Et rumfartøjs nyttelast eller rumfartøjsnyttelast er mængden, typen eller massen af nyttigt udstyr, som et givet rumfartøj er bygget eller opsendt til . I den tekniske litteratur er forkortelserne af dette udtryk almindeligvis brugt: PN (Payload).
Man skal huske på, at "vægt sat i kredsløb " (for eksempel en kommunikationssatellit ) og "vægt leveret til ISS " er forskellige ting. Når alt kommer til alt, når man leverer til ISS, er det nødvendigt at levere i kredsløb rumfartøjets eget fremdriftssystem (sammen med brændstof til det), kontrolsystemet, selve rumfartøjets krop osv. Massen af Progress-rumfartøjet er f.eks. lidt mere end 7 tons, men normalt "flyver" kun 2,5 tons last til ISS ud af 7 tons sat i kredsløb.
Afhængigt af typen af rumfartøj er der derfor to fortolkninger af dette udtryk: PN for rumfartøjer og PN for løftefartøjer . Ved at bruge Progress-rumfartøjseksemplet er Progress's MO 2,5 tons, mens løfterakettens MO er 7 tons.
Når det anvendes på rumfartøjer, refererer udtrykket LO til massen af nyttelastmodulet eller den anvendte type udstyr. Næsten alle moderne rumfartøjer er bygget på basis af to komponenter: servicesystemmodulet og nyttelastmodulet.
For telekommunikationssatellitter inkluderer nyttelastmodulet alle transpondere og en del af relæantennerne, der bruges på den pågældende satellit. De antenner, der bruges til telemetri , er ikke en del af nyttelasten og hører til platformen.
På et rumfartøj beregnet til videnskabelig forskning består nyttelasten af alle de videnskabelige instrumenter i dette forskningsapparat, foto- og videokameraer. Antenner i dette tilfælde betragtes ikke som nyttelast, da de udfører servicefunktionen med at overføre de indsamlede data til Jorden og derfor er en del af platformen.
I produktionen af moderne telekommunikationsplatforme, såsom Spacebus eller Express , fremstilles MPN separat fra MSS, og den overordnede integration sker i sidste øjeblik ( eng. mating ).
I moderne kommunikationssatellitter er nyttelasten sædvanligvis transparente type repeatere ( eng. transparent eller bent-pipe ), det vil sige, at en simpel ændring (sænkning) af frekvensen, forstærkning og retransmission af signalet udføres om bord, uden foreløbig demodulation . Fordelen ved denne tilgang er systemets enkelhed og dets bedre tilpasningsevne til skiftende standarder på Jorden: selv når man ændrer typen af modulering eller standarder for det transmitterede signal (for eksempel DVB-S2 i stedet for DVB-S ), systemet fortsætter med at arbejde med succes. C -bånd og Ku-bånd repeatere bruger typisk enkelt downsampling, mens højere bånd ( Ka- og Q/V-) systemer bruger dobbelt downsampling.
I systemer med foreløbig demodulation og efterfølgende remodulation af signalet ( engelsk ombordbehandling (OBP) ) er det muligt at opnå et bedre signal-til-støj-forhold , producere højeffektiv signalruting og blande forskellige typer signaler. Samtidig er omkostningerne ved sådanne systemer meget højere end simple gennemsigtige systemer, og effektiviteten afhænger i høj grad af muligheden for at omprogrammere udstyret. En sådan kapacitet er i øjeblikket stærkt begrænset på grund af den langsommere udvikling af højenergi-radioafskærmede systemer .
En af de vigtigste parametre er forholdet mellem massen af ST og rumfartøjets samlede masse. Det er klart, at jo bedre dette forhold er, jo mere effektivt kan missionsmålene opnås. Normalt bestemmer løfterakettens bæreevne den maksimale masse af rumfartøjet i kredsløb. Jo mindre platformen vejer, jo mere nyttelast kan der således leveres til en given bane.
I øjeblikket er dette forhold omkring 18-19 % for moderne tunge telekommunikationsplatforme som Spacebus eller Express 2000 . Det vigtigste teknologiske problem er energiomkostningerne ved at øge kredsløbet fra geotransfer til geostationær. Rumfartøjet skal bære en stor mængde brændstof for at øge kredsløbet (op til 3 tons eller mere). Derudover bruges yderligere 400-600 kg til at holde satellitten i en given bane i hele den aktive drift. I den nærmeste fremtid bør den udbredte brug af elektriske ionmotorer, samt et fald i massen af solpaneler og batterier, føre til en forbedring af dette forhold med op til 25% eller mere. For eksempel bruger Boeing XIPS25 elektriske ion thruster kun 75 kg drivmiddel til at holde en satellit i kredsløb i 15 år. Med den mulige brug af denne motor til at øge og derefter holde kredsløbet, kan der spares op til 50 millioner euro (selvom denne funktion ikke er fuldt ud brugt i øjeblikket) [1] .
For løftefartøjer er nyttelasten satellitter, rumfartøjer (med last eller astronauter) osv. I dette tilfælde betyder udtrykket "nyttelast" den samlede masse af det rumfartøj , der sendes ind i en given bane. Det vil sige, at massen af rumfartøjets skrog og brændstof om bord på det rumfartøj, der trækkes tilbage, også anses for at være nyttelasten.
Det er nødvendigt at skelne massen af PN i forskellige baner. Generelt lægger enhver løfteraket mere nyttelast i en 200 km lav reference cirkulær bane end i højenergibaner (højere højde). Således sender Proton-M løfteraketten op til 22 tons ind i en referencebane (i en tre-trins version, uden et øvre trin), mere end 6,0 tons i en geotransitionel bane og op til 3,7 tons i en geostationær bane (i en fire-trins version med en øvre trin Briz-M eller DM).
Omkostningerne ved at levere last i kredsløb i forskellige kilder er ret forskellige. Ofte er tallene angivet i forskellige valutaer, refererer til forskellige år (året bestemmer både inflationen og det globale marked for omkostningerne ved opsendelser), refererer til opsendelser i forskellige baner, nogle af tallene karakteriserer opsendelsesomkostningerne baseret på den "tørre ” omkostninger for løfteraketten, andre kilder giver opsendelsesomkostningerne for kunden, mens kilden ikke forklarer, hvilken af tallene der er angivet. Omkostningerne ved arbejdet med jordtjenester tages ikke regelmæssigt i betragtning, og endnu mere - forsikring, hvis omkostninger kan variere meget afhængigt af statistikkerne over missilfejl. Derfor er det nødvendigt at sammenligne omkostningerne ved at starte en løfteraket med ekstrem forsigtighed, og kun omtrentlige værdier kan ses i åben information.
Moderne værktøjer:
| Omkostningerne ved at levere last til lavt kredsløb | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Transportør | Omkostninger, dollars pr. kg | Lanceringsomkostninger, millioner dollars | Bæreevne, tons | Bemærk | ||||||
| " Zenit-2/3SL " | 2567 - 3667 | 35 - 50 | 13.7 | |||||||
| " rumfærge " | 13.000 - 17.000 | 500 | 24.4 | Op til $40-50 tusinde/kg med en delbelastning på 10 tons. Den maksimale masse, der leveres i kredsløb, er omkring 120-130 tons (sammen med skibet), den maksimale masse af last, der returneres til Jorden, er 14,5 tons. [2] | ||||||
| " Soyuz-2 " | 4 242 - 11 265 | 35 48,5 (med RB "Fregat") [3] |
9.2 (LEO med GCC ) [4] 8.7 (LEO fra Vostochny Cosmodrome ) [5] 3.2 (GPO med GCC ) [5] [6] 2.0 (GPO fra Vostochny Cosmodrome [5] |
Op til $25 tusinde/kg for GSO . Den maksimale nyttelastmasse ved brug af TGC " Progress " er omkring 2,5 tons. Den maksimale belastning, der kan tages ind i Soyuz TMA-rumfartøjet , der opsendes af Soyuz-løftefartøjet, er omkring 300 kg. I tilfælde af brug til produktion af satellitter, koster opsendelsen:
| ||||||
| " Øst " | 3460 | 16.4 | 4,73 | Den 17. marts 1988 lancerede Vostok løfteraketten (en tidligere modifikation) den indiske jordfjernmålingssatellit IRS-1A i kredsløb. Lanceringsomkostningerne var $7,5 mio.. Så lave omkostninger skyldes, at det var nødvendigt for at tiltrække potentielle kunder [10] . Nedlagt siden 1991.
Justeret for inflation for 2020 er det 16,4 millioner dollars. | ||||||
| " Proton-M " | 2743 ( NOO ) 10 236 - 11 023 ( GPO ) |
65 80 (med RB " Breeze-M ") |
22,4 [11] (LEO, 200 km, i=51,6°) | Prisen for lanceringer har ændret sig gennem årene:
| ||||||
| " Atlas-5 " | 6.350 (NOO) 14.400 (GPO) |
187 | 9,75 - 29,42 (NOO) 4,95 - 13,00 (GPO) [21] |
Kun ubemandede satellitter. [22] | ||||||
| " Dnepr " | 2703 | ti | 3.7 | Kun ubemandede satellitter. | ||||||
| " Ariane-5 ECA " | 13.330 - 15.000 (GPO) | 140 - 150 | 10,5 (GPO) | Denne version af raketten bruges ikke til at opsende satellitter i lave baner. Lanceringsomkostningerne er omkring 100 millioner euro. Med opsendelsen af en satellit til GPO'en er rakettens bæreevne 10,5 tons, med opsendelsen af to satellitter kan deres samlede masse være op til 10 tons. | ||||||
| Falcon 9 | 2719 (NOO)
11.273 (GPO) |
62 [23] | 22.8 (LEO i en engangskonfiguration) 8.3 (GPO i en engangskonfiguration) 5.5 (GPO) [23] |
En løfteraket med et udtrækkeligt første trin, som potentielt kan reducere omkostningerne ved affyring af nyttelast. | ||||||
| Falcon Heavy | 2.351 (LEO i engangskonfiguration)
5.618 (GPO i en engangskonfiguration) |
90 [23] 150 (i engangskonfiguration) [24] |
63.8 (LEO i engangskonfiguration) 26.7 (GPO i engangskonfiguration) 8.0 (GPO) [23] |
Omkostningerne ved at opsende en satellit, der vejer op til 8,0 tons til GPO'en, er sat til $90 millioner [23] , så omkostningerne ved at opsende 1 kg nyttelast vil være $ 11.250 . | ||||||
Den næste generation af værktøjer under udvikling (planlagte tal ved kursen på rublen og dollaren i 90'erne, eksklusive udviklings- og testomkostninger på flere milliarder dollar):
Det skal dog huskes, at hovedomkostningerne ved at bringe nyttelasten i kredsløb ligger i omkostningerne ved at skabe og forberede opsendelsen af en engangs løfteraket. For eksempel, hvad angår brændstoffaktoren, er omkostningerne ved opsendelse i lav kredsløb om jorden for moderne luftfartsselskaber omkring 20-50 $/kg.
Roskosmos nægtede at købe ukrainske Zenith-raketter, da en længe etableret pris blev tilbudt for raketterne, som var forudbudgetteret - omkring 1,2 milliarder rubler. for raketten. Forslaget passede dog ikke de ukrainske partnere, de bad om mere - omkring 1,4 milliarder rubler. Under sådanne forhold mistede aftalen sin betydning, fordi for 1,5 milliarder rubler. Roskosmos kan bestille fremstilling af Protonen, en transportør med en højere bæreevne [25] .