Космическая программа Южной Кореи: догнать первых

Южная Корея была обречена на развитие ракетных технологий. Когда в 1953 году между ней и северным Пхеньяном воцарился шаткий мир, растущее развитие технологии баллистических ракет казалось едва ли не единственным его настоящим гарантом. Впоследствии этот милитаристский аспект баллистики вновь переосмыслили, едва Южная Корея отметила, что ракеты могут нести не только боеголовки, но и полезную нагрузку в виде спутников связи и наблюдения.

Сегодня рассмотрим, как менее чем за 35 лет Сеул сумел развить собственный аэрокосмический сектор, приблизившись к ведущим космическим державам мира.

Основание KARI и старт разработки собственных ракет-носителей

Южная Корея весьма запоздала со стартом собственной космической программы. Корейский институт аэрокосмического развития (KARI), ведущее аэрокосмическое предприятие и научно-исследовательская лаборатория страны, учредили лишь в 1989 году, когда космические программы большинства стран региона уже активно эксплуатировали ракеты-носители и спутники собственного производства. Столь позднее появление обусловила тяжелая экономическая ситуация в стране после заморозки гражданской войны в 1953 году.

Итак, вновь созданному KARI пришлось догонять конкурентов с удвоенным темпом. Главные причины его основания мало чем отличались от аналогичных учреждений во всем мире. Сеул стремился развивать космические технологии для укрепления собственной национальной безопасности, улучшения экономической ситуации в стране, интеграции космических технологий в широкий спектр общественной и военной деятельности и тому подобного.

В начале 1990-х годов KARI разрабатывает первые версии южнокорейских ракет-носителей Korean Sounding Rocket (KSR). Почти одновременно конструируют две различных модификации ракеты: одноступенчатую твердотопливную KSR-1 и двухступенчатую KSR-2, также на твердом топливе. Это были зондирующие ракеты, спроектированные специально для доставки небольших спутников на невысокие орбиты. Однако изначально даже эта миссия была недостижима для серии KSR.

Первая демонстрация KSR-1 состоялась в 1993 году. Неуправляемая ракета смогла подняться на высоту 39 км, чего было явно недостаточно для развертывания спутниковых аппаратов. Второй запуск KSR-1 (миссия KSR-420S-2) несколько улучшил этот высотный показатель, доведя его до 49 км. Всем было понятно, что для начала настоящей независимой космической деятельности Сеулу необходимы ракеты помощнее.

Модифицированная версия первой генерации ракеты, двухступенчатая KSR-2 смогла поднять полезную нагрузку весом 150 кг на орбиту высотой 137 км. Было осуществлено лишь две демонстрации KSR-2, в 1997 и 1998 годах. В дальнейшем проект свернули, а основные усилия ее главного производителя, KARI, сосредоточились на новой генерации ракеты KSR-3, которая дебютирует уже в следующем тысячелетии.

KSR-3 была концептуально новым видением баллистической ракеты. Во-первых, инженеры из KARI решили отойти от концепции маршевого двигателя ракеты на твердом топливе и оснастили новую модификацию жидкостным, работавшим на смеси жидкого кислорода с керосином (LOX/rac). Во время испытаний в 2002 году ракета смогла подняться на высоту 42,7 км и пролететь 84 км. Следует заметить, что максимум высоты, который был ниже предшественницы KSR-2, обусловила втрое большая масса новой ракеты (6,1 тонны вместо 2 тонн), поэтому не стоит воспринимать это как худший результат. Удельная тяга, которая достигалась при старте KSR-3, составляла 13 тонн.

Конечно, ракетная серия KSR не была способна выполнять серьезные космические миссии, и главным достижением программы стало лишь зондирование нижних слоев атмосферы над Корейским полуостровом и измерение концентрации озона с помощью ультрафиолетового радиометра. Были также очевидны и безопасностные бенефиции от появления у Южной Кореи баллистических ракет подобного типа, ведь, несмотря на затухание конфликта между Сеулом и Пхеньяном, окончательно он так и не был решен.

Но наиболее значимым достижением программы KSR станет опыт разработки собственных ракетных технологий. Именно он ляжет в основу при конструировании будущих ракет-носителей KSLV-1 и KSLV-2 (Korea Space Launch Vehicle), которым наконец-то покорится орбита.

Взрослые игры: появление KSLV

С начала разработки KSLV (в Корее ракета известна под названием Naro-1 в честь новосозданного космодрома, откуда происходили ее запуски) вовлеченные предприятия столкнулись с целым кластером вызовов, главным из которых было создание надежного и мощного маршевого двигателя для первой ступени ракеты. Поэтому в октябре 2004 года руководство Южной Кореи обратилось за помощью в проектировании первой ступени к россиянам.

За основу решили взять российский однокамерный жидкостный ракетный двигатель РД-151, работавший на смеси керосина и жидкого кислорода. РД-151 был менее мощной и легкой версией РД-191, за счет которого роскосмос планировал запускать свое новое семейство ракет-носителей — «Ангара». На первый этап Naro-1 намеревались установить один такой двухтонный ракетный двигатель, способный генерировать стартовую тягу в 75 тонн (1670 кН).

Сейчас это многих удивит, но выбор в пользу ракетных технологий россиян сделали еще и потому, что в начале 2000-х годов США всячески препятствовали стремлению Сеула создать собственные ракеты-носители. Это обуславливалось опасениями Штатов, что разработка Южной Кореей ракетных вооружений могла привести к обострению отношений с Северной Кореей.

В 2008 году россияне поставили готовую первую ступень будущей KSLV-1, сконструированную на НПО «Энергомаш». В то время KARI еще занимался второй ступенью ракеты, что была уже полностью корейской разработкой. На втором этапе Naro-1 предполагалось использовать твердотопливный двигатель, который генерировал тягу в 86,2 кН. 

Следует заметить, что на протяжении всего этапа разработки Южная Корея сталкивались с трудностями в финансировании проекта новой ракеты. Начиная с 2002 года, на него было потрачено около $450 млн, что оказалось для страны большой финансовой нагрузкой.

Но несмотря на немалые средства, направленные на разработку, KSLV-1 смогла осуществить только три запуска, два из которых — неудачные. Первый старт состоялся 25 августа 2009 года и завершился потерей полезной нагрузки при отделении первой и второй ступеней. Спустя год, в июне 2010-го, с космодрома Наро взлетела вторая KSLV-1, но уже на 137-й секунде миссии она взорвалась в воздухе. Две экспертные группы более года расследовали аварию Naro-1, однако так и не смогли прийти к общему выводу, что же на самом деле привело к потере ракеты.

На долгих 2,5 года KARI взял паузу и предпринял следующую попытку запустить KSLV-1 лишь 30 января 2013 года. Именно этот запуск и оказался единственным успехом за весь период эксплуатации корейской ракеты.

Она вывела на орбиту научно-исследовательский спутник STSat-2C, который KARI разработал как демонстрацию технологии отделения и развертывания космического аппарата на орбите для лазерного отслеживания и связи. В корейском исследовательском институте считали, что STSat-2C должен стать первым кирпичиком в будущей программе пилотируемых космических кораблей.

Но первый успех не смог предупредить неотвратимое — в 2013 году ракету, которую KARI разрабатывал последние семь лет, объявили слишком устаревшей и требующей замены на новую, более мощную версию. А накануне, в конце 2010 года, началось проектирование преемницы Naro-1 — трехступенчатой ракеты KSLV-2 (или Nuri), всем ступеням которой надлежало быть корейского производства.

Мощности новой KSLV-2 должно было хватить для запуска крупных спутников весом до 1,5 тонны на солнечно-синхронную орбиту высотой 600-800 км (в дальнейшем вес полезной нагрузки удастся увеличить до 1,9 тонны). KARI не скрывал тот факт, что при разработке ракеты инженеры ориентировались на Falcon 9 от SpaceX, желая если не сравниться, то хотя бы максимально приблизиться к экономическим и технологическим показателям компании Илона Маска.

Значительно возросла и стоимость проекта новой ракеты — на него правительство Южной Кореи потратило почти $1,7 млрд. В частности, с нуля разработали новую версию вакуумного двигателя для второй ступени ракеты — KRE-075, который был способен обеспечивать тягу в 75 тонн.

Первый старт Nuri состоялся 21 октября 2021 года и оказался неудачным. Проблемы возникли у последней, третьей ступени ракеты, которая отключилась почти за минуту до расчетного времени, ввиду чего полезная нагрузка из спутников хотя и достигла запланированной высоты в 700 км, но не смогла набрать необходимую орбитальную скорость и вернулась назад в атмосферу Земли.

KSLV-2 добилась успеха лишь со второй попытки. 21 июня 2022 года ракета вывела на орбиту полезную нагрузку массой в 1,5 тонны, которая состояла из четырех научных кубсатов весом 5 кг, спутника PVSAT весом 180 кг и имитации полезного груза на 1,3 тонны, предназначенного лишь для проверки технологии отделения и развертывания на орбите.

Последний запуск KSLV-2 состоялся 25 мая 2023 года, когда ракета вывела на низкую околоземную и солнечно-синхронную орбиту 240 кг полезного груза. Итак, там были: четыре спутника для исследования ионосферы и магнитосферы SNIPE; демонстрационный NEXTSat-2; оснащенный сверхчувствительной оптической камерой мониторинговый JLC-101-v1-2; кубсат для измерения радиационного фона в верхних слоях атмосферы Lumir-T1; метеорологический спутник KSAT3U.

Сейчас KARI занимается разработкой новой модификации KSLV-3 TBD, которая будет способна доставлять большие грузы на геостационарную экваториальную и геосинхронную околоземные орбиты. Ракету планируется оборудовать четырьмя бустерами на первом этапе, каждый из которых будет оснащен вакуумным двигателем KRE-090. Вторую ступень ракеты также будет приводить в движение двигатель KRE-090V (менее мощная модификация KRE-090). А вот для третьего этапа KARI разработал концептуально новую версию жидкостного двигателя KRE-010V, работающего на смеси кислорода с керосином.

Стоит отметить, что за всю историю запусков ракет-носителей семейства KSLV Южная Корея ни разу не доставляла на орбиту коммерческие полезные грузы сторонних стран — все эти спутники были внутренними разработками ряда корейских научно-исследовательских институтов и лабораторий. Как видим, Сеул аккумулирует свои усилия не на зарабатывании денег от коммерческих клиентов, а на совершенствовании сугубо собственных космических технологий. Несмотря на большой толчок в развитии, который такая политика дает национальному аэрокосмическому сектору, она вызывает и массу вопросов со стороны ее критиков. Ведь ситуация, когда Южная Корея из года в год только вкладывает деньги в сектор, фактически ничего не зарабатывая на собственных космических запусках, вызывает недоумение.

Старт спутниковой программы

Пока KARI занимался разработкой ракет-носителей, другое корейское учреждение, Корейский технологический институт (KIT) начал выпуск собственных спутниковых аппаратов. В 1989 году KIT сливается с Корейским ведущим институтом науки и технологий (KAIST), что знаменует активную фазу южнокорейской спутниковой программы.

Первым проектом объединенного KIT/KAIST (для удобства, в дальнейшем будем называть его просто KIT) становится разработка малого спутника для низкой околоземной орбиты (LEO) — KITSAT-1, запущенный с территории космодрома во Французской Гвиане 10 августа 1992 года на борту европейской ракеты Ariane 4.

Орбита спутника, составившая 1316×1328 км, стала самой высокой среди всех LEO-спутников, которые страна запустила за последующие 32 года после него. Космическому зонду предстояло демонстрировать возможности Сеула разрабатывать собственные спутниковые аппараты, и благодаря его запуску Южная Корея стала 22-й страной в мире, способной на это.

Важно осознавать, что KITSAT-1 не был сугубо корейским проектом. В разработке некоторых его научных инструментов участвовали специалисты из британского института Суррея и его спутникового отдела Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), который специализировался на создании малых спутников. В сотрудничестве с южнокорейскими коллегами всего за несколько лет инженеры смогли разработать и сконструировать спутниковую шину и четыре основных научных инструмента KITSAT-1. 

Во-первых, аппарат был оснащен системой спутниковой связи PACSAT (PCS), скорость передачи данных которой (восходящая и нисходящая) составляла 9,6 Кб/с. KITSAT-1 также провел эксперимент с цифровой обработкой сигналов (DSPE). Сугубо научным стал эксперимент (CRE) по поиску и исследованию состава космических лучей.

KITSAT-1 был очень маленьким спутником (его вес составлял всего 48,6 кг), однако его оснастили еще и двумя цифровыми оптическими камерами для наблюдения за Землей, которые вместе составляли последний, четвертый его инструмент — Систему изображения Земли (EIS). Конечно, габариты не позволили установить на спутник по-настоящему чувствительную оптику, поэтому его первая, телевизионная камера была способна делать изображения в разрешении 400 м на пиксель, а вторая, широкоугольная — предоставляла панорамные снимки земной поверхности в разрешении 4 км на пиксель. Для сравнения, современные оптические спутниковые сенсоры снизили этот порог до половины метра на пиксель и даже меньше.

По замыслу, KITSAT-1 надлежало проработать на орбите не менее пяти лет, однако его космическая миссия продлилась на семь лет дольше запланированного срока — поддержку зонда окончательно прекратили только в 2004 году. Успех первой спутниковой миссии позволил KARI планировать новые проекты, и уже спустя год после запуска KITSAT-1, 26 сентября 1993-го, на орбиту была выведена его следующая модификация — KITSAT-2.

Конструктивно второй корейский KITSAT весьма походил на своего предшественника, но содержал большее количество научного оборудования. В частности, это компьютер KAIST (или KASCOM), способный в режиме реального времени обрабатывать массивы данных, поступающих с измерительных устройств KITSAT-2, хранить их и отправлять на Землю, используя для этого собственное цифровое хранилище и систему прямой связи (DSFCE). Также спутник оснастили новым детектором электронов низкой энергии (LEED) и инфракрасным датчиком наблюдения (IREX).

В конце мая 1999 года KIT запускает следующий KITSAT-3, основной задачей которого стало спутниковое наблюдение за Землей. Для запуска космического аппарата выбрали более дешевую индийскую ракету-носитель PSLV, у которой это был лишь второй оперативный запуск.

Но главным отличием KITSAT-3 было не переориентирование профиля миссии и новое научное оборудование, а то обстоятельство, что он стал первым спутником, полностью сконструированным усилиями исключительно южнокорейских специалистов из объединенного KIT и KAIST, то есть в проект не привлекли ни единого иностранного подрядчика.

На базе же самого KAIST позже основали ведущее южнокорейское предприятие по изготовлению спутников — SaTReC (Satellite Technology Research Center), которое до сих пор остается главным производителем спутниковых шин и научных инструментов в стране. Предприятие было задействовано в разработке более 20 спутниковых аппаратов разных стран, в числе которых испанский спутник Deimos 2, турецкий мониторинговый Göktürk 2, малазийский RazakSAT и другие.

Конечно, SaTReC занимался и производством собственных спутниковых аппаратов. В период с 1999 по 2020 год усилиями специалистов из SaTReC разработана серия мониторинговых спутников KOMPSAT, насчитывающая несколько модификаций. Некоторые из них (KOMPSAT-5 и KOMPSAT-3A) выводила на орбиту украинская ракета «Дніпро». 

Впрочем, определенные типы спутников Южная Корея продолжает заказывать у западных подрядчиков. Так появился спутник военного назначения ANASIS II, запущенный 20 июля 2020 года. Его на заказ Сеула разработал европейский концерн Airbus Defence and Space.

В целом, в отличие от ракетного сектора, спутниковый демонстрирует активное вовлечение в ряд международных проектов, что делает Южную Корею одним из ведущих поставщиков спутниковой аппаратуры и датчиков для разных стран мира. На базе SaTReC сегодня формируется ряд смежных предприятий и бизнес-инкубаторов, где Сеул взращивает новые кадры для развития этого направления космической деятельности.

Фактор сотрудничества с США

Успех южнокорейской космической программы не был бы таким стремительным без участия главного стратегического союзника — США. В конце прошлого столетия Штаты всячески сдерживали развитие ракетно-космического сектора страны, впрочем, новые времена переломили эту тенденцию.

Подписание соглашения «О сотрудничестве гражданских глобальных навигационных спутниковых систем», состоявшееся 21 мая 2021 года, способствовало обмену спутниковыми технологиями с NASA и позволило Сеулу разработать и ввести в эксплуатацию навигационную спутниковую систему под названием Korean Positioning System (KPS), аналог американской GPS.

К 2035 году Южная Корея планирует вывести на орбиту восемь спутников этой группировки, значительно усилив свой сектор космической навигации и осведомленности, и тем самым укрепив национальную безопасность. По состоянию на 2021 год ориентировочный бюджет программы геопозиционирования KPS составил около $3,3 млрд.

Предусматривается, что новая система навигации будет состоять из трех спутников, размещенных на геостационарной орбите (GEO), и пяти — на наклонной геосинхронной (IGSO). Вместе они обеспечат круглосуточный охват всего Корейского полуострова и будут предоставлять точную навигацию в реальном времени для работы беспилотных автомобилей, гражданской и военной авиации, судоходства и других будущих инновационных продуктов и услуг, требующих чрезвычайно точной информации о местонахождении.

Активная помощь США в проекте в основном будет направлена на разработку спутникового оборудования для приема и передачи сигнала. Это позволит значительно уменьшить погрешность позиционирования, которая у большинства современных спутниковых навигационных систем составляет примерно 20 м. При наиболее оптимистичном сценарии ее возможно уменьшить всего до 2,5 см. Совместный американско-корейский проект потенциально создаст в Республике Корея около 60 000 рабочих мест.

Тесное сотрудничество с NASA привело и к появлению первых южнокорейских лунных аппаратов, пока только орбитальных. Таким стал космический аппарат Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO, или Danuri), принявший участие в подготовительной фазе лунной программы NASA Artemis. Космический аппарат был запущен в августе 2022 года на борту ракеты Falcon 9, после чего он отправился в транслунное путешествие, продолжавшееся более четырех месяцев. Такое долгое странствие объясняется специальной баллистической переходной траекторией движения космического аппарата для минимизации расхода его топлива.

Danuri занял свое положение на окололунной орбите только 16 декабря, но ожидание стоило того. За более чем 800 суток, пока зонд кружил вокруг Луны, он осуществил ряд экспериментов по организации устойчивой спутниковой связи и передал на Землю гигабайты информации в сверхчетком разрешении.

Сейчас США остаются основным партнером Южной Кореи в космическом секторе как гражданского, так и милитаристского назначения. Учитывая постоянную угрозу со стороны Северной Кореи, Сеул неустанно усиливает свою интеграцию в американскую систему предупреждения о ракетных нападениях, а также продолжает подвижки в разработке совместной стратегии проведения космических операций. По состоянию на сегодня обе страны планируют учредить совместный военный консультативный орган, который сосредоточится на строительстве устойчивой структуры космической безопасности.

KASA как площадка для развития гражданского космоса

Совсем недавно космическая программа Кореи была наконец выделена в сугубо гражданское подразделение, получившее название Корейское аэрокосмическое управление (KASA) по аналогии со структурами, курирующими развитие частного гражданского аэрокосмического сектора в США.

Вновь созданное KASA примется за укрепление горизонтальных коммерческих и промышленных связей внутри страны для усиления ее конкурентоспособности на глобальной космической арене. Но пока планы KASA не слишком амбициозны, поскольку нацелены на запуск роботизированной посадочной платформы на Луну лишь в начале 2030-х годов, а запуск аналогичного марсианского зонда назначен на середину 2040-х.

Такие предварительные планы KASA значительно отстают от других сильных космических игроков в регионе. Напомним, Индия (Chandrayaan 3), Китай (Chang’e 6) и Япония (SLIM) уже успели отправить свои посадочные платформы на Луну. Правда, японский посадочный модуль SLIM постигла частичная неудача — космический аппарат завалился на бок во время посадки. Поэтому планы Сеула догнать эти страны только в 2032 году выглядят довольно курьезно, несмотря на то что страна уже запускала на лунную орбиту свой миниатюрный космический зонд Danuri, данными с которого пользуется NASA для подготовки будущих лунных миссий по программе Artemis.

Однако Корейское аэрокосмическое управление, кажется, и не стремится к большим успехам, сконцентрировавшись в этом десятилетии лишь на укреплении собственного аэрокосмического сектора. Сейчас в KASA делают все для существенного роста венчурных инвестиций. Сегодня их приток в аэрокосмический сектор страны составляет приблизительно $720 млн, но до 2045 года, когда KASA собирается полететь на Марс, управление предполагает потратить на национальный космос сумму в эквиваленте $72 млрд.

Если все пойдет по плану, уже за десятилетний период KASA и вправду может дорасти до одного из ведущих космических агентств мира. И для устойчивого развития Южной Корее требуется лишь мирное небо над головой.