Взлёт, 2016 № 09 (141)

Коллектив авторов

Электроракетные двигатели известны многие десятилетия, но долгое время их широкое распространение сдерживали недостаточный ресурс системы, высокая потребная энергетика и большое время работы. Сейчас, когда ЭРД наработали нужную статистику и обладают требуемым ресурсом, а массы и мощности самих спутников выросли настолько, что солнечные батареи, которые обеспечивают в точке стояния работу бортового комплекса аппаратуры связи, могут давать на перелете необходимый приток энергии, две первые проблемы можно считать во многом решенными. Остается третья, которая является главным недостатком электроракетных систем. Если переход с ГПО на ГСО с использованием жидкостного двигателя может в идеале выполняться за один виток (несколько часов), то электроракетный двигатель

из-за очень малой тяги реализует потребное изменение орбиты за несколько месяцев! Прежде операторы спутников не могли мириться с тем, что ввод их аппаратов в строй задерживается на столь большой промежуток времени (в это время собственник несет только расходы, не получая прибыли), в который к тому же тратится ресурс целевой (связной) аппаратуры — последняя длительное время подвергается воздействию космического излучения при многократных пролетах радиационных поясов Земли (спутник с жидкостным двигателем проскакивает опасные зоны за один — максимум 5—10 проходов). Из-за «третьей причины» спутники с ЖРД не сдают позиций. Соответственно, на рынке сформировались две группы аппаратов связи — «легкие» (массой до 3,5—5 т) и «тяжелые» (массой свыше 5 т).

Очевидно, что возможности штатного «Протона-М», рассчитанного на выведение на ГПО спутников массой до 6,2 т и более, явно избыточны для задач запуска многих современных «электрических» аппаратов. Между тем, по прогнозам, в 2017—2024 гг. на ГПО будет доставлено на 70% больше спутников в диапазоне масс от 3,5 до 5 т, чем за предыдущую семилетку. На тот же период прогнозируется стабильный спрос на запуски аппаратов массой от 5 до 6,2 т и выше. В этом диапазоне энергетика «Протона-М» уже недостаточна для части тяжелых спутников.

Современные зарубежные носители могут выводить на ГПО полезные грузы массой до 10—12 т. Например, европейский Ariane 5ECA способен доставить на такую орбиту два аппарата общей массой до 9.5 т («парный запуск») или один массой до 10.5 т («одиночный запуск»). Идущий ему на смену Ariane 6 (первый пуск планируется на 2020 г.) обеспечит доставку на ГПО одного или нескольких спутников общей массой от 5 т (вариант Ariane 62) до 11 т (Ariane 64). Еще большими возможностями будет обладать китайский тяжелый носитель CZ-5 (первый пуск ожидается в 2016 г.) — предполагается, что он сможет вывести на ГПО массу 13—14 т. Таким образом, в сегменте тяжелых спутников нынешние варианты «Протона-М» с какого-то момента могут утратить конкурентоспособность в грузоподъемности по сравнению с зарубежными носителями, что означает потерю некоторой доли рынка.

Сектор «легких» коммерческих спутников и тот сегмент, где отечественный носитель занимал самое устойчивое положение, за последние годы кардинально изменился. Поменялся состав пусковых провайдеров. Десять лет назад поле было фактически поделено между тремя игроками — европейским Aiianespace (с носителем Ariane 5), российско-американским ILS («Протон-М») и международном SeaLaunch Company («Зенит^П»). После банкротства в 2009 г консорциум SeaLaunch практически вышел из игры. Но в 2013 г. на рынок ворвался новый провайдер — американская SpaceX. Некоторое время на новичка смотрели свысока: исходный вариант ракеты Falcon 9 мог выводить на ГПО полезную нагрузку не тяжелее 3,4 т, и по этому показателю мог конкурировать разве что с «Союзом-STB», стартующим из Куру. Однако такое положение продолжалось недолго: за какие-то два-три года компания Илона Маска вышла на лидирующие позиции. Последняя модификация носителя — Falcon 9FT — способна доставлять на ГПО аппараты массой до 5,5 т при использовании многоразовой первой ступени и до 8,3 т — в полностью одноразовом варианте. В настоящее время SpaceX способна проводить 10—12 пусков в год с перспективой дальнейшего роста до 24 или даже до 40 миссий!

Мало того, что Илон Маек предлагает самые низкие цены на геостационарные носители (полностью отрицая факт демпинга и утверждая, что компания при этом получает хорошую прибыль), в самом ближайшем будущем он намерен снизить стоимость пуска еще примерно

на треть за счет повторного использования первой ступени носителя Falcon 9. Однако операторов рынка пусковых услуг пугает не столько вектор ценовой политики SpaceX, сколько ее неопределенность. Пару лет назад на вопрос одного из спутниковых операторов о ценовой политике, президент компании Гвин Шотвелл ответила, что цены будут снижаться. Но какими темпами, и в какие сроки это снижение будет происходить, никто сказать не может, и именно это вносит элемент непредсказуемости в динамику развития пускового рынка. Кроме того, никто не может отрицать тот факт, что, завоевав значительную долю на рынке, SpaceX не станет придерживаться декларированной политики, но будет диктовать свои условия.

Описанные факторы объективно ведут к риску утраты своей доли рынка российскими поставщиками пусковых услуг. Уже сейчас ежегодное число пусков «Протона-М» снизилось до 5—6 в год вместо 10—12 в лучшее время. В случае окончательного передела рынка между SpaceX и Arianespace (при возможном приходе новых игроков с такими носителями, как CZ-5) и выдавливания ILS за «Протоном-М» останется 2—3 пуска в год только по федеральным заказам. Следствие — падение прибыли, рост себестоимости производства и заметное ухудшение финансового состояния ГКНПЦ им. М.В. Хруничева.

Ситуация усугубляется тем, что в силу объективных и субъективных причин сроки ввода в строй носителей нового семейства «Ангара» замедлились. Полноценная коммерческая эксплуатация ракеты может начаться на пять лет позже, чем предполагалось ранее. Но выживать надо уже сегодня. Поэтому предприятие и решило заняться адаптацией «Протона-М» к современным условиям «здесь и сейчас».

Перспективный европейский носитель тяжелого класса Ariane 64

Для удержания доли на пусковом рынке Центр Хруничева расширяет диапазон энергетических характеристик «Протона-М», для чего создаются две новые модификации: «Протон-Лайт» для сегмента легких спутников, и «Протон-М+» — для сегмента тяжелых.

Увеличение до 7 т массы полезного груза, выводимого на ГПО, для «Протона-М+» будет достигаться тактикой сравнительно мелких шагов: продолжится многоэтапное облегчение конструкции (в частности, с разгонного блока снимут часть аппаратуры), ракету перестанут окрашивать и, возможно, будут запускать по трассе с меньшим, чем сейчас, наклонением. Кроме того, используемый ныне дорогостоящий головной обтекатель диаметром 4,35 м, изготовленный из композиционных материалов, планируется заменить металлическим, имеющим диаметр 5,2 м.

В результате всех мероприятий стоимость пуска снизится: в свете сегодняшнего отношения рубля к доллару можно будет предлагать пусковые услуги по цене порядка 75 млн долл. и ниже без ущерба доли прибыли, которое получает предприятие-изготовитель. Таким образом, «Протон-М+» закрепит конкурентные преимущества, по крайней мере, перед Ariane 5, на которой запуск спутника массой 6,5 т (в верхней позиции под головным обтекателем) обходится заказчику в 90 млн долл, (современный тяжелый европейский носитель оптимизирован для парных запусков геостационарных спутников: один из них («легкий») размещается в нижней позиции, а второй («тяжелый») — в верхней).

Уменьшить массу полезной нагрузки (как говорят компьютерщики, «сделать даунгрейд») «Протона-М» можно несколькими способами. Самый простой — снизить рабочий запас топлива в баках. Однако на стоимости пуска это практически не отразится: она очень мало зависит от цены компонентов топлива, и значительно (в первую очередь) — от расходов на производство конструкции ракеты и проведение пусковых операций. Поэтому ГКНПЦ пошел более благодарным путем: предприятие прорабатывает систему, в основе которой лежит не трехступенчатая (как сейчас), а двухступенчатая ракета, которая и получила название «Протон-Лайт».