«Эх, раз да еще раз»: в России активизировали работы по многоразовым носителям

«Эх, раз да еще раз»: в России активизировали работы по многоразовым носителям

В России обсуждают перспективы многоразовых ракет-носителей

Очевидные успехи Илона Маска по созданию носителей с возвращаемой первой ступенью не дают покоя российским разработчикам. По крайней мере, все активнее обсуждается тема создания ракеты-носителя «Амур-СПГ» с возвращаемой первой ступенью. А еще есть похожие проекты многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя «Корона» разработки КБ имени Макеева. 

Интерес

Откуда же такой острый интерес к многоразовым ракетам-носителям? Ответ прост. Если отработавшую ступень ракеты вернуть в целости и сохранности на землю, потом доставить её на старт и повторно использовать, как это делает компания Илона Маска Space X, можно уменьшить стоимость запуска. Соответственно, дешевле будет выведение на орбиту полезной нагрузки.

Есть прекрасно работающие ракеты-носители компании Илона Маска, и американцы упорно твердят всему миру, что будущее космонавтики – за многоразовыми ракетами. Их можно понять: они лидеры в этом сегменте, остальные — отстающие.

При этом варианты возвращения второй ступени не рассматриваются из-за невыгодности и сложности. Еще в 2018 году Илон Маск отказался от идеи повторного использования второй ступени ракеты Falcon 9.

Вот о чем американцы предпочитают не акцентировать внимание, так это на том, что полезной нагрузки ракеты с возвращаемой ступенью выводят примерно на треть меньше, по сравнению с такими же одноразовыми носителями.

Дело в том, что многоразовые ракеты имеют в своей конструкции устройства, необходимые для мягкой посадки ступени, топливо для её осуществления, да и основная конструкция у них получается тяжелее. Так, сверхтяжёлая ракетная система Илона Маска Super Heavy – Starship имеет стартовую массу 5000 тонн и предполагаемую полезную нагрузку на низкой околоземной орбите — 100 тонн. Это, кстати, тот редкий случай, когда возвращаются и первая и вторая ступени.

Для сравнения: наша ракета «Энергия» 40 лет назад выводила такую же массу поезного груза, но весила на старте в 2 раза меньше – 2500 тонн! «Энергия» вывела корабль «Буран» массой примерно 100 тонн. А вот Super Heavy – Starship пока сподобилась доставить на орбиту только 16 тонн. Как они осилят 100 тонн — посмотрим в мае.

Плюсы и минусы

Ещё один недостаток использования многоразовых ракет: экономя на стоимости возвращённой ступени, мы теряем неопределённое количество денег на последующую работу с этой частью ракеты. С места посадки ступень надо доставить к месту старта, проверить её состояние, оценить необходимость ремонта и возможность повторного использования. 

У американцев такой равнинный, близкий к океану космодром, что эти действия для них не проблема. А для нас всё сложнее. Дело в том, что космодром Восточныйв Амурской области с севера и востока окружён гористой безлюдной местностью и тундрой. Предполагается по траекториям запуска с Восточного устроить несколько оборудованных площадок для посадки ступеней. 

Однако по ранее проведённым расчётам ЦНИИ машиностроения, посадка возвращаемой ступени близко к месту старта, вернее всего, сведёт преимущества повторного использования к нулю. Причина — придётся потратить много топлива на торможение ступени после её отделения, а также на её доставку на космодром.

Доставлять ступени с дальних площадок приземления за многие сотни километров очень сложно. Планируется такая доставка с помощью самого большого в мире вертолёта Ми-26. И это не единственная проблема.

Принципиально важно, что экономический эффект от многоразовых ракет появляется при интенсивном грузопотоке на орбиту. Если мы не хотим, подобно Маску, запускать десятки тысяч спутников (напомню, в его группировке «Старлинк» под десять тысяч аппаратов), надо подсчитать: получим ли мы экономию.

Изготовление одноразовой серийной ступени обходится во много раз дешевле, чем в случае штучно изготавливаемых возвращаемых ступеней. Новая одноразовая ступень надёжнее несколько раз слетавшей, чей ресурс расходуется, и чье техническое состояние невозможно достоверно определить.

Представим, что возвращаемая первая ступень «Амур-СПГ» будет способна слетать 100 раз, как обещают разработчики. Предположим, что мы станем запускать 50 ракет-носителей в год (сейчас общее количество запусков всех ракет с трех космодромов в год у нас — порядка 20). И «Амур-СПГ» обеспечит половину таких запусков. Тогда завод должен делать одну ступень в четыре года! Как же можно поддерживать уровень качества, технологические процессы, кооперацию поставщиков, содержать штат сотрудников в эти производственные паузы? Придётся тратить на это много денег, и они войдут в стоимость ракеты и самого запуска.

Это — большая проблема. Все варианты затрат на изготовление и эксплуатацию многоразовых ракет можно рассчитать. И сразу видно, при каких характеристиках ракеты-носителя и вариантах запуска и возвращения будет экономический эффект.

«Амур-СПГ»

Над проектом многоразовой метановой ракеты, известной сегодня как «Амур-СПГ», работы ведутся с 2013 года в РКЦ «Прогресс». Сначала будущая ракета назвалась «Союз-5», потом — «Союз-7», а затем — «Союз-СПГ».В 2020 году Роскосмос утвердил название «Амур-СПГ» и запустил эскизное проектирование.

«Амур-СПГ» — это двухступенчатая ракета среднего класса с первой ступенью многоразового использования. Предусмотрена возможность запуска носителя в одноразовом исполнении. В качестве топлива 360-тонная ракета будет использовать сжиженный природный газ (метан) и жидкий кислород. Предполагается, что она сможет выводить на низкую околоземную орбиту до 10,5 тонн полезной нагрузки с многоразовой первой ступенью, и до 12 тонн — с одноразовой.

«Амур-СПГ» можно назвать уменьшенной версией ракеты Falcon 9, имеющей массу 550 тонн. На первой ее ступени пять метановых двигателей, а у ракеты Маска — девять керосиновых. Способ посадки нашей первой ступени — такой же, как у Falcon 9. Но, как анонсировали прежние руководители Роскосмоса, за счет использования метана, не дающего нагара в двигателях, первую ступень «Амура-СПГ» будут использовать 50, а возможно, и 100 раз.

Современное состояние

Глава Роскосмоса Дмитрий Баканов 14 апреля заявил, что осуществлен прожиг метанового двигателя многоразовой ракеты «Амур-СПГ». Прожиг — это огневые стендовые испытания жидкостного ракетного двигателя при его однократном включении. Испытания проведены на экспериментальной базе НИИ машиностроения в городе Нижняя Салда Свердловской области. 

Кроме того, определены площадки для приземления возвращаемых первых ступеней «Амура-СПГ». Эта ракета-носитель якобы должна прийти на смену действующему семейству ракет-носителей «Союз-2», работающих на кислородно-керосиновом топливе, и сделать каждый пуск почти вдвое более дешёвым.

Техническое задание на «Амур-СПГ» утверждено осенью 2025 года, а в 2026-м подписан контракт. Первый пуск и посадка экспериментального образца с возвращаемой первой ступенью намечены на 2028 год.

Проектируется космический комплекс для «Амура-СПГ» на космодроме Восточный с расчетом на возвращение первой ступени и ее последующее многократное применение до 50 раз.

Главный вопрос

Так нужны ли нам многоразовые ракеты? Во-первых, у нас большие проблемы с организацией их посадки и возвращения на космодром. Во-вторых, в любом случае они будут гораздо менее экономически эффективны, чем у любой другой страны.

Глава Роскосмоса заявляет, что российскому космосу без таких ракет не жить: «У нас выбора нет, иначе мы по экономике будем отставать, поскольку сейчас каждый считает стоимость выведения 1 кг полезной нагрузки. Технологию возвращаемых ступеней отрабатывают практически все игроки».

Это верно. Игроки (Илон Маск) не просто отрабатывают, они вовсю используют многоразовые ракеты-носители. Но нам-то, с нашими параметрами космической программы и с нашими космодромами, есть ли смысл «задрав штаны» бежать за Илоном Маском? В своё время Гегель писал: «Если истина абстрактна, то она — не истина». Истина всегда конкретна.

Так и с многоразовыми ракетами. Стоит ли соревноваться с игроками, которые находятся в более благоприятных условиях? Очевидно ведь, что соревноваться в дешевизне запусков мы не сможем даже по географическим причинам.

Стоит ли зачем нам возвращаться к роли космических «извозчиков»? Мало того, что эта поляна занята, так и услуга такая — самая дешёвая из космических услуг. А если не возить других, то и запусков нам не надо очень много. Но тогда ещё менее экономичны будут многоразовые ракеты. Может получиться, что хлопот с ними много, а выгоды — на грош.

Есть дорогие спутниковые услуги. Например, можно изготавливать космические аппараты по заказу. Можно, запустив свой спутник, продавать его свободные ресурсы. Например, сдавать в аренду приёмо-передающие каналы на связном спутнике. Можно продавать результаты дистанционного зондирования в виде фотографий или видеосъёмки. Можно обеспечивать пользователям доступ в глобальный интернет.

А уж если и запускать чьи-то спутники, то запускать их качественно. То есть, выводить космические аппараты прямо на их целевые орбиты, чтобы они сразу начинали работать. Соответственно, стоимость такой услуги будет выше, и предлагают их редко. Сейчас в большинстве случаев забрасывают на опорную орбиту кучу спутников, и они потом сами добираются до рабочих точек, расходуя свой ресурс, то есть сокращая время активного существования.

Вот пример — в марте мы запустили 16 связных спутников для интернета «Рассвет-3». С орбиты выведения высотой 300 километров им надо теперь долго добираться до своей рабочей орбиты в 800 километров.

Не лучше ли озаботиться этой проблемой, а не погоней за «многоразовостью»? Чтобы наши запуски могли бы быть не очень частыми, но удобными для владельцев космических аппаратов.