Космический килограмм. Звездный конкурент: как Илон Маск угрожает российской космической отрасли

2. Модуль полезной нагрузки КА

Для ракет-носителей, в качестве полезной нагрузки выступают спутники, космические корабли и т. д. В этом случае, термин «полезная нагрузка» означает полную массу КА выводимого на заданную орбиту. То есть масса корпуса КА и горючего на борту выводимого КА также считается полезной нагрузкой.

Необходимо различать массу ПН на различных орбитах. В общем случае, любая ракета-носитель выводит больше груза на низкую опорную круговую орбиту высотой 200 км, чем на высокоэнергетические орбиты. Так, РН Протон выводит до 22 т на опорную орбиту, более 6,0 тонн на геопереходную и до 3,7 тонны на геостационарную орбиту.

Стоимость доставки грузов на орбиту

Цифры доставки грузов на орбиту в разных источниках довольно сильно отличаются. Кроме того, часто цифры даны в разных валютах, относятся к разным годам, относятся к запускам на разные орбиты, некоторые из цифр характеризуют себестоимость пуска, другие источники дают стоимость пуска для заказчика, при этом источник не поясняет какая из цифр приведена. Поэтому сравнивать цифры нужно крайне осторожно и можно оценить лишь приблизительные значения.

Современные средства:

Стоимость доставки грузов на низкую орбиту
Носитель	Стоимость, долларов за кг	Стоимость запуска, млн. долларов	Грузоподъемность, тонн	Примечание
Зенит-2/3SL	2 567-3 667	35-50	13,7
Спейс шаттл	13 000-17 000	500	25	при полной загрузке корабля 29,5 тонн, возрастает до $40-50 тыс./кг при частичной загрузке в 10 тонн. Максимальный вес доставки на орбиту около 120-130 тонн, максимальный вес полезной нагрузки 24,4 тонн, максимальный вес возврата на землю 14,5 тонн. Стоимость запуска около $500 млн.
«Союз»	4 242-11 265	35-78,858	8,25	до $25 тыс./кг на ГСО. Максимальный груз который можно взять в корабль Союз ТМА, запускаемый РН Союз около 300 кг. Максимальный вес доставки на орбиту 7-7,5 тонн. В случае использования для вывода спутников, стоимость запуска: Позже, в 2002, увеличилась до $35-40 млн; С космодрома Куру от 40 до 60 млн € за старт.
«Восток»	1 586	7,5	4,73	В начале 90-х была всего-лишь $7-8 млн для привлечения иностранных клиентов. С 1991 года выведена из эксплуатации.
«Протон»	1 136-4 546	25-100	22	Цена запусков изменяется с годами, в последнее время, она постоянно растёт. Данные стоимости запусков на ГСО: В 1999 году запуск одного Протона-К с блоком ДМ составляла $70-90 млн; В 2004 году, ввиду возросшей мировой конкуренции, стоимость запуска «была уменьшена почти до себестоимости» $25 млн; В 2005 году стоимость составляла 800 млн руб. за «Протон-К» и 900 млн за «Протон-М» руб.; В конце 2008 года $100 млн на ГПО с использованием «Протон-М» с блоком «Бриз-М». C началом мирового экономического кризиса в 2008 году, обменный курс рубля к доллару снизился на 33 %, что привело к снижению стоимости запуска до примерно $80 млн; В настоящее время стоимость пуска около $70 $100 млн в зависимости от конфигурации;
«Атлас-5»		187	9.75 29.42 4.95 т- 13 т на ГПО	, максимальный вес доставки на НОО 30 тонн, 13 тонн на ГПО. Стоимость пуска около $187 млн.
«Днепр»	2 703	10	3,7	, максимальный вес доставки на орбиту 3,7 тонны. Стоимость пуска около $10 млн.

Разрабатываемые средства следующего поколения:

МАКС $1-2 тыс./кг

В настоящее время даже завышенные цифры по стоимости запуска одноразовых космических кораблей как минимум не уступают по экономической эффективности многоразовым системам, имеющимся на настоящий момент. Если использовать средние цифры, то одноразовые системы экономически эффективнее как минимум вдвое, что означает, что многоразовые системы на сегодняшний день не дешевле, но решают две важные задачи: свод с орбиты значительной массы и выполнение военно-стратегических целей. Обе эти цели в настоящий момент мало востребованы.

Поток (космический аппарат)

Знаете, чем отличается килограмм в космосе от килограмма на Земле? Чтобы ответить на этот вопрос, не обязательно разбираться в физике и знать Теорию Относительности. Ответ лежит на поверхности: они отличаются ценой.

Любая ерунда, поднятая на орбиту, начинает стоить на несколько тысяч долларов дороже, чем точно такая же на Земле. Банка тушёнки, поднятая Шаттлом на низкую опорную орбиту, стоила бы на $7930 дороже, чем в супермаркете у вашего дома. А пустая(!) жестянка из-под неё обошлась бы в $1268 (по текущему курсу — 71290р.)

Очевидно, что при такой стоимости вывода грузов на орбиту ни о какой серьёзной колонизации космоса речь идти не может. Когда-то в космической отрасли было время первых: первый спутник, первый полёт человека, первый выход в открытый космос, первая посадка на Луне, первый орбитальный телескоп.

Сейчас наступило время эффективных: чтобы двигаться дальше, нужно снижать стоимость вывода космических грузов в разы, а точнее — в десятки раз. Космическая гонка не закончилась, просто её правила стали сложнее: победа «любой ценой» теперь равносильна поражению.

Стоимость «космического килограмма», выведенного разными носителями, выглядит примерно так:

Стоимость вывода килограмма груза на орбиту разными ракетами-носителями

«Примерно», потому что, во-первых, не все из этих ракет сейчас продолжают летать, и, во-вторых, стоимость запуска одного и того же носителя могла существенно меняться со временем.

Самым дорогим носителем из всех, как это ни странно, оказались многоразовые Space Shuttle: после каждого полёта они нуждались в крайне дорогостоящем обслуживании и проверке. Первый полёт Шаттла совпал с двадцатилетием полёта Гагарина , а последний состоялся 8 июля 2011.

Каждый килограмм, выведенный Шаттлом на низкую опорную орбиту, стоил поистине космические $19824. Для сравнения: килограмм золота стоит в районе $40000.

Следующий за ним по стоимости вывода носитель — Дельта-4 от компании Боинг. Её крайняя дороговизна компенсируется тем, что на сегодняшний день она выводит наибольшую полезную нагрузку среди всех эксплуатируемых ракет-носителей в мире. Американские военные любят тяжёлые спутники, поэтому кряхтят, но платят.

Замыкает сегмент дорогих носителей европейская ракета Ариан-5. Кроме цены, она больше ничем не примечательна, хотя на орбиту выводит груза меньше, чем наш Протон.

Средняя ценовая категория это японские, китайские, индийские, российские и американские ракеты. Среди них особенно примечательны Атлас-5 — американская ракета с российским двигателем РД-180 и Союз-2 — наша ракета, предназначенная для пилотируемых запусков.

Союз-2 принадлежит к славному семейству ракет Р-7. Именно эти ракеты вывели на орбиту первый искусственный спутник, первый спутник с живым существом на борту и первый пилотируемый человеком космический корабль.

В нижнем ценовом сегменте три основных игрока: дешёвые украинские лёгкие носители, переделанные из баллистических ракет, российские Протоны, и Falcon Илона Маска.

Собственно, вся интрига космической гонки последних лет до декабря 2015 года заключалась именно в противостоянии Протона и Фалькона.

С Протоном всё было ясно: это очень старая (впервые полетела в 1965 году), непригодная для пилотируемых запусков из-за ядовитого топлива и слишком часто падающая из-за снизившейся культуры производства, но очень дешёвая для своего класса ракета.

Фалькон наоборот, был тёмной лошадкой. Новейшая разработка, возможность сертификации для пилотируемых полётов и, самое главное, возвращаемые ступени, резко снижающие стоимость запусков. Непонятно было только, получится это или нет.

Получилось. Первые успешные посадки воспринимались почти как чудо, а сейчас Маск планирует вернуть все три блока тяжёлой ракеты Falkon Heavy и это уже никого не удивляет. Даже без возвращаемых ступеней Фалькон был самым дешёвым носителем, а с ними и вовсе оторвался от конкурентов, став лидером в отрасли по стоимости килограмма груза на орбите.

Был, правда, один интересный (последний для этого носителя) запуск старенького советского Востока с индийским спутником на борту в 1991 году. Страна разваливалась на глазах и запуск обошёлся индусам в смешные $1586 за килограмм, хотя с учётом обстоятельств это вряд ли можно считать достижением.

P.S. Полтора года назад, после первой посадки Фалькона, будущее российского космоса стало очевидно печальным и я об этом уже

Сколько же стоит запуск ракеты «Калибр» по целям противника и «Союз» в космос? Разберемся в данном вопросе более подробно.

Жесткая конкуренция в ракетостроении

Инженер Илон Макс утверждает, что цена запуска 1 ракеты составляет 60 млн. долларов при полезной нагрузке в 22,8 тонны.

Себестоимость доставки груза на НОО составляет 4,3 тыс. долларов на 1 кг. Современная разработка имеет следующие преимущества, а именно:

возможность возвращать на Землю первую ступень без повреждений, что позволяет удешевить строительство носителя;
на топливо и прочие расходные материал тратится около 200 тыс. $;
многократное использование ускорителей;
сохранение работоспособного двигателя.

Ответ на вопрос

Россия является абсолютным лидером по дешевизне доставки грузов на земную орбиту (НОО). Исследования РБК показали следующую экономическую картину по странам-производителям носителей:

российские – 6,3-8,9 тыс. долларов /1 кг;
американские (США) -12,5-18,8 тыс. долларов /1кг;
европейские (страны Евросоюза) -11,0-13,6 тыс. долларов /1 кг;
китайские – 8,1-10,8 тыс. долларов /1 кг.

Беспилотный космический аппарат «Dragon» от компании «Space X» доставил на МКС 2268 кг полезного груза. Ранее стоимость отправки 0,5 кг на функциональном «Шаттле» достигала 10 тыс. долларов.

Использование современной ракеты «Falcon 9» позволяет без проблем транспортировать 3300 кг.

бутылка воды (0,5 л) – 9100 -27000 тыс. долларов;
70 мышей для выполнения опытов -470 тыс. долларов;
шотландская волынка -162 тыс. у.е.;
классическая кофемашина – больше 1 млн. долларов;
оранжерея – 145 тыс. долларов;
костюм гориллы – 116 тыс. долларов. Так, например, в ютубе очень популярен ролик астронавта, который переоделся в костюм зверя и летал по космической станции;
1 шт. лимона – от 2-х до 5,9 тыс. долларов;
детеныш кальмара – до 5-и долларов. Нередко ученые в космосе проводят специальные опыты и исследования над различными организмами, чтобы установить их поведение в условиях гравитации.

Доставка груза на орбиту или цена космических операций

Здесь очень важно давать оценку земным работам инженеров, страхованию объекта и прочим организационным элементам. Рассмотрим рейтинг космических проектов по мере возрастания их стоимости:

«Electron». Затраты 1 ракеты составляют 4,9 млн. долларов. Запуск был произведен в мае 2017 года американской компанией «Rocket Lab»;
«Вега». Носитель одноразового использования, который проектировался «ESA» и «ASI». Цена проекта равнялась 5-и млн. $;
ракета «Восток». Разработка была способна доставить на орбиту 4,73 тонн груза. Объем финансирования составил 7,5 млн. у.е. С 1991 года устройство выведено и эксплуатации;
«Днепр». Стоимость запуска одноразового носителя достигал уровня в 10 млн.$. Ракета выводила на орбиту беспилотные спутники;
«Союз -2.1 в». Инвестиции в запуск «детища» советских инженеров составили 14,5 млн. долларов;
«PH PSLV» -это индийский летательный аппарат, который обошелся компании ISRO свыше 15 млн. у.е. Носитель 4-х ступенчатого типа мог поднять груз в 3,8 тонны;
«Зенит -2/3SL» -советско-украинская разработка, которая была спроектирована и собрана на Днепропетровском заводе. Основу топлива составлял кислород жидкого типа. Стоимость 1 одноразовой ракеты составляла 35-50 млн. $;
«Союз ФГ», «Союз 2.1.А», «Союз 2.1.Б», «Ангара 1,2» потребовали денежных вливаний в 40-50 млн. долларов. Низкая себестоимость доставки груза на низкую орбиту, при сравнительно больших объемах (до 8-и тонн), позволила использовать устройства длительный период времени;
«Антарес», «Falcon Heavy», «Атлас-5», «Ариан-5» и «Ангара-5» имели современное высокоточное оборудование, которое имело более высокую стоимость. Для сбора и запуска летательных аппаратов космическим компаниям потребовалось затратить 80-190 млн. долларов;
«Дельта -4» -один из рекордсменов по затратной части. Летательный аппарат в максимальной модификации обошелся американской компании свыше 400 млн. у.е. Разработка носителя ведется с 1989 года. Устройство способно выводить на орбиту 28,8 тонн груза;
легендарный «Спейс-Шатл». Многоразовая ракета обходится американцам в 0,5 млрд. долларов за 1 запуск. Разработка может поднимать в космос 29,5 тонн. После выполнения миссии корабль возвращается на Землю.

Использование крылатых ракет –дорогостоящее удовольствие для военных

«Кто же является лидером в мире по качеству производства сверхточного оружия?».

Сейчас наступило время эффективных: чтобы двигаться дальше, нужно снижать стоимость вывода космических грузов в разы, а точнее - в десятки раз. не закончилась, просто её правила стали сложнее: победа «любой ценой» теперь равносильна поражению.

Стоимость «космического килограмма», выведенного разными носителями, выглядит примерно так:

Самым дорогим носителем из всех, как это ни странно, оказались многоразовые Space Shuttle: после каждого полёта они нуждались в крайне дорогостоящем обслуживании и проверке. Первый полёт Шаттла совпал с двадцатилетием , а последний состоялся 8 июля 2011.

Следующий за ним по стоимости вывода носитель - Дельта-4 от компании Боинг. Её крайняя дороговизна компенсируется тем, что на сегодняшний день она выводит наибольшую полезную нагрузку среди всех эксплуатируемых ракет-носителей в мире. Американские военные любят тяжёлые спутники, поэтому кряхтят, но платят.

Средняя ценовая категория это японские, китайские, индийские, российские и американские ракеты. Среди них особенно примечательны Атлас-5 - американская ракета с российским двигателем РД-180 и Союз-2 - наша ракета, предназначенная для пилотируемых запусков.

P.S. Полтора года назад, после первой посадки Фалькона, будущее российского космоса стало очевидно печальным и я об этом уже . Увы, пока мне нечего к этому добавить - цифры говорят сами за себя.