Парагон и Хибрис (Paragon и Hybris)
ВНХ-Энерго, осуществляя разработки в области ракетных двигателей, некоторое время назад занялась проработкой сверхлёгкой ракеты-носителя (СЛРН), которая будет способна вывести полезную нагрузку (ПН) массой до 250 кг на орбиту высотой 500 км, при стоимости пуска не более 3 млн $. Кроме низкой стоимости запуска, важным преимуществом такой СЛРН будет возможность оперативного запуска полезной нагрузки в космос со временем ожидания, с момента получения заказа, не более 1 недели, сегодня время ожидания составляет от нескольких месяцев до нескольких лет, поскольку космические аппараты массой до 250 кг, как правило, запускаются попутно с большими ПН на ракетах среднего класса. Дополнительным преимуществом СЛРН будет её способность вывести ПН на орбиту с точно заданными параметрами, а не на орбиту основной полезной нагрузки, как это происходит, если ПН запускается в качестве попутной. При оборудовании СЛРН небольшой ступенью довыведения с электроракетными двигателями, её полезная нагрузка может быть переведена с 500 км парковой орбиты на орбиту большей высоты, которая является оптимальной для данной ПН.
ООО «ВНХ-Энерго» разработала два концепта СЛРН: Парагон и Хибрис (Paragon и Hybris). Актуальность разработки сверхлегких ракет-носителей не вызывает сомнений, поскольку ближайшее время на орбите должно находится большое количество спутников. В то время, как SpaceX планирует вывести на орбиту около 40 тысяч космических аппаратов массой порядка 200 кг, у нас есть проект «Сфера» Роскосмоса порядка 600 космических аппаратов, также есть проект от Airbus, есть проект от Amazon (более 3200 спутниковых аппаратов), а также есть информация, что Facebook планирует создать свою систему спутникового интернета, это не говоря о том, что некоторые страны, как Китай, имеют свои амбиции в космосе.
Нами проработан облик электрической ракеты, концепция которой заключается в том, что мы отказываемся от таких критических систем как турбонасосный агрегат, газогенератор, так как это очень трудоемкие как в изготовлении, так и при разработке, при создании и при отработке конструктивные элементы. У нас только зарождается частная космонавтика и нам очень важно, чтобы проект прошел без каких-либо существенных рисков для разработчиков, поэтому мы убираем эти технические риски, которые на протяжении все своей истории демонстрировали не то, чтобы «капризность», но было очень много аварийных ситуаций. Поэтому применение таких элементов как электронасосный агрегат, позволяет снизить эти риски.
Общая схема ракетоносителя представляет собой следующее: она заключается в том, что на первой и второй ступени у нас используется один универсальный двигатель, компоненты – метан, кислород, достаточно экологичный вид топлива, характеризуется большим удельным импульсом.
Сама концепция ракеты получила вариантность. Первый вариант называется Парагон (Paragon), основные его особенности – использование классического электронасосного агрегата, по аналогии с СЛРН «Электрон», используется шестнадцать литиевых установок по 1,2 тонны/силы. Почему именно такая размерность и такая тяга, так как 1,2 тонны проще отработать в наших условиях, на имеющейся стендовой базе, чем большей размерности. Электронасосный агрегат включает в себя электрические насосы, электрический привод и электродвигателей, и современные литий-полимерные батареи. Также, мы в качестве двигателя планируем использовать разработки БГТУ «ВОЕНМЕХ», где прорабатывается двигатель ан метане с кислородом, тягой примерно около 1 тонны, у нас есть задел в этом направлении. На второй ступени также будут использоваться электронасосные агрегаты, будет вакуумный вариант с увеличенным соплом, тягой также порядка 2 тонны. Цена ожидается от 3,3 -5 млн. долларов. Вес 13,5 тонн.
Развитием концепции Paragon является ракета варианта Hybris, вместо батарей планируется использовать разрабатываемый в БГТУ «ВОЕНМЕХ» и проходящий сейчас испытания турбогенератор. Применение турбогенераторов позволяет существенно снизить массу, массу электрического блока ракетоносителя. Уменьшая массу, мы уменьшаем стоимость разработки ракетоносителя. Применяется тот же двигатель метан-кислород, примерно той же тяги в 1,2 тонны/силы на первой ступени. Но из-за применения турбогенератора, получается уменьшить массу СЛРН до 11,5 тонн. Очень важная особенность то, что мы заменяем критически сложные в разработке турбину, турбонасосный агрегат и газогенератор, которые могут представлять некоторый риск, как технический, так и организационный, политический, на достаточно надежную электрическую систему, состоящую из турбогенераторов. Еще интересная особенность проекта Hybris заключается в использовании щелевых сопел, такая конструкция позволяет реализовать различные режимы – как на уровне моря, так и высотный режим. То есть для двигателя первой ступени характерно уменьшение удельного импульса, чем у двигателя второй ступени, то в щелевых соплах можно уменьшить потери, которые характерны для двигателей первых ступеней РН и выигрыш по тяги может составить по удельному импульсу 10-15%, это также уменьшает массу, стоимость разработки и стоимость для заказчика. Цена для заказчика 3-4,4 млн. долларов. Расчет стоимости запуска, выводя 1 кг полезной нагрузки выполнялся по методике SOLSTICE). Кроме запуска проекта «Сфера», есть еще ряд научных миссий, в которых можно участвовать: миссии Луны, миссия на Венеру, также к астероидам. Такие варианты уже публиковались для «Электрона», а поскольку у нас грузоподъёмность планируется больше, чем у «Электрона», то это будет большим плюсом для отрасли в целом.
Проект представлен на конкурс инженерных записок, проводимый АНО «Аналитический центр «АЭРОНЕТ» и сделан доклад на круглом столе «Концепции ракетоносителя сверхлегкого класса (РН СЛК) и разгонного блока. Конкурс Аэронет» научно-практической конференции Аэронет 26-27 ноября 2020г.