Технополис завтра
Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Новости Интересное

Новости об «Ангаре» на «Морском старте» — почему это важно?

18.01.2015

http://geektimes.ru/post/244432/

На этой неделе не очень замеченными прошли новости о рассмотрении в российской космической отрасли идеи использовать ракету-носитель «Ангара А-5» для замены «Зенита-3SL» на проекте «Морской старт». Они отражали непростой процесс обсуждения идеи.


Первыми прошли сообщения о том, что эта идея обсуждается. Затем появилась информация, что генеральный конструктор «Ангары» заявил о нецелесообразности этой идеи. Новостей об итоговом решении пока не появилось, попробуем разобраться сами в достоинствах и недостатках этой идеи.

Предыстория

Проект «Морской старт» начался по нынешним меркам уже давно — в 1993 году. Идея состояла в том, чтобы поставить ракету-носитель «Зенит» на морскую платформу и запускать спутники на геостационарную орбиту с экватора. Выгода была заманчива:

  • Старт с экватора дает максимальное бесплатное приращение линейной скорости. Земля вращается с угловой скоростью 1 оборот в сутки, но линейная скорость вращения минимальна на полюсах и максимальна на экваторе. Целых 465 м/с бесплатно добавляется к скорости ракеты, если запуск производится на экваторе в направлении на восток.
  • Нулевая широта экватора означает отсутствие потерь на изменение наклонения орбиты. При старте с Земли начальное наклонение орбиты равно широте космодрома. А для геостационарной орбиты нужно нулевое наклонение. Поэтому при старте, например, с мыса Канаверал, надо тратить топливо на исправление начального наклонения в 28,5°. А при запуске с Байконура приходится исправлять целых 51,6° начального наклонения орбиты.
  • Ракета-носитель «Зенит» была разработана в СССР с упором на максимальную автоматизацию процессов подготовки к пуску и самого пуска. Поэтому не просматривалось больших технических сложностей в том, чтобы запускать её с морской платформы, на которой к моменту старта не оставалось ни одного человека.

В 1999 году с «Морского старта» был запущен тестовый габаритно-весовой макет спутника, к 2006 году количество пусков выросло до 6 в год. После аварии 2007 года запуски были остановлены на год, но в 2008 году состоялось пять запусков. В 2009 году компания объявила о своём банкротстве. Очевидно, несмотря на достаточно высокую пусковую активность, в экономической части проекта были какие-то проблемы. В результате, после всех судебных разбирательств, в 2010 году компания Energia Overseas Limited, являющаяся дочерней компанией РКК «Энергия», получила 95% акций «Морского старта». После банкротства пусковая активность снизилась, максимальным достижением стали 3 спутника, запущенные в 2012 году. А авария февраля 2013 года остановила пуски больше чем на год.

Настоящее

Ракета-носитель «Зенит» — хорошая ракета, но ей фатально не везёт. Она разрабатывалась как новая РН среднего класса и могла бы заменить семейство ракет-носителей «Союз», в том числе и для пилотируемых пусков, но развалился СССР, и о фундаментальной модернизации ракетного парка в 90-е годы не могло быть никаких разговоров. Развал системы советской кооперации привёл к тому, что заводы, делающие одну ракету, оказались в разных странах и стали зависеть от политических отношений между ними. Второй, боюсь, окончательный удар этой ракете нанес конфликт между Россией и Украиной. Вне зависимости от его результатов, ракета-носитель, двигатели которой производятся в России, а баки — на Украине, будущего не имеет. В краткосрочной перспективе она производиться точно не будет, а в долгосрочной — технологии и оснастка будут заморожены и утрачены, в лучшем случае, частично. А тот факт, что база «Морского старта» находится в Калифорнии, ещё ухудшает положение проекта в условиях охлаждения российско-американских отношений.

Сочетание экономических и политических проблем привело к тому, что я ожидал новостей об окончательном закрытии проекта. Именно поэтому новости про возможную замену ракеты-носителя на «Ангару» показались мне такими важными — это, наверное, единственный шанс на возрождение такого инженерно красивого проекта как «Морской старт». Также здесь возникает интересный вопрос — «Ангара А-5» заметно более тяжелая и грузоподъемная ракета, чем «Зенит». Попробуем посчитать, сколько тонн она сможет вывести на геостационарную орбиту?

Такая разная ГПО

Перед тем, как начать расчеты, необходимо кратко рассказать о том, какие бывают способы выведения на геостационарную орбиту. Главная особенность геостационарной орбиты состоит в гравитационных возмущениях Луны. Спутник должен иметь свои собственные двигатели и запас топлива, чтобы оставаться в нужной точке стояния. Поэтому, кроме прямого выведения, когда спутник выводится ракетой-носителем (иногда с помощью разгонного блока) сразу на целевую орбиту, существуют так называемые геопереходные орбиты. В этом случае разгонный блок завершает свою работу на высокоэллиптической орбите, а спутник добирается до своей точки стояния на геостационарной орбите самостоятельно.

Далее, если конечные параметры геостационарной орбиты известны (апогей 35786 км, перигей 35786 км, наклонение 0°), то начальное наклонение у всех космодромов разное. Поэтому и параметры геопереходной орбиты сложились разные для разных стран. Более подробно можно почитать тут, а кратко геопереходные орбиты делятся на:

  • Условная «американская» (185х35786 км, 27°) с delta-V для перехода на ГСО 1804 м/с и похожие на неё китайская и японская
  • Условная «европейская» (200х35786 км, 7°) с delta-V для перехода на ГСО 1500 м/с.

В СССР использовалось прямое выведение на геостационарную орбиту разгонным блоком. Выход России на рынок коммерческих спутниковых запусков означал необходимость адаптации к уже сложившимся стандартам. «Байконурская» геопереходная орбита (200х35786 км, 51,6°) требует разгона на 2430 м/с для вывода спутника на ГСО, что требовало бы модификации существующих спутниковых платформ и снижало бы конкурентоспособность. Поэтому наши разгонные блоки выводят спутники на специальную переходную орбиту, параметры которой сильно отличаются от «обычных» ГПО, но delta-V требуется «американская» или «европейская»:

В случае же вывода спутника с «Морского старта» геопереходная орбита 200х25786 км, 0° требует 1477 м/с для довыведения на ГСО.

Расчеты

Согласно вот этой методичке импульс для выхода с орбиты 200х200 км, 0° на ГПО 200х35786 км, 0° составляет 2454 м/с. Для выхода с ГПО на ГСО потребуется ещё 1477 м/с, а суммарная delta-V для выхода сразу на ГСО составит 3931 м/с. В случае использования «Ангары» в качестве разгонного блока могут использоваться «Бриз-М» или разрабатываемый сейчас КВТК. Массы пустых и полных блоков и удельный импульс двигателей известен, поэтому мы можем посчитать полезную нагрузку по формуле Циолковского:


где:

  • V — конечная скорость (в данном случае, delta-V)
  • I — удельный импульс (в м/с)
  • M1 — начальная масса
  • M2 — конечная масса

Преобразуя, получаем:

M1 нам известна — «Ангара А-5» выводит на низкую околоземную орбиту 24,5 т. Это допущение для простоты расчетов — в реальности используется выведение на незамкнутую орбиту с довыведением разгонным блоком. Также не забудем вычесть массу пустого разгонного блока из M2.

В результате расчетов получим:

Вывод очевиден — «Ангара» с «Морского старта» сможет выводить в полтора раза больше, чем «Зенит», а с перспективным кислородно-водородным блоком КВТК и в два раза больше.

За и против

В то же время не стоит думать, что нет аргументов за закрытие «Морского старта». Если составить список «за» и «против», он получится примерно таким:

Аргументы за адаптацию «Ангары» к «Морскому старту»:

  1. Замена ракеты-носителя даст возможность продолжить проект.
  2. «Ангара» сможет выводить в два-три раза больше спутников за пуск, чем «Зенит», увеличив доходы от коммерческих пусков.
  3. Чем больше серия ракет-носителей, тем дешевле они будут стоить. Кроме этого, дополнительные заказы — это дополнительные рабочие места в высокотехнологической отрасли.
  4. Чем больше стартовых комплексов у «Ангары», тем больше гибкость задач и выше вероятность её дальнейшей долгой и счастливой эксплуатации.
  5. Наземную базу комплекса теоретически можно перевести из Калифорнии, например, в Бразилию. В этом случае коммерческие запуски можно совместить с сотрудничеством с Бразилией в её космической программе. Для справки — Бразилии крайне не везёт с космической программой — в 2003 году у них произошел взрыв разрабатываемой ракеты на стартовом столе, погибли люди. А после отказа от идеи делать ракету самостоятельно Бразилия решила сотрудничать с Украиной и запускать ракету-носитель «Циклон-4» с космодрома в Алькантаре. Первый запуск изначально планировался в 2013, но на сегодня новостей о прогрессе работ не слышно.

Аргументы за закрытие «Морского старта»:

  1. Остановка проекта означает прекращение расходов на него. «Лошадь сдохла — слезь».
  2. Адаптация новой ракеты к уже построенному под другую ракету стартовому комплексу — это очень большие деньги и много времени. Нет каких-то факторов, которые категорически запрещают возможность такого действия, но оправданы ли большие расходы?
  3. Стоимость пуска серийной «Ангары» пока что не известна. Если ракета будет стоить в три раза дороже «Зенита», то даже при выводе двух спутников экономического смысла в проекте не будет.

К сожалению, степень значимости этих аргументов опирается на данные, которыми мы не располагаем. Так что нам, простым сторонним зрителям, остается следить за новостями — что же в итоге будет с «Морским стартом»?


 
Социальные комментарии Cackle
Loading...
Загрузка...

© 2009 Технополис завтра

Перепечатка  материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши  правила  строже  этих,  пожалуйста,  пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.