ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОСМОНАВТИКИ В МИРЕ

СРЕДСТВА ВЫВЕДЕНИЯ - ЛОКОМОТИВЫ КОСМОНАВТИКИ

Носители легкого класса

Носители легкого класса США

В 1993 г. фирмой Lockheed была начата программа создания семейства РН LLV (Lockheed Launch Vehicle) малой и средней грузоподъемности. Первый пуск первой РН этого семейства - двухступенчатой твердотопливной РН LLV-1 малой грузоподъемности после неоднократных задержек из-за различных неполадок был осуществлен в августе 1995 г., однако закончился неудачей.

После слияния в 1995 г. фирм Lockheed и Martin Marietta программа получила название Lockheed Martin Launch Vehicle (LMLV), а носители - LMLV-1 (Athena-1), LMLV-2 (Athena-2) и LMLV-3 (Athena-3). Носители Athena-1; ("Афина-1") и Athena-2 показаны на рисунках.

РН Athena-1

РН Athena-2

Характеристики РН LMLV таковы:

• LMLV-1 грузоподъемностью порядка 1,0 т и более - двухступенчатая, длина 14,0 м, стартовая масса 66,3 т;
• LMLV-2 грузоподъемностью 2,0 т и более - трехступенчатая, длина 23,0 м, стартовая масса 121,5 т;
• LMLV-3 грузоподъемностью до 4,0 т - трехступенчатая с навесными ускорителями.

Запуск ПН с помощью этих РН предполагается осуществлять на низкую околоземную орбиту. В то же время имеются планы разработки дополнительной ступени, позволяющей выводить ПН на геостационарную орбиту, а также к другим планетам.

На первой ступени РН LMLV устанавливается РДТТ Castor-120 фирмы Thiokol. Этот же РДТТ устанавливается на второй ступени РН LMLV-2 и LMLV-3. На последней ступени (второй у РН LMLV-1 и третьей у РН LMLV-2 и LMLV-3) устанавливается РДТТ Orbus-21D, изготавливаемый компанией Pratt & Whitney (отделением фирмы UTS). На навесных ускорителях РН LMLV-3 устанавливается РДТТ Castor-4A фирмы Thiokol.

Впервые ракета-носитель Athena-2 была использована для запуска АМС Lunar Prospector 7 января 1998 г. Стоимость носителя в этом случае составила 26 млн дол. Планируемые стоимости пусков составляют 14 млн дол. для РН Athena-1 и 18 млн дол. для РН Athena-2. Для РН семейства LMLV характерна быстрая подготовка к пуску при небольшом числе занятого в операциях обслуживающего персонала, что обеспечивает низкий уровень расходов. Стартовая команда согласно планам будет составлять 25 - 30 человек, причем в фургоне управления пуском имеется только восемь рабочих мест.

Программой создания семейства РН LMLV предусматривается установка ПН за три дня до пуска. Бригада операторов, работающих в одну смену, должна обеспечить пуск РН LMLV-1 за 15 дней, РН LMLV-2 - за 18 дней, а РН LMLV-3 - за 25 дней. По мнению зарубежных специалистов, носители LMLV-1 и LMLV-2 составят конкуренцию РН Pegasus и Taurus фирмы Orbital Sciences, которые пока доминируют на рынке РН малой грузоподъемности. Фирмой EER Systems в инициативном порядке велась разработка РН Canestoga. Запуск одной из модификаций РН Canestoga состоялся в 1982 г.

Второй запуск твердотопливной ракеты-носителя Canestoga-1620 был осуществлен в 1995 г. с полигона на острове Уоллопс. В качестве ПН была орбитальная платформа Meteor-1, предназначенная для проведения в условиях космического полета различных промышленно-технологических экспериментов. Однако запуск был неудачный, и на 40-й секунде полета ракету подорвали.

Ракета-носитель Canestoga-1620 высотой 15,4 м представляет собой сборку из семи твердотопливных двигателей Castor-4. Четыре РДТТ образуют первую ступень, два - вторую и один центральный - третью ступень. Для верхней (четвертой) ступени используется РДТТ Star-63F. При стартовой массе 87,3 т ракета Canestoga-1620 позволяет вы-водить на орбиты высотой 180 км и наклонением 28° ПН массой 1,2 т, а на полярные орбиты с той же высотой - объекты массой около 1,0 т. При первом запуске масса ПН составляла 944 кг. Ее предполагалось вывести на орбиту высотой 450 км и наклонением 40°.

Стоимость запуска планировалась в размере 10...20 млн. дол. Фирмами Microcosm и Space Machine Engineering (г. Торранс, шт. Калифорния) по заказу и при финансовой поддержке лаборатории им. Филлипса ВВС ГИТА с 1983 г. разрабатывается семейство многоцелевых РН Skorpios нового поколения, основными особенностями которых являются простота конструкции, включая ДУ, а также использование новейших композиционных материалов и перспективной технологии изготовления с широким применением компьютеров при относительно невысоких затратах. При подготовке к пуску таких РН и для обслуживания не понадобится портальный кран, а для обслуживания ПН - башня обслуживания. Например, РН Liberty этого семейства имеет высоту всего 9 м, обеспечивая тем самым легкий доступ к отсеку ПН.

Конструкция базовой РН Skorpios - пятиступенчатая. Первые 4 ступени имеют 7 связок двигателей по 7 в каждой, т.е. всего 49 двигателей. Предполагается создать РН следующего класса: SR-S - зондирующая ракета (сверхлегкая), SR-1 - зондирующая ракета, SR-3-РН легкого класса (для микроКА), Liberty - РН легкого класса, "Эксэдэс" - РН среднего класса. Относительно характеристик РН известна лишь масса ПН, запускаемых на различные орбиты (табл.). Стоимость выведения ПН с помощью РН Skorpios среднего класса не должна превышать 8 млн дол.

Масса ПН, выводимых РН Scorpios

Компания Platforms International Inc. (Редлэнд, шт. Калифорния), являющаяся разработчиком беспилотных систем, недавно открыла космическое отделение и ведет переговоры о поставках оборудования для осуществления первого проекта этого отделения - разработки ракеты-носителя Space Ray для запуска коммерческих спутников.

По мнению разработчиков, Space Ray является единственной системой, удовлетворяющей всем критериям, установленным "Исследованиями коммерческих космических транспортных операций" (CSTS - Commercial Space Transportation Study) для идеальной коммерческой РН - грузоподъемности, доступности, надежности, стоимости и удобству для пользователей.

По мнению представителей Platforms International, система Space Ray имеет неплохие шансы занять лидирующее положение именно в этом секторе рынка, потому что использует уже имеющиеся и испытанные в полете компоненты, отсутствует необходимость разработки новых технологий или создания новых образцов техники. Достижение лидерства предполагается за счет размещения заказов на разработку системы Space Ray в организациях, имеющих большой опыт проектирования космической техники.

Разработчики Space Ray рассчитывают вдвое снизить стоимость запуска спутников на орбиту по сравнению с конкурирующими системами за счет отказа от обычной в таких случаях чрезвычайно дорогостоящей наземной инфраструктуры. Полностью многоразовая ракета с горизонтальными стартом и посадкой позволит осуществлять "запуск по запросу" и "оплату по факту запуска" в отличие от типичных для сегодняшнего дня трехлетних контрактов с постепенными авансовыми платежами. Таким образом, можно будет уменьшить срок окупаемости запуска с нескольких месяцев до нескольких часов, учитывая широкую номенклатуру возможных конфигураций полезных грузов.

ВВС США приступили к реализации планов использования снятых с вооружения МБР Minuteman в качестве ракет-носителей. Соответствующую доработку предлагается проводить в рамках выполняемой ВВС программы MSLS, включающей переоснащение 43 ракет Minuteman для использования запусков суборбитальных и орбитальных объектов. Разница между суборбитальной и орбитальной ракетой Minuteman состоит в числе ступеней. Для запуска суборбитальных объектов требуются две ступени МБР Minuteman-2. Для выхода на орбиту требуется еще и третья ступень МБР Minuteman-2 или Minuteman-3 или другая верхняя ступень.

Программа MSLS была начата в 1992 г.,когда ВВС заключили контракт на сумму около 40 млн дол., включающий доработку МБР Minuteman для суборбитальных запусков и одного демонстрационного орбитального запуска в начале 1996 г. Исполнителем программы с 1995 г. является фирма Lockheed Martin Astronautus (Денвер, шт. Колорадо). Юридической основой программы является директива президента США "Национальная политика в области космических транспортных систем" (NSTS), которая разрешает запускать на орбиту спутники государственных ведомств с использованием снятых с вооружения боевых ракет. При этом должны выполняться следующие условия:

• использование ракет для решения задач заказывающего ведомства;
• соответствие положениям договоров о контроле вооружений;
• меньшая стоимость по сравнению с готовыми коммерческими ракетами-носителями;
• утверждение каждого решения об орбитальном запуске конверсированных ракет на уровне министра обороны.

Ключевым аспектом программы MSLS является демонстрация стоимостной эффективности использования снятых с вооружения ракет. По данным экспертов, затраты на запуск ракеты Pegasus, которая выступает реальным конкурентом ракетам Minuteman, составляют 10...12 млн дол. по сравнению с расчетными издержками в 5...8 млн. дол. для РН по программе MSLS.

По данным ВВС,производственные затраты на доработку одной МБР Minuteman в суборбитальную ракету составляют 3,5 млн дол., а в РН для запуска орбитальных объектов - 4 млн дол. Издержки на подготовку РН к запуску и использование полигонных средств оцениваются в 2...4 млн дол. Кроме того,по неофициальным расчетам, ракета Pegasus представляется довольно дорогостоящим средством для запуска малоразмерных объектов, а РН, создаваемые по программе MSLS, позволят запускать экспериментальные спутники массой 225...360 кг,которые невозможно доставлять на орбиту другими средствами.

ВВС приняли решение запустить в 1998 г. спутник MightySat-2, оснащенный секретной экспериментальной аппаратурой, конверсионной МБР Minuteman, используемой в качестве РН. Ранее его запуск намечалось осуществить с помощью МТКС Space Shuttle.

В новой трехступенчатой РН Minuteman в качестве маршевой ступени используются две нижние ступени МБР Minuteman-2 и третья ступень МБР Minuteman-3. Эта РН обеспечит доставку на орбиту объектов массой до 150 кг. Для реализации проекта ВВС через лабораторию Филлипса заключили с фирмой Spectrum Astro (Феникс, шт. Аризона) контракт на сумму 23,5 млн дол., предусматривающий изготовление пяти спутниковых платформ и всего дополнительного оборудования, сборку РН и выполнение целевых операций.

Фирмой Orbital Sciences Corp. в инициативном порядке была разработана крылатая РН с воздушным стартом Pegasus. Первый пуск РН Pegasus с самолета В-52 состоялся в 1990 г. РН Pegasus твердотопливная, трехступенчатая. Стартовая масса - 18,6 т, длина - 14,9 м. Полезная нагрузка, выводимая на круговую орбиту высотой 460 км и наклонением 90°, составляла 0,27 т. Стоимость пуска - 11,5 млн дол.

Рис. 1. РН Pegasus-XL под фюзеляжем самолета-носителя L-1011

Рис. 2. РН Pegasus-XL после отделения от самолета

Его характеристики сходны с базовой моделью Pegasus. Однако за счет удлинения первой и второй ступеней повышена грузоподъемность РН на 18 %. При стартовой массе 23,6 т Pegasus-XL обеспечивает выведение на низкую околоземную орбиту высотой 256 км и наклонением 28° ПН массой 0,45 т. Стоимость пуска составляет 6,5...13,5 млн дол.

По состоянию на 1 января 1999 г. осуществлено 24 запуска РН типа Pegasus, выведено 56 КА. Имеются сообщения, что фирма Orbital Sciences Corp. планировала разработку новой, более мощной модификации крылатой РН с воздушным стартом Pegasus-Turbo.

Для повышения грузоподъемности до 1,02 т при запуске ПН на низкую околоземную орбиту фирма намечала дополнительно установить на первой ступени два турбореактивных двигателя. По оценке специалистов, новая модификация РН должна быть на 25...30 % дороже существующей, но благодаря повышению грузоподъемности удельная стоимость выведения 1 кг ПН в космос должна быть ниже на 40 %. Стартовая масса РН Pegasus-Turbo составит 20,8 т.

РН Pegasus-Turbo по грузоподъемности должна занять промежуточное положение между РН Pegasus и созданной той же фирмой РН Taurus с наземным стартом. Начало полетов РН Pegasus-Turbo планировалось на 1995 г., однако сообщений об этом не поступало. РН Taurus была разработана компанией Orbital Sciences Corp. (OSC) как надежное и эффективное по стоимости средство запуска КА массой до 1360 кг на низкие околоземные орбиты и до 360 кг на геосинхронную орбиту.

РН Taurus

Taurus представляет собой четырехступенчатую ракету, созданную на основе РН воздушного базирования Pegasus. Ступени РН Taurus официально нумеруются с нулевой по третью. Общая длина носителя около 27 м, стартовая масса - 68 т. В проекте были использованы перспективные технологии в области конструкции и систем управления, а носитель создавался как транспортабельная РН, запуски которой возможны из различных точек по желанию заказчика и с коротким сроком исполнения заказа.

Первый пуск РН Taurus состоялся 13 марта 1994 г. и прошел успешно. Ракета вывела на орбиту два военно-исследовательских КА - STEP-МО и DARPASAT. За прошедшее после него время OSC разработала усовершенствованный вариант носителя с увеличенной массой полезного груза и доступным для него объемом. При пуске 10 февраля 1998 г. носитель Taurus 2210 имел более мощную первую ступень. В первом пуске первой ступенью являлась доработанная первая ступень МБР Peacekeeper (MX), а во втором - аналогичный, но специально изготовленный ракетный блок с двигателем Castor-120 компании Thiokol Corp. Кроме того, использовался более широкий головной обтекатель (диаметром 2337 мм вместо 1575 мм). Для размещения совместно с основной ПН двух дополнительных КА использовался адаптер DPAF (Dual Payload Attach Fitting), который был отстрелен на орбите. Вместе с адаптером полезной нагрузки DPAF длина третьей ступени составляет 2,21 м, диаметр - 1,6 м, масса - 511 кг.

Третий пуск РН Taurus состоялся 3 октября 1998 г. с полезной нагрузкой МО. Фирма Orbital Sciences планирует разработку современной РН средней грузоподъемности этого семейства - Taurus-2. По массе ПН эта РН относится к тому же классу, что и американские РН Delta-2 и Titan-2. Она должна быть оснащена последней ступенью с ЖРД производства Германии, работающими на двухкомпонентном топливе и первоначально разработанными для РН Ariane-5.

РН Taurus-2 является новейшей концепцией, появившейся в арсенале американских разработок, направленных на замену устаревших одноразовых РН на более эффективные по критерию "стоимость-эффективность". Администрацией и Конгрессом США эти разработки поддерживаются в большей степени, чем дорогостоящие программы создания многоразовых носителей.

По сообщению президента фирмы Orbital Sciences, фирма готова выделить 20...25 млн дол. на разработку РН Taurus-2 в том случае, если будет получено достаточное число заказов на запуски ПН с помощью этой РН. Приблизительно такие же финансовые средства были затрачены фирмой на создание базовой РН Taurus и модификации Pegasus-XL РН с воздушным стартом.

РН Taurus-2 имеет несколько конкурентов. Среди них - РН семейства LMLV. Эскизный проект РН Taurus-2 должен был быть готов еще к 1995 г.,а первый демонстрационный полет был намечен на конец 1996 - начало 1997 г. Однако по состоянию на 1 января 2000 г. пусков Taurus-2 не производилось. РН Taurus-2 представляет собой двух- и трехступенчатую модификации твердотопливной РН Taurus с инерциальной системой уп-равления. На первой ступени РН Taurus-2 установлен РДТТ Castor-120 фирмы Thiokol, являющийся модификацией РДТТ первой ступени МБР MX.

На второй ступени также используется РДТТ Castor-120. ЖРД последней ступени РН, получившие название "Эстус", работают на монометилгидразине (горючее) и четырехокиси азота (окислитель). ЖРД "Эстус" был разработан, как уже говорилось, в качестве двигателя последней ступени создаваемой РН Ariane-5. PH Taurus-2 способна выводить полезную нагрузку массой 2,3 т на круговую околоземную орбиту высотой 185 км и наклонением 28,5°. Ее гру-зоподъемность может быть увеличена путем использования на первой ступени навесных стартовых ускорителей с РДТТ Castor-4 фирмы Thiokol и достигать 5,0 т (в случае использования восьми указанных РДТТ). При выведении КА на геостационарную орбиту с помощью РН Taurus-2 с восемью навесными ускорителями с РДТТ Star-48 на ступени довыведения масса ПН может достигать 1,8 т.

Конструкторы пытались создать РН, использующую обтекатель и переходники, как у РН Delta, которые, по их мнению, являются стандартными для К А этой массы. Эта РН с обтекателем (как у РН Delta) диаметром 3,05 м испытывает такие же динамические нагрузки. КА соединяется с РН Taurus-2 при помощи таких же электрических и механических разъемных соединений, которые имеются у РН Delta. Данные об удельной стоимости пуска РН Taurus-2 противоречивые (от 2,2 до 11,0 тыс. дол. за 1 кг ПН). Во всяком случае, это вполне позволяет, по мнению специалистов, РН Taurus-2 конкурировать с существующими и предлагаемыми РН подобной грузоподъемности.

Американская организация California Commercial Spaceport (CCS) работает над созданием более совершенной стартовой позиции на Западном испытательном полигоне для РН на основе РДТТ Castor-120. РН Taurus-2 также сможет стартовать с этого стартового комплекса. Кроме того, фирма Orbital Sciences входит в группу Spaceport Florida Authority (SFА), получившую от МО США грант в размере 2,15 млн дол. на создание стартовой позиции для РН малой и средней грузоподъемности на территории Восточного полигона, принадлежащей ВВС.

Фирмой Martin Marietta создана двухступенчатая жидкостная РН Titan-2SLV, представляющая собой модификацию снятых с вооружения МБР Titan-2. Первый запуск одной из модифицированных для использования в качестве носителя ракеты Titan-2 был осуществлен в 1988 г. К началу 1995 г. были использованы 5 ракет из 13. Запуски модифицированных РН Titan-2SLV могут осуществляться с авиабазы ВВС Ванденберг (стартовый комплекс SLC-4W) и с мыса Канаверал (стартовая площадка 19).

Проводимая фирмой Martin Marietta модификация предусматривает следующие основные работы:

• замену штатного переднего отсека конструкцией, рассчитанной на монтаж полезной нагрузки;
• замену обтекателя головной части обтекателем полезной нагрузки;
• установку телеметрического оборудования и средств аварийного подрыва ракеты;
• модификацию бортовой кабельной сети.

Для МБР Titan-2, модифицированных в РН Titan-2SLV, предусмотрена переборка двигателей и их огневые испытания после повторной сборки на заводе фирмы Aerojet General. Предусмотрен также профилактический осмотр топливных магистралей ракеты с проведением гидростатических испытаний. Установка двигателей на ракете будет осуществляться на базе ВВС Ванденберг.

Стартовая масса РН Titan-2SLV составляет 150 т. С помощью этого носителя могут выводиться следующие ПН:

• на низкую круговую орбиту высотой 185 км и наклонением 28,5° - до 3 т;
• на низкую круговую орбиту высотой 185 км и наклонением 63,5° - 2,36 т;
• на низкую полярную орбиту высотой 185 км - 2,17 т.

Стоимость запуска РН Titan-2SLV оценивается в 30...40 млн дол.