Экономия массы полезной нагрузки

Некоторые из факторов, ограничивающих размер ракеты-носителя, такие же, как и для любого другого технологического продукта, а именно фиксированные и дополнительные затраты, кривая обучения, время выхода на рынок и эффект масштаба.

Более крупная пусковая система будет иметь более высокие фиксированные затраты (не обязательно на единицу массы полезной нагрузки при запуске). Собрать финансирование для более крупных исследований и разработок сложнее, отчасти потому, что риск выше (выплата, вероятно, происходит в течение более длительного периода, что увеличивает риск неточного прогноза и увеличивает требуемую величину выплаты за счет эффекта сложных процентов). ).

Более крупные системы также имеют более высокие фиксированные затраты по отношению к производству.

Когда технология является относительно незрелой и имеет относительно ограниченный спрос (как из-за стоимости, так и из-за недостаточного знакомства с ней), как правило, преобладают фиксированные затраты.

Что касается кривой обучения, поскольку у более крупной системы запуска будет меньше запусков, будет предпринята попытка запуска большего количества полезной нагрузки с меньшим пониманием системы. Например, если первые два пуска имеют вероятность успеха 90 % каждый, следующие четыре — 95 %, следующие шестнадцать — 98 %, то для запуска 20 единиц полезной нагрузки система с четырьмя единицами на пусковую установку потребует 5,37 пусков, потеряв 0,37 машины и 1,5 единицы полезной нагрузки, в то время как для одноблочной системы потребуется 20,69 пусков с потерей 0,69 машины и 0,69 единицы полезной нагрузки. Просто подсчитав дополнительные затраты, если значение полезной нагрузки в два раза превышает стоимость транспортного средства с одной единицей, то для безубыточности при запуске 20 единиц полезной нагрузки транспортное средство с тяжелой грузоподъемностью должно иметь дополнительные затраты всего в 3,56 раза больше, чем у одноместного транспортного средства (11). % дешевле на единицу полезной нагрузки).

Кривая обучения также применяется к производственным затратам и даже к эффективности ракеты (которая может немного увеличить размер полезной нагрузки или немного снизить стоимость топлива).

Время выхода на рынок взаимодействует с финансированием и кривой обучения. Быть первым, кто начнет получать прибыль (или даже иметь твердую перспективу получения прибыли), снижает стоимость привлечения капитала (который финансирует дополнительные НИОКР). Успешный запуск первым привлечет больше клиентов, увеличит доход (и прибыль) и увеличит количество запусков. (Аналогичное явление для языков программирования получило название «Чем хуже, тем лучше» .)

Экономия за счет масштаба дает небольшим системам небольшое преимущество, помимо того, что можно было бы ожидать от простой модели с учетом вышеперечисленных факторов. По мере увеличения объема конкуренция становится более практичной (усиливая инновационное давление и возможности [аутсайдеры более способны/склонны вносить свой вклад] и снижая размер прибыли [но также и риск]), и, как правило, развиваются стандарты, которые снижают затраты на производство и проектирование.

Другим фактором в пользу небольших систем является то, что несколько типов систем становятся более экономичными в эксплуатации. Если непредвиденный режим отказа заземляет определенный тип системы, другие системы будут доступны для запуска.

Системы запуска имеют некоторые особенности, которые ограничивают минимизацию размера полезной нагрузки. Сам запуск имеет затраты, связанные с использованием данной зоны, которая должна быть расчищена как опасная для авиации, а наземная территория должна быть расчищена для проблем безопасности при неудачном запуске. Стоимость мониторинга запуска также относительно фиксирована за запуск, а не за единицу полезной нагрузки.

Кроме того, более крупная ракета-носитель будет иметь тенденцию быть несколько более эффективной из-за эффекта площади по сравнению с объемом.

Существуют также ограничения на количество устройств, которые можно отслеживать, обмениваться данными и поддерживать на неконфликтующих орбитах, поэтому есть некоторая польза от большей полезной нагрузки. Без сборки в космосе размер системы, которая эффективно работает в целом, может быть ограничивающим фактором в нижней части размера.

Планирование запусков также является важным фактором. При запуске с несколькими полезными нагрузками весь груз должен быть в состоянии выдержать запуск одновременно. При нескольких запусках задержка одного запуска не обязательно повлияет на график других запусков. Кроме того, при большем количестве запусков, скорее всего, будет больше пусковых площадок, поэтому локальные эффекты, такие как погода, будут иметь меньшее влияние на возможность запуска.

Система с несколькими полезными нагрузками также будет иметь тенденцию к увеличению количества режимов отказа и может сделать специализацию для конкретных компонентов менее привлекательной.

(Экономика космических запусков — один из аргументов в пользу топливных складов, несмотря на то, что значительная часть криогенного топлива будет потеряна из-за нагревания на орбите.)

Дополнительные затраты на услугу по запуску в долларах США/кг снижаются по мере увеличения размера ракеты-носителя. Исходя из этого, вам нужна самая большая ракета-носитель, которую вы можете построить.

Однако это уравновешивается накладными расходами на поддержание пусковой способности. Вам необходимо поддерживать стартовую площадку, стартовые бригады, производственные мощности, цепочку поставок деталей и т. д. Это подталкивает вас в сторону более мелких ракет-носителей, чтобы минимизировать накладные расходы, амортизируемые в течение запусков.

Точно так же вам нужна более высокая скорость запуска для надежности, хотя это сложнее учесть в затратах, поскольку страховка обычно не оплачивается поставщиком запуска, ее оплачивает поставщик полезной нагрузки.

Таким образом, игнорируя на данный момент, какой размер полезной нагрузки нужен клиенту, вы в конечном итоге получаете золотую середину в размере транспортного средства в зависимости от объема вашего бизнеса, который вы имеете или ожидаете иметь. Где это зависит от всех факторов, упомянутых выше.

Хорошим примером является Delta II. У Delta II был стабильный бизнес, связанный с запуском спутников GPS. Это позволило им предоставить очень экономичную и высоконадежную услугу запуска, которую использовали многие другие клиенты, включая НАСА. На Delta II были запущены Mars Pathfinder, MGS, MPL, MCO, Stardust, Genesis, MER, Spitzer и другие. Однако, когда запуски GPS были завершены, накладные расходы Delta II не сильно изменились (они пытались их уменьшить), и в результате стоимость одного запуска резко возросла. Это больше не было экономически эффективным, и НАСА больше не могло поддерживать возможность запуска Delta II для их небольшого количества запусков. НАСА является относительно небольшим заказчиком на коммерческом рынке. Delta II была исключена из списка доступных ракет-носителей для миссий НАСА.

Другим хорошим примером может быть SLS. При частоте запуска раз в два года этот аппарат кажется слишком большим, чтобы оправдать накладные расходы. Итоговая общая стоимость запуска (не инкрементная) становится астрономической. Кроме того, трудно понять, как они смогут достичь какого-либо уровня приемлемой, проверенной надежности при такой низкой частоте пусков. Возможно, они представляют себе мир с гораздо более высокой скоростью запуска, но неясно, откуда будет поступать это финансирование, будь то ракеты-носители или полезные нагрузки.