Valstij ir vajadzīgs nevis viens superspēcīgs nesējraķete, bet gan SV flote
Kā zināms, galveno dokumentu, kas nosaka valsts intereses, Krievijas galvenos mērķus, prioritātes un uzdevumus pētniecības, izpētes un kosmosa izmantošanas jomā, Krievijas Federācijas prezidents Vladimirs Putins apstiprināja 2013. gada aprīlī. "Krievijas Federācijas valsts politikas pamati kosmosa aktivitāšu jomā laika posmam līdz 2030. gadam un vēlāk".
Saskaņā ar šo dokumentu galvenās prioritātes ir nodrošināt garantētu Krievijas piekļuvi kosmosam no tās teritorijas, attīstot un izmantojot kosmosa tehnoloģijas, tehnoloģijas, darbus un pakalpojumus sociālekonomiskās jomas un valsts aizsardzības interesēs. kā valsts drošība; kosmosa aktīvu radīšana zinātnes interesēs; darbības, kas saistītas ar pilotējamo lidojumu īstenošanu, tostarp zinātniskā un tehniskā pamata izveidošana pilotējamu lidojumu uz planētām un citām Saules sistēmas struktūrām īstenošanai starptautiskās sadarbības ietvaros.
Šo mērķu īstenošana tiek nodrošināta, izmantojot un attīstot esošo zinātnisko, tehnisko un ražošanas potenciālu, lai radītu daudzsološas nesējraķetes, starppilsētu velkoņus, automātisko kosmosa kuģu (SC) mērķa un servisa sistēmas, jaunas paaudzes pilotējamus kosmosa kuģus, infrastruktūras elementus. darbības dziļā kosmosā un izrāvienu tehnoloģijas. lai atrisinātu mērķa problēmas un ražošanas tehnoloģijas.
Rezultāts būs Krievijas kā vienas no vadošajām kosmosa lielvalstīm statusa saglabāšana, apstiprinājums pašpietiekamībai, lai atbalstītu savas kosmosa aktivitātes visā uzdevumu spektrā, kas prasa izveidot kosmosa kuģu orbitālo zvaigznāju, pamatojoties uz ekonomiski efektīvu Krievijas nesējraķešu parks.
Nepieciešamība saglabāt stabilu stāvokli un konkurētspēju palaišanas pakalpojumu tirgū ir stimuls uzlabot gaisa kuģu tehniskos un ekonomiskos rādītājus, galvenokārt, lai palielinātu to energoefektivitāti.
Visi šie faktori visskaidrāk izpaudās Krievijas kosmonautikas ekonomiski visveiksmīgākā produkta - smagās klases nesējraķetes "Proton" - piemērā. Tieši raķetes Proton palaišana starptautiskajā palaišanas pakalpojumu tirgū un tās pastāvīgā modernizācija ļāva GKNPT im. MV Khrunichev izdzīvot 90. gados un "nulle" un uzturēt rūpniecisko sadarbību, nodrošinot Krievijas kosmosa kuģu orbītas grupas uzturēšanu un dalību starptautiskos projektos.
Derīgā slodze uz sacensību svariem
Lai noteiktu, kuru SV izstrādāt FKP-2025, ir jāsaprot, ka nesējraķetes enerģētiskās iespējas nosaka darba orbītā palaistās kravas masa. Bieži, lai gan tas nav pilnīgi pareizi, novērtējot LV enerģiju, tiek izmantota zema zemes orbīta ar 200 kilometru augstumu un slīpumu, kas vienāds ar starta punkta platumu. Kosmosa kuģa darbībai šī orbīta netiek izmantota kā strādājoša, jo atmosfēras palēnināšanās dēļ kosmosa kuģa eksistences laiks uz tā nepārsniedz nedēļu. Starp kosmosa kuģu daudzveidību visdārgākais un resursu ietilpīgākais telekomunikāciju kosmosa kuģu tirgus, kas darbojas ģeostacionārā orbītā.
Telekomunikāciju kosmosa kuģu komerciālai palaišanai ir divas iezīmes. Komerciālo kosmosa kuģu masa pieaug straujāk nekā tie, kas palaisti saskaņā ar federālajām programmām. Bet, kā redzams grafikā, pat komerciālo kosmosa kuģu masa nebūt nav neierobežota, un to palaišanai SLS tipa īpaši smagā klase LV (STK LV) vispār nav nepieciešama.
Atšķiras arī komerciālās palaišanas ballistiskais dizains. Tā notika, ka ārvalstu kosmosa kuģi, atšķirībā no vietējiem, netiek nekavējoties novietoti ģeostacionārā orbītā, bet gan starpposma augstas apogejas "standarta ģeo-pārneses orbītā". Kosmosa kuģis, kas atdalīts no LV uz tā, pēc apmēram piecu stundu ballistiskas pauzes orbītas apogejā, izmantojot savu vilces sistēmu, izstrādā impulsu, kas nodrošina ģeostacionāras orbītas veidošanos. Ņemot vērā degvielas patēriņu, lietderīgās kravas masai, kas tiek palaista ģeosinkronā starpposma orbītā, jābūt aptuveni 1,6 reizes lielākai nekā darba orbītā, tas ir, ģeostacionārajā.
Bet atgriezīsimies pie Proton - tikai nepieciešamība saglabāt konkurētspēju palaišanas pakalpojumu tirgū ir kļuvusi par iemeslu četriem tās modernizācijas posmiem, kas tiek veikti uz Proton LV komerciālās palaišanas līdzekļu rēķina - no sākotnējās Proton -K versijas. uz Proton-M un jaunās augšējās pakāpes (RB) Briz-M nesējraķetes izstrādi, kas ļāva palielināt ģeostacionārajai orbītā nogādātās kravas masu no 2, 6 līdz 3,5 tonnām un ģeostacionārajai pārsūtīšanas orbīta - no 4,5 līdz 6, 3 tonnām. Bet neatkarīgi no tā, cik labs ir pārvadātājs Proton, tā palaišana netiek veikta no Krievijas teritorijas. Problēmas ir arī ar degvielas piegādi Proton, kas ir ļoti toksisks heptils, ko izmanto militārajās raķetēs un pieder pie pirmās, augstākās bīstamības klases vielām.
Valsts vadība ir izvirzījusi nozarei uzdevumu nodrošināt garantētu piekļuvi kosmosam no tās teritorijas - kosmosa kuģu palaišana jāveic ar Krievijā izstrādātām un ražotām raķetēm. Turklāt ir jāuzlabo palaišanas vides drošība, izslēdzot toksiskās degvielas izmantošanu.
Šie uzdevumi būtu jāatrisina smagas klases nesējraķetes "Angara" izveides programmai, kas nodrošinās garantētu telekomunikāciju un meteoroloģisko kosmosa kuģu un kosmosa kuģu palaišanu ģeostacionārajā orbītā, nodrošinot valsts aizsardzību un drošību.
Diemžēl nesējraķete "Angara" tika radīta diezgan ilgu laiku. Krievijas Federācijas valdības dekrēts par smagas klases kosmosa raķešu kompleksa (VID) projekta izstrādi tika pieņemts, pamatojoties uz konkursa rezultātiem, kas notika 22 gadus pirms LV pirmās palaišanas. Programmas reālais finansējums sākās pēc 2005. gada. Tas ļāva 2014. gadā veikt divas veiksmīgas testa palaišanas un no 2016. gada ieplānot LV palaišanu ar mērķa lietderīgo slodzi. Palaišanas laikā no Plesetskas kosmodroma nesējraķetes Angara-A5 ar kriogēno RB KVTK enerģētiskās iespējas nodrošinās 4,5 tonnas smagas kravas palaišanu ģeostacionārā orbītā un 7,5 tonnas standarta ģeostacionārā orbītā (izmantojot Briz. -M RB - attiecīgi 2, 9 un 5, 4 tonnas).
Kad kosmosa kuģis Angara tiks izvietots Vostočnija kosmodromā, nesējraķetes Angara-A5 ar KBTK skābekļa-ūdeņraža RB enerģētiskās iespējas nodrošinās līdz piecām tonnām smagas kravas palaišanu ģeostacionārā orbītā un līdz astoņas tonnas ģeostacionārā orbītā. Šī enerģijas rezerve tuvākajā nākotnē ir pietiekama kosmosa kuģu palaišanai saskaņā ar federālajām programmām, bet neļauj sacensties par augstākās cenu kategorijas kosmosa kuģu palaišanu ar jaunām ārvalstu smagās klases nesējraķetēm ar paaugstinātu kravnesību-Delta-IVH, Ariane-5ECA un Atlas -5. Jo īpaši 500. sērijas nesējraķete Atlas-5 palaiž līdz 8,7 tonnām ģeogrāfiskās pārneses orbītā, un visspēcīgākā no nesējraķetēm, ko izmanto ASV Aizsardzības departamenta kosmosa kuģa (Delta-IVH) palaišanai. nodrošina lietderīgās kravas ar masu līdz 13 palaišanu ģeotransporta orbītā.
Pēc visaptverošas analīzes par prioritātēm un prasībām attiecībā uz sauszemes transportlīdzekļu energoefektivitāti, kā arī kosmosa pakalpojumu tirgus stāvokli, Roskosmos STC noteica, ka, lai atrisinātu problēmas kosmosā, tostarp laiž klajā daudzsološus kosmosa kuģus ar vismaz septiņu tonnu masa ģeostacionārā orbītā un 12 tonnas ģeostacionārā orbītā, nesējraķete, kas spēj nogādāt vismaz 35 tonnas derīgās kravas zemas zemes orbītā.
Šādu nesējraķeti-"Angara-A5V" var izveidot, aizstājot nesējraķetes "Angara-A5" trešo posmu ar skābekli-petroleju pret jauna dizaina skābekļa-ūdeņraža posmu. Nesējraķete "Angara-A5V" ir maksimāli vienota ar radīto nesējraķeti "Angara-A5", tostarp attiecībā uz zemes kosmosa infrastruktūras objektiem. Enerģētisko iespēju ziņā nesējraķete Angara-A5V atbilst pašlaik izstrādātajām ārvalstu nesējraķetēm ar paaugstinātu kravnesību, piemēram, Ariane-6 (Eiropa), Vulcan (ASV), CZ-5 (Ķīna) un N-3 (Japāna)) un tuvākajā nākotnē nodrošinās Krievijas smagās klases kosmosa transportlīdzekļu konkurētspēju pasaules kosmosa pakalpojumu tirgū.
Mūsu smagās nesējraķetes "Proton-M" un "Angara-A5" ar šķidro propelentu raķešu dzinējiem (LPRE) ir samērojamas ar ārvalstu nesējraķetēm gan vilces un svara attiecībās, gan lietderīgās slodzes masās, kas palaistas noteiktās orbītās.
Gāze vai bez gāzes
Pašlaik vietējo SV floti veido vieglās klases nesējraķete Rokot, vidējās klases nesējraķete Sojuz ar raķešu palaišanas iekārtu Fregat un smagās klases nesējraķete Proton ar raķešu palaišanas iekārtām DM un Briz-M.
Tuvākajā laikā "heptyl" nesējraķetes "Rokot" un "Proton" aizstās "Angara" saimes videi draudzīgās nesējraķetes. Vienlaikus paredzēts uzlabot tehnoloģiju un samazināt sērijveida nesējraķešu Angara-A5 izmaksas. Plānots arī aizstāt “heptyl” RB “Fregat” ar maza izmēra RB “ML”, izmantojot videi draudzīgas sastāvdaļas. Tāpat plānots nomainīt nesējraķetes Sojuz pašmāju raķešu veterānu pret daudzsološu vidējas klases nesējraķeti, kas tiek veidota Fīniksas izstrādes darba ietvaros. Tās izstrādes laikā plānots ieviest daudzsološas tehnoloģijas, kas nodrošina ekspluatācijas īpašību palielināšanos, tostarp sašķidrinātās dabasgāzes (LNG) izmantošanu kā raķešu degvielu.
Atklāta telpa
Kāpēc LNG ir interesants? Galvenā priekšrocība ir fundamentālā iespēja samazināt nesējraķetes vilces sistēmas (PS) izmaksas, jo radikāli samazinās darba spiediens dzinēja sadegšanas kamerā (no 250–260 līdz 160–170 atmosfērām). (≈4%) tukšuma specifiskā impulsa pieaugums. Pēdējā parametra palielināšana ļauj saglabāt sasniegto LV posmu enerģijas un masas raksturlielumu līmeni, neskatoties uz to, ka SDG blīvums ir uz pusi mazāks nekā petrolejai. Šķidrās degvielas raķešu dzinēju, ko darbina sašķidrināta dabasgāze, iezīme ir iespēja izveidot atjaunošanas shēmas motoru, kas ir mazāk pakļauts ārkārtas situāciju straujai sprādzienbīstamai attīstībai. Kopumā sākotnējie tehniskie un ekonomiskie novērtējumi liecina, ka ir iespējams sagaidīt SDG vilces sistēmu izmaksu samazinājumu par aptuveni 1,5 reizes, salīdzinot ar vilces sistēmām, kuru pamatā ir esošie augstspiediena petrolejas raķešu dzinēji, kas palielinās iekšzemes konkurētspēju nesējraķetes.
Izvērtējot supersmagā nesējraķetes radīšanas pieredzi, jāatzīmē, ka Energia - Buran neapšaubāmi ir pašmāju raķešu tehnoloģiju apogejs, izcila programma organizatoriskā ziņā, resursu koncentrācija, sasniegumi jaunu konstrukciju un siltuma izstrādē -aizsargapvalki, tehnoloģiju apgūšana jaudīgu petrolejas un ūdeņraža dzinēju radīšanai, liela apjoma šķidrā ūdeņraža ražošana un transportēšana, hiperskaņas aerodinamika utt. Visa valsts strādāja pie tā, bet valstij nebija līdzekļu, spēku un mērķu, ko izvietot šī kosmosa sistēma orbītā. Tajā pašā laikā vairāk nekā 10 gadus, strādājot pie kompleksa "Energia" - "Buran" izveides, tika iztērēta vairāk nekā trešdaļa no kosmosa aktivitātēm atvēlētajiem līdzekļiem, kas ietekmēja citu tā jomu īstenošanas efektivitāti.
Šajā laikā Eiropas Kosmosa aģentūra (ESA) izstrādāja un sāka laist klajā vidējās klases Ariane-4. Uzņēmums Arianspace ar šo raķeti aizņēma vairāk nekā pusi no tirgus komerciālai palaišanai ģeotransferu orbītā un, nopelnījis naudu, izveidoja smagās klases nesējraķeti Ariane-5, kas joprojām nodrošina ESA kosmosa programmu īstenošanu un pieder vairāk nekā 40 procentiem palaišanas pakalpojumu pasaules tirgū.
Laikraksts "VPK" (Nr. 27) rakstīja: "… Pentagonam vajadzētu izjust dziļu gandarījuma sajūtu, vērojot, kā Krievija tiek aizvesta arvien tālāk no modernu supersmago nesējraķešu radīšanas", bet aplēses parāda, ka visus militāros uzdevumus pārskatāmā nākotnē Pentagons atrisinās, izmantojot Delta IVH un Atlas-5 tipa smagās klases nesējraķetes, nevis nesējraķeti SLS, kas radīta starpplanētu lidojumiem. Nav pareizi salīdzināt nesējraķetes 25 tonnu Angara-A5 un nesējraķetes 130 tonnu SLS enerģijas iespējas-tas ir kā teikt: "130 tonnu smagais pašizgāzējs ir vēsāks par KamAZ, un Gazelle nav mašīna. visas. " Nemaz: jebkurš transportlīdzeklis - automašīna vai raķete, lai būtu efektīvs, jādarbina tuvu tā energoefektivitātes augšējai robežai. Ja nesējraķete tiek braukta tukša, palielinās kravas palaišanas vienības izmaksas, un tas ir viens no galvenajiem nesējraķetes efektivitātes rādītājiem. Tāpēc valstij ir vajadzīgs nevis viens superspēcīgs nesējraķete, bet optimāli sabalansēts dažādu lietderīgo kravu SV parks konkrētām kravām. Ja LV šādas kravas nav, tad tas riskē dalīties Energia liktenī. Starp citu, zīmīgi, ka divas raķetes Saturn-5 misijas beigās uz Mēnesi NASA un ASV Aizsardzības departaments nosūtīja uz muzeju, neatrodot tām derīgu kravu.
Jautājums par nesējraķetes STK mērķtiecīgu izmantošanu tika izskatīts Roskosmos STC - viņi nonāca pie secinājuma, ka pirms 2030. – 2035. Gada nav nepieciešams palaist 50–70 tonnas smagas vienkravas. Krievijas kosmosa nozares prioritātes, mēs atkārtojam, ir definētas sadaļā "Valsts politikas pamati kosmosa aktivitāšu jomā …". Primārie uzdevumi ir kosmosa kuģu orbitālo grupu attīstība zinātniskiem, sociālekonomiskiem un divējādiem mērķiem.. Tāpēc īpaši smagas nesējraķetes izstrādes virzienā Roskosmos NTS nolēma līdz 2025. gadam aprobežoties tikai ar zinātniskā un tehniskā pamata izveidi un daudzsološu tehnoloģiju attīstību.
Jāatzīst, ka tagad Krievijas kosmosa kuģu orbītas grupas stāvoklis, maigi izsakoties, nav tas labklājīgākais. Jo īpaši Zemes tālvadības (ERS) kosmosa kuģa zvaigznājs sastāv tikai no septiņiem kosmosa kuģiem un apmierina vietējo patērētāju vajadzības 20-30 procentu līmenī, savukārt ASV, Eiropas valstu un Ķīnas ERS zvaigznājus veido vairāk nekā Katrs 35 kosmosa kuģis, nodrošinot globālu Zemes vadības virsmu, tostarp radara diapazonā. Pat Indijā ERS satelītu zvaigznājā ir 17 satelīti. Tieši šeit vispirms vajadzētu novirzīt līdzekļus FKP-2025-sakaru kosmosa kuģu, navigācijas, tālvadības, meteoroloģijas, tostarp kosmosa kuģu ar augstu laika apstākļu telpisko izšķirtspēju, izstrādei, kas ir īpaši svarīgi Sibīrijai, Tālajiem Ziemeļiem, Arktikā un Tālajos Austrumos.
Kā liecina ballistiskie aprēķini, palaižot no Vostočnija kosmodroma, optimizētā Angara-A5V LV versija ar modernizētu kriogēno RB KBTK-V nodrošinās kravu, kas sver līdz 11, 9 tonnām ģeostacionārā pārneses orbītā un līdz 7, 2 tonnas ģeostacionārā orbītā, kā arī iespēja īstenot apkalpojamo Mēness programmas sākotnējo posmu, izmantojot četru palaišanas shēmu (sk. Att.): Divi pārī savienoti LV starti, nodrošinot atsevišķu piegādi Mēness orbītā. Mēness nolaišanās un pacelšanās komplekss (LPVK) un apkalpotais transporta līdzeklis (PTK) ar to piestāšanu Mēness mākslīgā pavadoņa orbītā (OISL) un pēc tam LPVK nosēšanās kopā ar apkalpi uz Mēness virsmas.
Parastā pāra palaišana ietver lietderīgās kravas palaišanu ballistiskajā trajektorijā kā daļu no PTC vai LPVK un nelielu starpkoritālu skābekļa-petrolejas velkoni (MOB2), kas izveidots, pamatojoties uz velkoņu "DM" (MOB1), kas izstrādāts uz pamatojoties uz rezervi RB KVTK. MOB1 ar starta svaru vairāk nekā 38 tonnas tiek palaists saskaņā ar shēmu, papildus palaižot līdz otrajai Angara-A5V LV palaišanai. Pēc dokstacijas zemas zemes orbītā un fāzēšanas, samontētais Mēness starporbitālais kosmosa kuģis vispirms tiek novietots ļoti eliptiskā orbītā MOB1 jaudas dēļ. Kad degviela ir beigusies, ūdeņradis MOB1 tiek atdalīts un petroleja MOB2 pabeidz izlidošanas trajektorijas veidošanos. Turklāt MOB2 nodrošina trajektorijas korekciju lidojumā uz Mēnesi un lietderīgās kravas pārvietošanu uz apkārtmēra orbītu. Projekts FKP-2025 paredz darbu pie norādītajiem līdzekļiem.
Protams, vairāku palaišanas shēma ir diezgan sarežģīta, tā prasa visaugstāko koordināciju: starta komandai vienlaikus jāstrādā pie diviem nesējraķetēm, piemēram, pulkstenim. Sākotnējie tehniskie un ekonomiskie novērtējumi liecina, ka Mēness pilotējamās programmas sākuma stadijā daudzfunkcionāla nesējraķetes izmantošana ar 35 tonnu klases kravnesību, nevis specializētu īpaši smagu 80 tonnu nesējraķeti, ļaus samazināt finansiālās izmaksas vairāk nekā par kārtību, un ietaupītos resursus var izmantot kosmosa kuģu iekšzemes orbitālās grupas attīstības interesēs.
Runājot par cietā propelenta pastiprinātāju (TTU) izmantošanu nesējraķetes sastāvā, šeit jāatzīmē, ka cietā kurināmā raķešu dzinējiem (cietā propelenta raķešu dzinējiem), salīdzinot ar šķidro propelentu raķešu dzinējiem, ir ne tikai priekšrocības, bet arī trūkumi - īpašs vilces impulss, kas samazināts par ~ 10–30 procentiem, sliktākā konstrukcijas svara pilnība, degvielas uzpildes un aprīkojuma ugunsgrēka un eksplozijas risks, darbības laika ierobežojums, vilces kontrole, temperatūras apstākļi palaišanas laikā, sadegšanas produktu kaitīgā ietekme uz vidi. Turklāt jāņem vērā par 30–40 procentiem augstākas nesējraķetes ar cietā propelenta raķešu dzinējiem izmaksas salīdzinājumā ar nesējraķeti ar šķidro propelentu raķešu dzinējiem un nepieciešamība ieguldīt ievērojamus līdzekļus ražošanas, tehnoloģisko un testēšanas iekārtas lielu cietā propelenta raķešu dzinēju radīšanai.
Lielu cietā propelenta raķešu dzinēju izmantošana nesējraķetes sastāvā ir vairākkārt apsvērta vietējos projektos, taču, ņemot vērā iepriekš minētos faktorus, pamatojoties uz alternatīvu salīdzinājumu, izvēle vienmēr tika veikta par labu šķidro propelentu dzinējiem. Krievija ir līdere kruīza raķešu dzinēju izstrādē un ražošanā, kurus iegādājas klienti, arī ASV. Projektā FKP-2025 plānots arī izmēģināt tehnoloģiju, kā izveidot cieto degvielu, kuras vilces spēks ir aptuveni 100 tonnas. Pamatojoties uz detalizētas analīzes rezultātiem, tiks noteikta iespēja izmantot cietā propelenta raķešu motorus daudzsološās nesējraķetēs, piemēram, tajā pašā "Fīniksā".
Noslēgumā: ir skaidrs, ka FKP-2025 projektu var turpināt pilnveidot, tomēr nesējraķešu attīstības ziņā šis dokuments ir diezgan līdzsvarots, tas atspoguļo reālo situāciju un nosaka attīstības perspektīvas. šī nozares nozare līdz 2025. gadam, ņemot vērā noteiktās kosmosa darbību prioritātes un iespējas valstij tās finansēšanai.
