Введение
21-й год – это год не определённости для Роскосмоса и России, касательно своего места в космической деятельности. Когда многие космические агенства мира смотрят на Луну, а часть из них уже готовится к началу Лунных миссий, дешёвые РН SpaceX завоевали большую часть рынка запусков, всё больше частных компаний тянутся к космосу и уже сформирован рынок сверхлёгких ракет, Роскосмос остаётся с Протоном, который скоро должен будет выйти из эксплуатации, Ангарой, которая неизвестно когда завершит 30 летние испытания, а также Союзом, который пока никуда не собирается. Перспектив захвата рынка, который в своё время был у РК, до прихода SpaceX, на такой базе нет и быть не может. МКС же, являющаяся на данный момент единственной возможностью РК конкурировать с Западными частными компаниями, благодаря нише космического туризма, на данный момент находится также в состоянии неопределённости, ибо её дальнейшая судьба очень туманна.
С одной стороны, частники уже могут строить свои станции. К примеру, Axiom Space намерена построить свою станцию для туристов, на основе МКС, а после завершения строительства отделиться от неё. Для участников программы МКС сейчас куда аппетитней выглядит LOP-G, нежели вливание средств в МКС. Как с точки зрения престижа, так и с точки зрения повышения возможностей автоматизированных систем спутников. После ввода аппарата типа Dream Chaser, многие из участников смогут, просто, использовать его как мини-станцию. Точно также, как когда-то США использовали свои Space Shuttle и сейчас используют X-37b.
Таким образом, после закрытия МКС, РК обладает возможностью остаться с одной единственной нишей – нишей запусков. Но говорить о каком-то реальном доходе и достижениях в данной области со стороны РК в ближайшем будущем – глупо. Салфеточные эскизы груз на орбиту не закинут, а существующие РН (и единственная перспективная РН Ангара) уже проигрывают своим существующим и эксплуатирующимся конкурентам. Кроме экономического урона, подобный исход событий нанесёт и колоссальный репутационный урон, как компании, так и стране. К тому же, “бедные” страны и страны-изгои всё чаще засматриваются на технику из Китая. Соответственно, начинает пахнуть жареным и летящими головами. Если просаживать деньги в никуда уже стало традицией для РК, то вот нанесение репутационного урона, стране и её лидеру, который заметит, в первую очередь, лидер – это уже не то, что можно будет загладить очередной сказкой о невероятных технологиях и прорывах когда-нибудь потом. Так мы и подходим к основной теме статьи.
Источник: t.me/rian_ru/110132
На МАКС-2021 был представлен макет нового облика ТЭМ. Ну или Зевса. Или не Зевса… Пока что даже РИА Новости как-то не очень-то определились, что же всё-таки называется Зевсом. В своём Телеграмме они называют Зевсом спутник (модуль), который прикреплён к буксиру. Но в статье на своём информационном портале пишут:
“Сообщалось, что ядерный буксир будет предназначен для полетов к Луне и планетам Солнечной системы. Он получил название “Зевс”, а сами научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы называются “Нуклон”.”
Из-за чего происходит данная путаница, думаю, многие уже догадались. В сети не первый год ходит информация, что реальная цель проекта – это не исследование Юпитера, который РК и руководству страны нужен точно также, как собаке 5-я лапа. Будем реалисты, наука уже очень давно не основное направление России в космосе. Реальная цель проекта проста – создание мощной системы мониторинга воздушного пространства, позволяя системам ПРО видеть гораздо больше, а также не использовать свои радары, для обнаружения целей, в качестве излучателей, ограничившись приёмом данных. Данное предположение звучит очень логично и реалистично. Но сегодня мы всё же рассмотрим ТЭМ, как возможный спасательный круг для Роскосмоса в ближайшем будущем.
На данный момент проект можно разделить на два этапа, исходя из общедоступной информации. Первый – это создание установки в 0,5 МВт, для обкатки технологии. Второй – создание 1 МВт установки. Очевидно, что для коммерческого использования больше подходит 1 МВт установка.
При сравнении макетов можно заметить, что размеры новой модели сильно изменились в сторону увеличения. Можно подумать, что макеты выполнены в разных масштабах, но их сервисный модели очень уж похожи по габаритам. Т.е. перед нами, вероятнее всего, уже макет 1 МВт системы. Так или иначе, новый облик гораздо более продуман. Радиаторы используют трубчатую структуру, для увеличения площади излучения, а также между ними есть расстояние, для того что бы охлаждающие системы меньше грели друг друга. Но на данной модели заметно одно – отсутствие двигателей. Вспоминая путаницу с классом, можно предположить, что это именно спутник, а на сервисном модуле должен быть закреплён радар. Но, прикрепить двигатели – это не проблема, если захотеть. Хотя, также есть вероятность, что модель ещё не доработана и несёт только общие черты прорабатываемого аппарата.
Коммерческие перспективы
На данный момент буксир обладает весьма скромными приведёнными техническими характеристиками (ТХ). ТХ модели первого этапа, при полезной нагрузке всего в 10 тонн, предполагают полёт до Луны за 200 суток. Это ставит крест на использовании буксира для каких-либо пилотируемых миссий. Увеличение мощности реактора в 2 раза не повлечёт за собой повышения ТХ аппарата в 2 раза, т.к. часть мощности будет уходить на компенсацию большей массы реактора, оборудования для поддержания его работоспособности и отвода тепла. Но даже 100 суток до Луны – это невероятно много, для пилотируемых миссий.
Однако большая часть современной деятельности в космосе – это именно беспилотные миссии. Вывод спутников, зондов, снабжение МКС (в будущем LOP-G) и т.д. К примеру, ГК Прогресс слетал к МКС 77 раз, с 1998 года, тем временем КК Союз слетал к МКС 61 раз. Снабжение дальних станций потребует немного иного соотношения грузовых рейсов и пилотируемых, ибо отдалённость от НОО несёт в себе много рисков, а потому с собой нужно вести расходники заранее, на всю миссию, до прибытия пилотируемого экипажа, что бы у пилотируемого экипажа не было ситуации, когда он столкнулся бы с нехваткой расходников. Быстро подвести что-либо не получится даже на МКС, требуется долгая подготовка и ракета на стартовом столе, что бы уложиться, хотя бы, в месяц. А до Луны ГК типа DragonXL лететь +-300 суток. 200 у ТЭМ не меняют ситуацию никак, если жизнь экипажа в опасности.
Однако, ядерный буксир может снабжать станцию за меньшее время, чем обычные ГК. Математика проста. Запуск РН тяжёлого класса и ТЭМ – это 10-15 тонн до Луны, через 200 суток. Запуск Sygnus’а или Dragon XL – это до 5 тонн до Луны, через +-300 суток. Конечно, можно сказать, что обычные грузовики гораздо дешевле и их можно запустить несколько. Да, но ТЭМ запускается 1 раз и может летать туда-обратно, т.е. использоваться и для возврата образцов и результатов экспериментов, либо иного важного груза, на НОО. Причём, полезная нагрузка в обе стороны будет одинаковой. Таким образом стоимость создания и разработки можно размазать на несколько полётов, что у обычного ГК невозможно. Как невозможно и возвращение чего-либо с Луны, уже запущенным ГК. Но есть одно “но”…
Источник: SpaceX
Система Starship в данном уравнении кажется фактором, который множит на ноль все преимущества ТЭМ. Однако, это не совсем так. Конечно, Starship может привести на Луну до 100 тонн груза и даже посадить его на поверхность Луны. Но сколько для этого понадобится заправок и где эти 100 тонн хранить? Планы по LOP-G у NASA очень скромные. Модули склада и жилого помещения – это, просто, переделанные ГК Cygnus. Сильно много там, при всём желании, не разместишь. Да и больше нескольких тонн расходников станции не сильно-то и нужно. Как минимум есть проблема с местом хранения, а как максимум, с мощностью двигательной установки станции, что бы держать её на нужной орбите. Также есть вариант создания тяжёлого грузовика на базе верхней ступени SLS, эдакий косплей Skylab, только в виде корабля. Там и сроки могут доходить до 3 дней полёта, с доставкой 40-50 тонн на Луну. Опять же, куда это всё девать – пока не понятно. А отправлять мастодонтов, что бы прислать 5-10 тонн груза… Не шибко-то и рационально.
И вот тут ТЭМ может выстрелить. Американцы, при ослаблении политического давления, могут увидеть для себя выгоду в снабжении ТЭМом их станции. Такой же интерес может возникнуть и у Китая (думаю, к 2030 они всё же смогут, хотя бы, спроектировать Лунную станцию). Хотя, Китаю будет интереснее сделать свой аналог, нежели реально в долгосрочной перспективе полагать на услуги РК. Ну и бонус в виде лавров для Царя… Кхм… Избранного народом правителя, конечно же. Вообщем-то, возобновление международного сотрудничества по Луне, да ещё и с чем-то со словом “ядерный”. Но это политика, а мы не о ней.
Научные миссии не представляют большого коммерческого интереса, ибо потребуют отправки корабля в один конец, а это оплата всего процесса создания буксира и его запуска одним платежом… Что-то мне подсказывает, что это не малая сумма, которую многие проще потратят на полезную нагрузку, нежели на доставку.
Строительство. ТЭМ – это хороший грузовик, логично им возить и модули станций. Благо, тот же LOP-G не слишком-то и большой и его модули за 15 тонн не уходят. Поетому возможно расширение жилых объёмов станции и даже использование ТЭМ, как энергетического и маневрового блока станции. Да, в плане у станции есть свои такие блоки, но они рассчитаны на комплектацию LOP-G, которая есть сейчас. В будущем станции может потребоваться расширение. К примеру, топливное депо. 10 тонн топлива, которые может привести ТЭМ – это достаточно, для Лунных аппаратов. К примеру, посадочная ступень модуля Водолей использовала 8165 кг топлива и окислителя, взлётная использовала ещё 2353 кг топлива и ещё 287 кг топливо системы ориентации. Т.е. всего 10,805 тонн топлива. Однако, варианту HLS от National Team понадобится больше, т.к. его масса больше, чем у Водолея, а командного модуля, который использовал бы ресурсы своего сервисного модуля, для доставки посадочного аппарата к точке сброса там нет. Вместо него беспилотный орбитальный буксир. И ему тоже требуется топливо. Так что, чисто технически, 15 тонн топлива каждые +-400 суток – это неплохое дополнение. Учитывая, что темп миссий по высадкам предполагает 1 посадку в 1,5 – 2 года, то данный срок не является каким-то слишком долгим, с точки зрения потребности в топливе. Всего ТЭМ сможет сделать около 9-10 полётов, при сроки эксплуатации в 5,5 лет (заявлен для прототипа) и около 17, при сроке эксплуатации в 10 лет (который обещают для серийного аппарата).
Конечно же, единственными двумя факторами, которые будут решать, станет-ли данный вариант использования ТЭМ реальностью или нет, являются политический и технический.
Первый требует улаживания конфликтов и проблем на политической арене, а второй требует… Создания этого самого буксира. Ибо, в истории СССР есть обширный опыт проектов, которые даже доходя до прототипов на выходе, просто, закрывались. Россия эту тенденцию продолжает.
Стоит отметить, что миссии на НОО такому аппарату практически бессмысленны. Многие частные компании сейчас смотрят на водородные орбитальные буксиры, как на возможность заработка на довыводе спутников. Вместе с буксирами может прийти и инфраструктура по типу топливного депо. А потому, перспективы медлительного и дорого буксира на данном рынке очень туманны.
Можно сделать вывод, что при попытке использовать ТЭМ в коммерческой сфере он столкнётся той же проблемой, что и Шаттлы. Для оправданного существования, ТЭМ потребуется постоянное строительство чего-либо и потребность в доставке грузов в отдалённые от НОО регионы, типа той же орбиты Луны.
Но появление кораблей орбитального типа на ЯРД очень быстро поставит крест на ядерных буксирах с ЯСУ, т.е. на ТЭМ. А это может случиться уже скоро. Но и тут есть свои подводные камни. ЯРД ограничен в количестве циклов запуска и затухания реактора. Со временем данная проблема будет решена. Но как быстро? К 2040? 2050? 2060? Поетому, несмотря на то, что для пилотируемых перелётов ЯРД будет оптимален, для транспортных рейсов больше подходят корабли с ЯСУ. Это обусловлено тем, что снабжение редко требует оперативности, ибо для той же Луны или Марса (как далёкая перспектива), миссии снабжения отправляются заранее и чётко в опред. периоды времени, с запасом расходников. Т.е. “дыра” в графике из-за каких-либо причин не сорвёт общую цепь поставок. Хоть и создаст определённые неприятности. В любом случае, пилотируемую миссию можно отложить, а при долгосрочной перспективе проживания, запасы, просто, обязаны обеспечивать автономность миссии, в условиях пропуска поставки. Кораблю с ЯСУ нет нужды глушить свой реактор, а потому он может спокойно работать годами. 10 лет, по плану КБ “Арсенал” для серийной версии ТЭМ.
А интеграция ТЭМ в иные проекты, в качестве транспортно-энергетического элемента системы, требует тесного международного сотрудничества. Т.е. такие варианты выглядят не самыми реалистичными, в ближайшие 10 лет.
Технические сложности.
Самая главная сложность – это ЯСУ на борту. Ядерный реактор – это не очень дорогая и сложная игрушка. Отправлять буксир в какую-либо миссию не в один конец, без оборудования для дистанционного автономного ремонта и диагностики – это верх безответственности. Конечно, вариантов перехватить падающий на Землю дрон много. А на орбите Луны, его и вовсе можно, просто, отстыковать и направить на ту же Луну. Падение где-нибудь на экваторе будет не критично, ибо пилотируемые миссии будут сконцентрированы вокруг полюсов.
Утечка охладителя может привести к тому, что система не сможет охлаждать реактор. И тут нужно будет, либо выключать реактор, что оставит корабль без главных двигателей. А повреждение защитного контура повлечь заражение груза или станции. Вообщем-то, космос опасное место. И куда страшнее не отказ корабля по пути к Луне, а отказ по пути к Земле или на самой орбите Земли.
Источник: NASA
Но запасные части рем. оборудование требуют места и отнимают часть полезной нагрузки. А средства автоматизированного ремонта, так и вовсе требуют разработки, испытаний и внедрения.
Дальнейшее масштабирование мощности и радиаторов в сторону увеличения, приведёт к тому, что с каждым новым кВт’ом площадь радиаторов будет всё больше, масса полезной нагрузки и скорость аппарата всё меньше. Поетому данный вид орбитальных судов на данном этапе развития систем отвода тепла космических аппаратов, является переходным между кораблями на первых ЯРД и кораблями на ЯРД с множеством циклов запуска и отключения.
Навешивание дополнительной защиты на корпус аппарата и увеличение защищённости радиаторов невозможны. Защита корпусных элементов аппарата от космического мусора – это снижение полезной нагрузки. Защита радиаторов – это снижение их КПД и повышение их массы. Т.е. вся система очень уязвима к космическому мусору и последствия повреждения подобного аппарата грозит опасностью, как для Земли, так и для места доставки груза.
Вывод
Исходя из ранее изложенного, коммерческие перспективы у ТЭМ всё же есть, в обозримом будущем миссии снабжения и транспортировки готовых модулей будут идеальным вариантом для такой системы, но над ними висит сразу два домокловых меча:
Первый – это политика и отсутствие для него внутренних задач.
Второй – это появление в этом десятилетии проектов, по созданию ЯРД, с возможностью перезапуска.
Данная ситуация сложилась из-за того, что иных перспектив, кроме как военных, внутри нашей страны у данной системы нет. Однако, само КБ “Арсенал” предполагает некое коммерческое использование данного проекта.
РОС – это проект далёкий даже от нормального эскизного проектирования, не говоря уже о его запуске. Да и зачем такой дорогой мастодонт РОС – не понятно. Лунные перспективы России ещё дальше. Все сверхтяжёлые ракеты, которые могил бы использоваться для пилотируемых полётов – не больше, чем рисунки на салфетках.
P.S. Применение ТЭМ, в виде Транспортно-энергетического модуля элемента системы ПРО и РЭБ слишком очевидно, поетому этому варианту я практически не уделил внимания.
