Использование ядерных энергетических установок (ЯЭУ) с реактором деления накладывает определенные требования к структуре и компоновочной схеме транспортного средства, основным из которых является требование обеспечения радиационной защиты не только транспортируемого полезного груза (ПГ), но и оборудования ЯЭУ, электроракетной двигательной установки (ЭРДУ), приборного отсека с радиационно-чувствительной аппаратурой управления, при необходимости обеспечения минимальной массы транспортного аппарата. Одновременное выполнение этих требований достигается за счет так называемой лучевой компоновки транспортного аппарата с теневой радиационной защитой от излучений реактора и отведения ЭРДУ с приборным отсеком и полезного груза от реактора. Однако при выведении с Земли транспортный аппарат с ПГ должен быть размещен под обтекателем ракеты-носителя (РН), внутренний объем которого ограничен, поэтому компоновка должна быть максимально компактной. Построение рабочей компоновки возможно лишь после выведения в космос. Отведение ЭРДУ и ПГ в заданное положение осуществляется до включения реактора на стартовой или рабочей орбите, которая по современным международным требованиям должна быть радиационно-безопасной, например, высотой не менее 800 км.

На рис.1 приведен общий вид ММБ [7].

Рис. 1. Общий вид многоразового межорбитального буксира.

ММБ состоит из двух модулей – энергетического 1 и грузового 2. Энергетический модуль 1 включает в себя ЯЭУ 3, трансформируемую ферменную конструкцию 4 системы отведения ЯЭУ от приборного отсека 4, приборный отсек 5, в котором размещен ряд служебных систем ММБ, и стыковочный агрегат 6 для стыковки с грузовым модулем 2.

Грузовой модуль 2 включает в себя агрегатный отсек ЭРДУ 7 с установленными на нем штангами с секциями электроракетных двигателей 8, стыковочными агрегатами 9 для стыковки с энергетическим модулем 1 и стыковочным агрегатом 10 для стыковки с транспортным контейнером полезного груза 11, также оснащенным стыковочным агрегатом 12 обеспечивающим стыковку с агрегатным отсеком ЭРДУ 7 и последующую расстыковку.

В качестве устройства для отведения ЯЭУ от ЭРДУ на требуемое расстояние рассматривается пространственная трансформируемая ферменная конструкция [8, с.115], один из вариантов такой конструкции в составе ММБ предложен в патенте [7].

Базовым элементом ферменной конструкции является секция в форме параллелепипеда с квадратным основанием. Ферменная конструкция и ее базовая секция изображены на рис. 2.

Рис. 2. Секция фермы системы отведения ЯЭУ:

1 – основание; 2 – боковая панель; 3 – диагональ; 4 – шарниры.

Секция состоит из общего для двух соседних секций основания, четырех попарно шарнирно соединенных боковых панелей, и двух диагоналей. Основание и боковые панели, сваренные из трубчатых стержневых элементов, соединены между собой шарнирно.

Диагональные стержни в смежных секциях установлены разнонаправлено. Для беспрепятственного процесса раскрытия конструкции диагональ вынесена из плоскости вращения шарнира боковой панели.

Шарнирные узлы в местах соединения боковых панелей, а также в месте сложения диагонали обладают пружиной кручения, под действием которой происходит раскрытие конструкции. В шарнирах боковых панелей и диагоналей установлены фиксаторы, обеспечивающие блокировку конструкции в развернутом состоянии.

На концах ферменной конструкции могут быть установлены отсеки, имеющие значительные массы. Поэтому вследствие бесконтрольного раскрытия системы раздвижения ферма может быть деформирована, либо разрушена под действием сил инерции движущихся масс. Для предотвращения повреждений предусмотрена система безударного раскрытия. Она состоит из стального троса, проходящего через центры оснований и в сложенном положении намотанного на барабан. Барабан с тросом установлен на ферме агрегатного отсека и соединен через редуктор с электродвигателем.

После раскрытия стыка ЯЭУ с агрегатным отсеком электродвигатель через редуктор начинает вращать барабан и сматывать с него трос.

Помимо контроля скорости отведения энергоблока система безударного раскрытия выполняет еще одну функцию. Так как трос пропущен внутри ферменной конструкции, то после полного раскрытия системы происходит натяжка троса с дальнейшим контролем натяжения. Таким образом, происходит выборка излишних люфтов фермы, что повышает ее жесткость и минимизирует амплитуду поперечных колебаний ММБ. Кроме того, натянутый трос, пропущенный через специальные втулки в центре оснований каждой секции, обеспечивает системе устойчивое состояние равновесия. При возникающих прогибах продольной оси ММБ сила натяжения троса будет стремиться сократить прогиб, возвращая систему в равновесие.

Оценка массы конструкции производится путем расчета массовых характеристик одной секции фермы. Учитывая такую особенность ферменной конструкции, как использование общего для двух соседних ячеек основания, единичная секция для расчета массы конструкции имеет только одно основание.

В модели массового расчета пренебрегаем массой соединительных элементов (гайки, болты) при этом рассматривая детали, соединяемые ими без соответствующих отверстий под крепеж.

Так, в модели, кроме стержневых элементов, выполненных из трубы 10х1мм, предусмотрено 6 видов деталей, соединяющих стержни в единую конструкцию и образующих шарнирные узлы. Это фитинг основания, фитинги боковой панели «вилка» и «ухо», фитинги диагонали «вилка» и «ухо» и законцовка стержней.

Массовая сводка деталей и их количество в одной секции фермы, участвующее в расчете массовых показателей, представлены в таблице (табл.1).

Табл. 1. Массовые характеристики конструктивных элементов секции фермы.

Общая масса секции, включая неучтенную массу и добавляя массу не учитываемого ранее крепежа (в сумме не более 5%) составляет 6,0 кг. С учетом длины секции 1,1 м общая погонная масса фермы составляет 5,4 кг/м.

Масса системы безударного раскрытия, состоящей из троса, барабана, электродвигателя с редуктором и системы управления вращением барабана представляется в пределах 3 – 7 кг.

Выводы

Выполнены оценки погонной массы предложенной трансформируемой ферменной конструкции системы отодвижения ЯЭУ от ЭРДУ в виде секций, состоящих из общего для двух соседних секций основания, четырех попарно шарнирно соединенных боковых панелей, и двух диагоналей, сваренные из трубчатых стержневых элементов с учетом общей для всей ферменной конструкции системы безударного раскрытия. Показана возможность создания относительно легкой ферменной конструкции, Так, применительно к лунному ММБ с электрической мощностью 500-1000 кВт для конструкции фермы с габаритами секции 0,41 х 0,41 х 0,65 м погонная масса составит 5,4 кг/м.

Металлы – это главные конструкционные материалы, используемые создания ракетно-космических машин. Итак, самые пригодные для космоса это (см. схему №1):

• Алюминий считается любимцем авиаконструкторов, но для улучшения свойств из него приходится делать сплавы.
• Железо – неотъемлемый металл любых инженерных сооружений. Железо в виде различных высокопрочных нержавеющих сталей стоит на втором месте среди материалов, применяемых для постройки ракет.
• Медь также является одним из основных металлов электротехники и теплотехники.
• Серебро – древнейший драгоценный металл, он является связующим звеном меди и стали в жидкостном двигателе ракеты. Титан и сплавы на его основе – важнейший металл космического века. Несмотря на общераспространенные убеждения, этот металл недостаточно широко используется в ракетной технике — из сплавов на основе титана чаще всего делают газовые баллоны высокого давления. [1]

Схема №1. Основные космические металлы

Но прогресс не стоит на месте, и при разработке средств исследования космического пространства требуются новые структуры, которые должны выдерживать нагрузки космических полетов. В наши дни идет стремительная разработка инновационных космических материалов, таких как интеллектуальные космические композиты, самовосстанавливающиеся материалы и нанотрубки. (см. схему №2)

Схема №2. Инновационные космические материалы

Самовосстанавливающийся материал. Ученые NASA в партнерстве с химиками Мичиганского университета создали многослойный полимерный материал, имеющий функцию «самозаживления». Если микрометеорит проделывает в космическом сооружении небольшое отверстие, то материал сам закрывает его, сохраняя таким образом герметичность данного объекта. В дальнейшем ученые планируют использовать такой материал для протекции космических станций от орбитного космомусора и микрометеоритов. Вот как выглядит этот материал: жидкая смола определенного состава (чаще всего на основе тиолов) составляет слой между двумя полимерными пластинками. Находясь в изоляции от воздуха такая смола может находится в виде вязкой жидкости очень долгое время. Во время внешнего воздействия, которое способно образовывать дыры в полимерных пластинах, смола вытекает из этой пластины и начинает реагировать с воздухом, и в процессе этого вступает в химическую реакцию. Вытекшая смола мгновенно становится твердой и закупоривает отверстие. Характер действия этого материала схож с процессом сворачивания крови. Самовосстанавливающийся композит пригоден даже для иллюминаторов, потому что он смола и полимерные панели, между которых она находится, прозрачны и бесцветны. [2]

Космические нанотехнологии. NASA совместно с космическим центр Джонсона заключили договор о совместной разработке и применении высочайших технологий и, в особенности, нанотехнологий для исследования пространства космоса. NASA планирует упростить вывод космомашин на орбиту с использованием космического лифта, изготовленного из нано-трубок. Они имеют высокую жесткость, что может помочь им затмить большинство новейших материалов для аэроконструкций. Композиты из нано-трубок снижают вес современных космических объектов примерно в два раза. Углеродные нанотрубки из одного слоя, созданные в 1991 году обладают чрезвычайной прочностью, поэтому они не очень подходят для основной ленты космического лифта. Они в 100 раз прочнее стали, и, соответственно примерно в 5 раз прочнее, чем предполагается для создания. Соотношение прочность и веса такого материала ленты больше, чем у высокозакаленной стали.

«Интеллектуальные» космические материалы. В последние 10 лет вместе с безостановочным совершенствованием уже имеющихся материалов, составляющий довольно важный технический и экономический прогресс благодаря неповторимому взаимодействию свойств, появились тенденции разработки новых материалов, которые активно взаимодействуют с внешней средой. Эти материалы стали называться «интеллектуальными». Они могут «чувствовать» свою физическую среду, внешние факторы и по-своему реагировать на них, т.е. способны проводить самодиагностику при появлении и прогрессировании деффекта, устранять его и оставаться в стабильном положении в критических зонах. Благодаря разнообразию свойств таких материалов их можно использовать почти во всех деталях конструкций космической техники (обтекатели, узлы трения, отсеки, корпусы и др.) [3]

Как мы видим, материалопроизводство не стоит на месте и космос – прямое тому подтверждение. Люди используют ранее известные нам материалы, а также создают материалы, которые имеют поразительные свойства. Но без совершенствования невозможно представить нашу жизнь и жизнь того, что нас окружает. Использование данных материалов позволит контролировать и прогнозировать состояние различных конструкций космических аппаратов в требуемый момент времени и даже на труднодоступных участках, значительно повысить ресурс систем и их надежность. Из анализа экспертных оценок специалистов следует, что в ближайшие 20 лет 90% современных материалов, применяемых в промышленности, будут заменены новыми, в частности «интеллектуальными», что позволит создать элементы конструкций, которые будут определять технический прогресс XXI в.

Видение экономики космического пространства существовало с самого начала космической эры в 1960-х годах. Пока эти надежды в значительной степени не оправдались, но сегодня у нас другое время. Впервые в истории капитал частного сектора, терпимость к риску и мотивация к получению прибыли направляются на то, чтобы отправить людей в космос. Если мы воспользуемся этой возможностью, мы запомним 21 век, когда мы начали проект реальной трансформации построения экономики и общества в космосе, для космоса.

На Земле частная экономическая деятельность издавна создавала связи между людьми, состояния которых были в разладе. Растущая космическая экономика предлагает исключительный потенциал для представления такой объединенной силы, но задача правительств всего мира–не стоять на пути таких инициатив. Международный совместный подход к установлению и обеспечению соблюдения законности в космосе будет иметь важное значение для поощрения здоровой космической экономики в космосе.

Космические путешествия, также открытые для туристов, недавно придуманные ракеты и спутники, постоянная лунная база… вот некоторые из сценариев, более или менее отдаленных, но все более конкретных, к которым начинает обращать внимание не только космос агентств, но и предпринимателей, политиков и финансистов.

С 2016 года инвестиции в космическую экономику увеличились в четыре раза. Помимо основных игроков в новую коммерческую космическую эру, Space X, Virgin Galactic и Blue Origin, в новой космической гонке сейчас участвуют многие другие частные компании: 10 лучших генерируют бизнес, который, по прогнозам, достигнет 550 миллиардов долларов. [4.1] Это очень важные цифры, которые делают космический сектор кандидатом на роль эталона экономики будущего. С 2010 по 2019 год выручка во всем мире выросла на 70 процентов, достигнув сегодня 447 миллиардов долларов. [4.1] Прогнозы крупных инвестиционных банков указывают на десятилетие роста еще более высокими темпами. Космическая экономика также растет с точки зрения спутников на орбите: в 2021 году их будет в общей сложности 4838, причем больше всего малых спутников (менее 600 кг). Только в 2020 году было запущено 40% (что равно 1202 спутникам) от числа запущенных за последние 10 лет. Общая масса орбитальных спутников составляет около 564 тонн. «В 2021 году, в частности, произошло ускорение космических путешествий с гражданскими лицами благодаря таким компаниям, как Space X, Blue Origin, Virgin Galactic»

Но, что такое новая космическая экономика? Это глобальная тенденция, основанная на ряде технологических инноваций и определенной бизнес-модели, в которой умножаются как компании (во всем мире), так и потоки государственного финансирования. Товарооборот растет впечатляющими темпами. Также в переносном значении-это «ускоритель для удовлетворения социальных потребностей», посвященный тому, как и в какой степени космическая деятельность может способствовать удовлетворению социальных потребностей в повседневной земной жизни. Ценность, создаваемая новой космической экономикой, достигла во всем мире.

Экономика вообще, связанная с космическим сектором, сегодня охватывает множество видов деятельности: от разработки ракет-носителей до разработки новых материалов, от услуг, предлагаемых спутниками наблюдения Земли, до научных миссий и миссий по исследованию космоса. Услуги спутников дистанционного зондирования предлагают, в частности, вспомогательные услуги для сельского хозяйства, для оценки состояния окружающей среды морей и океанов, для изучения изменения климата, для мониторинга инфраструктур энергетических операторов и многое другое.

С действительно многообещающими результатами и ростом для стартапов, за последнее десятилетие более десяти стартапов совершили качественный скачок, став игроками на международной арене.

Чтобы понять больше одним из наиболее важных событий, позволяющих узнать и понять этот сектор и найти подходящих собеседников для изучения потенциала космической экономики, является Экспофорум новой космической экономики, ежегодное мероприятие, которое предлагает инновационный подход к космической отрасли.

Темами 2021 года связаны с большими вызовами, с которыми должно столкнуться общество и в которых вклад космоса может ускорить разработку решений: окружающая среда, устойчивость, защита ценности. Также в прошлом году Экспофорум, посвященный космосу, был разработан, чтобы предложить богатое цифровое предложение проектов и контента в виртуальном режиме. «В 2021 году рассматриваются вопросы, определенные как наиболее актуальные для общества: климат, устойчивость, защита ценностей, контексты, в которых пространство может иметь значение, ускоряя, усиливая и улучшая ответы на вызовы, с которыми мы сталкиваемся».

Выставка 2021 года, которая проходила в Риме, была разделена на пять тематических областей:

• Устойчивость, о том, как космос может решить большие проблемы планеты Земля, включая проблемы окружающей среды, климата и земной экосистемы;
• Кроме того, защита активов, о том, как из космоса и с помощью новых технологий можно сделать большие объемы данных и информации, с которыми мы живем каждый день, более безопасными и контролируемыми;
• Наконец, финансы, о новых коммерческих возможностях, которые предлагает этот сектор.

Новые рубежи, рынки и технологии, связанные с космосом, становятся все более привлекательными в мире стартапов и венчурного капитала. В последние годы своеобразное сочетание новых наземных приложений, снижения затрат, взаимосвязи с интернет-экономикой, применения гибких методов производства и геополитических факторов действительно привели к значительному развитию космической экономики и эволюции ее внутренней логики.

То, что сегодня называют «космосом 2.0» или «новой космической экономикой», все больше говорит на языке частных компаний, цифровых технологий и амбициозных предпринимателей вроде Илона Маска. В последние годы появились новые специализированные организации с целью инвестирования в этот сектор, такие как, например, Space Capital в США, Seraphim Capital в Великобритании, Orbital Ventures в Люксембурге и Primo Space в Италии. Космическая экономика как специализированная область имеет общий размер от 350 до 450 миллиардов долларов в зависимости от принятого оценочного периметра, около 420 миллиардов долларов по данным Космического фонда, из которых 80% носит чисто коммерческий характер. [4.1]

За два десятилетия после рубежа тысячелетий ситуация существенно изменилась. Первое поколение предпринимателей, таких как Джефф Безос и Илон Маск, сделав свое состояние в интернет-экономике, занялось космической отраслью с такими компаниями, как Blue Origin и Space X. За ними последовало новое поколение астро-предпринимателей, которые все чаще применяли методы проектирования и производства гибкого характера с быстрыми циклами разработки, развили международное мышление и начали финансировать себя через канал венчурного капитала, ранее известный в основном в таких областях, как цифровая экономика и биотехнологии. Также наблюдается постоянное снижение затрат, как с точки зрения космической техники, так и с точки зрения затрат на запуск. Первый аспект привел к появлению микро и нано-спутников, которые сегодня все чаще запускаются большими роями или «созвездиями» на низкую околоземную орбиту и наиболее ярким примером которых является «Кубсат», небольшой стандартизированный объект со стороной 10 см, кубической формы. формы и чуть более 1 кг веса. Такие инструменты позволяют стартапам, университетам и исследовательским институтам с относительно небольшими средствами проводить эксперименты и тестировать новые приложения. Второй аспект снижения затрат касается вывода людей и вещей на орбиту, что является одним из основных препятствий для развития частной космической экономики.

Сегодня, благодаря многоразовым пусковым установкам, таким как Falcon 9 от Space X, можно на порядки переосмыслить структуру затрат, стимулируя новые приложения и демократизируя доступ к космосу.

Объем инвестиций в 2019 году составил 4 миллиарда долларов, [4.2] при этом сумма удвоилась по сравнению с 2018 годом после десятилетнего увеличения как суммы, так и количества операций венчурного капитала. Первые данные, относящиеся к 2020 году, несмотря на замедление мировой экономики из-за пандемии, вроде бы подтверждают эту тенденцию роста. Вклад венчурных фондов носит не только экономический характер, но и меняет логику, в которой действуют компании: по своей природе венчурные фонды вознаграждают за ускорение циклов развития, построение масштабируемых организаций, инвестиции в человеческий капитал и создание эффективных бизнес моделей. Таким образом, их появление представляет собой важную опору для развития космической экономики.

Ниже рассмотрена 10-ти летняя космическая программа РФ.

Буквально недавно, российское правительство наконец утвердило 10-летнюю космическую программу страны на сумму 1,406 трлн. рублей. [3] Документ, официально известный как Федеральная космическая программа на 2016-2025 годы, сокращенно ФКП-2025, разрабатывался около двух лет и еще много месяцев обсуждался различными федеральными ведомствами, занимающимися космической деятельностью. Окончательный пакет включает прогнозируемые годовые бюджеты большинства гражданских космических проектов и сроки их реализации. ФКП-2025 заменяет предыдущий 10-летний план, который охватывал космическую деятельность России с 2006 по 2015 год. Окончательный вариант космического бюджета является тенью его проекта предложения в размере 2,315 миллиарда рублей, распространенного весной 2014 года, до падения цен на нефть, присоединение Крыма и последовавших за этим западных санкций, которые привели российскую экономику к рецессии и вынудили Москву сократить расходы по всем направлениям. Сам факт утверждения программы через два с половиной месяца после того, как начался первый год, охватываемый ею, свидетельствует о жесткой борьбе российской космической отрасли за каждую строчку документа. Были отложены амбициозные планы по созданию гигантской сверхтяжелой ракеты, которая позволила бы России высадить своих космонавтов на Луну к концу 2020-х годов и начать строительство там постоянной базы. Даже относительно скромное предложение о частичном переводе ракет семейства «Ангара» нового поколения с керосина на более мощное водородное топливо пришлось отложить, что потенциально подорвало традиционную российскую конкурентоспособность на международном рынке пусковых услуг. С другой стороны, сокращение расходов, по-видимому, побудило Роскосмос сократить свой большой и разрозненный парк ракет-носителей с восьми до двух семейств: «Союз» и «Ангара». Вместо нынешних 12 модификаций этих двух типов ракет останется всего шесть. По словам бывшего главы Роскосмоса Игоря Комарова, изложившего программу на заседании правительства в 2016 году, орбитальные средства России вырастут с нынешних 41 действующих космических аппаратов до 73 к концу прогнозируемого периода в 2025 году. И в правительстве, и в Роскосмосе подчеркнули, что первоочередной задачей программы будут спутники связи и вещания. По словам Комарова, российская группировка спутников связи увеличится с 32 до 41 в рамках прогнозируемого финансирования. По словам чиновников, пропускную способность каналов связи, проходящих через космос, обещают увеличить в 1,3 раза, а возможности вещания-в 3,3 раза. Между тем количество российских «глаз в небе» и других спутников дистанционного зондирования Земли за тот же период увеличится с 8 до 23.

В области пилотируемых космических полетов Кремль по-прежнему обещает завершить сборку российского сегмента Международной космической станции, которая остается незавершенной с начала этого века. К этому моменту к МКС планировалось добавить три новых модуля: многоцелевой лабораторный модуль, MLM; узловой модуль, UM; и лаборатория нового поколения, и объект энергоснабжения, получивший название NEM-1. Однако на совещании по согласованию Комаров подчеркнул, что к 2024 году, когда МКС должна быть выведена с орбиты, будут запущены только модули «высокой степени готовности или в стадии сборки». Комаров пообещал запустить беспилотный прототип замены «Союза» в 2021 году и отправить первый экипаж на МКС на борту нового корабля в 2023 году. Высадка на Луну по-прежнему остается стратегической целью российского космического полета, но с ориентировочной датой запуска в 2030 г., или пять лет после ФКП-2025.

Однако, даже после всех последних сокращений бюджета, российская космическая программа еще не вышла из ФКП-2025. Поскольку ФКП-2025-это долгосрочная дорожная карта, а не реальный бюджет, она полностью зависит от показателей российской экономики и от количества денег в казне. Более того, из-за сильной зависимости от импорта сложной электроники и других компонентов многие российские космические проекты особенно чувствительны к курсу валюты. Например, первоначально предложенный бюджет на 10 лет в размере 2,3 млрд рублей раздулся до 2,8 млрд всего за несколько месяцев 2015 года в результате девальвации рубля на международном рынке. Рассчитывая на лучшее будущее, ФКП-2025 зарезервировала право на дополнительные 115 миллиардов рублей после 2022 года. [3]

Таким образом, Россия делает все возможное, чтобы сохранить потенциал своей космической экономики на высшем уровне, не остовая от других стран. В качестве положительной стороны это также означает, что в случае улучшения российской экономики в ближайшие годы космический бюджет будет соответственно расти. Сегодняшние программы и стартапы не сравнимы с программами советской эпохи, даже если Москва открыто заявляет, что может соперничать с престижными программами своих американских, европейских и азиатских конкурентов. Тем не менее Россия должна развиваться стремительнее, больше инвестировать и создавать все новые космические программы, ведь если этого не произойдет, то она утратит свою роль в космосе, на ряду других стран.

Теперь, об положительных эффектах в космическом секторе. Связанная с космосом экономика также актуальна благодаря своим положительным внешним эффектам, как материальным, так и нематериальным.

В первой области можно отметить ее актуальность для борьбы с изменением климата, создания качественных рабочих мест и внедрения высокопроизводительных технологий, которые также будут иметь влияние в других секторах (подумайте о новых материалах или технологиях в медицине). Во-вторых, с нематериальной точки зрения космический сектор, благодаря своему внутреннему обаянию, создает мощный стимул для того, чтобы заинтересовать подрастающее поколение изучением космических предметов и, после трудных месяцев из-за пандемии, вселить надежду и воображение на будущее.

Сегодня астронавты продолжают вдохновлять и делиться своим опытом, в то время как возможности внести свой вклад «снизу» также расширяются или вносить свой вклад напрямую через проекты гражданская наука. Следующие несколько лет представляют много возможностей и неизвестных. Некоторые утверждают, что могут развиваться совершенно новые отрасли, такие как космический туризм и космическое производство, и что уровень амбиций по исследованию может достичь новых высот благодаря гипотетической миссии человека на Марс.

Неизвестно, сбудутся ли эти надежды, но можно предположить, что процесс слияния космической инфраструктуры, интернет-экономики и гражданской экономики будет продолжаться. Не вызывает сомнений то, что экономика и исследование космоса будут и впредь стимулировать приложения, имеющие решающее значение для жизни на Земле, а также долгосрочное мышление и надежду на будущее.

Заключение

Границы Новой Космической Экономики продвигаются быстрыми темпами, новая реальность, в которой применение космических технологий все больше служит обществу, все более важная роль людей и технологий, которые делают космос более доступным, даже с экономической точки зрения, для центров, исследований, университетов и компаний. Это изменение требует новой организации на уровне институтов с программами, учитывающими происходящие преобразования и новое управление. Именно поэтому главное действующее лицо этой трансформации является само человечество.

В данной работе приводится исследование достижений по созданию возвращаемых, многоразовых летательных аппаратов. Будут рассмотрены преимущества и недостатки описанных ниже подходов, на основе анализа конкурентов будет предложен несколько иной подход, реализуемый для объекта темы «Крыло».

Над вопросом создания многоразовых ракет и возвращаемых кораблей люди всерьёз задумались достаточно давно. Однако почему возникла необходимость в подобных аппаратах? Во-первых, экономическая выгода. Ниже себестоимость – гораздо выше возможности управления ценой. Во-вторых, это большие возможности по обслуживанию космических станций, выведения людей в космос и, конечно же, зондирования Земли. Меньшие габариты аппаратов, более частые пуски и выигрыш во времени. Поэтому вопрос об управлении движением многоразовых носителей был и будет актуальным в ближайшем (и не только) будущем. Направление очень перспективное и прибыльное, со временем в него будет привлекаться всё больше материальных и трудовых ресурсов [1].

Первую попытку создать многоразовый ракетоноситель (РН) предприняли американцы в 1981 г. Их программа называлась «Space Shuttle». Предполагалось, что два твёрдотопливных ракетных ускорителя будут выводить корабль-ракетоплан на околоземную орбиту для доставки туда людей и грузов, а затем после выполнения задания аппарат совершал бы посадку на взлётно-посадочную полосу. Отделение твердотопливных ускорителей происходило на 125 секунде полета при достижении скорости 1390 м/с и на высоте полёта около 50 км. Выход орбитального корабля на околоземную орбиту осуществлялся с помощью двигателей системы ориентации. Посадка же на планету была полностью пилотируемой [2].

В системе управления «Space Shuttle» последовательно использовались два метода наведения: с открытым контуром (т. е. программное наведение без обратной связи) и с замкнутым контуром (терминальное наведение с обратной связью). Наведение с открытым контуром применяется при полете в плотных слоях атмосферы. Управление угловым движением формировалось по жёсткой программе, где в качестве аргумента использовалась земная скорость. При движении в плотной атмосфере выполнялись ограничения по скоростному напору и по осевой перегрузке. В разреженной атмосфере алгоритм наведения использовался в упрощённой форме, аналогичной той, которая была разработана для ракеты-носителя «Сатурн 5» [3].

Однако понятие «многоразовость» для данного корабля было сильно утрировано: после каждого возвращения объект приходилось дорого и комплексно обслуживать. Имели место и аварии (шаттлы «Колумбия» и «Челленджер»). Поэтому программу закрыли.

Несмотря на экономическую нецелесообразность, которую показала программа «Space Shuttle», США решили не отказываться от проектов по созданию многоразовых космических кораблей. В 1999 году НАСА вместе с Boeing начало разработку беспилотника X-37. Самолёт предназначался для функционирования на высотах от 200 до 750 км, был способен быстро менять орбиты, маневрировать. Предполагалась также возможность выполнять разведывательные задачи, доставлять небольшие грузы в космос и возвращать их оттуда. Аппарат совершил три полёта максимальной продолжительностью 674 суток. В отличие от «Бурана» и «Space Shuttle» Boeing X-37 несла массу полезного груза всего 900 килограммов, однако это объяснялось спецификой решаемых этим аппаратом задач [4].

В СССР в 1969 году начали разрабатывать свои многоразовые летательные аппараты. Например, ЛА серии «БОР» – беспилотные орбитальные ракетопланы. Первый пуск БОРа провели без теплозащиты, из-за чего аппарат сгорел. Второй ракетоплан разбился из-за нераскрывшихся парашютов после успешного торможения об атмосферу. В следующих пяти пусках только один раз БОР не вышел на орбиту. Данные аппараты в основном использовались для проверки аэродинамических характеристик, и качество в этом случае особо роли не играло. Зато с помощью БОР-4 в 1980-х годах протестировали теплозащиту для будущего орбитального корабля «Буран» [4].

В «ЦСКБ-Прогресс», возглавляемое на тот момент Д.И. Козловым, активно продвигали идеи многоразовых ракетных блоков в рамках темы «Подъём», которую свернули в угоду программы «Энергия-Буран» и её производной – ракетоноситель «Зенит», на базе которой В.Ф. Уткин планировал сделать своё семейство ракет-носителей [1].

Советский аналог «Space Shuttle», орбитальный корабль (ОК) «Буран» стал настоящим технологическим прорывом. Во-первых, более продуманное программное обеспечение. Во-вторых, более широкие возможности резервирования (предусматривался выход из строя сразу двух БЦВМ). В-третьих, как уже было сказано, полностью автоматизированная посадка. Истории даже стал известен случай, когда во время испытаний на высоте 11 км автоматика «Бурана», проанализировав погодные условия, развернула корабль на 180 градусов и посадила на посадочную полосу с другой стороны. Инцидент ознаменовал успех советской инженерии.

«Буран» должен был совершать полёты в автоматическом режиме на околоземные орбиты с аналогичными задачами. Система автоматической посадки производства МОКБ «Марс» позволяла это делать. Предполагались и пилотируемые полёты. Атмосферный участок полёта делился на два участка: «Спуск» и «Посадка». На участке «Спуск» управление ориентацией происходило за счёт газодинамических рулей, а управление ОК по номинальной траектории производилось посредством изменения знака крена. В плотных слоях атмосферы происходило гашение скорости. На высоте  км происходило обеспечение согласованной передачи управления на участок «Посадка» [5].

На участке «Посадка» решалась задача приведения ОК из указанной начальной области (область заранее согласовывалась) к оси взлётно-посадочной полосы (ВПП) в ключевую точку с последующим заходом на посадку с использованием трёхглиссадной схемы. Все задачи управления на данном участке решались посредством отклонения аэродинамических рулевых поверхностей. Исключением являлся некоторый начальный интервал, на котором использовались газодинамические органы управления для улучшения устойчивости и управляемости. Алгоритмы наведения были похожими на те, которые использовались для «Space Shuttle» [5].

В 1988 году 15 ноября «Буран» совершил свой первый и последний полёт. В 1990 году программу приостановили вследствие прекращения финансирования.

Некоторые попытки по разработке многоразовой системы предпринимали немцы. Однако их проект «Зенгер» был закрыт в 1995 году по той же причине, что и программа «Space Shuttle» [1].

Сейчас вопросом по многоразовым аппаратам (ракетам) активно занимается компания SpaceX. Их ракета Falcon 9 после запуска на орбиту 11 спутников Orbcomm-G2 22 декабря 2015 года успешно приземлилась на площадку Посадочной зоны, а в апреле 2016 года аналогичная ракета (её первая ступень) приземлилась на морскую платформу. Такого успеха инженерам SpaceX удалось достичь благодаря применению двух новейших технологий в области ракетостроения: это система охлаждения двигателей и применение двигателей, обладающих функцией повторного зажигания. При возврате к месту запуска на посадочную площадку после расстыковки ступень использует продолжительное включение трёх двигателей для изменения направления своего движения на противоположное, выполняя сложную петлю. В случае посадки на плавающую платформу после запуска на низкую околоземную орбиту, ступень инерционно продолжает движение по баллистической траектории до высоты около 140 км. При приближении к апогею производится торможение тремя двигателями для сброса горизонтальной скорости и задания направления к платформе [6].

К недостаткам Falcon 9 можно отнести маломощные по тяге двигатели, однако здесь стоит уточнить, что для каждой новой версии ракеты двигатели совершенствуются. Например, ракета Falcon Heavy способна выводить до 60 тонн полезной нагрузки на геопереходную орбиту. Преимущество – это безусловная коммерческая выгода, поскольку проект испытан, обкатан и достаточно часто используется.

Компания и по сей день продолжает использовать Falcon 9 для запуска коммерческих спутников связи, научно-исследовательских космических аппаратов, грузового космического корабля Dragon в рамках программы Commercial Resupply Services по снабжению Международной космической станции, а также для запуска пилотируемого корабля Crew Dragon. Данный корабль способен доставлять до 7 человек экипажа и возвращать их обратно на Землю, а его полезная нагрузка – до 6000 кг, что почти в три раза больше, чем у российского аналога – корабля «Прогресс МС-12» [6, 7].

Сейчас в России данный вопрос активно прорабатывается в рамках проекта летательного аппарата темы «Крыло-СВ». Это многоразовая крылатая ступень ракеты лёгкого класса, аванпроект которой был подготовлен и защищён 29 мая 2019 года в Фонде перспективных исследований. Он выполнялся рабочей группой, где головным предприятием выступил АО ЭМЗ имени В.М. Мясищева. В основу «Крыла-СВ» легла конструкция крылатой ракеты «Байкал». В отличие от ракет Falcon 9 объект будет возвращаться на аэродром/космодром обратно (подобно «Бурану»), и не нужно будет забирать ракетный модуль с различных удалённых точек земной поверхности. Возвращаться данный объект управления будет как летательный аппарат «самолёт», поэтому для него предусмотрены шасси. Предполагается, что в зависимости от поверхностей приземления у него будут сменяемые конструкции шасси. Для посадочных полос – колёса, для грунтовых поверхностей – лыжи. Также выдвигается идея о возможности не монтировать шасси на «Крыле», а использовать так называемую «тележку» (подвижный земной объект, который будет взаимодействовать с объектом управления). Данная «тележка» будет полностью автоматизирована. Однако такая концепция пока на стадии рассмотрения. Да и требующие решения задачи подобного рода посадки достаточно сложные с физической и математической точки зрения. Однако есть и недостаток: из-за специфики геометрической формы ЛА могут возникнуть проблемы с устойчивостью полёта на трансзвуковых скоростях. Если данный проект будет реализован, то, как и «Буран» в 80-е годы прошлого столетия, он станет по-настоящему прорывным и спровоцирует космические организации на новые исследования и разработки новых многоразовых ЛА для освоения космоса [8].

Поскольку ЛА типа «Крыло» имеет небольшие габариты (всего 6 метров в длину и 0.8 м в диаметре) и несёт небольшую полезную нагрузку (около 600 кг), его можно адаптировать под вывод на орбиту Земли наноспутников. Учитывая тенденцию постепенного уменьшения массы современных спутников, это станет вполне перспективным направлением. Данный проект сделает космос доступным для небольших компаний и государственных организаций, а возможности возвращения первой ступени из космического пространства значительно снизит цену таких запусков.

Одним из наиболее значимых факторов становится ускоренная милитаризация космоса [3]. США продолжают укреплять потенциал своих союзников, развивая программы спутниковой разведки, навигации и связи. Активизация проектов в рамках Indo-Pacific Space Cooperation и расширение инфраструктуры наблюдения на территории Японии и Австралии позволяют Вашингтону формировать интегрированную сеть раннего предупреждения [4, 5]. Китай, в свою очередь, развивает собственные группировки спутников дистанционного зондирования и противоспутниковые возможности [6].

Киберсфера становится ещё одним направлением нарастающего противоборства. С конца 2024 года наблюдается рост количества кибератак на объекты критической инфраструктуры, включая энергетические и транспортные системы стран региона [7]. США и их союзники создают специальные центры реагирования на инциденты в рамках киберкоалиции Pacific Cyber Defense Initiative, целью которой является координация оборонных мер и обмен разведданными в реальном времени [8]. Китай отвечает созданием национальных центров киберустойчивости [9].

Гиперзвуковые технологии становятся символом новой гонки вооружений. США активно развивают программы ARRW и HAWC, а также размещают элементы гиперзвуковых систем на территории Японии и Южной Кореи [10]. Китай продвигает собственные проекты DF-ZF и Starry Sky-2 [11], а Россия продолжает совершенствовать комплексы «Циркон» и «Авангард», добиваясь превосходства в дальности и скорости [12]. Такая динамика усиливает стратегическую неопределённость и повышает вероятность кризисов в случае ошибок в оценке действий противника [13].

Особое внимание уделяется вопросам искусственного интеллекта (ИИ) и его применению в военной сфере. Алгоритмы прогнозирования и автоматического управления всё чаще интегрируются в системы раннего обнаружения и принятия решений. США, Китай и Япония ведут разработки в области автономных морских и воздушных платформ, способных действовать без участия человека. При этом растёт риск неконтролируемого применения таких систем, что создаёт новые вызовы международному гуманитарному праву [14].

Важным направлением технологического противоборства остаётся кибершпионаж. Увеличивается количество атак на спутниковые сети и облачные хранилища, содержащие критически важные данные [15]. Противостояние переносится в сферу искусственного интеллекта, где государства соревнуются в разработке систем анализа разведданных и прогнозирования действий противника [16]. В ответ Россия и Китай выступают за формирование международного правового режима, ограничивающего милитаризацию новых технологий и обеспечивающего транспарентность [17].

В целом технологические вызовы 2025–2026 годов формируют новую реальность региональной безопасности. Растущая зависимость военных систем от цифровых технологий повышает уязвимость государств и увеличивает вероятность несанкционированных инцидентов. В условиях отсутствия единых международных правил и механизмов контроля за использованием новых технологий именно технологическая конкуренция становится главным фактором нестабильности и рисков в Восточной Азии. Для сохранения баланса интересов необходимы совместные меры по регулированию использования ИИ и космических технологий, создание общих стандартов и механизмов доверия между ключевыми игроками региона [18, 19, 20].