Ракеты-носители "по вызову"/Aviapanorama/

РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ «ПО ВЫЗОВУ»

Термин «легкий спутник», сочетающий в себе не только величину массы космического аппарата, но и его быстрый и дешевый вывод в космическое пространство, начал входить в обиход еще в конце 1980-х годов. Сторонники создания подобных спутников изначально акцентировали внимание на том, что в ближайшем будущем их использование сможет в корне изменить всю идеологию эволюции космических систем.

Появление легких спутников стало возможным благодаря значительным успехам в области миниатюризации электронных средств. Современные электронные устройства позволяют выполнить ряд функций, которые раньше были вообще невозможны или для их обеспечения требовалось создавать аппарат, имеющий очень большую массу. Еще большие перспективы для дальнейшего «облегчения» космических аппаратов сулит прогресс в области создания микроэлектромеханических систем (МЭМС). Эти системы представляют собой трехмерные микрообъекты и микромашины: моторы, насосы, турбины, микророботы, микродатчики или целые аналитические микролаборатории, выполненные на одном чипе. Их размеры могут быть меньше спичечной головки, и поэтому использование МЭМС позволит резко уменьшить массу и объем космических объектов, сократить расход топлива на выполнение маневров. Другим, «находящимся на поверхности» преимуществом МЭМС является обеспечение при их использовании значительно более высокой надежности космических полетов и повышение их безопасности.

В качестве примеров перспективного использования МЭМС в космической технике следует отметить кремниевые гироскопы, датчики давления, микроисточники энергии, системы биологического и химического анализа. Приводы и двигательные установки, при создании которых будут использованы технологии МЭМС, смогут обеспечить значительные силы и крутящие моменты, заменив собой привычные сегодня механизмы. Так, ученые из университета в Беркли уже находятся на пути создания роторно-поршневого микродвигателя, детали которого (например, ротор диаметром 1 мм и толщиной 0.2 мм) будут изготавливаться из карбида и нитрида кремния с помощью технологий, используемых в производстве микрочипов. Рабочий объем такого двигателя будет составлять 0.064 кв.мм, а развиваемые им обороты - до 40 тыс./мин. При этом предполагается, что его мощность будет составлять от 10 до 100 мВт. По расчетам ученых, даже при КПД всего 20%, такой микромотор окажется более эффективным, чем существующие сегодня образцы аккумуляторов и химических батарей.

ECAV Подобная миниатюрность обуславливает такие, исключительно важные с космической точки зрения, свойства, как малое энергопотребление, длительный срок службы, простота в обслуживании и замене. И уже не фантастикой представляется, что в не столь отдаленном будущем для решения космических задач будут привлекаться созвездия сверхминиатюрных спутников размером «с банку кофе».

В отличие от захватывающих дух перспектив создания в ближайшие годы мини-, микро- и наноспутников, достижения в области создания средств выведения их на орбиту и обслуживания не столь заметны. Впрочем, противоречие между необходимостью разработки и оперативного выведения на околоземные орбиты с различными наклонениями при приемлемой удельной стоимости малых разведывательных, связных, коммерческих и других типов спутников и коммерческой целесообразностью использования для этих целей одноразовых ракет-носителей, как и многоразовых носителей типа «Спейс-Шаттл», продолжается уже не одно десятилетие.

Taurus Еще в 1980-х, следуя надвигавшимся веяниям времени, помимо участия в создании сложных и дорогостоящих ракет-носителей типа «Титан» и «Ариан», зарубежные фирмы приступили к разработке ракет-носителей легкого класса (американская «Пегас», испанская Capricornio – «Козерог», итальянская Vega – «Вега» и израильские Shavit 1 и 2 – «Комета» и ряд других). Однако, как показало большинство этих попыток, положенная в их основу кажущаяся простота конструкции легких ракет-носителей, не стала гарантией того, что носитель для малых спутников окажется экономически выгодным. Причем, прогресс в этой области также сдерживался отсутствием у разработчиков подобных носителей четких представлений о том, какие спутники предстоит запускать с их помощью, в то время как создатели все более уменьшающихся в габаритах легких спутников не знали, на какие носители им предстоит ориентироваться.

С аналогичными проблемами все эти годы сталкиваются и создатели легких ракет-носителей, ориентированных на вывод в космос легких спутников в интересах решения военных задач. В число структур, которые в настоящее время интенсивно занимаются реализацией подобных программ, входит и Агентство перспективных оборонных исследований и проектов министерства обороны США - ДАРПА. Это агентство в течение его 45-летней истории практически всегда оказывалось на ведущих позициях в реализации первых космических и противоракетных программ США, в создании «невидимых» самолетов и кораблей, беспилотных летательных аппаратов, сетевых компьютерных технологий и пр. В области же создания средств, предназначенных для повышения эффективности использования космического пространства, сегодня ДАРПА реализует ряд перспективных программ, нацеленных на разработку:

- технологий, обеспечивающих создание средств для быстрого и надежного выведения на орбиту космических аппаратов различного назначения,

- средств мониторинга космического пространства,

- средств защиты, находящихся на орбите космических аппаратов,

- технологий противодействия нанесению ущерба космическим аппаратам,

- космических датчиков обнаружения и связи, а также методов информационного обеспечения при проведении боевых операций на Земле.

В число программ ДАРПА, основной целью которых является обеспечение выведения космического аппарата на орбиту и его последующее обслуживание, входят программы RASCAL, Orbital Express и FALCON.

Целью программы RASCAL (Responive Acces, Small Cargo, Affordable Launch) является выполнение работ по проектированию и разработке дешевой системы выведения в космос микроспутников. Реализуемая при этом концепция включает в себя разработку небольшой ракеты-носителя, способной обеспечить быстрое и гибкое выведение полезной нагрузки на орбиту, применяя при этом комбинацию из многократно используемых и дешевых элементов. Как ожидается, в составе ракеты-носителя будет использоваться многоразовая первая ступень (действующая как самолет), а также вторая и третья ступени, которые будут интегрированы с системой управления и полезной нагрузкой. В соответствии с требованиями, RASCAL должен обеспечить вывод на низкую околоземную орбиту спутников массой 50 кг в любое время, с любым наклонением орбиты. При этом стоимость вывода на орбиту не должна превышать $20 тыс. за кг.

Ожидается, что в 2004 г. ДАРПА приступит к проведению наземных испытаний двигательной установки ракеты-носителя.

В соответствии с заявлениями представителей ДАРПА, реализация программы RASCAL должна оказать революционное воздействие на индустрию космических запусков, открыв путь к уменьшению стоимости выведения на орбиту полезного груза до $10 тыс. за 1 кг. Причем, эффективность этой концепции должна еще более увеличиться при ее совместной реализации с системой космического обслуживания, изучаемой ДАРПА в рамках программы Orbital Express.

Получившая аналогичный революционный статус программа Orbital Express должна продемонстрировать возможность автоматического выполнения на космической орбите операций по дозаправке космических аппаратов компонентами топлива, модернизации их элементов и продлению срока активной работы. Планируется, что создаваемый в соответствии с этой концепцией автоматический аппарат будет способен выполнять в космосе все перечисленные виды работ. Его использование должно не только уменьшить стоимость выполнения работ в космосе, но и обеспечить реализацию качественно новых возможностей для военных спутников, таких как продолжительное маневрирование, выполнение операций на орбите в автономном режиме, изменение состава аппаратуры спутника в соответствии с изменением поставленных перед ним задач или реализацией технологических усовершенствований. По мнению представителей ДАРПА, выполнение военными спутниками маневров на орбите позволит придать им способность атаковать космические аппараты противника, сделает их движение по орбите непредсказуемым.

В 2002 г. ДАРПА в качестве основного разработчика Orbital Express выбрала фирму Boeing, которая должна в течение 42 месяцев:

- завершить разработку конструкции;

- завершить разработку и изготовление прототипа спутника обслуживания, автономного спутника для выполнения автоматических транспортных операций и макетного спутника обслуживания NextSat;

- провести демонстрационные работы на орбите с целью определения технической выполнимости этих задач.

Первые усилия в этой работе концентрируются на исследовании процессов автономного наведения, навигации и создании программ управления, обеспечивающих выполнение наиболее сложных операций движения по орбите и причаливания. Ожидается, что изготовление и наземные испытания двух космических аппаратов будут выполнены в течение 2005 г., после чего Orbital Express запустят в космос. Недавно Orbital Express был заявлен в качестве основной полезной нагрузки в процессе выполнения запуска по программе ВВС США MLV-05 средней ракеты-носителя «Дельта-4» в марте 2006 г.

Последней по времени программой, реализация которой начата ДАРПА, является FALCON (Force Application and Launch from Continental United States), ранее называвшаяся HyperSoar. Ее целью является разработка и подтверждение в процессе летных испытаний способности выполнения с помощью запускаемых с территории США ракет-носителей задач в соответствии с принятыми в США концепциями поддержки «глобальной мобильности» и «проекции силы».

Как отмечают в ДАРПА, они предвидят, что технологии, которые будут созданы в процессе реализации программы FALCON, смогут в дальнейшем найти применение и для запусков в космос коммерческих легких спутников с минимальными затратами. Хотя основу этой программы составляет волнующая военных стратегов уже не одно десятилетие мечта о создании космического бомбардировщика, способного стартовать к цели, находящейся в любой точке мира, через 30 минут после поступления приказа – своего рода, стартующей «по вызову» межконтинентальной ракеты. Впрочем, в последние годы проекты подобных космических бомбардировщиков неоднократно предлагались и отвергались, как правило, по причине значительных затрат, требуемых для их создания.

Такой бомбардировщик должен стартовать как межконтинентальная баллистическая ракета и, двигаясь по траектории, запускать к цели высокоточные боеприпасы. При этом скорость его полета будет в 15-20 раз быстрее, а высота в 10 раз выше, чем у существующих тяжелых бомбардировщиков. Обладание же сбрасываемыми боеприпасами высокой кинетической энергией может позволить обойтись без оснащения их боевым снаряжением: боеприпасы, сброшенные из космоса, способны проникать через многометровые железобетонные стены сооружений, имеющих высокую степень защиты. Таким образом, космический бомбардировщик сможет обеспечить выполнение задач по нанесению ударов по «критичным ко времени поражения» целям: защищенным командным пунктам, центрам управления и связи, боевым позициям баллистических и зенитных ракет, по аэродромам авиации ПВО, которые следует поражать в первые же минуты боевых действий, чтобы подготовить воздушное пространство для обычных самолетов. В условиях сокращения числа заграничных баз и увеличения их уязвимости от террористических нападений, возможность быстрого и эффективного решения подобных задач весьма сильно беспокоит американских военных.

Идеальным вариантом подобного космического бомбардировщика считается такой, который смог бы поразить любую цель на земном шаре и вернуться на базу в США менее чем через 90 мин. после старта.

С этой целью ближайшие планы ДАРПА будут сосредоточены на создании новой дешевой ракеты-носителя и единого боеприпаса CAV (Common Aero Vehicle). Концепция CAV, предлагаемая для реализации в программе FALCON, включает в себя выполнение сбрасываемым боеприпасом продолжительного управляемого полета за пределами атмосферы, на высотах от 35 до 60 км с гиперзвуковыми скоростями, с числами М=6…10. Для реализации полета с подобными характеристиками должен быть выполнен ряд перспективных разработок, в том числе связанных с созданием систем наведения, навигации и управления, систем теплозащиты, способных выдерживать длительный нагрев. В дальнейшем, должны быть также решены проблемы полета CAV на больших углах атаки, динамики высокоскоростного разделения элементов, создания теплозащитных систем многократного использования, а также перспективных конструкционных материалов и двигательных установок.

В 2003 г. между ДАРПА и ВВС США был подписан меморандум о совместном выполнении этой программы. В конце ноября 2003 г. ДАРПА и ВВС были выданы первые контракты на начало работ по программе FALCON, которые будут состоять из двух этапов:

- к 2010 г. должна быть создана легкая одноразовая ракета-носитель SLV (Small Launch Vehicle) для запуска маневрирующих гиперзвуковых боеприпасов типа CAV. При этом будут выполнены концептуальное проектирование, разработка и демонстрация SLV, которая также сможет использоваться и для выведения на низкую околоземную орбиту космических аппаратов массой до 450 кг.

- к 2025 г. должна быть создана многоразовая ракета, имеющая гиперзвуковую маршевую скорость полета HCV (Hypersonic Cruise Vehicle), которая сможет доставлять боеприпасы типа CAV с американской территории в любую точку земного шара, в течение двух часов после получения приказа. Такая ракета должна будет горизонтально стартовать с взлетной полосы, достигать гиперзвуковой скорости и нести груз 5400 кг, включая гиперзвуковые боеприпасы, бомбы, торпеды и пр. В соответствии с этой программой будет выполняться разработка трех видов боеприпасов – CAV (Common Aero Vehicle), ECAV (Enhanced CAV) и HCV (Hypersonic Cruise Vehicle) – единый боеприпас, улучшенный единый боеприпас и гиперзвуковой боеприпас. Планируется, что CAV будет оснащаться боевым снаряжением в 450 кг и сможет маневрировать и планировать в верхних слоях атмосферы на дальность до 5500 км с гиперзвуковой скоростью, без использования двигательной установки. ECAV будет иметь большую дальность и большую маневренность, а HCV будет выполнен в качестве автономного самолета, способного взлетать с обычных аэродромов и уничтожать цели, находящиеся на дальности до 17 тыс. км менее чем за два часа после получения приказа.

Для выполнения работ по первому этапу были выбраны девять фирм, каждая из которых получила контракт на сумму от $350 до 540 тыс., на шесть месяцев с целью выполнения концептуальных поисков и исследований. В их числе как признанные лидеры американской авиакосмической промышленности – Lockheed Martin и Orbital Science, так и небольшие фирмы, обладающие различным опытом работ в области коммерческого и военного космоса: AirLaunch LLC (Рено, шт.Невада), Andrews Space Inc. (Сиэттл), Exqadrum Inc. (Викторвилл, шт.Калифорния), KT Engineering (Хантсвилл), Microcosm Inc. (Эль Сегундо, шт. Калифорния), Schafer Corp. (Челмсфорд, шт. Массачусетс), Space Exploration Technologies (Эль Сегундо).

Для начала работ по второму этапу выбраны три фирмы: Andrews Space Inc., Lockheed Martin и Nortrop Grumman, с каждой из которых заключен контракт стоимостью от $1.2 до 1.5 млн.

Владимир Коровин

По материалам зарубежной печати