Ako viete, hlavný dokument definujúci záujmy štátu, hlavné ciele, priority a úlohy Ruska v oblasti výskumu, prieskumu a využívania kozmického priestoru schvaľuje prezident Ruskej federácie Vladimir Putin v apríli 2013. „Základy štátnej politiky Ruskej federácie v oblasti vesmírnych aktivít na obdobie do roku 2030 a neskôr“.
V súlade s týmto dokumentom sú hlavnými prioritami zabezpečenie zaručeného prístupu Ruska do vesmíru z jeho územia s rozvojom a využívaním vesmírnych technológií, technológií, prác a služieb v záujme sociálno-ekonomickej sféry a obrany krajiny, ako aj ako bezpečnosť štátu; vytváranie vesmírnych aktív v záujme vedy; činnosti súvisiace s vykonávaním letov s posádkou vrátane vytvorenia vedeckého a technického základu pre realizáciu letov s posádkou na planéty a iné telesá slnečnej sústavy v rámci medzinárodnej spolupráce.
Realizácia týchto cieľov je zabezpečená využitím a rozvojom existujúceho vedeckého, technického a výrobného potenciálu na vytvorenie sľubných nosných rakiet, interorbitálnych remorkérov, cieľových a servisných systémov automatických kozmických lodí (SC), kozmických lodí novej generácie s posádkou, prvkov infraštruktúry pre činnosti v hlbokom vesmíre a prelomové technológie.riešiť problémy cieľa a výrobné technológie.
Výsledkom bude zachovanie postavenia Ruska ako jednej z vedúcich vesmírnych veľmocí, potvrdenie sebestačnosti pri podpore vlastných vesmírnych aktivít v celom spektre úloh vyžadujúcich vytvorenie orbitálnej konštelácie kozmických lodí na základe ekonomicky efektívnych flotila ruských nosných rakiet.
Potreba udržať si stabilnú pozíciu a konkurencieschopnosť na trhu služieb štartovania je podnetom na zlepšenie technických a ekonomických ukazovateľov lietadiel, predovšetkým na zvýšenie ich energetických schopností.
Všetky tieto faktory sa najjasnejšie prejavili na príklade ekonomicky najúspešnejšieho produktu ruskej kozmonautiky - nosnej rakety ťažkej triedy „Proton“. Práve štart rakety Proton na medzinárodný trh štartovacích služieb a jej neustála modernizácia umožnili GKNPT im. MV Khrunichev prežiť v 90. rokoch a „nulu“a udržiavať priemyselnú spoluprácu, zaisťovať údržbu ruskej orbitálnej skupiny vesmírnych lodí a účasť na medzinárodných projektoch.
Užitočné zaťaženie na súťažných váhach
Aby bolo možné určiť, ktorý SV sa má vyvinúť v FKP-2025, je potrebné pochopiť, že energetické schopnosti nosnej rakety sú určené hmotnosťou užitočného zaťaženia vypusteného na pracovnú obežnú dráhu. Často, aj keď to nie je úplne správne, sa pri hodnotení energie NN používa nízka obežná dráha Zeme s nadmorskou výškou 200 kilometrov a sklonom rovnajúcim sa zemepisnej šírke bodu štartu. Na prevádzku vesmírnej lode sa táto obežná dráha nepoužíva ako pracovná, pretože v dôsledku spomalenia atmosféry doba existencie kozmickej lode na nej nepresahuje týždeň. Spomedzi rôznych kozmických lodí je to najdrahší a na zdroje najnáročnejší trh telekomunikačných vesmírnych lodí pôsobiacich na geostacionárnej obežnej dráhe.
Existujú dve vlastnosti komerčného štartu telekomunikačných vesmírnych lodí. Množstvo komerčných kozmických lodí rastie rýchlejšie než tých, ktoré boli spustené v rámci federálnych programov. Ale ako vidíte na grafe, ani hmotnosť komerčných vesmírnych lodí nie je ani zďaleka neobmedzená a na ich spustenie nie je vôbec potrebná superťažká trieda LV (STK LV) typu SLS.
Rozdiely sú aj v balistickom dizajne komerčných štartov. Stalo sa, že zahraničné kozmické lode, na rozdiel od domácich, neboli umiestnené bezprostredne na geostacionárnu dráhu, ale na strednú, vysoko apogeálnu „štandardnú geotransferovú obežnú dráhu“. Kozmická loď, oddelená od LV na nej, po asi päťhodinovej balistickej pauze v apogee obežnej dráhy pomocou vlastného pohonného systému vyvinie impulz, ktorý zabezpečí vytvorenie geostacionárnej obežnej dráhy. Ak vezmeme do úvahy spotrebu paliva, hmotnosť užitočného zaťaženia vypusteného na strednú geosynchrónnu prenosovú obežnú dráhu by mala byť približne 1,6 -krát väčšia ako na pracovnej obežnej dráhe, to znamená geostacionárnej.
Vráťme sa však k Protonu - práve potreba zachovania konkurencieschopnosti na trhu služieb spustenia sa stala dôvodom na uskutočnenie štyroch etáp jeho modernizácie na úkor finančných prostriedkov z komerčného uvedenia Protonu LV na trh - z pôvodnej verzie Proton -K na Proton-M a vývoj pre nosnú raketu Proton nového horného stupňa (RB) Briz-M, ktorý umožnil zvýšiť hmotnosť užitočného zaťaženia dodaného na geostacionárnu dráhu z 2, 6 na 3,5 tony a na geostacionár prenosová obežná dráha - od 4,5 do 6, 3 tony. Ale bez ohľadu na to, aký dobrý je nosič Proton, jeho štarty nie sú vyrobené z územia Ruska. Problémy sú aj s dodávkou paliva pre Proton, vysoko toxický heptyl používaný na vojenských raketách a patriaci k látkam prvej, najvyššej triedy nebezpečnosti.
Vedenie krajiny stanovilo priemyslu za úlohu zabezpečiť zaručený prístup do vesmíru z jeho územia - štarty kozmických lodí by mali vykonávať rakety vyvinuté a vyrobené v Rusku. Okrem toho je potrebné zlepšiť environmentálnu bezpečnosť štartov vylúčením používania toxického paliva.
Tieto úlohy by mal vyriešiť program na vytvorenie nosnej rakety ťažkej triedy „Angara“, ktorý zabezpečí garantovaný štart telekomunikačných a meteorologických kozmických lodí a kozmických lodí na geostacionárnu dráhu, pričom zabezpečí obranu a bezpečnosť štátu.
Nosná raketa „Angara“bohužiaľ vznikala pomerne dlho. Vyhláška vlády Ruskej federácie o vývoji projektu komplexu vesmírnych rakiet (SRS) ťažkej triedy bola prijatá na základe výsledkov súťaže, ktorá sa konala 22 rokov pred prvým spustením LV. Skutočné financovanie programu sa začalo po roku 2005. Umožnilo to vykonať dve úspešné testovacie spustenia v roku 2014 a naplánovať spustenie LV s cieľovým užitočným zaťažením od roku 2016. Energetické schopnosti nosnej rakety Angara-A5 s kryogénnym RB KVTK pri štarte z kozmodrómu Plesetsk zaistia vynesenie užitočného zaťaženia s hmotnosťou 4,5 tony na geostacionárnu dráhu a 7,5 tony na štandardnú geostacionárnu dráhu (pri použití systému Briz -M RB - 2, 9 a 5, 4 tony).
Keď sú kozmické lode Angara nasadené na kozmodróme Vostočnyj, energetické schopnosti nosnej rakety Angara-A5 s kyslíkovo-vodíkovým RB KBTK zaistia vynesenie užitočného zaťaženia s hmotnosťou až päť ton na geostacionárnu dráhu a až do osem ton na geostacionárnu dráhu. Táto rezerva energie je v blízkej budúcnosti dostatočná na štart kozmických lodí podľa federálnych programov, ale neumožňuje súťažiť o štart kozmických lodí vyššej cenovej kategórie s novými zahraničnými nosnými raketami ťažkej triedy so zvýšeným užitočným zaťažením-Delta-IVH, Ariane-5ECA a Atlas -5. Najmä nosná raketa Atlas-5 radu 500 vynesie na geotransferovú obežnú dráhu až 8,7 tony a najsilnejšia z nosných rakiet používaných na štart kozmickej lode amerického ministerstva obrany (Delta-IVH) poskytuje vypustenie užitočného zaťaženia s hmotnosťou až 13 na geotransferovú obežnú dráhu. 1 tona.
Po komplexnej analýze priorít a požiadaviek na energetické schopnosti pozemných vozidiel a stavu trhu s vesmírnymi službami STC z Roskosmosu určilo, že na vyriešenie problémov vo vesmíre vrátane vypustenia sľubných vesmírnych lodí s hmotnosť najmenej sedem ton na geostacionárnu dráhu a 12 ton na geostacionárnu dráhu, Nosná raketa schopná umiestniť najmenej 35 ton užitočného zaťaženia na obežnú dráhu Zeme.
Takáto nosná raketa-„Angara-A5V“môže byť vytvorená nahradením kyslíkovo-petrolejového tretieho stupňa nosnej rakety „Angara-A5“kyslíkovo-vodíkovým stupňom novej konštrukcie. Nosná raketa „Angara-A5V“je maximálne zjednotená s vytvorenou nosnou raketou „Angara-A5“, a to aj pokiaľ ide o zariadenia infraštruktúry pozemného priestoru. Pokiaľ ide o energetické možnosti, nosná raketa Angara-A5V bude zodpovedať v súčasnosti vyvíjaným zahraničným nosným raketám so zvýšeným užitočným zaťažením, ako sú Ariane-6 (Európa), Vulcan (USA), CZ-5 (Čína) a N-3 (Japonsko)) a v blízkej budúcnosti poskytne konkurencieschopnosť ruských vesmírnych lodí ťažkých tried na svetovom trhu vesmírnych služieb.
Naše ťažké nosné rakety „Proton-M“a „Angara-A5“s raketovými motormi na kvapalné palivo (LPRE) zodpovedajú zahraničným nosným raketám v pomere ťahu k hmotnosti a hmotnosti užitočného zaťaženia vypustených na určené obežné dráhy.
Plyn alebo bez plynu
V súčasnosti flotilu domácich SV tvorí nosná raketa ľahkej triedy Rokot, nosná raketa strednej triedy Sojuz s raketometom Fregat a nosná raketa ťažkej triedy Proton s raketometmi DM a Briz-M.
V blízkej budúcnosti nahradia nosné rakety „heptyl“„Rokot“a „Proton“ekologické nosné rakety rodiny „Angara“. Súčasne sa plánuje zlepšenie technológie a zníženie nákladov na sériové nosné rakety Angara-A5. Plánujú sa aj práce na výmene „heptylu“RB „Fregat“za malý RB „ML“s použitím komponentov šetrných k životnému prostrediu. Plánuje sa aj výmena veterána domácej rakety nosnej rakety Sojuz za sľubnú nosnú raketu strednej triedy, ktorá vzniká v rámci vývojových prác Phoenix. Počas jeho vývoja sa plánuje implementácia sľubných technológií, ktoré zabezpečia zvýšenie prevádzkových charakteristík vrátane použitia skvapalneného zemného plynu (LNG) ako raketového paliva.
Otvorený priestor
Prečo je LNG zaujímavé? Hlavnou výhodou je zásadná možnosť zníženia nákladov na pohonný systém (PS) nosnej rakety v dôsledku radikálneho zníženia prevádzkového tlaku v spaľovacej komore motora (z 250 - 260 na 160 - 170 atmosfér) s miernym (≈4%) zvýšenie prázdneho špecifického impulzu. Zvýšenie posledne menovaného parametra umožňuje zachovať dosiahnutú úroveň energetických a hmotnostných charakteristík stupňov LV, napriek skutočnosti, že hustota LNG je o polovicu menšia ako hustota petroleja. Charakteristikou raketových motorov na kvapalné palivo poháňaných LNG je možnosť vyvinúť motor podľa schémy obnovy, menej náchylný na rýchly výbušný vývoj núdzových situácií. Vo všeobecnosti predbežné technické a ekonomické hodnotenia ukazujú, že je možné očakávať zníženie nákladov na pohonné systémy pre LNG asi 1,5-násobne v porovnaní s pohonnými systémami založenými na existujúcich vysokotlakových raketových motoroch z petroleja, čo zvýši konkurencieschopnosť domácich nosné rakety.
Pri hodnotení skúseností s vytvorením superťažkého nosného vozidla je potrebné poznamenať, že Energia - Buran je bezpochyby apogeom domácej raketovej technológie, vynikajúcim programom z hľadiska organizácie, koncentrácie zdrojov, úspechov vo vývoji nových štruktúr a tepla. -tieniace materiály, zvládnutie technológií na výrobu výkonných petrolejových a vodíkových motorov, výroba a preprava veľkých objemov kvapalného vodíka, hypersonická aerodynamika atď. Celá krajina na tom pracovala, ale štát nemal prostriedky, sily a ciele na nasadenie. tento vesmírny systém na obežnej dráhe. Zároveň za viac ako 10 rokov práce na vytvorení komplexu „Energia“- „Buran“bola vynaložená viac ako tretina finančných prostriedkov vyčlenených na vesmírne činnosti, čo ovplyvnilo efektívnosť implementácie jeho ďalších oblastí.
V tomto období Európska vesmírna agentúra (ESA) vyvinula a začala vypúšťať LV strednej triedy Ariane-4. Spoločnosť Arianspace s touto raketou obsadila viac ako polovicu trhu s komerčnými štartmi na obežnú dráhu geotransferov a po zarobení peňazí vytvorila nosnú raketu ťažkej triedy Ariane-5, ktorá stále zabezpečuje implementáciu vesmírnych programov ESA a drží viac ako 40 percent. svetového trhu so službami uvedenia na trh.
Denník „VPK“(č. 27) napísal: „… Pentagon by mal cítiť pocit hlbokého uspokojenia a sledovať, ako sa Rusko stále viac vzďaľuje od vytvárania moderných superťažkých nosných rakiet“, odhaduje však ukázať, že všetky vojenské úlohy v dohľadnej budúcnosti Pentagon vyrieši pomocou nosných rakiet ťažkej triedy typu Delta IVH a Atlas-5, a nie nosnej rakety SLS, vytvorenej pre medziplanetárne lety. Je nesprávne porovnávať energetické možnosti 25-tonovej nosnej rakety Angara-A5 a 130-tonovej nosnej rakety SLS-je to ako hovoriť: „130-tonový sklápač je chladnejší ako KamAZ a Gazelle nie je stroj na všetko. Vôbec nie: akékoľvek vozidlo - auto alebo raketa, aby bolo účinné, musí byť prevádzkované blízko hornej hranice svojich energetických schopností. Ak je nosná raketa poháňaná prázdne, jednotkové náklady na spustenie užitočného zaťaženia sa zvyšujú, čo je jeden z hlavných ukazovateľov účinnosti nosnej rakety. Štát preto nepotrebuje jednu supervýkonnú nosnú raketu, ale optimálne vyváženú flotilu SV s rôznym užitočným zaťažením pre konkrétne užitočné zaťaženie. Ak pre NN neexistuje žiadne také užitočné zaťaženie, riskuje to zdieľanie osudu spoločnosti Energia. Mimochodom, je dôležité, že dve rakety Saturn-5 na konci misie na Mesiac poslala NASA a americké ministerstvo obrany do múzea bez toho, aby pre nich našli užitočné zaťaženie.
Otázka cieľavedomého použitia nosnej rakety STK bola zvážená v STC Roskosmos - dospeli k záveru, že nie je potrebné vypúšťať do 2030 - 2035 mononáklady s hmotnosťou 50 - 70 ton. Priority ruského vesmírneho priemyslu, opakujeme, sú definované v „Základy štátnej politiky v oblasti vesmírnych aktivít …“Primárnymi úlohami je vývoj orbitálnych skupín vesmírnych lodí na vedecké, sociálno-ekonomické a dvojaké účely.. Preto sa Roskosmos NTS v smere vývoja superťažkého nosného vozidla rozhodol do roku 2025 obmedziť na vytvorenie vedeckého a technického základu a rozvoj sľubných technológií.
Treba priznať, že teraz stav ruskej orbitálnej skupiny vesmírnych lodí, mierne povedané, nie je práve najprosperujúcejší. Konkrétne, konštelácia kozmickej lode na diaľkové snímanie Zeme (ERS) pozostáva iba zo siedmich kozmických lodí a uspokojuje potreby domácich spotrebiteľov na úrovni 20-30 percent, zatiaľ čo súhvezdia ERS USA, európskych krajín a Číny pozostávajú z viac ako Každá z nich má 35 kozmických lodí, ktoré poskytujú globálny riadiaci povrch Zeme, vrátane dosahu radarov. Dokonca aj v Indii obsahuje satelitná konštelácia ERS 17 satelitov. Tu by mali ísť predovšetkým prostriedky FKP-2025-vo vývoji komunikačných vesmírnych lodí, navigácie, diaľkového prieskumu zeme, meteorológie vrátane vesmírnych lodí s vysokým priestorovým rozlíšením za každého počasia, ktoré je obzvlášť dôležité pre Sibír, Ďaleký sever, Arktída a Ďaleký východ.
Ako ukazujú balistické výpočty, pri štarte z kozmodrómu Vostočnyj poskytne optimalizovaná verzia LV Angara-A5V s modernizovaným kryogénnym RB KBTK-V užitočné zaťaženie až 11,9 tony na geostacionárnu prenosovú obežnú dráhu a až 7, 2 tony na geostacionárnu dráhu, a tiež možnosť implementácie počiatočnej fázy lunárneho programu s posádkou pomocou schémy štyroch štartov (pozri obr.): Dva spárované štarty LV, poskytujúce oddelené doručenie na lunárnu dráhu lunárny pristávací a vzletový komplex (LPVK) a transportné vozidlo s posádkou (PTK) s ich dokovaním na orbitálnej umelej družici Mesiaca (OISL) a následné pristátie LPVK s posádkou na povrchu Mesiaca.
Typické párové spustenie zahŕňa spustenie užitočného zaťaženia na balistickú dráhu ako súčasť PTC alebo LPVK a malého interorbitálneho kyslíkovo-petrolejového remorkéra (MOB2), vytvoreného na základe remorkéra „DM“(MOB1), vyvinutého na základ rezervy pre RB KVTK. MOB1 s hmotnosťou štartu viac ako 38 ton sa štartuje podľa schémy s dodatočným štartom druhým štartom Angara-A5V LV. Po pristátí na obežnej dráhe Zeme a fázovaní sa zostavená lunárna interorbitálna kozmická loď najskôr dostane na vysoko eliptickú obežnú dráhu kvôli sile MOB1. Po vyčerpaní paliva sa vodík MOB1 oddelí a petrolej MOB2 dokončí tvorbu trajektórie odletu. MOB2 ďalej poskytuje korekciu trajektórie pri lete na Mesiac a prenos užitočného zaťaženia na obežnú dráhu. Projekt FKP-2025 zabezpečuje práce na uvedených financiách.
Schéma viacnásobného spustenia je samozrejme dosť komplikovaná a vyžaduje najvyššiu koordináciu: štartovací tím musí pracovať súčasne na dvoch odpaľovacích zariadeniach, ako sú hodiny. Predbežné technické a ekonomické posúdenia ukazujú, že použitie viacúčelového nosného rakety v počiatočnej fáze lunárneho programu s posádkou namiesto zvýšeného užitočného zaťaženia 35-tonovej triedy namiesto špecializovaného superťažkého 80-tonového nosného vozidla umožní znížiť finančné náklady viac ako rádovo a ušetrené zdroje je možné použiť v záujme rozvoja domáceho orbitálneho zoskupenia kozmických lodí, sociálno-ekonomického, vedeckého a dvojakého použitia.
Pokiaľ ide o použitie posilňovačov tuhých palív (TTU) ako súčasti nosnej rakety, treba tu poznamenať, že raketové motory na tuhé palivá (raketové motory na tuhé palivo) majú v porovnaní s raketovými motormi na tuhé palivo nielen výhody, ale aj nevýhody - špecifický ťahový impulz znížený o ~ 10–30 percent, najhoršia hmotnostná dokonalosť konštrukcie, nebezpečenstvo požiaru a výbuchu výroby a vybavenia palivovej náplne, obmedzenie prevádzkového času, kontrola trakcie, teplotné podmienky pri štarte, škodlivé účinky produktov spaľovania na životné prostredie. Okrem toho je potrebné vziať do úvahy o 30 - 40 percent vyššie náklady na nosnú raketu s raketovými motormi na tuhé palivo v porovnaní s nosnou raketou s raketovými motormi na kvapalné palivo a potrebu investovať značné finančné prostriedky do rozvoja výroby, technologických a testovacie zariadenia na výrobu veľkých raketových motorov na tuhé palivo.
Použitie veľkých raketových motorov na tuhé palivo ako súčasti nosnej rakety sa v domácich projektoch opakovane zvažovalo, ale vzhľadom na vyššie uvedené faktory, založené na porovnaní alternatív, bola voľba vždy v prospech motorov na kvapalné palivo. Rusko je lídrom vo vývoji a výrobe raketových motorov na okružné plavby, ktoré nakupujú zákazníci vrátane tých z USA. V projekte FKP-2025 sa plánuje aj test technológie na výrobu štartovacieho tuhého paliva s ťahom asi 100 ton. Realizovateľnosť použitia raketových motorov na tuhé palivo v sľubných nosných raketách, napríklad v tom istom „Phoenixe“, bude stanovená neskôr na základe výsledkov podrobnej analýzy.
Na záver: je zrejmé, že projekt FKP-2025 je možné naďalej zlepšovať, napriek tomu je tento dokument z hľadiska vývoja nosných rakiet dosť vyvážený, odzrkadľuje skutočný stav vecí a určuje perspektívy rozvoja tohto odvetvia priemyslu do roku 2025, pričom sa zohľadnia stanovené priority vesmírnych aktivít a možnosti štátu na jeho financovanie.
