- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
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 [1] сообщения [2] о том, что эта идея обсуждается. Затем появилась информация, что генеральный конструктор «Ангары» заявил о нецелесообразности этой идеи [3]. Новостей об итоговом решении пока не появилось, попробуем разобраться сами в достоинствах и недостатках этой идеи.
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:
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 [4] 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 [5] остановила пуски больше чем на год.
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?
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 [6], а кратко геопереходные орбиты делятся на:
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.
Согласно вот этой методичке [7] 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 [8]» или разрабатываемый сейчас КВТК [9]. Массы пустых и полных блоков и удельный импульс двигателей известен, поэтому мы можем посчитать полезную нагрузку по формуле Циолковского:
где:
Преобразуя, получаем:
M1 нам известна — «Ангара А-5» выводит на низкую околоземную орбиту 24,5 т [10]. 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.
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»:
Аргументы за закрытие «Морского старта»:
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»?
Автор: lozga
Источник [11]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/fizika/79916
Ссылки в тексте:
[1] прошли: http://ria.ru/space/20150114/1042531321.html
[2] сообщения: http://novosti-kosmonavtiki.ru/news/26674/
[3] генеральный конструктор «Ангары» заявил о нецелесообразности этой идеи: http://novosti-kosmonavtiki.ru/news/26682/
[4] аварии 2007 года: http://www.youtube.com/watch?v=iV1Axgvo3ug
[5] авария февраля 2013 года: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%81%D0%B0%D1%82-27
[6] можно почитать тут: http://rusrocket.narod.ru/gto.html
[7] вот этой методичке: http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&cad=rja&uact=8&ved=0CCgQFjAC&url=http%3A%2F%2Fwww.me.mtu.edu%2F~ooabdelk%2FSpace%2520Mechanics%2520Book%2FCh%25209%2FSpace_Mechanics_Chapter_9_OrbitalManeuvers.docx&ei=MsJxVPKMLMj-ywOdkYDIDQ&usg=AFQjCNEWlfBCnxIS8xTFf9HGoDKfZIuzdQ&sig2=haaO77BRh-SOc7tAyIFmpg&bvm=bv.80185997,d.ZWU
[8] «Бриз-М: http://www.khrunichev.ru/main.php?id=49
[9] КВТК: http://www.khrunichev.ru/main.php?id=52
[10] 24,5 т: http://www.khrunichev.ru/main.php?id=44
[11] Источник: http://geektimes.ru/post/244432/
Нажмите здесь для печати.