Сверхтяжёлый носитель на базе "Феникса" - длиннопост⁠⁠

Доброго всем вечера, товарищи пикабушники. С вами на связи Miron_Bleek в вечерней, космической рубрике. И сегодня у нас на очереди тема, посвящённая потенциальному сверхтяжёлому носителю. Вся информация является моим анализом на основе высказываний г-на Комарова во время интервью "Известиям"
*Комаров Игорь Анатольевич, генеральный директор Госкорпорации "РОСКОСМОС".

Поехали! Итак, что же стало известно из интервью, кроме положений по финансированию мы рассмотрим в отдельном посте, а пока мы затронем только тему НИР и ОКР по проекту "Феникс" и его использовании в будущем. Я посвящал ему отдельный пост, но теперь по существу что стало известно точно. Для начала процитирую целый сегмент интервью, чтобы было от чего отталкиваться:

(с) "Создание ракетного комплекса сверхтяжелого класса в Федеральную космическую программу не попало, но работы по его проектированию, я слышал, продолжаются...

— На совещании у президента в ноябре прошлого года перед нами была поставлена задача провести работу и защитить проект по ракете-носителю «Ангара А-5В» и по ракетному комплексу сверхтяжелого класса (СТК). Мы сейчас готовим необходимое обоснование под СТК и представим его до конца года.

После этого решение будет принимать руководство страны. Так как в ближайшие десять лет нагрузок для ракет сверхтяжелого класса нет, следовательно, нет и необходимости торопиться с созданием СТК. Но мы понимаем, что за этим будущее и у нас есть еще определенная ниша и возможности использования в СТК мощных двигателей семейства РД-170.

У России — уникальные ноу-хау, технологии и знания, а это — серьезное конкурентное преимущество. План такой: выполнить опытно-конструкторскую работу «Феникс» (предусматривает создание носителя среднего класса. — «Известия»), которая может в перспективе стать первой ступенью для будущего носителя сверхтяжелого класса. Мы ее проектируем так, чтобы она могла быть использована для сверхтяжелой ракеты-носителя, в котором, возможно, будет еще кислород-водородная ступень.

С ней мы уже сможем выходить на выведение нагрузок в 160–180 т примерно к 2030 году. То есть в принципе у нас понятная логика, обоснованная с точки зрения последовательности решения технических задач. Если будет утвержден этот проект, поставлена задача и выделено финансирование, мы всё сделаем."

(с) "В качестве маршевых двигателей для СТК сейчас рассматриваются модификации РД-170?"

— Это — один из вариантов, который во многом упростит ситуацию. Так можно ускорить разработку ракеты, но в зависимости от задач, скорости и времени, когда нам надо будет всё это разработать, мы определим конкретные варианты. Вы правы, основания остановить выбор на РД-170 серьезные.

Прямая ссылка на использованный источник: http://izvestia.ru/news/620394

Итак, что у нас имеется на очереди? На очереди у нас до 2025 года - разработка РКН (Ракеты космического назначения) аналога "Зенита", в моноблочном исполнении на 2 и 3 (На круговую НОО и с РБ до ГПО) ступени.

Кроме того, у на есть ориентировочное время выхода на лётные испытания, это 2024-2025 годы. То есть это означает готовность как экспериментальной производственной базы и "изделия", так и стартовой платформы и всего обслуживающего МФК (Многофункционального Комплекса).

- Плюс, ориентировочная конструкция. Относительно РД-170, вопрос касательно РКСТК (Ракетного Комплекса Сверх-Тяжёлого Класса) поставлен некорректно, его нужно было переадресовать на НИОКР (Научно-исследовательские и Опытно-конструкторские работы) по "Фениксу". А тут уже ситуация почти однозначная, кроме серии "РД-170" - использовать тупо нечего, под данный класс нагрузки можно использовать только вышеуказанную серию двигателей, которая прошла многолетнюю модификацию.

На данный момент РД-170, использовавшиеся в боковых ускорителях РКН "Энергия", впоследствии превратившиеся в конце 80-ых РД-171 допиленные для установки на первую ступень ракет-носителей серии "Зенит-2/3" был в дальнейшем ещё раз улучшен к началу использования в комплексе "Морской старт" и новых модификациях РКН серии "Зенит-М" в лице "Зенит-2SL/2SLБ/3SL/3SLБ/SLБФ".
- Сейчас серия "Зенит" вышла из эксплуатации в связи с ситуацией на Украине, и в резерве остался только один полностью собранный носитель (И один заготовленный на Украине корпус, который не факт, что будет оснащён в полноценный РКН и отправится в космос), после запуска которого носитель уйдёт в прошлое.

Касательно серии "РД-170" - ныне идут работы (В заключительной стадии) по четырёхкамерному ЖРД (Жидкостному ракетному двигатель) РД-175, чья рабочая тяга была повышена на четверть, по сравнению с базовым двигателем и на тестах должна составить порядка 1000-1050 тс на уровне моря при стандартном атмосферном давлении (+13-19% в вакууме). Однако они не востребованы без появления изделия, требующего подобные наработки. Этим изделием и должен стать "Феникс".

- Напомню вам, что полезная нагрузка "Феникса" на оптимальную траекторию круговой 200 километровой низкой опорной орбиты должна составить порядка 18-20 тонн с широты "Восточного", что на 5-7 тонн больше, чем оная у "Зенита" с широты "Байконура". При использовании РД-175 возможно поднять рабочую ПН и до 24-26 тонн на ту же круговую орбиту, но тогда теряется весь смысл ракетного комплекса "Ангара". Кхм, да впрочем "Феникс" и так весь этот смысл нафиг смывает, ибо компоновка куда удобнее.

Касательно сверхтяжа на базе "Феникса" - то есть два потенциальных варианта реализации данного решения. Концептуально они диаметрально противоположные, но оба имеют право на жизнь и выбор между ними будет обсуловлен дальнейшим развитием космической программы и выборе приоритетов на ближайшие 30-35 лет в космосе. Расскажу сначала о более дешёвой и предпочтительной.

Это конфигурация, которую я сам называю "n-зенит", где n - это число, соответствующее количеству используемых ускорителей. Суть в том, что при такой конфигурации используется система с одинаковыми УРМами на всех ступенях, кроме верхней. То есть, в качестве центрального блока выступает тот же ускоритель, что и навешивается сбоку, только на него сверху устанавливается верхние ступени с РБ и полезной нагрузкой. Аналогично реализованы РКН серии "Delta-IV", "Falcon" и "Ангара".

- В такой модификации преимуществом будет массовость выпуска УРМов, включая всю вертикальную развёртку производства их комплектующих. От баков с турбонасосами и корпусов до двигателей и авионики. За счёт массовых регулярных полётов разных модификаций с разными полезными нагрузками, но одинаковыми составляющими (УРМами) - у нас получается значительное проседание изделия по себестоимости, а также цене.

В таком исполнении "Феникс" будет летать как четыре разные модификации ракет-носителей одной серии. Три из них будут отличаться только количеством УРМов, а четвёртая и конструкцией верхней ступени.
- Самая лёгкая версия, на 18-20 тонн полезной нагрузки, со стартовой массой порядка 600-650 тонн. Первая, которая будет введена в эксплуатацию, а также самая частая по регулярным полётам. Полезная нагрузка для неё всегда будет, и она могла бы заменить нишу как "Зенита", так и "Протона", если изменить концепцию оптимальной грузодоставки. Скорее всего изначально подгонят для вывода грузов на ГПО с двумя ступенями, без использования РБ. Или с РБ сразу на ГСО. Или теми же двумя ступенями на НОО, смотря что и куда забросить.

- Тризенит, версия на 45-50 тонн полезной нагрузки. К лёгкой версии прицепили два навесных ускорителя, поставили увеличенный обтекатель и оставили в качестве верхней ступени ту же, что и была на базовом "Фениксе", ибо большего и не надо. Полный аналог Фалькон Хеви по выводимой массе, может стартовать с того же комплекса, что и "Феникс", если заранее предусмотреть универсальную инфраструктуру. Как в случае с Ангарой, в общем.

- Пятьзенит, версия на 70-75 тонн полезной нагрузки. Используется пять ускорителей, четыре боковых и центральный, в качестве первых двух ступеней. Третья ступень остаётся той же, что и на прошлых двух модификациях, только подогнана она под ещё больший и вытянутый обтекатель. Хватит на однопусковый облёт Луны на "Федерации" с разгонным блоком и надувным обитаемым модулем. По сути уже сверхтяж.

- Пятьзенит с водородной третьей ступенью, аналогичен предыдущему, за исключением верхней ступени. В этом случае мы отказываемся от универсальной ступени "УРМ-2", которая стоит как вторая в "Феникс-1" и третья в "Феникс-3/Феникс-5". Вместо неё на ракету влазит увеличенная ввысь и диаметрально третья ступень, с новыми движками и работающая на более эффективной топливной паре LH/LOX (Liquid Hydrogen/Liquid Oxygen), которая даёт УИ (Удельный импульс) порядка 4400-4600 м/с вместо 3000-3400 м/с у керосин/кислородной топливной пары (RP-1/LOX).

Соль этой модификации в том, что третья ступень на водороде апает полезную нагрузку с 80 до 100-110 тонн на низкую круговую орбиту в 200 километров. На таком сверхтяже можно запулить на орбиту Луны стандартный модуль для орбитальной станции вместе с полным обвесом оборудованием и здоровыми солнечными панелями, или же аналогичный по массе 40-45 тонный орбитальный грузовик с припасами.

- Кроме того, на ней можно устроить пилотируемый полёт шестиместной "Федерации" с агрегатным, обитаемым модулем как у "Союза", но значительно больше к лунной ДОС (Долговременной орбитальной станции) на окололунную опорную орбиту, вместе с запасами продовольствия для длительной экспедиции. Остальное довезёт грузовик.

- Ну и на ней в два пуска можно устроить пилотируемую высадку на поверхность Луны используя шестиместную "Федерацию" со сбрасываемым обитаемым отсеком и посадочным модулем на 4 человека, для двухнедельного пребывания на поверхности.

Я лично сторонник вышеописанной модификации РК-СТК, так как она наиболее быстроисполнимая и дешёвая. Однако тогда у нас не будет в ближней перспективе от момента создания носителя - его более тяжёлой версии, на 160-200 тонн полезной нагрузки, поскольку упора в создание нового центрального блока просто не будет.

Переходим к другому варианту, над которым думают в Роскосмосе. Это новая "Энергия", с центральным водородным блоком. В таком случае вариант "Тризенита" на 45-50 тонн ПГ никуда не пропадает, но обе версии "пятьзенита" пропадают из-за ненадобности лишней конструкторской работы по подгонке.

- Но сверхтяж появляется на пять лет позже, у него больше полезная нагрузка и он выходит в полтора с хвостиком раза дороже работ по облегчённым версиям, хотя тогда у нас и будет ко второй половине 2030-ых годов 160-200 тонн полезной нагрузки, а не 70-105 тонн к 2030-му году (Тризенит в обоих случаях это вторая половина 2020-ых годов).

В таком случае у нас четыре навесных ускорителя на базе "Феникса" (Его первая ступень) + центральный блок на водороде без третьей ступени уже выдадут 100-110 тонн на низкую опорную орбиту. С текущими финансами первый полёт такой модификации будет не в 2029-2031 годах, а уже к 2035-2036 годам. Однако, тогда мы можем увеличить число боковых ускорителей с 4 до 8, получив полезную нагрузку в 160 тонн, и поставить наверх здоровую третью ступень на водород/кислороде, получив 200-210 тонн полезной нагрузки.
*И заиметь кучу проблем с доставкой баков такого размера, строительством огромного МИКа (Возможно даже вертикальной сборки, как VAB в космическом центре им. Кеннеди) и перевозкой готовых блоков ракеты-носителя. Или производить на месте.

Лично моё мнение, лучше всего было бы воспользоваться первой схемой. 100-105 тонн ПГ для освоения Луны в лице регулярных высадок два-четыре раза в год, строительства небольшой базы на поверхности Луны и поддержания окололунной ДОС - хватит с головой. Кроме того, для орбитальной станции на низкой опорной орбите - модули массой в 80-100 тонн это предел, после которого их будет практически невозможно должным образом оснастить, и они будут полупустыми (Или использоваться только для туристических целей).

- Но тогда создание центрального блока на водороде большего диаметра начнётся и закончится гораздо позже. Если мы получим сегмент полезной нагрузки с верхним пределом в 105 тонн до 2030-2031 года - то более тяжёлые модификации у нас уползут на 2040-ые годы. Невелика, в принципе потеря, но всё равно важно иметь в виду. Но тогда оригинальный блок, большого диаметра на водород/кислороде, который с 4 навесными блоками от "Феникса" может выпереть на орбиту 100-110 тонн - будет нафиг не нужен, ибо самый лёгкий сегмент уже покрывается, и при том - сразу двумя носителями. Если нужно не более 75 тонн - то полностью керосиновым, а если прям именно около 95-105 тонн - то уже водородной версией "пятьзенита".

Соответственно, тогда нужно будет делать уже более тяжёлый вариант носителя, диаметр центрального блока доводить до 10+ метров, цеплять модификации на 6, 8, 12 и может даже 16 навесных ускорителей, большую верхнюю ступень и ПН для такой системы уже только со 135-145 тонн только начинаться будет, а верхний предел с тремя ступенями и шестнадцатью навесными ускорителями от "Феникса" легко уползёт за 250 тонн полезной нагрузки. Для которой задач без таких составляющих как:

- Огромная регулярная станция на сотни человек экипажа;

- Военная ДОС под командный орбитальный центр;

- Регулярные полёты больших экипажей на Луну;

- Марсианская самостоятельная экспедиция (Не международная);

просто не найдутся. Их не будет до второй половины 2050-ых годов. Может и дольше. Носитель почти десятилетие будет простаивать. И тогда уже проще будет с нуля всё делать, пока эксплуатируется сверхтяж на базе "Феникса". Это очень далёкое будущее, до которого почти не прогнозируется ничего, может тогда конец эпохи химических ракетных двигателей придёт.

Ну а с вами на связи был Miron_Bleek в вечерней космической рубрике. Надеюсь вам нравятся мои посты и удачи вам, товарищи!