На сегодняшний день для запусков прикладных КА востребованы РКН среднего и легкого класса.
РКН тяжелого класса используются для научных запусков, для вывода модулей орбитальных станций и для пакетных запусков ИСЗ на высокие орбиты.
Самая часто летающая на этот год ракета, "Фалькон 9" с возвращением первой ступени, является ракетой среднего класса по выводимой массе полезной нагрузки.
В дальнейшем, при развертывании многочисленных созвездий малых спутников на низких орбитах и росте срока их активной жизни потребность в малых РКН возрастет, так как выход спутников из строя из-за столкновения с микрометеоритами и радиации останется в обозримом будущем случайным событием, а замена вышедших из строя подобных спутников с массой порядка сотни килограмм запусками средних ракет явно не рациональна.
Какой же, по-моему мнению, должна быть подобная легкая РКН?
Во-первых, она будет иметь массу выводимой ПН на низкую опорную орбиту порядка тонны. Как я считаю, ракета меньшего класса на сегодня дешевле в запуске просто не будет из-за технических ограничений, когда ракета меньшей размерности станет дороже в запуске, поскольку для нее придется заниматься миниатюризацией используемых в ней систем - что сделает их дороже.
Во-вторых, ее система управления и большая часть двигательной установки должны быть возвращаемыми. Цена системы управления существенна даже в ракетах среднего класса: в ракете легкого класса одноразовая система управления сразу сделает цену за килограмм на орбите в разы выше, чем в среднем классе.
В третьих, наземная инфраструктура так же должна быть намного компактнее, без обширных полей падения.
Возможный облик системы.
Ускоритель первой ступени является одновременно аэродинамическим обтекателем и несущим каркасом для всей остальной ракеты, упакованной внутрь него.
Данный укоритель имеет высокую стартовую тяговооруженность, двигатель с относительно низким УИ и низковысотным соплом. Его задача - проработав буквально минуту вывести ракету из плотных слоев атмосферы и придать ей начальную вертикальную скорость. Так же данный ускоритель соберет на себя аэродинамические и гравитационные потери, обеспечит тепловой режим топлива следующих ступеней и защитит их от аэродинамического напора, примет на свою несущую конструкцию нагрузку от стартовых перегрузок с верхних ступеней. Еще одна задача ускорителя первой ступени - обеспечить запуск ускорителя второй ступени.
Горизонтальная скорость, набираемая на первой ступени разгона, невелика, и после завершения работы в составе ракеты сброшенный ускоритель должен будет вернуться к стартовому комплексу, планируя после входа в плотные слои атмосферы.
Ускоритель второй ступени должен быть максимально эффективным и одновременно максимально дешевым, поскольку сделать его многоразовым на сегодняшний день сложно. Его запуск должен будет обеспечить ускоритель первой ступени, а управление им - ускоритель третьей ступени. Конструктив этой ступени должен быть ближе к Разгонным Блокам, чем к классическим ступеням ракет-носителей. Двигатель с вакуумным соплом должен иметь максимальный доступный Удельный Импульс - и при этом быть так же достаточно дешевым. Что почти наверняка означает однорежимность этого двигателя, отсутствие возможности управлять его тягой и отсутствие системы управления вектором тяги.
Ускоритель третьей ступени мне представляется орбитальным ракетопланом, похожим на "Спираль".
Несущий корпус большой площади позволит быстрее затормозить в атмосфере, сократив общее количество полученного тепла - что позволит уменьшить теплозащиту. Двигательная установка, во многом подобная установкам Разгонных Блоков, должна будет обеспечить управление ракетой на этапе работы ускорителя второй ступени и разгон после его сброса, вывод на целевую орбиту с отделением Полезной Нагрузки, а после возвращение на Землю к стартовому комплексу. По возможности системы ускорителя третьей ступени должны использоваться для обеспечения работы ускорителя второй ступени - к примеру, система наддува баков нейтральным газом.
При выводимой массе порядка тонны потребные мощности двигателей рассматриваемой ракеты оказываются близки к мощностям ракеты "Союз-2.1в" при использовании на последней Разгонного Блока. За исключением ускорителя второй ступени - он должен быть примерно вдвое мощней, сравнимо с РД-0124МС, но при этом проще, без управления вектором тяги и дросселирования. При этом система управления, ускоритель первой и третьей ступени у рассматриваемой ракеты легкого класса многоразовые - что должно сделать цену вывода килограмма на орбиту данной ракетой сравнимой с ценой вывода существующих сегодня ракет среднего класса. Что позволит наконец-то уйти от практики пакетного запуска тонны полезной нагрузки на низкую орбиту с помощью среднего "Союза".