Наш «Воронеж» не догонишь: в России создают первую сверхлёгкую ракету-носитель

Старт российской сверхлегкой космической ракеты намечен на 2029 год

Начались опытно конструкторские работы по проекту сверхлёгкой ракеты-носителя «Воронеж». Проект утвердил Центральный научно-исследовательский институт машиностроения Роскосмоса. Институт оценил готовность производственной базы и технико-экономические показатели. «Вороне» может стать первой частной космической ракетой.

Фото: commons.wikimedia/Visitor7/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0

тестовый баннер под заглавное изображение

Специально разработанных сверхлёгких ракет-носителей у нас нет. Речь о классе ракет, выводящих на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой до 500 кг. Интерес к таким ракетам существует.

Дело в том, что спутники сейчас выводят преимущественно ракеты-носители лёгкого класса и более тяжёлые. Для того, чтобы максимально загрузить такую ракету для группового запуска, требуется найти подходящих заказчиков, а на это нужно время. Поэтому часто на запуск образуются очереди на несколько месяцев.

Кроме того, как правило, сейчас все спутники запускают на одну опорную орбиту, с которой космические аппараты сами на своих двигателях добираются до заданных точек. При этом расходуется их ресурс, меньше времени остаётся непосредственно на работу спутника, срок его активного существования сокращается.

А сверхлёгкая ракета-носитель с относительно дешевым запуском могла бы вывести небольшой одиночный или групповой груз именно на нужную заказчику орбиту. Это как ехать в такси вместо автобуса.

Но у таких ракет есть большой недостаток. Их конструктивное совершенство снижается по мере уменьшения размеров. Соответственно, простое уменьшение размеров и массы ракеты по сравнению с более тяжёлыми ракетами-носителями снизит её эффективность, а это увеличит стоимость запуска каждого килограмма груза на орбиту. Вот почему финансовой выгоды от её использования не будет. Прямо, как в примере с такси.

Действительно, стоимость запуска на сверхлёгкой ракете-носителе составляет десятки тысяч долларов, а на более тяжёлых ракетах – $3-6 тыс. за выведение 1 кг полезной нагрузки.

Для уменьшения себестоимости запуска можно применить два приёма. И подходы эти принципиально различны.

Первый вариант — сделать ракетную конструкцию простой, технологичной, не содержащей дорогих комплектующих. И второй – применить высокотехнологичную конструкцию для повышения весового совершенства. Этот показатель определяется долей массы полезной нагрузки в стартовой массе ракеты.

Что известно о ракете-носителе «Воронеж»? Создатели пошли по первому пути. Спроектировала ракету компания из Воронежа. А делать комплектующие будут преимущественно в Самаре и Подмосковье.

Проектанты намерены получить дешевую ракету путем снижения её себестоимости за счёт нескольких приёмов. Они не используют высокие технологии. Соответственно, они намерены не тратить много денег и времени на изготовление высокотехнологичного изделия. Разработчики установили невысокий технологический уровень для создания комплекса, что позволяет привлекать широкую кооперацию и смежников с низкими расходами.

Длина двухступенчатой ракеты — 20 метров, диаметр – 2 метра, взлетная масса – 35 т. Носитель предназначен для вывода полезной нагрузки массой до 250 кг на низкие околоземные орбиты (до 400-500 км). Это могут быть, например, несколько малых космических аппаратов.

То есть, весовое совершенство «Воронежа» может получиться около 0,7% от стартовой массы. Конечно, это очень мало.

Её двигатели работают на керосине и кислороде. Ракета будет оснащена двигателями НК-3 тягой по 4,5 тонны, с системой управления вектором тяги. Этот двигатель создаётся с использованием камеры сгорания рулевого двигателя от ракетного двигателя РД-107А. А остальные узлы и детали проектируются с нуля. РД-107А  используются в качестве маршевых двигателей на наших ракетах «Союз».

На первой ступени ракеты «Воронеж» предусмотрено использование 12 двигателей НК-3, а на второй – одного. Видно, что тяга двигателя маловата, поэтому приходится ставить их так много. Уже это сильно ухудшает весовое совершенство ракеты.

После успешного завершения опытно-конструкторских работ можно будет перейти к испытаниям ракеты и строительству стартового комплекса на космодроме Восточный в Амурской области. Для этого в конце апреля 2026 года на космодроме пройдёт рекогносцировка.

А что с иностранными конкурентами? Рассмотрим ракету «Электрон» (Electron) новозеландской компании Rocket Lab. Она пошла по второму варианту, создала и успешно эксплуатирует свою сверхлёгкую ракету-носитель.

Двухступенчатый «Электрон» имеет стартовую массу 12,55 тонны и длину 17 метров. Ракета предназначена для запусков спутников массой 250 кг на низкую околоземную орбиту или 150 кг – на солнечно-синхронную орбиту высотой 500 км. Весовое совершенство — 2,0% от стартовой массы. Ее стартовая масса чуть не в три раза больше, чем у «Воронежа».

В качестве компонентов топлива на обеих ступенях используются жидкий кислород и керосин. Основные элементы ракеты, включая несущие баки, выполнены из углепластика для снижения массы конструкции.

Все основные детали двигателя Rutherford, спроектированного и изготавливаемого Rocket Lab, создаются с помощью 3D-печати. Впервые в мире для уменьшения стоимости двигатель оснащен не турбонасосным, а двумя электронасосными агрегатами – по одному для каждого компонента топлива.

Электронасосные агрегаты двигательной установки первой ступени питаются от 13 литий-ионных аккумуляторных батарей, смонтированных в нижней части конструкции ступени и обеспечивающих электрическую мощность более тысячи киловатт.

Полезная нагрузка закрыта композитным головным обтекателем длиной 2,5 м, диаметром 1,2 метра и массой 50 кг.

Rocket Lab предлагает концепцию «инкапсуляции» спутника на территории заказчика, что позволяет собственникам полезной нагрузки осуществлять установку космического аппарата с адаптером и головного обтекателя на своих предприятиях самостоятельно, а затем доставлять модуль в собранном виде к стартовой площадке, где он будет быстро установлен на ракете. Стоимость запуска «Электрона» — $4,9-6,6 млн.

Главное преимущество новозеландской ракеты — она успешно летает. О «Воронеже» нам известны проектные данные и то, что её делают максимально дешёвой, с использованием доступных материалов и комплектующих. Это в наших условиях вполне разумно. Осталось сделать стоимость запуска на уровне до $2 млн, и экономические показатели двух ракет сравняются.

Источник: www.mk.ru