Sarcina utilă a unei nave spațiale sau sarcina utilă a unei nave spațiale este cantitatea, tipul sau masa de echipament util pentru care este construită sau lansată o anumită navă spațială . În literatura tehnică se folosesc în mod obișnuit abrevierile acestui termen: PN (Payload).
Trebuie avut în vedere că „greutatea pusă pe orbită ” (de exemplu, un satelit de comunicații ) și „greutatea livrată către ISS ” sunt lucruri diferite. La urma urmei, la livrarea către ISS, este necesar să se livreze pe orbită propriul sistem de propulsie al navei spațiale (împreună cu combustibilul pentru acesta), sistemul de control, corpul navei spațiale în sine etc. De exemplu, masa navei spațiale Progress este puțin mai mult de 7 tone, dar de obicei doar 2,5 tone de marfă „zboară” către ISS din 7 tone puse pe orbită.
Prin urmare, în funcție de tipul de navă spațială, există două interpretări ale acestui termen: PN de nave spațiale și PN de vehicule de lansare . Folosind exemplul navei spațiale Progress, MO al lui Progress este de 2,5 tone, în timp ce MO al lansatorului este de 7 tone.
Când este aplicat navelor spațiale, termenul LO se referă la masa modulului de sarcină utilă sau la tipul de echipament utilizat. Aproape toate navele spațiale moderne sunt construite pe baza a două componente: modulul de sisteme de servicii și modulul de sarcină utilă.
Pentru sateliții de telecomunicații , modulul de sarcină utilă include toate transponderele și o parte din antenele releu utilizate pe acel satelit. Antenele care sunt utilizate pentru telemetrie nu fac parte din sarcina utilă și aparțin platformei.
Pe o navă spațială destinată cercetării științifice, sarcina utilă este formată din toate instrumentele științifice ale acestui aparat de cercetare, camere foto și video. În acest caz, antenele nu sunt considerate sarcină utilă, deoarece îndeplinesc funcția de serviciu de transmitere a datelor colectate către Pământ și, prin urmare, fac parte din platformă.
În producția de platforme moderne de telecomunicații, precum Spacebus sau Express , MPN-ul este fabricat separat de MSS, iar integrarea generală se face în ultimul moment ( ing. împerechere ).
În sateliții moderni de comunicații, sarcina utilă este de obicei repetitoare de tip transparent ( de exemplu transparent sau bent -pipe ), adică o simplă schimbare (scădere) a frecvenței, amplificarea și retransmisia semnalului se efectuează la bord, fără demodulare prealabilă . Avantajul acestei abordări este simplitatea sistemului și adaptabilitatea sa mai bună la standardele în schimbare de pe Pământ: chiar și atunci când se schimbă tipul de modulație sau standardele semnalului transmis (de exemplu , DVB-S2 în loc de DVB-S ), sistemul continuă să funcționeze cu succes. Repetoarele în bandă C și în bandă Ku utilizează de obicei o simplă subeșantionare, în timp ce sistemele cu bandă superioară ( Ka- și Q/V-) folosesc o subeșantionare dublă.
În sistemele cu demodulare preliminară și remodulare ulterioară a semnalului ( prelucrare la bord în engleză (OBP) ), este posibil să se obțină un raport semnal-zgomot mai bun, să se producă rutarea semnalului foarte eficientă și să se amestece diferite tipuri de semnale. În același timp, costul unor astfel de sisteme este mult mai mare decât sistemele simple transparente, iar eficiența depinde în mare măsură de posibilitatea de reprogramare a echipamentului. O astfel de capacitate este în prezent sever limitată din cauza dezvoltării mai lente a sistemelor ecranate radio de înaltă energie .
Unul dintre cei mai importanți parametri este raportul dintre masa ST și masa totală a navei spațiale. Evident, cu cât acest raport este mai bun, cu atât obiectivele misiunii pot fi îndeplinite mai eficient. De obicei, capacitatea de transport a vehiculului de lansare determină masa maximă a navei spațiale pe orbită. Astfel, cu cât platforma cântărește mai puțin, cu atât mai multă sarcină utilă poate fi livrată pe o anumită orbită.
În prezent, acest raport este de aproximativ 18-19% pentru platformele moderne de telecomunicații grele precum Spacebus sau Express 2000 . Principala problemă tehnologică este costul energetic al creșterii orbitei de la geotransfer la geostaționar. Nava spațială trebuie să transporte o cantitate mare de combustibil pentru a crește orbita (până la 3 tone sau mai mult). În plus, încă 400-600 kg sunt folosite pentru a menține satelitul pe o orbită dată pe tot timpul de funcționare activă. În viitorul apropiat, utilizarea pe scară largă a motoarelor electrice cu ioni, precum și scăderea masei panourilor solare și bateriilor, ar trebui să conducă la o îmbunătățire a acestui raport cu până la 25% sau mai mult. De exemplu, propulsorul electric de ioni Boeing XIPS25 folosește doar 75 kg de propulsor pentru a menține un satelit pe orbită timp de 15 ani. Cu posibila utilizare a acestui motor pentru a crește și apoi a menține orbita, se pot economisi până la 50 de milioane de euro (deși această funcție nu este utilizată pe deplin în acest moment) [1] .
Pentru vehiculele de lansare , sarcina utilă este sateliți, nave spațiale (cu marfă sau astronauți), etc. În acest caz, termenul „sarcină utilă” înseamnă masa totală a navei spațiale lansate pe o orbită dată. Adică, masa navei spațiale și combustibilul de la bordul navei spațiale care este retrasă este, de asemenea, considerată a fi sarcina utilă.
Este necesar să se distingă masa PN pe diferite orbite. În general, orice vehicul de lansare pune mai multă sarcină utilă pe o orbită circulară de referință joasă de 200 km decât în orbite cu energie înaltă (altitudine mai mare). Astfel, vehiculul de lansare Proton-M lansează până la 22 de tone pe o orbită de referință (într-o versiune în trei trepte, fără o treaptă superioară), mai mult de 6,0 tone pe o orbită de geotranziție și până la 3,7 tone pe o orbită geostaționară (în o versiune în patru trepte, cu o treaptă superioară Briz-M sau DM).
Costul livrării mărfurilor pe orbită din diferite surse este destul de diferit. Adesea, cifrele sunt date în valute diferite, se referă la ani diferiți (anul determină atât inflația , cât și piața globală pentru costul lansărilor), se referă la lansări pe orbite diferite, unele dintre cifre caracterizează costul de lansare pe baza „secatului”. ” costul vehiculului de lansare, alte surse dau costul de lansare pentru client, în timp ce sursa nu explică care dintre cifre este dată. Costul lucrărilor serviciilor terestre nu este luat în considerare în mod regulat, și cu atât mai mult - asigurarea, al cărei cost poate varia foarte mult în funcție de statisticile defecțiunilor rachetelor. Prin urmare, este necesar să comparați costul lansării unui vehicul de lansare cu precauție extremă și numai valorile aproximative pot fi văzute în informațiile deschise.
Instrumente moderne:
| Costul livrării mărfurilor pe orbită joasă | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Purtător | Cost, dolari pe kg | Costul lansării, milioane de dolari | Capacitate de transport, tone | Notă | ||||||
| " Zenit-2/3SL " | 2567 - 3667 | 35 - 50 | 13.7 | |||||||
| " Naveta spatiala " | 13.000 - 17.000 | 500 | 24.4 | Până la 40-50 mii USD/kg cu o încărcare parțială de 10 tone. Masa maximă livrată pe orbită este de aproximativ 120-130 de tone (împreună cu nava), masa maximă de marfă returnată pe Pământ este de 14,5 tone. [2] | ||||||
| " Soyuz-2 " | 4 242 - 11 265 | 35 48,5 (cu RB „Fregat”) [3] |
9.2 (LEO cu GCC ) [4] 8.7 (LEO din cosmodromul Vostochny ) [5] 3.2 (GPO cu GCC ) [5] [6] 2.0 (GPO din cosmodromul Vostochny [ 5] |
Până la 25 mii USD/kg pentru GSO . Masa maximă a sarcinii utile atunci când se utilizează TGC „ Progres ” este de aproximativ 2,5 tone. Sarcina maximă care poate fi luată în nava spațială Soyuz TMA lansată de vehiculul de lansare Soyuz este de aproximativ 300 kg. În cazul utilizării pentru ieșirea sateliților, costul de lansare:
| ||||||
| " Est " | 3460 | 16.4 | 4,73 | Pe 17 martie 1988, vehiculul de lansare Vostok (o modificare anterioară) a lansat pe orbită satelitul de teledetecție a Pământului indian IRS-1A. Costul de lansare a fost de 7,5 milioane USD.Un cost atât de mic se datorează faptului că era necesar pentru a atrage potențiali clienți [10] . Dezafectat din 1991.
Ajustat pentru inflație pentru 2020, aceasta este de 16,4 milioane de dolari. | ||||||
| " Proton-M " | 2743 ( NOO ) 10 236 - 11 023 ( GPO ) |
65 80 (cu RB " Breeze-M ") |
22,4 [11] (LEO, 200 km, i=51,6°) | Costul lansărilor s-a schimbat de-a lungul anilor:
| ||||||
| " Atlas-5 " | 6.350 (NOO) 14.400 (GPO) |
187 | 9.75 - 29.42 (NOO) 4.95 - 13.00 (GPO) [21] |
Doar sateliți fără pilot. [22] | ||||||
| " Dnepr " | 2703 | zece | 3.7 | Doar sateliți fără pilot. | ||||||
| " Ariane-5 ECA " | 13.330 - 15.000 (GPO) | 140 - 150 | 10.5 (GPO) | Această versiune a rachetei nu este folosită pentru a lansa sateliți pe orbite joase. Costul lansării este de aproximativ 100 de milioane de euro. Odată cu lansarea unui satelit la GPO , capacitatea de transport a rachetei este de 10,5 tone, la lansarea a doi sateliți, masa lor totală poate fi de până la 10 tone. | ||||||
| Soimul 9 | 2719 (NOO)
11.273 (GPO) |
62 [23] | 22.8 (LEO într-o configurație unică) 8.3 (GPO într-o configurație unică) 5.5 (GPO) [23] |
Un vehicul de lansare cu o primă treaptă retractabilă, care ar putea reduce costul lansării sarcinii utile. | ||||||
| Falcon Heavy | 2.351 (LEO în configurație unică)
5.618 (GPO într-o configurație unică) |
90 [23] 150 (în configurație de unică folosință) [24] |
63,8 (LEO în configurație de unică folosință) 26,7 (GPO în configurație de unică folosință) 8,0 (GPO) [23] |
Costul lansării unui satelit cu o greutate de până la 8,0 tone pentru GPO este stabilit la 90 milioane USD [23] , astfel încât costul lansării a 1 kg de sarcină utilă va fi de 11.250 USD . | ||||||
Instrumentele de generație următoare în curs de dezvoltare (cifre planificate la cursul de schimb al rublei și dolarului din anii 90, excluzând costurile de dezvoltare și testare de mai multe miliarde de dolari):
Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că costul principal al punerii pe orbită a sarcinii utile constă în costul creării și pregătirii pentru lansarea unui vehicul de lansare de unică folosință. De exemplu, în ceea ce privește factorul combustibil, costul lansării pe orbită terestră joasă pentru transportatorii moderni este de aproximativ 20-50 $/kg.
Roskosmos a refuzat să achiziționeze rachete Zenith ucrainene, deoarece pentru rachete s-a oferit un preț stabilit de mult timp, care a fost pre-bugetat - aproximativ 1,2 miliarde de ruble. pentru rachetă. Cu toate acestea, propunerea nu s-a potrivit pentru partenerii ucraineni, aceștia au cerut mai mult - aproximativ 1,4 miliarde de ruble. În astfel de condiții, afacerea și-a pierdut sensul, deoarece pentru 1,5 miliarde de ruble. Roskosmos poate comanda fabricarea Protonului, un purtător cu o capacitate de transport mai mare [25] .