Как Илон Маск британцев «нагрел»: экономика пусковых услуг заставляет сделать выбор

Если верить обнародованным планам Роскосмоса, перед нашей страной в ближайшие годы стоит задача бурного роста космических запусков, чтобы кратно увеличить свою орбитальную группировку. Напомню, сегодня у нас на орбите порядка 200 спутников различного назначения, а только в космической системе широкополосного доступа в Интернет «Старлинк» Илона Маска — больше 8000 аппаратов. Почувствуйте разницу.

Можно ли при меньшем числе стартов ракет-носителей выводить больше космических аппаратов за счет групповых запусков и развертывания многоспутниковых систем? В принципе, можно. Но такую стратегию можно реализовывать разными способами.

Известно, что для построения оптимальной системы требуется при некоторых заданных условиях найти такие характеристики входящих в систему компонентов, чтобы, например, стоимость выполнения задачи была минимальной.

Применительно к системе построения и поддержания спутниковых группировок, главными такими компонентами являются ракеты-носители и собственно - космические аппараты. Рассмотрим эти компоненты.

Ракеты-носители

И в мире, и у нас есть много разных ракет-носителей. Все они характеризуются, прежде всего, своими возможностями выводить на орбиты космические аппараты. Базовым показателем при этом является масса выводимой полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту высотой 200 км.

Но практически всегда спутники работают на большей высоте. Вследствие этого, космическая ракета может иметь в своём составе разгонный блок. Разумеется, он входит в величину той самой массы, выводимой на низкую околоземную орбиту. То есть, самих космических аппаратов ракета с разгонным блоком выведет меньше.

Такой разгонный блок выводит спутники на их рабочую орбиту, и они почти сразу могут начинать функционировать.

Но понятно, что фирма, предоставляющая услугу запуска, стремится уменьшить свои затраты и не склонна вместо космических аппаратов заказчика в свою полезную нагрузку включать разгонный блок. Так делает, к примеру, Илон Маск. Его ракеты чаще всего отделяют спутники на низкой околоземной орбите высотой около 260 км.

Космические аппараты

А вот компании, изготавливающие для своих заказчиков спутники, хотели бы, чтобы их изделия сразу оказывались на рабочем месте. Однако при подходе Илона Маска космические аппараты, выброшенные на опорную орбиту, многими неделями добираются до нужных точек на высоте 500 – 550 км за счёт работы собственных двигателей. В то же время, известно, что срок работоспособности спутника чаще всего ограничивается как раз запасом рабочего тела («топлива») для двигательной установки.

Для чего же нужна такая установка спутникам? Дело в том, что они в процессе работы постепенно уходят с определённого для них места. Соответственно, то и дело их надо возвращать в расчётную точку. За 7–15 лет срока активного существования таких коррекций требуется немало.

Кроме того, ответственные фирмы оставляют запас «топлива» для торможения аппарата в конце срока его работы для спуска в атмосферу и последующего сгорания в атмосфере. Так предотвращается образование космического мусора.

Если на перелёт к рабочей орбите спутник расходует немалую часть запасов рабочего тела, то, соответственно, срок его активного существования значительно уменьшается.

Взаимосвязь

Можно сказать: пусть изготовитель космического аппарата сам и преодолевает эти проблемы. Можно. Но если мы говорим о нашей космической отрасли, то надо заботиться о её эффективности в целом.

В обеспечении такой эффективности надо учитывать принципиально важное обстоятельство. Дело в том, что стоимость выводимой полезной нагрузки может в разы превышать стоимость ракеты и её запуска. Например, цена американского навигационного спутника последней модификации класса GPS III – больше $250 млн. А запуск его может обойтись в $60 млн. А стоимость военного спутника связи AEHF, работающего на геостационарной орбите высотой 36 тыс. км, оценивается в $1,4 млрд при цене выведения на уровне $90 млн.

Таким образом, если мы выведем аппарат не на низкую околоземную орбиту, а в его рабочую точку, и он прослужит в 1,5-2 раза дольше, экономия будет большая.

Решение

Для точного выведения спутника служат разгонные блоки. Можно сказать, что такие устройства играют роль верхней ступени ракеты-носителя. Самые простые из них переводят спутники с низкой орбиты на рабочую. После этого разгонный блок отделяет по некоторому алгоритму каждый спутник, и те занимают свои места на этой орбите. 

В другом случае разгонный блок включается несколько раз и может развозить космические аппараты на разные по высоте орбиты.

Если говорить о групповых запусках спутников, то можно вспомнить, как мы формировали группировку английских спутников OneWeb для создания их глобального интернета. 

Что это за спутники? Они работают на орбитах высотой 1200 км, в нескольких орбитальных плоскостях, по 36 спутников в каждой, чтобы охватывать всю Землю. Масса аппарата около 150 кг, и он оснащён плазменной двигательной установкой.

История поучительная во многих отношениях. За несколько лет мы провели много пусков ракет «Союз-2.1б», которые доставляли на орбиту по 36 спутников за один запуск, что позволило быстро наращивать группировку нашему, как позже выяснилось, ярому геополитическому противнику. (Мы, кстати, помогали и ФРГ запускать военные спутники-шпионы со своего космодрома Плесецк).

Это было исключительно выгодно британцам, потому, что мы заполняли за один раз всю орбитальную плоскость. И более того, мы выводили эти спутники на их рабочую высоту за счёт использования разгонного блока «Фрегат».

Вообще, «Фрегат» имеет двигатель многократного включения. Это позволяет разместить с его помощью спутники на трёх разных по высоте орбитах. В случае с OneWeb он доставлял все аппараты на орбиту высотой 1200 км.

Последний такой запуск состоялся с космодрома Восточный в Амурской области 26 апреля 2021 года. Потом началась специальная военная операция. И санкции.

Так компании OneWeb срочно пришлось искать других «космических извозчиков». Была, например, индийская ракета, и она выводила 36 спутников, но на орбиту высотой 600 км. 

Илон Маск с носителем Falcon 9 тоже не остался в стороне. Он запускает за раз 40 аппаратов. Но - на низкую околоземную орбиту.

Как видим, теперь несчастным британским спутникам приходится «за свой счёт» добираться до высоты 1200 км. Кончилась «малина». Но берёт-то Маск за эту недоделанную услугу побольше, чем брали мы. Доброта нас погубит.

А о себе надо побеспокоиться. Конечно, требуется детальный расчёт потребностей запуска спутников по всей номенклатуре, исходя из парка имеющихся у нас ракет-носителей.