Введение - К вопросу о разработке и эксплуатации перспективных средств выведения на основе межорбитальной транспортной системы в задачах развертывания и восполнения орбитальных систем космических аппаратов

Необходимость разработки принципиально новых средств межорбитальной транспортировки (СМТ) связана со следующими причинами:

размещением значительной части КА (связи, навигации, метеорологических, системы предупреждения о ракетном нападении и др.) на высоких орбитах;

развертыванием и длительной эксплуатацией многоспутниковых орбитальных группировок (ОГ), в состав которых входят десятки КА, как на низких, так и высоких орбитах.

Существующие средства доставки (РН и разгонные блоки (РБ) на базе жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)) отличаются сравнительно высокой удельной стоимостью транспортировки полезных грузов (ПГ) на высокие орбиты, а также малой массой ПГ в одном пуске. Так, среди высоких орбит необходимо выделить геостационарную орбиту (ГСО), на которую в настоящий момент ежегодно (во всем мире) выводится до 25 - 30 КА массой от 1,5 до 4 тонн, что соответствует грузопотоку порядка 100 т/год на геопереходную орбиту (ГПО) и около 60 т/год непосредственно на ГСО. Удельная стоимость транспортировки ПГ на ГСО составляет порядка 30 - 40 тыс.$/кг, что связано с малой относительной массой ПГ для указанной орбиты при использовании традиционных средств доставки [1].

Создание космических многоразовых буксиров (МБ) предусмотрено в пункте "Развитие средств выведения, космодромов, наземного комплекса управления космическими аппаратами" проекта "Cтратегии развития космической деятельности России до 2030 года и на дальнейшую перспективу". Потенциальные преимущества МБ с электроракетными двигательными установками (ЭРДУ) перед традиционными средствами выведения показаны в большом количестве работ [15]. В том числе рассматривались СМТ на основе МБ с ЯЭРДУ, в которых электроснабжение ЭРДУ осуществляется от космической ядерной энергетической установки (КЯЭУ) [13,6].

В настоящий момент в России разрабатывается транспортноэнергетический модуль (ТЭМ) на базе газотурбинной КЯЭУ мегаваттного класса мощности [6]. Имеется также большой опыт разработки, создания и эксплуатации КА с термоэлектрическими ("Бук") и термоэмиссионными ("Топаз") КЯЭУ относительно малой (несколько киловатт) мощности, а также проектноконструкторских работ по высокотемпературным термоэмиссионным КЯЭУ электрической мощностью 150 - 600 кВт и более для МБ "Геркулес" [7].

Потенциальные преимущества межорбитальных транспортных систем на основе МБ с ЯЭРДУ продемонстрированы в работах [1,2] и состоят как в увеличении массы полезного груза (ПГ), доставляемого на ГСО (и другие высокие орбиты), так и снижении удельной стоимости транспортировки. Ниже представлены некоторые сравнительные данные по МБ с ЯЭРДУ с традиционными РБ с ЖРД при совместной эксплуатации с рядом существующих и перспективных отечественных РН. Часть данных заимствовано из работ [1,2], однако приведены также результаты расчетов для РН "Ангара 5А" при ее запусках с космодромов "Восточный" и "Плесецк".

Указанные результаты (см. табл.1) подтверждают высокую потенциальную эффективность МБ с ЯЭРДУ. Однако должно быть уделено внимание двум обстоятельствам:

    1. На ранних этапах проектирования перспективных СМТ необходимо учитывать неопределенность исходной информации - как внешней (по условиям применения и функционирования СМТ), так и внутренней - по характеристикам перспективной элементной базы. Без учета данного обстоятельства на этапах аванпроектирования МБ с ЯЭРДУ (выбор проектных параметров) могут быть допущены грубые ошибки, ведущие к значительному снижению эффективности системы. 2. При принятии решения о разработке МБ с ЯЭРДУ должны быть учтены затраты на создание соответствующей наземной инфраструктуры, а также эксплуатационные затраты, включая затраты на создание и эксплуатацию технического и стартового комплекса на космодроме, обеспечивающих должный уровень радиационной и ядерной безопасности. Должна быть подготовлена соответствующая нормативная база

Таблица 1 Сравнение характеристик средств доставки на ГСО и перспективных СМТ на основе МБ с ЯЭРДУ

Удельная стоимость доставки ПГ на ГСО, тыс.$/кг

Масса ПГ, доставляемого на ГСО за один рейс, тонн

Время доставки ПГ на ГСО, сут

Масса ПГ, доставляемая системой на ГСО за 5 лет, тонн

Транспортные системы на базе существующих PH и одноразовых разгонных блоков с ЖРД

PH "ПротонМ" + РБ "ДМ" (Байконур)

29

2,93,3

PH "Зенит 3SL" + РБ "ДМ" ("Наземный старт")

41

1,6

PH "СоюзST" + РБ "Фрегат" (экваториальный космодром Куру)

43

1,39

Транспортные системы на основе многоразовых межорбитальных буксиров с ЯЭРДУ

PH для выведения ГК на НОО

Электрическая мощность КЯЭУ 600 кВт; ресурс КЯЭУ 5 лет, в системе один МБ

"Зенит"

("Байконур")

13,3

7,0

126

63

"ПротонМ"

("Байконур")

8,7

13,4

167

107

"Ангара5А"

("Восточный")

7,4

16,3

189

114

"Ангара5А"

("Плесецк")

9,6

12,2

166

100

Похожие статьи




Введение - К вопросу о разработке и эксплуатации перспективных средств выведения на основе межорбитальной транспортной системы в задачах развертывания и восполнения орбитальных систем космических аппаратов

Предыдущая | Следующая