Negara tidak membutuhkan satu kendaraan peluncuran yang sangat kuat, tetapi armada SV
Seperti yang Anda ketahui, dokumen utama yang mendefinisikan kepentingan negara, tujuan utama, prioritas, dan tugas Rusia di bidang penelitian, eksplorasi, dan penggunaan luar angkasa, disetujui oleh Presiden Federasi Rusia Vladimir Putin pada April 2013 "Dasar-dasar kebijakan negara Federasi Rusia di bidang kegiatan luar angkasa untuk periode hingga 2030 dan seterusnya".
Sesuai dengan dokumen ini, prioritas utama adalah untuk memastikan akses yang dijamin Rusia ke ruang angkasa dari wilayahnya dengan pengembangan dan penggunaan teknologi ruang angkasa, teknologi, pekerjaan dan layanan untuk kepentingan bidang sosial-ekonomi dan pertahanan negara, serta sebagai keamanan negara; penciptaan aset antariksa untuk kepentingan ilmu pengetahuan; kegiatan yang berkaitan dengan pelaksanaan penerbangan berawak, termasuk pembuatan landasan ilmiah dan teknis untuk pelaksanaan penerbangan berawak ke planet-planet dan badan tata surya lainnya dalam kerangka kerja sama internasional.
Implementasi tujuan ini dipastikan melalui penggunaan dan pengembangan potensi ilmiah, teknis dan produksi yang ada untuk penciptaan kendaraan peluncuran yang menjanjikan, kapal tunda interorbital, sistem target dan layanan pesawat ruang angkasa otomatis (SC), pesawat ruang angkasa berawak generasi baru, elemen infrastruktur untuk kegiatan di luar angkasa dan teknologi terobosan, untuk memecahkan masalah target dan teknologi produksi.
Hasilnya adalah pelestarian status Rusia sebagai salah satu kekuatan ruang angkasa terkemuka, konfirmasi swasembada dalam mendukung kegiatan ruang angkasanya sendiri di seluruh spektrum tugas yang membutuhkan penciptaan konstelasi orbital pesawat ruang angkasa berdasarkan efisiensi ekonomi. armada kendaraan peluncuran Rusia.
Kebutuhan untuk mempertahankan posisi yang stabil dan daya saing di pasar layanan peluncuran merupakan insentif untuk meningkatkan indikator teknis dan ekonomi pesawat, terutama untuk meningkatkan kemampuan energinya.
Semua faktor ini paling jelas dimanifestasikan dalam contoh produk kosmonotika Rusia yang paling sukses secara ekonomi - kendaraan peluncuran kelas berat "Proton". Itu adalah peluncuran roket Proton ke pasar internasional layanan peluncuran dan modernisasi konstan yang memungkinkan im GKNPTs. MV Khrunichev untuk bertahan hidup di tahun 90-an dan "nol" dan mempertahankan kerjasama industri, memastikan pemeliharaan kelompok orbital pesawat ruang angkasa Rusia dan partisipasi dalam proyek-proyek internasional.
Muatan pada skala kompetisi
Untuk menentukan SV mana yang akan dikembangkan di FKP-2025, orang harus memahami bahwa kemampuan energi kendaraan peluncuran ditentukan oleh massa muatan yang diluncurkan ke orbit kerja. Seringkali, meskipun tidak sepenuhnya benar, ketika menilai energi LV, digunakan orbit bumi rendah dengan ketinggian 200 kilometer dan kemiringan yang sama dengan garis lintang titik peluncuran. Untuk pengoperasian pesawat ruang angkasa, orbit ini tidak digunakan sebagai orbit yang berfungsi, karena karena perlambatan atmosfer, waktu keberadaan pesawat ruang angkasa di atasnya tidak lebih dari seminggu. Di antara berbagai pesawat ruang angkasa, pasar yang paling mahal dan sumber daya intensif untuk pesawat ruang angkasa telekomunikasi yang beroperasi di orbit geostasioner.
Ada dua fitur peluncuran komersial pesawat ruang angkasa telekomunikasi. Massa pesawat ruang angkasa komersial tumbuh lebih cepat daripada yang diluncurkan di bawah program federal. Tetapi seperti yang Anda lihat pada grafik, bahkan massa pesawat ruang angkasa komersial jauh dari tidak terbatas dan untuk peluncurannya, kelas super berat LV (STK LV) dari jenis SLS tidak diperlukan sama sekali.
Ada juga perbedaan dalam desain balistik peluncuran komersial. Kebetulan pesawat ruang angkasa asing, tidak seperti yang domestik, tidak langsung dimasukkan ke dalam orbit geostasioner, tetapi ke dalam "orbit transfer-geo standar" dengan puncak tinggi menengah. Pesawat ruang angkasa, terpisah dari LV di atasnya, setelah jeda balistik sekitar lima jam di puncak orbit, dengan bantuan sistem propulsinya sendiri, menghasilkan impuls yang memastikan pembentukan orbit geostasioner. Dengan mempertimbangkan konsumsi bahan bakar, massa muatan yang diluncurkan ke orbit transfer geosinkron menengah harus kira-kira 1,6 kali lebih besar daripada di orbit kerja, yaitu orbit geostasioner.
Tapi mari kita kembali ke Proton - hanya kebutuhan untuk mempertahankan daya saing di pasar layanan peluncuran telah menjadi alasan untuk melakukan empat tahap modernisasi dengan mengorbankan dana dari peluncuran komersial Proton LV - dari versi awal Proton-K ke Proton-M dan pengembangan untuk kendaraan peluncuran Proton dari Upper Stage (RB) Briz-M baru, yang memungkinkan untuk meningkatkan massa muatan yang dikirim ke orbit geostasioner dari 2, 6 menjadi 3,5 ton dan ke geostasioner transfer orbit - dari 4,5 hingga 6, 3 ton. Tetapi tidak peduli seberapa bagus kapal induk Proton, peluncurannya tidak dilakukan dari wilayah Rusia. Ada juga masalah dengan pasokan bahan bakar untuk Proton, heptil yang sangat beracun yang digunakan pada rudal militer dan termasuk dalam zat kelas bahaya pertama dan tertinggi.
Kepemimpinan negara telah menetapkan tugas industri untuk memastikan akses yang dijamin ke ruang angkasa dari wilayahnya - peluncuran pesawat ruang angkasa harus dilakukan oleh roket yang dikembangkan dan diproduksi di Rusia. Selain itu, perlu untuk meningkatkan keamanan lingkungan peluncuran dengan menghilangkan penggunaan bahan bakar beracun.
Tugas-tugas ini harus diselesaikan dengan program pembuatan kendaraan peluncuran kelas berat "Angara", yang akan memastikan peluncuran pesawat ruang angkasa telekomunikasi dan meteorologi dan pesawat ruang angkasa ke orbit geostasioner, memastikan pertahanan dan keamanan negara.
Sayangnya, kendaraan peluncuran "Angara" dibuat cukup lama. Keputusan pemerintah Federasi Rusia tentang pengembangan proyek kompleks roket luar angkasa (SRS) kelas berat diadopsi berdasarkan hasil kompetisi yang diadakan 22 tahun sebelum peluncuran pertama LV. Pendanaan nyata untuk program ini dimulai setelah tahun 2005. Hal ini memungkinkan untuk melakukan dua peluncuran uji yang berhasil pada tahun 2014 dan untuk menjadwalkan peluncuran LV dengan target muatan mulai tahun 2016. Saat diluncurkan dari kosmodrom Plesetsk, kemampuan energik kendaraan peluncuran Angara-A5 dengan RB KVTK kriogenik akan memastikan peluncuran muatan seberat 4,5 ton ke orbit geostasioner, dan 7,5 ton ke orbit geostasioner standar (saat menggunakan Briz -M RB - masing-masing 2, 9 dan 5, 4 ton).
Ketika pesawat ruang angkasa Angara dikerahkan di kosmodrom Vostochny, kemampuan energik kendaraan peluncuran Angara-A5 dengan RB oksigen-hidrogen dari KBTK akan memastikan peluncuran muatan dengan berat hingga lima ton ke orbit geostasioner, dan hingga delapan ton ke orbit geostasioner. Cadangan energi ini cukup dalam waktu dekat untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa di bawah program federal, tetapi tidak memungkinkan bersaing untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa dari kisaran harga atas dengan kendaraan peluncuran kelas berat asing baru dengan peningkatan muatan - Delta-IVH, Ariane-5ECA dan Atlas -5. Secara khusus, kendaraan peluncuran Atlas-5 dari seri 500 meluncurkan hingga 8, 7 ton ke orbit geo-transfer, dan kendaraan peluncuran paling kuat yang digunakan untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa Departemen Pertahanan AS (Delta-IVH) menyediakan peluncuran muatan dengan massa hingga 13 ke orbit geo-transfer 1 ton.
Setelah analisis komprehensif tentang prioritas dan persyaratan untuk kemampuan energi kendaraan darat, serta keadaan pasar untuk layanan ruang angkasa, STC Roskosmos memutuskan bahwa untuk memecahkan masalah di luar angkasa, termasuk meluncurkan pesawat ruang angkasa yang menjanjikan dengan massa setidaknya tujuh ton ke orbit geostasioner dan 12 ton ke orbit geostasioner, Sebuah kendaraan peluncuran mampu menempatkan setidaknya 35 ton muatan ke orbit rendah bumi.
Kendaraan peluncuran semacam itu - "Angara-A5V" dapat dibuat dengan mengganti tahap ketiga oksigen-minyak tanah dari kendaraan peluncuran "Angara-A5" dengan tahap oksigen-hidrogen dari desain baru. Wahana peluncuran “Angara-A5V” menyatu secara maksimal dengan wahana peluncuran “Angara-A5” yang dibuat, termasuk dalam hal fasilitas infrastruktur ruang darat. Dalam hal kemampuan energi, kendaraan peluncuran Angara-A5V akan sesuai dengan kendaraan peluncuran asing yang dikembangkan saat ini dengan peningkatan muatan seperti Ariane-6 (Eropa), Vulcan (AS), CZ-5 (Cina) dan N-3 (Jepang).) dan akan memberikan Dalam waktu dekat, daya saing kendaraan ruang angkasa kelas berat Rusia di pasar dunia layanan ruang angkasa.
Kendaraan peluncuran berat kami "Proton-M" dan "Angara-A5" dengan mesin roket propelan cair (LPRE) sepadan dengan kendaraan peluncuran asing baik dalam rasio dorong-terhadap-berat dan dalam massa muatan yang diluncurkan ke orbit tertentu.
Gas atau tanpa gas
Saat ini, armada SV domestik terdiri dari kendaraan peluncuran kelas ringan Rokot, kendaraan peluncuran kelas menengah Soyuz dengan peluncur rudal Fregat, dan kendaraan peluncuran kelas berat Proton dengan peluncur rudal DM dan Briz-M.
Dalam waktu dekat, kendaraan peluncuran "heptyl" "Rokot" dan "Proton" akan menggantikan kendaraan peluncuran ramah lingkungan dari keluarga "Angara". Pada saat yang sama, diharapkan untuk meningkatkan teknologi dan mengurangi biaya kendaraan peluncuran seri Angara-A5. Pengerjaan juga direncanakan untuk mengganti RB “Fregat” “heptyl” dengan RB “ML” ukuran kecil menggunakan komponen ramah lingkungan. Hal ini juga direncanakan untuk menggantikan veteran peroketan domestik dari kendaraan peluncuran Soyuz dengan kendaraan peluncuran kelas menengah yang menjanjikan, yang sedang dibuat sebagai bagian dari pekerjaan pengembangan Phoenix. Dalam perkembangannya, direncanakan untuk menerapkan teknologi menjanjikan yang menjamin peningkatan karakteristik operasional, termasuk penggunaan gas alam cair (LNG) sebagai bahan bakar roket.
Ruang terbuka
Mengapa LNG menarik? Keuntungan utama adalah kemungkinan mendasar untuk mengurangi biaya sistem propulsi (PS) kendaraan peluncuran karena penurunan radikal dalam tekanan operasi di ruang bakar mesin (dari 250-260 menjadi 160-170 atmosfer) dengan sedikit (≈4%) peningkatan impuls spesifik yang kosong. Peningkatan parameter terakhir memungkinkan mempertahankan tingkat energi dan karakteristik massa yang dicapai dari tahap LV, meskipun fakta bahwa kepadatan LNG adalah setengah dari kepadatan minyak tanah. Fitur mesin roket berbahan bakar cair berbahan bakar LNG adalah kemungkinan mengembangkan mesin skema pemulihan, kurang rentan terhadap pengembangan ledakan cepat dalam situasi darurat. Secara umum, penilaian teknis dan ekonomi awal menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk mengharapkan penurunan biaya sistem propulsi untuk LNG sekitar 1,5 kali dibandingkan dengan sistem propulsi berdasarkan mesin roket minyak tanah tekanan tinggi yang ada, yang akan meningkatkan daya saing domestik. meluncurkan kendaraan.
Mengevaluasi pengalaman menciptakan kendaraan peluncuran super-berat, perlu dicatat bahwa Energia - Buran tidak diragukan lagi merupakan puncak teknologi roket domestik, program luar biasa dalam hal organisasi, konsentrasi sumber daya, pencapaian dalam pengembangan struktur dan panas baru. -bahan pelindung, penguasaan teknologi untuk menciptakan mesin minyak tanah dan hidrogen yang kuat, produksi dan transportasi hidrogen cair dalam jumlah besar, aerodinamika hipersonik, dll. Seluruh negara bekerja untuk itu, tetapi negara tidak memiliki sarana, kekuatan, dan target untuk disebarkan sistem ruang angkasa ini di orbit. Pada saat yang sama, lebih dari 10 tahun bekerja pada penciptaan kompleks "Energi" - "Buran", lebih dari sepertiga dana yang dialokasikan untuk kegiatan luar angkasa dihabiskan, yang memengaruhi efektivitas implementasi area lainnya.
Selama periode ini, Badan Antariksa Eropa (ESA) mengembangkan dan mulai meluncurkan LV kelas menengah Ariane-4. Perusahaan Arianspace dengan roket ini menempati lebih dari setengah pasar untuk peluncuran komersial ke orbit geotransfer dan, setelah mendapatkan uang, menciptakan kendaraan peluncuran kelas berat Ariane-5, yang masih memastikan implementasi program luar angkasa ESA dan menampung lebih dari 40 persen pasar dunia untuk layanan peluncuran.
Surat kabar "VPK" (No. 27) menulis: "… Pentagon seharusnya merasakan kepuasan yang mendalam, menyaksikan bagaimana Rusia semakin jauh dari penciptaan kendaraan peluncur super-berat modern", tetapi memperkirakan menunjukkan bahwa semua tugas militer di masa mendatang yang akan diselesaikan Pentagon, menggunakan kendaraan peluncur kelas berat jenis Delta IVH dan Atlas-5, dan bukan kendaraan peluncur SLS, yang dibuat untuk penerbangan antarplanet. Tidak benar untuk membandingkan kemampuan energi kendaraan peluncuran Angara-A5 25 ton dan kendaraan peluncuran SLS 130 ton - seperti mengatakan: "Truk sampah 130 ton lebih dingin dari KamAZ, dan Gazelle bukanlah mesin di semua." Tidak sama sekali: kendaraan apa pun - mobil atau roket, agar efektif, harus dioperasikan mendekati batas atas kemampuan energinya. Jika kendaraan peluncuran didorong kosong, biaya unit peluncuran muatan meningkat, dan ini adalah salah satu indikator utama efisiensi kendaraan peluncuran. Oleh karena itu, negara tidak membutuhkan satu kendaraan peluncur super-kuat, tetapi armada SV yang seimbang secara optimal dari berbagai muatan untuk muatan tertentu. Jika tidak ada muatan seperti itu untuk LV, maka itu berisiko berbagi nasib Energia. Omong-omong, penting bahwa dua roket Saturnus-5 pada akhir misi ke bulan dikirim oleh NASA dan Departemen Pertahanan AS ke museum tanpa menemukan muatan untuk mereka.
Masalah penggunaan kendaraan peluncuran STK yang ditargetkan dipertimbangkan di STC Roskosmos - mereka sampai pada kesimpulan bahwa tidak perlu meluncurkan kargo tunggal dengan berat 50–70 ton sebelum 2030–2035. Prioritas industri luar angkasa Rusia, kami ulangi, didefinisikan dalam "Dasar-dasar kebijakan negara di bidang kegiatan luar angkasa …" Tugas utamanya adalah pengembangan kelompok orbit pesawat ruang angkasa untuk tujuan ilmiah, sosial-ekonomi, dan ganda. Itulah sebabnya, dalam arah pengembangan kendaraan peluncuran super-berat, Roskosmos NTS memutuskan hingga 2025 untuk membatasi diri pada penciptaan landasan ilmiah dan teknis dan pengembangan teknologi yang menjanjikan.
Harus diakui bahwa sekarang keadaan kelompok orbit pesawat ruang angkasa Rusia, secara halus, bukanlah yang paling makmur. Secara khusus, konstelasi pesawat ruang angkasa penginderaan jauh Bumi (ERS) hanya terdiri dari tujuh pesawat ruang angkasa dan memenuhi kebutuhan konsumen dalam negeri pada tingkat 20-30 persen, sedangkan konstelasi ERS Amerika Serikat, negara-negara Eropa dan Cina terdiri lebih dari 35 pesawat ruang angkasa masing-masing, menyediakan permukaan kontrol global Bumi, termasuk dalam jangkauan radar. Bahkan di India, konstelasi satelit ERS mencakup 17 satelit. Di sinilah dana FKP-2025 pertama-tama harus digunakan - dalam pengembangan pesawat ruang angkasa komunikasi, navigasi, penginderaan jauh, meteorologi, termasuk pesawat ruang angkasa dengan resolusi spasial segala cuaca yang tinggi, yang sangat penting bagi Siberia, Far North, Arktik dan Timur Jauh.
Seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan balistik, ketika diluncurkan dari kosmodrom Vostochny, versi optimal Angara-A5V LV dengan RB KBTK-V kriogenik yang ditingkatkan akan memberikan muatan seberat hingga 11,9 ton ke orbit transfer geostasioner dan hingga 7, 2 ton ke orbit geostasioner, dan juga kemungkinan menerapkan tahap awal program bulan berawak menggunakan skema empat peluncuran (lihat Gambar): dua peluncuran berpasangan LV, menyediakan pengiriman terpisah ke orbit bulan dari kompleks pendaratan dan lepas landas bulan (LPVK) dan kendaraan pengangkut berawak (PTK) dengan berlabuh di orbit satelit buatan Bulan (OISL) dan pendaratan LPVK berikutnya dengan kru di permukaan Bulan.
Peluncuran pasangan tipikal mencakup peluncuran muatan ke lintasan balistik sebagai bagian dari PTC atau LPVK dan kapal tunda oksigen-minyak tanah kecil (MOB2), dibuat berdasarkan kapal tunda "DM" (MOB1), yang dikembangkan di dasar pencadangan RB KVTK. MOB1 dengan bobot peluncuran lebih dari 38 ton diluncurkan sesuai skema dengan peluncuran tambahan pada peluncuran kedua Angara-A5V LV. Setelah berlabuh di orbit rendah bumi dan bertahap, pesawat ruang angkasa interorbital bulan yang dirakit pertama kali dimasukkan ke dalam orbit yang sangat elips karena kekuatan MOB1. Setelah kehabisan bahan bakar, MOB1 hidrogen dipisahkan dan MOB2 minyak tanah melengkapi pembentukan lintasan keberangkatan. Selanjutnya, MOB2 memberikan koreksi lintasan pada penerbangan ke Bulan dan transfer muatan ke orbit sirkumlunar. Proyek FKP-2025 menyediakan pekerjaan dengan dana yang ditunjukkan.
Tentu saja, skema multi-peluncuran agak rumit, membutuhkan koordinasi tertinggi: tim awal harus bekerja secara bersamaan pada dua peluncur, seperti jam. Penilaian teknis dan ekonomi awal menunjukkan bahwa penggunaan pada tahap awal program berawak bulan dari kendaraan peluncuran multiguna dengan muatan yang meningkat dari kelas 35-ton alih-alih kendaraan peluncuran khusus super-berat 80-ton akan memungkinkan untuk mengurangi biaya keuangan lebih dari urutan besarnya, dan sumber daya yang disimpan dapat digunakan untuk kepentingan pengembangan pengelompokan orbital domestik pesawat ruang angkasa, sosial-ekonomi, ilmiah dan penggunaan ganda.
Adapun penggunaan pendorong propelan padat (TTU) sebagai bagian dari kendaraan peluncuran, perlu dicatat di sini bahwa mesin roket bahan bakar padat (mesin roket propelan padat), dibandingkan dengan mesin roket propelan cair, tidak hanya memiliki kelebihan, tetapi juga kerugian - impuls dorong spesifik berkurang ~ 10–30 persen, kesempurnaan berat terburuk dari desain, bahaya kebakaran dan ledakan produksi dan peralatan pengisian bahan bakar, batasan waktu pengoperasian, kontrol traksi, kondisi suhu saat start-up, efek berbahaya dari produk pembakaran pada lingkungan. Selain itu, perlu memperhitungkan biaya kendaraan peluncuran dengan mesin roket propelan padat 30–40 persen lebih tinggi dibandingkan dengan kendaraan peluncuran dengan mesin roket propelan cair dan kebutuhan untuk menginvestasikan dana yang signifikan dalam pengembangan produksi, teknologi dan fasilitas pengujian untuk membuat mesin roket propelan padat besar.
Penggunaan mesin roket propelan padat besar sebagai bagian dari kendaraan peluncuran telah berulang kali dipertimbangkan dalam proyek-proyek domestik, tetapi dengan mempertimbangkan faktor-faktor di atas, berdasarkan perbandingan alternatif, pilihan selalu dibuat untuk mesin propelan cair. Rusia adalah pemimpin dalam pengembangan dan produksi mesin roket jelajah, yang dibeli oleh pelanggan, termasuk dari Amerika Serikat. Pada proyek FKP-2025 juga direncanakan uji coba teknologi pembuatan propelan padat peluncuran dengan daya dorong sekitar 100 ton. Kelayakan penggunaan motor roket propelan padat di kendaraan peluncuran yang menjanjikan, misalnya, di "Phoenix" yang sama, akan ditentukan kemudian, berdasarkan hasil analisis terperinci.
Kesimpulan: Jelas bahwa proyek FKP-2025 dapat terus ditingkatkan, namun dalam hal pengembangan kendaraan peluncuran, dokumen ini cukup seimbang, mencerminkan keadaan nyata dan menentukan prospek pengembangan sektor industri ini hingga tahun 2025, dengan mempertimbangkan prioritas yang ditetapkan dari kegiatan keantariksaan dan peluang negara untuk pembiayaannya.
