המדינה לא צריכה רכב שיגור אחד חזק במיוחד, אלא צי SV
כידוע, המסמך המרכזי המגדיר את האינטרסים של המדינה, המטרות העיקריות, סדרי העדיפויות והמשימות של רוסיה בתחום המחקר, החקר והשימוש בחלל החיצון, אושר על ידי נשיא הפדרציה הרוסית ולדימיר פוטין באפריל 2013 "יסודות מדיניות המדינה של הפדרציה הרוסית בתחום פעילויות החלל לתקופה עד 2030 ואילך".
בהתאם למסמך זה, סדרי העדיפויות העיקריים הם להבטיח את הגישה המובטחת של רוסיה לחלל משטחה עם פיתוח ושימוש בטכנולוגיית חלל, טכנולוגיות, עבודות ושירותים לטובת התחום החברתי-כלכלי והגנת המדינה. כביטחון המדינה; יצירת נכסי שטח לטובת המדע; פעילויות הקשורות לביצוע טיסות מאוישות, לרבות יצירת בסיס מדעי וטכני ליישום טיסות מאוישות לכוכבי לכת ולגופים אחרים של מערכת השמש במסגרת שיתוף פעולה בינלאומי.
יישום מטרות אלה מובטח באמצעות שימוש ופיתוח של פוטנציאל מדעי, טכני וייצור קיים ליצירת רכבי שיגור מבטיחים, משיכות בין -עירוניות, מטרות ומערכות שירות של חלליות אוטומטיות (SC), חלליות מאוישות מדור חדש, רכיבי תשתית עבור פעילויות בחלל עמוק וטכנולוגיות פורצות דרך. לפתרון בעיות מטרה וטכנולוגיות ייצור.
התוצאה תהיה שמירה על מעמדה של רוסיה כאחת מעצמות החלל המובילות, אישור לסיפוק עצמי בתמיכה בפעילויות החלל שלה בכל קשת המשימות המחייבות יצירת מערך חלל מסלולי המבוסס על יעילות כלכלית צי רכבי שיגור רוסי.
הצורך לשמור על מיקום יציבות ותחרותיות בשוק שירותי ההשקה מהווה תמריץ לשיפור האינדיקטורים הטכניים והכלכליים של מטוסים, בעיקר להגדיל את יכולות האנרגיה שלהם.
כל הגורמים הללו באו לידי ביטוי בצורה הברורה ביותר בדוגמה של המוצר המוצלח ביותר מבחינה כלכלית של הקוסמונאוטיקה הרוסית - רכב השיגור ברמה כבדה "פרוטון". זו הייתה שיגור רקטת הפרוטון לשוק הבינלאומי של שירותי השיגור והמודרניזציה המתמדת שלה שאיפשרו את ה- GKNPTs im. MV חרוניצ'וב לשרוד בשנות ה -90 ול"אפס "ולשמור על שיתוף פעולה תעשייתי, המבטיח תחזוקה של קבוצת החללית הרוסית וההשתתפות בפרויקטים בינלאומיים.
מטען על סולמות התחרות
על מנת לקבוע איזה SV לפתח ב- FKP-2025, יש להבין כי יכולות האנרגיה של רכב השיגור נקבעות על פי המסה של המטען המשוגר למסלול העבודה. לעתים קרובות, אם כי לא לגמרי נכון, בעת הערכת אנרגיית ה- LV, נעשה שימוש במסלול כדור הארץ הנמוך בגובה של 200 קילומטרים ובנטייה השווה לקו הרוחב של נקודת השיגור. לצורך הפעלת החללית מסלול זה אינו משמש כמסלול פועל, מכיוון שבשל האטה האטמוספירה זמן קיום החללית עליו אינו עולה על שבוע. בין מגוון החלליות, השוק היקר והעתיר משאבים ביותר לחלליות תקשורת הפועלות במסלול גיאו-סטציונרי.
ישנם שני מאפיינים של שיגורים מסחריים של חלליות תקשורת. מסת החלליות המסחריות גדלה מהר יותר מאלו ששוגרו במסגרת תוכניות פדרליות.אבל כפי שאתה יכול לראות בגרף, אפילו מסת החלליות המסחריות רחוקה מלהיות בלתי מוגבלת ולשיגורם אין צורך כלל ב- LV (STK LV) מסוג כבדה במיוחד מסוג SLS.
ישנם גם הבדלים בעיצוב הבליסטי של השקות מסחריות. כך קרה שחלליות זרות, שלא כמו אלה המקומיות, אינן מוכנסות מיד למסלול גיאו-סטציונרי, אלא למסלול ביניים בעל אפוג גבוה בינוני. החללית, המופרדת מה- LV עליה, לאחר הפסקה בליסטית של כחמש שעות במסלול האפיק של המסלול, בעזרת מערכת הנעה משלה, מפתחת דחף המבטיח היווצרות של מסלול גיאו -סטציונרי. בהתחשב בצריכת הדלק, מסת המטען המשוגרת במסלול ההעברה הגיאו -סינכרוני הבינוני צריכה להיות גדולה פי 1.6 בערך במסלול העבודה, כלומר הגיאו -סטציונרי.
אבל נחזור לפרוטון - רק הצורך לשמור על התחרותיות בשוק שירותי ההשקה הפך להיות הסיבה לביצוע ארבעה שלבי המודרניזציה שלה על חשבון כספים מהשקות מסחריות של ה- Proton LV - מהגרסה הראשונית של פרוטון- K לפרוטון-M ופיתוח מכונית ההשקה של פרוטון של ה- Briz-M החדש של הבמה העליונה (RB), שאפשרה להגדיל את מסת המטען המועברת למסלול הגיאו-סטציונרי מ -2, 6 ל -3.5 טון ולגיאוסטציונר. מסלול העברה - מ -4.5 ל -6, 3 טון. אבל לא משנה כמה טובה המוביל פרוטון, ההשקות שלו לא נעשות משטחה של רוסיה. ישנן גם בעיות באספקת הדלק לפרוטון, הפטיל רעיל ביותר המשמש בטילים צבאיים ושייך לחומרים ממעמד הסיכון הראשון והגבוה ביותר.
הנהגת המדינה הטילה על התעשייה את המשימה להבטיח גישה מובטחת לחלל משטחה - שיגור חלליות צריך להתבצע על ידי רקטות שפותחו ומיוצרות ברוסיה. בנוסף, יש צורך לשפר את הבטיחות הסביבתית של השיגור על ידי ביטול השימוש בדלק רעיל.
משימות אלה צריכות להיפתר על ידי התוכנית ליצירת רכב שיגור ברמה כבדה "אנגארה", אשר יבטיח שיגור מובטח של תקשורת וחלליות מטאורולוגיות וחלליות למסלול גיאו-סטציונרי, המבטיח את ההגנה והביטחון של המדינה.
לרוע המזל, רכב השיגור "אנגרה" נוצר די הרבה זמן. צו של ממשלת הפדרציה הרוסית על פיתוח פרויקט של מתחם רקטות חלל (SRS) של מעמד כבד אומץ על סמך תוצאות תחרות שנערכה 22 שנה לפני ההשקה הראשונה של ה- LV. המימון האמיתי לתוכנית החל לאחר 2005. הוא איפשר לבצע שתי שיגורי ניסוי מוצלחים בשנת 2014 ולתזמן השקות של LV עם מטען מטרה משנת 2016. כששיגורו מהקוסמודרום Plesetsk, יכולותיו האנרגטיות של רכב השיגור Angara-A5 עם RB KVTK קריוגני יבטיחו השקת מטען במשקל 4.5 טון למסלול גיאו-סטציונרי, ו -7.5 טון למסלול גיאו-סטציונאלי סטנדרטי (בעת שימוש ב- Briz -M RB - 2, 9 ו -5, 4 טון, בהתאמה).
כאשר פרוסת החללית אנגארה תתפרסם בקוסמודרום ווסטוצ'ני, יכולותיו האנרגטיות של רכב השיגור של אנגרה-A5 עם RB חמצן-מימן של KBTK יבטיחו שיגור מטען במשקל של עד חמישה טון למסלול גיאו-סטציונרי, ועד שמונה טון למסלול גיאו -סטציונרי. עתודת אנרגיה זו מספיקה בעתיד הקרוב לשיגור חלליות במסגרת תוכניות פדרליות, אך אינה מאפשרת להתחרות על שיגור חלליות בטווח המחירים העליון עם רכבי שיגור חדשים מהשורה הכבדה עם מטען מוגבר-Delta-IVH, Ariane-5ECA ואטלס -5. בפרט, רכב השיגור Atlas-5 מסדרת 500 משגר עד 8, 7 טון למסלול ההעברה הגיאוגרפית, וכלי השיגור החזקים ביותר המשמשים לשיגור חלליות משרד ההגנה האמריקאי (Delta-IVH) מספק השקת מטען במסה של עד 13 למסלול ההעברה הגיאוגרפית. 1 טון.
לאחר ניתוח מקיף של סדרי העדיפויות והדרישות ליכולות האנרגיה של כלי רכב קרקעיים, כמו גם מצב שוק שירותי החלל, קבע ה- STC של רוסקוסמוס כי על מנת לפתור בעיות בחלל החיצון, כולל שיגור חלליות מבטיחות עם מסה של שבעה טון לפחות למסלול גיאו-סטציונרי ו -12 טון למסלול גיאו-סטציונרי, רכב שיגור המסוגל להכניס לפחות 35 טון מטען למסלול כדור הארץ הנמוך.
רכב שיגור כזה-"Angara-A5V" ניתן ליצור על ידי החלפת השלב השלישי של חמצן-נפט של רכב ההשקה "Angara-A5" עם שלב החמצן-מימן של עיצוב חדש.רכב השיגור "Angara-A5V" מאוחד באופן מקסימלי עם רכב השיגור "Angara-A5" שנוצר, כולל מבחינת מתקני תשתית של שטח קרקע. מבחינת יכולות האנרגיה, רכב ההשקה Angara-A5V יתאים לרכבי השיגור הזרים המפותחים כיום עם מטען מוגבר כגון Ariane-6 (אירופה), וולקן (ארה"ב), CZ-5 (סין) ו- N-3 (יפן) ותספק בעתיד הקרוב את התחרותיות של רכבי חלל רוסים ברמה כבדה בשוק שירותי החלל העולמי.
רכבי השיגור הכבדים שלנו "פרוטון-M" ו"אנגרה-A5 "עם מנועי רקטה מונעת נוזלים (LPRE) תואמים לרכבי שיגור זרים הן ביחס דחף-משקל והן בהמוני מטען ששוגרו למסלולים מוגדרים.
גז או בלי גז
נכון לעכשיו, צי מכשירי ה- SV המקומיים מורכב מרכב השיגור ברמה הקלה של רוקוט, מכונית השיגור ברמה בינונית של סויוז עם משגר הטילים Fregat, ומרכב השיגור ברמה כבדה של פרוטון עם משגרי הטילים DM ו- Briz-M.
בעתיד הקרוב יחליפו רכבי השיגור "הפטיל" "רוקוט" ו"פרוטון "את רכבי השיגור הידידותיים לסביבה של משפחת" אנגרה ". במקביל, הוא צפוי לשפר את הטכנולוגיה ולהוזיל את עלות רכבי ההשקה הטוריים של Angara-A5. כמו כן מתוכננות עבודות להחלפת ה- "Heptyl" RB "Fregat" ב- RB "ML" בגודל קטן באמצעות רכיבים ידידותיים לסביבה. כמו כן מתוכנן להחליף את הוותיק של הרקטות המקומיות של רכב השיגור סויוז ברכב שיגור מבטיח ברמה בינונית, שנוצר במסגרת עבודות הפיתוח של הפניקס. במהלך פיתוחה מתוכנן ליישם טכנולוגיות מבטיחות המבטיחות עלייה במאפיינים התפעוליים, לרבות שימוש בגז טבעי נוזלי (LNG) כדלק רקטות.
שטח פתוח
מדוע LNG מעניין? היתרון העיקרי הוא האפשרות הבסיסית להפחית את עלות מערכת ההנעה (PS) של רכב השיגור עקב ירידה קיצונית בלחץ ההפעלה בתא הבעירה של המנוע (מ -250–260 ל -160–170 אטמוספרות) עם מעט (≈4%) עלייה בדחף הספציפי לחלל. עלייה בפרמטר האחרון מאפשרת שמירה על רמת האנרגיה והמסה שהושגה שלבי ה- LV, למרות שהצפיפות של LNG גדולה פי שניים מזה של הנפט. תכונה של מנועי רקטות המניעים נוזלים המונעים על ידי LNG היא האפשרות לפתח מנוע של תוכנית התאוששות, המועד פחות להתפתחות נפוצה מהירה של מצבי חירום. באופן כללי, הערכות טכניות וכלכליות ראשונות מראות כי ניתן לצפות לירידה בעלות מערכות ההנעה ל- LNG פי 1.5 בערך בהשוואה למערכות הנעה המבוססות על מנועי רקטות נפט קיימים בלחץ גבוה, מה שיגדיל את התחרותיות של מקומי שיגור רכבים.
בהערכת הניסיון של יצירת רכב שיגור סופר כבד, יש לציין כי אנרג'יה - בוראן היא ללא ספק אפוג של טכנולוגיית הרקטות הביתיות, תוכנית יוצאת דופן מבחינת ארגון, ריכוז משאבים, הישגים בפיתוח מבנה וחום חדשים. -חומרי הגנה, טכנולוגיות שליטה ליצירת מנועי נפט ומימן רבי עוצמה, ייצור ושינוע כמויות גדולות של מימן נוזלי, אווירודינמיקה היפרסונית וכו '. כל המדינה עבדה למענה, אך למדינה לא היו האמצעים, הכוחות והיעדים לפרוס. מערכת החלל הזו במסלול. במקביל, למעלה מ -10 שנות עבודה על יצירת מתחם "אנרג'יה" - "בוראן", הוציאו יותר משליש מהכספים שהוקצו לפעילות שטח, שהשפיעו על יעילות יישום תחומיו האחרים.
במהלך תקופה זו, סוכנות החלל האירופית (ESA) פיתחה והחלה לשגר אריאן -4 LV בדרגה בינונית. חברת אריאנספייס עם הרקטה הזו כבשה יותר ממחצית השוק לשיגורים מסחריים למסלול העברה גיאוגרפית, ולאחר שהרוויחה כסף, יצרה את רכב השיגור ברמה כבדה אריאן -5, שעדיין מבטיחה את יישום תוכניות החלל של ESA ומחזיקה ביותר מ -40 אחוזים בשוק העולמי לשירותי השקה.
העיתון "VPK" (מס '27) כתב: "… הפנטגון צריך להרגיש תחושת סיפוק עמוקה, ולראות כיצד רוסיה נלקחת רחוק יותר ויותר מיצירת רכבי שיגור סופר כבדים מודרניים", אך מעריך להראות כי כל המשימות הצבאיות בעתיד הנראה לעין הפנטגון יפתור, באמצעות כלי השיגור מדור כבד מסוג דלתא IVH ואטלס -5, ולא רכב השיגור SLS, שנוצר לטיסות בין-כוכביות. לא נכון להשוות בין יכולות האנרגיה של רכב השיגור של 25 טון Angara-A5 לבין רכב ההשקה SLS של 130 טון-זה כמו להגיד: "משאית זבל של 130 טון יותר מגניבה מ- KamAZ, וגזל היא לא מכונה ב את כל." בכלל לא: כל רכב - מכונית או רקטה, כדי להיות יעיל, חייב להיות מופעל ליד הגבול העליון של יכולות האנרגיה שלו. אם רכב השיגור נוסע ריק, עלות היחידה בהשקת המטען עולה, וזהו אחד המדדים העיקריים ליעילות רכב השיגור. לכן, המדינה אינה זקוקה לרכב שיגור אחד חזק במיוחד, אלא לצי מאוזן באופן אופטימלי של מטוסי SV של מטענים שונים עבור מטען ספציפי. אם אין מטענים כאלה ל- LV, אז הוא מסתכן בשיתוף גורלה של אנרג'יה. אגב, זה משמעותי ששתי רקטות שבתאי 5 בסוף המשימה לירח נשלחו על ידי נאס"א ומשרד ההגנה האמריקאי למוזיאון מבלי למצוא להן מטען.
סוגיית השימוש הממוקד ברכב השיגור STK נבחנה ב- STC של רוסקוסמוס - הם הגיעו למסקנה כי אין צורך להשיק מטענים חד -משקליים במשקל 50-70 טון לפני 2030–2035. סדרי העדיפויות של תעשיית החלל הרוסית, אנו חוזרים על עצמם, מוגדרים ב"יסודות המדיניות הממלכתית בתחום פעילויות החלל … "המשימות העיקריות הן פיתוח קבוצות חללית מסלוליות למטרות מדעיות, חברתיות-כלכליות וכפולות.. לכן, בכיוון של פיתוח רכב שיגור סופר כבד, החליט ה- NTS Roskosmos עד 2025 להגביל את עצמו ליצירת יסוד מדעי וטכני ופיתוח טכנולוגיות מבטיחות.
יש להודות כי כעת מצבה של קבוצת החלליות הרוסית במסלול הרוסי, בלשון המעטה, אינו המשגשג ביותר. בפרט, קבוצת כוכבים של חללית חישה מרחוק (ERS) מורכבת משבע חלליות בלבד ומספקת את צרכיהם של צרכנים מקומיים ברמה של 20-30 אחוזים, בעוד שכוכבי ה- ERS של ארה"ב, מדינות אירופה וסין מורכבות ביותר מ- 35 חלליות כל אחת, המספקות משטח שליטה עולמי בכדור הארץ, כולל בטווח המכ"מים. אפילו בהודו, קבוצת הלוויין ERS כוללת 17 לוויינים. לכאן צריך לפנות קודם כל כספי FKP-2025-בפיתוח חלליות תקשורת, ניווט, חישה מרחוק, מטאורולוגיה, כולל חלליות עם רזולוציה מרחבית גבוהה לכל מזג אוויר, שחשובה במיוחד לסיביר, הצפון הרחוק, הארקטי והמזרח הרחוק.
כפי שמוצג בחישובים בליסטיים, כשהושקה מהקוסמודרום של ווסטוצ'ני, הגרסה המותאמת של Angara-A5V LV עם RB KBTK-V קריוגנית משודרגת תספק מטען במשקל של עד 11, 9 טון למסלול העברה גיאוסטציונרי ועד 7, 2 טון למסלול גיאו-סטציונרי, וגם האפשרות ליישם את השלב הראשוני של תוכנית הירח המאוישת באמצעות תכנית ארבעה שיגורים (ראו איור): שתי שיגורים זוגיים של ה- LV, המספקים משלוח נפרד למסלול הירח של מתחם הנחיתה וההמראה של הירח (LPVK) ורכב ההובלה המאויש (PTK) עם עגינתם בלוויין מלאכותי של הירח (OISL) ונחיתה לאחר מכן של LPVK עם צוות על פני הירח.
שיגור זוג טיפוסי כולל שיגור של מטען למסלול בליסטי כחלק מ- PTC או LPVK ומשיכה קטנה של חמצן-נפט בין-אורביטאלי (MOB2), שנוצרה על בסיס סירת הגרירה "DM" (MOB1), שפותחה על בסיס העתודה ל- RB KVTK. MOB1 עם משקל שיגור של יותר מ -38 טון מושקת על פי התוכנית עם שיגור נוסף על ידי ההשקה השנייה של ה- Angara-A5V LV. לאחר עגינה במסלול כדור הארץ הנמוך והדרגה, החללית הבין-אורביטלית הירחית שהורכבה נכנסת לראשונה למסלול אליפטי במיוחד בשל כוחו של MOB1. לאחר שנגמר הדלק, MOB1 המימן מופרד ו- MOB2 הנפט משלים את היווצרות מסלול היציאה. יתר על כן, MOB2 מספק תיקון מסלול בטיסה לירח והעברת המטען למסלול המקיף. פרויקט FKP-2025 מספק את העבודה על הכספים שצוין.
כמובן ששיטת ריבוי השיגור מסובכת למדי, היא דורשת תיאום גבוה ביותר: צוות ההתחלה חייב לעבוד במקביל על שני משגרים, כמו שעון. הערכות טכניות וכלכליות ראשונות מראות כי השימוש בשלב הראשוני של התוכנית המאוישת על הירח בכלי שיגור רב תכליתי בעומס מוגבר של מעמד 35 טון במקום רכב שיגור סופר כבד 80 טון יאפשר להפחית עלויות כספיות ביותר מסדר גודל, והמשאבים שנחסכו יכולים לשמש לטובת פיתוח הקיבוץ הביתי של חלליות. סוציו-אקונומי, מדעי ושימוש כפול.
באשר לשימוש במגברי דחף מוצקים (TTU) כחלק מרכב השיגור, יש לציין כאן כי למנועי טילים דלק מוצק (מנועי טילים מוצקים), בהשוואה למנועי טילים נוזליים, יש לא רק יתרונות, אלא גם חסרונות - דחף דחף ספציפי מופחת ב- ~ 10-30 אחוזים, שלמות המשקל הגרועה ביותר של העיצוב, סכנת שריפה והתפוצצות של ייצור וציוד של מטען דלק, הגבלה בזמן ההפעלה, בקרת משיכה, תנאי הטמפרטורה בעת ההפעלה, השפעות מזיקות של מוצרי בעירה על הסביבה. בנוסף, יש לקחת בחשבון את העלות הגבוהה ביותר של 30-40 אחוזים של רכב שיגור עם מנועי טילים מוצקים בהשוואה לכלי שיגור עם מנועי טילים נוזליים ולצורך להשקיע כספים משמעותיים בפיתוח ייצור, טכנולוגיה טכנולוגית. ומתקני בדיקה ליצירת מנועי טילים מוצקים גדולים.
השימוש במנועי טילים מוצקים גדולים כחלק מכלי השיגור נשקל שוב ושוב בפרויקטים ביתיים, אך בהתחשב בגורמים הנ"ל, בהתבסס על השוואת החלופות, הבחירה נעשתה תמיד לטובת מנועי הנעה נוזליים. רוסיה מובילה בפיתוח וייצור מנועי רקטות שיוט, הנרכשים על ידי לקוחות, כולל אלה מארצות הברית. בפרויקט FKP-2025, מתוכנן גם לבדוק את הטכנולוגיה ליצירת הנעה מוצקה לשיגור עם דחף של כ -100 טון. כדאיות השימוש במנועי טילים מוצקים ברכבי שיגור מבטיחים, למשל, באותו "פניקס", תיקבע מאוחר יותר, על סמך תוצאות ניתוח מפורט.
לסיכום: ברור שניתן להמשיך ולשפר את פרויקט ה- FKP-2025, אך בכל זאת, מבחינת פיתוח רכבי שיגור, מסמך זה מאוזן למדי, הוא משקף את המצב האמיתי וקובע את הסיכויים להתפתחות מגזר זה של התעשייה עד שנת 2025, תוך התחשבות בסדרי העדיפויות שנקבעו בפעילויות החלל וההזדמנויות שהמדינה תממן.
