да сподели съдбата на Energia. Между другото, важно е, че две ракети Сатурн-5 в края на мисията до Луната бяха изпратени от НАСА и Министерството на отбраната на САЩ в музей, без да се намери полезен товар за тях.
Въпросът за целевото използване на ракетата -носител STK беше разгледан в НТЦ на Роскосмос - те стигнаха до заключението, че няма нужда да се пускат монотовари с тегло 50–70 тона преди 2030–2035 г. Повтаряме, приоритетите на руската космическа индустрия са определени в „Основи на държавната политика в областта на космическите дейности …“Основните задачи са развитието на орбитални групи от космически кораби за научни, социално-икономически и двойни цели. Ето защо, в посока на разработване на свръхтежка ракета-носител, Роскосмос НТС реши до 2025 г. да се ограничи до създаването на научно-техническа основа и развитието на обещаващи технологии.
Трябва да се признае, че сега състоянието на руската орбитална група космически кораби, меко казано, не е най -проспериращото. По-специално, съзвездие от космически кораби с дистанционно наблюдение на Земята (ERS) се състои само от седем космически кораба и задоволява нуждите на битовите потребители на ниво 20-30 процента, докато съзвездията ERS на САЩ, европейски страни и Китай се състоят от повече от 35 космически кораба всеки, осигуряващи глобална контролна повърхност на Земята, включително в обсега на радарите. Дори в Индия спътниковото съзвездие ERS включва 17 спътника. Тук на първо място трябва да отидат средствата на FKP-2025-в развитието на комуникационни космически кораби, навигация, дистанционно наблюдение, метеорология, включително космически кораби с висока пространствена разделителна способност за всички метеорологични условия, което е особено важно за Сибир, Далечния север, Арктика и Далечния изток.
Както се вижда от балистичните изчисления, при изстрелването от космодрома „Восточен“оптимизираната версия на ниско напрежение Angara-A5V с модернизиран криогенен RB KBTK-V ще осигури полезен товар с тегло до 11,9 тона в геостационарна трансферна орбита и до 7, 2 тона в геостационарна орбита, а също и възможността за изпълнение на началния етап на пилотираната лунна програма, използваща схема за четири изстрелвания (виж фиг.): Два сдвоени изстрелвания на LV, осигуряващи отделна доставка до лунната орбита на лунен комплекс за кацане и излитане (LPVK) и пилотираното транспортно средство (PTK) с тяхното докиране в орбита изкуствен спътник на Луната (OISL) и последващото кацане на LPVK с екипаж на повърхността на Луната.
Типичното изстрелване на двойка включва изстрелване на полезен товар в балистична траектория като част от PTC или LPVK и малък междуорбитален буксир с кислород-керосин (MOB2), създаден на базата на буксир "DM" (MOB1), разработен на основа на резерва за РБ КВТК. MOB1 с тегло на изстрелване над 38 тона се изстрелва по схемата с допълнително изстрелване до второто изстрелване на Angara-A5V LV. След скачване на нискоземна орбита и фазиране, сглобеният лунен междуорбитален космически кораб първо се поставя в силно елиптична орбита поради силата на MOB1. След изчерпване на горивото водородът MOB1 се отделя и керосинът MOB2 завършва формирането на траекторията на заминаване. Освен това, MOB2 осигурява корекция на траекторията по време на полета до Луната и прехвърляне на полезния товар към окололунната орбита. Проектът FKP-2025 предвижда работата по посочените средства.
Разбира се, схемата за много изстрелвания е доста сложна, изисква най-висока координация: стартовият екип трябва да работи едновременно на два стартера, като часовник. Предварителните технически и икономически оценки показват, че използването в началния етап на лунната пилотирана програма на многофункционална ракета-носител с увеличен полезен товар от 35-тонен клас вместо на специализирана свръх тежка 80-тонна ракета-носител ще позволи да се намали финансови разходи с повече от порядък, а спестените ресурси могат да бъдат използвани в интерес на развитието на вътрешната орбитална групировка на космически кораби. социално-икономически, научни и с двойна употреба.
Що се отнася до използването на ускорители с твърдо гориво (TTU) като част от ракетата -носител, тук трябва да се отбележи, че ракетните двигатели на твърдо гориво (ракетни двигатели с твърдо гориво), в сравнение с ракетните двигатели с течно гориво, имат не само предимства, но и недостатъци - специфичен импулс на тяга, намален с ~ 10–30 процента, най -лошото съвършенство на теглото на дизайна, опасност от пожар и експлозия на производството и оборудването на гориво, ограничение във времето на работа, контрол на сцеплението, температурни условия при стартиране, вредното въздействие на продуктите от горенето върху околната среда. Освен това е необходимо да се вземат предвид 30-40 % по -високата цена на ракета -носител с ракетни двигатели с твърдо гориво в сравнение с ракета -носител с ракетни двигатели с течно гориво и необходимостта от инвестиране на значителни средства в развитието на производството, технологията и изпитателни съоръжения за създаване на големи ракетни двигатели с твърдо гориво.
Използването на големи ракетни двигатели с твърдо гориво като част от ракетата -носител многократно е обмисляно във вътрешни проекти, но като се вземат предвид горните фактори, въз основа на сравнението на алтернативите, изборът неизменно е бил в полза на двигатели с течно гориво. Русия е лидер в разработването и производството на двигатели за крилати ракети, които се закупуват от клиенти, включително тези от САЩ. В проекта FKP-2025 се планира и изпитване на технологията за създаване на изстрелващо твърдо гориво с тяга около 100 тона. Възможността за използване на ракетни двигатели с твърдо гориво в обещаващи ракети -носители, например в същия „Феникс“, ще бъде определена по -късно въз основа на резултатите от подробен анализ.
В заключение: ясно е, че проектът FKP-2025 може да продължи да се подобрява, но по отношение на развитието на ракети-носители този документ е доста балансиран, отразява реалното състояние на нещата и определя перспективите за развитието на този сектор на индустрията до 2025 г., като се вземат предвид установените приоритети на космическите дейности и възможностите на държавата за неговото финансиране.
