Мирный рокот космодрома

Ольга Рубан
10 июня 2002, 00:00

Российские конверсионные ракеты-носители выходят на мировой рынок космических услуг и геостационарную орбиту

На будущей неделе состоится второй по счету коммерческий запуск носителя "Рокот" - модификации боевой межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) РС-18, переделанной под космические задачи. Ракета выведет на орбиту два аппарата связи для восполнения группировки Iridium (первый "конверсионный" пуск РС-18 состоялся два месяца назад - на орбиту были выведены два немецких научно-исследовательских спутника).

Проекты переоборудования боевых носителей в ракеты космического назначения в начале 90-х стали рождаться один за другим: тогда с боевого дежурства пришлось снимать сразу много стратегических ракет; их можно было утилизировать традиционным способом или ликвидировать, запустив в космос с полезной нагрузкой. Второй путь представлялся более практичным. Особую актуальность проекты "космической утилизации" приобрели в 1993 году, когда был подписан Договор СНВ-2, согласно которому Россия должна была сократить значительную часть своих стратегических ракет наземного базирования.

"Иридиумом" по конверсии

На сегодняшний день существует шесть крупных конверсионных проектов: "Старт", "Рокот", "Штиль", "Волна", "Днепр" и "Стрела". Каждый из них породил одноименную ракету. Все эти ракеты относятся к классу легких носителей, они способны выводить космические аппараты (КА) на низкие околоземные орбиты (до 2000 км).

Однако сама по себе ракета-носитель - все равно что иголка без нитки, ее существование приобретает смысл, только если есть полезный груз, который она может вывести в космос. По этой причине рождение практически всех названных проектов совпало с появлением сразу нескольких крупных международных программ по созданию низкоорбитальных глобальных систем мобильной спутниковой связи - Iridium, Globalstar, Teledesik, Skybridge и др. Отечественные конверсионные носители, количество базовых ракет для создания которых было по меркам космической отрасли неограниченным, относительно дешевы и не требуют много времени для подготовки к запуску. Поэтому они представлялись идеальным средством выведения и обновления этих группировок, которые должны были насчитывать от сорока восьми до ста и более спутников, и разработчики конверсионных ракет на это рассчитывали. В частности, "Днепр" рассматривался как основное средство доставки на орбиту аппаратов системы Teledesik, "Рокот" - для восполнения группировки Iridium. Заказов должно было хватить всем: рынку низкоорбитальных запусков прочили бурный рост, его объем оценивался в триллион долларов.

Большинство проектов низкоорбитальных спутниковых систем мобильной связи, не выдержав конкуренции с наземными системами сотовой связи, потерпели крах. Это стало весьма чувствительным ударом по перспективам российских конверсионных программ - некоторые из них были заморожены.

Выжившие стали искать, чем бы заняться на неожиданно схлопнувшемся рынке запусков на низкие орбиты, ведь им оставалось разве что запускать аппараты дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и низкобюджетные спутники научно-исследовательского назначения. Почти все искавшие нашли себе по "экологической" нише. Причем такой, что, случись еще раз какое-либо потрясение в сфере низкоорбитальных проектов мобильной спутниковой связи, для большинства наших конверсионных носителей это уже не станет трагедией.

Форсирование "Днепра"

Хуже всего пока обстоят дела у проекта "Днепр", это, пожалуй, самый неудачный пример конверсии отечественных боевых носителей. Трехступенчатая ракета "Днепр" создана в Днепропетровске, в ГКБ "Южное", на базе МБР РС-20, больше известной как "Сатана", и конструктивно ничем от нее не отличается. В рамках российско-украинской программы "Днепр", действующей с 1997 года, состоялось пока только два полудемонстрационных-полукоммерческих запуска аппаратов иностранных заказчиков, совмещенных с плановыми боевыми стрельбами Ракетных войск стратегического назначения.

Оба раза получалось дешево и сердито. По оценкам специалистов, на переделку "Сатаны" в "Днепр" было потрачено всего около 100 тыс. долларов. За эти деньги создали условно космическую ракету - по сути, у нее осталась боевая компоновка, что накладывает серьезные ограничения на эксплуатацию ракеты в мирных целях. Третья ступень у "Днепра" по-прежнему работает по так называемой тянущей схеме (полезный груз находится снизу относительно ступени), поэтому, дабы защитить спутники от газодинамического воздействия двигателя ступени, приходится помещать их в специальный контейнер - большое ведро. Это дополнительный вес, к тому же полезный объем становится меньше. Кроме того, двигатель этой ступени невозможно включать многократно, что затрудняет вывод аппаратов на орбиты, особенно высотой 700-1200 км.

В 2000 году, после того как поступили предложения от американской компании Teledesik и европейской фирмы Alkatel (группировка Skybridge), в ГКБ "Южное" был разработан проект глубокой модернизации "Сатаны" - "Днепр-М". В этой модификации третья ступень работала бы уже по "толкающей схеме" (спутники располагаются сверху третьей ступени). Дойди этот проект до стадии реализации, устранены были бы все "боевые" ограничения. И это позволило бы использовать возможности этой самой тяжелой в мире МБР по максимуму - выводить на орбиту до 3,5 тонны груза. Но сейчас, как рассказал "Эксперту" первый заместитель генерального конструктора и генерального директора ГКБ "Южное" Александр Мащенко, разработка "Днепра-М" приостановлена. Для ее завершения требуется около 15 млн долларов.

Через воду - к звездам

Лучше обстоят дела у ГРЦ "КБ им. В. П. Макеева" (город Миасс Челябинской области). Его специалисты, столкнувшись с проблемами выхода на рынок запусков КА, смогли предложить уникальную услугу: использовать в коммерческих и научных целях короткий участок баллистической траектории, на котором достигается невесомость.

Конверсионные ракеты на этом предприятии создавались на основе стратегических баллистических ракет морского базирования. Как и их боевые прототипы, они запускаются в космос из-под воды, с боевой атомной подводной лодки, - до сих пор таких космических запусков никто еще не производил. Миасские боевые носители - за счет размещения двигателей в топливных баках - очень компактны, и у них сравнительно небольшая стартовая масса. Но именно эти достоинства боевых ракет создали серьезные сложности при их переоборудовании в "мирные". Самая главная из них - современные космические аппараты очень трудно поместить туда же, куда умельцы из КБ им. Макеева в свое время умудрились упрятать боевые блоки. Разработчики конверсионных модификаций наземных ракет решили эту проблему без особого труда - поставили вместо штатного головного обтекателя другой, более просторный. С морскими ракетами сделать то же самое в принципе возможно, но это гораздо сложнее и дороже, поскольку пусковую установку подводного ракетоносца непросто переделать под космические задачи. Отсюда - жесткие ограничения на габариты КА. Кроме того, полезный объем "съедает" и капсула, в которую приходится помещать спутники, чтобы защитить их от теплового воздействия двигателя третьей ступени, работающей по боевой схеме.

С начала 90-х годов в ГРЦ было разработано несколько конверсионных программ: "Зыбь" (переоборудованная баллистическая ракета РСМ-25), "Штиль" (РСМ-54), "Волна" (РСМ-50), "Прибой" (сборка из отдельных ступеней РСМ-52, РСМ-54 и новых специально разработанных элементов) и "Риф-МА" (переоборудованная РСМ-52, стартующая с самолета Ан-124). Ракеты "Штиль" предназначены для выведения полезной нагрузки на космические орбиты. "Зыбь" и "Волна" летают по баллистической траектории.

Первой в декабре 1991 года полетела одноступенчатая "Зыбь", отличающаяся от боевой лишь тем, что у нее перепрограммирована система управления. В качестве полезной нагрузки на "Зыби" установлен технологический модуль "Спринт", позволивший получить в условиях невесомости уникальные образцы новых сверхпроводящих сплавов и полупроводников с улучшенной кристаллической структурой. Запуск был осуществлен по заказу НПО "Компомаш". В декабре 1992 года состоялся второй пуск с аппаратурой "Медуза". В ходе полета была продемонстрирована возможность получать в невесомости особо чистые биологические и медицинские препараты, в том числе противоопухолевый интерферон "Альфа-2". Заказчиком этого запуска было АО "Биоиндустрия". Впоследствии программу "Зыбь" закрыли, потому что базовые ракеты были сняты с вооружения.

В июне 1995 года был осуществлен запуск двухступенчатой ракеты "Волна", на которой вместо боеголовок был установлен исследовательский модуль Бременского университета для изучения особенностей термической конвекции. Второй международный космический эксперимент с использованием морской баллистической ракеты состоялся в июле 2001 года, когда на "Волне" был запущен аппарат "Космос-1", так называемый солнечный парус. В ходе получасового полета по баллистической траектории он должен был развернуть два полотнища из особой сверхтонкой пленки и доказать, что идея создания космических аппаратов, которые способны разгоняться под действием потока фотонов от Солнца, жизнеспособна. Однако этот запуск окончился неудачей - КА не отделился от носителя.

В июле 1998 года состоялся первый в истории запуск на космическую орбиту с подвижной морской пусковой установки, к тому же из подводного положения: трехступенчатая ракета "Штиль-1" стартовала из Баренцева моря, с АПЛ К-407 ("Дельфин"), с двумя спутниками Берлинского технического университета, которые должны были отслеживать перемещения северных оленей и белых медведей.

В настоящее время только "Штиль-1" и "Волна" остались в коммерческой эксплуатации. Программы "Прибой" и "Риф-МА" (эти ракеты, так же как и "Штиль-1", должны были выводить полезную нагрузку на космические орбиты) пришлось закрыть - не было денег. По той же причине остановлены работы по переоборудованию под космические задачи наземного стартового комплекса на полигоне Нснокса (Архангельская область), где в прошлые годы испытывались новые модификации морских баллистических ракет.

Впрочем, руководство миасского центра оптимизма не теряет. По словам Вячеслава Данилкина, первого заместителя генерального конструктора ГРЦ, сегодня предприятие рассматривает около десятка предложений от ряда западноевропейских и американских фирм и университетов. Уже в текущем году планируется осуществить два запуска "Волны", которые станут продолжением международной программы "Солнечный парус".

Организуй кто-нибудь "Волне" мощную рекламную кампанию, запуски на этой ракете стали бы альтернативой ряду дорогостоящих экспериментов в космосе, в том числе на МКС.

"Старты" со Свободного

Один из самых удачных примеров конверсии - ракета "Старт-1", разработанная ЗАО "НТЦ 'Комплекс-МИТ'". На сегодняшний день у нее больше всего успешных запусков по сравнению с другими отечественными конверсионными носителями. Три из них - коммерческие, с аппаратами иностранных заказчиков. Для этих запусков на космодроме Свободный практически с нуля была создана наземная инфраструктура, отвечающая требованиям мирового рынка услуг по запускам КА. Эта инфраструктура - детище ЗАО "Пусковые услуги", компании, которая ведет поиск полезной нагрузки для "Старта-1". Не исключено, что скоро можно будет говорить о появлении у России второго после Плесецка собственного полноценного космодрома.

Три нижние ступени для четырехступенчатого "Старта-1" позаимствованы у снимаемой с вооружения баллистической ракеты "Тополь" (РС-12М). Все остальные элементы - разгонный блок, доводочная ступень и головной блок - абсолютно новые, спроектированные специально для "Старта-1". Отличительная особенность этого носителя в том, что запускать его можно не только со стационарного стартового комплекса, но и с подвижного транспортно-пускового устройства - это незначительно доработанный "родной" пусковой агрегат МБР "Тополь". При таких достоинствах, как мобильность и способность находиться в высокой степени готовности к пуску практически неограниченное время, стоимость запуска "Старта-1" невелика - по словам гендиректора "Пусковых услуг" Сергея Зинченко, она составляет 8,5 млн долларов.

В ближайшие год-два "Пусковые услуги" рассчитывают ввести в коммерческую эксплуатацию еще один носитель - более мощную пятиступенчатую ракету "Старт". Первый ее запуск - в марте 1995 года - закончился неудачей. Прорабатываются и возможности запускать носители семейства "Старт" с австралийского космодрома Вумера.

Спутник "под ключ"

Наибольший интерес, по мнению наблюдателей, представляет то, к чему пришли в конверсионном сегменте отрасли ГКНПЦ им. М. В. Хруничева, где был создан "Рокот", и ФГУП "НПО машиностроения" (город Реутов) - разработчик "Стрелы".

"Рокот" и "Стрела" созданы на базе одной и той же двухступенчатой баллистической ракеты РС-18. Разработчики "Рокота" заменили штатный блок разведения боеголовок РС-18 принципиально новым - созданным в Центре Хруничева разгонным блоком "Бриз-КМ". У "мирной" ракеты появился и новый головной обтекатель. А специалисты НПОмаш, по словам главного конструктора по направлению Евгения Ромашенко, пошли другим путем - как можно меньше доработок в хорошо отработанной конструкции боевой ракеты. В результате все штатные элементы РС-18, за исключением головного обтекателя, остались на своих местах, а в составе космической головной части появился новый блок, в котором разработчики разместили дополнительную систему стабилизации и всю аппаратуру, необходимую для того, чтобы бывшая боевая ракета могла выполнять космические задачи. Такая переделка позволяет "Стреле" выводить на орбиту несколько меньшую по сравнению с "Рокотом" полезную нагрузку, зато обходится дешевле.

Опыт первых испытательных пусков "Рокота" из штатной шахтной пусковой установки (ШПУ) ракеты РС-18 показал, что зарубежным космическим аппаратам не выдержать вибрационных перегрузок, возникающих при такой схеме запуска. После этого на космодроме Плесецк под "Рокот" была реконструирована наземная пусковая установка ракеты "Космос-3М". Для запусков "Стрелы" на космодроме Свободный (Амурская область) в течение этого года планируется переоборудовать одну из шахт, оставшихся там от снятых с вооружения МБР РС-10. Первый демонстрационный старт "Стрелы" запланирован на третий квартал будущего года.

Преимущества перед конкурентами в Центре Хруничева и в НПОмаш решили добиваться по соотношению цена-удобство. В ближайшее время обе фирмы намерены выйти на рынок с предложением новой "пакетной" услуги. В "пакет" войдет изготовление самого спутника, переделка РС-18 в ракету космического назначения и запуск спутника на орбиту - то есть все те операции, которые будущий обладатель КА пока заказывает различным компаниям и, как правило, в разных странах. Помимо этого обе фирмы намерены предоставлять заказчику как наземные пункты управления космическим аппаратом, так и пункты приема, обработки информации и доведения ее до потребителя. Таким образом, клиент будет получать спутник на орбите "под ключ". Подобных услуг никто в мире пока не оказывает. Учитывая, что в качестве носителя в "пакет" входит сравнительно дешевая конверсионная ракета (коммерческий запуск "Рокота", как сообщил нам заместитель генерального директора Центра Хруничева Денис Пивнюк, будет стоить около 15 млн долларов, а запуск "Стрелы", по словам заместителя генерального директора НПОмаш Михаила Гришко, - порядка 10 млн), потенциальный заказчик сможет сэкономить не только время и нервы, которыми оплачиваются проволочки, неизбежные при "стыковке" цепочки заказов у нескольких фирм, но и деньги. Кстати, пусть читателя не удивляет синхронность рождения идей и схожесть деталей проектов: до того как разделиться на две самостоятельные фирмы, НПОмаш и Центр Хруничева составляли одно знаменитое ракетостроительное КБ-52, созданное Владимиром Челомеем.

Космическая спираль

Но Центр Хруничева и НПОмаш решили на "пакетном" новшестве не останавливаться. Ведь запуски аппаратов ДЗЗ и спутников научно-исследовательского назначения на низкие орбиты особых прибылей не приносят. Единственное на сегодняшний день направление космической деятельности, дающее высокий и относительно стабильный доход, - запуски на геостационарную орбиту (ГСО, 36 тыс. км), где базируются группировки стационарной спутниковой связи.

Перспектива роста рынка запусков на ГСО появилась в конце 90-х: когда НАТО проводило "миротворческую операцию" в Сербии, оператор международной спутниковой системы Eutelsat по требованию США отключил вещание сербского телеканала. После этого многие государства, арендовавшие, как и Сербия, емкости на аппаратах спутниковых систем, принадлежащих странам Запада, поняли, что им необходимо обзавестись собственными. Однако до сих пор этот сегмент рынка считался недоступным для конверсионных носителей - ракеты легкого класса не способны летать на ГСО.

Российские конструкторы решили прорваться на "геостационарный" рынок с помощью нестандартной для космической отрасли идеи "спирального выхода" на ГСО. Для реализации этой задумки каждая из фирм разработала свой проект малого аппарата связи.

Алгоритм "спирального выхода" для малых аппаратов таков. Легкая ракета ("Стрела" или "Рокот") выводит аппарат связи на доступную ей низкую орбиту, разгонный блок переводит его на высокоэллиптическую, после чего у спутника включается собственный электрореактивный двигатель, который позволяет ему, постепенно сужая спираль, добраться до ГСО. Весь путь - с момента старта до ГСО - занимает около полугода (традиционным способом вывести аппарат на геостационарную орбиту можно за десять часов).

Рабочим телом двигателя спутника, позволяющего осуществить все эти маневры, служит инертный газ ксенон, который в электрическом поле ионизируется и превращается в плазму. Под действием магнитного поля плазма разгоняется и выбрасывается наружу, толкая аппарат по такому же принципу, как газовая струя в обычных жидкостных реактивных двигателях. Тяга такого электрореактивного двигателя всего 8,4 грамма (для сравнения: тяга двигателя РД-108, установленного на второй ступени ракеты "Союз", - 96 тонн), но ее вполне достаточно. Двигатель включается на короткие мгновения, в нужный момент сообщая аппарату необходимый импульс и тем самым "выписывая" спиральную траекторию. При этом на весь путь от низкой орбиты до геостационарной расходуется примерно половина имеющегося на борту запаса ксенона, оставшаяся часть используется для управления движением спутника уже на ГСО в течение всего срока его службы - десять-двенадцать лет.

Заметим, что ни сам двигатель, ни идея "спирального выхода" на ГСО не являются изобретением Центра Хруничева или НПОмаш. Электрореактивные двигатели СПД-100 производятся на калининградском заводе "Факел" и давно уже устанавливаются на отечественных спутниках серии "Экспресс", а также на некоторых зарубежных КА. А теоретически давно просчитанную возможность выводить спутник с низкой орбиты на геостационарную еще в середине 90-х на практике подтвердили американцы. Случилось это так: в результате неудачного запуска их аппарат оказался на нерасчетной орбите, использовать его по назначению было уже невозможно, и решили попытаться довести его до ГСО. Эксперимент удался, но применения его результатам никто до сих пор не находил.

"Ни один малый аппарат с ГСО никогда не вещал. Как только мы повесим такой аппарат на орбиту и покажем всему миру, что он работает с такой же надежностью, как и традиционные большие спутники, я думаю, рынок тут же метнется в эту сторону", - полагает Денис Пивнюк. По словам специалистов, малые аппараты связи, разработанные в конкурирующих проектах Центра Хруничева и НПОмаш, обладают целым рядом достоинств. Во-первых, у них небольшое число транспондеров - шесть-двенадцать (на традиционных больших аппаратах их тридцать-пятьдесят), в силу этого малые аппараты сравнительно дешевы и потому идеально подходят небольшим государствам и ограниченным в средствах частным компаниям, заказы которых, согласно прогнозам, обеспечат рост рынка аппаратов связи на ГСО. Во-вторых, как отметил директор программы малых космических аппаратов связи Центра Хруничева Александр Ганин, "если в каком-то регионе рынок 'умер', малый аппарат можно переместить в другую точку ГСО и использовать его ресурсы в интересах других заказчиков".

Даже долгий выход на ГСО нельзя считать принципиальным недостатком проекта в будущей конкурентной борьбе: эта услуга тоже будет предлагаться "пакетом", и, по утверждениям разработчиков, на весь цикл работ - от изготовления спутника до доставки его на ГСО - уйдет столько же времени, сколько придется потратить, заказывая спутник одной фирме, ракету (которую нужно делать с нуля) - другой, а запуск (пусть даже прямиком на ГСО) - третьей.

По оценке Дениса Пивнюка, стоимость всего "пакета" с конверсионным носителем "Рокот" будет соизмерима с затратами на одну только доставку аппарата на ГСО ракетой "Протон" (70-90 млн долларов. - "Эксперт"). Руководители НПОмаш конкретных цифр не называют. "Мы создаем совершенно новый рынок. О заказчиках и, соответственно, о ценах можно будет говорить только после того, как заработает первый аппарат", - пояснил "Эксперту" заместитель генерального директора НПОмаш Андрей Буравин.

Первые заказы у обеих фирм уже есть: международная организация космической связи "Интерспутник" в прошлом году заказала производство и доставку на ГСО по "спиральной схеме" четырех малых спутников связи: два Центру Хруничева и два НПОмаш. Запуски запланированы на 2004 год. Когда эти аппараты заработают на орбите и подтвердят те преимущества, о которых сейчас говорят разработчики, у Центра Хруничева и НПОмаш появится шанс стать "законодателями мод" в новом сегменте мирового рынка спутниковой связи.