Az űrhajó hasznos teher vagy űrhajó hasznos teher azon hasznos felszerelés mennyisége, típusa vagy tömege, amelyhez egy adott űrhajót építenek vagy elindítanak . A szakirodalomban ennek a kifejezésnek a rövidítéseit gyakran használják: PN (Payload).
Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a „ pályára állított tömeg ” (például egy kommunikációs műhold ) és „az ISS -hez szállított tömeg ” különböző dolgok. Hiszen az ISS-re történő szállításkor pályára kell juttatni az űrhajó saját meghajtórendszerét (a hozzá való üzemanyaggal együtt), a vezérlőrendszert, magát az űrhajó testét stb. Például a Progress űrszonda tömege valamivel több, mint 7 tonna, de általában csak 2,5 tonna rakomány „repül” az ISS-re a pályára állított 7 tonnából.
Ezért az űrhajó típusától függően ennek a kifejezésnek kétféle értelmezése van: az űrhajók PN-e és a hordozórakéták PN -je . A Progress űrhajó példájával a Progress MO 2,5 tonna, míg a kilövő MO 7 tonna.
Űrhajókra alkalmazva az LO kifejezés a hasznos tehermodul tömegére vagy a használt berendezés típusára utal. Szinte minden modern űrhajó két komponensre épül: a kiszolgálórendszer-modulra és a hasznos tehermodulra.
A távközlési műholdak esetében a hasznos adatmodul tartalmazza az összes transzpondert és az adott műholdon használt közvetítőantennák egy részét . A telemetriához használt antennák nem részei a hasznos tehernek, és a platformhoz tartoznak.
A tudományos kutatásra szánt űrhajón a hasznos teher a kutatóberendezés összes tudományos műszeréből, a fotó- és videokamerákból áll. Az antennák ebben az esetben nem minősülnek hasznos terhelésnek, mivel az összegyűjtött adatok Földre továbbításának szolgáltatási funkcióját látják el, ezért a platform részét képezik.
A modern távközlési platformok, például a Spacebus vagy az Express gyártása során az MPN-t az MSS-től elkülönítve gyártják, és az átfogó integráció az utolsó pillanatban történik ( eng. mating ).
A modern kommunikációs műholdakban a hasznos teher általában transzparens típusú átjátszók ( eng. transzparens vagy hajlított cső ), vagyis a frekvencia egyszerű változtatása (csökkentése), a jel erősítése és újraadása a fedélzeten történik, előzetes demoduláció nélkül. . Ennek a megközelítésnek az előnye a rendszer egyszerűsége és jobb alkalmazkodóképessége a változó földi szabványokhoz: még akkor is, ha módosítja a továbbított jel modulációjának típusát vagy szabványait (például DVB-S2 helyett DVB-S ), a rendszer továbbra is sikeresen működik. A C -sávos és Ku-sávos átjátszók jellemzően egyszeri lemintavételezést, míg a magasabb sávú ( Ka- és Q/V-) rendszerek kettős lemintavételezést alkalmaznak.
Az előzetes demodulációval és a jel későbbi újramodulálásával ( angol nyelven onboard processing (OBP) ) rendelkező rendszerekben jobb jel-zaj arány érhető el , rendkívül hatékony jeltovábbítást lehet előállítani és különféle jeltípusokat keverni. Ugyanakkor az ilyen rendszerek költsége jóval magasabb, mint az egyszerű transzparens rendszereké, és a hatékonyság erősen függ a berendezés átprogramozásának lehetőségétől. Ez a képesség jelenleg erősen korlátozott a nagy energiájú árnyékolt rádiórendszerek lassabb fejlődése miatt .
Az egyik legfontosabb paraméter az ST tömegének az űrhajó teljes tömegéhez viszonyított aránya. Nyilvánvalóan minél jobb ez az arány, annál hatékonyabban lehet teljesíteni a küldetés céljait. Általában a hordozórakéta teherbíró képessége határozza meg az űrhajó maximális tömegét a pályán. Így minél kisebb a platform súlya, annál több hasznos teher szállítható egy adott pályára.
Jelenleg ez az arány körülbelül 18-19% a modern nehéz távközlési platformok esetében, mint például a Spacebus vagy az Express 2000 . A fő technológiai probléma a pálya geotranszferről geostacionáriusra való növelésének energiaköltsége. Az űrhajónak nagy mennyiségű üzemanyagot kell szállítania a pálya növeléséhez (legfeljebb 3 tonnát). Emellett további 400-600 kg-ot használnak arra, hogy a műholdat az aktív működés teljes ideje alatt egy adott pályán tartsák. A közeljövőben az elektromos ionmotorok széles körű elterjedése, valamint a napelemek és akkumulátorok tömegének csökkenése ennek az aránynak akár 25%-os vagy még nagyobb javulását is eredményezheti. Például a Boeing XIPS25 elektromos ionhajtómű mindössze 75 kg hajtóanyagot használ fel, hogy egy műholdat 15 éven át pályán tartson. Ennek a motornak a használatával a pálya növelésére, majd megtartására akár 50 millió eurót is meg lehet takarítani (bár ez a funkció jelenleg nincs teljesen kihasználva) [1] .
A hordozórakéták esetében a hasznos teher a műholdak, űrhajók (rakománnyal vagy űrhajósokkal) stb. Ebben az esetben a "hasznos teher" kifejezés az adott pályára bocsátott űrhajó teljes tömegét jelenti. Vagyis a kivont űrhajó fedélzetén lévő űrhajó testének és üzemanyagának tömege is hasznos tehernek számít.
Meg kell különböztetni a PN tömegét különböző pályákon. Általában minden hordozórakéta több hasznos terhet helyez egy 200 km-es alacsony referencia körpályára, mint a nagy energiájú (nagyobb magasságú) pályára. Így a Proton-M hordozórakéta legfeljebb 22 tonnát indít referenciapályára (háromlépcsős változatban, felső fokozat nélkül), több mint 6,0 tonnát geotranzicionális pályára és 3,7 tonnát geostacionárius pályára (in négyfokozatú változat, felső lépcsővel Briz-M vagy DM).
A rakomány pályára szállításának költsége különböző forrásokból meglehetősen eltérő. A számadatok gyakran különböző pénznemben szerepelnek, különböző évekre vonatkoznak (az év az inflációt és a globális piacot is meghatározza a kilövések költségeire vonatkozóan), különböző pályára történő kilövésekre vonatkoznak, egyes számok a kilövési költséget a „száraz” alapján jellemzik. ” a hordozórakéta költségét, más források a megrendelő kilövési költségét adják meg, míg a forrás nem magyarázza meg, hogy melyik számadat. A földi szolgálatok munkájának költségeit nem veszik rendszeresen figyelembe, és még inkább - a biztosítást, amelynek költsége nagymértékben változhat a rakétahibák statisztikáitól függően. Ezért rendkívül óvatosan kell összehasonlítani a hordozórakéta indításának költségeit, és a nyílt információkban csak hozzávetőleges értékek láthatók.
Modern eszközök:
| A rakomány alacsony pályára szállításának költsége | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hordozó | Költség, dollár kilogrammonként | Indítási költség, millió dollár | Teherbírás, tonna | jegyzet | ||||||
| " Zenit-2/3SL " | 2567-3667 _ _ | 35-50 | 13.7 | |||||||
| " Űrsikló " | 13 000 - 17 000 | 500 | 24.4 | 40-50 ezer dollár/kg-ig 10 tonnás részterhelés mellett. A pályára kerülő maximális tömeg körülbelül 120-130 tonna (a hajóval együtt), a Földre visszakerülő rakomány maximális tömege 14,5 tonna. [2] | ||||||
| " Szojuz-2 " | 4 242-11 265 | 35 48,5 ( RB "Fregat"-tal) [3] |
9.2 (LEO a GCC -vel ) [4] 8.7 (LEO a Vosztocsnij kozmodromból ) [5] 3.2 (GPO a GCC -vel ) [5] [6] 2.0 (GPO a Vosztocsnij kozmodromból [ 5] |
Akár 25 ezer dollár/kg GSO esetében . A maximális hasznos teher tömege a TGC " Progress " használatakor körülbelül 2,5 tonna. A Szojuz hordozórakéta által felbocsátott Szojuz TMA űrrepülőgépbe felvehető maximális terhelés körülbelül 300 kg. Műholdak kibocsátására való felhasználás esetén az indítási költség:
| ||||||
| " Kelet " | 3460 | 16.4 | 4.73 | 1988. március 17-én a Vostok hordozórakéta (egy korábbi módosítás) pályára állította az indiai földi IRS-1A távérzékelő műholdat. Az indítás költsége 7,5 millió dollár volt, és az ilyen alacsony költség annak köszönhető, hogy a potenciális ügyfelek vonzására volt szükség [10] . 1991 óta üzemen kívül helyezték.
A 2020-as inflációval kiigazítva ez 16,4 millió dollár. | ||||||
| " Proton-M " | 2743 ( NOO ) 10 236 - 11 023 ( GPO ) |
65 80 (RB " Breeze-M "-vel) |
22,4 [11] (LEO, 200 km, i=51,6°) | Az indítás költségei az évek során változtak:
| ||||||
| " Atlasz-5 " | 6350 ( NOO ) 14400 (GPO) |
187 | 9,75–29,42 (NOO) 4,95–13,00 (GPO) [21] |
Csak pilóta nélküli műholdak. [22] | ||||||
| " Dnyepr " | 2703 | tíz | 3.7 | Csak pilóta nélküli műholdak. | ||||||
| " Ariane-5 ECA " | 13 330–15 000 (GPO ) | 140-150 | 10,5 (GPO) | A rakéta ezen változatát nem használják műholdak alacsony pályára bocsátására. Az indulás körülbelül 100 millió euróba kerül. Egy műhold GPO -ra való felbocsátásával a rakéta teherbírása 10,5 tonna, két műhold felbocsátásával a teljes tömegük akár 10 tonna is lehet. | ||||||
| Falcon 9 | 2719 (NOO)
11 273 (GPO) |
62 [23] | 22.8 (LEO egyszeri konfigurációban) 8.3 (GPO egyszeri konfigurációban) 5.5 (GPO) [23] |
Behúzható első fokozattal rendelkező hordozórakéta, amely potenciálisan csökkentheti a hasznos teher kilövésének költségeit. | ||||||
| Falcon Heavy | 2351 (LEO egyszeri konfigurációban)
5 618 (GPO egyszeri konfigurációban) |
90 [23] 150 (egyszer használatos konfigurációban) [24] |
63.8 (LEO egyszer használatos konfigurációban) 26.7 (GPO egyszer használatos konfigurációban) 8.0 (GPO) [23] |
A 8,0 tonnáig terjedő műhold GPO-ra történő felbocsátásának költségét 90 millió dollárban határozzák meg [23] , így 1 kg rakomány felbocsátásának költsége 11 250 dollár lesz . | ||||||
A fejlesztés alatt álló következő generációs eszközök (a tervezett adatok a 90-es évek rubel és dollár árfolyamán, több milliárd dolláros fejlesztési és tesztelési költségek nélkül):
Nem szabad azonban elfelejteni, hogy a hasznos teher pályára állításának fő költsége az eldobható hordozórakéta létrehozásának és az indítására való előkészítésnek a költségeiben rejlik. Például az üzemanyag-tényezőt tekintve az alacsony föld körüli pályára indítás költsége a modern hordozók esetében körülbelül 20-50 $/kg.
A Roszkoszmosz megtagadta az ukrán Zenith rakéták vásárlását, mivel a rakétákért régóta megállapított árat ajánlottak, amely előre költségvetésben volt - körülbelül 1,2 milliárd rubel. a rakétáért. A javaslat azonban nem felelt meg az ukrán partnereknek, többet kértek - mintegy 1,4 milliárd rubelt. Ilyen körülmények között az ügylet értelmét vesztette, mert 1,5 milliárd rubelért. A Roskosmos megrendelheti a Proton, nagyobb teherbírású hordozó gyártását [25] .