Тяжёлые ракеты и многоразовые системы: европейские планы по новым средствам выведения

Нам кажется, что европейская космическая программа осталась в тени более активных стран. А между тем, самый ожидаемый космический телескоп имени Джеймса Уэбба будет выводить Ariane 5, тяжелая ракета Европейского космического агентства (ESA). На смену ей готовится прийти Ariane 6 (первый старт в 2022 г.), и c ней европейцы всерьёз рассчитывают конкурировать со SpaceXFalcon 9. Кроме того, в 2023 г. к полёту готовится SpaceRiderSystem (SRS), — гражданский аналог американского BoeingX-37B. SRS станет первой европейской многоразовой транспортной системой, предназначенной для проведения исследований на низкой орбите в течении 2 месяцев и более. О прорывном проекте воздушно-космического самолёта Skylon на гиперзвуковых двигателях SABRE мы уже рассказали здесь.

Традиционные ракеты-носители: Ariane 6 и Vega-С

28 сентября на космодроме Куру во Французской Гвиане состоялась официальная церемония передачи заказчику (ESA) стартового комплекса для новой ракеты-носителя Ariane 6. Программа создания стартового комплекса завершилась с 2-летней задержкой и обошлась ESA в $715 млн (а это 17% от стоимости всей программы Ariane 6, которая оценивается в $4,23 млрд). Но теперь у головного исполнителя, ArianeGroup, появилась возможность начать многомесячный цикл испытаний самой ракеты, — её тестовый запуск ожидается в 2022 г.

Нее дожидаясь официальной церемонии передачи комплекса, там уже началось первое общее тестирование головной части Ariane 6 в сборке с обтекателем и макетом космического аппарата (КА). Обтекатель диаметром 5,4 м и высотой 20 м создан швейцарской компанией Ruag Space и подходит для размещения всех текущих и перспективных КА, включая запуск одновременно двух спутников на ГСО, выведение созвездия КА и дополнительно малых аппаратов массой до 400 кг в качестве попутной нагрузки. ArianeGroup спроектировал универсальную двухступенчатую РН по модульному принципу: она может выводить на орбиту полезную нагрузку массой от 1 до более 20 т. Двигатели обеих ступеней жидкостные, работают на паре водород/кислород. На первой ступени установлена улучшенная версия двигателя Vulcain (используется на Ariane 5), а на второй — двигатель Vinci новой конструкции. В собранном виде высота Ariane 6 составит 62 м.

Различные типы полезной нагрузки под обтекателем Ariane 6. Источник: Arianespace

Ariane 6 будет иметь две версии, различающихся по количеству твердотопливных ускорителей Р-120С и, соответственно, грузоподъёмности. Средняя версия Ariane 62 с двумя ускорителями (стартовая масса 530 т) имеет грузоподъёмность 10,3 т при выводе на низкую околоземную орбиту (НОО) и до 5 т при запусках на геопереходную орбиту (ГПО). В тяжёлом варианте Ariane 64 ракета получит четыре ускорителя, что повысит ее стартовую массу до 860 т. Зато она будет способна выводить до 21,6 т на НОО и 11,5 т — на ГПО. При этом в ESA заявляют, что стоимость производства Ariane 6 будет снижена на 40-50%, что значительно улучшит конкурентоспособность нового РН на мировом рынке пусковых услуг, прежде всего, в сравнении с многоразовыми SpaceX Falcon 9.

Стоимость запуска Ariane 62 оценивается в $82 млн, тяжёлой версии Ariane 64 в $134 млн. В то время как у SpaceX Falcon 9 она составляет $62 млн, хотя для спецзаказчиков, к примеру, Пентагона, она повышается до $100 млн. Как и в своё время ULA, SpaceX обосновывает это необходимостью соответствия более жёстким условиям госзакупок с множеством дополнительных требований. Творение Илона Маска подпортило нервы не только европейцам и нам, но и самим американцам, — во многом из-за потери конкурентоспособности с рынка уходит РН Atlas-5 от ULA, долгое время исправно покупающего отечественные РД-180 (кстати, мы это подробно разобрали).

Две конфигурации РН ESA Ariane 6. Источник: ESA

Тем не менее, в ESA надеются, что Ariane 6 сможет конкурировать с Falcon 9 за счёт универсального обтекателя и возможности вывода на ГСО сразу двух КА/целого созвездия малых КА, а также запуска дальних миссий (8,5 т на транслунную орбиту и до 7,6 т к внешним планетам). Верится, конечно, с трудом, особенно ввиду того, что по слухам, SpaceX готова демпинговать в пределах 30% от официального ценника, если заказчик выбирает уже летавшую ракету. Но пожелаем европейцам удачи, — в конце концов они создают РН и для собственных нужд.

Сравнение стоимости пусков и выводимой нагрузки у Ariane 62/64 и SpaceX Falcon 9

Лёгкая РН Vega-С и орбитальный челнок Space Rider System (SRS)

Твердотопливные ускорители Ariane 6 с двигателями Р-120С унифицированы с первой ступенью Vega-С, — вторым перспективным РН ESA, уже лёгкого класса. Грузоподъемность Vega-C возрастёт до 3,3 т при выводе на НОО по сравнению с 2,3 тоннами у предшественника. Новая РН будет четырёхступенчатой, причем первые три — твердотопливные. Диаметр обтекателя Vega-С — 3,3 м, высота — 35 м, стартовый вес —210 т. Первый пуск Vega-С также намечен на 2022 г.

Различные модификации РН ESA Vega-C. Источник: ESA

Одним из вариантов полезной нагрузки для Vega-С станет корабль Space Rider System с вертикальным запуском и горизонтальной посадкой, первый полёт планируется на III кв 2023 года. Официально программа называется Европейская многоразовая транспортная система и создаётся на основе проекта IXV (Intermediate eXperimental Vehicle) с экспериментальный беспилотным суборбитальным аппаратом массой 2 т, единственный запуск по которой состоялся в 2015. SRS разрабатывается компаниями Thales Alenia Space и Avio, его наиболее близкий аналог — беспилотный орбитальный челнок Boeing X-37B.

О целях американского шаттла достоверно не известно, а европейский челнок предназначен для проведения научных экспериментов и исследований на НОО до 400 км длительностью от 2 месяцев. Потенциальные области — фармацевтика, биомедицина, биология и естественные науки. С различной полезной нагрузкой Space Rider также может использоваться для наблюдения за поверхностью Земли, инспекции спутников, развёртывания коммуникационных систем и решения других задач.

Многоразовая космическая система Space Rider. Источник: ESA

При стартовой массе в 3 т SRS способен брать до 800 кг грузов в отсек объёмом 1,2 м³. Грузовой отсек обслуживается манипулятором, предусмотрена подача до 600 Вт электричества, с полезной нагрузки снимается телеметрия. В целом космический аппарат будет состоять из двух модулей: возвращаемого челнока Space Rider и сгорающего при посадке сервисного модуля AVUM (Attitude and Vernier Upper Module). AVUM — это часть верхней ступени РН Vega-C, включающая солнечные батареи для питания полезной нагрузки и ракетные двигатели для маневрирования на орбите.

Стартовать Space Rider будет с космодрома в Куру (Французская Гвиана) на орбиты с различным наклонением, от экваториальной до арктических. С орбит с наклонением выше 37° посадка челнока будет производиться на остров Св. Марии Азорского архипелага. При меньшем наклонении SRS вернется на Куру или на остров Кюрасао Карибского архипелага. Поскольку собственных двигателей у челнока нет, он будет планировать к месту посадки на парашюте с точностью до 150 м. Запускать Space Rider можно будет до 6 раз, ESA оценивает стоимость выведения и возвращения груза с орбиты на Space Rider в $40 000 за 1 кг. Для сравнения, у Boeing X-37B за счёт большей грузоподъёмности (до 1360 кг) стоимость выведения 1 кг оценивается в $5500—12 000.