Испытания «Ангары-А5» прокладывают России дорогу на Луну

Второй запуск тяжелой ракеты «Ангара-А5» с космодрома Плесецк, осуществленный 14 декабря, стал событием в космической жизни России. «Она летает, черт возьми!!!» – эмоционально написал глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин, прокомментировав пуск «Ангары» в своем Twitter. 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 образовывалась 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, размером 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.