Kot veste, je glavni dokument, ki opredeljuje interese države, glavne cilje, prioritete in naloge Rusije na področju raziskav, raziskovanja in uporabe vesolja, aprila 2013 odobril predsednik Ruske federacije Vladimir Putin. "Osnove državne politike Ruske federacije na področju vesoljskih dejavnosti za obdobje do leta 2030 in naprej".
V skladu s tem dokumentom so glavne prednostne naloge zagotoviti zajamčen dostop Rusije do vesolja s svojega ozemlja z razvojem in uporabo vesoljske tehnologije, tehnologij, del in storitev v interesu družbeno-gospodarske sfere in obrambe države. kot varnost države; ustvarjanje vesoljskih sredstev v interesu znanosti; dejavnosti, povezane z izvajanjem letov s posadko, vključno z oblikovanjem znanstvene in tehnične podlage za izvajanje letov s posadko na planete in druga telesa sončnega sistema v okviru mednarodnega sodelovanja.
Izvajanje teh ciljev je zagotovljeno z uporabo in razvojem obstoječih znanstvenih, tehničnih in proizvodnih možnosti za ustvarjanje obetavnih raketnih nosilcev, medsebojnih vlečnic, ciljnih in servisnih sistemov avtomatskih vesoljskih plovil (SC), vesoljskih plovil nove generacije, elementov infrastrukture za dejavnosti v vesolju in prebojne tehnologije za reševanje ciljnih problemov in proizvodnih tehnologij.
Rezultat bo ohranitev statusa Rusije kot ene vodilnih vesoljskih sil, potrditev samozadostnosti pri podpiranju lastnih vesoljskih dejavnosti v celotnem spektru nalog, ki zahtevajo oblikovanje orbitalne konstelacije vesoljskih plovil na podlagi ekonomsko učinkovitega flota ruskih raketnih raket.
Potreba po ohranjanju stabilnega položaja in konkurenčnosti na trgu storitev izstrelitve je spodbuda za izboljšanje tehničnih in ekonomskih kazalcev letal, predvsem za povečanje njihovih energetskih zmogljivosti.
Vsi ti dejavniki so se najbolj jasno pokazali na primeru ekonomsko najuspešnejšega proizvoda ruske kozmonavtike - lansirnega vozila težkega razreda "Proton". Prav izstrelitev rakete Proton na mednarodni trg lansirnih storitev in njena stalna posodobitev sta GKNPT -jem omogočila im. MV Khrunichev preživeti v 90. letih in "nič" ter ohraniti industrijsko sodelovanje, ki zagotavlja vzdrževanje ruske orbitalne skupine vesoljskih plovil in sodelovanje v mednarodnih projektih.
Nosilnost na lestvicah tekmovanja
Da bi ugotovili, kateri SV naj se razvije v FKP-2025, je treba razumeti, da so energetske zmogljivosti lansirne rakete določene z maso tovora, ki je izstreljen v delovno orbito. Pogosto, čeprav ni povsem pravilno, se pri ocenjevanju energije LV uporablja nizka zemeljska orbita z nadmorsko višino 200 kilometrov in naklonom, ki je enak zemljepisni širini izstrelitvene točke. Za delovanje vesoljskega plovila se ta orbita ne uporablja kot delujoča, ker zaradi pojemka atmosfere čas obstoja vesoljskega plovila na njem ne presega enega tedna. Med raznolikostjo vesoljskih plovil je najdražji in virov intenzivnejši trg za telekomunikacijska vesoljska plovila, ki delujejo v geostacionarni orbiti.
Obstajata dve značilnosti komercialnih izstrelitev telekomunikacijskih vesoljskih plovil. Masa komercialnih vesoljskih plovil raste hitreje od tistih, ki so jih sprožili v okviru zveznih programov. A kot lahko vidite na grafu, tudi masa komercialnih vesoljskih plovil še zdaleč ni neomejena in za njihov izstrelk super težki razred LV (STK LV) tipa SLS sploh ni potreben.
Razlike so tudi v balistični zasnovi komercialnih izstrelitev. Zgodilo se je, da tuja vesoljska plovila, za razliko od domačih, niso postavljena takoj v geostacionarno orbito, ampak v vmesno visoko-apogejsko "standardno geo-transferno orbito". Vesoljsko plovilo, ločeno od LV na njem, po približno pet urnem balističnem premoru pri apogeju orbite s pomočjo lastnega pogonskega sistema ustvari impulz, ki zagotavlja nastanek geostacionarne orbite. Ob upoštevanju porabe goriva mora biti masa nosilnosti, ki se sproži v vmesno geosinhrono prenosno orbito, približno 1,6 -krat večja kot v delovni, torej geostacionarni orbiti.
Toda vrnimo se k Protonu - samo potreba po ohranjanju konkurenčnosti na trgu storitev lansiranja je postala razlog za izvedbo štirih stopenj njegove posodobitve na račun sredstev iz komercialnih lansiranja Proton LV - od začetne različice Proton -K Proton-M in razvoj za lansirno vozilo Proton nove zgornje stopnje (RB) Briz-M, ki je omogočila povečanje mase koristnega tovora, dostavljenega na geostacionarno orbito, z 2, 6 na 3,5 tone in na geostacionarno prenosna orbita - od 4,5 do 6, 3 tone. Ne glede na to, kako dober je prevoznik Proton, njegovi izstrelitve ne potekajo z ozemlja Rusije. Obstajajo tudi težave z dobavo goriva za Proton, zelo strupen heptil, ki se uporablja za vojaške rakete in spada v snovi prvega, najvišjega razreda nevarnosti.
Vodstvo države je industriji zadalo nalogo, da zagotovi zagotovljen dostop do vesolja s svojega ozemlja - izstrelitve vesoljskih plovil bi morale izvajati rakete, razvite in proizvedene v Rusiji. Poleg tega je treba z odpravo uporabe strupenega goriva izboljšati okoljsko varnost izstrelkov.
Te naloge bi moral rešiti program za izdelavo lansirne rakete težkega razreda "Angara", ki bo zagotovila zajamčeno izstrelitev telekomunikacijskih in meteoroloških vesoljskih plovil ter vesoljskih plovil v geostacionarno orbito ter zagotovila obrambo in varnost države.
Žal je bila lansirna naprava "Angara" ustvarjena precej dolgo. Odlok vlade Ruske federacije o razvoju projekta vesoljskega raketnega kompleksa (SRS) težkega razreda je bil sprejet na podlagi rezultatov tekmovanja, ki je potekalo 22 let pred prvim zagonom LV. Resnično financiranje programa se je začelo po letu 2005. Omogočil je dva uspešna poskusna izstrelitve v letu 2014 in načrtovanje izstrelitev nizkonapetostnih vozil s ciljnimi nosilnostmi od leta 2016. Ob izstrelitvi s kozmodroma Plesetsk bodo energetske zmogljivosti raketne rakete Angara-A5 s kriogenim RB KVTK zagotovile izstrelitev tovora, ki tehta 4,5 tone, v geostacionarno orbito in 7,5 tone v standardno geostacionarno orbito (pri uporabi Briz -M RB - 2, 9 oziroma 5, 4 tone).
Ko bo vesoljsko plovilo Angara razmeščeno na kozmodromu Vostochny, bodo energetske zmogljivosti raketne rakete Angara-A5 z RB kisika in vodika KBTK zagotovile izstrelitev tovora, ki tehta do pet ton, v geostacionarno orbito in do osem ton v geostacionarno orbito. Ta zaloga energije v bližnji prihodnosti zadostuje za izstrelitev vesoljskih plovil po zveznih programih, vendar ne dovoljuje konkuriranja za izstrelitev vesoljskih plovil višjega cenovnega razreda z novimi tujimi raketami težkega razreda s povečano nosilnostjo-Delta-IVH, Ariane-5ECA in Atlas -5. Zlasti lansirna naprava Atlas-5 serije 500 izstreli do 8,7 tone na orbito za geoprenos in najmočnejša raketa, ki se uporablja za izstrelitev vesoljskega plovila ameriškega ministrstva za obrambo (Delta-IVH) omogoča izstrelitev tovora z maso do 13 v orbito za geoprenos.1 ton.
Po celoviti analizi prednostnih nalog in zahtev glede energetskih zmogljivosti kopenskih vozil ter stanja na trgu vesoljskih storitev je STC Roskosmos ugotovil, da je za reševanje težav v vesolju, vključno z izstrelitvijo obetavnih vesoljskih plovil z z maso najmanj sedem ton v geostacionarno orbito in 12 ton v geostacionarno orbito, lansirna naprava, ki lahko v nizko zemeljsko orbito postavi najmanj 35 ton koristnega tovora.
Takšno izstrelitveno vozilo-"Angara-A5V" je mogoče ustvariti z zamenjavo kisikovo-kerozinske tretje stopnje rakete "Angara-A5" s stopnjo kisika-vodika nove zasnove. Izstrelitvena naprava "Angara-A5V" je maksimalno združena z ustvarjeno raketoplanom "Angara-A5", tudi v smislu infrastrukturnih objektov zemeljskega prostora. Kar zadeva energetske zmogljivosti, bo raketa Angara-A5V ustrezala trenutno razvitim tujim raketam z večjo nosilnostjo, kot so Ariane-6 (Evropa), Vulcan (ZDA), CZ-5 (Kitajska) in N-3 (Japonska).) in bo v bližnji prihodnosti zagotovil konkurenčnost ruskih vesoljskih vozil težkega razreda na svetovnem trgu vesoljskih storitev.
Naša težka raketna vozila "Proton-M" in "Angara-A5" z raketnimi motorji na tekoče gorivo (LPRE) so sorazmerna s tujimi raketami tako v razmerju med potiskom in maso kot v nosilnostih, ki se izstrelijo na določene orbite.
Plin ali brez plina
Trenutno floto domačih SV-jev sestavljajo lansirna raketa lahkega razreda Rokot, nosilna raketa srednjega razreda Soyuz z izstrelitveno raketo Fregat in nosilna raketa težkega razreda Proton z izstrelki raket DM in Briz-M.
V bližnji prihodnosti bosta raketni raketi "heptyl" "Rokot" in "Proton" nadomestili okolju prijazne nosilne rakete družine "Angara". Hkrati naj bi izboljšali tehnologijo in znižali stroške serijskih raketnih nosilcev Angara-A5. Načrtovano je tudi delo za zamenjavo "heptyl" RB "Fregat" z majhno RB "ML" z uporabo okolju prijaznih komponent. Predvidena je tudi zamenjava veterana domače raketne rakete rakete Soyuz z obetavno lansirno sredino srednjega razreda, ki nastaja v okviru razvojnih del Phoenixa. Med razvojem se načrtuje izvajanje obetavnih tehnologij, ki zagotavljajo povečanje operativnih lastnosti, vključno z uporabo utekočinjenega zemeljskega plina (LNG) kot raketnega goriva.
Odprt prostor
Zakaj je LNG zanimiv? Glavna prednost je temeljna možnost znižanja stroškov pogonskega sistema (PS) lansirnega vozila zaradi radikalnega zmanjšanja delovnega tlaka v zgorevalni komori motorja (z 250-260 na 160-170 atmosfer). (≈4%) povečanje specifičnega impulza praznine. Povečanje zadnjega parametra omogoča ohranitev dosežene ravni energijskih in masnih značilnosti stopinj LV, kljub dejstvu, da je gostota utekočinjenega zemeljskega plina za polovico manjša kot pri kerozinu. Značilnost raketnih motorjev na tekoče gorivo, ki jih poganja LNG, je možnost razvoja motorja po shemi za predelavo, manj nagnjenega k hitremu eksplozivnemu razvoju izrednih razmer. Na splošno predhodne tehnične in gospodarske ocene kažejo, da je mogoče pričakovati znižanje stroškov pogonskih sistemov za utekočinjen zemeljski plin za približno 1,5-krat v primerjavi s pogonskimi sistemi, ki temeljijo na obstoječih visokotlačnih raketnih motorjih na kerozin, kar bo povečalo konkurenčnost domačih lansirna vozila.
Če ovrednotimo izkušnje pri ustvarjanju super težke rakete, je treba opozoriti, da je Energia - Buran nedvomno vrhunec domače raketne tehnologije, izjemen program v smislu organizacije, koncentracije virov, dosežkov pri razvoju novih strukturnih in toplotnih naprav. -zaščitni materiali, obvladovanje tehnologij za ustvarjanje močnih motorjev na kerozin in vodik, proizvodnja in prevoz velikih količin tekočega vodika, hipersonična aerodinamika itd. Cela država je delala zanjo, vendar država ni imela sredstev, sil in ciljev za razporeditev ta vesoljski sistem v orbiti. Hkrati je bilo v več kot 10 letih dela pri nastanku kompleksa "Energia" - "Buran" porabljenih več kot tretjina sredstev, namenjenih vesoljskim dejavnostim, kar je vplivalo na učinkovitost izvajanja njegovih drugih področij.
V tem obdobju je Evropska vesoljska agencija (ESA) razvila in začela izstreljevati nizkotlačni motor srednjega razreda Ariane-4. Družba Arianspace s to raketo je zasedla več kot polovico trga za komercialne izstrelitve v geotransferno orbito in po zasluženem denarju ustvarila lansirno vozilo težkega razreda Ariane-5, ki še vedno zagotavlja izvajanje vesoljskih programov ESA in ima več kot 40 odstotkov svetovnega trga lansirnih storitev.
Časnik "VPK" (št. 27) je zapisal: "… Pentagon bi moral občutiti globoko zadovoljstvo in opazovati, kako se Rusija vse bolj oddaljuje od ustvarjanja sodobnih super težkih izstrelitvenih nosilcev", vendar ocenjuje kažejo, da bo vse vojaške naloge v bližnji prihodnosti Pentagon rešil z uporabo izstrelitvenih nosilcev težkega razreda tipa Delta IVH in Atlas-5 in ne rakete SLS, ustvarjene za medplanetarne lete. Nepravilno je primerjati energetske zmogljivosti 25-tonske nosilne rakete Angara-A5 in 130-tonske nosilne rakete SLS-to je tako, kot bi rekli: "130-tonski tovornjak s tovornjakom je hladnejši od KamAZ-a in Gazelle ni stroj pri vse. " Sploh ne: katero koli vozilo - avto ali raketo, da bi bilo učinkovito, je treba upravljati blizu zgornje meje svojih energetskih zmogljivosti. Če se izstrelitveno vozilo vozi prazno, se stroški na enoto izstrelitve tovora povečajo in to je eden od glavnih kazalnikov učinkovitosti lansirnega vozila. Zato država ne potrebuje ene super zmogljive nosilne rakete, ampak optimalno uravnoteženo floto SV-jev različnih nosilnosti za posebne nosilnosti. Če za LV ni takšnih obremenitev, obstaja nevarnost delitve usode Energije. Mimogrede, pomembno je, da sta NASA in ameriško obrambno ministrstvo dve raketi Saturn-5 ob koncu misije na Luno poslali v muzej, ne da bi zanje našli tovor.
Vprašanje ciljne uporabe rakete STK je bilo obravnavano na STC Roskosmos - prišli so do zaključka, da pred 2030–2035 ni treba spuščati enotovorov, ki tehtajo 50–70 ton. Prednostne naloge ruske vesoljske industrije, ponavljamo, so opredeljene v "Osnovah državne politike na področju vesoljskih dejavnosti …" Primarne naloge so razvoj orbitalnih skupin vesoljskih plovil za znanstvene, družbeno-ekonomske in dvojne namene. Zato se je Roskosmos NTS v smeri razvoja super težke lansirne rakete odločil do leta 2025 omejiti na ustvarjanje znanstvene in tehnične podlage ter razvoj obetavnih tehnologij.
Treba je priznati, da zdaj stanje ruske orbitalne skupine vesoljskih plovil, milo rečeno, ni najbolj uspešno. Zlasti konstelacijo vesoljskih plovil za daljinsko zaznavanje Zemlje (ERS) sestavlja le sedem vesoljskih plovil in zadovoljuje potrebe domačih potrošnikov na ravni 20-30 odstotkov, medtem ko konstelacije ERS ZDA, evropskih držav in Kitajske sestavljajo več kot Vsako po 35 vesoljskih plovil, ki zagotavljajo globalno nadzorno površino Zemlje, tudi v radarskem območju. Tudi v Indiji satelitsko ozvezdje ERS vključuje 17 satelitov. Tu bi morala biti sredstva FKP-2025 namenjena predvsem razvoju komunikacijskih vesoljskih plovil, navigaciji, daljinskemu zaznavanju, meteorologiji, vključno z vesoljskimi plovili z visoko prostorsko ločljivostjo za vse vremenske razmere, kar je še posebej pomembno za Sibirijo, na skrajnem severu, Arktiki in na Daljnem vzhodu.
Kot kažejo balistični izračuni, bo optimizirana različica LV Angara-A5V z nadgrajenim kriogenim RB KBTK-V ob izstrelitvi s kozmodroma Vostochny zagotovila koristno obremenitev, težo do 11, 9 ton, na geostacionarno orbito za prenos in do 7, 2 toni v geostacionarno orbito in tudi možnost izvajanja začetne stopnje Luninega programa s posadko s pomočjo sheme štirih izstrelkov (glej sliko): dva seznanjena izstrelka LV, ki zagotavljata ločeno dostavo na Lunino orbito kompleks za pristanek in vzlet na Luni (LPVK) in transportno vozilo s posadko (PTK) s pristajanjem v orbiti umetnega satelita Lune (OISL) in kasnejšim pristankom LPVK s posadko na površini Lune.
Tipičen izstrelitev v paru vključuje izstrelitev tovora v balistično pot kot del PTC ali LPVK in majhnega medorbitalnega vlačilca kisika in kerozina (MOB2), ustvarjenega na podlagi vlačilca "DM" (MOB1), razvitega na osnova rezerve za RB KVTK. MOB1 z izstrelitveno maso več kot 38 ton je izstreljen v skladu s shemo z dodatnim izstrelitvijo do drugega izstrelka Angara-A5V LV. Po pristajanju v nizkozemeljski orbiti in faziranju se sestavljeno lunarno medorbitalno vesoljsko plovilo zaradi moči MOB1 najprej postavi v visoko eliptično orbito. Ko zmanjka goriva, se vodik MOB1 loči in kerozin MOB2 zaključi oblikovanje poti odhoda. Poleg tega MOB2 zagotavlja korekcijo poti med letom na Luno in prenos tovora na krožno orbito. Projekt FKP-2025 predvideva delo na navedena sredstva.
Seveda je shema za več izstrelitev precej zapletena in zahteva največjo usklajenost: startna ekipa mora hkrati delovati na dveh izstrelkih, kot je ura. Predhodne tehnične in gospodarske ocene kažejo, da bo uporaba na več stopnjah programa za posadko na Luni večnamenske lansirne naprave povečane nosilnosti razreda 35 ton namesto specializirane super težke 80-tone lansirnega vozila omogočila zmanjšanje finančni stroški za več kot velik obseg, prihranjeni viri pa se lahko uporabijo v interesu razvoja domače orbitalne skupine vesoljskih plovil, družbeno-ekonomskih, znanstvenih in dvojne rabe.
Kar zadeva uporabo ojačevalcev trdnih pogonskih goriv (TTU) kot dela rakete -nosilca, je tukaj treba opozoriti, da imajo raketni motorji na trda goriva (raketni motorji na trda goriva) v primerjavi z raketnimi motorji na tekoče gorivo ne le prednosti, ampak tudi pomanjkljivosti - poseben potisk potiska, zmanjšan za ~ 10–30 odstotkov, najslabša teža konstrukcije, nevarnost požara in eksplozije pri proizvodnji in opremi goriva, omejitev časa delovanja, nadzor vleke, temperaturni pogoji ob zagonu, škodljivi učinki produktov zgorevanja na okolje. Poleg tega je treba upoštevati 30–40 odstotkov višje stroške rakete z raketnimi motorji na trda goriva v primerjavi z raketoplanom z raketnimi motorji na tekoče gorivo in potrebo po vlaganju znatnih sredstev v razvoj proizvodnje, tehnologije in preskusne zmogljivosti za ustvarjanje velikih raketnih motorjev na trda goriva.
Uporaba velikih raketnih motorjev na trda goriva kot del rakete je bila v domačih projektih že večkrat obravnavana, vendar so ob upoštevanju zgornjih dejavnikov na podlagi primerjave alternativ vedno izbrali motorje na tekoče gorivo. Rusija je vodilna pri razvoju in proizvodnji raketnih motorjev za križarjenje, ki jih kupujejo stranke, tudi tiste iz Združenih držav. V projektu FKP-2025 je predvideno tudi preizkušanje tehnologije za ustvarjanje izstrelitvenega trdnega pogonskega goriva s potiskom okoli 100 ton. Izvedljivost uporabe raketnih motorjev na trda goriva v obetavnih raketnih nosilcih, na primer v istem "Phoenixu", bo določena kasneje na podlagi rezultatov podrobne analize.
Za zaključek: jasno je, da se lahko projekt FKP-2025 še naprej izboljšuje, kljub temu pa je ta dokument glede razvoja lansirnih nosilcev precej uravnotežen, odraža dejansko stanje in določa možnosti za razvoj ta sektor industrije do leta 2025, ob upoštevanju uveljavljenih prioritet vesoljskih dejavnosti in možnosti države za njegovo financiranje.
