2. Модуль полезной нагрузки КА
Для ракет-носителей, в качестве полезной нагрузки выступают спутники, космические корабли и т. д. В этом случае, термин «полезная нагрузка» означает полную массу КА выводимого на заданную орбиту. То есть масса корпуса КА и горючего на борту выводимого КА также считается полезной нагрузкой.
Необходимо различать массу ПН на различных орбитах. В общем случае, любая ракета-носитель выводит больше груза на низкую опорную круговую орбиту высотой 200 км, чем на высокоэнергетические орбиты. Так, РН Протон выводит до 22 т на опорную орбиту, более 6,0 тонн на геопереходную и до 3,7 тонны на геостационарную орбиту.
Стоимость доставки грузов на орбиту
Цифры доставки грузов на орбиту в разных источниках довольно сильно отличаются. Кроме того, часто цифры даны в разных валютах, относятся к разным годам, относятся к запускам на разные орбиты, некоторые из цифр характеризуют себестоимость пуска, другие источники дают стоимость пуска для заказчика, при этом источник не поясняет какая из цифр приведена. Поэтому сравнивать цифры нужно крайне осторожно и можно оценить лишь приблизительные значения.
Современные средства:
| Стоимость доставки грузов на низкую орбиту | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Носитель | Стоимость, долларов за кг | Стоимость запуска, млн. долларов | Грузоподъемность, тонн | Примечание | ||||||
| Зенит-2/3SL | 2 567-3 667 | 35-50 | 13,7 | |||||||
| Спейс шаттл | 13 000-17 000 | 500 | 25 | при полной загрузке корабля 29,5 тонн, возрастает до $40-50 тыс./кг при частичной загрузке в 10 тонн. Максимальный вес доставки на орбиту около 120-130 тонн, максимальный вес полезной нагрузки 24,4 тонн, максимальный вес возврата на землю 14,5 тонн. Стоимость запуска около $500 млн. | ||||||
| «Союз» | 4 242-11 265 | 35-78,858 | 8,25 | до $25 тыс./кг на ГСО. Максимальный груз который можно взять в корабль Союз ТМА, запускаемый РН Союз около 300 кг. Максимальный вес доставки на орбиту 7-7,5 тонн. В случае использования для вывода спутников, стоимость запуска:
|
||||||
| «Восток» | 1 586 | 7,5 | 4,73 | В начале 90-х была всего-лишь $7-8 млн для привлечения иностранных клиентов. С 1991 года выведена из эксплуатации. | ||||||
| «Протон» | 1 136-4 546 | 25-100 | 22 | Цена запусков изменяется с годами, в последнее время, она постоянно растёт. Данные стоимости запусков на ГСО:
|
||||||
| «Атлас-5» | 187 | 9.75 29.42 4.95 т- 13 т на ГПО |
, максимальный вес доставки на НОО 30 тонн, 13 тонн на ГПО. Стоимость пуска около $187 млн. | |||||||
| «Днепр» | 2 703 | 10 | 3,7 | , максимальный вес доставки на орбиту 3,7 тонны. Стоимость пуска около $10 млн. | ||||||
Разрабатываемые средства следующего поколения:
- МАКС $1-2 тыс./кг
В настоящее время даже завышенные цифры по стоимости запуска одноразовых космических кораблей как минимум не уступают по экономической эффективности многоразовым системам, имеющимся на настоящий момент. Если использовать средние цифры, то одноразовые системы экономически эффективнее как минимум вдвое, что означает, что многоразовые системы на сегодняшний день не дешевле, но решают две важные задачи: свод с орбиты значительной массы и выполнение военно-стратегических целей. Обе эти цели в настоящий момент мало востребованы.
| Поток (космический аппарат) |
Знаете, чем отличается килограмм в космосе от килограмма на Земле? Чтобы ответить на этот вопрос, не обязательно разбираться в физике и знать Теорию Относительности. Ответ лежит на поверхности: они отличаются ценой.
Любая ерунда, поднятая на орбиту, начинает стоить на несколько тысяч долларов дороже, чем точно такая же на Земле. Банка тушёнки, поднятая Шаттлом на низкую опорную орбиту, стоила бы на $7930 дороже, чем в супермаркете у вашего дома. А пустая(!) жестянка из-под неё обошлась бы в $1268 (по текущему курсу - 71290р.)
Очевидно, что при такой стоимости вывода грузов на орбиту ни о какой серьёзной колонизации космоса речь идти не может. Когда-то в космической отрасли было время первых: первый спутник, первый полёт человека, первый выход в открытый космос, первая посадка на Луне, первый орбитальный телескоп.
Сейчас наступило время эффективных: чтобы двигаться дальше, нужно снижать стоимость вывода космических грузов в разы, а точнее - в десятки раз. не закончилась, просто её правила стали сложнее: победа «любой ценой» теперь равносильна поражению.
Стоимость «космического килограмма», выведенного разными носителями, выглядит примерно так:
«Примерно», потому что, во-первых, не все из этих ракет сейчас продолжают летать, и, во-вторых, стоимость запуска одного и того же носителя могла существенно меняться со временем.
Самым дорогим носителем из всех, как это ни странно, оказались многоразовые Space Shuttle: после каждого полёта они нуждались в крайне дорогостоящем обслуживании и проверке. Первый полёт Шаттла совпал с двадцатилетием , а последний состоялся 8 июля 2011.
Каждый килограмм, выведенный Шаттлом на низкую опорную орбиту, стоил поистине космические $19824. Для сравнения: килограмм золота стоит в районе $40000.
Следующий за ним по стоимости вывода носитель - Дельта-4 от компании Боинг. Её крайняя дороговизна компенсируется тем, что на сегодняшний день она выводит наибольшую полезную нагрузку среди всех эксплуатируемых ракет-носителей в мире. Американские военные любят тяжёлые спутники, поэтому кряхтят, но платят.
Замыкает сегмент дорогих носителей европейская ракета Ариан-5. Кроме цены, она больше ничем не примечательна, хотя на орбиту выводит груза меньше, чем наш Протон.
Средняя ценовая категория это японские, китайские, индийские, российские и американские ракеты. Среди них особенно примечательны Атлас-5 - американская ракета с российским двигателем РД-180 и Союз-2 - наша ракета, предназначенная для пилотируемых запусков.
Союз-2 принадлежит к славному семейству ракет Р-7. Именно эти ракеты вывели на орбиту первый искусственный спутник, первый спутник с живым существом на борту и первый пилотируемый человеком космический корабль.
В нижнем ценовом сегменте три основных игрока: дешёвые украинские лёгкие носители, переделанные из баллистических ракет, российские Протоны, и Falcon Илона Маска.
Собственно, вся интрига космической гонки последних лет до декабря 2015 года заключалась именно в противостоянии Протона и Фалькона.
С Протоном всё было ясно: это очень старая (впервые полетела в 1965 году), непригодная для пилотируемых запусков из-за ядовитого топлива и слишком часто падающая из-за снизившейся культуры производства, но очень дешёвая для своего класса ракета.
Фалькон наоборот, был тёмной лошадкой. Новейшая разработка, возможность сертификации для пилотируемых полётов и, самое главное, возвращаемые ступени, резко снижающие стоимость запусков. Непонятно было только, получится это или нет.
Получилось. Первые успешные посадки воспринимались почти как чудо, а сейчас Маск планирует вернуть все три блока тяжёлой ракеты Falkon Heavy и это уже никого не удивляет. Даже без возвращаемых ступеней Фалькон был самым дешёвым носителем, а с ними и вовсе оторвался от конкурентов, став лидером в отрасли по стоимости килограмма груза на орбите.
Был, правда, один интересный (последний для этого носителя) запуск старенького советского Востока с индийским спутником на борту в 1991 году. Страна разваливалась на глазах и запуск обошёлся индусам в смешные $1586 за килограмм, хотя с учётом обстоятельств это вряд ли можно считать достижением.
P.S. Полтора года назад, после первой посадки Фалькона, будущее российского космоса стало очевидно печальным и я об этом уже . Увы, пока мне нечего к этому добавить - цифры говорят сами за себя.
UPD3: за сутки «псевдо-собрали» 1.000.000$ и более 500 желающий полететь в космос
«Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели.» Циолковский
Уважаемые читатели, предлагаю вашему вниманию идею, действительно стоящую распространения и реализации.
Меня поразило то, что это законченная(т.е. не требующая еще не существующих ресурсов, как сверхпрочные материалы) технология, в отличие от прочих технологий безракетного космического запуска .
Единственное, чего не хватает, - спроса на данную услугу.
ТТХ «Петли»
Уровень перегрузки - 3g
Количество груза в год - 6.000.000 тонн (шесть миллионов тонн)
Частота запусков - 80 запусков в час
Окупаемость - 5 лет
Стоимость установки - 30 млрд $ (Бюджет Сочи 2014 - 950+ млрд руб. пруф)
Стоимость вывода на орбиту 1 кг полезного груза - 3$ (три доллара за кг)
Ссылка на статью в Википедии с подробным описанием проекта
Существующие проблемы в области космических запусков
На данный момент существует 2 класса проблем - это перегрузки и прочность материалов.
Для «пушечных» технологий(пушка , катапульта , слингатрон) присущи гигантские перегрузки .
Для "лифтов ", "фонтанов ", " , мостов " нужны нереально прочные и одновременно легкие материалы, т.к. размеры конструкций должны быть десятки тысяч километров и при этом вертикально ориентированы.
«Мы должны продвигаться вглубь Вселенной. Только так человечество спасет себя от земных войн и политики. Стать астронавтом и отправиться в космическое путешествие, чтобы найти Бога внутри себя.» Рэй Брэдбери
Зачем человечеству космос?(статьи и видео)
Почему Стивен Кинг боится русских?
«Впервые я пережил ужас - подлинный ужас, а не встречу с демонами или призраками, живущими в моем воображении, - в один октябрьский день 1957 года. Мне только что исполнилось десять. И, как полагается, я находился в кинотеатре - в театре «Стратфорд» в центре города Стратфорд, штат Коннектикут.
Шел один из моих любимых фильмов, и то, что показывали именно его, а не вестерн Рандольфа Скотта или боевик Джона Уэйна, оказалось вполне уместно. В тот субботний день, когда на меня обрушился подлинный ужас, была «Земля против летающих тарелок» (Earth vs. the Flying Saucers) Хью Марлоу.
И вот как раз в тот момент, когда в последней части фильма пришельцы готовятся к атаке на Капитолий, лента остановилась. Экран погас. И пленка не порвалась - просто выключили проектор. А дальше случилось нечто неслыханное: в зале зажгли свет. Мы сидели, оглядываясь и мигая от яркого света, как кроты. На сцену вышел управляющий и поднял руку, прося тишины, - совершенно излишний жест. Я вспомнил этот момент шесть лет спустя, в 1963 году, в ноябрьскую пятницу, когда парень, который вез нас домой из школы, сказал, что в Далласе застрелили президента.…
Мы сидели на стульях, как манекены, и смотрели на управляющего. Вид у него был встревоженный и болезненный - а может, это было виновато освещение. Мы гадали, что за катастрофа заставила его остановить фильм в самый напряженный момент, но тут управляющий заговорил, и дрожь в его голосе еще больше смутила нас.
- Я хочу сообщить вам, - начал он, - что русские вывели на орбиту вокруг Земли космический сателлит. Они назвали его… «спутник».
Сообщение было встречено абсолютным, гробовым молчанием.
Помню очень отчетливо: страшное мертвое молчание кинозала вдруг было нарушено одиноким выкриком; не знаю, был это мальчик или девочка, голос был полон слез и испуганной злости: «Давай показывай кино, врун!»
Управляющий даже не посмотрел в ту сторону, откуда донесся голос, и почему-то это было хуже всего. Это было доказательство. Русские опередили нас в космосе. Где-то над нашими головами, триумфально попискивая, несется электронный мяч, сконструированный и запущенный за железным занавесом. Ни Капитан Полночь, ни Ричард Карлсон (который играл в «Звездных всадниках» (Riders to the Stars), боже, какая горькая ирония) не смогли его остановить.
Он летел там, вверху.., и они назвали его «спутником». Управляющий еще немного постоял, глядя на нас; казалось, он ищет, что бы еще добавить, но не находит. Потом он ушел, и вскоре фильм возобновился.»
Выступление на TEDx
Космос как мышление
К дню космонавтики. Переслегин: зачем нужен космос?
Системная инженерия против космоса
«Космос: веселые и невеселые итоги»
"… люди - идиоты. Они сделали кучу глупостей: придумывали костюмы для собак, должность рекламного менеджера и штуки вроде IPhone, не получив взамен ничего, кроме кислого послевкусия. А вот если бы мы развивали науку, осваивали Луну, Марс, Венеру… Кто знает, каким был бы мир тогда? Человечеству дали возможность бороздить космос, но оно хочет заниматься потреблением: пить пиво и смотреть сериалы."
Рэй Брэдбери
П.С. статья с некоторыми расчетами trendclub.ru/blogs/space_future/7119
(UPD: дисклеймер от автора статьи http://habrahabr.ru/post/196616/)
П.П.С. А может это приемлемый вариант утилизации отходов?
Космонавтика стремительно развивается.
В скором времени ракеты станут необходимым средством передвижения в космосе.
В это вкладывают миллиарды долларов многие страны мира.
В 1939 году в Англии был создан первый прототип современных ракет-носителей (РН) Lunar Rocket.
В связи с начавшейся Второй Мировой Войной, этот проект так и остался в стадии разработки.
Расценки космолётов
В настоящее время самые мощные ракеты — это «Протон-М» (Россия), «Дельта IV Heavy» (США) и «Арион-5» (Европа).
Они способны выводить на низкую орбиту (200 км) до 25 тонн груза.
Сколько стоит запустить РН в космос? (в млн долларов):
- Шаттл — 400 — 500;
- Союз — 35 — 40;
- Falcon-9;
- FalconHeavy — 90;
- Протон — 70;
- Днепр — 18;
- Рокот — 44,6;
- Стрела — 8,5;
- Вега — 59.
Во всем мире пытаются разрабатывать ракеты многоразового использования, чтобы уменьшить затраты на доставку грузов на орбиту.
США опережает другие страны по космическим исследованиям и разработкам, вкладывая в это миллиарды долларов.
Российское ракетостроение
Впервые доставила груз на орбиту советская Р-7 «Спутник» в 1957 году.
До 2011 года было построено 1760 РН различных моделей.
Все они созданы на основе идеи межконтинентальной баллистической ракеты Р-7.
Стоимость построения «Союза-У» или «Союза-ФГ» — около 20 млн долларов.
Все ракеты стартуют с космодромов Байконур и Восточный.
Пуск полной версии с двигателем на второй ступени и блоком разгона стоит 70 млн у.е.
В 2013 году произошла авария ракеты-носителя «Протон-М».
Она упала вскоре после старта, имея на борту три спутника «Глонасс».
Ее запуск и общая стоимость всех аппаратов составила 4,4 млрд руб .
Строительством космической техники занимается ГКНПЦ им. Хруничева.
В 2014 году они выиграли тендер на производство двух ракет для Роскосмоса.
Общая стоимость заказа составила 1509826000 руб.
Известны цены еще трех «Протонов» (в руб.):
- 2008 г. — 1123 млн;
- 2011 г. — 1348067300;
- 2012 г. — 1436560000.
Строительство тяжелой ракеты «Ангара-5» в 2014 г. обошлось российскому бюджету в 4,5 млрд руб .
В эту цену входит ее транспортировка на космодром, подготовка к запуску, дополнение в виде разгонного блока «Бриз» общей стоимостью 800 млн руб.
Россия планирует постепенный переход от использования «Протонов» на «Ангару».
Руководство страны поддерживает строительство сверхтяжелой РН, предназначенной для полетов на Луну, стоимость которой 60 млрд руб.
В конструкторской разработке — создание трехступенчатой ракеты на базе «Ангары».
Предусмотрено финансирование на разработку и запуск проекта — $600 млрд.
Ракетостроение в США
В настоящее время космические разработки Америки занимают передовое положение в мире.
После гибели семи астронавтов в результате катастрофы, произошедшей с орбитальным кораблем «Челленджер» 28.01.1986 г., НАСА отказалось от использования этой сложной системы и решило применять одноразовые РН.
За всю историю освоения космических пространств, эти ракеты вывели на орбиту свыше тысячи различных спутников и сотни тысяч тонн необходимых для исследований в космосе, грузов.
Вместо «Арес-5» в НАСА разработали сверхтяжелую РН по новой программе под названием «Система космических запусков» (SLS), ее стоимость оценивается в $35 млрд.
