Osariik ei vaja mitte üht ülivõimsat kanderaketti, vaid SV laevastikku
Nagu teate, kinnitab Vene Föderatsiooni president Vladimir Putin 2013. aasta aprillis põhidokumendi, mis määratleb riigi huvid, Venemaa peamised eesmärgid, prioriteedid ja ülesanded uurimis-, uurimis- ja kosmosekasutuse valdkonnas. "Vene Föderatsiooni riikliku poliitika alused kosmosetegevuse valdkonnas ajavahemikuks kuni 2030. aastani ja pärast seda".
Selle dokumendi kohaselt on peamised prioriteedid tagada Venemaa garanteeritud juurdepääs oma territooriumile kosmosesse, arendades ja kasutades kosmosetehnoloogiat, tehnoloogiaid, töid ja teenuseid sotsiaalmajandusliku sfääri ja riigi kaitse huvides. riigi julgeolekuna; kosmosevarade loomine teaduse huvides; mehitatud lendude elluviimisega seotud tegevused, sealhulgas teadusliku ja tehnilise aluse loomine mehitatud lendude elluviimiseks planeetidele ja teistele päikesesüsteemi kehadele rahvusvahelise koostöö raames.
Nende eesmärkide elluviimine on tagatud olemasoleva teadusliku, tehnilise ja tootmispotentsiaali kasutamise ja arendamisega, et luua paljutõotavaid kanderakette, orbiididevahelisi vedureid, automaatsete kosmoseaparaatide (SC) sihtmärke ja teenindussüsteeme, uue põlvkonna mehitatud kosmoseaparaate, infrastruktuuri elemente. tegevusi sügavas kosmoses ja läbimurdelisi tehnoloogiaid. et lahendada sihtprobleeme ja tootmistehnoloogiaid.
Tulemuseks on Venemaa kui ühe juhtiva kosmosejõu staatuse säilitamine, kinnitus iseseisvusest oma kosmosetegevuse toetamisel kõigi ülesannete spektris, mis nõuavad majanduslikult tõhusal põhineva kosmoselaevade orbitaalkuju loomist. Vene kanderakettide laevastik.
Vajadus säilitada stabiilne positsioon ja konkurentsivõime starditeenuste turul on stiimul parandada õhusõidukite tehnilisi ja majanduslikke näitajaid, eelkõige nende energiavõimekust.
Kõik need tegurid avaldusid kõige selgemalt Vene kosmonautika majanduslikult edukaima toote - raskeklassi kanderaketi "Proton" - näites. Just raketi Proton laskmine rahvusvahelisele starditeenuste turule ja selle pidev moderniseerimine võimaldas GKNPT -del im. MV Khrunichev ellu jääda 90ndatel ja "null" ja säilitada tööstuskoostööd, tagades Venemaa kosmoselaevade orbitaalrühma säilimise ja osalemise rahvusvahelistes projektides.
Kandevõime võistluskaaludel
Selleks, et teha kindlaks, millist SV-d FKP-2025 arendada, tuleb mõista, et kanderaketi energiavõime määrab tööorbiidile lastud kandevõime mass. Sageli, kuigi mitte täiesti õige, kasutatakse LV energia hindamisel madalat orbiiti, mille kõrgus on 200 kilomeetrit ja mille kalle on võrdne stardipunkti laiuskraadiga. Kosmoseaparaadi tööks ei kasutata seda orbiiti töötavana, sest atmosfääri aeglustumise tõttu ei ületa kosmoselaeva eksisteerimise aeg sellel nädalat. Kosmoselaevade mitmekesisuse hulgas on kõige kallim ja ressursimahukam geostatsionaarsel orbiidil töötavate telekommunikatsiooni kosmoselaevade turg.
Telekommunikatsiooni kosmoselaevade kaubanduslikul käivitamisel on kaks omadust. Kaubanduslike kosmoselaevade mass kasvab kiiremini kui need, mis käivitati föderaalsete programmide raames. Kuid nagu graafikult näha, pole isegi kaubanduslike kosmoseaparaatide mass kaugeltki piiramatu ja nende käivitamiseks pole SLS-tüüpi üliraske klassi LV (STK LV) üldse nõutav.
Ka kaubanduslike turuletoomiste ballistilises kujunduses on erinevusi. Juhtus nii, et välismaised kosmoseaparaadid, erinevalt kodumaistest, ei asetata kohe geostatsionaarsele orbiidile, vaid vahepealsele kõrge apogee "standardsele geoülekande orbiidile". Kosmosesõiduk, mis on eraldatud sellel asuvast LV -st, pärast umbes viietunnist ballistilist pausi orbiidi apogeelil, koos oma tõukejõusüsteemi abil, töötab välja impulsi, mis tagab geostatsionaarse orbiidi moodustumise. Võttes arvesse kütusekulu, peaks vahepealsele geosünkroonsele ülekandeorbiidile käivitatud koormuse mass olema ligikaudu 1,6 korda suurem kui tööorbiidil, st geostatsionaarsel.
Kuid tuleme tagasi Protoni juurde - just vajadusest säilitada konkurentsivõime käivitusteenuste turul on saanud põhjuseks viia selle neli moderniseerimisetappi Proton LV turule toomise vahendite arvelt - Proton -K esialgsest versioonist Proton-M-le ja uue ülemise astme (RB) Briz-M kanderaketi Proton väljatöötamine, mis võimaldas suurendada geostatsionaarsele orbiidile tarnitud kasulikku koormust 2, 6-lt 3,5-le tonnile ja geostatsionaarsele ülekandeorbiit - 4,5-6, 3 tonni. Kuid olenemata sellest, kui hea on vedaja Proton, ei lasta seda vette Venemaa territooriumilt. Probleeme on ka kütusevarustusega Protonile, mis on sõjaväerakettidel kasutatav ülimürgine heptüül, mis kuulub esimese, kõrgeima ohuklassi ainetesse.
Riigi juhtkond on seadnud tööstusele ülesande tagada oma territooriumilt garanteeritud juurdepääs kosmosele - kosmoselaevade stardid peaksid toimuma Venemaal välja töötatud ja toodetud rakettidega. Lisaks on vaja parandada stardide keskkonnaohutust, kõrvaldades mürgise kütuse kasutamise.
Neid ülesandeid peaks lahendama raske klassi kanderaketi "Angara" loomise programm, mis tagab telekommunikatsiooni ja meteoroloogiliste kosmoseaparaatide ja kosmoseaparaatide garanteeritud viimise geostatsionaarsele orbiidile, tagades riigi kaitse ja julgeoleku.
Kahjuks loodi kanderakett "Angara" üsna pikaks ajaks. Vene Föderatsiooni valitsuse määrus raske klassi kosmoseraketikompleksi (SRS) projekti väljatöötamise kohta võeti vastu 22 aastat enne LV esmakordset käivitamist korraldatud konkursi tulemuste põhjal. Programmi tegelik rahastamine algas pärast 2005. See võimaldas 2014. aastal läbi viia kaks edukat testkäivitust ja ajastada alates 2016. aastast sihtotstarbelise koormusega LV turuletoomise. Plesetski kosmodroomilt käivitamisel tagavad krüogeense RB KVTK kanderaketi Angara-A5 energeetilised võimalused 4,5 tonni kaaluva kandevõime viimise geostatsionaarsele orbiidile ja 7,5 tonni standardsele geostatsionaarsele orbiidile (Brizi kasutamisel) -M RB - vastavalt 2, 9 ja 5, 4 tonni).
Kui Angara kosmoseaparaat paigutatakse Vostochnõi kosmodroomile, tagavad KBTK hapniku-vesiniku RB-ga kanderaketi Angara-A5 energeetilised võimalused kuni viie tonnise kandevõime kandmise geostatsionaarsele orbiidile ja kuni kaheksa tonni geostatsionaarsele orbiidile. Sellest energiavarust piisab lähitulevikus kosmoseaparaatide käivitamiseks föderaalsete programmide raames, kuid see ei võimalda konkureerida kõrgema hinnaklassiga kosmoselaevade käivitamiseks uute välismaiste raskeklassi kanderakettidega, millel on suurem kandevõime-Delta-IVH, Ariane-5ECA ja Atlas -5. Eelkõige paiskab 500-seeria kanderakett Atlas-5 geotranspordi orbiidile kuni 8,7 tonni ja kõige võimsam kanderakett, mida kasutati USA kaitseministeeriumi kosmoseaparaadi (Delta-IVH) käivitamiseks. võimaldab kandevõime, mille mass on kuni 13 geograafilise ülekande orbiidile. 1 tonn.
Pärast põhjalikku analüüsi maismaasõidukite energiavõimsuste prioriteetide ja nõuete ning kosmoseteenuste turu olukorra kohta otsustas Roskosmose STC, et kosmoses esinevate probleemide lahendamiseks, sealhulgas paljutõotavate kosmoselaevade käivitamiseks massiga vähemalt seitse tonni geostatsionaarsele orbiidile ja 12 tonni geostatsionaarsele orbiidile, kanderakett, mis on võimeline paigutama vähemalt 35 tonni kasulikku koormust madalikule.
Sellist kanderakett-"Angara-A5V" saab luua, asendades kanderakett "Angara-A5" hapniku-petrooleumi kolmanda astme uue disainiga hapniku-vesiniku astmega. Rakett "Angara-A5V" on maksimaalselt ühendatud loodud kanderakettidega "Angara-A5", sealhulgas maapealse kosmose infrastruktuuri osas. Energiavõimekuse poolest vastab kanderakett Angara-A5V praegu väljatöötatud suurenenud kandevõimega välismaa kanderaketitele nagu Ariane-6 (Euroopa), Vulcan (USA), CZ-5 (Hiina) ja N-3 (Jaapan)) ja annab lähitulevikus Venemaa raskeklassi kosmosesõidukite konkurentsivõime kosmoseteenuste maailmaturul.
Meie vedelkütuserakettmootoritega (LPRE) raketimootorid "Proton-M" ja "Angara-A5" on võrdväärsed välismaiste kanderakettidega nii tõukejõu ja kaalu suhte kui ka määratud orbiitidele lastud kandevõime masside osas.
Gaas või ilma gaasita
Praegu koosneb kodumaiste SV-de laevastik Rokot kergeklassi kanderaketist, raketiheitjaga Fregat keskklassi kanderaketist Sojuz ja raskeklassi kanderaketist Proton koos raketiheitjatega DM ja Briz-M.
Lähitulevikus asendavad perekonna "Angara" keskkonnasõbralikud kanderaketid "heptüüli" kanderaketid "Rokot" ja "Proton". Samal ajal on kavas parandada tehnoloogiat ja vähendada seeria Angara-A5 kanderakettide maksumust. Samuti on kavas asendada “heptüül” RB “Fregat” väikese suurusega RB “ML” -ga, kasutades keskkonnasõbralikke komponente. Samuti on kavas asendada kanderakett Sojuz kodumaise raketi veteran paljutõotava keskklassi kanderaketiga, mis luuakse Phoenixi arendustöö raames. Selle väljatöötamise käigus on kavas rakendada paljulubavaid tehnoloogiaid, mis tagavad tööomaduste kasvu, sealhulgas veeldatud maagaasi (LNG) kasutamist raketikütusena.
Avatud ala
Miks on LNG huvitav? Peamine eelis on põhimõtteline võimalus vähendada kanderaketi tõukejõusüsteemi (PS) kulusid, kuna mootori põlemiskambri töörõhk (250–260 kuni 160–170 atmosfääri) radikaalselt väheneb. (≈4%) tühimiku spetsiifilise impulsi suurenemine. Viimase parameetri suurendamine võimaldab säilitada saavutatud energia- ja massiomaduste taseme LV etappidel, hoolimata asjaolust, et LNG tihedus on poole väiksem kui petrooleumi. Vedelgaasiga töötavate rakettmootorite eripära, mida toidab veeldatud maagaas, on võimalus töötada välja taastamisskeemi mootor, mis on vähem altid eriolukordade kiirele plahvatusohtlikule arengule. Üldiselt näitavad esialgsed tehnilised ja majanduslikud hinnangud, et on võimalik eeldada, et veeldatud maagaasi tõukejõusüsteemide maksumus väheneb ligikaudu 1,5 korda võrreldes olemasolevate kõrgsurve petrooleummootoritel põhinevate tõukejõusüsteemidega, mis suurendab kodumaiste ettevõtete konkurentsivõimet. kanderaketid.
Hinnates üliraske kanderaketi loomise kogemust, tuleb märkida, et Energia - Buran on kahtlemata kodumaise raketitehnoloogia apogee, silmapaistev programm korralduse, ressursside koondamise, saavutuste osas uue konstruktsiooni ja soojuse arendamisel -varjestusmaterjalid, võimsate petrooleumi- ja vesinikmootorite loomise tehnoloogiate valdamine, suure koguse vedela vesiniku tootmine ja transport, hüperhelikiirusega aerodünaamika jne. Kogu riik töötas selle nimel, kuid riigil puudusid vahendid, jõud ja sihtmärgid. see kosmosesüsteem orbiidil. Samal ajal kulutati üle kümne aasta töö kompleksi "Energia" - "Buran" loomiseks rohkem kui kolmandik kosmosetegevuseks eraldatud vahenditest, mis mõjutas selle muude valdkondade rakendamise tõhusust.
Sel perioodil töötas välja Euroopa Kosmoseagentuur (ESA) ja hakkas turule tooma keskklassi LV Ariane-4. Selle raketiga Arianspace'i ettevõte hõivas enam kui poole geotransfeeri orbiidile suunatavate kommertslaevade turust ja lõi raha teenides raskeklassi kanderaketi Ariane-5, mis tagab endiselt ESA kosmoseprogrammide elluviimise ja omab üle 40 protsendi käivitusteenuste maailmaturul.
Ajaleht "VPK" (nr 27) kirjutas: "… Pentagon peaks tundma sügavat rahulolu, jälgides, kuidas Venemaad viiakse üha kaugemale kaasaegsete ülikergete kanderaketite loomisest", kuid hinnangud näitavad, et Pentagon lahendab lähitulevikus kõik sõjalised ülesanded, kasutades Delta IVH ja Atlas-5 tüüpi raske kanderakette, mitte planeetidevaheliste lendude jaoks loodud kanderakett SLS. 25-tonnise kanderaketi Angara-A5 ja 130-tonnise kanderakett SLS energiavõimaluste võrdlemine on vale-see on nagu ütlemine: "130-tonnine kallur on jahedam kui KamAZ ja Gazelle pole masin kõik. " Üldse mitte: mis tahes sõidukit - autot või raketti - tuleb tõhususe tagamiseks kasutada selle energiavõime ülempiiri lähedal. Kui kanderakett sõidetakse tühjaks, suurenevad kandevõime käivitamise ühikuhinnad ja see on kanderakettide tõhususe üks peamisi näitajaid. Seetõttu vajab riik mitte ühte ülivõimsat kanderaketti, vaid optimaalselt tasakaalustatud erinevate kandevõimega SV-de laevastikku konkreetsete koormuste jaoks. Kui LV -l selliseid kasulikke koormusi pole, siis riskib see Energia saatuse jagamisega. Muide, on märkimisväärne, et NASA ja USA kaitseministeerium saatsid kaks missiooni lõpus Kuule lähetatud raketti Saturn-5 muuseumisse, leidmata neile kasulikku koormust.
STK kanderakettide sihipärase kasutamise küsimust arutati Roskosmose STC -s - nad jõudsid järeldusele, et enne 2030–2035 ei ole vaja 50–70 tonni kaaluvaid ühekaupa vette lasta. Kordame, et Venemaa kosmosetööstuse prioriteedid on määratletud jaotises "Riikliku poliitika alused kosmosetegevuse valdkonnas …". Seetõttu otsustas üliraske kanderaketi väljatöötamise suunas Roskosmos NTS aastani 2025 piirduda teadusliku ja tehnilise aluse loomisega ning paljutõotavate tehnoloogiate arendamisega.
Tuleb tunnistada, et praegu pole Venemaa kosmoselaevade orbitaalrühma seis pehmelt öeldes kõige jõukam. Eelkõige koosneb Maa kaugseire (ERS) kosmoseaparaadi tähtkuju ainult seitsmest kosmoselaevast ja rahuldab kodutarbijate vajadusi 20–30 protsendi tasemel, samas kui USA, Euroopa riikide ja Hiina ERS-i tähtkujud koosnevad enam kui 35 kosmoseaparaati, pakkudes Maa globaalset juhtpinda, sealhulgas radari ulatuses. Isegi Indias sisaldab ERS -i satelliitide tähtkuju 17 satelliiti. Siia peaksid FKP-2025 vahendid minema eelkõige-side kosmosesõidukite, navigatsiooni, kaugseire, meteoroloogia, sealhulgas kõrge iga ilmaga ruumilise eraldusvõimega kosmoseaparaatide arendamisel, mis on eriti oluline Siberi, Kaug-Põhja, Arktika ja Kaug -Ida.
Nagu näitavad ballistilised arvutused, annab Angara-A5V LV optimeeritud versioon koos täiendatud krüogeense RB KBTK-V-ga Vostochnõi kosmodroomilt käivitamisel geostatsionaarsele ülekandeorbiidile kuni 7,9 tonni kaaluva koormuse ja kuni 7, 2 tonni geostatsionaarsele orbiidile, samuti võimalus rakendada mehitatud kuuprogrammi esialgne etapp nelja stardiskeemi abil (vt joonis): kaks LV-st koosnevat käivitamist, pakkudes eraldi kohaletoimetamist Kuu orbiidile. Kuu maandumis- ja stardikompleks (LPVK) ning mehitatud transpordivahend (PTK) koos dokkimisega Kuu orbiidile (OISL) ja sellele järgnev LPVK maandumine meeskonnaga Kuu pinnal.
Tüüpiline paaristardistamine hõlmab kasuliku koorma laskmist ballistilisele trajektoorile osana PTC-st või LPVK-st ja väikest interboritaalset hapniku-petrooleumi puksiiri (MOB2), mis on loodud puksiiri "DM" (MOB1) alusel. reservi alusel RB KVTK jaoks. MOB1 stardimassiga üle 38 tonni käivitatakse vastavalt skeemile koos täiendava käivitamisega Angara-A5V LV teise käivitamise ajaks. Pärast dokkimist madalmulla orbiidile ja järkjärgulist paigutamist kokkupandud Kuu interorbitaalne kosmoselaev paigutatakse MOB1 võimsuse tõttu esmalt väga elliptilisele orbiidile. Pärast kütuse lõppemist eraldatakse vesinik MOB1 ja petrooleum MOB2 viib lõpule trajektoori. Lisaks pakub MOB2 trajektoori korrigeerimist lennul Kuule ja kandevõime ülekandmist ümberringikuule. Projekt FKP-2025 näeb ette tööd näidatud vahenditega.
Loomulikult on mitme stardi skeem üsna keeruline, see nõuab kõrgeimat koordineerimist: stardimeeskond peab töötama samaaegselt kahel kanderaketil nagu kell. Esialgsed tehnilised ja majanduslikud hinnangud näitavad, et Kuu mehitatud programmi esialgsel etapil kasutatakse mitmeotstarbelist kanderaketti 35-tonnise suurenenud kandevõimega spetsiaalse ülikerge 80-tonnise kanderaketi asemel. finantskulusid rohkem kui suurusjärgu võrra ja säästetud ressursse saab kasutada kosmoseaparaatide siseriikliku orbitaalrühmituse arendamise huvides, sotsiaalmajanduslikud, teaduslikud ja kahesuguse kasutusega.
Mis puudutab tahke raketikütuse võimendite (TTU) kasutamist kanderakettide osana, siis tuleb siinkohal märkida, et tahke kütusega rakettmootoritel (tahke raketikütusega raketimootorid) on võrreldes vedelkütusega rakettmootoritega mitte ainult eeliseid, vaid ka puudused - spetsiifiline tõukejõud, mis on vähenenud ~ 10–30 protsenti, konstruktsiooni halvim kaalutäius, tootmise ja seadmete kütuselaengu tule- ja plahvatusoht, tööaja piirang, veojõukontroll, temperatuuritingimused käivitamisel, põlemisproduktide kahjulikku mõju keskkonnale. Lisaks tuleb arvesse võtta tahke raketikütusega rakettmootorite kanderaketi 30–40 protsenti kõrgemat maksumust võrreldes vedela raketikütusega rakettmootoritega kanderaketiga ning vajadust investeerida märkimisväärseid vahendeid tootmise, tehnoloogilise ja katserajatised suurte tahke raketikütusega rakettmootorite loomiseks.
Kodumaistes projektides on korduvalt kaalutud suurte tahke raketikütusega rakettmootorite kasutamist kanderakettide osana, kuid arvestades ülaltoodud tegureid, tehti alternatiivide võrdluse põhjal alati valik vedelkütuse mootorite kasuks. Venemaa on liider kruiisirakettmootorite väljatöötamisel ja tootmisel, mida ostavad kliendid, sealhulgas Ameerika Ühendriigid. Projektis FKP-2025 on kavas katsetada ka tehnoloogiat, millega luuakse umbes 100-tonnise tõukejõuga tahke raketikütus. Tahkekütuse rakettmootorite kasutamise otstarbekus paljulubavates kanderakettides, näiteks samas "Phoenixis", selgitatakse välja hiljem, tuginedes üksikasjaliku analüüsi tulemustele.
Kokkuvõtteks: on selge, et projekti FKP-2025 saab jätkuvalt täiustada, kuid kanderakettide arendamise osas on see dokument siiski üsna tasakaalustatud, see kajastab tegelikku olukorda ja määrab väljavaated selles tööstussektoris kuni aastani 2025, võttes arvesse kosmosetegevuse prioriteete ja riigi võimalusi selle rahastamiseks.
