Космічна програма Південної Кореї: наздогнати перших

Південна Корея була приречена на розвиток ракетних технологій. Коли 1953 року між нею та північним Пхеньяном запанував хиткий мир, зростаючий розвиток технології балістичних ракет видавався чи не єдиним його справжнім гарантом. Згодом цей мілітаристський аспект балістики знову переосмислили, щойно Південна Корея помітила, що ракети здатні нести не тільки боєголовки, але й корисне навантаження у вигляді супутників зв’язку та спостереження.

Сьогодні розглянемо, як менш ніж за 35 років Сеул зміг розвинути власний аерокосмічний сектор, наблизившись до провідних космічних держав світу.

Заснування KARI та старт розробки власних ракет-носіїв 

Південна Корея дуже запізнилася зі стартом власної космічної програми. Корейський інститут аерокосмічного розвитку (KARI), провідне аерокосмічне підприємство та науково-дослідна лабораторія країни, заснували лише 1989 року, коли космічні програми більшості країн регіону вже активно експлуатували ракети-носії та супутники власного виробництва. Таку пізню появу обумовила скрутна економічна ситуація у країні після заморозки громадянської війни у 1953 році.

Отже, новоствореному KARI довелося наздоганяти конкурентів із подвійним темпом. Головні причини його заснування мало чим відрізнялися від аналогічних установ у всьому світі. Сеул прагнув розвивати космічні технології задля посилення власної національної безпеки, покращення економічної ситуації у країні, інтеграції космічних технологій у широкий спектр громадської та військової діяльності тощо. 

На початку 1990-х років KARI розробляє перші версії південнокорейських ракет-носіїв Korean Sounding Rocket (KSR). Майже одночасно конструюють дві різні модифікації ракети: одноступеневу твердопаливну KSR-1 та двоступеневу KSR-2, також на твердому паливі. Це були зондувальні ракети, спроєктовані спеціально для доставки невеликих супутників на невисокі орбіти. Однак початково навіть ця місія була недосяжна для серії KSR.

Перша демонстрація KSR-1 відбулася 1993 року. Некерована ракета змогла піднятися на висоту 39 км, чого було явно недостатньо для розгортання супутникових апаратів. Другий запуск KSR-1 (місія KSR-420S-2) дещо покращив цей висотний показник, звівши його до 49 км. Усім було зрозуміло, що для початку справжньої незалежної космічної діяльності Сеул потребує потужних ракет.

Модифікована версія першої генерації ракети, двоступенева KSR-2 змогла підняти корисне навантаження вагою 150 кг на орбіту висотою 137 км. Відбулося лише дві демонстрації KSR-2, у 1997 та 1998 роках. Надалі проєкт згорнули, а основні зусилля її головного виробника, KARI, зосередилися на новій генерації ракети KSR-3, яка дебютує вже у наступному тисячолітті.

KSR-3 була концептуально новим баченням балістичної ракети. По-перше, інженери з KARI вирішили відійти від концепції маршового рушія ракети на твердому паливі та оснастили нову модифікацію рідинним, який працював на суміші рідкого кисню з керосином (LOX/rac). Під час іспитів у 2002 році ракета змогла піднятися на висоту 42,7 км та пролетіти 84 км. Варто зауважити, що максимум висоти, який був нижчим за попередницю KSR-2, обумовлений втричі більшою масою нової ракети (6,1 тонни замість 2 тонн), тому не слід сприймати це як гірший результат. Питома тяга, що досягалася при старті KSR-3, становила 13 тонн.

Звісно, ракетна серія KSR не була здатна виконувати серйозні космічні місії, і головним досягненням програми стало тільки зондування нижніх шарів атмосфери над Корейським півостровом та вимір концентрації озону за допомогою ультрафіолетового радіометра. Були також очевидні і безпекові бенефіції від появи у Південної Кореї балістичних ракет подібного типу, адже, попри затухання конфлікту між Сеулом та Пхеньяном, остаточно він так і не був вирішений.

Та найбільш значущим досягненням програми KSR стане досвід розробки власних ракетних технологій. Саме він ляже в основу при конструюванні майбутніх ракет-носіїв KSLV-1 та KSLV-2 (Korea Space Launch Vehicle), якім нарешті підкориться орбіта. 

Дорослі ігри: поява KSLV

Від початку розробки KSLV (у Кореї ракета відома під назвою Naro-1 на честь новоствореного космодрому, звідки відбувалися її запуски) залучені підприємства зіштовхнулися із цілим кластером викликів, головним з яких було створення надійного та потужного маршового рушія для першого ступеня ракети. Відтак у жовтні 2004 року керівництво Південної Кореї звернулося за допомогою з проєктуванням першого ступеня до росіян.

За основу вирішили взяти російський однокамерний рідинний ракетний двигун РД-151, що працював на суміші гасу та рідкого кисню. РД-151 був менш потужною та легкою версією РД-191, за рахунок якого роскосмос планував запускати своє нове сімейство ракет-носіїв — “Ангара”. На перший етап Naro-1 мали встановити один такий двотонний ракетний двигун, здатний генерувати стартову тягу у 75 тонн (1670 кН).

Зараз це багатьох здивує, але вибір на користь ракетних технологій росіян зробили ще й тому, що на початку 2000-х років США усіляко перешкоджали прагненню Сеула створити власні ракети-носії. Це зумовлювалося побоюваннями Штатів, що розробка Південною Кореєю ракетних озброєнь могла призвести до загострення відносин із Північною Кореєю.

У 2008 році росіяни поставили готовий перший ступінь майбутньої KSLV-1, сконструйований на НВО “Енергомаш”. У той час KARI ще займався другим ступенем ракети, що був уже цілковито корейською розробкою. На другому етапі Naro-1 мала використовувати твердопаливний двигун, який генерував тягу у 86,2 кН. 

Слід зауважити, що впродовж всього етапу розробки Південна Корея зазнавала труднощів з фінансуванням проєкту нової ракети. Починаючи з 2002 року, на нього було витрачено близько $450 млн, що виявилося для країни неабияким фінансовим навантаженням.

Та попри великі кошти, направлені на розробку, KSLV-1 спромоглася втілити тільки три запуски, два з яких — невдалі. Перший старт відбувся 25 серпня 2009 року і закінчився втратою корисного навантаження під час відокремлення першого та другого ступенів. За рік, у червні 2010-го, з космодрому Наро злетіла друга KSLV-1, але вже на 137-й секунді місії вона вибухнула у повітрі. Дві експертні групи понад рік розслідували аварію Naro-1, проте так і не змогли дійти спільного висновку, що ж насправді спричинило втрату ракети.

На довгих 2,5 роки KARI взяв паузу і вдався до наступної спроби запустити KSLV-1 лише 30 січня 2013 року. Саме цей запуск і виявився єдиним успіхом за весь період експлуатації корейської ракети.

Вона вивела на орбіту науково-дослідний супутник STSat-2C, який KARI розробив як демонстрацію технології відокремлення та розгортання космічного апарата на орбіті для лазерного відстеження та зв’язку. В корейському дослідницькому інституті вважали, що STSat-2C має стати першою цеглиною у майбутній програмі пілотованих космічних кораблів.

Але перший успіх не запобіг невідворотному — 2013 року ракету, яку KARI розробляв останні сім років, оголосили надто застарілою та такою, що потребувала заміни на нову, більш потужну версію. А ще наприкінці 2010 року почалося проєктування наступниці Naro-1 — триступеневої ракети KSLV-2 (або Nuri), усі ступені якої мали бути корейського виробництва.

Потужності нової KSLV-2 мало вистачити для запуска великих супутників вагою до 1,5 тонни на сонячно-синхронну орбіту заввишки 600-800 км (в подальшому вагу корисного навантаження вдасться збільшити до 1,9 тонни). KARI не приховувало той факт, що при розробці ракети інженери орієнтувалися на Falcon 9 від SpaceX, бажаючи якщо не зрівнятися, то хоча б максимально наблизитися до економічних та технологічних показників компанії Ілона Маска.

Значно зросла і вартість проєкту нової ракети — на нього уряд Південної Кореї витратив майже $1,7 млрд. Зокрема, з нуля розробили нову версію вакуумного двигуна для другого ступеня ракети — KRE-075, який був здатний забезпечувати тягу 75 тонн.

Перший старт Nuri відбувся 21 жовтня 2021 року і виявився невдалим. Проблеми виникли у останнього, третього ступеня ракети, який вимкнувся майже за хвилину до розрахункового часу, через що корисне навантаження з супутників хоча й досягло запланованої висоти в 700 км, але не змогло набрати необхідної орбітальної швидкості і знову повернулося в атмосферу Землі. 

KSLV-2 досягла успіху лише з другої спроби. 21 червня 2022 року ракета вивела на орбіту корисне навантаження масою в 1,5 тонни, яке складалося з чотирьох наукових кубсатів вагою 5 кг, супутника PVSAT вагою 180 кг та імітації корисного вантажу на 1,3 тонни, призначеного лише для перевірки технології відокремлення і розгортання на орбіті.

Останній запуск KSLV-2 відбувся 25 травня 2023 року, коли ракета вивела на низьку навколоземну та сонячно-синхронну орбіту 240 кг корисного вантажу. Серед іншого, там були: чотири супутники для дослідження іоносфери та магнітосфери SNIPE; демонстраційний NEXTSat-2; оснащений надчутливою оптичною камерою моніторинговий JLC-101-v1-2; кубсат для вимірювання радіаційного фону у верхніх шарах атмосфери Lumir-T1; метеорологічний супутник KSAT3U. 

Наразі KARI займається розробкою нової модифікації KSLV-3 TBD, яка буде здатна доставляти великі грузи на геостаціонарну екваторіальну та геосинхронну навколоземні орбіти. Ракету планується обладнати чотирма бустерами на першому етапі, кожен з яких буде оснащено вакуумним двигуном KRE-090. Другий ступінь ракети також буде рухати двигун KRE-090V (менш потужна модифікація KRE-090). А ось для третього етапу KARI розробив концептуально нову версію рідинного двигуна KRE-010V, що працює на суміші кисню та гасу.

Варто зазначити, що за всю історію запусків ракет-носіїв сімейства KSLV Південна Корея жодного разу не доставляла на орбіту комерційні корисні вантажі сторонніх країн — усі ці супутники були внутрішніми розробками низки корейських науково-дослідних інститутів та лабораторій. Як бачимо, Сеул акумулює свої зусилля не на заробітку грошей від комерційних клієнтів, а на вдосконаленні суто власних космічних технологій. Попри великий поштовх у розвитку, який така політика дає національному аерокосмічному сектору, вона викликає й масу запитань з боку її критиків. Адже ситуація, коли Південна Корея із року в рік лишень вкладає гроші у сектор, фактично нічого не заробляючи на власних космічних запусках, досить дивна.  

Старт супутникової програми

Поки KARI переймався розробкою ракет-носіїв, інша корейська установа, Корейський технологічний інститут (KIT) почав випуск власних супутникових апаратів. У 1989 році KIT зливається з Корейським провідним інститутом науки і технологій (KAIST), що знаменує активну фазу південнокорейської супутникової програми.

Першим проєктом об’єднаного KIT/KAIST (для зручності, далі називатимемо його просто KIT) стає розробка малого супутника для низької навколоземної орбіти (LEO) — KITSAT-1, який було запущено із території космодрому у Французькій Гвіані 10 серпня 1992 року на борту європейської ракети Ariane 4.

Орбіта супутника, що становила 1316×1328 км, стала найвищою серед усіх LEO-супутників, які країна запустила за подальші 32 роки після нього. Космічному зонду належало демонструвати спроможності Сеула розробляти власні супутникові апарати, і завдяки його запуску Південна Корея стала 22-ю країною у світі, здатною на це.

Важливо усвідомлювати, що KITSAT-1 не був суто корейським проєктом. У розробці деяких його наукових інструментів брали участь фахівці з британського інституту Суррея та його супутникового відділу Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), який спеціалізувався на створенні малих супутників. У співпраці з південнокорейськими колегами всього за декілька років інженери змогли розробити та сконструювати супутникову шину та чотири основні наукові інструменти KITSAT-1. 

По-перше, апарат був оснащений системою супутникового зв’язку PACSAT (PCS), швидкість передачі даних якої (висхідна та низхідна) становила 9,6 Кб/с. KITSAT-1 також провів експеримент із цифровою обробкою сигналів (DSPE). Суто науковим став експеримент (CRE) з пошуку та дослідження складу космічних променів.

KITSAT-1 був дуже малим супутником (його вага становила лише 48,6 кг), однак його оснастили ще й двома цифровими оптичними камерами для спостереження за Землею, які разом складали останній, четвертий його інструмент — Систему зображення Землі (EIS). Звісно, габарити не дозволили встановити на супутник по-справжньому чутливу оптику, тому його перша, телевізійна камера була здатна робити зображення у роздільній здатності 400 м на піксель, а друга, ширококутна — надавала панорамні знімки земної поверхні у роздільній здатності 4 км на піксель. Для порівняння, сучасні оптичні супутникові сенсори знизили цей поріг до половини метра на піксель і навіть менше.

За задумом, KITSAT-1 мав працювати на орбіті щонайменше п’ять років, проте його космічна місія тривала на сім років довше запланованого терміну — підтримку зонда остаточно припинили лише 2004 року. Успіх першої супутникової місії дозволив KARI планувати нові проєкти, і вже через рік після запуску KITSAT-1, 26 вересня 1993-го, на орбіту було виведено його наступну модифікацію — KITSAT-2.

Конструктивно другий корейський KITSAT вельми скидався на свого попередника, але містив більшу кількість наукового обладнання. Зокрема, це комп’ютер KAIST (або KASCOM), здатний у режимі реального часу обробляти масиви даних, що надходили з вимірювальних пристроїв KITSAT-2, зберігати їх і відправляти на Землю, використовуючи для цього власне цифрове сховище та систему прямого зв’язку (DSFCE). Також супутник оснастили новим детектором електронів низької енергії (LEED) та інфрачервоним датчиком спостереження (IREX).

Наприкінці травня 1999 року KIT запускає наступний KITSAT-3, основним завданням якого стало супутникове спостереження за Землею. Для запуску космічного апарата обрали дешевшу індійську ракету-носій PSLV, для якої це був лише другий оперативний запуск.

Та головною відмінністю KITSAT-3 був не переорієнтований профіль місії і нове наукове обладнання, а та обставина, що він став першим супутником, повністю сконструйованим зусиллями виключно південнокорейських фахівців з об’єднаного KIT та KAIST, себто, у проєкт не залучали жодного іноземного підрядника.

На базі ж самого KAIST пізніше заснували провідне південнокорейське підприємство з виготовлення супутників — SaTReC (Satellite Technology Research Center), яке до сьогодні залишається головним виробником супутникових шин та наукових інструментів у країні. Підприємство було задіяне у розробці понад 20 супутникових апаратів різних країн, серед яких іспанський супутник Deimos 2, турецький моніторинговий Göktürk 2, малайзійський RazakSAT тощо.

Звісно, SaTReC займався і виробництвом власних супутникових апаратів. У період з 1999 до 2020 року зусиллями фахівців з SaTReC була розроблена серія моніторингових супутників KOMPSAT, яка налічує кілька модифікацій. Деякі з них (KOMPSAT-5 та KOMPSAT-3A) виводила на орбіту українська ракета “Дніпро”. 

Утім, окремі типи супутників Південна Корея продовжує замовляти у західних підрядників. Так з’явився супутник військового призначення ANASIS II, запущений 20 липня 2020 року. Його на замовлення Сеула розробив європейський концерн Airbus Defence and Space.

Загалом, на відміну від ракетного сектора, супутниковий демонструє активне залучення в низку міжнародних проєктів, що робить Південну Корею одним із провідних постачальників супутникової апаратури та датчиків для різних країн світу. На базі SaTReC сьогодні формується низка суміжних підприємств та бізнес-інкубаторів, де Сеул вирощує нові кадри для розвитку цього напряму космічної діяльності. 

Фактор співпраці зі США 

Успіх південнокорейської космічної програми не був би таким стрімким без участі головного стратегічного союзника — США. Наприкінці минулого сторіччя Штати усіляко стримували розвиток ракетно-космічного сектора країни, утім, нові часи переломили цю тенденцію. 

Підписання угоди “Про співпрацю цивільних глобальних навігаційних супутникових систем”, яке відбулося 21 травня 2021 року, сприяло обміну супутниковими технологіями з NASA та дозволило Сеулу розробити і ввести в експлуатацію навігаційну супутникову систему під назвою Korean Positioning System (KPS), аналог американської GPS. 

До 2035 року Південна Корея планує вивести на орбіту вісім супутників цього угруповання, значно посиливши свій сектор космічної навігації та обізнаності, що сприятиме національній безпеці. Станом на 2021 рік орієнтовний бюджет програми геопозиціонування KPS становив близько $3,3 млрд.

Передбачається, що нова система навігації складатиметься з трьох супутників, розміщених на геостаціонарній орбіті (GEO), та п’яти — на похилій геосинхронній (IGSO). Разом вони забезпечать цілодобове охоплення всього Корейського півострова та надаватимуть точну навігацію у реальному часі для роботи безпілотних автомобілів, цивільної і військової авіації, судноплавства та інших майбутніх інноваційних продуктів і послуг, які вимагають надзвичайно точної інформації про місцезнаходження.

Активна допомога США в проєкті здебільшого буде спрямована на розробку супутникового обладнання для прийому та передачі сигналу. Це дозволить значно зменшити похибку позиціонування, яка у більшості сучасних супутникових навігаційних систем становить приблизно 20 м. За найбільш оптимістичного сценарію її можливо зменшити всього до 2,5 см. Спільний американсько-корейський проєкт потенційно створить у Республіці Корея близько 60 000 робочих місць.

Тісна співпраця з NASA призвела й до появи перших південнокорейських місячних апаратів, наразі тільки орбітальних. Таким став космічний апарат Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO, або Danuri), який взяв участь у підготовчій фазі місячної програми NASA Artemis. Космічний апарат було запущено у серпні 2022 року на борту ракети Falcon 9, після чого він вирушив у трансмісячну подорож, що тривала понад чотири місяці. Така довга мандрівка пояснюється спеціальною балістичною перехідною траєкторією руху космічного апарата задля мінімізації витрат його палива. 

Danuri зайняв своє місце на навколомісячній орбіті тільки 16 грудня, але очікування було варте того. За більш ніж 800 діб, які зонд кружляв навкруги Місяця, він здійснив низку експериментів з організації сталого супутникового зв’язку та передав на Землю гігабайти інформації у надчіткій роздільній здатності.

Наразі США залишаються основним партнером Південної Кореї у космічному секторі як цивільного, так і мілітаристського призначення. З огляду на постійну загрозу з боку Північної Кореї, Сеул невпинно посилює свою інтеграцію в американську систему попередження про ракетні напади, а також продовжує кроки з розробки спільної стратегії проведення космічних операцій. Станом на сьогодні обидві країни планують створити спільний військовий консультативний орган, який зосередиться на будівництві сталої структури космічної безпеки. 

KASA як майданчик для розвитку цивільного космосу

Зовсім недавно космічну програму Кореї було нарешті виокремлено в суто цивільний підрозділ, який отримав назву Корейське аерокосмічне управління (KASA) за аналогією зі структурами, що курують розвиток приватного цивільного аерокосмічного сектора в США.

Новостворене KASA візьметься за зміцнення горизонтальних комерційних та промислових зв’язків усередині країни задля посилення її конкурентоспроможності на глобальній космічній арені. Але поки що плани KASA не надто амбітні, оскільки націлені на запуск роботизованої посадкової платформи на Місяць лише на початку 2030-х років, а запуск аналогічного марсіанського зонда призначений на середину 2040-х.

Такі попередні плани KASA значно відстають від інших сильних космічних гравців у регіоні. Нагадаємо, Індія (Chandrayaan 3), Китай (Chang’e 6) та Японія (SLIM) вже встигли відправити свої посадкові платформи на Місяць. Щоправда, японський посадковий модуль SLIM спіткала часткова невдача — космічний апарат завалився на бік під час посадки. Відтак плани Сеула наздогнати ці країни лише у 2032 році мають доволі курйозний вигляд, байдуже, що країна уже запускала на місячну орбіту свій мініатюрний космічний зонд Danuri, даними з якого користується NASA для підготовки майбутніх місячних місій за програмою Artemis.

Проте Корейське аерокосмічне управління, здається, і не прагне великих успіхів, концентруючись у цьому десятиріччі лише на зміцненні власного аерокосмічного сектора. Наразі в KASA роблять все для суттєвого зростання венчурних інвестицій. Сьогодні їхні надходження в аерокосмічний сектор країни становлять приблизно $720 млн, але до 2045 року, коли KASA збирається полетіти на Марс, управління має намір витратити на національний космос суму в еквіваленті $72 млрд. 

Якщо все піде за планом, вже за десятирічний період KASA і справді може дорости до одного з провідних космічних агентств світу. І для сталого розвитку Південна Корея потребує тільки мирного неба над головою.