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 korištenja svemira odobrio je predsjednik Ruske Federacije Vladimir Putin u travnju 2013. godine. "Osnove državne politike Ruske Federacije u području svemirskih aktivnosti za razdoblje do 2030. godine i dalje".
U skladu s ovim dokumentom, glavni prioriteti su osigurati Rusiji zajamčeni pristup svemiru sa svog teritorija uz razvoj i korištenje svemirske tehnologije, tehnologija, radova i usluga u interesu društveno-ekonomske sfere i obrane zemlje, kao i kao sigurnost države; stvaranje svemirske imovine u interesu znanosti; aktivnosti vezane za provedbu letova s ljudskom posadom, uključujući stvaranje znanstvene i tehničke osnove za provedbu letova s posadom na planete i druga tijela Sunčevog sustava u okviru međunarodne suradnje.
Provedba ovih ciljeva osigurana je korištenjem i razvojem postojećih znanstvenih, tehničkih i proizvodnih potencijala za stvaranje perspektivnih lansirnih vozila, međuorbitalnih tegljača, ciljnih i uslužnih sustava automatskih svemirskih letjelica (SC), svemirskih letjelica nove generacije, 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 podupiranju vlastitih svemirskih aktivnosti u čitavom spektru zadataka koji zahtijevaju stvaranje orbitalne konstelacije svemirskih letjelica na temelju ekonomski učinkovite flota ruskih lansirnih vozila.
Potreba za održavanjem stabilnog položaja i konkurentnosti na tržištu usluga lansiranja poticaj je za poboljšanje tehničkih i ekonomskih pokazatelja zrakoplova, prvenstveno za povećanje njihovih energetskih sposobnosti.
Svi ti čimbenici najjasnije su se očitovali na primjeru ekonomski najuspješnijeg proizvoda ruske kozmonautike - lansirnog vozila teške klase "Proton". Upravo je lansiranje rakete Proton na međunarodno tržište lansirnih usluga i njezina stalna modernizacija omogućila GKNPT -u im. MV Khrunichev kako bi preživio 90 -ih i "nula" i održao industrijsku suradnju, osiguravajući održavanje ruske orbitalne skupine letjelica i sudjelovanje u međunarodnim projektima.
Korisni teret na vagama natjecanja
Kako bi se odredilo koji će se SV razvijati u FKP-2025, mora se shvatiti da su energetske mogućnosti lansirne letvice određene masom korisnog tereta lansiranog u radnu orbitu. Često se, iako nije potpuno točno, pri procjeni energije niskog napona koristi niska zemljina orbita s nadmorskom visinom od 200 kilometara i nagibom jednakim zemljopisnoj širini točke lansiranja. Za rad letjelice ova se orbita ne koristi kao radna jer zbog usporavanja atmosfere vrijeme postojanja letjelice na njoj ne prelazi tjedan dana. Među raznim svemirskim letjelicama, najskuplje i resursno intenzivno tržište telekomunikacijskih letjelica koje rade u geostacionarnoj orbiti.
Postoje dvije značajke komercijalnih lansiranja telekomunikacijskih svemirskih letjelica. Masa komercijalnih svemirskih letjelica raste brže od onih lansiranih prema saveznim programima. No, kao što možete vidjeti na grafikonu, čak ni masa komercijalnih letjelica daleko je od neograničene i za njihovo lansiranje LV superteške klase (STK LV) tipa SLS uopće nije potrebno.
Također postoje 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 geo-transfernu orbitu". Svemirska letjelica, odvojena od LV -a na njoj, nakon balističke stanke od oko pet sati na apogeju orbite, uz pomoć vlastitog pogonskog sustava, izrađuje impuls koji osigurava stvaranje geostacionarne orbite. Uzimajući u obzir potrošnju goriva, masa korisnog tereta lansiranog u srednju geosinhronu prijenosnu 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 prijenosna orbita - od 4,5 do 6, 3 tone. No, koliko god bio dobar nosač Proton, njegova lansiranja ne vrše se s teritorija Rusije. Postoje i problemi s opskrbom gorivom za Proton, visoko otrovni heptil koji se koristi na vojnim raketama i pripada tvarima prve, najviše klase opasnosti.
Vodstvo zemlje postavilo je industriji zadaću osiguravanja zajamčenog pristupa svemiru sa svog teritorija - lansiranje svemirskih letjelica trebalo bi biti izvedeno raketama razvijenim i proizvedenim u Rusiji. Osim toga, potrebno je poboljšati ekološku sigurnost lansiranja uklanjanjem uporabe otrovnog goriva.
Ove bi zadatke trebao riješiti program za stvaranje lansirne rakete teške klase "Angara", koja će osigurati zajamčeno lansiranje telekomunikacijskih i meteoroloških letjelica i letjelica u geostacionarnu orbitu, osiguravajući obranu i sigurnost države.
Nažalost, lansirno vozilo "Angara" nastajalo je prilično dugo. Dekret Vlade Ruske Federacije o razvoju projekta svemirskog raketnog kompleksa (SRS) teške klase usvojen je na temelju rezultata natjecanja održanog 22 godine prije prvog lansiranja LV -a. Pravo financiranje programa započelo je nakon 2005. Omogućio je dva uspješna probna lansiranja u 2014. i zakazivanje lansiranja LV -a s ciljnim korisnim opterećenjem od 2016. godine. Kada se lansira s kozmodroma 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).
Kad se svemirska letjelica Angara postavi na kozmodrom Vostochny, energetske sposobnosti rakete-nosača 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 saveznim programima, ali ne dopušta natjecanje za lansiranje svemirskih letjelica višeg cjenovnog ranga s novim stranim lansirnim vozilima teške klase s povećanim korisnim opterećenjem-Delta-IVH, Ariane-5ECA i Atlas -5. Konkretno, lansirno vozilo Atlas-5 iz serije 500 lansira do 8,7 tona u orbitu za geo-prijenos, a najmoćnije od lansirnih vozila koje se koriste za lansiranje letjelice američkog Ministarstva obrane (Delta-IVH) omogućuje lansiranje korisnog tereta mase do 13 u geo-prijenosnu orbitu.1 tona.
Nakon opsežne analize prioriteta i zahtjeva za energetske sposobnosti kopnenih vozila, kao i stanja na tržištu svemirskih usluga, STC Roskosmosa utvrdio je da se za rješavanje problema u svemiru, uključujući lansiranje perspektivnih letjelica sa mase najmanje sedam tona u geostacionarnu orbitu i 12 tona u geostacionarnu orbitu, lansirno vozilo sposobno postaviti najmanje 35 tona korisnog tereta u orbitu s niskom zemljom.
Takvo lansirno vozilo-"Angara-A5V" može se stvoriti zamjenom kisika-kerozina trećeg stupnja lansirnog vozila "Angara-A5" stupnjem kisik-vodik novog dizajna. Lansirno vozilo "Angara-A5V" maksimalno je ujedinjeno s 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) te će u bliskoj budućnosti osigurati 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) razmjerna su stranim lansirnim vozilima i u omjeru potiska i mase i u nosivosti koja se lansira u određene orbite.
Plin ili bez plina
Trenutačno se flota domaćih SV-a sastoji od lansirnog vozila lake klase Rokot, nosača srednje klase Soyuz s lanserom raketa Fregat i lansirnog vozila teške klase Proton s raketnim bacačima DM i Briz-M.
U bliskoj budućnosti lansirna vozila "heptyl" "Rokot" i "Proton" zamijenit će ekološki prihvatljiva lansirna vozila obitelji "Angara". Istodobno se predviđa 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 zamijeniti veterana domaće rakete rakete-nosača Soyuz s obećavajućom raketom srednje klase, koja se stvara u sklopu razvojnih radova Phoenixa. Tijekom njegova razvoja planira se implementacija obećavajućih tehnologija koje osiguravaju povećanje operativnih karakteristika, uključujući uporabu ukapljenog prirodnog plina (LNG) kao raketnog goriva.
Otvoreni prostor
Zašto je LNG zanimljiv? Glavna prednost je temeljna mogućnost smanjenja troškova pogonskog sustava (PS) lansirnog vozila zbog radikalnog smanjenja radnog tlaka u komori za izgaranje motora (s 250-260 na 160-170 atmosfera) (≈4%) povećanje specifičnog impulsa praznine. Povećanje posljednjeg parametra omogućuje održavanje postignute razine energetskih i masenih karakteristika stupnjeva NN, unatoč 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 sustava za LNG za oko 1,5 puta u usporedbi s pogonskim sustavima temeljenim na postojećim visokotlačnim raketnim motorima na petrolej, što će povećati konkurentnost domaćih lansirna vozila.
Ocjenjujući iskustvo stvaranja superteške lansirne rakete, valja napomenuti da je Energia - Buran nesumnjivo apogej domaće raketne tehnologije, izvanredan program u smislu organizacije, koncentracije resursa, postignuća u razvoju novih strukturnih i toplinskih -zaštitni materijali, ovladavanje tehnologijama za stvaranje moćnih motora na kerozin i vodik, proizvodnju i transport velikih količina tekućeg vodika, hipersoničnu aerodinamiku itd. Cijela je zemlja radila za to, ali država nije imala sredstava, snaga i ciljeva za razmještanje ovaj svemirski sustav u orbiti. Istodobno, tijekom 10 godina rada na stvaranju kompleksa "Energia" - "Buran" potrošeno je više od trećine sredstava dodijeljenih za svemirske aktivnosti, što je utjecalo na učinkovitost provedbe ostalih njegovih područja.
Tijekom tog razdoblja, Europska svemirska agencija (ESA) razvila je i počela lansirati niskonaponske lampe Ariane-4 srednje klase. Tvrtka Arianspace s ovom raketom zauzela je više od polovice tržišta za komercijalna lansiranja u geotransfernu orbitu te je, 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) napisale su: "… Pentagon bi trebao osjetiti osjećaj dubokog zadovoljstva, promatrajući 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. Netočno je uspoređivati energetske mogućnosti rakete-nosača 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 stroj na svi." 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, jedinični trošak lansiranja korisnog tereta raste, a to je jedan od glavnih pokazatelja učinkovitosti lansirnog vozila. Stoga državi nije potrebno jedno supermoćno lansirno vozilo, već optimalno uravnotežena flota SV-a različitih nosivosti za određene nosivosti. Ako za LV nema takvih korisnih tereta, riskira dijeliti sudbinu Energije. Usput, značajno je da su dvije rakete Saturn-5 na kraju misije na Mjesec poslale NASA-a i američko ministarstvo obrane u muzej, a da za njih nisu pronašli teret.
Pitanje ciljane uporabe lansirnog vozila 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 skupina svemirskih letjelica u znanstvene, društveno-ekonomske i dvostruke svrhe. Zato se, u smjeru razvoja superteške lansirne rakete, Roskosmos NTS odlučio do 2025. ograničiti na stvaranje znanstvene i tehničke osnove i razvoj obećavajućih tehnologija.
Mora se priznati da sada stanje ruske orbitalne skupine svemirskih letjelica, blago rečeno, nije najprosperitetnije. Konkretno, sazviježđe svemirskih letjelica ERS na Zemlji sastoji se od samo sedam letjelica i zadovoljava potrebe domaćih potrošača na razini od 20-30 posto, dok se konstelacije ERS-a SAD-a, europskih zemalja i Kine sastoje od više od 7 svemirskih letjelica. Po 35 svemirskih letjelica, koje pružaju globalnu kontrolnu površinu Zemlje, uključujući i radarski raspon. Čak i u Indiji, konstelacija satelita ERS 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 razlučivošću po svim vremenskim uvjetima, što je posebno važno za Sibir, krajnji sjever, Arktiku i Dalekom istoku.
Kao što pokazuju balistički proračuni, optimizirana verzija Angara-A5V LV s nadograđenim kriogenim RB KBTK-V, kada je lansirana s kozmodroma Vostochny, omogućit će korisni teret težine do 11,9 tona u geostacionarnoj prijenosnoj orbiti i do 7, 2 tone u geostacionarnu orbitu, a također i mogućnost provedbe početne faze Mjesečevog programa s ljudskom posadom pomoću sheme s četiri lansiranja (vidi sliku): dva uparena lansiranja LV-a, koji pružaju zasebnu isporuku u mjesečevu orbitu Mjesečev kompleks slijetanja i polijetanja (LPVK) i transportno vozilo s posadom (PTK) sa svojim pristajanjem u orbiti umjetni satelit Mjeseca (OISL) i kasnije slijetanje LPVK-a s 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 osnova pričuve 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 orbiti s niskom zemljom i faziranja, sastavljena Mjesečeva međuorbitalna letjelica prvo se stavlja u visoko eliptičnu orbitu zbog snage MOB1. Nakon što je ponestalo 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. Projekt FKP-2025 predviđa rad na naznačenim sredstvima.
Naravno, shema više lansiranja prilično je komplicirana, zahtijeva najveću koordinaciju: startni tim mora istodobno raditi na dva lansera, poput sata. Preliminarne tehničke i ekonomske procjene pokazuju da će uporaba u početnoj fazi programa za posadu na Mjesecu višenamjenske rakete-nosača povećanog korisnog tereta klase 35 tona umjesto specijalizirane superteške lansera nosivosti 80 tona omogućiti smanjenje financijski troškovi više od reda veličine, a ušteđena sredstva mogu se koristiti u interesu razvoja domaće orbitalne skupine svemirskih letjelica.društveno-ekonomska, znanstvena i dvostruke namjene.
Što se tiče uporabe pojačivača na kruta goriva (TTU) kao dijela lansirnog vozila, ovdje treba napomenuti da raketni motori na kruta goriva (raketni motori na kruta goriva), u usporedbi s raketnim motorima s tekućim pogonom, nemaju samo prednosti, već i nedostaci - određeni impuls potiska smanjen za ~ 10–30 posto, najgora težina savršenstva, opasnost od požara i eksplozije proizvodnje i opreme za punjenje goriva, ograničenje vremena rada, kontrola proklizavanja, temperaturni uvjeti pri pokretanju, štetni učinci produkata izgaranja na okoliš. Osim toga, potrebno je uzeti u obzir 30-40 posto veće troškove lansirnog vozila s raketnim motorima na čvrsto gorivo u usporedbi s lansirnim vozilom s raketnim motorima na tekuće gorivo te potrebu ulaganja značajnih sredstava u razvoj proizvodnje, tehnologije i postrojenja za ispitivanje stvaranja velikih raketnih motora na čvrsto gorivo.
Korištenje velikih raketnih motora na kruto gorivo kao dijela lansirnog vozila više puta se razmatralo u domaćim projektima, ali uzimajući u obzir gore navedene čimbenike, na temelju usporedbe alternativa, uvijek je odabran motor u tekućem pogonu. Rusija je lider u razvoju i proizvodnji raketnih motora za krstarenje, koje kupuju kupci, uključujući i one iz Sjedinjenih Država. U projektu FKP-2025 također se planira testirati tehnologija za stvaranje lansirnog krutog pogonskog sredstva s potiskom od oko 100 tona. Izvodljivost uporabe raketnih motora na kruta goriva u obećavajućim lansirnim vozilima, na primjer, u istom "Phoenixu", bit će utvrđena kasnije, na temelju rezultata detaljne analize.
Zaključno: jasno je da se projekt FKP-2025 može nastaviti poboljšavati, ipak, u smislu razvoja lansirnih vozila, ovaj je dokument 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.
