Фото: Роскосмос
Тенденция космической отрасли последних лет — переход от тяжелых спутников к аппаратам микро- и наноклассов. Для их доставки на орбиту уже не требуются большие ракеты-носители, достаточно так называемых микроракет, или сверхлегких ракет, способных выводить на орбиту грузы массой до 500 кг.
Этот новый класс является важным направлением развития мировой космической отрасли, и десятки стран борются за право первыми занять открывшуюся нишу. Россия двигается в общемировом русле, разрабатывая свои сверхлегкие ракеты. Ключевой элемент любой ракеты — это двигатели, и их созданием для микроракет занимается конструкторское бюро самарского предприятия «ОДК-Кузнецов» в составе Ростеха.
Быстрее, выше, легче
Пока спутники и другие космические аппараты весили сотни килограмм, в уменьшении ракет-носителей не было никакой потребности. Но с развитием микроэлектроники и других отраслей спутники становятся все меньше и легче. Например, еще в 1990-х годах в США придумали новый стандарт CubeSat — устройство размером всего лишь 10×10×10 см. И задействовать для вывода на орбиту таких «малышей» ракеты-носители типа «Союз» или «Ангара» неоправданно дорого.
CubeSat. Фото: Lorenzo.Frezza / wikimedia.org
Конечно, тяжелая техника сохранится для вывода на орбиту больших грузов, экипажей, но для доставки спутников уже не нужны массивные и мощные аппараты − с этой работой справятся и сверхлегкие ракеты, способные поднимать в небо груз массой до 500 кг. Микроракеты позволяют оптимизировать процесс, предлагая недорогие и гибкие решения для вывода на орбиту небольших аппаратов.
Эти изменения особенно актуальны в эпоху роста интереса к запуску частных спутников и малых аппаратов для научных и коммерческих целей. Сегодня на орбите Земли уже находятся около 8000 спутников, и каждый год их число увеличивается. Спутники для мониторинга Земли, навигации, интернета вещей, научных исследований и др. — все они могут быть эффективно запущены с помощью сверхлегких ракет.
Микроракеты со всего света
Мировой опыт показывает, что микроракеты становятся все более востребованными на рынке космических услуг. Такие страны, как США, Китай и Новая Зеландия, уже активно разрабатывают и используют сверхлегкие ракеты для запуска малых спутников. Среди успешных проектов можно отметить американо-новозеландскую ракету Electron компании Rocket Lab, способную выводить на орбиту до 300 кг полезной нагрузки.
Также крупные компании, такие как SpaceX со своей ракетой Falcon 9, начали предлагать программы совместного пользования, где несколько малых спутников от разных заказчиков могут быть выведены одновременно на одной ракете. Это значительно снижает стоимость запуска для небольших частных компаний.
«Союз-2.1в». Фото: Минобороны РФ
Россия также делает серьезные шаги в этом направлении, разрабатывая собственные проекты микроракет. Нужно сказать, что класс легких ракет осваивается уже давно. На базе ракеты-носителя «Союз-2.1б» была создана облегченная версия с двигателем НК-33А, разработанным «ОДК-Кузнецов». Масса выводимой полезной нагрузки ракеты «Союз-2.1в» — 1500 кг. С 28 декабря 2013 года по 9 февраля 2024 года выполнено 12 пусков ракеты, на орбиты выведены 23 космических аппарата.
Развивается в России и частный сектор освоения космоса. Например, компания SR Space занимается разработкой семейства сверхлегких ракет: геофизических Nebo, сверхлегких Cosmos (390 кг) и легких Stalker (700 кг).
Технологические вызовы
Создание двигателя для сверхлегкой ракеты — задача сложная и амбициозная. Основные сложности связаны с необходимостью обеспечить высокую энергоэффективность при минимальных массогабаритных характеристиках. Традиционные ракетные двигатели, которые используются на тяжелых ракетоносителях, не подходят для микроракет из-за их большой массы и значительного расхода топлива. Новые двигатели должны быть значительно легче, компактнее и при этом столь же надежными и безопасными.
Фото: ОДК
Основная проблема, с которой сталкиваются инженеры, заключается в создании материалов, способных выдерживать экстремальные температуры, давление и вибрации, возникающие при запуске ракеты. Для этого используются передовые сплавы и композиты, которые обладают высокой термостойкостью и прочностью при относительно малом весе. Кроме того, важен вопрос топливной эффективности. Чем меньше топлива потребуется для запуска, тем легче будет конструкция всей ракеты. Однако, топливо должно обеспечивать достаточную тягу для вывода полезной нагрузки на нужную орбиту.
Применение новых технологий и материалов в двигателестроении также позволяет продлевать срок службы таких ракет и повышать их надежность. Это особенно важно в контексте многократного использования компонентов микроракет, что существенно снижает стоимость запусков и делает их доступными для широкого круга заказчиков.
Ростех в космосе
Основным разработчиком российских двигателей для сверхлегких ракет станет входящее в состав Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха самарское предприятие «ОДК-Кузнецов». Здесь будут созданы модификации жидкостных ракетных двигателей для первой и второй ступеней сверхлегких ракет-носителей, предназначенных для вывода на орбиту Земли на высоту 500 км коммерческих спутников массой до 250 кг.
Фото: ОДК
Нужно сказать, что многие предприятия, входящие сегодня в Госкорпорацию Ростех, тесно связаны с космической тематикой. Здесь производятся комплектующие части для ракет, спутников, космических аппаратов, разрабатываются новые технологии и материалы для космической отрасли.
Например, «ОДК-Кузнецов» занимается производством двигателей для ракет-носителей с конца 1950-х. Именно здесь были выпущены двигатели, впервые поднявшие человека в космос. Ежегодно силовые установки ОДК обеспечивают десятки пусков ракет-носителей с экипажами и различными грузами. Так что за плечами самарских специалистов − огромный опыт, большая конструкторская и техническая база, а также самые современные технологии. Работы над новым двигателем, который поднимет в космос первые русские микроракеты, уже начались.
