350-360

Вопрос стоимости является ключевым для европейских РН нового поко­ления. Сейчас отмечается существенный рост затрат на пусковую инфраструк­туру Гвианского центра. Очевидно, эксплуатационные издержки превращаются в важный фактор, влияющий на облик РН будущего.

Об этом свидетельствует пример с гелием, который используется в сис­темах наддува топливных баков и продувки топливных магистралей. После то­го, как двигательная установка была разработана для гелия, трудно перейти на другие газы. Но гелий очень дорог. Конструкторы должны принимать во вни­мание, как различные виды топлива и другие расходные материалы влияют на стоимость производства и эксплуатации РН в течение жизненного цикла.

Ограничения эксплуатационных расходов должны быть учтены на ранней стадии проектирования. Средством достижения успеха в будущем, после клас­сических ограничений надежности и стоимости запуска, будет простота изго­товления и эксплуатации.

Изделия, идущие на смену РН Анапе 5, должны обеспечить снижение це­ны выведения 1 кг полезного груза на орбиту на 40% по отношению к своему предшественнику.

В настоящее время Европа сильно зависит от коммерческого спроса на свои РН. Но уже в ближайшем будущем предполагается удвоить число КА, за­пускаемых по правительственным заказам, удерживая при этом 40% междуна­родного рынка коммерческих запусков. Изучение последнего выявило следую­щие потребности. Для обеспечения правительственных заказов требуются РН, способные выводить на низкую орбиту высотой около 600 км КА (кроме АТУ) массой от 100 кг и выше, на солнечно-синхронные орбиты - КА массой около 4 т, на геопереходные орбиты - КА массой до 5-6 т. Коммерческие потребности на период до 2025 г. оцениваются примерно в 20 КА связи (массой до 5-6 т) в год, с возможным увеличением последующего темпа запусков до 31 в год.

В настоящее время цена на коммерческие пуски изменяется. Падение рубля вызвало снижение стоимости пуска РН «Протон-М»: цена выведения на геопереходную орбиту К А массой до 6 т, которая ранее составляла 90-100 млн. долл., сейчас упала до 75-80 млн. долл. Из-за этого американский оператор У1аза1 предпочел услуги 1Ь5 предложению Апапезрасе, которая за­прашивала 108 млн. долл.

Апапезрасе, объявившая стоимость «даблшота» в районе 160 млн. евро (около 200 млн. долл.), еще способна конкурировать с РН А(1аз 5 в конфигура­ции 401 (стоимость пуска 135-150 млн. долл.) или с РН ОеИа 4Н, пуск которой с КА МК.О Ь-15 был продан Министерству обороны США за 184 млн. долл. Однако, настоящая угроза для Апапезрасе исходит от китайских РН «Великий поход» и американского РН Ра1соп-9 компании ЗрасеХ. Цена пуска РН ЕМ-ЗВ сейчас оценивается в 50-70 млн. евро. РН Еа1соп-9, предлага­ется по цене от 31 до 34 млн. евро при выведении на геопереходную орбиту КА массой 3,0-4,5 т, а это уже вдвое меньше цены РН Анапе 5.

Для удовлетворения потребностей заказчиков и сохранения позиций на рынке запусков будут необходимы новые средства выведения. Работы в этом направлении ведутся в рамках программы «Подготовка к РН будущего» РЬРР (РиШге ЬаипсЬегз Ргерагабоп), где изучаются как эволюционное развитие РН Апапе 5 и Уе§а, так и различные новые концепции. Среди них - одно- и много­разовые РН от сверхлегкого до тяжелого и сверхтяжелого классов.

На рис. 22.5 представлены два варианта перспективной РН - с твердотоп­ливными первыми ступенями и полностью криогенной.

/Т\

/ \

Рис. 22.5. Два варианта перспективной РН - с твердотопливными первыми ступенями и полностью криогенной

В настоящее время изучаются проекты нескольких мощных ЖРД; в каче­стве компонентов топлива рассматриваются жидкие метан и водород в паре с жидким кислородом. В классе кислородно-водородных можно отметить сле­дующие двигатели [143]:

• Уеба МС 2000Е тягой около 200 тс и удельным импульсом в вакууме около 450 с - для первых и вторых ступеней будущих многоразовых систем;

• УПап^ Н МВС 2000 тягой порядка 200-400 тс и удельным импульсом в вакуумек более 400 с - для первых ступеней одноразовых РН;

• модифицированный Уи1сат-2 тягой порядка 150 тс и удельным им­пульсом в вакууме около 440 с - для будущих вариантов РН Апапе 5.

Исследования метановых ЖРД ведутся совместно с Россией по програм­ме Уо1§а, планируется создать двигатель вакуумной тягой более 200 тс и удельным импульсом не менее 360 с.

Не забыты и другие двигательные установки. Проработка перспективных РДТТ ведется в основном в направлении использования удачных технических решений и технологий двигателя Р80, созданного для РН Уе§а. Другие пер­спективные концепции рассматривают применение ракетных двигателей на гибридном и гелеобразном топливе.

В ближайших планах европейцев - создание новой одноразовой РН сред­него класса, известной под условным наименованием Апапе 6. Корпорация ЕАБ8 Аз1пит обнародовал проект новой средней РН, которая в гамме европей­ских средств выведения со временем должна занять нишу от РН «Союз-8Т» до РН Апапе 5. Заметим, что российская РН еще не совершила ни одного старта из Куру, а ЕКА уже думает о ее замене. Сегодня РН «Союз» полезна, но довольно странно, если у Европы не будет своей собственной средней РН. За будущие европейские коммерческие пуски должна отвечать РН, построенная на базе РН, отметившей два года назад пятидесятилетие. Предполагается, что если работы начнутся в 2011 г., то при существующих технологиях проектирования и про­изводства новая РН может быть введена в эксплуатацию примерно в 2020 г. С учетом рисков новой разработки предпочтительным считается 2025 год.

ЕАБ8 8расе ТгапзроПабоп предлагает два варианта новой РН.

Первый вариант - вариация на тему концепции блочной РН ВВЬ - трех­ступенчатая РН тандемной схемы, имеющая две нижние твердотопливные сту­пени (первая - на базе ускорителя ЕАР РН Апапе 5, вторая - на базе первой ступени Р80 РН Уеца) и верхнюю криогенную ступень РН с двигателем Утех.

Второй вариант - двухступенчатая РН тандемной схемы. Первая ступень РН может оснащаться либо двигателями, созданными в рамках российско- европейской программы «Волга» и работающими на жидком кислороде и жид­ком метане, либо ЖРД на базе Уйст^ или Уи1сат на жидком кислороде и жид­ком водороде. В последнем случае двигатели должны работать с переменным соотношением компонентов. Жидкостные РН «в чистом виде» имеют сравни­тельно небольшую тяговооруженность и оснащаются двумя-восемью старто­выми твердотопливными ускорителями для схода с пускового устройства.

Оценки затрат на разработку различных вариантов РН колеблются от 3,5 до 8 млрд. евро.

Точных характеристик указанных вариантов РН РН Апапе 6 пока не опубликовано, что и неудивительно, поскольку облик РН еще реформирован окончательно, а полномасштабная разработка начнется не ранее, чем через два года. Но известно, что грузоподъемность РН на геопереходной орбите может составить от 3 до 6 т, что свидетельствует об отказе от концепции двойных пусков. При этом общее число пусков по отношению к РН Апапе 5 планируется удвоить.

Именно двойные пуски являются преимуществом Апапеврасе, поскольку два клиента могут разделить стоимость РН. В 2025 г. такая миссия потребует две РН Анапе 6 вместо одной Анапе 5. Кроме того, верхний предел грузоподъ­емности в 6 т представляется недостаточным. Срок жизни новой РН оценивает­ся примерно в 30 лет: с 2026 по 2055 год Но уже сейчас максимальная масса КА связи достигает 6,7 т (КА 1Ря1аг и Тегга§1аг) и будет увеличиваться после ввода я строй новой европейской платформы А1рЬаЪиз. Максимальная масса К А, создаваемых на основе этой платформы, может составить 8,1 т, что также превышает верхний предел РН Анапе 6. Кроме того, на рынок выходят РН но­вого поколения с повышенной грузоподъемностью, такие как РН Ра1соп-9 (США) и Н-11В (Япония) в 2010 г., РН «Ангара» (Россия) в 2013 г., РН «Вели­кий поход-5» (Китай) и РН ОЗЬУ-МкШ (Индия) в 2013-2015 гг.

При сроке разработки в 15 лет РН Анапе 6 сильно опоздает с выходом на рынок по сравнению со своими соперниками. С учетом того, что РН явно не может быть сертифицирован к 2025-2030 гг. для пилотируемых полетов, стано­вится очевидным, что он не сможет полноценно заменить РН Анапе 5. Скорее всего, обе РН придется длительное время эксплуатироваться параллельно.

Эти размышления подтверждаются и тем, что на «период ожидания» до готовности РН Анапе 6 французские специалисты рекомендуют модернизиро­вать РН РН Анапе 5 и Уе§а.

Если проанализировать представленные варианты, то с точки зрения ми­нимальных рисков, затрат и сроков создания наиболее предпочтительным вы­глядит первый, использующий готовые элементы РН Анапе 5 и Уе§а. В то же время энергетика и потенциал дальнейшего развития этого варианта ограни­ченны. Никакой технологической новизны «половинка» РН Анапе 5 не несет. Варианты с криогенными первыми ступенями РН, как на основе метана, так и на основе водорода, напротив, обладают технологической новизной, а также перспективами дальнейшего роста грузоподъемности. Стартовые массы этих РН меньше, чем у версии с твердотопливными ступенями, а сами РН принци­пиально проще. Но технический риск, а также стоимость разработки криоген­ных вариантов, видимо, будут максимальными.

В любом случае, очевидно, что Европа активизирует работы в области перспективных средств выведения.

В июне 2010 года Агентство Е8А заключило двухлетний контракт с фир­мой АзГпшп Брасе ТгапзрогШюп (А8Т) стоимостью 24 млн. долл., предусмат­ривающий исследование технологий, предназначенных для использования в многократно включаемых двигателях верхних ступеней РН, работающих на криогенных компонентах топлива. Работа, которая должна быть выполнена в рамках программы РЬРР (РиШге ЬаипсЬегв РгерагаГогу Ргодгаш) Агентства Е8А, будет сконцентрирована на исследовании свойств жидкого водорода (минус 253°С) и жидкого кислорода (минус 183°С) в условиях невесомости и на опре­делении способов подачи их в двигатель. Другая задача исследований относит­ся к созданию системы теплоизоляции топливных баков для обеспечения необ­ходимых условий охлаждения компонентов топлива [144].

Контракт с фирмой А8Т включает проведение испытаний для отработки способов подачи криогенных компонентов топлива на борт высотной суборби- тапьной ракеты Техиз, которую планируют к запуску в 2011 году с космодрома Швеции.

Агентство Е8А проводит подготовительную работу по модернизации криогенной верхней ступени РН Апапе-5, на которой будет установлен двига­тель Утс1, разработанный французской фирмой 8песша Мо1еигз. С другой сто­роны ожидается, что правительство Франции выделит 250 млн. евро к концу 2010 года на разработку РН Анапе следующего поколения в рамках комплекса мер, стимулирующих экономику. Однако пока неясно, какое решение примет Агентство Е8А, либо о завершении разработки верхней ступени РН Апапе-5, либо о начале проектирования семейства РН следующего поколения. Оконча­тельное решение намечается принять в 2012 году.

22.4. Состояние ракет-носителей легкого класса в России

29.01.2009 г. запуском КА «Коронас-Фотон» завершилась карьера одной из самой удачных легких РН «Циклон-3». Это событие дает повод критически взглянуть на роль РН легкого класса на рынке пусковых услуг и рассмотреть связанные с ними проблемы.

Космонавтика своим рождением обязана именно легким РН; к ним, ус­ловно относят РН, выводящие на низкую околоземную орбиту КА массой не более 5 т. С этой точки зрения легкими были первые космические модификации РН Р-7, Абак, Ткап II, ТЬог, не говоря уже о таких раритетах, как Уапциагй, 1ипо, Б1атап1 или «Космос-2». РН легкого класса составляют основу космических программ Индии и Израиля.

К настоящему времени создано большое количество легких РН - изделия других классов просто не могут с ними сравняться по разнообразию. В США это семейства РН Рецазиз, Таигиз, Мто1аиг и Бека II (моделей 7320 и 7420), в Индии - РН Р8ЬУ в различных конфигурациях, в Израиле - РН 8Ьаук.

Россия эксплуатирует РН «Космос-ЗМ», «Рокот», «Старт-1», «Штиль-2» и - совместно с Украиной - «Днепр».

Китай продолжает пуски РН С2-2С/Б.

Многие РН легкого класса сошли со сцены: РН 8сои1, кто I и II, ТЬог, А1- 1аз I и Ткап П (США), РН 8ЬУ-3 и А8ЬУ (Индия), РН «Космос-2» и «Космос-1» (Россия), РН «Циклон-2» и -3 (Украина), РН С2-1, С2-2 и РВ-1 (КНР), РН ЬатМа, Ми, N-1, N-2, Н-1 и М (Япония).

В настоящее время ничего неизвестно о реализации предложения по пе­реоборудованию имеющихся в России РН «Циклон-2» в вариант «Циклон-2К».

Вскоре уйдет на покой и РН «Космос-ЗМ». Осталось несколько таких РН, после пуска которых эксплуатация будет завершена.

Это естественно: прежнее поколение сменяется новыми РН.

Европейцы завершают создание РН Уе§а.

В России проектируются РН «Ангара-1», «Полет» («Воздушный старт») и «Союз-1» («Союз-2.1в»),

В Америке сделана первая «частная» жидкостная РН Ра1соп-1.

Легкие РН создаются в Иране (РН «Сафир»), Северной Корее (РН «Тэпходон»), Южной Корее (РН К8БУ-1), в Японии (РН ОХ) и Бразилии (РН УЬ8-1).

Китай проводит летные испытания твердотопливной РН «Кайточже» (КТ-1) и модифицированной РН С2-Ш.

Украина по заказу Бразилии работает над проектом «Циклон-4».

Но вот что удивительно: наряду с «ветеранами» с рынка ушли (или не ус­пели в него войти) и вполне современные РН А1Ьепа (США) и РН М-У (Япо­ния). Некоторые легкие РН, такие как РН «Старт-1» или «Стрела», используют­ся крайне редко. Так, например, в официальным планах НПО машиностроения на 2009 г. стоял запуск КА «Кондор-Э» на РН «Стрела» с космодрома Байко­нур, а в манифесте ЗАО «Пусковые услуги» фигурировали восемь пусков РН «Старт-1» по программе ЕК.08, причем за выведение КА ЕКОС-С уже получен аванс.

При этом не родившимся малым РН нет числа: РН СопезЮца, «Квант» и «Квант-1», «Уренгой», Шйу, «Рикша», «Ишим» и т.д. и т.п.

В чем же дело? Почему легкие РН все чаще становятся объектами жарких дискуссий, подобно тому, как это происходит с их «антиподами» - сверхтяже­лыми РН? Раздаются голоса, что рынок малых КА невелик и имеет тенденцию к сокращению, а нужды в новых «легковесах» нет, поскольку вполне достаточ­но имеющегося парка РН. Более того, иногда звучат предложения вообще отка­заться от легких РН как класса, полностью передав их задачи средним РН [140].

Статистика пусков за последние 10 лет представляет интересную карти­ну. Оказывается, удельный вес легких РН в общем числе космических пусков после 2001 г. колеблется около значения, составляющего примерно 23%. Доля КА, выведенных на орбиты легкими РН, также стабильна - около 30%. Это ос- редненные цифры: в 2001-2003 гг. произошел спад этих показателей, но не на­много и в связи с общим сокращением космической активности. В среднем, на­чиная с 2003 г., ежегодно стартуют 15 РН легкого класса, которые выводят на орбиты 23-24 КА. Приведенные относительные показатели характерны и для России.

Например, в 2008 г. с российских космодромов осуществлено шесть пус­ков легких РН (23% от общего количества пусков), которые вывели на орбиты 18 КА (41,8% от общего числа запущенных КА). По типам РН эти пуски рас­пределились следующим образом:

• РН «Космос-ЗМ» - три пуска (выведено восемь К А);

• РН «Рокот» - один пуск (четыре КА);

• РН «Днепр» - два пуска (шесть КА).

Таким образом, ярко выраженной тенденции к существенному уменьше­нию количества запускаемых легких КА нет. Напротив, в ближайшее время возможно увеличение потребности в запусках небольших низкоорбитальных КА. В 2006 г. прогнозировался запуск в течение ближайших десяти лет порядка 130-140 только гражданских К А ДЗЗ. В 2007 г. компания возникла необходи­мость замены и пополнения КА в низкоорбитальных спутниковых группиров­ках, таких как 01оЬа1з1аг и ОгЬсотш. Кроме того, предусматривался запуск оп­ределенного количества легких К А научного и военного назначения.

Следует отметить, еще 15-20 лет назад была весьма популярна идея раз­вертывания и эксплуатации многоспутниковых орбитальных систем. Основа­нием для нее служил прогресс в микроэлектронике, что позволяло создавать КА небольшой массы, но с высокими характеристиками. Представлялось, что дешевизна единичного КА сможет компенсировать их большое потребное ко­личество (десятки и сотни), и низкоорбитальные системы будут экономически эффективными. Увы, ожидания не оправдались: развитие наземных телекомму­никационных сетей и тяжелых геостационарных КА с большим сроком службы поставило крест на этих мечтах.

Кроме того, рынок пусковых услуг сегментирован неравномерно. Наи­больший доход провайдерам приносит запуск коммерческих геостационарных КА тяжелыми РН. Доходность РН легкого и среднего класса существенно меньше, причем запуски малых КА «университетского» класса особенно деше­вы. Рынок запуска легких КА - нишевый; его основные потребители - государ­ственные военные и научные ведомства, университеты, то есть «бюджетники». Разумеется, есть и коммерсанты - те же С1оЬа1з1аг и ОгЬсотш. Но они зачастую пользуются услугами операторов РН среднего класса, проводящих кластерные запуски.

Как и всякий вид техники, легкие РН имеют свои отличительные черты. Например, этим РН, как никаким другим классам РН, свойствен огромный раз­брос грузоподъемности. Почти все современные «тяжеловесы» выводят на низ­кую околоземную орбиту КА массой около 20-25 т и имеют примерно сопоста­вимую грузоподъемность при запуске КА на геопереходные орбиты (в этом случае масса аппарата на геостационаре сильно зависит от конструктивного со­вершенства РН и широты точки старта). В отличие от них, грузоподъемность современных легких РН различается в десятки раз - от 50... 100 кг до 4 т. Соот­ветственно, при общей сравнительно небольшой потребности в КА соответст­вующего класса, загрузить работой все такие РН проблематично: РН, рассчи­танная на пятидесятикилограммовый КА, не может вывести на орбиту более тяжелый аппарат, а, например, РН класса «Ангара-1» невыгодно использовать для запуска одиночного микроспутника.

С уменьшением размеров конструктивное совершенство, а следовательно, и массовая отдача РН снижаются, причем быстрее, чем падает стоимость разра­ботки и создания РН. В результате удельная стоимость выведения КА у легких

РН гораздо выше, чем у средних и тяжелых РН. По некоторым оценкам, этот показатель растет с уменьшением грузоподъемности с 8-10 тыс. долл./кг для тяжелых и средних РН до 30-40 тыс. долл./кг для легких РН. Последнее обстоя­тельство усугубляется и отмеченным уже небольшим количеством запусков малых КА.

У российских легких РН свои проблемы. Почти все они используют ток­сичные компоненты топлива. Космические войска уже неоднократно заявляли об отказе от «гептиловых» РН. После «отстрела» РН «Циклон», «Космос» и «Рокот» новых заказов на них не будет. Что касается твердотопливной РН «Старт-1», то ее энергетические возможности для многих задач недостаточны. К тому же предприятия, выпускающие блоки для этой РН, в ближайшие годы будут загружены производством ракетных комплексов «Искандер», «Тополь- М», РС-24 и «Булава». Конверсионные РН «Рокот», «Днепр» и «Стрела» в ряде случаев, таких как выведение мини- и микроспутников на низкие орбиты, из­быточны по энергетике. Лишь практически «даровая» стоимость снимаемых с вооружения баллистических ракет обеспечивает их коммерческую привлека­тельность. Но надо иметь в виду, что гарантийные сроки хранения РС-18 и РС- 20, на базе которых созданы РН «Рокот» и «Днепр», не бесконечны.

У РН «Днепр», в свою очередь, проблемы с зонами отчуждения: при пус­ках с Байконура или из Ясного отделяемые части РН падают в зоны, находя­щиеся на территории Казахстана, Туркменистана или Узбекистана. И эти госу­дарства выставляют России определенные условия. Получение разрешения на запуск со стороны Казахстана (вообще болезненно относящегося к запускам «гептильных» РН) было источником длительных и непростых переговоров по запуску КА ТНЕОБ.

Использование конверсионных РН семейства «Штиль», создаваемых на базе морской ракеты РСМ-54, сопряжено с допуском заказчика на борт подвод­ного ракетоносца, что вызывает ряд проблем бюрократического характера.

Что касается новых проектов РН «Ангара-1» и «Союз-1», то их следует рассматривать как прямую замену РН «Циклон-3». Для КА, ранее запускав­шихся РН «Космос-ЗМ» или «Старт-1», эти перспективные РН переразмерены. Учитывая степень новизны РН «Ангара-1», можно полагать, что на первых по­рах экономика этой РН коммерческих заказчиков может и не устраивать. Бу­дущее же РН «Союз-1» неразрывно связано с проектом РН «Союз-2-3» и двига­телем НК-33-1, однако следует помнить, что выпуск последнего прекращен бо­лее 30 лет назад.

Как показывает статистика пусков, несмотря на проблемы, РН легкого класса нужны, поскольку нужны и легкие КА.

В таблице 22.4 представлена статистика космических пусков в 1998-2008 гг.

10Д

а 06|ц€'* *эг.м!*ЛС.тио и нз»стач^10 условны* гу^с*' Рн Я Из ндл вдгиос РМ

Статистика космических пусков в 1998-2008 гг.

Годы	Общее ко­личество успешных пусков	Количество успешных пусков, вы- полненых легкими РН	Доля легких РН в общем количестве успешных пусков, %	Общее ко­личество К А, выве­денных на орбиты	Количество КА, выве­денных на орбиты лег­кими РН
1. 1998	76	23	30,3	156	59
2. 1999	70	21	30	124	42
3. 2000	81	16	19,8	119	42
4. 2001	56	9	16,1	83	19
5.2002	61	11	18	91	20
6. 2003	61	16	26,2	91	32
1. 2004	52	13	25	70	22
8. 2005	52	15	28,8	71	23
9. 2006	62	13	21	94	23
10. 2007	65	15	23,1	115	31
11.2008	66	16	24,2	106	39

На рис. 22.6 представлена диаграмма пусков РН в период 1998-2008 гг.

Рис. 22.6. Диаграмма пусков РН в период 1998-2008 гг.

На рис. 22.7. представлена диаграмма запусков КА, выполненных легки­ми РН в период 1998-2008 гг.

НД:*Лй ?А ЭЭД^^чиьи Л»!иМ# РН

Рис. 22.7. Диаграмма запусков КА, выполненных легкими РН в период 1998-2008 гг.

Как свидетельствует практика, выведение легких КА при попутных или кластерных пусках РН среднего класса не всегда удобно для заказчика. Если первоначальное формирование орбитальной группировки решается таким спо­собом весьма удачно, то для замены вышедшего из строя К А заказчик вынуж­ден ждать удобного случая для доставки своего аппарата на орбиту в качестве дополнительного полезного груза.

При этом возникает вопрос: а можно ли в современных условиях создать новый легкий экономически эффективную РН? (Под экономической эффектив­ностью следует понимать минимум затрат на запуск легкого КА, поскольку о прибыльности в данном сегменте рынка говорить затруднительно).

Положительный ответ можно получить при выполнении некоторых усло­вий.

Во-первых, необходимо правильно выбрать размерность РН. Анализ за­пусков низкоорбитальных КА показывает некоторую тенденцию снижения их массы. Так, израильские К А ДЗЗ ЕК08 (и близкие к ним по конструкции раз­ведчики ОГец) имеют стартовую массу порядка 270-300 кг. Масса южнокорей­ского КА Котрза!, запущенного в 2006 г. из Плесецка с помощью РН «Рокот», - менее 800 кг. Германский КА ЗАК-Ьире (разведчик с радаром с синтезированной апертурой) имеет начальную массу около 720 кг. Значитель­ная часть КА научного назначения и новейших низкоорбитальных КА связи также не тяжелее 500-1000 кг. Для запуска таких аппаратов нужна РН размер­ности «Космос-ЗМ» или чуть меньше.