Второй запуск тяжелой ракеты «Ангара-А5» с космодрома Плесецк, осуществленный 14 декабря, стал событием в космической жизни России. «Она летает, черт возьми!!!» – эмоционально прокомментировал пуск «Ангары» в своем Twitter глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин. Почему же, казалось бы, рядовой запуск «Ангары» вызвал столь бурную реакцию?
Ситуацию с тяжелыми ракетами во всем мире можно описать емкой, но честной фразой: "с ними сложно и дорого, но без них – вообще никак". Связано это с тем, что наблюдающийся вот уже практически второе десятилетие бум с миниатюризацией околоземных спутников самого различного назначения, который вызвал ровно такой же ажиотаж в вопросе создания и запусков легких и сверхлегких ракет, никак не коснулся двух других сфер космической деятельности человечества. А именно – геостационарной орбиты и дальнего космоса.
Тяжелая и мощная
Для присутствия на стационарной орбите и в дальнем космосе необходимы достаточно тяжелые аппараты. Ведь эти спутники и исследовательские станции работают на протяжении долгого периода времени, и обычно их полезная масса и объем расписаны буквально "по граммам и сантиметрам". Каждый их компонент уникален и рассчитан на многолетнюю работу.
Такой бережный подход связан еще с одной особенностью. Для вывода аппаратов на геостационарную орбиту или на траектории полета к Луне и другим планетам Солнечной системы необходимы тяжелые разгонные блоки, снабженные значительным запасом топлива для разгона или маневра. Как следствие, на сам аппарат может приходиться лишь 25–50% от веса полезной нагрузки, а оставшуюся половину, а то и три четверти груза ракеты занимает разгонный блок и его топливо.
Отсюда проистекает простой факт: для обеспечения постоянного присутствия на геостационарной орбите и для освоения дальнего космоса нужны тяжелые ракеты. Кажущаяся альтернатива, связанная со стыковками на орбите и несколькими запусками легких ракет, отнюдь не лучше.
Во-первых, на все маневры сближения и стыковки тоже нужно топливо. Во-вторых – срок жизни космического аппарата на низкой орбите составляет лишь несколько недель, а то и дней, что заставляет очень сильно усложнять пусковую инфраструктуру, например сооружая два стартовых стола вместо одного. Ну и, наконец, в-третьих, надежность многопусковой схемы падает практически по экспоненте от числа запусков.
Как следствие, все космические державы для этих задач используют тяжелые и сверхтяжелые ракеты. У США это уже летающие Falcon-9 и Delta-IV Heavy и ожидаемый первым запуском в 2021 году сверхтяжелый носитель SLS. У Китая – уже испытанный и действующий носитель "Чанчжэн-5", с помощью которого недавно к Луне запустили первую китайскую станцию по забору лунного грунта "Чанъэ-5", и планы по созданию сверхтяжелой ракеты "Чанчжэн-9".
А вот у России после 2025 года складывалась совершенно неприемлемая ситуация. Главной российской тяжелой ракетой продолжал оставаться разработанный еще в 1960-е годы носитель "Протон", который за это время подвергался неоднократной модернизации. Однако все модернизации не могли устранить главного недостатка "Протона" – его токсичной топливной пары, несимметричного диметилгидразина и азотного тетраоксида (НДМГ + АТ). Это топливо сильно ограничивало сферу применения "Протона", а некоторые пуски, в частности пилотируемые, делало просто невозможными.
Как итог, в декабре 2019 года было принято решение о прекращении производства двигателей для первой ступени "Протонов", в результате чего Россия могла бы лишь использовать существующий задел на 13 запусков в период до 2025 года. После чего в распоряжении нашей страны просто не было новой тяжелой ракеты на замену "Протону".
Из этого становится понятной и эмоциональная реакция Рогозина. Действительно, черт побери, хорошо, что она полетела!
Даже "Ангары" будет мало
Конечно, стоит пожелать, чтобы и оставшиеся запуски тяжелой "Ангары-А5" прошли без сучка без задоринки. Летные испытания ракеты, которые включают шесть пусков, по плану должны завершиться в 2021–2022 годах – так что в последующие два года нам предстоит еще четыре раза увидеть испытательный запуск "Ангары-А5".
Кроме Плесецка, новой "Ангаре" еще предстоит освоить космодром Восточный. Дело в том, что Плесецк хорош для запусков спутников на полярные орбиты – в высоких широтах не приходится бороться с паразитным в этом случае вращением Земли. А вот для запусков на геостационарную орбиту, которая лежит в экваториальной плоскости нашей планеты, вращение Земли, наоборот, помогает, так что в этом случае лучше иметь космодром как можно южнее и ближе к экватору. Поэтому-то и сооружается второй стартовый стол для "Ангары-А5", уже на Восточном.
Кроме этого, Роскосмос еще должен будет адаптировать для "Ангары" новый разрабатываемый сегодня космический корабль "Орел". Эти работы планируют завершить к апрелю 2021 года, после чего можно будет говорить о возможности возврата к пилотируемым полетам к Луне. Ведь главной функцией "Орла" должна стать именно лунная программа, хотя этот корабль сможет осуществлять и миссии снабжения МКС, сегодня возложенные на "Союзы", стартующие на одноименных ракетах среднего класса. Первый испытательный запуск "Орла" на "Ангаре-А5" ожидается в конце 2023 года, уже с нового стартового стола на космодроме Восточный. На 2024 год в случае успеха запланирован беспилотный, в 2025 году – пилотируемый полет "Орла" к МКС.
Однако ситуация с новой лунной пилотируемой программой у России выглядит уже не столь радужно и однозначно. Возможностей "Ангары-А5" в стартовавшем 14 декабря варианте для этих целей все-таки недостаточно. Фактически российские наметки по лунному проекту страдают от тех же ограничений, что и опубликованная перспективная китайская лунная программа, а именно – от отсутствия сверхтяжелой ракеты, по размеру сопоставимой с американским "сверхтяжем" SLS, с которой можно было бы разом решить массу проблем в освоении дальнего космоса.
Пока что озвученная схема российского пилотируемого полета к Луне – это четырехпусковая схема с использованием четырех ракет "Ангара-А5В" с криогенным разгонным блоком и с двумя рандеву на околоземной и одним рандеву на окололунной орбите.
То есть, смотрим выше в тексте все, что было сказано касательно схем со стыковками – это напряженно по инфраструктуре, необходимо два стартовых стола на Восточном, недостаточно надежно, с потерями топлива на околоземные маневры. Кроме того, криогенного блока на "Ангару-А5" пока что нет, его еще надо разработать и испытать.
Аналогичная схема для своей пилотируемой миссии к Луне была продекларирована и китайцами, которые пока что только создают сверхтяжелый "Чанчжэн-9" и намерены использовать четыре запуска "Чанчжэн-5" для возможного полета тайконавтов к Луне. Однако проблема "Ангары" в базовом варианте состоит еще и в том, что ее грузоподъемность хоть и ненамного, но ниже, чем у китайского "Чанчжэн-5". При четырех пусках обычной "Ангары-5" на низкую орбиту можно вывести лишь 96 тонн груза против 100 тонн у четырех запусков китайского "Чанчжэн-5". Ну а американцам с их SLS вообще беспокоиться не о чем – их ракета в перспективном варианте выводит сразу 100 тонн одним пуском. Теперь осталось лишь посмотреть, насколько удачно она первый раз стартует в 2021 году.
В силу вышесказанного в существующем российском проекте запуска "Орла" к Луне с помощью "Ангары" делается упор на криогенную вторую ступень, которая позволит поднять нагрузку на низкой орбите до 34–38 тонн и довести общий вес четырехпускового проекта до 136–152 тонн.
В таком варианте на лунной орбите можно иметь сцепку весом в 36,2 тонны – не хуже, чем в историческом варианте американского проекта "Аполлон", а в чем-то даже и лучше: в российском варианте четырехпускового запуска массу посадочного лунного модуля можно иметь 18,2 тонны против 15 тонн в проекте "Аполлон".
Впрочем, если мы оставим за скобками амбиции о пилотируемых миссиях к Луне, даже стартовавшая 14 декабря "Ангара-А5" закрывает очень опасную "дыру" отсутствия у России тяжелого носителя после 2025 года. Ее существующая грузоподъемность в 24,5 тонны на низкой околоземной орбите вполне достаточна, чтобы выводить любые спутники на геостационарную орбиту и автоматические станции на траектории полета к Луне и другим небесным телам Солнечной системы.
Так что, еще раз: "Она полетела!" И это есть хорошо.
Алексей Анпилогов
