Московский Авиационный Институт (Государственный

Московский Авиационный Институт
(Государственный технический университет «МАИ»)
Зарубин Д.С.
студент группы 06-527
Независимая оценка перспектив проекта строительства
космодрома «Восточный».
Введение. Цель работы.
В настоящее время наиболее актуальны следующие проблемы российского космоса:
- невозможность реализации проектов по освоению дальнего космоса, в связи с
отсутствием подходящего полигона на территории РФ, функционирующего
совместно с развитой, в необходимой степени, инфраструктурой страны.
- разрушение кооперации между предприятиями, начавшееся в 90-х годах прошлого
века.
- падение уровня образования и взаимной заинтересованности выпускников и
предприятий космической отрасли промышленности.
Для сохранения ведущих позиций в сфере освоения Космоса, необходимо решать
все три вопроса в комплексе. Имеено поэтому я считаю строительство космодрома
«Восточный» - одним из ключевых пунктов космической программы.
На текущем этапе мы имеем возможность использовать полигоны:
- космодром Байконур (служит для осуществления пилотируемых запусков,
выведения КА на ГСО, вывода на орбиту автоматических межпланетных
станций).
- космодром Плесецк (осуществляет запуски космических аппаратов военного,
народнохозяйственного и научного назначения, а также по программе
международного сотрудничества).
- космодром Капустин Яр, имеющий статус Государственного ракетного
полигона, в настоящий момент располагает одним стационарным стартовым
комплексом для РН Космос-3М и обеспечивает запуски космических объектов
в интересах Ракетных войск РФ и войск ПВО.
Именно вследствие того, что Байконур является собственностью
Казахстана, и заключено соглашение об аренде данного объекта до 2050 года,
возник вопрос о создании полигона с теми же функциями и возможностями на
территории России.
1. Технико-экономические аспекты строительства космодрома
«Восточный»
Строительство нового космодрома - это серьёзная задача, связанная с
огромными затратами, организацией кооперации между ведомствами,
отраслями и предприятиями.
В текущий момент времени страна находится в достаточно сложной
экономической ситуации. Во-первых, мировой экономический кризис по словам
руководства страны только набирает обороты, во вторых, уже ведётся работа по
реализации ряда достаточно крупных проектов:
- подготовка к Олимпиаде 2014 в Сочи
- реализация приоритетных национальных проектов
- ежегодные программы, таких как, «Год семьи», «Год молодёжи» и т.д.
С учётом указанных факторов, создание нового космодрома - это в двойне
тяжёлая задача.
По мнению многих достаточно авторитетных специалистов в космической
отрасли, серьёзное рассмотрение вопроса о строительстве «Восточного»
начнётся в 2010-2014 годах, что будет связано с усилением роли РФ на мировой
арене после проведения Олимпиады 2014 и конечно с тем, что для космической
промышленности существует необходимость создавать задел на будущее.
Вторым моментом, определяющим такую «отсрочку» строительства
является вопрос финансирования отрасли. По словам руководителя
Федерального Космического Агентства (Роскосмос) Перминова А.Н.,
космическая отрасль в данный момент является одной из немногих
финансируемых в необходимом объёме. Государственная поддержка, запуски
КА по международной программе, космический туризм - всё это даёт приток
денежных средств в отрасль и способствует возрождению многих ведущих
предприятий после глубокого кризиса 90-х годов. Соответственно будет легче
создать эффективную кооперацию между предприятиями.
С экономической точки зрения так же очевидна и другая выгода:
подготовка квалифицированных специалистов в области эксплуатации РКС,
создания КСНО, ракетостроения и др. Впервые со времени создания РКС
«Энергия-Буран» появиться работа по созданию новых объектов, унификации
различных элементов, отработки новых РН. Всё это станет фундаментом,
который обеспечит дальнейшее применение космической техники в целях
экономики РФ, позволит избежать «воздушной ямы» из отсутствия
специалистов, изучивших все вопросы не только в теории.
Определено примерное расположение будущего полигона. Город
Углегорск имеет положение соответствующее 52° северной широты. Проведём
приближённое сравнение приращения скорости, получаемого РН за счёт
вращения Земли.
Из формулы связи линейной и угловой скорости, а так же зная константу
скорости на экваторе (0,465 км/с), получаем значения приращений скорости, для
каждого из полигонов.
Космодром
Широта
Приращение
скорости
Байконур
46° С.ш.
0,221 км/с
Плесецк
63° с.ш.
0,095 км/с
Восточный
52° с.ш.
0,176 км/с
рис.1
Точки на графике (рис.1) соответствуют стартам (слева-направо): с экватора, с
к-ма «Байконур», с к-ма «Восточный», с к-ма «Плесецк». Очевидно, что
будущий космодром почти совпадает с Байконуром по энергетическим
характеристикам. Для примера, можно сказать, что при запуске на ГСО КА при
помощи РН «Ангара А-5» с космодрома «Восточный» экономия топлива за
счёт вращения Земли составит по самым грубым расчётам не менее 15 тонн,
при уточнении расчёта цифра только увеличится.
2. Технико-политические аспекты строительства космодрома
«Восточный»
Последние 8 лет Россия активно участвует в решении ряда политических
проблем, всё успешнее отстаивает свою позицию по многим вопросам. В связи с
этим Космос привлёк дополнительное внимание руководства страны. Космос -это
сфера деятельности, очень много говорящая о статусе государства.
Мы добились многого, начиная с 1957 года! Первый ИСЗ, первый человек в
космосе - всё это стало серьёзным заделом. Но пора решать новые задачи,
организовывать межгосударственную кооперацию в целях освоения космоса,
участвовать в амбициозных проектах. И конечно, говоря о развитии космической
отрасли, нужно учитывать имеющуюся инфраструктуру. Основным космическим
портом нашей страны является «Байконур». И он является собственностью
другого государства. Этот фактор существенно сужает возможности нашей
космической программы. Мы ограниченны сроками аренды. Мы не можем
позволить себе исследовать проекты боле длительные, чем 15-25 лет, в силу
отсутствия космодрома с такими же возможностями на территории РФ.
С этой точки зрения новый космодром предоставит возможность притворять в
жизнь проекты, не задумываясь: сможем или нет использовать имеющуюся
инфраструктуру завтра.
Второе, на что я хочу обратить внимание в этом разделе - геополитическая
сторона вопроса. Достаточно широко обсуждается сейчас вопрос об «экспансии
Китая». В настоящий момент в областях, прилегающих к границе РФ на востоке
страны чрезвычайно мала плотность населения (2,4 чел/ км2). Это связано, прежде
всего, с удалённостью от центра страны и с достаточно низким «качеством
жизни», в силу неразвитости инфраструктуры. Создание крупного объекта
внесёт достаточно весомый вклад в решение обозначенных проблем. Помимо
стартовых комплексов, космодром всегда является градообразующим
предприятием (Ленинск - тому подтверждение). Увеличится плотность
населения, улучшаться жизненные условия, в случае создания филиала МАИ в
близости к космодрому - появится возможность получения высшего образования
с последующим гарантированным трудоустройством выпускников. Всё это
значительно укрепит присутствие и влияние России в восточном регионе.
3. Этапы создания полигона. Разработка Генерального плана.
Уже сейчас можно выделить несколько этапов развития проекта:
а) 2008-2010 годы - проведение конструкторских и проектно-изыскательских
работ
б) 2011-2015 года - строительство и ввод в эксплуатацию объектов первой
очереди космодрома, обеспечивающих подготовку и запуск КА научного,
социально-экономического, двойного и коммерческого назначения
в) 2016-2018 годы - строительство и ввод в эксплуатацию объектов второй
очереди, обеспечивающих подготовку и запуск пилотируемых космических
кораблей
г) дальнейшее развитие космодрома, обеспечивающее реализацию различных
программ, например, по освоению лунной поверхности, Марса и т.д.
Планируемые характеристики космодрома:
Площадь космодрома - 750 квадратных километров
Количество объектов - 46
Численность обслуживающего персонала - 15 тысяч человек
В случае положительного решения правительства РФ по проекту строительства
космодрома, первым серьёзным вопросом станет разработка Генерального
плана. При создании этого документа необходимо будет учитывать:
- современные требования по надёжности и защищённости объектов наземной
инфраструктуры
- классы, планируемых для использования, РН (массо-габаритные
характеристики)
- современные требования к типу компонентов топлива и условиям их хранения
- возможности по унификации различных элементов (например СП, МИКов)
- имеющиеся наработки по сокращению процесса подготовки на ТП (например,
инновации, применённые для РН «Ангара»)
- очерёдность строительства полигона
- экологические требования
- безопасность эксплуатации КСНО
- требования к длительности функционирования и универсальности стартовых
комплексов
Для примера рассмотрим вопрос о надёжности всего комплекса.
Безусловно, выбор схемы расположения элементов полигона должен
обеспечивать рациональное соотношение следующих параметров:
- удалённость объектов друг от друга
- стоимость строительства объектов
- защищённость объектов
Достаточно оперативно мы можем получить приближённое решение данной
задачи благодаря имеющимся наработкам.
1. Существует статистика, определяющая примерную зависимость стоимости
комплекса объектов наземной инфраструктуры от массо-габаритных
характеристик РН.
2. Существует метод оценки избыточного давления во фронте ударной волны
при известном расстоянии от эпицентра взрыва (формула М.А. Садовского).
По результатам исследования по этому методу возможно определить
безопасное расстояние от эпицентра, на котором должен находиться элемент
КСНО
3. Известны примерные значения допустимого избыточного давления для
различных элементов КСНО. Например:
Элемент КСНО
АРф, Мпа
Защищенный КП
0,5-1
Закрытое хранилище КРТ
0,2
Открытое хранилище КРТ
0,01
Башни обслуживания
0,03
МИК ЛА и МИК КО
0,002
Жилые здания
0,005-0,01
ЛА
0,001-0,003
Открытый КП
0,01
В качестве примера расчёта рассмотрим вариант оптимального удаления
объектов КСНО от СП РН «Ангара - А5».
Выбор РН для примера расчёта обусловлен следующим:
- удовлетворяет требованиям по экологичности компонентов топлив
(кислород + керосин)
- разрабатываемый носитель является наиболее перспективным проектом на
сегодняшний день
- в процесс подготовки к пуску введено множество принципиально новых
методов.
- «Ангара» - это семейство РН, использующих унифицированные ракетные
модули, что впервые введено в отечественные проекты.
Расчёт:
Известно, что Мстарт= 773 т.
а) оптимальное расстояние между ПУ и хранилищем компонентов топлива:
Lopt = 5,91F(-^)°'6*M0'7
М - стартовая масса ЛА (кг)
F - функция, зависящая от компонентов топлива. В нашем случае (кислород +
керосин):
Ркислород=2,1
Ркеросин= 1,506
Таким образом:
Lopt кислорода 122 м
Гр?керосин= 100 м
б) безопасное расстояние отвода башни обслуживания от ПУ:
L = 57,85^/M^
L= 5309 м
в) безопасное расстояние от ПУ до МИК:
L = 160,8 ljM~Q
L= 14757 м
г) Безопасное расстояние от ПУ до жилого городка:
L = 310,9^/м^
L= 28533 м.
В процессе проектирования полученные цифры будут скорректированы по
оптимальному соотношению «расстояние-защищённость».
Рис. 2. Примерный план космодрома «Восточный»
(вариант с сайта www.roskosmos.ru)
Заключение.
Подводя итог проведённого исследования, можно заявить о следующем:
1. Проект строительства космодрома «Восточный» - полностью оправдан как с
экономической, так и с политической точки зрения. Из имеющихся на
сегодняшний день проектов, исследуемый - в наиболее полном объёме
решает наиболее актуальные проблемы космической промышленности. Такая
комплексность в настоящее время является одним из важнейших критериев
оценки перспективности, в силу рыночного устройства нашей экономики и
весьма ограниченных финансовых вложений.
2. Имеющийся опыт работ по созданию космодромов, КА, РН – безусловно,
позволяет рассчитывать на успех проекта. Космическая промышленность РФ
обладает бесценным комплексом знаний, начиная от элементарных формул
расчёта проектных параметров и заканчивая специалистами, знающими и
умеющими достаточно для проекта любой амбициозности. Создание
космодрома и совместная работа опытного персонала с молодыми
специалистами позволит обеспечить передачу знаний и продолжение славной
традиции побед космической промышленности России.
Список использованной литературы:
1. «Эксплуатация стартовых комплексов ракетно-космических систем»
авторы: Родченко В.В., Перминов А.Н., Золотов А.А., Галеев А.Г.
изд. «МАИ-ПРИНТ», 2008 год;
2. Сайт Федерального космического агенства www.roscosmos.ru
3. Лекции по курсу «Проектирование РКС»
4. Лекции по курсу «Технология производства и испытаний КА»
5. Лекции по курсу «Организация и обеспечение полёта»