ЕС и Украина проектируют новую ракету
На рубеже веков в политике Европейского космического агентства (ESA) произошли глубокие изменения. Их следствием стало решение о разработке и создании собственного парка ракет-носителей различных классов - тяжелых, средних и легких. К числу последних относится ракета-носитель Vega, совместные работы в области создания которой продолжают европейские компании в кооперации с украинскими.
Вега: предыстория
Требования рынка
Концепция и устройство
Особый европейский путь в космос
Долгое время космодром Куру во Французской Гвиане специализировался в первую очередь на выведении спутников на геостационарную орбиту, и ракеты-носители семейства «Ариан» (Ariane) оптимизировались специально для решения этого класса задач.
Однако, уникальное свойство геостационарной орбиты (спутники, расположенные на ней, совершают один оборот за 24 часа и для наблюдателя на Земле «висят» неподвижно на небосводе) используется в первую очередь для создания телекоммуникационных спутниковых систем.
Вместе с тем - это лишь один из сегментов рынка выведения полезной нагрузки в околоземное космическое пространство, претерпевшего в последнее десятилетие существенные изменения.
Стремление европейских стран обеспечить себе полную независимость и максимальную эффективность при решении любых задач в космическом пространстве потребовало дополнения семейства «Ариан» носителями среднего и легкого классов.
Широко известно, что в 2003 году было принято решение о запуске с космодрома Куру российских ракет-носителей «Союз» (относящихся как раз к среднему классу) и создании для этого соответствующей инфраструктуры (в частности, строительства стартовой площадки).
Зависимость стоимости пуска от массы полезной нагрузки для различных типов носителей
Пояснения.
«Вега» сможет выводить на указанную орбиту груз массой 1000…1500 кг
Источник: материалы ESA
Но «Союз» — не единственная ракета, чье появление в Куру в ближайшем будущем можно считать делом решенным. В настоящее время европейское космическое агентство активно разрабатывает еще один носитель — ракету малого (легкого) класса «Вега» (Vega).
С вводом в эксплуатацию «Веги» в 2006 году (первый испытательный полет состоится уже в 2005 г.) ESA получит в свое распоряжение полную линейку носителей различного типа — от легких до тяжелых — и сможет в полной мере удовлетворить значительно изменившиеся за последние десять лет требования своих клиентов.
Ракеты-носители семейства «Ариан»
Источник: материалы ESA
Высокая экономичность новых носителей и удобное географическое положение космодрома дает европейцам возможность значительно снизить удельную стоимость по выведению коммерческой полезной нагрузки на орбиту, и серьезно изменить структуру мирового рынка. Все масштабы этого события еще предстоит оценить.
 «Вега» |
Во-первых, для всего мира в одночасье стали доступными бывшие советские РН (ракета-носитель) различного назначения, в том числе и военного, и конкуренция на рынке ожесточилась. Во-вторых, стремительно осуществленная при Клинтоне консолидация американской аэрокосмической промышленности значительно повысила ее конкурентоспособность на мировом рынке.
На рынке спутников также произошли глубокие изменения. С одной стороны, масса аппаратов, предназначенных для работы на геостационарной орбите, начала быстро расти. С другой, резко повысился интерес к развертыванию крупных орбитальных группировок, размещенных на низких и средних орбитах (так называемые концепции LEO и MEO, Low and Medium Earth Orbit satellite constellation concepts), открывавшим возможности предоставления пользователям глобальных круглосуточных сервисов нового уровня. Кроме того, сократилась доля запусков орбитальных аппаратов военного назначения, и, наоборот, возросла потребность в запусках на околополярные орбиты спутников, предназначенных для дистанционного зондирования Земли.
Все эти факторы заставили ESA выработать официальную европейскую стратегию в области носителей (European Strategy for the Launcher Sector). Она призвана обеспечить решение базовых задач по обеспечению для европейских стран независимого (и коммерчески выгодного) доступа в космос с учетом текущих общеевропейских стратегических, экономических, культурных и политических интересов. Документ предусматривает, что Европе необходимо:
- Повысить конкурентоспособность своего носителя Ariane V на мировом рынке, путем расширения возможностей ракеты-носителя, расширения круга решаемых с ее помощью задач, оптимизации производственных и эксплуатационных процессов. При этом основной целью ставится снижение удельной стоимости выведения полезной нагрузки на орбиту.
- Предоставить клиентам весь спектр услуг по выведению в космическое пространство полезной нагрузки, для чего необходимо дополнить тяжелую Ariane V носителями среднего и легкого классов.
- Обеспечить технологическую базу для разработки новых систем, которые смогут обеспечить конкурентоспособнсть ESA в долгосрочной перспективе (2015 — 2020 гг.).
- Обеспечить сохранение высокого качества услуг и уровня обслуживания клиентов ESA. (Значимость последнего пункта российской космонавтике еще предстоит уяснить — весь мир помнит, как в прошлом году на Байконуре развалился монтажно-испытательный корпус — под обломками оказалась национальная гордость — челнок «Буран»).
Значительный рост потребностей в выведении на орбиту относительно небольших аппаратов поставил в качестве первоочередной задачу создания недорогого и многоцелевого носителя, предназначенного для выведения на орбиты различных типов полезных нагрузок массой от 300 до 2500 кг.
План-график работ по разработке РН «Вега»
Источник: материалы ESA
Инициатором разработки нового носителя выступила Италия. Проработав различные варианты компоновки будущего носителя, удостоверившись в технической осуществимости проекта и его перспективах на рынке, итальянское космическое агентство ASI в феврале 1998 года на рассмотрение стран-участниц ESA представило проект, к тому времени уже получивший имя Vega. Была принята декларация, согласно которой начало реализации программы намечалось на июнь 2003 года. Но трудности начались сразу же при старте проекта.
Первой проблемой стать то, что согласия участников совещания относительно участия их стран в совместной разработке новой европейской ракеты в установленные сроки достичь не удалось. Начался период переговоров с целью поиска компромисса — основные разногласия вызывала конструкция твердотопливной первой ступени. Однако в целом задержка с принятием решения пошла на пользу. Затянувшийся первый подготовительный этап работ (июнь 1998 — сентябрь 1999) и открывшаяся возможность уточнения результатов анализа рынка и учета последних тенденций позволила точнее сформулировать предназначение «Веги».
Политические разногласия удалось урегулировать только к 2000 году. 27-28 ноября 2000 года совет ESA по программе Ariane официально принял программа, а ее реализация началась с 15 декабря того же года. Принять участие в программе согласились семь стран: Италия, Франция, Испания, Бельгия, Нидерланды, Швейцария и Швеция. Объем финансирования составляет 335 млн. евро. Разработка двигателя P80 FW ведется параллельно — на это выделено 123 млн. евро; почти половина этой суммы предоставлена компанией FiatAvia в виде технического вклада в проект. В разработке двигателя, помимо итальянцев, участвуют также Франция, Бельгия и Нидерланды. В средствах массовой информации сообщалось, что в разработке «Веги» принимают участие предприятия Украины и России. Так, в соответствии с договоренностью Европейского космического агентства (ESA) и Национального космического агентства Украины о создании Vega украинская сторона участвует в разработке разгонного блока этой ракеты (летом 2003 г. временно приостановлена). Об этом на салоне МАКС-2003 сообщил глава постоянного представительства ESA в России Ален Фурнье-Сикр.
Результаты анализа рынка и тенденций развития технологий показали, что главной задачей легкого носителя на обозримую перспективу становится выведение на орбиту средств дистанционного зондирования Земли и телекоммуникации. Это потребовало сделать ракету немного тяжелее, чем предполагалось изначально, сохранив при этом прежние ценовые показатели.
Согласно новым требованиям, будущая ракета должна была обеспечить выведение полезной нагрузки массой до 1500 кг. на полярную орбиту высотой 700 км., либо 800-1200 кг. на солнечно-синхронную орбиту высотой 1200 км. Ряд независимых оценок рынка подтвердил этот вывод и позволил четко выделить основные группы космических аппаратов, выведение которых на орбиту можно осуществлять с помощью легкого носителя.
Схема полета «Веги»
Источник: материалы ESA
Во-первых, это спутники дистанционного зондирования Земли. И оптические, и инфракрасные сенсоры в последние годы стали значительно миниатюрнее, и даже радарные наблюдения Земли теперь можно осуществлять с помощью аппаратов, масса которых составляет около тонны. Вместо использования тяжелых платформ типа американской Envisat европейцы сделали акцент на использовании более многочисленных и менее тяжелых аппаратов. Для «обкатки» необходимых для этого новых технологий реализуется программа SMART — первый исследовательский аппарат SMART-1, созданный в ее рамках, уже отправился к Луне.
 Двигатель P80 FW |
Второй крупной сферой применения легкого носителя, по расчетам ESA, должен стать телекоммуникационный рынок. Здесь выделены две группы задач. С одной стороны, это создание больших низкоорбитальных группировок спутников для передачи данных, обеспечения услуг в реальном масштабе времени, пересылки сообщений и т.д. — масса таких спутников исчисляется несколькими сотнями килограммов, и их можно запускать по одному или по нескольку одновременно с помощью легкого носителя класса «Веги».
Низкоорбитальные группировки более тяжелых спутников связи, массой около тонны каждый, будут формироваться с помощью средних и тяжелых носителей, однако для таких систем критическую важность приобретает возможность быстрой (в пределах двух месяцев) замены периодически выходящих из строя спутников, и использование для этих целей легкого носителя позволило бы сэкономить значительные средства.
В целом потребность в «Вегах» на период 2005-2010 гг., по различным оценкам, будет составлять около 30-35 пусков.
В основе концепции новой ракеты-носителя, предложенной итальянцами — использование твердотопливных двигателей, в разработке и производстве которых национальная промышленность накопила значительный опыт.
 Четвертая ступень AVUM с жидкостным двигателем и блоком авионики |
В конструкции двигателя широко применяются новейшие композитные материалы, обеспечивающие ему повышенные характеристики и низкую стоимость — предполагается, что она будет на 25-30% ниже, чем у аналогичных твердотопливных двигателей с металлическими корпусами. P80 FW откроет путь для разработки двигателей для перспективной европейской ракеты-носителя среднего класса, а также создания нового поколения твердотопливных ускорителей для тяжелой Ariane V.
 Район стартовой площадки «Веги» на космодроме Куру |
AVUM предназначен для финальной корректировки параметров переходной орбиты и ее циркуляризации (перевода полезной нагрузки на круговую орбиту), выдачи тормозного импульса, управления вращением комплекса во время работы третьей ступени и управления ориентацией по трем осям на пассивных участках полета. Двигатель ступени — жидкостный (четырехокись азота + несимметричный диметилгидразин), над ним расположен блок авионики.
Отсек полезной нагрузки состоит из стандартного адаптера полезной нагрузки и обтекателя (внешний диаметр 2,6 м, общая длина 7,9 м, в том числе горизонтальной секции — 3,5 м). Сброс обтекателя осуществляется на пассивном участке полета перед включением двигателя третьей ступени.
Благодаря широкому использованию новых материалов «Вега» оказалась относительно компактной и легкой — при длине 27 м и максимальном диаметре 3 м ее взлетный вес составляет 128 тонн.
Для обеспечения пусков «Веги» с космодрома Куру предполагается широко использовать уже существующую инфраструктуру — в частности, стартовую площадку ELA-1, изначально предназначавшуюся для РН Ariane-1, а также центр управления Ariane-5.
Благодаря удачному расположению космодрома на побережье океана вблизи экватора пуски «Вега» могут осуществляться в широком диапазоне азимутов — в том числе в экваториальной и меридиональной плоскостях, а также на орбиты с промежуточными наклонениями.
Особый европейский путь в космос
На фоне замечательного успеха китайской космической программы, ознаменовавшейся созданием собственного космического корабля и успешным полетом на нем гражданина КНР, космическая программа европейского космического агентства может (на первый взгляд) показаться излишне утилитарной, «сухой» и недостаточно амбициозной, прагматично ориентированной на решение текущих рутинных задач.
 «Вега» на стартовой площадке глазами художника |
Полет человека в космос, осуществленный Китаем, вполне объясним спецификой нынешнего этапа определения этой страной своего места в мире. Заняв третью ступеньку пьедестала почета «полноценных» космических держав, способных самостоятельно осуществлять освоение космоса как беспилотными, так и пилотируемыми аппаратами, Китай, помимо самоутверждения в мире, решил и важную внутриполитическую задачу, дав нации возможность сплотиться вокруг лишенной политической окраски, но яркой и достойной идеи.
Европейские страны поставили перед собой и успешно (хотя и поэтапно) решают иные, подчеркнуто лишенные ориентированного на публику измерения, задачи. Средства направляются даже не столько на создание техники следующего поколения, сколько на отработку технологий и решение наиболее значимых научных задач, которые создают весомые преимущества на следующем этапе развития мировой космонавтики.
В этом отношении использование на РН «Вега» нового двигателя первой ступени P80 FW важно не столько само по себе, сколько в связи с отработкой технологий для использования в будущих поколениях РН, и в частности — в «Ариан 5». Ориентир у ESA один — максимальная экономичность освоения космоса, что в конечном итоге означает возможность достичь в космосе большего за те же деньги, ибо ни один бюджет бездонным не бывает.
Новый век дал космической промышленности новые ориентиры. Наличие самых совершенных и недорогих средств выведения грузов на орбиту становится ключевым в обеспечении малозатратного и экономичного освоения космоса. Впечатляющая дешевизна отечественных РН не должна вводить в заблуждение — разработка новых носителей во всем мире ведется полным ходом, и один из последних бастионов наукоемкой промышленности может пасть в одночасье.
Максим Рахманов / CNews.ru