Взлёт, 2016 № 09 (141)

Ракета-носитель Falcon 9FT частной американской компании SpaceX

На самом деле, ничего особенно удивительного в «неожиданном» решении продолжить развитие «Протона» нет. За последние несколько лет ситуация и в отрасли, и на рынке коммерческих запусков кардинально изменилась, причем в наибольшей мере на нее воздействовали факторы, которые ранее даже не рассматривались всерьез. Во-первых, по ряду причин поменялось экономическое положение всех без исключения предприятий ракетно-космической индустрии. Во-вторых, не стал устойчивой тенденцией прогнозируемый прежде «неуклонный рост начальной массы геостационарных спутников связи» (а именно они формируют наиболее «денежньш» сектор коммерческого сегмента пускового рынка). Масса спутников растет, но уже сейчас заметно быстрое снижение скорости прироста.

Одной из причин второго фактора эксперты называют появление так называемых «электрических» космических аппаратов. Это спутники, которые используют для перевода с геопереходной (ГПО) на геостационарную орбиту (ГСО), а также для стабилизации «точки стояния» (орбитальной позиции) экономичные элекгроракетные двигатели (ЭРД) вместо прожорливых ЖРД, работающих на химическом топливе.

В настоящее время ракета-носитель, как правило, выводит коммерческий телекоммуникационный аппарат на ГПО с низким перигеем и высоким апогеем, откуда спутник добирается на целевую орбиту «своим ходом» путем включения бортовой двигательной установки. Затраты характеристической скорости на маневр перехода составляют обычно 1500—1800 м/с. Существующие двигатели на долгохранимых компонентах расходуют на него топливо, которое составляет 40—45% начальной массы спутника. Современные элекгроракетные двигатели имеют скорость истечения рабочего тела на порядок выше (т.е. они на порядок экономичнее жидкостных двигателей), что позволяет в разы снизить массу топлива, заменив его целевым оборудованием или существенно облегчив космический аппарат. Таким образом, в точку стояния на ГСО может прибыть два аппарата одной и той же конечной массы, но при этом маневр с ГПО начнет либо шеститонный спутник с химическим двигателем, либо аппарат массой около 3,5—4,0 т с электроракетным. Разница — налицо. Именно она открывает возможность запуска спутников связи более дешевыми носителями меньшего класса грузоподъемности.

Электроракетные двигатели известны многие десятилетия, но долгое время их широкое распространение сдерживали недостаточный ресурс системы, высокая потребная энергетика и большое время работы. Сейчас, когда ЭРД наработали нужную статистику и обладают требуемым ресурсом, а массы и мощности самих спутников выросли настолько, что солнечные батареи, которые обеспечивают в точке стояния работу бортового комплекса аппаратуры связи, могут давать на перелете необходимый приток энергии, две первые проблемы можно считать во многом решенными. Остается третья, которая является главным недостатком электроракетных систем. Если переход с ГПО на ГСО с использованием жидкостного двигателя может в идеале выполняться за один виток (несколько часов), то электроракетный двигатель из-за очень малой тяги реализует потребное изменение орбиты за несколько месяцев! Прежде операторы спутников не могли мириться с тем, что ввод их аппаратов в строй задерживается на столь большой промежуток времени (в это время собственник несет только расходы, не получая прибыли), в который к тому же тратится ресурс целевой (связной) аппаратуры — последняя длительное время подвергается воздействию космического излучения при многократных пролетах радиационных поясов Земли (спутник с жидкостным двигателем проскакивает опасные зоны за один — максимум 5—10 проходов). Из-за «третьей причины» спутники с ЖРД не сдают позиций. Соответственно, на рынке сформировались две группы аппаратов связи — «легкие» (массой до 3,5—5 т) и «тяжелые» (массой свыше 5 т).

Очевидно, что возможности штатного «Протона-М», рассчитанного на выведение на ГПО спутников массой до 6,2 т и более, явно избыточны для задач запуска многих современных «электрических» аппаратов. Между тем, по прогнозам, в 2017—2024 гг. на ГПО будет доставлено на 70% больше спутников в диапазоне масс от 3,5 до 5 т, чем за предыдущую семилетку. На тот же период прогнозируется стабильный спрос на запуски аппаратов массой от 5 до 6,2 т и выше. В этом диапазоне энергетика «Протона-М» уже недостаточна для части тяжелых спутников.