După cum știți, documentul principal care definește interesele statului, principalele obiective, priorități și sarcini ale Rusiei în domeniul cercetării, explorării și utilizării spațiului cosmic, este aprobat de președintele Federației Ruse Vladimir Putin în aprilie 2013 „Fundamentele politicii de stat a Federației Ruse în domeniul activităților spațiale pentru perioada până în 2030 și ulterior”.
În conformitate cu acest document, principalele priorități sunt asigurarea accesului garantat al Rusiei la spațiu de pe teritoriul său prin dezvoltarea și utilizarea tehnologiei spațiale, tehnologiilor, lucrărilor și serviciilor în interesul sferei socio-economice și al apărării țării, precum și ca securitate a statului; crearea de active spațiale în interesul științei; activități legate de implementarea zborurilor cu echipaj, inclusiv crearea unei baze științifice și tehnice pentru implementarea zborurilor cu echipaj către planete și alte corpuri ale sistemului solar în cadrul cooperării internaționale.
Implementarea acestor obiective este asigurată prin utilizarea și dezvoltarea potențialului științific, tehnic și de producție existent pentru crearea de vehicule de lansare promițătoare, remorchere interorbitale, sisteme țintă și de serviciu ale navelor spațiale automate (SC), nave spațiale cu echipaj de nouă generație, elemente de infrastructură pentru activități în spațiul profund și tehnologii avansate.pentru a rezolva problemele țintă și tehnologiile de producție.
Rezultatul va fi păstrarea statutului Rusiei ca una dintre principalele puteri spațiale, confirmarea autosuficienței în susținerea propriilor activități spațiale pe întregul spectru de sarcini care necesită crearea unei constelații orbitale de nave spațiale bazate pe o eficiență economică flota de vehicule de lansare rusești.
Necesitatea menținerii unei poziții stabile și a competitivității pe piața serviciilor de lansare este un stimulent pentru îmbunătățirea indicatorilor tehnici și economici ai aeronavelor, în primul rând pentru creșterea capacităților lor energetice.
Toți acești factori s-au manifestat cel mai clar în exemplul celui mai reușit produs al cosmonauticii rusești - vehiculul de lansare de clasă grea "Proton". Lansarea rachetei Proton pe piața internațională a serviciilor de lansare și modernizarea sa constantă au permis imunitatea GKNPT. MV Khrunichev să supraviețuiască în anii 90 și „zero” și să mențină cooperarea industrială, asigurând menținerea grupului orbital rus de nave spațiale și participarea la proiecte internaționale.
Sarcina utilă pe scale de concurs
Pentru a determina ce SV să se 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 este pe deplin corect, atunci când se evaluează energia LV, se folosește o orbită terestră joasă cu o altitudine de 200 de kilometri și o înclinație egală cu latitudinea punctului de lansare. Pentru funcționarea navei spațiale, această orbită nu este utilizată ca una de lucru, deoarece, din cauza decelerării atmosferei, timpul de existență al navei spațiale pe ea nu depășește o săptămână. Dintre varietatea de nave spațiale, cea mai scumpă și mai intensă resursă a navelor spațiale de telecomunicații care operează pe orbită geostaționară.
Există două caracteristici ale lansărilor comerciale de nave spațiale de telecomunicații. Masa navelor spațiale comerciale crește mai repede decât cele lansate în cadrul programelor federale. Dar, după cum puteți vedea în grafic, chiar și masa navelor spațiale comerciale este departe de a fi nelimitată și pentru lansarea lor, nu este deloc necesară o clasă super-grea LV (STK LV) de tip SLS.
Există, de asemenea, diferențe în designul balistic al lansărilor comerciale. S-a întâmplat ca navele spațiale străine, spre deosebire de cele interne, să nu fie puse imediat într-o orbită geostaționară, ci într-o „orbită standard de geo-transfer” cu apogeu înalt. Nava spațială, separată de LV pe ea, după o pauză balistică de aproximativ cinci ore la apogeul orbitei, cu ajutorul propriului său sistem de propulsie, elaborează un impuls care asigură formarea unei orbite geo-staționare. Ținând cont de consumul de combustibil, masa sarcinii utile lansată pe orbita intermediară de transfer geosincron ar trebui să fie de aproximativ 1,6 ori mai mare decât pe orbita de lucru, adică cea geostaționară.
Dar să revenim la Proton - doar nevoia de a menține competitivitatea pe piața serviciilor de lansare a devenit motivul realizării a patru etape ale modernizării sale în detrimentul fondurilor de la lansările comerciale ale Proton LV - din versiunea inițială a Proton-K la Proton-M și dezvoltarea vehiculului de lansare Proton al noului stadiu superior (RB) Briz-M, care a făcut posibilă creșterea masei încărcăturii utile livrate orbitei geostaționare de la 2, 6 la 3,5 tone și la geostaționară orbita de transfer - de la 4,5 la 6, 3 tone. Dar, oricât de bun ar fi transportatorul Proton, lansările sale nu se fac de pe teritoriul Rusiei. Există, de asemenea, probleme cu furnizarea de combustibil pentru Proton, un heptil foarte toxic utilizat pe rachetele militare și care aparține substanțelor din prima 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 de rachete dezvoltate și fabricate în Rusia. În plus, este necesară îmbunătățirea siguranței de mediu a lansărilor prin eliminarea utilizării combustibilului toxic.
Aceste sarcini ar trebui rezolvate prin programul de creare a unui vehicul de lansare de clasă grea „Angara”, care va asigura lansarea garantată a navelor spațiale de telecomunicații și meteorologice și a navelor spațiale pe orbita geostaționară, asigurând apărarea și securitatea statului.
Din păcate, vehiculul de lansare „Angara” a fost creat de mult timp. Decretul guvernului Federației Ruse privind dezvoltarea unui proiect al unui complex de rachete spațiale (SRS) al unei clase grele a fost adoptat pe baza rezultatelor unei competiții desfășurate cu 22 de ani înainte de prima lansare a LV. Finanțarea reală a programului a început după 2005. A făcut posibilă efectuarea a două lansări de teste de succes în 2014 și programarea lansărilor de LV cu sarcini utile țintă începând cu 2016. Atunci când este lansat de la cosmodromul Plesetsk, capacitățile energetice ale vehiculului de lansare Angara-A5 cu un RB KVTK criogenic vor asigura lansarea unei sarcini utile de 4,5 tone pe o orbită geostaționară și 7,5 tone într-o orbită geostaționară standard (atunci când se utilizează Briz -M RB - 2, 9 și respectiv 5, 4 tone).
Atunci când nava spațială Angara este desfășurată la cosmodromul Vostochny, capacitățile energetice ale vehiculului de lansare Angara-A5 cu un RB oxigen-hidrogen al KBTK vor asigura lansarea unei sarcini utile cu o greutate de până la cinci tone pe o orbită geostaționară și până la opt tone pe o orbită geostaționară. Această rezervă energetică este suficientă în viitorul apropiat pentru lansarea navei spațiale în cadrul programelor federale, dar nu permite concurența pentru lansarea navelor spațiale din gama de prețuri superioare cu noi vehicule străine de lansare din clasa grea cu sarcină utilă crescută - Delta-IVH, Ariane-5ECA și Atlas -5. În special, vehiculul de lansare Atlas-5 din seria 500 lansează până la 8, 7 tone pe orbita de geo-transfer și cel mai puternic dintre vehiculele de lansare utilizate pentru lansarea navei spațiale a Departamentului Apărării din SUA (Delta-IVH) oferă lansarea unei sarcini utile cu o masă de până la 13 pe orbita de geo-transfer.1 tonă.
După o analiză cuprinzătoare a priorităților și cerințelor pentru capacitățile energetice ale vehiculelor terestre, precum și starea pieței serviciilor spațiale, STC din Roskosmos a stabilit că, pentru a rezolva problemele din spațiul cosmic, inclusiv lansarea de nave spațiale promițătoare cu un masă de cel puțin șapte tone pe o orbită geostaționară și 12 tone într-o orbită geostaționară, un vehicul de lansare capabil să plaseze cel puțin 35 de tone de sarcină utilă pe orbita de pământ.
Un astfel de vehicul de lansare - „Angara-A5V” poate fi creat prin înlocuirea celui de-al treilea stadiu de oxigen-kerosen al vehiculului de lansare „Angara-A5” cu etapa de oxigen-hidrogen a unui nou design. Vehiculul de lansare „Angara-A5V” este unificat la maximum cu vehiculul de lansare „Angara-A5” creat, inclusiv în ceea ce privește facilitățile de infrastructură 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 N-3 (Japonia) și va furniza În viitorul apropiat, competitivitatea vehiculelor spațiale rusești de clasă grea pe piața mondială a serviciilor spațiale.
Vehiculele noastre de lansare grele "Proton-M" și "Angara-A5" cu motoare cu rachetă cu propulsie lichidă (LPRE) sunt proporționale cu vehiculele de lansare străine atât în raportul forță-greutate, cât și în masele de sarcină utilă lansate pe orbite specificate.
Gaz sau fără gaz
În prezent, flota de SV-uri interne este formată din vehiculul de lansare de clasă ușoară Rokot, vehiculul de lansare de clasă medie Soyuz cu lansatorul de rachete Fregat și vehiculul de lansare de clasă grea Proton cu lansatoarele de rachete DM și Briz-M.
În viitorul apropiat, vehiculele de lansare „heptil” „Rokot” și „Proton” vor înlocui vehiculele de lansare ecologice ale familiei „Angara”. În același timp, se preconizează îmbunătățirea tehnologiei și reducerea costurilor vehiculelor de lansare de serie Angara-A5. De asemenea, este planificată o lucrare pentru înlocuirea „heptilului” RB „Fregat” cu un RB „ML” de dimensiuni mici, utilizând componente ecologice. De asemenea, este planificată înlocuirea veteranului rachetei interne a vehiculului de lansare Soyuz cu un vehicul promițător de lansare de clasă medie, care este creat ca parte a lucrării de dezvoltare Phoenix. În timpul dezvoltării sale, este planificată implementarea unor tehnologii promițătoare care să asigure o creștere a caracteristicilor operaționale, inclusiv utilizarea gazului natural lichefiat (GNL) ca combustibil pentru rachete.
Spatiu deschis
De ce este interesant GNL-ul? Principalul avantaj este posibilitatea fundamentală de a reduce costul sistemului de propulsie (PS) al vehiculului de lansare datorită unei scăderi radicale a presiunii de funcționare în camera de ardere a motorului (de la 250-260 la 160-170 atmosfere) cu o ușoară (~ 4%) creștere a impulsului specific golului. O creștere a acestui ultim parametru permite menținerea nivelului atins al energiei și al caracteristicilor de masă ale etapelor BT, în ciuda faptului că densitatea GNL este la jumătate față de cea a kerosenului. O caracteristică a motoarelor cu rachete cu combustibil lichid alimentate cu GNL este posibilitatea dezvoltării unui motor al unui sistem de recuperare, mai puțin predispus la dezvoltarea rapidă explozivă a situațiilor de urgență. În general, evaluările tehnice și economice preliminare arată că este posibil să se aștepte o scădere a costului sistemelor de propulsie pentru GNL de aproximativ 1,5 ori comparativ cu sistemele de propulsie bazate pe motoarele rachete de kerosen de înaltă presiune existente, ceea ce va crește competitivitatea lansează vehicule.
Evaluând experiența creării unui vehicul de lansare super-greu, trebuie remarcat faptul că Energia - Buran este, fără îndoială, apogeul tehnologiei rachete interne, un program remarcabil în ceea ce privește organizarea, concentrarea resurselor, realizările în dezvoltarea noilor structuri și căldură. -materiale de protecție, tehnologii de masterizare pentru crearea motoarelor puternice de kerosen și hidrogen, producția și transportul unor volume mari de hidrogen lichid, aerodinamică hipersonică, etc. acest sistem spațial pe orbită. În același timp, peste 10 ani de muncă la crearea complexului „Energia” - „Buran”, mai mult de o treime din fondurile alocate pentru activități spațiale au fost cheltuite, ceea ce a afectat eficiența implementării celorlalte zone ale sale.
În această perioadă, Agenția Spațială Europeană (ESA) a dezvoltat și a început să lanseze Ariane-4 LV de clasă medie. Compania Arianspace cu această rachetă a ocupat mai mult de jumătate din piața lansărilor comerciale pe orbita geotransferului și, după ce a câștigat bani, a creat vehiculul de lansare de clasă grea Ariane-5, care asigură în continuare implementarea programelor spațiale ale ESA și deține peste 40%. a pieței mondiale a serviciilor de lansare.
Ziarul „VPK” (nr. 27) a scris: „… Pentagonul ar trebui să simtă un sentiment de satisfacție profundă, urmărind cum Rusia este îndepărtată din ce în ce mai departe de crearea vehiculelor moderne de lansare super-grele”, dar estimează arată că toate sarcinile militare în viitorul previzibil vor fi rezolvate de Pentagon, folosind vehiculele de lansare ale unei clase grele de tip Delta IVH și Atlas-5, și nu vehiculul de lansare SLS, creat pentru zboruri interplanetare. Este incorect să comparați capacitățile energetice ale vehiculului de lansare Angara-A5 de 25 de tone și al vehiculului de lansare SLS de 130 de tone - este ca și cum ați spune: „Un autobasculant de 130 de tone este mai rece decât KamAZ, iar Gazelle nu este o mașină la toate. Deloc: orice vehicul - o mașină sau o rachetă, pentru a fi eficace, trebuie să funcționeze în apropierea limitei superioare a capacităților sale energetice. Dacă vehiculul de lansare este condus gol, costul unitar al lansării sarcinii utile crește și acesta este unul dintre principalii indicatori ai eficienței vehiculului de lansare. Prin urmare, statul nu are nevoie de un singur vehicul de lansare super-puternic, ci de o flotă optimă echilibrată de SV-uri cu diverse sarcini utile pentru sarcini utile specifice. Dacă nu există astfel de sarcini utile pentru LV, atunci riscă să împărtășească soarta Energia. Apropo, este semnificativ faptul că două rachete Saturn-5 la sfârșitul misiunii pe Lună au fost trimise de NASA și Departamentul Apărării SUA la un muzeu fără a găsi o sarcină utilă pentru ele.
Problema utilizării țintite a vehiculului de lansare STK a fost luată în considerare la STC din Roskosmos - au ajuns la concluzia că nu este nevoie să lanseze mono-încărcături cu o greutate de 50-70 tone înainte de 2030-2035. Prioritățile industriei spațiale rusești, repetăm, sunt definite în „Fundamentele politicii de stat în domeniul activităților spațiale …” Sarcinile principale sunt dezvoltarea grupurilor orbitale de nave spațiale în scopuri științifice, socio-economice și duale.. De aceea, în direcția dezvoltării unui vehicul de lansare super-greu, Roskosmos NTS a decis până în 2025 să se limiteze la crearea unei baze științifice și tehnice și la dezvoltarea unor tehnologii promițătoare.
Trebuie admis că acum starea grupului orbital rus de nave spațiale, ca să spunem ușor, nu este cea mai prosperă. În special, o constelație de navă spațială de teledetecție (ERS) este formată din doar șapte nave spațiale și satisface nevoile consumatorilor interni la nivelul de 20-30 la sută, în timp ce constelațiile ERS din SUA, țările europene și China constau în mai mult de 35 de nave spațiale fiecare, asigurând suprafața de control globală a Pământului, inclusiv în raza radar. Chiar și în India, constelația satelitului ERS include 17 sateliți. Aici ar trebui să meargă în primul rând fondurile FKP-2025 - în dezvoltarea navelor spațiale de comunicații, a navigației, a teledetecției, a meteorologiei, inclusiv a navelor spațiale cu o rezoluție spațială mare pentru toate condițiile meteorologice, ceea ce este deosebit de important pentru Siberia, nordul îndepărtat, Arctica și Orientul Îndepărtat.
Așa cum se arată în calculele balistice, atunci când este lansată de la cosmodromul Vostochny, versiunea optimizată a Angara-A5V LV cu un RB KBTK-V criogenic îmbunătățit va oferi o sarcină utilă cântărind până la 11, 9 tone într-o orbită de transfer geostaționar și până la 7, 2 tone într-o orbită geostaționară și, de asemenea, posibilitatea implementării etapei inițiale a programului lunar cu echipaj utilizând o schemă cu patru lansări (a se vedea Fig.): Două lansări asociate ale LV, asigurând livrarea separată către orbita lunară a complexul de aterizare și decolare lunară (LPVK) și vehiculul de transport cu echipaj (PTK) cu andocarea lor pe orbita satelit artificial al Lunii (OISL) și aterizarea ulterioară a LPVK cu un echipaj pe suprafața Lunii.
O lansare tipică în pereche include lansarea unei sarcini utile într-o traiectorie balistică ca parte a unui PTC sau LPVK și a unui mic remorcher interorbital oxigen-kerosen (MOB2), creat pe baza remorcherului „DM” (MOB1), dezvoltat pe baza rezervei pentru RB KVTK. MOB1 cu o greutate de lansare mai mare de 38 de tone este lansat conform schemei cu lansare suplimentară până la a doua lansare a Angara-A5V LV. După andocarea pe orbită terestră joasă și fazare, nava interorbitală lunară asamblată este pusă mai întâi într-o orbită extrem de eliptică datorită puterii MOB1. După epuizarea combustibilului, hidrogenul MOB1 este separat și kerosenul MOB2 finalizează formarea traiectoriei de plecare. Mai mult, MOB2 asigură corectarea traiectoriei pe zborul către Lună și transferul sarcinii utile pe orbita circumlunară. Proiectul FKP-2025 prevede lucrul la fondurile indicate.
Desigur, schema multi-lansare este destul de complicată, necesită cea mai mare coordonare: echipa de start trebuie să lucreze simultan pe două lansatoare, ca un ceas. Evaluările tehnice și economice preliminare arată că utilizarea în etapa inițială a programului cu echipaj lunar a unui vehicul de lansare multifuncțional cu sarcină utilă crescută a unei clase de 35 de tone în loc de un vehicul de lansare specializat super-greu de 80 de tone va face posibilă reducerea costurile financiare cu mai mult de un ordin de mărime, iar resursele economisite pot fi utilizate în interesul dezvoltării grupării orbitale interne a navelor spațiale. socio-economică, științifică și cu dublă utilizare.
În ceea ce privește utilizarea rapelurilor de propulsie solidă (TTU) ca parte a vehiculului de lansare, trebuie remarcat aici că motoarele cu rachete cu combustibil solid (motoare cu rachete cu propulsor solid), în comparație cu motoarele cu rachete cu propulsor lichid, au nu numai avantaje, ci și dezavantaje - un impuls de forță specific redus cu ~ 10-30 la sută, cea mai slabă perfecțiune în greutate a proiectării, pericolul de incendiu și explozie al producției și echipamentelor de încărcare a combustibilului, limitarea timpului de funcționare, controlul tracțiunii, condițiile de temperatură la pornire, efectele nocive ale produselor de ardere asupra mediului. În plus, este necesar să se ia în considerare costul cu 30-40 la sută mai mare al unui vehicul de lansare cu motoare cu rachete cu propulsor solid comparativ cu un vehicul de lansare cu motoare cu rachetă cu propulsor lichid și necesitatea de a investi fonduri semnificative în dezvoltarea producției, și facilități de testare pentru crearea motoarelor mari cu rachete cu combustibil solid.
Utilizarea motoarelor cu rachete mari cu propulsor solid ca parte a vehiculului de lansare a fost luată în considerare în mod repetat în cadrul proiectelor interne, dar ținând cont de factorii de mai sus, pe baza comparării alternativelor, alegerea a fost făcută invariabil în favoarea motoarelor cu propulsie lichidă. Rusia este lider în dezvoltarea și producția de motoare rachete de croazieră, care sunt achiziționate de clienți, inclusiv de cei din Statele Unite. În proiectul FKP-2025, este, de asemenea, planificată testarea tehnologiei pentru crearea unui propulsor solid de lansare cu o presiune de aproximativ 100 de tone. Fezabilitatea utilizării motoarelor rachete cu combustibil solid în vehicule de lansare promițătoare, de exemplu, în același „Phoenix”, va fi determinată ulterior, pe baza rezultatelor unei analize detaliate.
În concluzie: este clar că proiectul FKP-2025 poate continua să fie îmbunătățit, cu toate acestea, în ceea ce privește dezvoltarea vehiculelor de lansare, acest document este destul de echilibrat, reflectă starea reală a lucrurilor și determină perspectivele dezvoltării acest sector al industriei până în 2025, ținând cont de prioritățile stabilite ale activităților spațiale și de oportunitățile statului pentru finanțarea acestuia.
