Проектная разработка перспективной ракеты-носителя тяжелого класса «схемы» тандем на сжиженном природном газе

9  Экономическая часть

 

При проектировании РН необходимо оценить его экономическую эффективность. Затраты на выполнение проекта в  сумме общих затрат на создание носителя с учетом подготовки производства, изготовления опытных образцов и  их экспериментальной отработки относительно невелики. Однако безошибочное проектирование предопределяет возможность создания РН в установленные сроки и с минимальными суммарными затратами. Такое положение очевидно, поскольку принципиальные ошибки проектирования не могут быть исправлены ни в процессе изготовления опытных образцов ЛА, ни в процессе их экспериментальной отработки без больших материальных затрат и существенного увеличения сроков создания ЛА. А современные РН интенсивно совершенствуются, и задержки с созданием опытных образцов могут привести к их моральному старению и, в конечном счете, к непроизводительным затратам.

 

9.1  Минимальная стоимость  изготовления серийного образца  ЛА в линейной постановке

 

При отсутствии информации о величине партии ЛА, выполняющей  заданную программу полетов, допустимо использование проектного критерия. В виде стоимости изготовления серийного образца, выраженного через средние удельные стоимости систем и агрегатов, либо в виде стоимости изготовления, отнесенной к массе полезной нагрузки.

Если С_то, С_ду, С_су, С_пр – удельные стоимости изготовления 1 кг топливного отсека, ДУ, системы управления, прочих систем ЛА, соответственно, то:

,        (9.1)

Коэффициенты С для различных  ЛА в зависимости от конструкции  находятся в диапазонах:

С_то = 30 ¸ 300 [руб / кг];

С_ду = 600 ¸ 1500 [руб / кг], причем большие значения соответствуют двигателям замкнутой схемы со сравнительно небольшой тягой;

С_су = 5000 ¸ 12000 [руб / кг];

С_пр = 2000 ¸ 10000 [руб / кг].

В уравнение (9.1) подставляются следующие численные значения:

С_то = 200 [руб / кг];

С_ду = 1000 [руб / кг];

С_су = 7000 [руб / кг];

С_пр = 5000 [руб / кг];

m_то1 = 20874,041 [кг];

m_то2 = 6277,018 [кг];

m_ду1 = 22056,944 [кг];

m_ду2 = 2361,204 [кг];

m_су1 = 429,34 [кг];

m_су2 = 259,147 [кг];

m_пр1 = 858,62 [кг];

m_пр2 = 259,147 [кг];

m_пг = 28000 [кг];

В соответствии с формулой (9.1) рассчитывается минимальная стоимость изготовления серийного образца ЛА в линейной постановке:

  

 

9.2  Минимальная стоимость  изготовления серийного образца  ЛА в нелинейной постановке

 

Данный критерий используется в случае отсутствия информации о  величине партии ЛА, выполняющего заданную программу полетов, причем предполагается, что в ходе изучения будут сравниваться между собой альтернативные ЛА сильно различающиеся между собой габаритами и массой. Для вычисления данного критерия необходимо иметь массовую и энергетическую сводки ЛА в размерном виде.

W₅ = ( С_к + С_ду + С_су + С_пр ),          (9.2)

где С_к - стоимость изготовления корпуса;

С_ду - стоимость изготовления двигательной установки;

С_су - стоимость изготовления системы управления;

С_пр - стоимость изготовления прочих элементов и систем ЛА.

Стоимость корпуса ракетного  блока i-ой ступени, включающей топливный и двигательный отсеки (без двигателей) определяется из:

[тыс. руб],     (9.3)

где    m_тоi – масса топливного отсека, кг;

m_тi – масса топлива, кг;

m_оi – начальная масса i-ой ступени, кг;

P_M – нагрузка на мидель, кг/м²;

L_xoi – длина хвостового отсека ракетного блока i-ой ступени, м;

m_ki – относительная конечная масса i-ой ступени;

r_Ti – средняя плотность топлива, кг/м³;

Стоимость двигательной установки ракетного блока i-ой ступени:

          (9.4)

где P_i  - тяга двигателей, Н.

Стоимость системы управления ракетного  блока i-ой ступени:

[млн. руб],         (9.5)

где m_суi – масса системы управления, кг.

Стоимость прочих элементов и систем ракетного блока i-ой ступени:

С_прi = ( 2÷10 ) · m_прi [тыс. руб],          (9.6)

где  m_прi – масса прочих элементов, кг.

В соответствии с формулой (9.3) рассчитывается стоимость корпуса ракетного блока первой и второй ступени:

В соответствии с формулой (9.4) рассчитывается стоимость двигательной установки ракетного блока первой и второй ступени:

В соответствии с формулой (9.5) рассчитывается стоимость системы управления ракетного блока первой и второй ступени:

С_су1 = 8,5 · ( 429,31 · 10^-3 )^0,786 = 4373000 [руб];

С_су2 = 8,5 · ( 259,147 · 10^-3 )^0,786 = 2940804 [руб];

В соответствии с формулой (9.6) рассчитывается стоимость прочих элементов и систем ракетного блока первой и второй ступени:

С_пр1 = 4 · 858,62 = 4293100 [руб];

С_пр2 = 4 · 259,147 = 1295730 [руб].

В соответствии с формулой (9.2) рассчитывается минимальная стоимость изготовления серийного образца ЛА в нелинейной постановке:

W₅ =2472455 + 12975010 + 4373000 + 4293100 + 1528315 + 2350781 +   +2940804 + 1295730 = 24922713 [руб].

 

 

 

 

 

 

9.3  Минимальная стоимость пуска  ЛА

 

Данный критерий используется при задании объема партии ЛА, выполняющего заданную программу транспортировки. Критерий стоимости пуска записывается в виде:

,          (9.7)

где С_разр – суммарная стоимость научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок;

С_нк – стоимость наземного пускового и наземно-измерительного комплексов;

С`_эксп – стоимость обеспечения запуска;

С_изг – стоимость изготовления серийного образца;

С_т – стоимость топлива рабочей заправки;

N_п = 100 - объем партии ЛА

Для упрощения расчетов близких по проектно-конструкторским характеристикам ЛА можно считать, что расходы на создание наземных комплексов и эксплуатацию ЛА постоянны, тогда:

W₆ = ( С_раз / N_п )+ С_изг + С_т ,           (9.8)

Стоимость разработки летательного аппарата:

,        (9.9)

где  – стоимость разработки ДУ;

 – стоимость разработки СУ;

 – стоимость разработки конструкции  корпуса;

 – стоимость разработки прочих систем и элементов ракетного блока i–ой ступени.

Стоимость разработки двигательной установки определяется из:

= -2,48 · 10⁸ + 1,44 · 10⁸ · ( Р_i ·10^-4 ) ^-0,146 +

+ 4,72 · 10⁸ · ( Р_i ·10^-4 ) ^0,648 [руб],        (9.10)

Стоимость разработки системы управления:

 = 10 · С_{су i ,}           (9.11)

Стоимость разработки конструкции  корпуса :

[руб],        (9.12)

Стоимость разработки прочих систем и элементов:

 = ( 10 ÷ 20 ) · С_{пр i}    [руб],        (9.13)

Стоимость топлива определяется из:

,        (9.14)

где  = 2 [руб / кг] - удельная стоимость окислителя

 = 1,5 [руб / кг] - удельная стоимость горючего

m_окi – рабочая заправка окислителя ракетного блока ступени;

m_гi – рабочая заправка горючего ракетного блока ступени;

 

 

В соответствии с формулой (9.10) рассчитывается стоимость разработки двигательной установки ракетного блока первой и второй ступени:

= -2,48 · 10⁸ + 1,44 · 10⁸ · ( 11028472,05 ·10^-4 ) ^-0,146 +

+ 4,72 · 10⁸ · ( 11028472,05 ·10^-4 ) ^0,648 = 44010870784 [руб];

= -2,48 · 10⁸ + 1,44 · 10⁸ · ( 1388943,314 ·10^-4 ) ^-0,146 +

+ 4,72 · 10⁸ · ( 1388943,314 ·10^-4 ) ^0,648 = 11367272616 [руб];

В соответствии с формулой (9.11) рассчитывается стоимость разработки системы управления ракетного блока первой и второй ступени:

 = 10 · 4373000 = 43730000 [руб];

 = 10 · 2940804 = 29408040 [руб];

В соответствии с формулой (9.12) рассчитывается стоимость разработки конструкции корпуса ракетного блока первой и второй ступени:

    [руб];

     [руб];

В соответствии с формулой (9.13) рассчитывается стоимость разработки прочих систем и элементов ракетного блока первой и второй ступени:

= 12 · 4293100 = 51517200 [руб];

= 12 · 1295730 = 15548820 [руб];

В соответствии с формулой (9.14) определяется стоимость топлива:

С_т = (2 · 380058,664 + 1,5 · 111781,96) + (2 · 100001,271 + 1,5 · 29412,138) =

= 1171911,02 [руб];

В соответствии с формулой (9.9) рассчитывается стоимость разработки летательного аппарата:

= 44010870874 + 11367272616 + 43730000 + 29408040 + 22652,11 + 2456,51 + 51517200 + 15548820 = 55378235648 [руб]

Находится значение минимальной стоимости пуска:

W_{6 руб} =(55378235648 / 100) + 24922714 + 1171911,02 = 554979190,2 [руб]

Находится значение минимальной стоимости пуска в долларах США по курсу 1[у.е.] = 30 [руб]

W_{6 у.е.} = W_{6 руб} / 30      (9.15)

W_{6 у.е.} = 554979190,2 / 30 = 18499306,3 [у.е.]

Находится минимальная  стоимость выведения одного килограмма полезного груза на заданную орбиту:

С_{гр руб} = W_{6 руб} / m_пг       (9.16)

С_{гр руб} = 554979190,2 / 28000 = 19820,7 [руб]

Находится минимальная  стоимость выведения одного килограмма полезного груза на заданную орбиту в долларах США по курсу 1[у.е] = 30 [руб]:

С_{гр у.е.} = W_{6 у.е.} / m_пг       (9.17)

С_{гр у.е.} = 18499306,3 / 28000 = 660,7 [у.е.]

 

 

 

9.4 Итоги экономического расчета

 

Проектируемая РН экономически оправдывает свое назначение и удовлетворяет  спросу на рынке космических услуг  по стоимости пуска, а также способна окупить себя через определенное количество пусков (на основе анализа спроса и предложений на рынке космических услуг).