En rymdfarkosts nyttolast eller rymdfarkostsnyttolast är mängden, typen eller massan av användbar utrustning för vilken en given rymdfarkost är byggd eller uppskjuten . I den tekniska litteraturen används vanligtvis förkortningarna av denna term: PN (nyttolast).
Man måste komma ihåg att "vikt i omloppsbana " (till exempel en kommunikationssatellit ) och "vikt levererad till ISS " är olika saker. När allt kommer omkring, vid leverans till ISS är det nödvändigt att leverera rymdfarkostens eget framdrivningssystem i omloppsbana (tillsammans med bränsle för det), kontrollsystemet, själva rymdfarkostens kropp, etc. Till exempel är massan av rymdfarkosten Progress lite mer än 7 ton, men vanligtvis "flyger" bara 2,5 ton last till ISS av 7 ton som sätts i omloppsbana.
Därför, beroende på typen av rymdfarkost, finns det två tolkningar av denna term: PN för rymdfarkoster och PN för bärraketer . Med hjälp av exempel på rymdfarkosten Progress är Progresss MO 2,5 ton, medan bärraketens MO är 7 ton.
När den tillämpas på rymdfarkoster avser termen LO vikten av nyttolastmodulen eller typen av utrustning som används. Nästan alla moderna rymdfarkoster är byggda på basis av två komponenter: servicesystemmodulen och nyttolastmodulen.
För telekommunikationssatelliter inkluderar nyttolastmodulen alla transpondrar och en del av reläantennerna som används på den satelliten. Antennerna som används för telemetri är inte en del av nyttolasten och tillhör plattformen.
På en rymdfarkost avsedd för vetenskaplig forskning utgörs nyttolasten av alla vetenskapliga instrument från denna forskningsapparat, foto- och videokameror. Antenner i det här fallet anses inte vara nyttolast, eftersom de utför servicefunktionen att överföra insamlade data till jorden och därför är en del av plattformen.
Vid produktion av moderna telekommunikationsplattformar, såsom Spacebus eller Express , tillverkas MPN separat från MSS och den övergripande integrationen görs i sista stund ( eng. mating ).
I moderna kommunikationssatelliter är nyttolasten vanligtvis repeterare av transparent typ ( eng. transparent eller bent-pipe ), det vill säga en enkel ändring (sänkning) av frekvensen, förstärkning och återsändning av signalen utförs ombord, utan preliminär demodulering . Fördelen med detta tillvägagångssätt är systemets enkelhet och dess bättre anpassningsförmåga till förändrade standarder på jorden: även när man ändrar typen av modulering eller standarder för den överförda signalen (till exempel DVB-S2 istället för DVB-S ), systemet fortsätter att fungera framgångsrikt. C -bands- och Ku- bandsrepeaters använder vanligtvis enkel nedsampling, medan system med högre band ( Ka- och Q/V-) använder dubbel nedsampling.
I system med preliminär demodulering och efterföljande ommodulering av signalen ( Engelska ombordbehandling (OBP) ) är det möjligt att uppnå ett bättre signal-brusförhållande , producera högeffektiv signaldirigering och blanda olika typer av signaler. Samtidigt är kostnaden för sådana system mycket högre än enkla transparenta system, och effektiviteten beror mycket på möjligheten att omprogrammera utrustningen. Sådan kapacitet är för närvarande kraftigt begränsad på grund av den långsammare utvecklingen av högenergiradioskärmade system .
En av de viktigaste parametrarna är förhållandet mellan ST:s massa och rymdfarkostens totala massa. Ju bättre detta förhållande är, desto mer effektivt kan uppdragsmålen uppnås. Vanligtvis bestämmer bärkapaciteten för bärraketen den maximala massan för rymdfarkosten i omloppsbana. Således, ju mindre plattformen väger, desto mer nyttolast kan levereras till en given omloppsbana.
För närvarande är detta förhållande cirka 18-19 % för moderna tunga telekommunikationsplattformar som Spacebus eller Express 2000 . Det huvudsakliga tekniska problemet är energikostnaden för att öka omloppsbanan från geotransfer till geostationär. Rymdfarkosten måste bära en stor mängd bränsle för att öka omloppsbanan (upp till 3 ton eller mer). Dessutom används ytterligare 400-600 kg för att hålla satelliten i en given bana under hela den aktiva drifttiden. Inom en snar framtid bör den utbredda användningen av elektriska jonmotorer, såväl som en minskning av massan av solpaneler och batterier, leda till en förbättring av detta förhållande med upp till 25% eller mer. Till exempel använder Boeing XIPS25 elektriska jonpropeller endast 75 kg drivmedel för att hålla en satellit i omloppsbana i 15 år. Med den möjliga användningen av denna motor för att öka och sedan hålla omloppsbanan kan upp till 50 miljoner euro sparas (även om denna funktion inte används fullt ut för tillfället) [1] .
För bärraketer är nyttolasten satelliter, rymdfarkoster (med last eller astronauter), etc. I det här fallet betyder termen "nyttolast" den totala massan av rymdfarkosten som skjuts upp i en given omloppsbana. Det vill säga att massan av rymdfarkostens skrov och bränsle ombord på rymdfarkosten som dras tillbaka anses också vara nyttolasten.
Det är nödvändigt att särskilja massan av PN i olika banor. I allmänhet lägger alla bärraketer mer nyttolast i en 200 km låg referenscirkulär omloppsbana än i banor med hög energi (högre höjd). Således lanserar Proton-M bärraket upp till 22 ton in i en referensbana (i en trestegsversion, utan ett övre steg), mer än 6,0 ton in i en geotransitionell omloppsbana och upp till 3,7 ton in i en geostationär bana (i en fyrstegsversion, med ett övre steg Briz-M eller DM).
Kostnaden för att leverera last i omloppsbana i olika källor är helt olika. Ofta anges siffrorna i olika valutor, avser olika år (året bestämmer både inflationen och den globala marknaden för kostnaden för uppskjutningar), avser uppskjutningar i olika omloppsbanor, några av siffrorna kännetecknar uppskjutningskostnaden utifrån den ”torra ” kostnad för bärraketen, andra källor ger lanseringskostnaden för kunden, medan källan inte förklarar vilken av siffrorna som anges. Kostnaden för arbetet med marktjänster beaktas inte regelbundet, och ännu mer - försäkring, vars kostnad kan variera mycket beroende på statistiken över missilmisslyckanden. Därför är det nödvändigt att jämföra kostnaden för att lansera en bärraket med extrem försiktighet, och endast ungefärliga värden kan ses i öppen information.
Moderna verktyg:
Kostnaden för att leverera last till låg omloppsbana | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Bärare | Kostnad, dollar per kg | Lanseringskostnad, miljoner dollar | Bärkapacitet, ton | Notera | ||||||
" Zenit-2/3SL " | 2567 - 3667 | 35 - 50 | 13.7 | |||||||
" Rymdfärjan " | 13 000 - 17 000 | 500 | 24.4 | Upp till 40-50 tusen dollar/kg med en dellast på 10 ton. Den maximala massan som levereras i omloppsbana är cirka 120-130 ton (tillsammans med fartyget), den maximala massan av last som returneras till jorden är 14,5 ton. [2] | ||||||
" Sojus-2 " | 4 242 - 11 265 | 35 48,5 (med RB "Fregat") [3] |
9.2 (LEO med GCC ) [4] 8.7 (LEO från Vostochny Cosmodrome ) [5] 3.2 (GPO med GCC ) [5] [6] 2.0 (GPO från Vostochny Cosmodrome [5] |
Upp till 25 tusen USD/kg för GSO . Den maximala nyttolastmassan vid användning av TGC " Progress " är cirka 2,5 ton. Den maximala belastningen som kan tas in i rymdfarkosten Soyuz TMA som lanseras av Soyuz-raketen är cirka 300 kg. Vid användning för produktion av satelliter, uppskjutningskostnaden:
| ||||||
" öst " | 3460 | 16.4 | 4,73 | Den 17 mars 1988 lanserade Vostok bärraketen (en tidigare modifiering) den indiska jordfjärranalyssatelliten IRS-1A i omloppsbana. Lanseringskostnaden var $7,5 miljoner En så låg kostnad beror på att det krävdes för att locka potentiella kunder [10] . Avvecklad sedan 1991.
Justerat för inflationen för 2020 är detta 16,4 miljoner dollar. | ||||||
" Proton-M " | 2743 ( NOO ) 10 236 - 11 023 ( GPO ) |
65 80 (med RB " Breeze-M ") |
22,4 [11] (LEO, 200 km, i=51,6°) | Kostnaden för lanseringar har förändrats under åren:
| ||||||
" Atlas-5 " | 6 350 (NOO) 14 400 (GPO) |
187 | 9.75 - 29.42 (NOO) 4.95 - 13.00 (GPO) [21] |
Endast obemannade satelliter. [22] | ||||||
" Dnepr " | 2703 | tio | 3.7 | Endast obemannade satelliter. | ||||||
" Ariane-5 ECA " | 13 330 - 15 000 (GPO) | 140 - 150 | 10,5 (GPO) | Denna version av raketen används inte för att skjuta upp satelliter i låga banor. Lanseringskostnaden är cirka 100 miljoner euro. Med lanseringen av en satellit till GPO är raketens bärkapacitet 10,5 ton, med uppskjutningen av två satelliter kan deras totala massa vara upp till 10 ton. | ||||||
Falcon 9 | 2719 (NOO)
11 273 (GPO) |
62 [23] | 22.8 (LEO i en engångskonfiguration) 8.3 (GPO i en engångskonfiguration) 5.5 (GPO) [23] |
En bärraket med ett infällbart första steg, vilket potentiellt skulle kunna minska kostnaderna för uppskjutning av nyttolasten. | ||||||
Falcon Heavy | 2 351 (LEO i engångskonfiguration)
5 618 (GPO i en engångskonfiguration) |
90 [23] 150 (i engångskonfiguration) [24] |
63.8 (LEO i engångskonfiguration) 26.7 (GPO i engångskonfiguration) 8.0 (GPO) [23] |
Kostnaden för att skjuta upp en satellit som väger upp till 8,0 ton till GPO är satt till 90 miljoner USD [23] , så kostnaden för att skjuta upp 1 kg nyttolast blir 11 250 USD . |
Nästa generations verktyg under utveckling (planerade siffror vid växelkursen för rubeln och dollarn på 90-talet, exklusive utvecklings- och testkostnader på flera miljarder dollar):
Man bör dock komma ihåg att den huvudsakliga kostnaden för att föra nyttolasten i omloppsbana ligger i kostnaden för att skapa och förbereda uppskjutningen av en engångsbärraket. Till exempel, när det gäller bränslefaktorn, är kostnaden för uppskjutning i låg jordomloppsbana för moderna bärare cirka 20-50 $/kg.
Roskosmos vägrade köpa ukrainska Zenith-raketer, eftersom ett sedan länge etablerat pris erbjöds för raketerna, vilket var förbudgeterat - cirka 1,2 miljarder rubel. för raketen. Förslaget passade dock inte de ukrainska partnerna, de bad om mer - cirka 1,4 miljarder rubel. Under sådana förhållanden förlorade affären sin mening, eftersom för 1,5 miljarder rubel. Roskosmos kan beställa tillverkning av Proton, en bärare med högre bärkraft [25] .