L’Estat no necessita un vehicle de llançament súper potent, sinó una flota SV
Com ja sabeu, el document principal que defineix els interessos de l’Estat, els principals objectius, prioritats i tasques de Rússia en el camp de la investigació, l’exploració i l’ús de l’espai exterior, va ser aprovat pel president de la Federació de Rússia Vladimir Putin a l’abril de 2013 "Fonaments de la política estatal de la Federació de Rússia en el camp de les activitats espacials per al període fins al 2030 i posteriors".
D'acord amb aquest document, les principals prioritats són garantir l'accés garantit de Rússia a l'espai des del seu territori amb el desenvolupament i l'ús de tecnologia, tecnologies, obres i serveis espacials en interès de l'esfera socioeconòmica i la defensa del país, així com com a seguretat de l’Estat; la creació d’actius espacials en interès de la ciència; activitats relacionades amb la implementació de vols tripulats, inclosa la creació d'una base científica i tècnica per a la implementació de vols tripulats a planetes i altres cossos del sistema solar en el marc de la cooperació internacional.
La implementació d’aquests objectius s’assegura mitjançant l’ús i el desenvolupament del potencial científic, tècnic i de producció existent per a la creació de vehicles de llançament prometedors, remolcadors interorbitals, sistemes d’objectiu i servei de naus espacials automàtiques (SC), naus tripulades de nova generació, elements d’infraestructura per activitats a l’espai profund i tecnologies avançades per resoldre problemes objectius i tecnologies de producció.
El resultat serà la preservació de l’estat de Rússia com una de les principals potències espacials, la confirmació de l’autosuficiència en el suport a les seves pròpies activitats espacials en tot l’espectre de tasques que requereixen la creació d’una constel·lació orbital de naus espacials basada en una eficiència econòmica. flota de vehicles de llançament russos.
La necessitat de mantenir una posició estable i la competitivitat al mercat de serveis de llançament és un incentiu per millorar els indicadors tècnics i econòmics dels avions, principalment per augmentar les seves capacitats energètiques.
Tots aquests factors es van manifestar amb més claredat en l'exemple del producte econòmicament més reeixit de la cosmonautica russa: el vehicle de llançament de classe pesada "Proton". Va ser el llançament del coet Proton al mercat internacional de serveis de llançament i la seva constant modernització que va permetre als GKNPT im. MV Khrunichev sobreviurà als anys 90 i "zero" i mantindrà la cooperació industrial, garantint el manteniment del grup orbital rus de naus espacials i la participació en projectes internacionals.
Càrrega útil en escales de competició
Per determinar quin SV es desenvoluparà al FKP-2025, cal entendre que les capacitats energètiques del vehicle de llançament estan determinades per la massa de la càrrega útil llançada a l'òrbita de treball. Sovint, tot i que no del tot correcte, a l’hora d’avaluar l’energia BT, s’utilitza una òrbita terrestre baixa amb una altitud de 200 quilòmetres i una inclinació igual a la latitud del punt de llançament. Per al funcionament de la nau espacial, aquesta òrbita no s’utilitza com a òptima, ja que, a causa de la desacceleració de l’atmosfera, el temps d’existència de la nau no supera la setmana. Entre la varietat de naus espacials, el mercat més car i que requereix molts recursos per a les naus espacials de telecomunicacions que operen en òrbita geoestacionària.
Hi ha dues característiques dels llançaments comercials de naus espacials de telecomunicacions. La massa de les naus comercials creix més ràpidament que les llançades en els programes federals. Però, com podeu veure al gràfic, fins i tot la massa de les naus comercials comercials és lluny de ser il·limitada i, per al seu llançament, no es requereix en absolut una BT de classe superpesant (STK LV) del tipus SLS.
També hi ha diferències en el disseny balístic dels llançaments comercials. Va passar que les naus espacials estrangeres, a diferència de les nacionals, no es col·loquen immediatament en una òrbita geoestacionària, sinó en una "òrbita estàndard de geotransferència" d'alt apogeu intermedi. La nau espacial, separada de la LV sobre ella, després d’una pausa balística d’unes cinc hores a l’apogeu de l’òrbita, amb l’ajut del seu propi sistema de propulsió, produeix un impuls que assegura la formació d’una òrbita geoestacionària. Tenint en compte el consum de combustible, la massa de la càrrega útil llançada a l’òrbita de transferència geosincrònica intermedia hauria de ser aproximadament 1,6 vegades superior a l’òrbita de treball, és a dir, la geoestacionària.
Però tornem a Proton: només la necessitat de mantenir la competitivitat al mercat de serveis de llançament s'ha convertit en la raó per dur a terme quatre etapes de la seva modernització a costa dels fons dels llançaments comercials de Proton LV - a partir de la versió inicial de Proton-K a Proton-M i desenvolupament per al vehicle de llançament Proton de la nova etapa superior (RB) Briz-M, que va permetre augmentar la massa de la càrrega útil lliurada a l'òrbita geoestacionària de 2, 6 a 3,5 tones i a la geoestacionària òrbita de transferència: de 4,5 a 6, 3 tones. Però per molt bo que sigui el transportista Proton, els seus llançaments no es fan des del territori de Rússia. També hi ha problemes amb el subministrament de combustible per al protó, un heptil altament tòxic utilitzat en míssils militars i que pertany a les substàncies de la primera classe de perill més alt.
El lideratge del país ha assignat a la indústria la tasca d’assegurar l’accés garantit a l’espai des del seu territori: els llançaments de naus espacials s’han de dur a terme amb coets desenvolupats i fabricats a Rússia. A més, és necessari millorar la seguretat ambiental dels llançaments eliminant l’ús de combustible tòxic.
Aquestes tasques s’han de resoldre mitjançant el programa per a la creació d’un vehicle de llançament de classe pesada "Angara", que garantirà el llançament garantit de les naus espacials de telecomunicacions i meteorològiques i les naus espacials a l’òrbita geoestacionària, garantint la defensa i la seguretat de l’Estat.
Malauradament, el vehicle de llançament "Angara" es va crear durant molt de temps. El decret del govern de la Federació de Rússia sobre el desenvolupament d'un projecte de complex de coets espacials (SRS) d'una classe pesada es va adoptar sobre la base dels resultats d'una competició celebrada 22 anys abans del primer llançament del LV. El finançament real del programa va començar després del 2005. Va permetre realitzar dos llançaments de proves amb èxit el 2014 i programar llançaments de BT amb càrregues útils objectius a partir del 2016. Quan es llança des del cosmodrom de Plesetsk, les capacitats energètiques del vehicle de llançament Angara-A5 amb un RB KVTK criogènic asseguraran el llançament d’una càrrega útil de 4,5 tones a una òrbita geoestacionària i 7,5 tones a una òrbita geoestacionària estàndard (quan s’utilitza el Briz -M RB - 2, 9 i 5, 4 tones, respectivament).
Quan la sonda espacial Angara es desplega al cosmodrom Vostochny, les capacitats energètiques del vehicle de llançament Angara-A5 amb un oxigen-hidrogen RB del KBTK asseguraran el llançament d’una càrrega útil de fins a cinc tones a una òrbita geoestacionària i fins a vuit tones en una òrbita geoestacionària. Aquesta reserva d’energia és suficient en el futur pròxim per llançar naus espacials en virtut de programes federals, però no permet competir per llançar naus espacials de la gamma de preus superior amb nous vehicles de llançament de classe pesada estrangers amb major càrrega útil: Delta-IVH, Ariane-5ECA i Atlas -5. En particular, el vehicle de llançament Atlas-5 de la sèrie 500 llança fins a 8,7 tones a l’òrbita de geotransferència, i el vehicle més potent de llançament utilitzat per llançar la nau espacial del Departament de Defensa dels Estats Units (Delta-IVH) proporciona el llançament d'una càrrega útil amb una massa de fins a 13 a l'òrbita de transferència geogràfica.1 tones.
Després d’una anàlisi exhaustiva de les prioritats i els requisits per a les capacitats energètiques dels vehicles terrestres, així com l’estat del mercat dels serveis espacials, el STC de Roskosmos va determinar que per resoldre problemes a l’espai exterior, inclòs el llançament de naus espacials prometedores amb massa d'almenys set tones en una òrbita geoestacionària i 12 tones en una òrbita geoestacionària, un vehicle de llançament capaç de col·locar almenys 35 tones de càrrega útil en una òrbita terrestre baixa.
Aquest vehicle de llançament - "Angara-A5V" es pot crear substituint la tercera etapa d'oxigen-querosè del vehicle de llançament "Angara-A5" per l'etapa d'oxigen-hidrogen d'un nou disseny. El vehicle de llançament "Angara-A5V" s'uneix al màxim amb el vehicle de llançament "Angara-A5" creat, incloses les instal·lacions d'infraestructures espacials terrestres. En termes de capacitats energètiques, el vehicle de llançament Angara-A5V correspondrà als vehicles de llançament estrangers desenvolupats actualment amb una càrrega útil més gran com Ariane-6 (Europa), Vulcan (EUA), CZ-5 (Xina) i N-3 (Japó) i proporcionarà En un futur proper, la competitivitat dels vehicles espacials russos de classe pesada al mercat mundial de serveis espacials.
Els nostres vehicles de llançament pesat "Proton-M" i "Angara-A5" amb motors de coet de propulsió líquida (LPRE) són proporcionals als vehicles de llançament estrangers, tant en la relació empenta-pes com en les masses de càrrega útil llançades en òrbites especificades.
De gas o sense gas
Actualment, la flota de vehicles domèstics SV està formada pel vehicle de llançament de classe lleugera Rokot, el vehicle de llançament de classe mitjana Soyuz amb el llançador de míssils Fregat i el vehicle de llançament de classe pesada Proton amb els llançadors de míssils DM i Briz-M.
En un futur proper, els vehicles de llançament "heptil" "Rokot" i "Proton" substituiran els vehicles de llançament respectuosos amb el medi ambient de la família "Angara". Al mateix temps, es preveu millorar la tecnologia i reduir el cost dels vehicles de llançament de sèrie Angara-A5. També està previst treballar per substituir el "heptil" RB "Fregat" per un RB "ML" de mida petita mitjançant components ecològics. També està previst substituir el veterà del coet domèstic del vehicle de llançament Soyuz per un prometedor vehicle de llançament de classe mitjana, que es crea com a part del treball de desenvolupament de Phoenix. Durant el seu desenvolupament, es preveu implementar tecnologies prometedores que garanteixin un augment de les característiques operatives, inclòs l’ús de gas natural liquat (GNL) com a combustible per a coets.
Espai obert
Per què és interessant el GNL? El principal avantatge és la possibilitat fonamental de reduir el cost del sistema de propulsió (PS) del vehicle de llançament a causa d’una disminució radical de la pressió de funcionament a la cambra de combustió del motor (de 250-260 a 160-170 atmosferes) amb una lleugera (≈4%) augment de l'impuls específic del buit. Un augment d’aquest darrer paràmetre permet mantenir el nivell d’energia i les característiques de massa assolides de les etapes de BT, tot i que la densitat del GNL és la meitat que la del querosè. Una característica dels motors de coet de propulsió líquida alimentats per GNL és la possibilitat de desenvolupar un motor d’un esquema de recuperació, menys propens al desenvolupament explosiu ràpid de situacions d’emergència. En general, les avaluacions tècniques i econòmiques preliminars mostren que és possible esperar una disminució del cost dels sistemes de propulsió de GNL aproximadament 1,5 vegades en comparació amb els sistemes de propulsió basats en els motors de coet de querosè d'alta pressió existents, cosa que augmentarà la competitivitat dels sistemes domèstics. llançar vehicles.
Avaluant l’experiència de crear un vehicle de llançament súper pesat, cal assenyalar que Energia - Buran és sens dubte l’apogeu de la tecnologia de coets domèstics, un programa excepcional en termes d’organització, concentració de recursos, èxits en el desenvolupament de noves estructures i calor. - materials de protecció, domini de tecnologies per a la creació de potents motors de querosè i hidrogen, producció i transport de grans volums d’hidrogen líquid, aerodinàmica hipersònica, etc. aquest sistema espacial en òrbita. Al mateix temps, durant més de deu anys treballant en la creació del complex "Energia" - "Buran", es van gastar més d'un terç dels fons destinats a activitats espacials, cosa que va afectar l'eficàcia de la implementació de les seves altres àrees.
Durant aquest període, l'Agència Espacial Europea (ESA) va desenvolupar i va començar a llançar Ariane-4 LV de classe mitjana. L’empresa Arianspace amb aquest coet va ocupar més de la meitat del mercat de llançaments comercials en òrbita de geotransferència i, després d’haver guanyat diners, va crear el vehicle de llançament de classe pesada Ariane-5, que encara garanteix la implementació dels programes espacials de l’ESA i té més del 40% del mercat mundial de serveis de llançament.
El diari "VPK" (núm. 27) va escriure: "… El Pentàgon hauria de sentir una profunda satisfacció, veient com Rússia s'allunya cada vegada més de la creació de vehicles de llançament superpesants moderns", però estima demostren que totes les tasques militars en un futur previsible seran resoltes pel Pentàgon, utilitzant els vehicles de llançament d’una classe pesada del tipus Delta IVH i Atlas-5, i no el vehicle de llançament SLS, creat per a vols interplanetaris. És incorrecte comparar les capacitats energètiques del vehicle de llançament Angara-A5 de 25 tones i el vehicle de llançament SLS de 130 tones; és com dir: "Un dúmper de 130 tones és més fresc que KamAZ i Gazelle no és una màquina a tot ". En absolut: qualsevol vehicle, un cotxe o un coet, per ser efectiu, ha de funcionar a prop del límit superior de les seves capacitats energètiques. Si el vehicle de llançament es condueix buit, el cost unitari del llançament de la càrrega útil augmenta, i aquest és un dels principals indicadors de l'eficiència del vehicle de llançament. Per tant, l'Estat no necessita un vehicle de llançament súper potent, sinó una flota òptimament equilibrada de SV de diverses càrregues útils per a càrregues útils específiques. Si no hi ha aquestes càrregues útils per a la BT, s’arrisca a compartir el destí d’Energia. Per cert, és significatiu que dos coets Saturn-5 al final de la missió a la lluna fossin enviats per la NASA i el Departament de Defensa dels EUA a un museu sense trobar-los cap càrrega útil.
La qüestió de l'ús específic del vehicle de llançament STK es va plantejar a la STC de Roskosmos; van arribar a la conclusió que no cal llançar mono-càrregues de 50 a 70 tones abans del 2030-2035. Les prioritats de la indústria espacial russa, repetim, es defineixen als "Fonaments de la política estatal en el camp de les activitats espacials …" Les tasques principals són el desenvolupament de grups orbitals de naus espacials amb finalitats científiques, socioeconòmiques i duals.. És per això que, en la direcció del desenvolupament d’un vehicle de llançament súper pesat, el Roskosmos NTS va decidir fins al 2025 limitar-se a la creació d’una base científica i tècnica i al desenvolupament de tecnologies prometedores.
Cal admetre que ara l’estat del grup orbital rus de naus espacials, per dir-ho suaument, no és el més pròsper. En particular, una constel·lació de naus espacials de teledetecció (ERS) de la Terra consta només de set naus espacials i satisfà les necessitats dels consumidors domèstics en un 20-30 per cent, mentre que les constel·lacions ERS dels EUA, països europeus i Xina consten de més de 35 naus espacials cadascuna, que proporcionen una superfície de control global de la Terra, inclosa la gamma de radars. Fins i tot a l’Índia, la constel·lació de satèl·lits ERS inclou 17 satèl·lits. Aquí és on haurien d’anar els fons FKP-2025: en el desenvolupament de naus espacials de comunicació, navegació, teledetecció, meteorologia, incloses naus espacials amb una alta resolució espacial per a tots els temps, que és especialment important per a Sibèria, l’extrem nord, l’Àrtic i l’Extrem Orient.
Com es demostra en els càlculs balístics, quan es va llançar des del cosmodrom Vostochny, la versió optimitzada del Angara-A5V LV amb un RB KBTK-V criogènic millorat proporcionarà una càrrega útil de fins a 11, 9 tones en una òrbita de transferència geoestacionària i fins a 7, 2 tones en una òrbita geoestacionària, i també la possibilitat d'implementar l'etapa inicial del programa lunar tripulat mitjançant un esquema de quatre llançaments (vegeu la figura): dos llançaments aparellats de la BT, que proporcionen un lliurament separat a l'òrbita lunar de la complex d’aterratge i enlairament lunar (LPVK) i el vehicle de transport tripulat (PTK) amb el seu acoblament en òrbita del satèl·lit artificial de la Lluna (OISL) i el posterior aterratge de LPVK amb una tripulació a la superfície de la Lluna.
Un llançament típic de parells inclou el llançament d’una càrrega útil en una trajectòria balística com a part d’un PTC o LPVK i un petit remolcador interorbital oxigen-querosè (MOB2), creat sobre la base del remolcador "DM" (MOB1), desenvolupat al base de la reserva per a RB KVTK. MOB1 amb un pes de llançament superior a 38 tones es llança segons l'esquema amb llançament addicional en el segon llançament de l'Angara-A5V LV. Després d’acoblar-se en òrbita terrestre baixa i en fases, la nau espacial interorbital lunar reunida es posa primer en una òrbita molt el·líptica a causa de la potència de MOB1. Després de quedar-se sense combustible, l’hidrogen MOB1 se separa i el querosè MOB2 completa la formació de la trajectòria de sortida. A més, MOB2 proporciona correcció de trajectòria en el vol a la Lluna i transferència de la càrrega útil a l'òrbita circumlunar. El projecte FKP-2025 preveu el treball sobre els fons indicats.
Per descomptat, l’esquema de llançament múltiple és força complicat, requereix la màxima coordinació: l’equip inicial ha de treballar simultàniament en dos llançadors, com un rellotge. Les avaluacions tècniques i econòmiques preliminars mostren que l’ús a la fase inicial del programa tripulat lunar d’un vehicle de llançament polivalent amb una càrrega útil augmentada d’una classe de 35 tones en lloc d’un vehicle de llançament superpesat de 80 tones permetrà reduir els costos financers superen un ordre de magnitud i els recursos estalviats es poden utilitzar en interès per al desenvolupament de l’agrupació orbital domèstica de naus espacials: socioeconòmica, científica i de doble ús.
Quant a l’ús d’impulsors de propulsors sòlids (TTU) com a part del vehicle de llançament, cal assenyalar aquí que els motors de coets de combustible sòlid (motors de propulsió de coets sòlids), en comparació amb els motors de coets de propel·lent líquid, no només tenen avantatges, sinó també desavantatges: un impuls d'empenta específic reduït en un 10-30 per cent, la pitjor perfecció del pes del disseny, perill d'incendi i explosió de la producció i equips de càrrega de combustible, limitació del temps de funcionament, control de tracció, condicions de temperatura a l'arrencada, efectes nocius dels productes de combustió sobre el medi ambient. A més, cal tenir en compte el cost del 30-40 per cent més elevat d’un vehicle de llançament amb motors de coet propelent sòlid en comparació amb un vehicle de llançament amb motors coet de propel·lent líquid i la necessitat d’invertir fons significatius en el desenvolupament de la producció tecnològica. i instal·lacions de proves per a la creació de grans motors de coet de combustible sòlid.
L’ús de grans motors de coet de combustible sòlid com a part del vehicle de llançament s’ha considerat repetidament en projectes nacionals, però tenint en compte els factors anteriors, basant-se en la comparació d’alternatives, l’elecció es va fer invariablement a favor dels motors de combustible líquid. Rússia és líder en el desenvolupament i producció de motors coets de creuer, que compren els clients, inclosos els dels Estats Units. En el projecte FKP-2025, també està previst provar la tecnologia per crear un propelent sòlid de llançament amb un impuls d’unes 100 tones. La viabilitat d’utilitzar motors de coets de combustible sòlid en vehicles de llançament prometedors, per exemple, al mateix "Phoenix", es determinarà més endavant, sobre la base dels resultats d’una anàlisi detallada.
En conclusió: és clar que es pot continuar millorant el projecte FKP-2025, tot i que, pel que fa al desenvolupament de vehicles de llançament, aquest document és força equilibrat, reflecteix l’estat real de les coses i determina les perspectives per al desenvolupament de aquest sector de la indústria fins al 2025, tenint en compte les prioritats establertes d’activitats espacials i les oportunitats de l’Estat per al seu finançament.
