Реальные причины многоразовости ракет: цена и работа одновременно в нескольких классах

Каковы перспективы многоразовых ракет? В новом номере журнала «Русский космос» проведена аналитика многоразовых космических систем. Она сложнее, чем очевидное деление на одноразовые и перезапускаемые ракеты. Вводятся понятия поколений ракет-носителей: от одноразовых, через частично многоразовые (SpaceX Falcon 9) к III поколению, — полностью многоразовым РН (таких устройств пока нет). При этом для каждого поколения возможны модификации («+», «++» и т. п.).

Специалисты отнесли Falcon 9R (Reusable — повторно используемая) ко второму поколению. Экономика этой̆ ракеты строится на возвращаемых и повторно используемых элементах (первая ступень и головной̆ обтекатель), что позволяет снизить общие затраты на пуск на 30–40%. При этом из-за необходимости упрочнения конструкции (и, как следствие, утяжеления), использования топлива для торможения при мягкой̆ посадке и т. п., масса полезной̆ нагрузки снижается. Это приводит к тому, что Falcon 9R из ракеты тяжелого класса (по стартовой̆ массе) переходит в носитель среднего класса.

Удельная стоимость выведения для Falcon 9R взята как характерная стоимость выведения возвращаемых ракет-носителей II поколения — ~$2900/кг. «В то время как для первых модификаций полностью многоразовых носителей̆ III поколения ее прогнозируют на уровне $1500/кг. Впрочем, специалисты их журнала полагают, что и этого будет недостаточно, чтобы кардинально изменить коммерческий спрос на космос.

«Из-за возможных технических сложностей̆ создать сразу полностью многоразовое средство выведения сложно, и, вероятнее всего, двигаться придется поступательно. Сначала появятся частично многоразовые ракеты с возвращаемыми элементами в среднем или тяжелом классах — здесь основные технические решения уже понятны. Экономически это выгоднее, чем двигаться поступательно от легкого и сверхлегкого класса. А вот первые версии полностью многоразовых ракет, корректнее делать именно в легком или сверхлегком классе…» — говорится в материале.

Действительно, сейчас именно в лёгком и сверхлёгком классе ведётся большинство разработок многоразовых носителей III поколения. В это же время частичная многоразовость (как правило, переиспользуемая первая ступень) закладывается в среднем и тяжёлом классах. В ближайшее время Pro космос готовит отдельный материал про используемые и разрабатываемые многоразовые РН. Интересно, что в него попали значительное число китайских разработок.

В целом, помимо очевидного сокращения стоимости пуска (до 40%) за счёт переиспользования первой ступени и обтекателя, у многоразовости есть ещё одно преимущество — гибкость по массе полезной нагрузки. На примере текущего использования SpaceX Falcon 9 и разрабатываемой Hyperbola-3 китайской iSpace хорошо видно, что одна и та же ракета-носитель, путём добавления разгонных блоков и выбора между возвращаемым (многоразовым) и одноразовым вариантом, начинает конкурировать одновременно в нескольких классах (среднем, тяжёлом и переходном). В условиях ужесточения борьбы на стагнирующем рынке пусковых услуг это становится ключевым конкурентным преимуществом.

«Астероидный» рекорд России: Леонид Еленин открыл 14-й астероид, приближающийся к Земле

26 октября 2021 года астроном Леонид Еленин обнаружил свой уже 14-й астероид, сближающийся с Землей (АСЗ). Это рекордное количество для российских охотников за этими небесными телами. Астероид назвали 2021 UL17.

«26 октября на снимках полученных в Абастуманской астрофизической обсерватории (Абастумани, Грузия) с помощью уже легендарного 70-см менискового телескопа Максутова-Иоаннисиани, мной был обнаружен новый астероид, сближающийся с Землей (АСЗ), получивший обозначение 2021 UL17. Сооткрыватель, астроном-наблюдатель непосредственно работавший за телескопом — Рагули Инасаридзе, вот он на втором фото около своего телескопа», — сообщил российский астроном Леонид Еленин в своём Facebook-аккаунте.

Также ученый сообщил, что астероид открыт на снимках, сделанных для международной кампании баллистической поддержки космической миссии «Спектр-РГ», то есть астроном проверял положение самого космического аппарата. Но, по старой привычке, он, как всегда, проверил кадры на наличие чего-то новенького. И оно нашлось!

На первой картинке вы можете видеть сам астероид [мы поместили более крупное изображение на вторую картинку, прим. ред.]. Это изображение собрано из 20 кадров с учётом скорости и направления движения объекта.

«Так что открытие это попутное, неожиданное и, безусловно, приятное. В открытии нам очень помогли словацкие коллеги-астрономы из обсерватории KYSUCE, независимо подтвердившие этот астероид, за что им огромное спасибо!», — поблагодарил коллег учёный.

Заодно астроном уточнил, что астероид не является потенциально опасным для Земли, как написали некоторые СМИ. Но ведь для этого его надо было обнаружить и измерить его параметры — вот вам и практическая польза от вроде бы чистой науки

Это только российский рекорд — 14 АСЗ составляет примерно треть открытых в СССР/России небесных тел этого типа. Но в мире открывается несколько подобных объектов каждые сутки. Так что, как заключил учёный: «Тут есть чему порадоваться и о чем погрустить...»

Известные частично многоразовые РН: список ракет-носителей поколения II

В предыдущем посте мы рассказывали об особенностях многоразовых ракет-носителей. Помимо более низкой удельной стоимости вывода на орбиту они дают возможность одновременной работы сразу в нескольких классах грузоподъемности (см. в галерее график зависимости грузоподъёмности Hyperbola-3 от используемого варианта). Потому, сегодня, в сорокалетие второго полёта шаттла «Колумбия» (который и дал старт многоразовости космических систем) Pro Космос хочет рассказать вам о типах многоразовых ракет-носителей.

РН делятся на поколения: от I (одноразовые), через II (частично многоразовые) к III (полностью многоразовые). В этом посте мы собрали уже используемые и самые известные создаваемые ракеты поколения II (частично многоразовые). Обратите внимание на значительное число китайских разработок.

II поколение (частично многоразовые):

Эксплуатируемые:
— Американская средняя/тяжёлая Falcon 9 от SpaceX (1-й полёт состоялся в декабре 2015 г.; на сентябрь 2021 г. проведено 106 пусков; возвращаемые 1 ступень и обтекатель; топливная пара керосин/LOX; полезная нагрузка до 22,8 т на НОО/8,3 т на ГСО в невозвращаемом варианте и до 16,8 т на НОО/5,8 т на ГСО в возвращаемом (R)) и её сверхтяжёлый вариант Falcon Heavy (+ два Falcon 9 как боковых ускорителя; 63,8 т/НОО в одноразовом и 57 т в частично многоразовом вариантах)
— Американская (по месту регистрации штаб-квартиры) лёгкая Electron компании Rocket Lab (1-й полёт в 2017 г.; проведен уже 21 пуск из них 2 с возвращаемой 1 ступенью на парашюте (2020 г.); топливная пара: керосин/жидкий кислород (LOX); полезная нагрузка 300 кг на низкую околоземную орбиту (НОО)/200 кг на солнечно-синхронную орбиту (ССО) 500 км)

Разрабатываемые:
— Китайская сверхлёгкая Nebula-1 компании Deep Blue Aerospace (топливная пара керосин/LOX; полезная нагрузка 500 кг на ССО в 500 км) и средняя Nebula-2 (до 4,5 т на НОО).
— Китайская средняя Tianlong-1 от Space Pioneer (топливная пара керосин/LOX; полезная нагрузка до 3 т).
— Китайская средняя Zhuque-2 от Landspace (сначала в одноразовом, затем в многоразовом исполнении; 1-й полёт ожидается до конца 2021 г./в начале 2022 г.; топливная пара метан/LOX; полезная нагрузка до 4 т на НОО в 200 км и 1,8 т на ССО в 500 км).
— Китайская средняя Pallas-1 от Galactic Energy (1-й полёт ожидается в 2022 г.; топливная пара керосин/LOX; полезная нагрузка до 4 т на НОО или 2 т на ССО в 700 км) и Pallas-2 (14 т на НОО; два боковых ускорителя)
— Китайская средняя Hyperbola-3 от iSpace (1-й полёт в июне 2024 г.; топливная пара метан/LOX; возвращаемая 1 ступень используется до 20 раз; полезная нагрузка 13,6 т на НОО в одноразовом варианте/8,6 т в многоразовом), её тяжёлая версия Hyperbola-3B с 2 разгонными блоками (полезная нагрузка 32,2 т на НОО в одноразовом/14,1 т в многоразовом) и лёгкая Hyperbola-2 (1,6 т на ССО 500 км в одноразовом/1,1 т в многоразовом вариантах).
— Средняя Neutron компании Rocket Lab (1-й полёт в 2024 г.; возвращаемая 1 ступень; до 8 т на НОО или 1,5 т к Венере).
— И, конечно, российская средняя Союз-7/Амур-СПГ от РКЦ «Прогресс» (1-й полёт в 2026 г.; возвращаемая 1-я ступень используется до 10 раз; топливная пара метан/LOX; полезная нагрузка 13,6 т на НОО в одноразовом/10,5 т в многоразовом вариантах; стоимость пуска $22—35 млн, в зависимости от конфигурации).