Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США - Программа Х-33. Предварительные изыскания

Программа Х-33. Предварительные изыскания

Задачи NASA по созданию новых средств выведения, определенные в директиве «Политика в области ТКС», были сформулированы на основе результатов выполненного этим ведомством исследования «Выход в космос» («Access to Space»). В ходе данной работы изучались возможности сокращения затрат на транспортное обеспечение перспективных проектов, повышения безопасности космических полетов, а также укрепления позиций американских компаний на рынке пусковых услуг.

В качестве исходных данных для исследования «Выход в космос» использовалась оценка общенационального грузопотока, который потребуется обеспечить до 2030 г. В его состав включались грузы, необходимые для развертывания и эксплуатации Международной космической станции, гражданские, военные и коммерческие аппараты.

Перечень задач для новых средств выведения не предусматривал значительного повышения их энергетических характеристик, но их эксплуатационные затраты требовалось сократить не менее чем на 50% по сравнению с показателями современных транспортных систем.

В рамках исследования «Выход в космос» рассматривались три варианта комплектации перспективного парка ТКС:

— продолжение эксплуатации существующих ракет-носи-телей и МТКС «Спейс Шаттл» до 2030 г. с проведением модернизации последней;

— разработка на базе современных технологий семейства одноразовых РН, ввод в эксплуатацию которых должен состояться в 2005 г. (Предполагалось, что запуски грузов и астронавтов будут производиться раздельно — для доставки на орбитальную станцию экипажей проектируется малоразмерный ВКС.);

— создание принципиально новой МТКС, которая могла бы заменить вса современные средства выведения в 2008—2010 гг.

Основное внимание экспертной группы, занимавшейся анализом первого варианта, было сосредоточено на оценке трех различных по затратам схем модернизации системы «Спейс Шаттл» (принималось, что имеющиеся РН остаются практически без изменений).

Первая схема предусматривала модернизацию МТКС на уровне отдельных подсистем и агрегатов. В частности, предлагались следующие усовершенствования: новые БЦВМ, система ориентации и наведения на базе спутниковой системы GPS, обеспечение возможности автоматических полетов, высокоэнергетические топливные батареи, вспомогательные энергоустановки, работающие от электропитания, рули направления, изготовленные из углерод-углеродного материала, и т.п.

В ходе модернизации МТКС по второй схеме помимо вышеназванных мероприятий планировалось провести качественное обновление бортовых систем, но с сохранением внешней конфигурации орбитальной ступени: новые системы орбитального маневрирования и ориентации с ЖРД на нетоксичных компонентах замена гидравлических приводов электромеханическими, улучшенная теплозащита, катапультируемые кресла и т.п.

Третья схема предполагала создание практически новой МТКС: катапультируемая кабина экипажа, крылатые жидкостные ускорители, стартовые ускорители с гибридным топливом (как вариант) и прочее.

Сравнительный анализ выбранных альтернатив показал, что наиболее эффективной схемой является первая, обеспечивающая приемлемое снижение стоимости эксплуатации при незначительных затратах на проектные работы.

На этапе предварительного отбора средств выведения для второго варианта было рассмотрено свыше восьмидесяти схем комплектации нового семейства РН. Предлагавшиеся ТКС отличались между собой количеством и компоновкой ступеней, типами двигателей и топлива, способами размещения полезного груза и т.п.

После детальной проработке нескольких приоритетных схем предпочтение было отдано следующей номенклатуре: современная ракета «Дельта-2», новой РН грузоподъемностью 9 т, заменяющая семейство «Атлас-2», и новая ракета тяжелого класса. Отличительной особенностью последней ТКС, обеспечившей преимущество данной схемы перед другими, было использование дешевых кислородно-керосиновых двигателей РД-180 на первой ступени и модифицированных кислородно-водородных J-2S — на второй.

Для третьего варианта сравнивались три типа полностью многоразовых транспортных систем:

— одноступенчатый аппарат с ракетными двигателями, при стартовой массе 890 т выводящий на низкую орбиту полезный груз массой 18,6 т;

— одноступенчатый аппарат с ракетными и воздушно-ре-активными двигателями (стартовая масса — 415 т, грузоподъемность — 23,6 т);

— двухступенчатая МТКС, первая ступень которой использует ВРД, а вторая ЖРД (стартовая масса — 363 т, грузоподъемность — 14,5 т).

Выполненные экспертами расчеты показали, что исходя из экономических показателей, уровня технического риска, возможности освоения в установленные сроки ключевых технологий наиболее предпочтительной для создания является одноступенчатый аппарат с ЖРД, осуществляющий вертикальный старт и горизонтальную посадку. В то же время признавалось, что система с вертикальной посадкой может быть не менее эффективна.

Выбранные на первом этапе исследования «Выход в космос» варианты подверглись затем сравнительному анализу, на основе котррого и принималось решение о комплектации перспективного парка средств выведения.

Для определения оптимальной номенклатуры ТКС использовались следующие критерии: экономические показатели (общая стоимость программы за весь жизненный цикл), надежность, безопасность, пригодность к эксплуатации и другие. В качестве контрольного параметра принимались ежегодные затраты на запуски современных ТКС в размере 6,7 млрд долл. (в ценах 1995 г.), из которых 3,8 млрд долл. приходятся на МТКС «Спейс Шаттл», 0,5 млрд долл.— на закупки ракет для NASA и 2,4 млрд долл. — на запуски ракет по военным программам и обслуживание полигонов. Таким образом, стоимость обеспечения всего жизненного цикла современных средств выведения в течение последующих 35 лет составит 233 млрд долл.

Экономические расчеты по каждому альтернативному варианту дали следующие результаты.

Затраты на модернизацию современных ТКС оцениваются в 2,4 млрд долл., при этом ежегодная экономия от их эксплуатации по сравнению с контрольным показателем составит только 0,25 млрд долл. в год. В результате общая стоимость реализации первого варианта к 2030 г. достигнет 230 млрд долл.

Разработка новых одноразовых ракет-носителей по второму варианту обойдется в 11 млрд долл. При ежегодных затратах на эксплуатацию 4 млрд долл. стоимость проекта составит 192 млрд долл.

Создание принципиально новой МТКС потребует значительно больших затрат: расходы только на подготовку элементной базы в течение ближайших пяти лет^ составят 18 млрд долл. Примерно такая же сумма уйдет непосредственно на разработку и производство нескольких транспортных аппаратов. Тем не менее высокие затраты на НИОКР обеспечат существенное снижение текущих затраты до 2,6 млрд долл. в год при суммарной стоимости всего жизненного цикла 198 млрд долл.

Важным и решающим преимуществом последнего варианта стало максимальное снижение величины удельных затрат на выведение грузов до 2025—2160 долл./кг, тогда как для новых одноразовых ракет данный показатель был оценен в 3520—8580 долл./кг (у современных ТКС эти затраты составляют 22 ООО долл./кг). Кроме того, одноступенчатый аппарат имеет лучшие показатели по надежности — 0,995 *, остальные же лишь соответствуют заданным требованиям — 0,98. Новая МТКС также обеспечит повышенную безопасность экипажа, нормативное значение которой определяется 0,998.

Таким образом, несмотря на значительные капиталовложения в период разработки, одноступенчатая МТКС по всем параметрам была признана наилучшим вариантом развития парка средств выведения. Представляя свое заключение правительству, NASA отмечало следующее. Транспортная система нового поколения может обеспечить существенное (60%-ное) снижение затрат на запуски КА. Необходимый подготовительный этап по освоению элементной базы позволит промышленности значительно расширить свои технологические возможности. Экономический эффект может быть усилен при использовании новых методов управления работами по проекту и стимулировании коммерческих интересов частных компаний, испытывающих сильную конкуренцию на международном рынке пусковых услуг.

<<<Назад Страница 57 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz