Для России дорога в дальний космос открыта уже сейчас

В продолжении статьи

Основной проблемой советской, а по наследству и российской космонавтики является постоянное перетяжеление полезной нагрузки. Всегда масса спутников, орбитальных станций, автоматических межпланетных станций выходила за рамки расчётов, что выливалось и выливается в бесконечную битву за оптимизацию каждого грамма. В ущерб программе полёта, разумеется. Дополнительно срываются сроки запуска, уходят "стартовые окна" и многие даже начатые проекты так и остаются прикованными к Земле.

Причин этого много, в первую очередь не отличающаяся компактностью и весом отечественная электроника. Есть ли способ не решить эту проблему, но хотя бы обойти её? Решение "в лоб" - создание сверхтяжёлой ракеты-носителя , как показывает исторический опыт СССР и РФ, сверхдорогое и постоянно уходящее в будущее решение. Есть ли что-то реальное? Есть и это переход на двухпусковую схему запуска тяжёлых автоматических межпланетных станций с одного космодрома:

1. Тяжёлая ракета Протон/Ангара-А5 выводят на НОО Земли космический буксир - полностью заправленный разгонный блок для межпланетных миссий, максимальной для данной РН грузоподъёмностью и стыковочным адаптером
2. Средняя ракета Союз-2 выводит на НОО Земли полезную нагрузку - тяжёлую АМС
3. На НОО Земли буксир стыкуется с АМС и они отправляются в путь к Луне или дальше

При этом используется то, что уже давно в наличии и отработано до мелочей:

1. Уже находящиеся в серии ракеты-носители
2. Компетенции Роскосмоса в стыковках на околоземной орбите

Вместо того чтобы создавать дорогую сверхтяжелую ракету «с нуля», предлагается использовать уже существующие носители в связке. Такой подход не требует строительства гигантских стартовых столов и новой инфраструктуры. Всё, что нужно, уже есть в наличии и на территории Российской Федерации. Пилотируемые запуски по такой схеме можно осуществлять только с Байконура.

Гибридный тандем: «Ангара-А5» плюс «Союз-2»

Ключевая идея двухпусковой схемы — разделить задачи между двумя ракетами-носителями. Это позволяет отправлять к Луне и далее аппараты, которые по отдельности ни одна из существующих ракет поднять не может.

Тяжеловесный буксир

Первым на орбиту стартует тяжёлая «Ангара-А5». Эта ракета, успешно стартовавшая с космодрома Восточный 11 апреля 2024 года, способна вывести на низкую околоземную орбиту до 24 тонн полезного груза. Под её «капотом» — кислородно-керосиновый буксир, задача которого — разогнать связку к Луне, а затем затормозить при подлёте к цели. Это «дальнобойщик», который берёт на себя всю черновую работу по межпланетному перелёту.

Ювелир финальной доставки

Вторым номером выступает проверенный «Союз-2.1а». Эта ракета-трудяга, знакомая по множеству пилотируемых и грузовых миссий к МКС, выводит на орбиту саму автоматическую станцию или космический аппарат. Её грузоподъёмности в 7,4 тонны достаточно, чтобы отправить к месту встречи массивный зонд.

Именно эта связка — «Ангара» с буксиром и «Союз» со станцией — позволяет доставить на низкую орбиту Луны полезную нагрузку массой около 7,3 тонны. Для сравнения: это сопоставимо с массой небольшого автобуса.

Где это может работать: два космодрома — две возможности

У России есть два космодрома, с которых можно реализовать эту схему, и у каждого — своя специализация.

Восточный: ворота в глубокий космос

Новый гражданский космодром — идеальное место для запусков по «лунной» программе. Здесь уже работают стартовые комплексы для обеих ракет:

• «Площадка 1С» для «Союза-2» действует с 2016 года.
• «Площадка 1А» для «Ангары» введена в эксплуатацию в 2024 году, и её возможности в будущем расширят.

Скорость вращения Земли на широте Восточного даёт дополнительный «пинок» при запуске на геостационарную орбиту, что делает его лучшей точкой старта для миссий к Луне и другим планетам

Плесецк: полярный специалист

Северный космодром, расположенный в Архангельской области, тоже оснащён стартовыми столами для «Союза» и «Ангары». Его главное преимущество — возможность запуска на высокоширотные и полярные орбиты. Для некоторых научных миссий, например, по изучению магнитного поля Земли или Солнца, это незаменимое качество.

Таким образом, у России есть два «трамплина» для прыжка к планетам Солнечной системы: Восточный — для дальних планет и Луны, Плесецк — для полярных и обзорных миссий.

Особый случай: почему пилотируемый облёт — это другая история

С автоматическими станциями всё понятно, но что насчёт полёта людей? Ранее была рассмотрена возможность облёта Луны на пилотируемом корабле «Союз». Однако здесь возникает техническое ограничение.

Все пилотируемые запуски в России сегодня осуществляются только с космодрома Байконур — только там расположены стартовые комплексы для «Союза» с системами аварийного спасения и подготовки экипажа. Но на Байконуре нет стартового стола для «Ангары». Это означает, что для пилотируемого облёта двухпусковая схема с участием «Ангары» невозможна. Пришлось бы возвращаться к проверенному тандему «Союз» + «Протон», где «Протон» выводит буксир, а «Союз» — корабль с экипажем.

Экономия на масштабе и серии: почему это выгодно

На первый взгляд, запуск двух ракет вместо одной кажется роскошью. Однако в масштабах космической программы это решение — образец прагматизма.

Инфраструктура уже есть

Создание новой сверхтяжёлой ракеты (подобной советскому Н-1 или американскому SLS) требует строительства уникального стартового комплекса, монтажно-испытательных корпусов и транспортных систем. Стоимость такого проекта — десятки миллиардов рублей и годы работы. Двухпусковая схема использует уже существующие, многократно проверенные стартовые столы и наземное оборудование

Компетенции стыковки отточены

Главное условие успеха — надёжная стыковка на орбите. Эту технологию в России освоили в совершенстве ещё во времена «Союза» и «Мира», а сегодня она ежедневно работает на МКС. Более того, для будущих лунных миссий разрабатываются новые, ещё более совершенные системы сближения, использующие ГЛОНАСС и лидары -4. То, что было «высшим пилотажем» 50 лет назад, сегодня стало рутинной, но от того не менее впечатляющей операцией.

Эффект конвейера

«Ангара» и «Союз» — ракеты серийные. Их производство отлажено, стоимость запуска известна и прогнозируема. В отличие от эксклюзивной сверхтяжёлой ракеты, каждый пуск которой — событие, «Ангара» и «Союз» могут летать часто и относительно недорого.

Двухпусковая схема «Ангара-А5» + «Союз-2» — это не вынужденное решение, а стратегический выбор. Он позволяет России, не дожидаясь появления сверхтяжёлого носителя, уже сегодня приступить к регулярным миссиям к Луне и другим планетам.

Запускаем буксир «Ангарой», стыкуем на орбите станцию, выведенную «Союзом», и отправляемся к цели. Просто, элегантно и, главное, — достижимо в обозримом будущем.

Расчёт двухпусковой схемы с РН «Ангара-А5» и кислородно-керосиновым буксиром для полёта к Луне

Постановка задачи

Рассматривается двухпусковая схема вывода полезной нагрузки на НОО Луны (100 км):

1. РН «Ангара-А5» выводит на низкую околоземную орбиту (НОО) кислородно-керосиновый буксир с полной заправкой топлива.
2. РН «Союз-2.1а» выводит на ту же НОО полезную нагрузку (конечный КА).
3. Стыковка на НОО Земли.
4. Перелёт связки с НОО Земли на НОО Луны (односторонний полёт с торможением у Луны).

В отличие от предыдущего расчёта с «Протоном-М», здесь буксир выводится более мощной ракетой «Ангара-А5», что позволяет увеличить массу топлива и, следовательно, массу конечной полезной нагрузки.

Исходные данные РН

Ракета-носитель «Ангара-А5» (выводит буксир на НОО)

• Грузоподъёмность на НОО (Плесецк/Восточный): 24,0–24,5 тонны -1-4-7
• Принимаем для расчёта: 24,0 т (консервативная оценка)
• Топливо ракеты: керосин + жидкий кислород (экологичное) -1-4

Буксир (кислородно-керосиновый, аналог ДМ-03 увеличенной размерности)

• Удельный импульс (Isp): 361 с ≈ 3540 м/с (двигатель РД-58МФ на синтине) -2
• Сухая масса буксира (m_dry): ≈ 3,5 т (типовое значение для блока ДМ-03) -2
• Масса топлива (m_fuel): переменная (ограничена грузоподъёмностью Ангары-А5)

Ракета «Союз-2.1а» (выводит ПН на НОО)

• Грузоподъёмность на НОО: 7,4 т [масса аналогична КК Союз-МС]

Орбитальные параметры

• НОО Земли: скорость ≈ 7,8 км/с
• НОО Луны (100 км): скорость ≈ 1,7 км/с
• Потребный ΔV для перелёта (с торможением у Луны): ≈ 3,95 км/с [из расчёта ранее]

Постановка задачи оптимизации

Главное отличие от схемы с «Протоном»: масса буксира не фиксирована. Ангара-А5 может вывести до 24 т, и мы сами решаем, какую часть этой массы отвести под топливо, а какую — под сухую конструкцию.

Однако масса сухой конструкции буксира не является постоянной — она зависит от объёма топливных баков. Для расчёта воспользуемся статистическими данными по отечественным кислородно-керосиновым разгонным блокам

сравнение

При увеличении размеров блока сухая масса растёт медленнее массы топлива (коэффициент ~0,1–0,17). Для нашего расчёта примем консервативное значение:

k=mfue/​mdry​​≈0,14

То есть масса сухого буксира составляет 14% от массы его топлива.

Уравнение баланса масс

Шаг 1. Запуск Ангары-А5

Ангара-А5 выводит на НОО буксир полной массой 24,0 т:

mбукс,старт​=mdry​+mfuel​=24,0 т

С учётом коэффициента k=0,14:

mfuel​+0,14⋅mfuel​=24,0

1,14⋅mfuel​=24,0

mfuel​=24,0/1,14​≈21,05 т

mdry​=24,0−21,05≈2,95 т

Промежуточный вывод: Ангара-А5 выводит на НОО Земли буксир с 21,05 т топлива и сухой массой 2,95 т.

Шаг 2. Запуск Союза-2.1а

Союз выводит полезную нагрузку массой mПН​ (неизвестная).

Шаг 3. Стыковка на НОО Земли

Стартовая масса связки перед перелётом:

M0​=mdry​+mfuel​+mПН​=2,95+21,05+mПН​=24,0+mПН​ т

Шаг 4. Перелёт на НОО Луны

Конечная масса связки после выработки топлива (на НОО Луны):

M1​=mdry​+mПН​=2,95+mПН​ т

Формула Циолковского:

ΔV=Isp​⋅ln(M1​M0​​)

3950=3540⋅ln(2,95+mПН​24,0+mПН​​)

Решение уравнения

3950​=1,1158≈ln((24,0+mПН​​)/(2,95+mПН​))

(​24,0+mПН)/(2,95+mПН) ​​=e1,1158≈3,052

24,0+mПН​=3,052⋅(2,95+mПН​)

24,0+mПН​=9,003+3,052⋅mПН​

24,0−9,003=3,052⋅mПН​−mПН​

14,997=2,052⋅mПН​

mПН​=14,997/2,052​≈7,31 т вес ПН на НОО Луны

Сводные данные по связке РН Ангара-А5 и Союз-2.1

Параметр Значение

• Масса топлива буксира 21,05 т
• Сухая масса буксира 2,95 т
• Полная масса буксира на НОО Земли 24,0 т (лимит Ангары-А5)
• Масса ПН на НОО Луны ≈7,31 т
• Проверка лимита Союза-2.1а (7,4 т) ✓ 7,31 < 7,4 — допустимо

Сравнение с вариантом на Протоне-М

Параметр Протон-М + ДМ-03 Ангара-А5 + буксир Изменение

Топливо буксира, т 18,7 21,05 +12,6%

Сухая масса буксира, т 3,35 2,95 -11,9%

Масса ПН на НОО Луны, т 5,76 7,31 +27%

Запас по Союзу (7,4 т лимит)1,64 т 0,09 т —

Ключевые выводы по сравнению:

1. Замена Протона на Ангару-А5 позволяет увеличить массу полезной нагрузки на НОО Луны на 27% (с 5,76 до 7,31 т).
2. Это достигается за счёт:
   большего полезного груза Ангары (24 т против ~23 т у Протона);
   возможности оптимизировать буксир под конкретную задачу (более высокое отношение топливо/сухая масса).
3. Лимитирующим фактором становится грузоподъёмность Союза-2.1а (7,4 т) — расчётное значение 7,31 т почти достигает этого предела.
4. Для практической реализации потребуется:
   создание буксира с топливными баками на ~21 т (больше, чем у ДМ-03);
   стыковка на орбите двух аппаратов суммарной массой ~31,3 т.

Техническое заключение

По двухпусковой схеме с РН «Ангара-А5» (кислородно-керосиновый буксир) и РН «Союз-2.1а» максимальная масса полезной нагрузки, выводимой на НОО Луны, составляет ≈7,3 тонны.

Это на 27% больше, чем при использовании «Протона-М» с ДМ-03, и практически достигает предела грузоподъёмности Союза. Для увеличения массы ПН далее потребуется замена Союза на более мощный носитель или переход на однопусковую схему с Ангарой-А5М/А5В.

Оценка возможностей двухпусковой схемы «Ангара-А5 + Союз-2.1а» для вывода АМС к Венере и Марсу

Рассматривается двухпусковая схема, аналогичная выводу на НОО Луны:

1. РН «Ангара-А5» выводит на низкую околоземную орбиту (НОО) кислородно-керосиновый буксир (на базе ДМ-03/Орион) с полной заправкой топлива.
2. РН «Союз-2.1а» выводит на ту же НОО полезную нагрузку (АМС к Венере или Марсу).
3. Стыковка на НОО Земли.
4. Перелёт связки к Венере или Марсу — разгон до гиперболической скорости убегания.

В отличие от полёта к Луне, здесь не требуется торможение у цели — АМС после отделения от буксира продолжает полёт к планете, а буксир либо уходит в межпланетное пространство, либо выполняет пролётную миссию. Это существенно снижает требования к топливному бюджету.

Исходные данные для расчёта

• Параметр Ангара-А5 Союз-2.1а
• Грузоподъёмность на НОО 24,0 т 7,4 т
• Топливо Керосин + LOX —

Буксир (кислородно-керосиновый, на базе ДМ-03/Орион)

Параметр Значение Примечание

• Сухая масса (m_dry) ~3,5 т Оценка на основе ДМ-03
• Масса топлива (m_fuel) 18,7–21,05 т Зависит от версии
• Удельный импульс (Isp) 361 с ≈ 3540 м/с Двигатель РД-58МФ
• Полная масса на НОО 24,0 т Лимит Ангары-А5

Разгонный блок ДМ-03 официально предназначен для выведения космических аппаратов на высокоэнергетические орбиты, включая отлетные траектории к Луне и планетам Солнечной системы.

Потребный характеристический импульс (ΔV)

Этап ΔV (км/с) Примечание

• Разгон с НОО до C₃=0 (параболическая скорость) ~3,22 км/с Скорость
  убегания с
  НОО
• Дополнительный импульс для перелёта к Венере (TVI)~0,35–0,40 км/с
  Зависит
  от окна
  запуска
• Дополнительный импульс для перелёта к Марсу (TMI)~0,55–0,65 км/с
  Зависит
  от окна
  запуска
• Итого для Венеры ~3,60 км/с
  Итого для Марса ~3,80 км/с

Сводная таблица результатов

Параметр Венера Марс НОО Луны (для сравнения)

• Потребный ΔV, км/с 3,60 3,80 3,95
• Максимальная масса ПН, т ~8,1 т ~7,15 т ~7,3 т
• Проверка лимита Союза (7,4 т) превышает ✓ допустимо ✓ допустимо

Важное ограничение: грузоподъёмность «Союза-2.1а»

Расчёт показывает, что для полёта к Венере масса полезной нагрузки составляет 8,1 тонны, что превышает грузоподъёмность РН «Союз-2.1а» (7,4 т на НОО). Это означает, что при текущих возможностях «Союза» миссия к Венере в данной двухпусковой схеме невозможна — полезную нагрузку просто нечем вывести на орбиту для стыковки с буксиром.

Для Марса ситуация лучше: 7,15 т укладывается в лимит «Союза» с небольшим запасом (~0,25 т).

Возможные решения для Венеры:

1. Использование более мощного носителя для вывода ПН (например, второй «Ангары-А5» или «Протона-М»), что превращает схему в трёхпусковую.
2. Снижение массы АМС за счёт упрощения научной аппаратуры.
3. Использование гравитационного манёвра у Венеры — позволяет снизить требования к ΔV при старте.

Реалистичные сценарии миссий

К Марсу (7,15 т)

Масса 7,15 тонн — это очень значительный полезный груз для марсианской миссии. Для сравнения:

• Советские АМС «Марс-3» (посадочный модуль + орбитальный аппарат) весила ~4,6 т.
• Российская миссия «Фобос-Грунт» (с возвращаемой ракетой) весила ~13,5 т, но запускалась на «Зените».
• Европейский «ExoMars TGO» (орбитальный аппарат) весил ~4,3 т.

Таким образом, 7,15 т позволяет запустить:

• Тяжёлый орбитальный аппарат с мощным научным комплексом.
• Посадочный модуль среднего класса.
• Комбинированную миссию (орбитальный + малый посадочный).

К Венере (проблема 8,1 т)

При массе 8,1 т (при расчёте) миссия к Венере требует либо:

• Увеличения грузоподъёмности носителя для ПН (переход на «Ангару-1.2» или вторую «Ангару-А5»).
• Применения более эффективной траектории с гравитационным манёвром, снижающим ΔV до ~3,45 км/с, что уменьшит расчётную массу ПН.
• Снижение веса АМС для укладывания в лимит грузоподъёмности РН "Союз"

Оценка стоимости двухпусковой схемы «Ангара-А5 + Союз-2.1а» для вывода на НОО Луны

Сводная таблица стоимости (без учёта полезной нагрузки)

Статья расходов - Оценка стоимости (USD) - Примечание

1. Пуск РН «Ангара-А5» - $100 млн Стоимость пуска тяжелой ракеты на коммерческом рынке. - Включает выведение буксира на НОО.
2. Пуск РН «Союз-2.1а» - $17,5 млн - Стоимость пуска по данным Next Spaceflight .
3. Изготовление буксира (кислород/керосин) - $15–25 млн - Оценка стоимости разгонного блока класса ДМ-03 с увеличенными баками (~21 т топлива)
4. Стыковка и подготовка на орбите - $10–15 млн - Включает управление полётом, контроль сближения и стыковки, наземную инфраструктуру
5. Страхование пусков - $12–18 млн - Обычно 10–15% от стоимости пусков для коммерческих миссий
6. Прочие расходы - $5–10 млн - Транспортировка, заправка, амортизация оборудования
7. Итого (приблизительно) - ~$160–185 млн - ~15–17 млрд рублей (по курсу ~90 руб./USD)

Детальная разбивка по статьям

1. Пуск «Ангара-А5» — $100 млн

Это базовая стоимость пуска тяжёлой ракеты, подтверждённая несколькими источниками. Специализированный ресурс Next Spaceflight указывает стоимость $100 млн. Wikipedia также приводит эту цифру (по состоянию на 2021 год). Эксперты в российских СМИ подтверждают, что запуск «Ангары-А5» стоит около $100 млн, что примерно в два раза дешевле аналогичных запусков в США и Европе.

Важное уточнение: На форумах сообщества «Новости космонавтики» высказываются сомнения, что реальная достигнутая грузоподъёмность «Ангары-А5» ниже заявленных 24,5 тонн на НОО. Это может потребовать дополнительной доводки ракеты, но на стоимости пуска для государственного заказчика это отразится незначительно.

2. Пуск «Союз-2.1а» — $17,5 млн

Стоимость пуска «Союза-2.1а» хорошо документирована. По данным Next Spaceflight, она составляет $17,42 млн. В эту цену входит выведение полезной нагрузки массой до 7,5 тонн на низкую околоземную орбиту. Это одна из самых доступных ракет-носителей в мире на рынке пусковых услуг, что и делает её привлекательной для второй части двухпусковой схемы.

3. Изготовление кислородно-керосинового буксира — $15–25 млн

Эта статья — оценочная. В предыдущих расчётах показано, что для вывода ~7,3 тонны полезной нагрузки на НОО Луны требуется буксир с запасом топлива ~21 тонна (сухая масса ~3 тонны). Это модифицированная версия серийного разгонного блока ДМ-03 (у которого 18,7 т топлива). Стоимость серийного ДМ-03 оценивается в $15–20 млн. Увеличение баков и доработки под двухпусковую схему могут добавить ещё $5–10 млн. В итоговую смету закладываем среднее значение $20 млн.

4. Стыковка и управление полётом — $10–15 млн

Это комплексная статья, включающая:

• Работу Центра управления полётами (ЦУП) на этапе сближения и стыковки.
• Наземную инфраструктуру на космодромах Восточный или Плесецк.
• Контроль перелёта связки к Луне и выхода на орбиту.
• Телеметрию и связь.

Учитывая, что аналогичные операции с МКС выполняются регулярно, стоимость можно оценить в $10–15 млн за миссию.

5. Страхование — $12–18 млн

Для космических запусков страхование составляет обычно 10–15% от стоимости пусков и наземной подготовки. При базовой стоимости пусков $117,5 млн ($100 + $17,5) и дополнительных расходах, страхование может составить $12–18 млн. Точный процент зависит от страховой истории носителей (у «Союза» и «Ангары» она хорошая) и сложности миссии.

Ключевые выводы

1. Двухпусковая схема на базе «Ангары-А5» и «Союза-2.1а» оценивается в $160–185 млн (без учёта стоимости самой автоматической станции). Это включает два пуска, изготовление буксира, управление миссией и страхование.
2. Переход с «Протона» на «Ангару» увеличивает стоимость пуска буксира на ~$35 млн, но позволяет доставить на НОО Луны на 1,5 тонны больше полезной нагрузки (7,3 т вместо 5,8 т). Удельная стоимость доставки килограмма груза снижается с $26–28 тыс. до $22–25 тыс. Двухпусковые запуски с Протоном возможны ТОЛЬКО с Байконура.
3. Ключевое преимущество двухпусковой схемы — отсутствие необходимости разрабатывать сверхтяжёлую ракету-носитель. Стоимость создания такой ракеты оценивается в миллиарды долларов и годы разработки. Использование существующих носителей и отлаженной технологии стыковки на орбите позволяет начать лунные миссии значительно быстрее и с меньшими капитальными затратами.
4. Практический вывод: Для запуска тяжёлых автоматических станций к Луне (например, посадочных аппаратов, орбитальных модулей) двухпусковая схема «Ангара-А5 + Союз-2.1а» является оптимальным соотношением «цена — масса — сроки реализации» при текущем состоянии российской космической инфраструктуры.