Tér a szabadban
Mint tudják, a fő dokumentum, amely meghatározza az állam érdekeit, Oroszország fő céljait, prioritásait és feladatait a világűr feltárása, feltárása és felhasználása terén, az Orosz Föderáció állampolitikájának alapjai. az űrtevékenységek területén a 2013-ig és az azt követő időszakra vonatkozóan”.
Ennek a dokumentumnak megfelelően a fő prioritások Oroszország garantált hozzáférésének biztosítása a területéről az űrtechnológia, technológiák, munkák és szolgáltatások fejlesztésével és használatával a társadalmi-gazdasági szféra és a honvédelem érdekében. mint állambiztonság; űrlétesítmények létrehozása a tudomány érdekében; az emberes repülések megvalósításával kapcsolatos tevékenységek, ideértve a nemzetközi együttműködés keretében a bolygókra és a Naprendszer egyéb testeire irányuló, emberes repülések megvalósítására szolgáló tudományos és műszaki tartalék létrehozását.
E célok megvalósítását a meglévő tudományos, műszaki és termelési lehetőségek felhasználása és fejlesztése biztosítja korszerű hordozórakéták, interorbitális vontatóhajók, automatikus űrhajók (SC) cél- és kiszolgáló rendszerei, új generációs emberes űrjárművek, infrastrukturális elemek létrehozásához. mélyűri tevékenységek és áttörést jelentő technológiák.célproblémák és termelési technológiák megoldására.
Ennek eredményeként megőrzi Oroszország vezető űrhatalmi státuszát, megerősíti az önellátást a saját űrtevékenységének biztosítására a feladatok teljes spektrumában, amelyek egy gazdaságilag hatékony flottán alapuló űrhajók orbitális konstellációjának létrehozását igénylik. orosz hordozórakéta (SV).
Az indítószolgáltatások piacán a stabil pozíció és versenyképesség megőrzésének igénye ösztönzőleg hat az SV műszaki-gazdasági mutatóinak javítására, elsősorban energetikai képességeik növelésére.
Mindezek a tényezők a legvilágosabban az orosz űrhajózás gazdaságilag legsikeresebb termékének, a Proton nehézosztályú hordozórakétának a példájában mutatkoztak meg. A Proton hordozórakéta belépése a kilövési szolgáltatások nemzetközi piacára és folyamatos korszerűsítése tette lehetővé a GKNPT-k im. M. V. Hrunicsev túlélni a 90-es években és a "nullában", és fenntartani az ipari együttműködést, biztosítva az űrhajók orosz orbitális konstellációjának fenntartását és a nemzetközi projektekben való részvételt.
Teherbírás a verseny mérlegén
Annak meghatározásához, hogy mely SV-ket kell kifejleszteni az FKP-2025-ben, meg kell érteni, hogy a hordozórakéta energiaképességét a munkapályára bocsátott hasznos teher tömege határozza meg. A hordozórakéta energiájának értékelésekor gyakran, bár nem teljesen helyesen, alacsony, 200 kilométeres magasságú földi pályát használnak, amelynek dőlése megegyezik a kiindulási pont szélességi fokával. Az űrszonda működéséhez ezt a pályát nem használjuk működő pályának, mert a légkör lassulása miatt az űreszköz rajta való fennállási ideje nem haladja meg az egy hetet. Az űrjárművek sokfélesége közül a legdrágább és legerőforrásigényesebb piac a geostacionárius pályán működő távközlési űrjárművek.
A távközlési űrhajók kereskedelmi indításának két jellemzője van. A kereskedelmi űrhajók tömege gyorsabban növekszik, mint a szövetségi programok keretében felbocsátottaké. De ahogy a grafikonon is látszik, még a kereskedelmi célú űrhajók tömege sem korlátlan, kilövésükhöz nincs szükség SLS típusú szupernehéz osztályú hordozórakétára (STK hordozórakétára).
Különbségek vannak a kereskedelmi kilövések ballisztikus rendszerében is. Történt ugyanis, hogy a külföldi űrhajókat a hazaiakkal ellentétben nem azonnal geostacionárius pályára, hanem egy közepesen magas apogeusú „standard geotranszfer pályára” bocsátják. A rajta lévő hordozórakétáról levált űrszonda a pálya csúcsán eltöltött mintegy ötórás ballisztikus szünet után saját meghajtórendszerével dolgozza ki a geostacionárius pálya kialakulását biztosító impulzust. Az üzemanyag-fogyasztást figyelembe véve a közbenső geotranszfer pályára indított hasznos teher tömegének körülbelül 1,6-szor nagyobbnak kell lennie, mint a munkapályán, azaz geostacionárius.
De térjünk vissza a Protonhoz – éppen a kilövési szolgáltatások piacán a versenyképesség fenntartásának szükségessége volt az oka annak, hogy a Proton hordozórakéta kereskedelmi forgalomba hozatalából származó források terhére – a Proton eredeti változatától – a modernizáció négy szakaszát végrehajtották. -K a Proton-M-hez és az új felsőfokozatú (RB) Briz-M Proton hordozórakéta fejlesztése, amely lehetővé tette a geostacionárius pályára bocsátott rakomány tömegének 2,6-ról 3,5 tonnára való növelését a geotranszferbe. kering 4,5-6,3, XNUMX tonna. De bármennyire is jó a Proton hordozó, kilövései nem Oroszország területéről készülnek. Problémák vannak a harci rakétákban használt rendkívül mérgező heptil, az első, legmagasabb veszélyességi osztályba sorolt heptil üzemanyag-ellátásával is.
Az ország vezetése azt a feladatot tűzte ki az ipar elé, hogy területéről garantált hozzáférést biztosítson az űrbe – az űrrepülőgépek indítását Oroszországban tervezett és gyártott rakétákkal kell végrehajtani. Ezen túlmenően javítani kell a kilövések környezetbiztonságát a mérgező üzemanyagok használatának megszüntetésével.
Ezeket a feladatokat kell megoldania az Angara nehézosztályú hordozórakéta létrehozásának programja, amely biztosítja a távközlési és meteorológiai űrjárművek, valamint az űrrepülőgépek garantált geostacionárius pályára bocsátását, biztosítva az állam védelmét és biztonságát.
Sajnos az Angara hordozórakétát meglehetősen hosszú ideig hozták létre. Az Orosz Föderáció kormányának a nehéz osztályú űrrakéta komplexum (SRC) projektjének kidolgozásáról szóló rendeletét a hordozórakéta első felbocsátása előtt 22 évvel megtartott verseny eredményei alapján fogadták el. A program valódi finanszírozása 2005 után kezdődött. Lehetővé tette 2014-ben két sikeres próbaindítást, 2016-tól pedig a célzott hasznos teherbírású hordozórakéták indításának tervezését. A Plesetsk kozmodromból történő kilövéskor a KVTK kriogén hordozórakétával ellátott Angara-A5 hordozórakéta energetikai képességei 4,5 tonnás hasznos teher geostacionárius pályára, 7,5 tonna normál geotranszfer pályára (a Breeze- használata esetén) M hordozórakéta - 2,9 és 5,4 tonna).
Az Angara űrrepülőgép Vosztocsnij kozmodrómban történő telepítése során az oxigén-hidrogén RB KVTK Angara-A5 hordozórakéta energetikai képességei biztosítják a legfeljebb 5 tonna súlyú rakomány geostacionárius pályára, illetve nyolc tonnáig terjedő geotranszferre bocsátását. pálya. Ez az energiatartalék a közeljövőben elegendő az űrhajók szövetségi programok keretében történő kilövésére, de nem teszi lehetővé a versenyt a felső árkategóriájú űrhajók felbocsátásáért új, megnövelt hasznos teherbírású külföldi nagy teherbírású hordozórakétákkal - Delta-IVH, Ariane-5ECA és Atlas-5. Különösen az 500. sorozathoz tartozó Atlas-8,7 hordozórakéta 13,1 tonnáig indít geotranszfer pályára, és az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának űrrepülőgépének (Delta-IVH) indításához használt legerősebb hordozórakéta biztosítja a legfeljebb XNUMX tömegű rakomány kilövését. XNUMX tonna geotranszfer pályára, XNUMX tonna.
Az SV energiaellátó képességeivel kapcsolatos prioritások és követelmények, valamint az űrszolgáltatási piac helyzetének átfogó elemzése után a Roscosmos NTS megállapította, hogy a világűr problémáinak megoldása érdekében, beleértve az ígéretes tömegű űrhajók felbocsátását. legalább hét tonnát geostacionárius pályára és 12 tonnát geotranzicionális pályára, legalább 35 tonna hasznos rakományt alacsony földi pályára szállítani képes hordozórakétára lesz szükség.
Ilyen hordozórakétát, az Angara-A5V-t úgy lehet létrehozni, hogy az Angara-A5 hordozórakéta oxigén-kerozin harmadik fokozatát egy új fejlesztésű oxigén-hidrogén fokozatra cserélik. Az Angara-A5V hordozórakéta maximálisan egységes a megalkotott Angara-A5 hordozórakétával, beleértve a földi űrinfrastruktúra-létesítményeket is. Energiaképességét tekintve az Angara-A5V hordozórakéta megfelel majd a jelenleg kifejlesztett, megnövelt teherbírású külföldi hordozórakétáknak, mint az Ariane-6 (Európa), a Vulcan (USA), CZ-5 (Kína) és H-3 (Japán). ), és rövid távon biztosítja az orosz nehézkategóriás SV-k versenyképességét az űrszolgáltatások világpiacán.
Folyékony hajtóanyagú rakétamotorokkal (LPRE) felszerelt nehéz Proton-M és Angara-A5 hordozórakétáink mind a tolóerő/tömeg arány, mind a meghatározott pályára bocsátott hasznos teher tömege tekintetében arányosak a külföldi hordozórakétákkal.
Gázzal vagy gáz nélkül
A hazai SV-k flottáját jelenleg a Rokot könnyű osztályú hordozórakéta, a Szojuz közepes osztályú hordozórakéta Fregat hordozórakétával, valamint a Proton nehézosztályú hordozórakéta DM és Breeze-M hordozórakétával alkotja.
A közeljövőben a "heptil" Rokot és Proton hordozórakéták váltják fel az Angara család környezetbarát hordozórakétáit. Ezzel egyidejűleg a sorozatos Angara-A5 hordozórakéták technológiájának fejlesztését és költségeinek csökkentését tervezik. A tervek szerint a „heptil” RB „Fregat” kisméretű RB „ML”-re cserélik környezetbarát alkatrészeken. A tervek szerint a hazai rakétatechnológia veteránjának számító Szojuz LV-t is lecserélik egy ígéretes középkategóriás LV-re, amely a Phoenix fejlesztési munkája keretében készült. Fejlesztése során ígéretes, az üzemi jellemzők növelését biztosító technológiák bevezetését tervezik, beleértve a cseppfolyósított földgáz (LNG) rakéta-üzemanyagként való felhasználását.
Tér a szabadban
Miért érdekes az LNG? A fő előny a hordozórakéta meghajtórendszerének (PS) költségeinek alapvető csökkentése a motor égésterében lévő üzemi nyomás radikális csökkenése miatt (250-260-ról 160-170 atmoszférára) enyhén. (≈4%) az üregspecifikus impulzus növekedése. Ez utóbbi paraméter növelése lehetővé teszi a hordozórakéta-fokozatok energia-tömeg-jellemzőinek elért szintjének fenntartását, annak ellenére, hogy az LNG sűrűsége kétszer kisebb a kerozinhoz képest. Az LNG-üzemű folyékony hajtóanyagú rakétahajtóművek sajátossága, hogy olyan helyreállítási rendszert lehet kifejleszteni, amely kevésbé hajlamos a vészhelyzetek átmeneti robbanásszerű fejlődésére. Általánosságban elmondható, hogy az előzetes megvalósíthatósági tanulmányok azt mutatják, hogy az LNG-n futó PS költségének mintegy másfélszeres csökkenésére lehet számítani a meglévő nagynyomású kerozin folyékony hajtóanyagú rakétamotorokon alapuló PS-hez képest, ami növeli a hazai hordozórakéták versenyképességét.
A szupernehéz hordozórakéta létrehozásának tapasztalatait értékelve meg kell jegyezni, hogy az Energia-Buran kétségtelenül a hazai rakétatechnika csúcspontja, kiemelkedő program a szervezettség, az erőforrások koncentrációja, az új szerkezeti és hőtechnikai fejlesztések terén elért eredmények. -árnyékoló anyagok, nagy teljesítményű kerozin- és hidrogénmotorok létrehozására szolgáló technológiák elsajátítása, nagy mennyiségű folyékony hidrogén előállítása és szállítása, hiperszonikus aerodinamika stb. Az egész ország dolgozott érte, de az államnak nem volt eszköze, erői és céljai pályára állítsa ezt az űrrendszert. Ugyanakkor az Energia-Buran komplexum létrehozásának több mint 10 éves munkája során az űrtevékenységekre elkülönített pénzeszközök több mint egyharmadát költötték el, ami befolyásolta a többi terület megvalósításának hatékonyságát.
Ebben az időszakban az Európai Űrügynökség (ESA) kifejlesztette és megkezdte az Ariane-4 közepes osztályú hordozórakéta kilövéseit. Ezzel a rakétával az Arianspace elfoglalta a geotranszfer pályára történő kereskedelmi kilövések piacának több mint felét, és pénzt keresve megalkotta az Ariane-5 nehézosztályú hordozórakétát, amely továbbra is biztosítja az ESA űrprogramjainak megvalósítását, és több mint 40 százalékát birtokolja. a globális indítási szolgáltatások piacán.
A "VPK" (27. sz.) újság ezt írta: "...a Pentagonnak mélységes elégedettséget kell éreznie, amikor azt nézi, hogy Oroszország egyre távolabb kerül a modern szupernehéz hordozórakéták létrehozásától", de becslései szerint megmutatják, hogy a belátható jövőben minden katonai feladatot a Pentagon a nagy teherbírású Delta IVH és az Atlas-5 hordozórakéták használata mellett dönt a bolygóközi küldetésekre épített SLS hordozórakéta helyett. Helytelen a 25 tonnás Angara-A5 osztályú hordozórakéta és a 130 tonnás SLS osztályú hordozórakéta energiaképességét összehasonlítani – ez olyan, mintha azt mondanánk: „A 130 tonnás billenőkocsi hidegebb, mint a KamAZ, a Gazelle pedig nem. egyáltalán autó." Egyáltalán nem: minden járművet – autót vagy rakétát – ahhoz, hogy hatékony legyen, energiaképességének felső határa közelében kell üzemeltetni. Ha üresen vezeti a hordozórakétát, megnő a rakomány fajlagos költsége, és ez az egyik fő mutatója a hordozórakéta hatékonyságának. Ezért az államnak nem egy szupererős hordozórakétára van szüksége, hanem egy optimálisan kiegyensúlyozott, különféle hasznos teherbírású RV-flottára, adott rakományhoz. Ha nincs ilyen rakomány a hordozórakéta számára, akkor az Energia sorsát kockáztatja. Lényeges egyébként, hogy a NASA és az amerikai védelmi minisztérium holdrepülési programjának végén két Saturn-5 rakétát úgy küldtek a múzeumba, hogy nem találtak számukra hasznos terhet.
Az STK hordozórakéta rendeltetésszerű használatának kérdését a Roscosmos NTS-nél mérlegelték - arra a következtetésre jutottak, hogy 50-70 előtt nincs szükség 2030-2035 tonna tömegű monocargo-k kilövésére. Az oroszországi űripar prioritásait, ismételjük, az "Állami politika alapjai az űrtevékenység területén..." című dokumentumban határozzák meg. Az elsődleges feladatok az űrhajók orbitális konstellációinak fejlesztése tudományos, társadalmi-gazdasági és kettős célokra. célokra. Éppen ezért egy szupernehéz hordozórakéta fejlesztése irányában a Roscosmos NTS úgy döntött, hogy 2025-ig tudományos és műszaki tartalék létrehozására és ígéretes technológiák fejlesztésére korlátozódik.
El kell ismerni, hogy az űrhajók hazai orbitális konstellációjának jelenlegi állapota finoman szólva sem a legvirágzóbb. A földi távérzékelési (ERS) műholdak konstellációja különösen hét műholdból áll, és 20-30 százalékban elégíti ki a hazai fogyasztók igényeit, míg az Egyesült Államok, az európai országok és Kína távérzékelő műholdjai egyenként több mint 35 műhold, amelyek a Föld globális irányítófelületét biztosítják, beleértve a radar hatósugarát is. Még Indiában is a távérzékelési műholdak csoportosítása 17 műholdat foglal magában. Mindenekelőtt erre kell fordítani az FKP-2025 forrásokat - a kommunikációs, navigációs, távérzékelési, meteorológiai műholdak fejlesztésére, ideértve a nagy minden időjárási térbeli felbontású műholdakat is, ami különösen fontos Szibéria számára, a Távol-Észak, az Északi-sarkvidék és a Távol-Kelet.
A ballisztikai számítások azt mutatják, hogy a Vosztocsnij kozmodrómról indítva az Angara-A5V hordozórakéta optimalizált változata továbbfejlesztett kriogén RB KVTK-V-vel biztosítja a 11,9 tonnáig terjedő rakomány geotranszfer pályára bocsátását és 7,2 tonnáig. geostacionárius pályára, valamint lehetőség nyílik a holdi emberes program kezdeti szakaszának négy kilövéses sémával történő megvalósítására (lásd az ábrát): a hordozórakéta két páros kilövését, a Holdra történő leszálló- és felszállási komplexum külön szállítását biztosítva. (LLC) és az emberes szállítójármű (PTC) a Hold körüli pályára állomásozva a Hold mesterséges műholdjáról (AISL), majd az LPVK leszállásával a legénységgel a Hold felszínén.
Egy tipikus páros kilövés magában foglalja a hasznos teher ballisztikus pályára való behelyezését egy PTK vagy LPVT részeként, valamint egy kis méretű interorbitális oxigén-kerozin vontatót (MOB2), amelyet a DM RB alapján hoztak létre, amely biztosítja a végső behelyezést. a hasznos teher alacsony Föld körüli pályára szállítása, majd az ezt követő dokkolás egy nehéz kriogén interorbitális vontatóhajóval (MOB1), amelyet az RB KVTK tartaléka alapján fejlesztettek ki. A 1 tonnát meghaladó tömegű MOB38-et a séma szerint indítják el, az Angara-A5V hordozórakéta második indításával. Az alacsony Föld körüli pályán történő dokkolás és fázisba kapcsolás után az összeszerelt Hold interorbitális járművet először MOB1 energia felhasználásával egy erősen elliptikus pályára bocsátják. Az üzemanyag kimerülése után a hidrogén MOB1 elválik, és a kerozin MOB2 befejezi az indulási pálya kialakítását. Továbbá a MOB2 biztosítja a Holdra való repülés során a pálya korrekcióját és a hasznos teher átvitelét a körpályára. Az FKP-2025 projekt ezen alapokon dolgozik.
A többszörös kilövéses séma persze meglehetősen bonyolult, a legmagasabb koordinációt igényli: az indítócsapatnak egyszerre kell dolgoznia két kilövőn, mint az óramű. Az előzetes megvalósíthatósági tanulmányok azt mutatják, hogy a speciális, szupernehéz 35 tonnás LV helyett a többcélú, 80 tonnás osztály megnövelt hasznos teherbírású, többcélú kisfeszültségű alkalmazása a holdi program kezdeti szakaszában több, mint nagyságrenddel, és a megspórolt forrásokat a hazai űrhajók pályakonstellációjának társadalmi-gazdasági, tudományos és kettős célú fejlesztése érdekében lehet felhasználni.
Ami a szilárd hajtóanyagú booster (STU) hordozórakéta részeként történő használatát illeti, itt meg kell jegyezni, hogy a szilárd hajtóanyagú rakétamotoroknak (SRM) nemcsak előnyeik, hanem hátrányai is vannak az LRE-ekhez képest - egy specifikus tolóerő-impulzus. ~ 10-30 százalékkal csökkent, a tervezés rosszabb súlytökéletessége, a gyártás és az üzemanyag töltet felszerelésének tűz- és robbanásveszélyessége, az üzemidő korlátozása, a tolóerő szabályozása, az indítási hőmérsékleti viszonyok, az égéstermékek káros hatásai a környezetre. Ezenkívül figyelembe kell venni a szilárd hajtóanyagú rakétamotorokkal felszerelt hordozórakéta 30-40 százalékkal megnövekedett költségét a folyékony hajtóanyagú rakétahajtóműhöz képest, valamint azt, hogy jelentős forrásokat kell befektetni a gyártás fejlesztésébe. , technológiai és tesztelési bázis nagyméretű szilárd hajtóanyagú rakétahajtóművek létrehozásához.
Hazai projektekben többször is szóba került a nagyméretű szilárd hajtóanyagú rakétamotorok hordozórakéta részeként történő alkalmazása, de a fenti tényezők ismeretében az alternatívák összehasonlításának eredményei alapján a választás mindig a rakéta mellett esett. motor. Oroszország vezető szerepet tölt be a fenntartó rakétahajtóművek fejlesztésében és gyártásában, amelyeket az ügyfelek, köztük az Egyesült Államokból vásárolnak. Az FKP-2025 projektben egy körülbelül 100 tonnás tolóerejű szilárd hajtóanyagú rakétamotor létrehozásának technológiájának fejlesztését is tervezik. A szilárd hajtóanyagú rakétamotorok fejlett hordozórakétákban való alkalmazásának megvalósíthatósága, például ugyanabban a Phoenixben, egy részletes elemzés eredményei alapján később kerül meghatározásra.
Összegezve: egyértelmű, hogy az FKP-2025 projekt tovább fejleszthető, azonban a hordozórakéták fejlesztése szempontjából ez a dokumentum meglehetősen kiegyensúlyozott, tükrözi a dolgok valós állapotát és meghatározza e terület fejlesztési kilátásait. 2025-ig, figyelembe véve az űrtevékenységek meghatározott prioritásait és a finanszírozási lehetőségeket.
Információk