Для удобства вопросы роста массы геостационарных спутников и необходимости соответствующего повышения грузоподъемности отечественных носителей вынесены из статьи Перспективные носители в отдельный раздел.

Таблица 1 относится к иностранным коммерческим спутникам связи и телевещания, выводимым через геопереходную орбиту (ГПО), здесь они распределены по годам и по стартовой массе с шагом 0,5 тонны, а так же указано общее количество запущенных в данный год спутников и их средняя масса. Последняя величина довольно малоинформативна, хотя и отражает основную тенденцию роста массы спутников связи. Интересной особенностью средней массы является ее скачкообразный рост, который примерно совпадает с появлением и достаточно массовым заполнением очередного более тяжелого класса спутников. В таблице 2 для большей наглядности приведены те же данные, выраженные в процентах и в несколько более укрупненном виде с шагом 1 т. Данные на 2011-2012 годы основаны на имеющихся сведениях о заказанных КА, при этом данные в графе «всего» не совпадают с суммой по столбцам, т.к. масса некоторых спутников неизвестна, что, естественно, снижает точность прогнозирования. В таблице 3 спутники распределены на группы в формате компании Euroconsult. В таблицах не учтены созданные на гражданских платформах военные спутники, а так же коммерческие, предназначенные для выведения непосредственно на ГСО (таких было всего два и оба созданы у нас – SESat и Казсат). В то же время учтены экспериментальные аппараты, т.к. они, с одной стороны, создавались на стандартных коммерческих платформах или же предназначались для отработки перспективных платформ, а с другой стороны обычно предусматривалось их коммерческое использование. За точку отсчета принят 1988 год, т.к. тенденции 60-80-х мало что дают для понимания современной ситуации. До конца 80-х подавляющее большинство аппаратов весило порядка 1 тонны и менее, выделялись лишь Intelsat, имевший спутники 1,5-тонного класса с начала 70-х и 2-тонного с начала 80-х, а так же ATT и Satcom, выводившие аппараты тех же классов, но на 5 лет позже Интелсата.
Из таблиц видно, что да, массы спутников действительно растут, но картина вовсе не так проста и однозначна. В рассматриваемый период за первые 7 лет наиболее массовый класс спутников потяжелел примерно на 2 тонны, две следующие семилетки дали еще по тонне, т.е. относительный прирост массы постепенно уменьшается, а сам рост массы происходит примерно в арифметической прогрессии. До недавнего времени самым многочисленным был класс в диапазоне масс 3,5-5,5 тонн (в среднем 48 % за период 1999-2009 гг.), однако с 2009 года наметилась достаточно четкая тенденция увеличения численности спутников массой 5,5-6,5 т примерно до 1/3 общего количества. Так же нужно отметить, что вовсе не думает отмирать класс спутников массой 1,5-3,5 тонны, самые легкие их которых Протон выводит непосредственно на ГСО, напротив, с 2010 года наметился даже некоторый рост доли спутников данного класса. Этот класс, очевидно, сохранится и в дальнейшем, т.к. с одной стороны малые операторы и страны не могут позволить себе тяжелые спутники или они им просто избыточны, а с другой крупным операторам они позволяют более гибко удовлетворять спрос в разных регионах планеты. Спутники массой выше 6,5 т пока представлены одиночными аппаратами, наиболее тяжелый из которых TerreStar 1 (6,9 т, 2009 г., целевая орбита - синхронная наклонением 6 градусов). Нужно отметить, что рост массы происходит внутри каждого класса спутников и наиболее массовые аппараты каждого периода времени сконцентрированы в достаточно узкой полосе шириной примерно в 1 тонну для тяжелых спутников и 0,5 тонны для легких. При этом появление все более тяжелых спутников не означает полного ухода легких, происходит постепенное размазывание общего количества аппаратов по всему спектру масс, но все же наиболее легкий класс массой менее 2 т после 2005 года полностью отмер.

Распределение спутников в таблице 3 на группы массой до 5,5 т, до 6,0 т и 6,5 т имеет следующий смысл: в первую попадают потенциальные полезные нагрузки Ангары-5 при старте из Плесецка, во вторую – Протона-М и Зенита-3SL, в третью - двух последних носителей с учетом возможности некоторой модернизации или согласия заказчиков на менее выгодную ГПО. Из данного распределения видно, что некоторые апологеты водорода, утверждавшие, что на Протоне он был нужен «еще вчера», мягко говоря, преувеличивали. Ради тех единичных спутников, что превышали возможности Протона (5,6 т с 2004 г., 6,0 т с 2007 г., 6,1 т с 2009 г. на ГПО с дельта V 1500 м/с), делать КВРБ не было никакого смысла, даже если каким-то чудом удалось бы получить все эти заказы. Лишь теперь стала целесообразной разработка водородного РБ в плане обеспеченности его полезными нагрузками, однако будет ли он конкурентоспособен на мировом рынке, сказать сложно. В ближайшие годы Протон может выводить практически весь спектр коммерческих ПН. В то же время Ангара-5 (5,4 т на ГПО 1500 м/с, 3 т на ГСО) уже сейчас не может охватить четверть коммерческих ПН, а к моменту выхода на рынок эта доля станет еще меньше. Ситуация усугубляется тем, что для спутников массой 6+ тонн сложно найти пару для запуска на Ариан-5ECA, особенно в свете роста массы и легких спутников, индийские и китайские относительно легкие аппараты на рынке пусковых услуг по сути отсутствуют и выводятся национальными носителями, а за оставшиеся спутники легкого класса существует сильная конкуренция со стороны Ариан-5, Зенита-3SLБ и Союза-ST, поэтому тяжелый класс наиболее перспективен для получения заказов в ближайшие годы. Следовательно, без водородного разгонного блока КВТК, обеспечивающего 7,5 т на ГПО, Ангаре даже теоретически очень тяжело будет конкурировать на мировом рынке пусковых услуг. Что касается отечественных ПН, то здесь ситуация более благоприятна. Ангара-5 может выводить на ГСО спутники военной связи Радуга-1М (масса около 2,6 т), ретрансляторы двойного назначения Луч (до 3 т) и перспективные спутники СПРН, для чего собственно и нужна военным в первую очередь. Из гражданских аппаратов возможен вывод любых одиночных спутников связи на платформе Экспресс-1000 (1,6 т), либо парный запуск двух облегченных КА на данной платформе, либо запуск в сочетании со спутником на платформе Яхта (1,3 т), либо одиночный запуск КА на облегченной платформе Экспресс-2000 (до 3,4 т в стандартной конфигурации под Протон). Так же можно выводить метеорологические спутники Электро-Л (1,9 т), тяжелые АМС, а при необходимости проводить групповые запуски навигационных КА Глонасс-К. Таким образом, Ангара-5/Бриз-М обеспечивает достаточно полноценный независимый доступ России на ГСО и другие высокоэнергетические орбиты, однако имеет значительные ограничения для коммерческой эксплуатации. С водородным РБ возможна и полноценная коммерция при условии, что удастся обеспечить приемлемую цену и надежность. На первом этапе Ангара может расширить коммерческие возможности Протона-М, забирая на себя часть отечественных ПН, поскольку возможности производства последнего ограничены 12 экземплярами в год. Однако этот вариант может потребоваться лишь при обеспечении Протона достаточным количеством заказов, в противном случае снижение серийности приведет к росту стоимости обоих носителей. С космодрома Восточный даже без водорода Ангара могла бы выводить несколько больше нынешнего Протона, но всерьез рассчитывать на его строительство в срок, учитывая опыт старта для Ангары в Плесецке и для Союза-ST в Куру, так же не приходится; в лучшем случае через 10 лет что-то построят и тогда уже ее возможностей тоже может оказаться недостаточно. Заманчивым выглядит строительство старта для Ангары на Байконуре за счет казахов (Байтерек), но на это надежды мало.

Раз уж речь зашла о Байтереке, имеет смысл сказать несколько слов о вполне реальных чисто коммерческих проектах с участием российских фирм. Повышение грузоподъемности украино-российской РН Зенит-3SLБ (3,6 т на ГПО, проект «Наземный старт») в ближайшие годы не имеет особых перспектив, т.к. спутники в диапазоне масс 3,5-4,5 т почти отсутствуют, а спутники на наиболее массовой платформе легкого класса Star-2 лишь в 2011 г. перешагнули рубеж 3 т и еще несколько лет будут весить не более 3,5 т. Конечно, резерв грузоподъемности можно использовать, выводя спутники на более выгодную ГПО, но оправдает ли это конкурентное преимущество затраты на модернизацию – вопрос спорный. Однако, если Россия не откажется от использования Зенита-3Ф (с РБ Фрегат) для запусков прикладных и научных спутников, повышение ПН данного варианта может быть оправданным.
В то же время утяжеление спутников на платформе Star-2 может еще больше осложнить комплектование пар для европейской РН Ариан-5 и таким образом открывает дополнительные перспективы для РН Союз-ST (проект «Союз» в Куру») в варианте B (с двигателем РД-0124 на 3-й ступени, 3,2 т на ГПО), который в этой ситуации может помочь Арианспейсу сохранить свою долю рынка.
Полезную нагрузку РН Зенит-3SL (6,0 т на ГПО, проект «Sea Launch») для обеспечения конкурентоспособности с Ариан-5 и Протоном-М необходимо повышать, однако поскольку проект лишь недавно прошел процедуру банкротства и его акционеры не располагают значительным объемом средств, возможности модернизации довольно ограничены и не предполагают значительного повышения грузоподъемности.

Что касается прогнозов роста массы спутников связи, то здесь можно ориентироваться на данные одной из ведущих в этой области компании Euroconsult, занимающейся, в частности, анализом и прогнозированием развития рынка спутниковой связи и телевещания. На период 2012-2018 гг. прогнозируется следующее распределение: 24 % для КА массой 1,5-3,5 т, 36 % для 3,5-5,5 т, 27 % для 5,5-6,5 т и 13 % для КА тяжелее 6,5 т. Средний прирост массы оценивается в 125 кг в год. Точность прогнозирования можно оценить, сравнив их прогноз на 2009-2011 гг. для тех же классов спутников с реальными данными за 2009-2010 гг. (в скобках): 24 (36) %, 47 (36) %, 26 (26) % и 3 (2) %. Заметное расхождение по первым двум классам спутников может быть связано с тем, что в реальном распределении не учтен 2011 г., который только начался. Так же неизвестно, учитывал ли Euroconsult в своих прогнозах военные аппараты или же только коммерческие, а из последних весь спектр или только американских и европейских производителей. Нужно учитывать, что точность прогнозов на более длительный и отдаленный период будет ниже, чем на ближайший и более короткий период. Кроме того, в их прогнозе данные усреднены за весь период, а это означает, что к концу периода доля более тяжелых аппаратов будет выше, чем в его начале. При прогнозировании на ближайший период можно ориентироваться на массы уже заказанных спутников, что значительно повышает точность прогноза, обычно срок выполнения заказа составляет 2-3 года. Таким образом, с учетом всех факторов, при принятии решения о необходимости разработки нового носителя можно с достаточно высокой точностью вести планирование на 4-5-летний период. В ближайшие 5 лет Протон-М/Бриз-М сможет выводить примерно 90 % от всего спектра потенциальных коммерческих ПН. Так же нужно учитывать, что рано или поздно рынок будет насыщен и рост массы спутников может прекратиться или значительно замедлиться. Плюс ко всему значительную долю самых тяжелых спутников составляют аппараты для обеспечения мобильной связи, которые в России даже не проектируются. Даже при сохранении существующих темпов роста спутники массой 5,5-6,5 т будут преобладать примерно до 2015 года, а массой 6,5-7,5 т – до 2022 года. Преобладание в данном случае означает уровень порядка 40 % от суммарного количества, большая часть оставшихся спутников будет легче, а меньшая тяжелее основного класса. Конечно, прогнозы на длительный период дело неблагодарное, но опять же при сохранении нынешних темпов роста удвоение массы основного класса спутников связи произойдет лишь к середине века, при этом 6-тонные аппараты будут считаться «легкими», примерно как сейчас 2-3-тонные. За прошедшие же четверть века масса самых тяжелых спутников выросла втрое, а наиболее массового класса почти в пять раз.
Таким образом, создание водородного РБ для Протона и Ангары может быть оправдано к 2015 году. Что касается замены данных носителей, то все зависит от того, нужно ли России иметь возможность выводить спутники всего спектра масс или нет. Вряд ли оправдано создание нового носителя ради вывода иностранных спутников, это имеет смысл лишь в том случае, если будут производиться тяжелые отечественные спутники, причем достаточную массовость их производства можно обеспечить лишь при наличии экспортных заказов. При таком подходе замена может потребоваться к 2022-25 гг. при эксплуатации Ангары только на космодроме Плесецк или же примерно к 2030 г. в случае строительства старта для Ангары на Восточном. Однако вызывает сомнения способность России в течение 10 лет обеспечить одновременное строительство нового космодрома, разработку нового носителя и полезных нагрузок для него. В случае же необходимости выбора приоритет должен отдаваться созданию современных спутников, пусть даже и более легкого класса, чем самые тяжелые иностранные аппараты, поскольку полезная нагрузка первична, а средства выведения вторичны, на то они и средства, а не самоцель.
Об увеличении массы спутников связи можно так же судить по появлению у их производителей новых спутниковых платформ. На данный момент создается только одна такая платформа Alphabus (европейский консорциум EADS Astrium), позволяющая строить аппараты массой до 8 т на ГПО, и всего один спутник на ее базе массой 6+ тонн, другие производители пока предпочитают модернизировать уже существующие платформы.
Косвенно о росте массы спутников свидетельствуют так же программы модернизации зарубежных носителей. В частности, европейская Ариан-5ECA модернизируется по программе ME с целью увеличения ПН на ГПО до 11,5 т к 2017 г. Это необходимо для обеспечения парных запусков, поскольку для одиночных ПН Ариан-5 более чем достаточна. С учетом увеличения массы легких спутников до 3-3,5 т и за вычетом массы переходных систем (0,8-1 т) на тяжелый спутник остается примерно 7-7,5 тонны, что вполне совпадает с текущей тенденцией увеличения массы и остается значительный запас, поскольку эксплуатация новой модификации продлится не один год. До 2017 г. ПН Ариан-5ECA очевидно считается достаточной. Какой-либо существенной модернизации носителей семейства EELV не проводится.

Что касается советских/российских спутников, традиционно выводимых непосредственно на ГСО, то их масса всегда соответствовала максимальной грузоподъемности Протона-К/ДМа – изначально это было 2 т, в ходе модернизаций к 2000 году она была доведена до 2,6 т. И несмотря на то, что Протон-М/Бриз-М позволял выводить в начале века 3,2 т, а теперь и до 3,7 т, эти возможности оставались невостребованными, за исключением парного запуска Экспресса-АМ44 и Экспресса-МД1 в 2009 году. Лишь недавно появились проекты спутников 3-тонного класса на платформе Экспресс-2000, в ближайшие годы планируются их запуски. А между тем 3,7 т на ГСО соответствуют спутнику в 6,2 т на ГПО с дельта V перехода 1500 м/с (с учетом того, что отпадает необходимость в апогейной ДУ, сухая масса которой составляет порядка 5-10 % сухой массы спутника). Т.е. новые российские аппараты на негерметичных платформах будут в ближайшие годы находиться среди самых тяжелых спутников связи, а с учетом значительно возросших возможностей в сравнении с их предшественниками на герметичных платформах этого будет вполне достаточно для удовлетворения спроса как на территории России, так и для продажи транспондеров или даже целых спутников зарубежным операторам. Наиболее тяжелым иностранным спутникам в 8 т на ГПО, которые теоретически могут появиться к 2020-25 гг., соответствовал был спутник прямого выведения в 4,7 т. Поскольку спутник массой 3,7 т по своим возможностям эквивалентен трем четвертям 4,7-тонного, для обеспечения того же количества транспондеров в группировке вместо каждых трех пусков нового носителя потребуется четыре пуска Протона-М/Бриз-М, что не является принципиальным. Ангара-5/КВТК даже из Плесецка выведет на ГСО 4,6 т, а с Восточного – примерно 5,0 т (эквивалент 8,6 т на ГПО).

Использованные источники: Журналы «Новости космонавтики» и их сайт http://www.novosti-kosmonavtiki.ru
Сайт Гюнтера Кребса http://space.skyrocket.de
Сайт Джонатана МакДауэлла http://www.planet4589.org
Ежегодники БСЭ (выложены на сайте Сергея Хлынина http://epizodsspace.airbase.ru)