Som du vet, er hoveddokumentet som definerer statens interesser, Russlands hovedmål, prioriteringer og oppgaver innen forskning, utforskning og bruk av verdensrommet, godkjent av presidenten i Den russiske føderasjonen Vladimir Putin i april 2013 "Grunnleggende om den russiske føderasjonens statspolitikk innen romvirksomhet for perioden frem til 2030 og fremover".
I samsvar med dette dokumentet er hovedprioriteringene å sikre Russlands garanterte tilgang til plass fra sitt territorium med utvikling og bruk av romteknologi, teknologier, verk og tjenester av hensyn til den sosioøkonomiske sfæren og landets forsvar. som statens sikkerhet; opprettelsen av romfartsmidler i vitenskapens interesse; aktiviteter knyttet til implementering av bemannede flyvninger, inkludert etablering av vitenskapelig og teknisk grunnlag for gjennomføring av bemannede flyvninger til planeter og andre organer i solsystemet innenfor rammen av internasjonalt samarbeid.
Implementeringen av disse målene er sikret gjennom bruk og utvikling av eksisterende vitenskapelig, teknisk og produksjonspotensial for opprettelse av lovende lanseringskjøretøyer, interorbital slepebåter, mål- og servicesystemer for automatiske romfartøyer (SC), ny generasjon bemannede romfartøyer, infrastrukturelementer for aktiviteter i dype rom og banebrytende teknologier. for å løse målproblemer og produksjonsteknologi.
Resultatet blir bevaring av statusen til Russland som en av de ledende rommaktene, bekreftelse på selvforsyning i å støtte sine egne romaktiviteter på tvers av hele spekteret av oppgaver som krever opprettelse av en orbital konstellasjon av romfartøyer basert på en økonomisk effektiv flåte av russiske oppskytningsbiler.
Behovet for å opprettholde en stabil posisjon og konkurransekraft i lanseringstjenestemarkedet er et insentiv for å forbedre de tekniske og økonomiske indikatorene for fly, først og fremst for å øke energikapasiteten.
Alle disse faktorene kom tydeligst til uttrykk i eksemplet på det mest økonomisk vellykkede produktet fra den russiske kosmonautikken - lanseringskjøretøyet "Proton" i tung klasse. Det var lanseringen av Proton -raketten til det internasjonale markedet for oppskytingstjenester og dens konstante modernisering som tillot GKNPT -erne. MV Khrunichev for å overleve på 90 -tallet og "null" og opprettholde industrielt samarbeid, sikre vedlikehold av den russiske banegruppen av romfartøyer og deltakelse i internasjonale prosjekter.
Nyttelast på konkurranseskalaer
For å bestemme hvilken SV som skal utvikles i FKP-2025, må man forstå at energikapasitetene til oppskytningsvognen bestemmes av massen av nyttelasten som blir lansert i arbeidsbanen. Ofte, selv om det ikke er helt riktig, ved vurdering av LV -energien, brukes en lav jordbane med en høyde på 200 kilometer og en helning som er lik bredden på oppskytingspunktet. For drift av romfartøyet brukes ikke denne bane som en fungerende bane, fordi romfartøyets eksistenstid på den ikke overstiger en uke på grunn av nedbremsingen av atmosfæren. Blant de forskjellige romfartøyene er det dyreste og ressurskrevende markedet for telekommunikasjonsromfartøyer som opererer i geostasjonær bane.
Det er to funksjoner ved kommersielle lanseringer av telekommunikasjonsromfartøyer. Massen av kommersielle romfartøy vokser raskere enn de som ble lansert under føderale programmer. Men som du kan se på grafen, er selv massen av kommersielle romfartøyer langt fra ubegrenset, og for lanseringen er det ikke nødvendig med en super-tung klasse LV (STK LV) av SLS-typen i det hele tatt.
Det er også forskjeller i den ballistiske utformingen av kommersielle lanseringer. Det skjedde slik at utenlandske romfartøyer, i motsetning til innenlandske, ikke umiddelbart settes inn i en geostasjonær bane, men i en mellomliggende høy-apogee "standard geo-transfer bane." Romfartøyet, atskilt fra LV på det, etter en ballistisk pause på omtrent fem timer på banehastigheten, ved hjelp av sitt eget fremdriftssystem, utarbeider en impuls som sikrer dannelsen av en geostasjonær bane. Tatt i betraktning drivstofforbruket, bør massen av nyttelast lansert i den mellomliggende geosynkrone overføringsbanen være omtrent 1,6 ganger større enn i arbeidsbanen, det vil si den geostasjonære.
Men la oss gå tilbake til Proton - bare behovet for å opprettholde konkurranseevnen i lanseringstjenestemarkedet har blitt grunnen til å gjennomføre fire stadier av moderniseringen på bekostning av midler fra kommersielle lanseringer av Proton LV - fra den første versjonen av Proton -K til Proton-M og utvikling for Proton-lanseringsbilen til den nye Upper Stage (RB) Briz-M, som gjorde det mulig å øke nyttelastmassen som ble levert til den geostasjonære bane fra 2, 6 til 3,5 tonn og til geostasjonæren overføringsbane - fra 4,5 til 6, 3 tonn. Men uansett hvor god transportøren Proton er, lanseres den ikke fra Russlands territorium. Det er også problemer med tilførsel av drivstoff til Proton, et svært giftig heptyl som brukes på militære missiler og tilhører stoffene i den første, høyeste fareklassen.
Landets ledelse har satt industrien i oppgave å sikre garantert tilgang til verdensrommet fra sitt territorium - romfartsoppskytninger bør utføres av raketter utviklet og produsert i Russland. I tillegg er det nødvendig å forbedre miljøsikkerheten ved lanseringer ved å eliminere bruk av giftig drivstoff.
Disse oppgavene bør løses av programmet for opprettelse av et tungt oppskytningsbil "Angara", som vil sikre garantert oppskytning av telekommunikasjon og meteorologiske romfartøyer og romfartøyer til geostasjonær bane, noe som sikrer forsvar og sikkerhet for staten.
Dessverre ble lanseringsbilen "Angara" opprettet ganske lenge. Dekretet fra regjeringen i Den russiske føderasjon om utvikling av et prosjekt av et romrakettkompleks (SRS) av en tung klasse ble vedtatt basert på resultatene av en konkurranse som ble holdt 22 år før den første lanseringen av LV. Real finansiering av programmet begynte etter 2005. Det gjorde det mulig å gjennomføre to vellykkede testlanseringer i 2014 og å planlegge lanseringer av LV med mål nyttelast fra 2016. Når den blir lansert fra Plesetsk-kosmodromen, vil de energiske egenskapene til oppskytningsvognen Angara-A5 med en kryogen RB KVTK sikre lansering av en nyttelast som veier 4,5 tonn i en geostasjonær bane og 7,5 tonn til en standard geostasjonær bane (ved bruk av Briz -M RB - henholdsvis 2, 9 og 5, 4 tonn).
Når Angara-romfartøyet er utplassert på Vostochny-kosmodromet, vil de energiske egenskapene til Angara-A5-oppskytningsvognen med en oksygen-hydrogen-RB i KBTK sikre lansering av en nyttelast som veier opptil fem tonn i en geostasjonær bane, og opptil åtte tonn inn i en geostasjonær bane. Denne energireserven er tilstrekkelig i nær fremtid for å lansere romfartøyer under føderale programmer, men tillater ikke å konkurrere om å lansere romfartøyer i den øvre prisklassen med nye utenlandske tunge lanseringskjøretøyer med økt nyttelast-Delta-IVH, Ariane-5ECA og Atlas -5. Spesielt lanserer Atlas-5-oppskytningsbilen i 500-serien opp til 8, 7 tonn i geo-overføringsbanen, og den kraftigste av oppskytingsbilene som ble brukt til å skyte opp det amerikanske forsvarsdepartementet (Delta-IVH) gir lansering av en nyttelast med en masse på opptil 13 i geo-overføringsbanen. 1 tonn.
Etter en omfattende analyse av prioriteringer og krav til energikapasitet til bakkekjøretøyer, så vel som tilstanden på markedet for romfartstjenester, bestemte STC i Roskosmos at for å løse problemer i verdensrommet, inkludert lansering av lovende romfartøy med en masse på minst syv tonn inn i en geostasjonær bane og 12 tonn i en geostasjonær bane, Et oppskytningsbil som kan plassere minst 35 tonn nyttelast i bane med lav jord.
En slik lanseringskjøretøy-"Angara-A5V" kan opprettes ved å erstatte oksygen-parafin tredje trinn i "Angara-A5" lanseringsvogn med oksygen-hydrogen-trinnet i en ny design."Angara-A5V" lanseringskjøretøy er maksimalt forent med det opprettede "Angara-A5" lanseringskjøretøyet, inkludert når det gjelder infrastruktur for grunnplass. Når det gjelder energimuligheter, vil lanseringsbilen Angara-A5V svare til de nåværende utviklede utenlandske lanseringskjøretøyene med økt nyttelast som Ariane-6 (Europa), Vulcan (USA), CZ-5 (Kina) og N-3 (Japan) og vil gi I nær fremtid konkurranseevnen til russiske tunge romfartøyer på verdensmarkedet for romfartstjenester.
Våre tunge oppskytningsbiler "Proton-M" og "Angara-A5" med rakettmotorer med flytende drivstoff (LPRE) står i forhold til utenlandske lanseringskjøretøyer både i vekt-vekt-forhold og i nyttelastmasser som er lansert i bestemte baner.
Gass eller uten gass
For øyeblikket består flåten av innenlandske SV-er av lanseringskjøretøyet i lettklasse Rokot, Soyuz mellomklasse-oppskytningsbil med Fregat-missilskyteskjermen, og Proton-tungbilskytingskjøretøyet med DM- og Briz-M-missilskyttere.
I nær fremtid vil "heptyl" lanseringskjøretøyer "Rokot" og "Proton" erstatte de miljøvennlige lanseringskjøretøyene til "Angara" -familien. Samtidig er det planlagt å forbedre teknologien og redusere kostnadene for serielle Angara-A5 lanseringskjøretøyer. Det er også planlagt arbeid for å erstatte "heptyl" RB "Fregat" med en liten RB "ML" ved bruk av miljøvennlige komponenter. Det er også planlagt å erstatte veteranen fra den innenlandske raketten til Soyuz-oppskytningsbilen med et lovende lanseringskjøretøy av middels klasse, som blir opprettet som en del av Phoenix-utviklingsarbeidet. Under utviklingen er det planlagt å implementere lovende teknologier som sikrer en økning i operasjonelle egenskaper, inkludert bruk av flytende naturgass (LNG) som rakettbrensel.
Åpen plass
Hvorfor er LNG interessant? Den største fordelen er den grunnleggende muligheten for å redusere kostnadene for fremdriftssystemet (PS) til oppskytningsvognen på grunn av en radikal reduksjon i driftstrykket i motorens forbrenningskammer (fra 250–260 til 160–170 atmosfærer) med en liten (≈4%) økning i den tomromspesifikke impulsen. En økning i sistnevnte parameter gjør det mulig å opprettholde det oppnådde nivået av energi og masseegenskaper for LV -trinnene, til tross for at tettheten til LNG er halvparten så mye som parafin. Et trekk ved rakettmotorer med flytende drivstoff drevet av LNG er muligheten for å utvikle en motor for en gjenopprettingsordning, mindre utsatt for rask eksplosiv utvikling av nødssituasjoner. Generelt viser foreløpige tekniske og økonomiske vurderinger at det er mulig å forvente en reduksjon i kostnadene for fremdriftssystemer for LNG med omtrent 1,5 ganger sammenlignet med fremdriftssystemer basert på eksisterende høytrykks parafinrakettmotorer, noe som vil øke konkurranseevnen til innenlandske lanseringsbiler.
Evaluering av opplevelsen av å lage et supertungt oppskytningsbil, det skal bemerkes at Energia - Buran utvilsomt er apogee for innenlandsk rakettteknologi, et fremragende program når det gjelder organisering, konsentrasjon av ressurser, prestasjoner i utviklingen av nye konstruksjoner og varme -skjermingsmaterialer, mestringsteknologi for å lage kraftige parafin- og hydrogenmotorer, produksjon og transport av store mengder flytende hydrogen, hypersonisk aerodynamikk, etc. Hele landet jobbet for det, men staten hadde ikke midler, krefter og mål å sette inn dette romsystemet i bane. Samtidig ble mer enn en tredjedel av midlene tildelt romfartsaktiviteter brukt, noe som påvirket effektiviteten av implementeringen av de andre områdene på over 10 års arbeid med opprettelsen av komplekset "Energia" - "Buran".
I løpet av denne perioden utviklet European Space Agency (ESA) og begynte å lansere Ariane-4 mellomklasse LV. Arianspace-selskapet med denne raketten okkuperte mer enn halvparten av markedet for kommersielle oppskytninger til geotransferbane og, etter å ha tjent penger, opprettet det tunge oppskytningsbilen Ariane-5, som fortsatt sikrer implementering av ESAs romprogrammer og har over 40 prosent av verdensmarkedet for lanseringstjenester.
Avisen "VPK" (nr. 27) skrev: "… Pentagon burde føle en dyp tilfredshet og se hvordan Russland blir tatt lenger og lenger fra etableringen av moderne supertunge lanseringskjøretøyer", men anslår vise at alle militære oppgaver i overskuelig fremtid Pentagon vil løse, ved bruk av lanseringskjøretøyer av en tung klasse av typen Delta IVH og Atlas-5, og ikke lanseringskjøretøyet SLS, laget for interplanetære flyvninger. Det er feil å sammenligne energimulighetene til 25-tonners Angara-A5 lanseringsbil og 130-tonn SLS lanseringskjøretøy-det er som å si: "En 130 tonn tippbil er kulere enn KamAZ, og Gazelle er ikke en maskin på alle." Ikke i det hele tatt: ethvert kjøretøy - en bil eller en rakett, for å være effektiv, må drives nær den øvre grensen for energikapasiteten. Hvis lanseringskjøretøyet kjøres tomt, øker enhetskostnaden for å lansere nyttelasten, og dette er en av hovedindikatorene for løftebilens effektivitet. Derfor trenger staten ikke ett superkraftig lanseringskjøretøy, men en optimalt balansert flåte av SVer med forskjellige nyttelaster for spesifikke nyttelaster. Hvis det ikke er slike nyttelaster for LV, risikerer det å dele skjebnen til Energia. Forresten, det er signifikant at to Saturn-5-raketter på slutten av oppdraget til månen ble sendt av NASA og det amerikanske forsvarsdepartementet til et museum uten å finne en nyttelast for dem.
Spørsmålet om målrettet bruk av STK -lanseringskjøretøyet ble vurdert ved STC i Roskosmos - de kom til den konklusjonen at det ikke er nødvendig å lansere monolaster som veier 50–70 tonn før 2030–2035. Prioritetene for den russiske romfartsindustrien, vi gjentar, er definert i "Fundamentals of state policy in the space of space …". Det var derfor, i retning av å utvikle et supertungt oppskytningsbil, bestemte Roskosmos NTS seg frem til 2025 for å begrense seg til å lage et vitenskapelig og teknisk grunnlag og utvikling av lovende teknologier.
Det må innrømmes at nå er tilstanden til den russiske romfartygsgruppen for mildt sagt ikke den mest velstående. Spesielt består en konstellasjon av Earth remote sensing (ERS) romfartøy av bare syv romskip og tilfredsstiller behovene til innenlandske forbrukere på nivået 20-30 prosent, mens ERS-stjernebildene i USA, europeiske land og Kina består av mer enn 35 romskip hver, som gir global kontrolloverflate på jorden, inkludert i radarområdet. Selv i India inkluderer ERS -satellittkonstellasjonen 17 satellitter. Det er her FKP-2025-midlene først og fremst skal gå-i utviklingen av kommunikasjonsromfartøy, navigasjon, fjernmåling, meteorologi, inkludert romfartøyer med høy allværs romlig oppløsning, noe som er spesielt viktig for Sibir, nordområdene, Arktis og Fjernøsten.
Som vist ved ballistiske beregninger vil den optimaliserte versjonen av Angara-A5V LV med en oppgradert kryogen RB KBTK-V gi en nyttelast som veier opptil 11, 9 tonn til en geostasjonær overføringsbane og opptil 7, 2 tonn inn i en geostasjonær bane, og også muligheten til å implementere den innledende fasen av det bemannede måneprogrammet ved hjelp av et firelanseringsopplegg (se fig.): To sammenkoblede lanseringer av LV, som gir separat levering til månens bane til månelandings- og startkompleks (LPVK) og det bemannede transportkjøretøyet (PTK) med deres dokking i en bane kunstig satellitt av månen (OISL) og den påfølgende landing av LPVK med et mannskap på overflaten av månen.
En typisk paroppskytning inkluderer lansering av en nyttelast i en ballistisk bane som en del av en PTC eller LPVK og en liten interorbital oksygen-parafin slepebåt (MOB2), laget på grunnlag av "DM" slepebåt (MOB1), utviklet på grunnlaget for reserven for RB KVTK. MOB1 med en lanseringsvekt på mer enn 38 tonn lanseres i henhold til ordningen med tilleggslansering ved den andre lanseringen av Angara-A5V LV. Etter å ha forankret i en bane med lav jord og faset, settes det sammensatte månens interorbital romskip først inn i en svært elliptisk bane på grunn av kraften til MOB1. Etter at drivstoffet er tomt, separeres hydrogen MOB1 og parafin MOB2 fullfører dannelsen av avgangsbanen. Videre gir MOB2 banekorreksjon på flyvningen til månen og overføring av nyttelasten til omløpsbanen. FKP-2025-prosjektet sørger for arbeidet med de angitte midlene.
Selvfølgelig er flerlanseringsopplegget ganske komplisert, det krever høyeste koordinering: Startteamet må jobbe samtidig på to bæreraketter, som en klokke. Foreløpige tekniske og økonomiske vurderinger viser at bruk i en innledende fase av månens bemannede program av et flerbruksfartøy med større nyttelast i en 35-toners klasse i stedet for et spesialisert super-tungt 80-tonn oppskytningsbil vil gjøre det mulig å redusere finansielle kostnader med mer enn en størrelsesorden, og de lagrede ressursene kan brukes av hensyn til utviklingen av den innenlandske orbitale grupperingen av romfartøyer. sosioøkonomisk, vitenskapelig og dobbel bruk.
Når det gjelder bruk av faste drivstoffforsterkere (TTU) som en del av oppskytningsbilen, bør det her bemerkes at rakettmotorer med fast brensel (rakettmotorer med fast drivstoff), i sammenligning med rakettmotorer med flytende drivstoff, ikke bare har fordeler, men også ulemper - en spesifikk trykkimpuls redusert med ~ 10–30 prosent, den verste vekt perfeksjon av konstruksjonen, brann- og eksplosjonsfare ved produksjon og utstyr for drivstoffladning, begrensning i driftstid, trekkraftkontroll, temperaturforhold ved oppstart, skadelige effekter av forbrenningsprodukter på miljøet. I tillegg er det nødvendig å ta hensyn til de 30–40 prosent høyere kostnadene for et oppskytningsbil med solide rakettmotorer sammenlignet med et oppskytningsbil med rakettmotorer med flytende drivstoff og behovet for å investere betydelige midler i utvikling av produksjon, teknologisk og testanlegg for å lage store solide rakettmotorer.
Bruken av store solide rakettmotorer som en del av oppskytningsbilen har blitt gjentatte ganger vurdert i innenlandske prosjekter, men tatt i betraktning de ovennevnte faktorene, basert på sammenligning av alternativer, ble valget alltid gjort til fordel for flytende drivmotorer. Russland er ledende innen utvikling og produksjon av cruise -rakettmotorer, som kjøpes av kunder, inkludert de fra USA. I FKP-2025-prosjektet er det også planlagt å teste teknologien for å lage et lansert solid drivmiddel med en skyvekraft på omtrent 100 tonn. Muligheten for å bruke solide rakettmotorer i lovende oppskytningsbiler, for eksempel i samme "Phoenix", vil bli bestemt senere, basert på resultatene av en detaljert analyse.
Avslutningsvis: det er klart at FKP-2025-prosjektet kan fortsette å bli forbedret, men når det gjelder utvikling av lanseringskjøretøyer, er dette dokumentet ganske balansert, det gjenspeiler den faktiske situasjonen og bestemmer utsiktene for utvikling av denne sektoren i industrien frem til 2025, med tanke på de fastsatte prioriteringene for romaktiviteter og muligheter staten har for finansiering.
