Valtio ei tarvitse yhtä erittäin voimakasta kantorakettia, vaan SV-laivastoa
Kuten tiedätte, Venäjän federaation presidentti Vladimir Putin hyväksyi pääasiakirjan, jossa määritellään valtion edut, Venäjän päätavoitteet, painopisteet ja tehtävät ulkoavaruuden tutkimuksen, etsinnän ja käytön alalla. "Venäjän federaation valtionpolitiikan perusteet avaruustoiminnan alalla vuoteen 2030 ja sen jälkeen".
Tämän asiakirjan mukaisesti tärkeimpinä painopisteinä on taata Venäjän taattu pääsy avaruuteen alueeltaan kehittämällä ja käyttämällä avaruusteknologiaa, teknologioita, töitä ja palveluja sosioekonomisen alan ja maan puolustuksen hyväksi. valtion turvallisuutena; avaruusresurssien luominen tieteen edun mukaisesti; miehitettyjen lentojen toteuttamiseen liittyvät toimet, mukaan lukien tieteellisen ja teknisen perustan luominen planeettoille ja muille aurinkokunnan elimille suunnattujen miehitettyjen lentojen toteuttamiseen kansainvälisen yhteistyön puitteissa.
Näiden tavoitteiden toteuttaminen varmistetaan käyttämällä ja kehittämällä olemassa olevaa tieteellistä, teknistä ja tuotantopotentiaalia lupaavien kantorakettien, interorbitaalisten hinaajien, automaattisten avaruusalusten (SC), uuden sukupolven miehitettyjen avaruusalusten, infrastruktuurielementtien luomiseksi toimintaa syvässä avaruudessa ja läpimurtoteknologioita. kohdeongelmien ja tuotantoteknologioiden ratkaisemiseksi.
Tuloksena on Venäjän aseman säilyttäminen yhtenä johtavista avaruusvalloista, vahvistus omavaraisuudesta tukea omaa avaruusaktiviteettiaan kaikilla tehtävillä, jotka edellyttävät taloudellisesti tehokkaaseen perustuvan avaruusaluksen kiertoradan luomista Venäjän kantorakettien laivasto.
Tarve säilyttää vakaa asema ja kilpailukyky laukaisupalvelumarkkinoilla kannustaa parantamaan ilma -alusten teknisiä ja taloudellisia indikaattoreita ensisijaisesti niiden energiavalmiuksien lisäämiseksi.
Kaikki nämä tekijät ilmenivät selvimmin esimerkissä Venäjän kosmonautian taloudellisesti menestyneimmästä tuotteesta - raskaan luokan kantoraketista "Proton". GKNPT -koneiden im. MV Khrunichev selviytyä 90 -luvulla ja "nolla" ja ylläpitää teollista yhteistyötä, joka varmistaa Venäjän avaruusalusten kiertorata -ryhmän ylläpidon ja osallistumisen kansainvälisiin hankkeisiin.
Hyötykuorma kilpailuasteikolla
Jotta voidaan määrittää, mitä SV: tä kehitetään FKP-2025: ssä, on ymmärrettävä, että kantoraketin energiakyvyt määräytyvät työradalle lasketun hyötykuorman massan perusteella. Usein, vaikkakaan ei täysin oikein, LV -energiaa arvioitaessa käytetään matalaa maapallon kiertorataa, jonka korkeus on 200 kilometriä ja jonka kaltevuus on yhtä suuri kuin laukaisupisteen leveysaste. Avaruusaluksen käyttöä varten tätä kiertorataa ei käytetä toimivana, koska ilmakehän hidastuessa avaruusaluksen olemassaoloaika sillä ei ylitä viikkoa. Avaruusalusten joukosta geostationaarisella kiertoradalla toimivien tietoliikenneala-alusten kallein ja resursseja kuluttava markkina.
Telealan avaruusalusten kaupallisissa laukaisuissa on kaksi ominaisuutta. Kaupallisten avaruusalusten massa kasvaa nopeammin kuin liittovaltion ohjelmien kautta käynnistetyt. Mutta kuten voit nähdä kaaviosta, jopa kaupallisten avaruusalusten massa ei ole kaukana rajoittamattomasta, ja niiden laukaisemiseen ei tarvita SLS-tyyppistä erittäin raskasta luokkaa LV (STK LV).
Myös kaupallisten lanseerausten ballistisessa suunnittelussa on eroja. Niin tapahtui, että ulkomaisia avaruusaluksia, toisin kuin kotimaisia, ei aseteta heti geostationaariselle kiertoradalle, vaan korkean apogeen väliseen "tavanomaiseen geosiirtoradalle". Avaruusalus, joka on erotettu sen LV: stä, noin viiden tunnin ballistisen tauon jälkeen kiertoradan apogeeilla, oman työntövoimajärjestelmänsä avulla, kehittää impulssin, joka varmistaa geostationaarisen kiertoradan muodostumisen. Kun otetaan huomioon polttoaineenkulutus, geosynkronisen välitason siirtorataan laukaistavan hyötykuorman massan tulisi olla noin 1,6 kertaa suurempi kuin työradalla eli geostationaarisella.
Mutta palataanpa Protoniin - vain tarve ylläpitää kilpailukykyä laukaisupalvelumarkkinoilla on tullut syy suorittaa neljä modernisointivaihetta Proton LV: n kaupallisista lanseerauksista saatavien varojen kustannuksella - Proton -K: n alkuperäisestä versiosta Proton-M: ään ja uuden Ylemmän vaiheen (RB) Briz-M kantoraketin kehittämiseen, mikä mahdollisti geostationaariselle kiertoradalle toimitetun hyötykuorman massan nostamisen 2, 6 tonnista 3,5 tonniin ja geostationaariseen siirtorata - 4,5-6, 3 tonnia. Mutta riippumatta siitä, kuinka hyvä kantaja Proton on, sen laukaisuja ei tehdä Venäjän alueelta. On myös ongelmia polttoaineen toimittamisessa Protonille, joka on erittäin myrkyllinen heptyyli, jota käytetään sotilasohjuksissa ja joka kuuluu ensimmäisen, korkeimman vaaraluokan aineisiin.
Maan johto on asettanut alan tehtäväksi varmistaa taattu pääsy avaruuteen sen alueelta - avaruusalusten laukaisut olisi suoritettava Venäjällä kehitetyillä ja valmistetuilla raketeilla. Lisäksi on tarpeen parantaa laukaisujen ympäristöturvallisuutta poistamalla myrkyllisen polttoaineen käyttö.
Nämä tehtävät olisi ratkaistava raskaan luokan kantoraketin "Angara" luomisen ohjelmalla, joka varmistaa tietoliikenne- ja meteorologisten avaruusalusten ja avaruusalusten taatun laukaisun geostaationaariselle kiertoradalle ja varmistaa valtion puolustuksen ja turvallisuuden.
Valitettavasti kantoraketti "Angara" luotiin melko pitkään. Venäjän federaation hallituksen asetus raskaan luokan avaruusrakettikompleksin (SRS) hankkeen kehittämisestä hyväksyttiin 22 vuotta ennen LV: n ensimmäistä laukaisua pidetyn kilpailun tulosten perusteella. Ohjelman todellinen rahoitus alkoi vuoden 2005 jälkeen. Sen avulla voitiin suorittaa kaksi onnistunutta testikäynnistystä vuonna 2014 ja ajoittaa LV -lanseeraukset tavoitehyötykuormilla vuodesta 2016. Kun Plesetskin kosmodromi käynnistetään, Angara-A5-kantoraketin energiaominaisuudet, joissa on kryogeeninen RB KVTK, varmistavat 4,5 tonnin hyötykuorman laukaisemisen geostaationaariselle kiertoradalle ja 7,5 tonnin standardille geostationaariselle kiertoradalle (Briziä käytettäessä) -M RB - 2, 9 ja 5, 4 tonnia, vastaavasti).
Kun Angara-avaruusalus lähetetään Vostochnyn kosmodromille, KBTK: n happi-vety-RB-kantoraketin Angara-A5: n energiaominaisuudet varmistavat jopa viiden tonnin painoisen hyötykuorman laukaisemisen geostaatioradalle. kahdeksan tonnia geostationaariselle kiertoradalle. Tämä energiavarasto riittää lähitulevaisuudessa avaruusalusten laukaisemiseen liittovaltion ohjelmien puitteissa, mutta se ei salli kilpailemista ylemmän hintaluokan avaruusalusten laukaisemisesta uusien ulkomaisten raskaiden kantorakettien kanssa, joilla on lisääntynyt hyötykuorma-Delta-IVH, Ariane-5ECA ja Atlas -5. Erityisesti 500-sarjan Atlas-5-kantoraketti laukaisee jopa 8,7 tonnin maantieteelliseen siirtorataan ja tehokkain kantoraketti, jota käytettiin Yhdysvaltain puolustusministeriön avaruusaluksen (Delta-IVH) laukaisussa. mahdollistaa jopa 13 massan hyötykuorman lähettämisen maantieteelliseen siirtorataan. 1 tonni.
Tutkittuaan perusteellisesti maa -ajoneuvojen energiavalmiuksia koskevia prioriteetteja ja vaatimuksia sekä avaruuspalvelujen markkinatilannetta, Roskosmosin STC päätti, että avaruuden ongelmien ratkaisemiseksi, mukaan lukien lupaavien avaruusalusten laukaiseminen vähintään seitsemän tonnin massa geostationaariselle kiertoradalle ja 12 tonnin geostationaariselle kiertoradalle, kantoraketti, joka pystyy asettamaan vähintään 35 tonnia hyötykuormaa matalan maan kiertoradalle.
Tällainen kantoraketti-"Angara-A5V" voidaan luoda korvaamalla "Angara-A5" kantorakettin happi-kerosiini kolmas vaihe uuden mallin happi-vetyvaiheella. Kantoraketti "Angara-A5V" on maksimaalisesti yhdistetty luotuun kantorakettiin "Angara-A5", myös maa-avaruusinfrastruktuurin osalta. Energiaominaisuuksiltaan kantoraketti Angara-A5V vastaa tällä hetkellä kehitettyjä ulkomaisia kantoraketteja, joiden hyötykuorma on suurempi, kuten Ariane-6 (Eurooppa), Vulcan (USA), CZ-5 (Kiina) ja N-3 (Japani)) ja tarjoaa lähitulevaisuudessa venäläisten raskaiden avaruusajoneuvojen kilpailukyvyn avaruuspalvelujen maailmanmarkkinoilla.
Raskaat kantorakettimme "Proton-M" ja "Angara-A5", joissa on nestemäistä polttoainetta käyttävät rakettimoottorit (LPRE), ovat verrannollisia ulkomaisiin kantoraketteihin sekä työntövoiman ja painon suhteen että hyötykuormamassoilla, jotka on laskettu määrätyille kiertoradille.
Kaasulla tai ilman kaasua
Tällä hetkellä kotimaisten SV-laitteiden laivasto koostuu Rokot-kevyen luokan kantoraketista, Soyuz-keskiluokan kantoraketista, jossa on Fregat-ohjuskantoraketti, ja Proton-raskaan luokan kantoraketista, jossa on DM- ja Briz-M-ohjusheittimet.
Lähitulevaisuudessa "heptyyli" kantoraketit "Rokot" ja "Proton" korvaavat "Angara" -perheen ympäristöystävälliset kantoraketit. Samanaikaisesti on tarkoitus parantaa Angara-A5-sarjan kantoraketin tekniikkaa ja alentaa sen kustannuksia. Suunnitelmissa on myös korvata "heptyyli" RB "Fregat" pienikokoisella RB "ML": llä ympäristöystävällisten komponenttien avulla. On myös tarkoitus korvata Soyuz-kantoraketin kotimaisen rakettiveteraanin lupaava keskiluokan kantoraketti, joka luodaan osana Phoenixin kehitystyötä. Sen kehittämisen aikana on tarkoitus ottaa käyttöön lupaavia tekniikoita, joilla varmistetaan toimintaominaisuuksien paraneminen, mukaan lukien nesteytetyn maakaasun (LNG) käyttö rakettien polttoaineena.
Avoin tila
Miksi LNG on mielenkiintoinen? Suurin etu on perustavanlaatuinen mahdollisuus alentaa kantoraketin propulsiojärjestelmän (PS) kustannuksia, koska moottorin polttokammion käyttöpaine laskee radikaalisti (250–260: sta 160–170 ilmakehään) (≈4%) void -spesifisen impulssin lisääntyminen. Jälkimmäisen parametrin lisääminen mahdollistaa LV -vaiheiden saavutetun energia- ja massaominaisuuksien tason säilyttämisen huolimatta siitä, että nesteytetyn maakaasun tiheys on puolet pienempi kuin kerosiini. Nestekaasua käyttävien rakettimoottorien ominaisuus LNG: n polttoaineena on mahdollisuus kehittää talteenottomenetelmän moottori, joka on vähemmän altis hätätilanteiden nopealle räjähtävälle kehitykselle. Yleisesti ottaen alustavat tekniset ja taloudelliset arvioinnit osoittavat, että nesteytetyn maakaasun käyttövoimajärjestelmien kustannusten on odotettavissa laskevan noin 1,5 kertaa verrattuna nykyisiin korkeapaineisiin kerosiinimoottoripohjaisiin moottoreihin perustuviin käyttövoimajärjestelmiin, mikä lisää kotimaisten yritysten kilpailukykyä kantoraketit.
Arvioitaessa kokemusta erittäin raskaan kantoraketin luomisesta on huomattava, että Energia - Buran on epäilemättä kotimaisen rakettitekniikan apogee, erinomainen ohjelma organisaation, resurssien keskittämisen, saavutusten ja uusien rakenteiden ja lämmön kehittämisen kannalta -suojamateriaalit, hallitsevat tekniikat tehokkaiden kerosiini- ja vetymoottoreiden luomiseksi, suurten nestemäisen vedyn määrien tuotanto ja kuljetus, hypersonic -aerodynamiikka jne. Koko maa työskenteli sen puolesta, mutta valtiolla ei ollut keinoja, voimia ja tavoitteita tämä avaruusjärjestelmä kiertoradalla. Samaan aikaan yli kymmenen vuoden aikana "Energia" - "Buran" -kompleksin luomisen parissa käytettiin yli kolmannes avaruustoimintaan myönnetyistä varoista, mikä vaikutti sen muiden alueiden täytäntöönpanon tehokkuuteen.
Tänä aikana Euroopan avaruusjärjestö (ESA) kehitti ja aloitti Ariane-4-keskiluokan LV: n lanseeraamisen. Arianspace-yhtiö käytti tätä rakettia yli puolet kaupallisista laukaisuista geotransfer-kiertoradalle ja ansainnut rahaa loi raskaan luokan kantoraketin Ariane-5, joka edelleen varmistaa ESA: n avaruusohjelmien toteuttamisen ja omistaa yli 40 prosenttia lanseerauspalvelujen maailmanmarkkinoilla.
Sanomalehti "VPK" (nro 27) kirjoitti: "… Pentagonin pitäisi tuntea syvää tyydytystä, katsomassa, kuinka Venäjä viedään yhä kauemmaksi nykyaikaisten superraskaiden kantorakettien luomisesta", mutta arvioita osoittavat, että kaikki sotilaalliset tehtävät Pentagon aikoo ratkaista lähitulevaisuudessa käyttämällä Delta IVH- ja Atlas-5-tyyppisiä raskaita kantorakettia eikä planeettojenvälisiä lentoja varten luotua kantorakettia SLS. On väärin verrata 25 tonnin kantoraketin Angara-A5 ja 130 tonnin SLS-kantoraketin energiaominaisuuksia-se on kuin sanoisi: "130 tonnin kippiauto on viileämpi kuin KamAZ, eikä Gazelle ole kone kaikki." Ei ollenkaan: mitä tahansa ajoneuvoa - autoa tai rakettia, jotta se olisi tehokas, on käytettävä lähellä sen energiakyvyn ylärajaa. Jos kantoraketti ajetaan tyhjäksi, hyötykuorman laukaisun yksikkökustannukset nousevat, ja tämä on yksi kantoraketin tehokkuuden pääindikaattoreista. Siksi valtio ei tarvitse yhtä erittäin tehokasta kantorakettia, vaan optimaalisesti tasapainoisen SV: n, joka sisältää erilaisia hyötykuormia. Jos LV: lle ei ole tällaisia hyötykuormia, se on vaarassa jakaa Energian kohtalon. On muuten merkittävää, että NASA ja Yhdysvaltain puolustusministeriö lähettivät kaksi Saturn-5-rakettia tehtävänsä lopussa kuuhun museoon löytämättä hyötykuormaa.
Kysymys STK -kantoraketin kohdennetusta käytöstä käsiteltiin Roskosmosin STC: ssä - he tulivat siihen tulokseen, että 50–70 tonnin painoisia monorahtia ei tarvitse käynnistää ennen vuotta 2030–2035. Toistamme, että Venäjän avaruusalan painopisteet on määritelty "Valtion politiikan perusteet avaruustoiminnan alalla …" Ensisijaiset tehtävät ovat avaruusalusten kiertoradaryhmien kehittäminen tieteellisiin, sosioekonomisiin ja kaksoistarkoituksiin. Tästä syystä Roskosmos NTS päätti superkkaan raskaan kantoraketin kehittämistä varten vuoteen 2025 saakka rajoittua tieteellisen ja teknisen perustan luomiseen ja lupaavien teknologioiden kehittämiseen.
On myönnettävä, että nyt Venäjän avaruusalusten orbitaaliryhmän tila ei ole lievästi sanottuna vaurain. Erityisesti maapallon kaukokartoituksen (ERS) avaruusalukset koostuvat vain seitsemästä avaruusaluksesta ja täyttävät kotimaisten kuluttajien tarpeet 20-30 prosentin tasolla, kun taas Yhdysvaltojen, Euroopan maiden ja Kiinan ERS-tähtikuvioita 35 avaruusalusta, joka tarjoaa maapallon maailmanlaajuisen ohjauspinnan, myös tutka -alueella. Jopa Intiassa ERS -satelliittikuvio sisältää 17 satelliittia. Tähän FKP-2025-varojen pitäisi mennä ennen kaikkea-kehitettäessä viestintäavaruuksia, navigointia, kaukokartoitusta, meteorologiaa, mukaan lukien avaruusalukset, joilla on korkea sääolosuhteet, mikä on erityisen tärkeää Siperian, Kauko-Pohjan, arktisella alueella ja Kaukoidässä.
Kuten ballistiset laskelmat osoittavat, Angara-A5V LV: n optimoitu versio, jossa on päivitetty kryogeeninen RB KBTK-V, kun se käynnistetään Vostochnyn kosmodromilta, tarjoaa hyötykuorman, joka painaa jopa 11, 9 tonnia geostationaariseen siirtorataan ja jopa 7, 2 tonnia geostationaariselle kiertoradalle ja myös mahdollisuus toteuttaa miehitetty kuun ohjelma alkuvaiheessa käyttäen nelivetoista järjestelmää (ks. Kuva): kaksi LV-paria, joka tarjoaa erillisen toimituksen kuun kiertoradalle kuun laskeutumis- ja lentoonlähtökompleksi (LPVK) ja miehitetty kuljetusajoneuvo (PTK), joissa on telakka Kuun keinotekoisella satelliitilla (OISL), ja sitä seuraava LPVK: n laskeutuminen miehistön kanssa Kuun pinnalle.
Tyypillinen parin laukaisu sisältää hyötykuorman laskemisen ballistiseen liikerataan osana PTC: tä tai LPVK: ta ja pienen interorbitaalisen hapen ja kerosiinin hinaajan (MOB2), joka on luotu "DM" hinaajan (MOB1) pohjalta. RB KVTK: n varauksen perusteella. MOB1, jonka laukaisupaino on yli 38 tonnia, lanseerataan järjestelmän mukaisesti ja lisäkäynnistys Angara-A5V LV: n toisella lanseerauksella. Matalan maan kiertoradalle telakoinnin ja vaiheittaisen kokoonpanon jälkeen koottu kuun interorbitaalinen avaruusalus asetetaan ensin erittäin elliptiselle kiertoradalle MOB1: n voiman vuoksi. Polttoaineen loppumisen jälkeen vety MOB1 erotetaan ja kerosiini MOB2 viimeistelee lähtöradan. Lisäksi MOB2 tarjoaa liikeradan korjauksen lennolla Kuuhun ja hyötykuorman siirtämisen kehän ympäri. FKP-2025-hanke sisältää työtä ilmoitetuilla varoilla.
Tietysti monikäynnistysjärjestelmä on melko monimutkainen, se vaatii korkeinta koordinointia: aloitusryhmän on työskenneltävä samanaikaisesti kahdella kantoraketilla, kuten kello. Alustavat tekniset ja taloudelliset arvioinnit osoittavat, että kuun miehitetyn ohjelman alkuvaiheessa 35-tonnisen luokan monikäyttöisen kantoraketin käyttö erikoistuneen erittäin painavan 80 tonnin kantoraketin sijasta mahdollistaa taloudellisia kustannuksia yli suuruusluokkaa, ja säästetyt resurssit voidaan käyttää kotimaan avaruusalusten kiertoradan ryhmittymän kehittämiseen, sosioekonomiseen, tieteelliseen ja kaksikäyttöiseen käyttöön.
Mitä tulee kiinteän polttoaineen tehostimien (TTU) käyttöön osana kantorakettia, on huomattava, että kiinteän polttoaineen rakettimoottoreilla (kiinteiden polttoaineiden rakettimoottorit) verrattuna nestemäistä polttoainetta käyttäviin rakettimoottoreihin ei ole vain etuja, vaan myös haitat - erityinen työntövoima pienenee ~ 10–30 prosenttia, pahin suunnittelun täydellisyys, tuotannon ja laitteiden palo- ja räjähdysvaara polttoainelatauksessa, käyttöajan rajoittaminen, luistonesto, lämpötilaolot käynnistyksen yhteydessä, palamistuotteiden haitalliset vaikutukset ympäristöön. Lisäksi on otettava huomioon 30–40 prosenttia kalliimpien polttoainerakettimoottorien kantoraketin kustannukset verrattuna nestemäistä polttoainetta käyttävien rakettimoottorien kantorakettiin ja tarve investoida huomattavia varoja tuotannon, teknologian kehittämiseen ja testauslaitokset suurten kiinteiden ponneaineiden rakettimoottoreiden luomiseksi.
Suurten kiinteiden ponneaineiden rakettimoottorien käyttöä osana kantorakettia on harkittu toistuvasti kotimaisissa projekteissa, mutta edellä mainitut tekijät huomioon ottaen vaihtoehtojen vertailun perusteella valinta tehtiin poikkeuksetta nestemäisten polttoaineiden moottoreiden hyväksi. Venäjä on johtava risteilyrakettimoottoreiden kehittämisessä ja tuotannossa, joita asiakkaat ostavat, myös Yhdysvalloista. FKP-2025-hankkeessa on myös tarkoitus testata tekniikkaa, jolla luodaan noin 100 tonnin työntövoimainen kiinteä ponneaine. Mahdollisuus käyttää kiinteän polttoaineen rakettimoottoreita lupaavissa kantoraketteissa, esimerkiksi samassa "Phoenixissa", määritetään myöhemmin yksityiskohtaisen analyysin tulosten perusteella.
Yhteenvetona: on selvää, että FKP-2025-hanketta voidaan edelleen parantaa, mutta kantorakettien kehityksen kannalta tämä asiakirja on varsin tasapainoinen, se heijastaa todellista tilannetta ja määrittää kehitysnäkymät tämän teollisuudenalan vuoteen 2025 asti, ottaen huomioon avaruustoiminnan vahvistetut painopisteet ja valtion mahdollisuudet rahoitukseen.
