Взлёт, 2016 № 06 (138)
Шрифт:
Пару лет назад авторы статьи проанализировали статистику космических запусков. Оказалось, что доля легких ракет в общем числе миссий за 1998—2008 гг. составляла в среднем около 23% (от 16 до 30% в год) без какого-либо видимого тренда к снижению, а доля космических аппаратов, выведенных этими носителями, колебалась в районе трети и даже более от общего числа запущенных спутников. Также удивил дальнейший анализ: даже спустя восемь лет после указанного промежутка времени ситуация кардинально не изменилась! В 2015 г. участники «Большого космического клуба» (неформальной организации стран, которые могут запускать собственные спутники с помощью своих ракет-носителей с национальных космодромов) выполнили 86 пусков (в т.ч. 81 удачных), доставив на орбиту 186 спутников. Легкие носители стартовали 17 раз (из них 16 — успешно),
Легкая ракета-носитель Falcon 1 была создана частной американской компанией SpaceX Илона Маска, но в настоящее время не используется
Таким образом, несмотря на озвученные проблемы, сегмент легких носителей существует и чувствует себя неплохо. Основной причиной этой стабильности стало бурное развитие малых космических аппаратов (МКА) — спутников и межпланетных зондов массой менее 1000 кг. МКА делятся на следующие классы (в зависимости от массы): собственно, малые космические аппараты (до 1000 кг), «мини» (от 100 до 500 кг), «микро» (от 10 до 100 кг), «нано» (от 1 до 10 кг), «пико» (от 0,1 до 1 кг) и «фемто» (до 0,1 кг).
Когда-то все первые спутники, запущенные странами, входившими в «Большой космический клуб», укладывались в категории «нано» и «микро». Так было с Советским Союзом, Соединенными Штатами, Францией, Японией, Китаем, Великобританией, Индией, Израилем, Северной Кореей и Ираном. В первую очередь, вывод обуславливался ограниченным возможностями национальных средств выведения. Для кандидатов, претендующих на членство в этой организации — Бразилии, Аргентины, Пакистана — данное правило действует до сих пор: научно-техническая и материально-экономическая база этих стран пока позволяет строить лишь носители легкого класса.
Первый пуск новой китайской трехступенчатой легкой ракеты-носителя CZ-6 состоялся 20 сентября 2015 г.
Современное развитие МКА обусловлено новыми технологиями. Появление микроминиатюрных электромеханических систем (МЭМС), рост доступности при одновременном снижении массогабаритных параметров и стоимости электронной компонентной базы позволили за меньшие деньги делать легкие и сравнительно простые космические аппараты, обладающие неплохим функционалом.
Тенденция снижения массы низкоорбитальных спутников носит объективный характер. Как правило, такие аппараты решают задачи дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), выполняют научные исследования либо занимаются вопросами технологии в условиях микрогравитации. Обычно такие спутники являются «одноканальными», передавая информацию на ограниченное число наземных приемных пунктов, не требующих высокой мощности передатчиков. Соответственно, микроминиатюризация и использование новых материалов однозначно вызывают тенденцию снижения массы низкоорбитальных аппаратов. Например, советские «космические картографы», сделанные на базе аппаратов «Зенит» и «Янтарь», имели массу до 6,5 т, тогда как большинство аналогичных современных спутников весят чуть не на порядок меньше. Интересно отметить, что из 24 запущенных в 2012 г. спутников съемки Земли 23 были изготовлены на средства госбюджета или организаций и только один (SPOT 6) относился к чисто коммерческим, созданным полностью на средства европейской аэрокосмической компании EADS Astrium.
Японская легкая трехступенчатая твердотопливная ракета-носитель Epsilon во время первого старта 14 сентября 2013 г.
Несколько лет назад консалтинговая компания Euroconsult приводила следующие данные, характеризующие тенденции развития рынка аппаратов ДЗЗ:
Значительная часть современных оптико-электронных спутников дистанционного зондирования, обладающих разрешением порядка 1—3 м на пиксель изображения, имеет массу от 250 до 800 кг. В этот же весовой диапазон укладываются и многие современные радиолокационные аппараты, оснащенные радарами с синтезированной апертурой. Специалисты уже говорят о возможности создания спутников ДЗЗ массой 20—50 кг с оптико-электронными системами субметрового пространственного разрешения.
Не первый год (а, точнее, еще с начала 1990-х) ожидается бум низкоорбитальных систем связи. Увы, до недавних пор все ограничивалось развертыванием многоспутниковых группировок с довольно скромными характеристиками, балансирующих на грани безубыточности (системы GlobalStar, Orbcomm и «Гонец»). Но в прошлом году компания OneWeb объявила о новом проекте низкоорбитальной системы, обеспечивающей глобальный широкополосный доступ в интернет для всех желающих, в т.ч. в странах третьего мира. Планы предполагают запуск 648 микроспутников на фазированные полярные орбиты высотой 1200 км. При этом каждый аппарат будет иметь массу менее 200 кг и пропускную способность 7 Гбит/с. Для запуска спутников OneWeb планируется задействовать российские носители «Союз», стартующие из Гвианского космического центра и космодрома Восточный, американские Falcon 9 и ракеты воздушного пуска LauncherOne фирмы Virgin Galactic. Коммерческое предоставление услуг OneWeb должно начаться в 2019 г.
Таким образом, рынок и сфера применения МКА расширяются. Для формирования орбитальных группировок можно использовать различные носители как среднего, так и легкого класса. При этом в большинстве случаев спутники будут запускаться «пачками» (кластерами). Кластерный запуск экономически выгоден, когда на одну и ту же (или близкую) орбиту требуется вывести несколько однотипных МКА. Если же в качестве полезного груза ракета несет «сборную солянку» разнотипных спутников различных заказчиков, преимущества данного вида запуска снижаются: вместо индивидуального выбора оптимальной орбиты заказчик вынужден отправлять свой аппарат туда, куда «отвезут», и ждать, когда все остальные участники («соседи по кластеру») будут готовы к «поездке».
Российские легкие ракеты-носители «Союз-2.1в» и «Ангара-1.2»
Не пригоден кластерный запуск и в случае, когда необходимо заменить в орбитальной группировке физически изношенный или морально устаревший аппарат: для одиночных запусков целесообразнее использовать ракеты легкого класса.
Именно развитие МКА стало причиной того, что различные страны создают новые легкие носители. Например, разработчики китайской ракеты CZ-6, которая впервые стартовала 20 сентября 2015 г., прямо заявляли, что ее параметры выбирались исходя из тенденций мирового рынка МКА. Даже скромный по современным меркам носитель CZ-2D нецелесообразно использовать для запуска 500-килограммового спутника, поскольку, несмотря на высокую удельную стоимость выведения, абсолютные затраты на пуск легкого изделия в данном случае оказываются все равно ниже, чем у среднего или тяжелого! Подчеркнем: в данном случае речь идет не о прибыльности коммерческих запусков, а о разумном стремлении снизить общие затраты.
Важная особенность «малых» средств выведения — способность обслуживать широчайший (по массе) диапазон полезных грузов — от сотен граммов до 2—4 т. Создать один тип экономически эффективной легкой ракеты для запусков всех этих нагрузок диапазона невозможно. Соответственно, в последние десять лет получила развитие идея использования специализированных ракет-носителей малого и сверхмалого классов. Если первые конструктивно совпадают с традиционными легкими изделиями, то вторые отличаются разнообразием компоновок и технических решений.