La carga útil de una nave espacial o la carga útil de una nave espacial es la cantidad, el tipo o la masa de equipo útil para el que se construye o lanza una nave espacial determinada . En la literatura técnica se utilizan comúnmente las abreviaturas de este término: PN (Payload).
Hay que tener en cuenta que “peso puesto en órbita ” (por ejemplo, un satélite de comunicaciones ) y “peso entregado a la ISS ” son cosas diferentes. Después de todo, cuando se entrega a la ISS, es necesario poner en órbita el propio sistema de propulsión de la nave espacial (junto con el combustible), el sistema de control, el propio cuerpo de la nave espacial, etc. Por ejemplo, la masa de la nave espacial Progress es un poco más de 7 toneladas, pero generalmente solo 2,5 toneladas de carga "vuelan" a la ISS de las 7 toneladas puestas en órbita.
Por lo tanto, dependiendo del tipo de nave espacial, existen dos interpretaciones de este término: PN de nave espacial y PN de vehículos de lanzamiento . Usando el ejemplo de la nave espacial Progress, el MO de Progress es de 2,5 toneladas, mientras que el MO del lanzador es de 7 toneladas.
Cuando se aplica a naves espaciales, el término LO se refiere a la masa del módulo de carga útil o al tipo de equipo utilizado. Casi todas las naves espaciales modernas se construyen sobre la base de dos componentes: el módulo de sistemas de servicio y el módulo de carga útil.
Para los satélites de telecomunicaciones , el módulo de carga útil incluye todos los transpondedores y parte de las antenas repetidoras utilizadas en ese satélite. Las antenas que se utilizan para la telemetría no forman parte de la carga útil y pertenecen a la plataforma.
En una nave espacial destinada a la investigación científica, la carga útil está compuesta por todos los instrumentos científicos de este aparato de investigación, cámaras fotográficas y de video. Las antenas en este caso no se consideran carga útil, ya que cumplen la función de servicio de transmitir los datos recogidos a la Tierra y por lo tanto forman parte de la plataforma.
En la producción de plataformas de telecomunicaciones modernas, como Spacebus o Express , el MPN se fabrica por separado del MSS y la integración general se realiza en el último momento ( ing. apareamiento ).
En los satélites de comunicación modernos, la carga útil suele ser repetidores de tipo transparente ( ing. transparente o de tubo doblado ), es decir, un simple cambio (disminución) de la frecuencia, amplificación y retransmisión de la señal se lleva a cabo a bordo, sin demodulación preliminar . La ventaja de este enfoque es la simplicidad del sistema y su mejor adaptabilidad a los estándares cambiantes en la Tierra: incluso al cambiar el tipo de modulación o los estándares de la señal transmitida (por ejemplo , DVB-S2 en lugar de DVB-S ), el sistema continúa funcionando con éxito. Los repetidores de banda C y banda Ku suelen utilizar un muestreo descendente único, mientras que los sistemas de banda superior ( Ka y Q/V) utilizan un muestreo descendente doble.
En sistemas con demodulación preliminar y posterior remodulación de la señal ( procesamiento a bordo en inglés (OBP) ), es posible lograr una mejor relación señal-ruido , producir un enrutamiento de señal altamente eficiente y mezclar diferentes tipos de señales. Al mismo tiempo, el costo de tales sistemas es mucho mayor que los sistemas transparentes simples, y la eficiencia depende en gran medida de la posibilidad de reprogramar el equipo. Actualmente, dicha capacidad está muy limitada debido al desarrollo más lento de los sistemas blindados de radio de alta energía .
Uno de los parámetros más importantes es la relación entre la masa del ST y la masa total de la nave espacial. Obviamente, cuanto mejor sea esta relación, más eficientemente se pueden lograr los objetivos de la misión. Por lo general, la capacidad de carga del vehículo de lanzamiento determina la masa máxima de la nave espacial en órbita. Por lo tanto, cuanto menos pese la plataforma, más carga útil se puede entregar a una órbita determinada.
Actualmente, esta proporción es de aproximadamente 18-19 % para las modernas plataformas de telecomunicaciones pesadas como Spacebus o Express 2000 . El principal problema tecnológico es el costo energético de aumentar la órbita de geotransferencia a geoestacionaria. La nave espacial debe transportar una gran cantidad de combustible para aumentar la órbita (hasta 3 toneladas o más). Además, se utilizan otros 400-600 kg para mantener el satélite en una órbita determinada durante todo el tiempo de funcionamiento activo. En un futuro cercano, el uso generalizado de motores de iones eléctricos, así como una disminución en la masa de paneles solares y baterías, debería conducir a una mejora en este índice de hasta un 25% o más. Por ejemplo, el propulsor eléctrico de iones Boeing XIPS25 utiliza solo 75 kg de combustible para mantener un satélite en órbita durante 15 años. Con el posible uso de este motor para aumentar y luego mantener la órbita, se pueden ahorrar hasta 50 millones de euros (aunque esta función no se usa completamente en este momento) [1] .
Para vehículos de lanzamiento , la carga útil son satélites, naves espaciales (con carga o astronautas), etc. En este caso, el término "carga útil" significa la masa total de la nave espacial lanzada en una órbita determinada. Es decir, la masa del casco de la nave espacial y el combustible a bordo de la nave espacial que se retira también se considera la carga útil.
Es necesario distinguir la masa de la PN en diferentes órbitas. En general, cualquier vehículo de lanzamiento pone más carga útil en una órbita circular de referencia baja de 200 km que en órbitas de alta energía (mayor altitud). Así, el vehículo de lanzamiento Proton-M lanza hasta 22 toneladas a una órbita de referencia (en una versión de tres etapas, sin etapa superior), más de 6,0 toneladas a una órbita geotransicional y hasta 3,7 toneladas a una órbita geoestacionaria (en una versión de cuatro etapas, con una etapa superior Briz-M o DM).
El costo de poner carga en órbita en diferentes fuentes es bastante diferente. A menudo, las cifras se dan en diferentes monedas, se refieren a diferentes años (el año determina tanto la inflación como el mercado global para el costo de los lanzamientos), se refieren a lanzamientos en diferentes órbitas, algunas de las cifras caracterizan el costo de lanzamiento basado en el "seco". ” costo del vehículo de lanzamiento, otras fuentes dan el costo de lanzamiento para el cliente, mientras que la fuente no explica cuál de las cifras se da. El costo del trabajo de los servicios terrestres no se tiene en cuenta regularmente, y más aún, el seguro, cuyo costo puede variar mucho según las estadísticas de fallas de misiles. Por lo tanto, es necesario comparar el costo de lanzar un vehículo de lanzamiento con extrema precaución, y solo se pueden ver valores aproximados en información abierta.
Herramientas modernas:
| El costo de entregar carga a órbita baja | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Transportador | Costo, dólares por kg | Costo de lanzamiento, millones de dólares | Capacidad de carga, toneladas | Nota | ||||||
| " Zenit-2/3SL " | 2567 - 3667 | 35 - 50 | 13.7 | |||||||
| " Transbordador espacial " | 13.000 - 17.000 | 500 | 24.4 | Hasta $40-50 mil/kg con una carga parcial de 10 toneladas. La masa máxima puesta en órbita es de unas 120-130 toneladas (junto con la nave), la masa máxima de carga devuelta a la Tierra es de 14,5 toneladas. [2] | ||||||
| " Soyuz-2 " | 4 242 - 11 265 | 35 48,5 (con RB "Fregat") [3] |
9.2 (LEO con GCC ) [4] 8.7 (LEO de Vostochny Cosmodrome ) [5] 3.2 (GPO con GCC ) [5] [6] 2.0 (GPO de Vostochny Cosmodrome [5] |
Hasta $25 mil/kg para OSG . La masa máxima de carga útil cuando se usa TGC " Progress " es de aproximadamente 2,5 toneladas. La carga máxima que se puede llevar en la nave espacial Soyuz TMA lanzada por el vehículo de lanzamiento Soyuz es de unos 300 kg. En el caso de uso para la salida de satélites, el costo de lanzamiento:
| ||||||
| " Este " | 3460 | 16.4 | 4.73 | El 17 de marzo de 1988, el vehículo de lanzamiento Vostok (una modificación anterior) puso en órbita el satélite indio de detección remota IRS-1A de la Tierra. El costo de lanzamiento fue de $7.5 millones, este bajo costo se debe a que se requería para atraer clientes potenciales [10] . Fuera de servicio desde 1991.
Ajustado por inflación para 2020, esto es $16.4 millones. | ||||||
| " Protón-M " | 2743 ( NOO ) 10 236 - 11 023 ( GPO ) |
65 80 (con RB " Breeze-M ") |
22,4 [11] (LEO, 200 km, i=51,6°) | El costo de los lanzamientos ha cambiado a lo largo de los años:
| ||||||
| " Atlas-5 " | 6.350 (NO) 14.400 (GPO) |
187 | 9,75 - 29,42 (NOO) 4,95 - 13,00 (GPO) [21] |
Sólo satélites no tripulados. [22] | ||||||
| " Dniéper " | 2703 | diez | 3.7 | Sólo satélites no tripulados. | ||||||
| " Ariane-5 ECA " | 13.330 - 15.000 (GPO) | 140 - 150 | 10.5 (GPO) | Esta versión del cohete no se usa para lanzar satélites a órbitas bajas. El coste de lanzamiento es de unos 100 millones de euros. Con el lanzamiento de un satélite al GPO , la capacidad de carga del cohete es de 10,5 toneladas, con el lanzamiento de dos satélites, su masa total puede ser de hasta 10 toneladas. | ||||||
| Halcón 9 | 2719 (NO)
11.273 (GPO) |
62 [23] | 22,8 (LEO en una configuración única) 8,3 (GPO en una configuración única) 5,5 (GPO) [23] |
Un vehículo de lanzamiento con una primera etapa retráctil, que podría reducir potencialmente el costo del lanzamiento de la carga útil. | ||||||
| halcón pesado | 2351 (LEO en configuración única)
5.618 (GPO en una configuración única) |
90 [23] 150 (en configuración de un solo uso) [24] |
63,8 (LEO en configuración de un solo uso) 26,7 (GPO en configuración de un solo uso) 8,0 (GPO) [23] |
El costo de lanzar un satélite que pese hasta 8,0 toneladas a la GPO se fija en $90 millones [23] , por lo que el costo de lanzar 1 kg de carga útil será de $ 11 250 . | ||||||
Las herramientas de próxima generación en desarrollo (cifras planificadas al tipo de cambio del rublo y el dólar de los años 90, excluyendo los costos multimillonarios de desarrollo y prueba):
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el costo principal de poner la carga útil en órbita radica en el costo de crear y preparar el lanzamiento de un vehículo de lanzamiento desechable. Por ejemplo, en términos del factor combustible, el costo de lanzamiento a la órbita terrestre baja para los portaaviones modernos es de aproximadamente 20-50 $/kg.
Roskosmos se negó a comprar cohetes Zenith ucranianos, ya que se ofreció un precio establecido desde hace mucho tiempo por los cohetes, que fue presupuestado previamente: alrededor de 1.200 millones de rublos. para el cohete. Sin embargo, la propuesta no se adaptó a los socios ucranianos, pidieron más: alrededor de 1.400 millones de rublos. En tales condiciones, el trato perdió su significado, porque por 1,5 mil millones de rublos. Roskosmos puede encargar la fabricación del Proton, un portaaviones con mayor capacidad de carga [25] .