Az államnak nem egy szupererős hordozórakétára van szüksége, hanem egy SV flottára
Mint tudják, az állam érdekeit, Oroszország fő céljait, prioritásait és feladatait meghatározó fő dokumentumot a világűr kutatása, feltárása és felhasználása területén 2013 áprilisában hagyta jóvá az Orosz Föderáció elnöke, Vlagyimir Putyin. "Az Orosz Föderáció állampolitikájának alapjai az űrtevékenységek területén 2030 -ig és azt követően".
E dokumentumnak megfelelően a fő prioritások Oroszországnak a területhez való garantált hozzáférésének biztosítása a területéről az űrtechnológia, a technológiák, a művek és szolgáltatások fejlesztésével és használatával a társadalmi-gazdasági szféra és az ország védelme érdekében. mint az állam biztonsága; űrvagyon létrehozása a tudomány érdekében; a személyzettel végrehajtott repülések végrehajtásával kapcsolatos tevékenységek, beleértve a tudományos és technikai alapok létrehozását a bolygókra és a Naprendszer más szerveibe végrehajtott pilóta repülések végrehajtására nemzetközi együttműködés keretében.
E célok megvalósítását a meglévő tudományos, technikai és termelési potenciál felhasználásával és fejlesztésével biztosítják ígéretes hordozórakéták, interorbital vontatók, automatikus űreszközök (SC), új generációs emberes űrhajók, infrastrukturális elemek létrehozásához. tevékenységek a mély űrben és áttörő technológiák. célproblémák és gyártási technológiák megoldása.
Az eredmény Oroszország, mint az egyik vezető űrhatalom státuszának megőrzése, megerősítése az önellátásnak saját űrtevékenységeinek támogatására a feladatok teljes skáláján, amelyek megkövetelik a gazdaságilag hatékony űrhajók pályájának létrehozását. orosz hordozórakéták flottája.
A stabil pozíció és versenyképesség megőrzésének szükségessége az indítási szolgáltatások piacán ösztönzőleg hat a repülőgépek műszaki és gazdasági mutatóinak javítására, elsősorban az energiaképességük növelésére.
Mindezek a tényezők a legnyilvánvalóbban az orosz űrhajózás gazdaságilag legsikeresebb termékének - a "Proton" nehézkategóriás hordozórakétának - a példájában nyilvánultak meg. A Proton rakéta indítása a kilövési szolgáltatások nemzetközi piacára és folyamatos modernizálása tette lehetővé a GKNPT -k im. MV Khrunichev, hogy túlélje a 90 -es éveket és "nulla", és fenntartja az ipari együttműködést, biztosítva az orosz űrhajók orbitális csoportjának fenntartását és a nemzetközi projektekben való részvételt.
Hasznos teher a verseny skáláin
Annak meghatározásához, hogy melyik SV-t fejlesszük ki az FKP-2025-ben, meg kell értenünk, hogy a hordozórakéta energetikai képességeit a munkapályára indított hasznos teher tömege határozza meg. Gyakran, bár nem teljesen helytálló, az LV energia felmérésekor 200 kilométeres magasságú és a kilövési pont szélességével megegyező dőlésű alacsony földpályát használnak. Az űrhajó működtetéséhez ezt a pályát nem használják működőként, mert a légkör lelassulása miatt az űrhajó létezési ideje nem haladja meg a hetet. Az űrhajók sokfélesége közül a geostacionárius pályán működő távközlési űrhajók legdrágább és erőforrás-igényesebb piaca.
A távközlési űrhajók kereskedelmi indításának két jellemzője van. A kereskedelmi űrhajók tömege gyorsabban növekszik, mint a szövetségi programok keretében indítottak. De ahogy a grafikonon is látható, még a kereskedelmi űreszközök tömege sem korlátlan, és indításukhoz egyáltalán nem szükséges az SLS típusú szuper-nehéz LV (STK LV) osztály.
A kereskedelmi bevezetések ballisztikus kialakításában is vannak különbségek. Történt ugyanis, hogy a külföldi űrhajókat, a belföldiekkel ellentétben, nem azonnal geostacionárius pályára állítják, hanem egy köztes nagy apogee "szabványos geo-transzfer pályára". A rajta lévő LV -től elkülönített űreszköz, mintegy öt órás ballisztikus szünet után a pálya apogéjén, saját meghajtórendszerének segítségével olyan impulzust dolgoz ki, amely biztosítja a geostacionárius pálya kialakulását. Figyelembe véve az üzemanyag -fogyasztást, a közbenső geoszinkron átviteli pályára indított hasznos teher tömegének körülbelül 1,6 -szor nagyobbnak kell lennie, mint a működő pályán, azaz a geostacionáriuson.
De térjünk vissza a Protonhoz - csak a versenyképesség megőrzésének szükségessége az indítási szolgáltatások piacán vált indokolttá a modernizáció négy szakaszának végrehajtásán, a Proton LV kereskedelmi bevezetéséből származó pénzek rovására - a Proton -K eredeti verziójából a Proton-M-hez és az új Felsőfokú (RB) Briz-M hordozórakéta fejlesztéséhez, amely lehetővé tette a geostacionárius pályára szállított hasznos teher tömegének 2, 6-ról 3,5 tonnára történő növelését. transzfer pálya - 4,5-6, 3 tonna. De bármennyire is jó a Proton hordozó, indítása nem Oroszország területéről történik. Problémák vannak a katonai rakétáknál használt, rendkívül mérgező heptil -proton, a Proton üzemanyag -ellátásával is, amely az első, legmagasabb veszélyességi osztályba tartozó anyagokhoz tartozik.
Az ország vezetése azt a feladatot tűzte ki az iparágra, hogy biztosítsa a területéről a területhez való garantált hozzáférést - az űrhajók kilövését Oroszországban kifejlesztett és gyártott rakétákkal kell végrehajtani. Ezenkívül javítani kell a kilövések környezeti biztonságát a mérgező üzemanyagok használatának megszüntetésével.
Ezeket a feladatokat az Angara nehézkategóriás hordozórakéta létrehozására irányuló programnak kell megoldania, amely biztosítja a távközlési és meteorológiai űrhajók és űrhajók garantált indítását geostacionárius pályára, biztosítva az állam védelmét és biztonságát.
Sajnos az "Angara" hordozórakétát meglehetősen hosszú ideig hozták létre. Az Orosz Föderáció kormányának a nehéz osztályú űrrakétakomplexum (SRS) projektjének fejlesztéséről szóló rendeletét az LV első elindítása előtt 22 évvel megtartott verseny eredményei alapján fogadták el. A program valódi finanszírozása 2005 után kezdődött. Lehetővé tette két sikeres tesztindítás lebonyolítását 2014 -ben, és az LV indítását célterheléssel 2016 -tól. A Plesetsk kozmodromból indítva az Angara-A5 hordozórakéta energetikai képességei kriogén RB KVTK-val 4,5 tonna hasznos teher geostacionárius pályára és 7,5 tonna szabványos geostacionárius pályára bocsátását biztosítják (a Briz használatakor) -M RB - 2, 9 és 5, 4 tonna).
Amikor az Angara űrszondát bevetik a Vostochny-kozmodromba, a KBTK oxigén-hidrogén RB-jével rendelkező Angara-A5 hordozórakéta energetikai képességei biztosítják a legfeljebb öt tonnás hasznos teher geostacionárius pályára történő indítását. nyolc tonna geostacionárius pályára. Ez az energiatartalék a közeljövőben elegendő az űreszközök szövetségi programok keretében történő indításához, de nem teszi lehetővé a versenyt a magasabb árkategóriájú űrhajók indításáért új külföldi nehézkategóriás, megnövelt hasznos terhelésű hordozórakétákkal-Delta-IVH, Ariane-5ECA és Atlas -5. Különösen az 500-as sorozat Atlas-5 hordozórakétája 8,7 tonnáig bocsátja a földrajzi átviteli pályára, és a legerősebb hordozórakéták közül, amelyeket az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma (Delta-IVH) űrhajójának indítására használtak. akár 13 tömegű hasznos teher indítását teszi lehetővé a földtranszfer pályára. 1 tonna.
A szárazföldi járművek energetikai képességeinek prioritásait és követelményeit, valamint az űrszolgáltatások piacának állapotát átfogó elemzést követően a Roskosmos STC megállapította, hogy a világűrben jelentkező problémák megoldása érdekében, beleértve az ígéretes űrhajók indítását legalább hét tonna tömegű geostacionárius pályára és 12 tonna geostacionárius pályára, hordozórakéta, amely legalább 35 tonna hasznos terhet képes kis földi pályára helyezni.
Ilyen hordozórakéta-"Angara-A5V" létrehozható úgy, hogy az "Angara-A5" hordozórakéta oxigén-kerozin harmadik fokát egy új kialakítású oxigén-hidrogén fokozatba cseréli. Az "Angara-A5V" hordozórakéta maximálisan egységes a létrehozott "Angara-A5" hordozórakétával, beleértve a földi űr infrastruktúráját is. Az energetikai képességek tekintetében az Angara-A5V hordozórakéta megfelel a jelenleg kifejlesztett, megnövelt hasznos terheléssel rendelkező külföldi hordozórakétáknak, mint például az Ariane-6 (Európa), a Vulcan (USA), a CZ-5 (Kína) és az N-3 (Japán)) és a közeljövőben biztosítja az orosz nehézkategóriás űrjárművek versenyképességét az űrszolgáltatások világpiacán.
Nehéz hordozórakétáink "Proton-M" és "Angara-A5", folyékony hajtóanyagú rakéta hajtóművekkel (LPRE) arányosak a külföldi hordozórakétákkal, mind a tolóerő-tömeg arányban, mind a meghatározott pályákra indított hasznos teher tömegében.
Gáz vagy gáz nélkül
Jelenleg a hazai SV-k flottája a Rokot könnyű osztályú hordozórakétából, a Szojuz középkategóriás hordozórakétából és a Fregat rakétaindítóból, valamint a Proton nehézkategóriás hordozórakétából áll, a DM és Briz-M rakétaindítókkal.
A közeljövőben a "Rokot" és "Proton" "heptil" hordozórakéták váltják fel az "Angara" család környezetbarát hordozórakétáit. Ugyanakkor tervezik a technológia fejlesztését és a sorozatos Angara-A5 hordozórakéták költségeinek csökkentését. Azt is tervezik, hogy a „heptil” RB „Fregat” -ot kicserélik egy kis méretű RB „ML” -re, környezetbarát alkatrészek felhasználásával. A tervek szerint a Szojuz hordozórakéta hazai rakétájának veteránját is lecserélik egy ígéretes középosztályú hordozórakétára, amelyet a Phoenix fejlesztési munkája keretében hoznak létre. Fejlesztése során ígéretes technológiák megvalósítását tervezik, amelyek biztosítják a működési jellemzők növekedését, beleértve a cseppfolyósított földgáz (LNG) használatát rakéta -üzemanyagként.
Nyitott tér
Miért érdekes az LNG? A fő előny az alapvető lehetőség arra, hogy csökkentsük a hordozórakéta meghajtórendszerének (PS) költségeit, mivel a motor égéskamrájában (250–260 és 160–170 atmoszféra között) radikálisan csökken az üzemi nyomás. (≈4%) az űrspecifikus impulzus növekedése. Az utóbbi paraméter növelése lehetővé teszi az elért energia- és tömegkarakterisztika fenntartását az LV szakaszokban, annak ellenére, hogy az LNG sűrűsége fele akkora, mint a keroziné. Az LNG-vel üzemelő folyékony hajtóanyagú rakéta-hajtóművek egyik jellemzője a helyreállítási rendszer motorjának kifejlesztésének lehetősége, amely kevésbé hajlamos a vészhelyzetek gyors robbanásszerű fejlődésére. Általánosságban elmondható, hogy az előzetes műszaki és gazdasági értékelések azt mutatják, hogy az LNG meghajtórendszereinek költségeinek körülbelül 1,5-szeresére lehet számítani a meglévő nagynyomású kerozinmotoros hajtóművekhez képest, ami növeli a hazai versenyképességet hordozórakéták.
A szupernehéz hordozórakéta létrehozásának tapasztalatait értékelve meg kell jegyezni, hogy az Energia - Buran kétségtelenül a hazai rakétatechnológia apogee, amely kiemelkedő program a szervezés, az erőforrások koncentrációja, az új szerkezeti és hőfejlesztési eredmények terén. -árnyékoló anyagok, erőteljes kerozin- és hidrogénmotorok létrehozására szolgáló technológiák elsajátítása, nagy mennyiségű folyékony hidrogén előállítása és szállítása, hiperszonikus aerodinamika stb. ezt az űrrendszert pályán. Ugyanakkor az "Energia" - "Buran" komplexum létrehozásával kapcsolatos több mint 10 éves munka során az űrtevékenységekre elkülönített pénzeszközök több mint egyharmadát költötték el, ami befolyásolta más területeinek végrehajtásának hatékonyságát.
Ebben az időszakban az Európai Űrügynökség (ESA) kifejlesztette és megkezdte az Ariane-4 középosztályú LV bevezetését. Az Arianspace vállalat ezzel a rakétával elfoglalta a geotranszfer pályára indított kereskedelmi piacok több mint felét, és miután pénzt keresett, megalkotta az Ariane-5 nehézkategóriás hordozórakétát, amely továbbra is biztosítja az ESA űrprogramjainak végrehajtását, és több mint 40 százalékot birtokol az indítási szolgáltatások világpiacán.
A "VPK" újság (27. szám) ezt írta: "… a Pentagonnak mély elégedettséget kell éreznie, figyelve, hogyan viszik Oroszországot egyre távolabb a modern szupernehéz hordozórakéták létrehozásától", de becslések azt mutatják, hogy a Pentagon belátható időn belül minden katonai feladatot megold, a Delta IVH és az Atlas-5 típusú nehézkategóriás hordozórakétákkal, és nem a bolygóközi repülésekre létrehozott SLS hordozórakétákkal. Helytelen összehasonlítani a 25 tonnás Angara-A5 hordozórakéta és a 130 tonnás SLS hordozórakéta energiaellátását-ez olyan, mintha azt mondanánk: "Egy 130 tonnás dömper hűvösebb, mint a KamAZ, és a Gazelle nem gép összes." Egyáltalán nem: minden járművet - egy autót vagy egy rakétát - a hatékonyság érdekében energiahatékonysága felső határa közelében kell üzemeltetni. Ha a hordozórakétát üresen hajtják, akkor nő a hasznos teher elindításának egységköltsége, és ez a hordozórakéta hatékonyságának egyik fő mutatója. Ezért az államnak nem egyetlen szupererős hordozórakétára van szüksége, hanem optimálisan kiegyensúlyozott, különböző hasznos teherbírású SV-k flottájára. Ha nincs ilyen hasznos terhelés az LV számára, akkor fennáll annak a kockázata, hogy megosztja az Energia sorsát. Egyébként jelentős, hogy a Holdra irányuló küldetés végén két Saturn-5 rakétát küldött a NASA és az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma egy múzeumba anélkül, hogy hasznos terhet talált volna számukra.
Az STK hordozórakéta célzott használatának kérdését a Roskosmos STC -jén vizsgálták - arra a következtetésre jutottak, hogy 2030–2035 előtt nincs szükség 50–70 tonna súlyú egyszállító rakományok indítására. Az orosz űripar prioritásait, ismételjük, az "Állami politika alapjai az űrtevékenységek területén …" határozza meg. Az elsődleges feladatok az űrhajók orbitális csoportjainak fejlesztése tudományos, társadalmi-gazdasági és kettős célokra. Ezért a szupersúlyos hordozórakéta kifejlesztése irányában a Roskosmos NTS 2025-ig úgy döntött, hogy tudományos és műszaki alapok létrehozására, valamint ígéretes technológiák kifejlesztésére szorítkozik.
El kell ismerni, hogy most az orosz orbitális űrhajócsoport állapota finoman szólva sem a legvirágzóbb. Különösen a Föld távoli érzékelésű (ERS) űrhajó konstellációja mindössze hét űrhajóból áll, és 20-30 százalékos szinten kielégíti a hazai fogyasztók igényeit, míg az USA, az európai országok és Kína ERS csillagképei több mint Mindegyik 35 űrhajó, amely a Föld globális vezérlőfelületét biztosítja, beleértve a radar tartományát is. Még az Indiában is, az ERS műhold konstelláció 17 műholdat tartalmaz. Ide kell irányítani elsősorban az FKP-2025 pénzeszközöket-a kommunikációs űrhajók, a navigáció, a távérzékelés, a meteorológia fejlesztésében, beleértve az űrhajókat is, amelyek nagy időjárási felbontással rendelkeznek, ami különösen fontos Szibéria, a Távol-Észak, az Északi -sarkon és a Távol -Keleten.
Amint azt a ballisztikus számítások is mutatják, az Angara-A5V LV optimalizált változata a Vostochny kozmodromból indítva a továbbfejlesztett kriogén RB KBTK-V-vel akár 11, 9 tonna súlyú teherbírást biztosít egy geostacionárius átviteli pályára és akár 7, 2 tonna geostacionárius pályára, valamint annak lehetőségét is, hogy a legénységi holdprogram kezdeti szakaszát négy indítási sémával valósítsák meg (lásd az ábrát): az LV két páros indítása, külön szállítást biztosítva a Hold holdpályájára Holdra szálló és felszálló komplexum (LPVK), valamint az emberes szállítójármű (PTK) a Hold pályáján kikötött mesterséges műhold (OISL) kikötésével, majd az LPVK személyzettel történő leszállása a Hold felszínén.
Egy tipikus páros indítás magában foglalja a hasznos teher ballisztikus pályára történő beindítását a PTC vagy az LPVK részeként, valamint egy kis interorbital oxigén-kerozin vontatót (MOB2), amelyet a "DM" vontatóhajó (MOB1) alapján hoztak létre. az RB KVTK tartalékalapja alapján. A 38 tonna feletti indítótömegű MOB1-et a rendszer szerint, az Angara-A5V LV második indításával további indítással dobják piacra. Az alacsony földi pályára történő dokkolás és a fázisok után az összeszerelt holdközi interorbital űrhajót először a MOB1 ereje miatt erősen elliptikus pályára állítják. Az üzemanyag kifogyása után a hidrogén MOB1 elválik, és a kerozin MOB2 befejezi az indulási pálya kialakítását. Továbbá a MOB2 biztosítja a pálya korrekcióját a Holdra való repülés során, és a hasznos terhelés átvitelét a körkörös pályára. Az FKP-2025 projekt rendelkezik a megjelölt pénzeszközökre vonatkozó munkáról.
Természetesen a több indítású séma meglehetősen bonyolult, a legmagasabb koordinációt igényli: a kezdőcsapatnak egyszerre két hordozórakétán kell dolgoznia, mint egy óra. Az előzetes műszaki és gazdasági értékelések azt mutatják, hogy a holdas emberzett program kezdeti szakaszában a 35 tonnás osztályú többcélú hordozórakéta használata a speciális, rendkívül nehéz, 80 tonnás hordozórakéta helyett lehetővé teszi a pénzügyi költségeket több mint nagyságrenddel, és a megtakarított erőforrások felhasználhatók az űrhajók hazai pályacsoportjának, társadalmi-gazdasági, tudományos és kettős felhasználásának fejlesztése érdekében.
Ami a szilárd hajtógáz -fokozók (TTU) hordozórakéta részeként történő használatát illeti, itt meg kell jegyezni, hogy a szilárd tüzelőanyagú rakétahajtóművek (szilárd hajtóanyagú rakétahajtóművek) a folyékony hajtóanyagú rakéta motorokhoz képest nemcsak előnyökkel, hanem hátrányok - egy adott tolóerő impulzus ~ 10–30 százalékkal csökken, a tervezés legrosszabb tömeges tömege, a gyártás és a tüzelőanyag -töltés berendezéseinek tűz- és robbanásveszélye, az üzemidő korlátozása, tapadásgátló, hőmérséklet az indításkor, az égéstermékek káros hatása a környezetre. Ezenkívül figyelembe kell venni a szilárd hajtóanyagú rakétahajtóművek hordozórakétájának 30–40 százalékkal magasabb költségét a folyékony hajtóanyagú rakétahajtóművekkel összehasonlítva, valamint azt, hogy jelentős pénzeszközöket kell befektetni a termelés, a technológia és vizsgálati létesítmények nagy szilárd tüzelőanyagú rakétamotorok létrehozására.
A nagy szilárd tüzelőanyagú rakétahajtóművek hordozórakéta részeként történő alkalmazását a hazai projektekben többször is fontolóra vették, de a fenti tényezők figyelembevételével, az alternatívák összehasonlítása alapján a választás változatlanul a folyékony hajtóművek javára történt. Oroszország vezető szerepet tölt be a cirkáló rakétahajtóművek fejlesztésében és gyártásában, amelyeket az ügyfelek vásárolnak, beleértve az Egyesült Államokat is. Az FKP-2025 projektben azt is tervezik, hogy kipróbálják azt a technológiát, amellyel körülbelül 100 tonna tolóerővel rendelkező szilárd hajtóanyagot hoznak létre. A szilárd hajtóanyagú rakétamotorok megvalósíthatóságát ígéretes hordozórakétákban, például ugyanebben a "Phoenix" -ben, később részletes elemzés eredményei alapján határozzák meg.
Összefoglalva: egyértelmű, hogy az FKP-2025 projekt tovább fejleszthető, ennek ellenére a hordozórakéták fejlesztése szempontjából ez a dokumentum meglehetősen kiegyensúlyozott, tükrözi a tényleges helyzetet és meghatározza a az ágazat ezen ágazatát 2025 -ig, figyelembe véve az űrtevékenységek meghatározott prioritásait és az állam finanszírozási lehetőségeit.
