Методика оценки целесообразности комплексирования задач при создании космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 621-391

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ ЗАДАЧ ПРИ СОЗДАНИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Д.Г. Доматырко, В.П. Литвиненко

Приводится экономическое обоснование интеграции космических аппаратов гражданского назначения с космическими аппаратами военного назначения, приводятся аналитические выражения для расчета величин экономии, дается качественная оценка перспективы получения прибыли от их производства и эксплуатации с течением времени Ключевые слова: космический аппарат двойного назначения, методика оценки проектирования и эксплуатации, экономическая целесообразность, качественная зависимость эффективности производства

В настоящее время все большее число государств приходит к пониманию важности использования космического пространства для решения задач национальной безопасности и социальноэкономического прогресса и в связи с этим в тех или иных формах активизирует свою космическую деятельность. И хотя космический потенциал России позволяет говорить о ее полноправном месте в ряду ведущих космических держав, уже сегодня возникла потенциальная опасность ее отставания в рассматриваемой сфере деятельности. Этот факт обусловлен особенностями современного этапа развития космонавтики в России, для которого характерны существенное снижение государственного финансирования космической отрасли, отсутствие устойчивого места России в международной космической кооперации, деформация военно-

промышленного комплекса России. Последний в течение долгих лет являлся источником передовых технических и технологических достижений отечественной космонавтики, что, в свою очередь, определялось в значительной степени ее военной ориентацией [1].

Космонавтика в России так же, как и в других странах, выросла в условиях приоритетного использования всех ее достижений для нужд укрепления обороноспособности страны. В дальнейшем совершенствование космических средств, удешевление их производства и эксплуатации, резкое повышение технических характеристик привели к повышению экономической эффективности их использования. В свою очередь, это привело к бурному развитию гражданской ветви космических средств, которая по некоторым своим направлениям достигла не только самоокупаемости, но и чисто коммерческой целесообразности развития.

В этой связи необходимо отметить, что гражданской составляющей космической деятельности до начала 1990-х гг. уделялось значительно меньше внимания как в отношении финансирования, так и в отношении организации эффективного партнерства

Доматырко Дмитрий Геннадьевич - ОАО РКК «Энергия им. С.П. Королева», аспирант, тел. 8-919-244-11-76

Литвиненко Владимир Петрович - ВГТУ, доцент, тел. (473) 2-71-44-57

с военной составляющей в интересах эффективного использования совокупного космического потенциала для решения различных задач. Последний факт был обусловлен рядом причин, важнейшими из которых являются:

- уровень финансирования, позволяющий в мирное время создавать избыточные по составу орбитальные группировки военного назначения, делал в общем случае неактуальным рассмотрение вопроса использования гражданских систем для решения задач обеспечения обороны и безопасности государства;

- принцип постоянной боеготовности военного космоса не позволял эффективно использовать избыточный состав военных космических систем в мирное время для решения гражданских задач, что, в свою очередь, приводило к возникновению невостребованного космического потенциала (по ряду оценок он составлял от 30 до 70 %).

Самостоятельность развития военных и гражданских систем в значительной степени искусственна, поскольку основным определяющим их облик требованием является приспособленность к условиям эксплуатации в космическом пространстве. Понимание целесообразности создания космических систем двойного назначения пришло только сейчас. Двойное назначение предполагает проектирование системы с учетом ее применения для решения как гражданских, так и военных задач. Понятно, что в общем случае стоимость одного КА, способного решать оба типа задач, будет выше, чем стоимость чисто военного или чисто гражданского, но заведомо ниже, чем двух КА, вместе взятых.

Проблема "разрыва" военного и гражданского космоса с точки зрения их совместного применения для решения широкого круга задач не является уникальной проблемой России. Так, в США это привело к неоправданному удорожанию военных разработок за счет снижения уровня доступа военного сектора к быстро развивающимся в отдельных областях коммерческим технологиям в сочетании с затруднениями в использовании в гражданском секторе результатов объемных государственных инвестиций в военные сферы. Помимо этого, обозначилась тенденция к снижению конкуренции в области военных НИОКР за счет снижения числа потенци-

альных заказчиков вследствие объединения фирм, деятельность которых связана с военными заказами (по сравнению с 1985 г. в области производства ракет-носителей их число снизилось на 25 %,в области производства космических аппаратов -на 25 %, двигательных установок - на 38 %, боевых ракет - на 57 %, средств разведки - на 40 %).

Опасность такого разрыва достаточно своевременно была оценена, и в США были отработаны механизмы передачи информации, полученной от военных космических систем, гражданским ведомствам также механизмы привлечения гражданских и коммерческих космических систем для решения военных задач [2]. Так, гражданские системы широко используются военными ведомствами прежде всего путем аренды каналов коммерческих спутников связи. Министерство обороны США получает также большой объем информации от гражданских спутников разведки природных ресурсов Земли, геодезии и метеорологии, использует более 20 % информации, получаемой от американской системы Landsat, дополняя ее информацией от ИСЗ дистанционного зондирования Spot (Франция) и Mos (Япония). Картографическое управление министерства обороны США является вторым после министерства сельского хозяйства ведомством по числу закупаемых снимков, полученных с КА разведки природных ресурсов. Было также организовано взаимодействие ведущих координаторов разработки новых технологий военных и гражданских ведомств (DARPA, НАС А и др.) в форме совместных проектов (проект TRP) и двусторонних соглашений о координации работ в области новых технологий (соглашение между НАСА и Космическим командованием ВВС, заключенное в феврале 1997 г.). США занимают лидирующее положение по использованию военных космических систем в гражданских целях и коммерческих спутников в военных целях, существенно снижая таким путем общие расходы на космическую деятельность. Другие страны главным образом получают выигрыш за счет широкого использования коммерческих спутников в интересах вооруженных сил.

В России буквально с каждым днем обостряется проблема интеграции военного и гражданского космоса. Если в США эта проблема при полном понимании ее причин и важности решается целенаправленно и планомерно, в нашей стране она в значительной степени окрашена борьбой за выживание космических предприятий, которые вынуждены заниматься распродажей (зачастую бесконтрольной) высоких космических технологий либо предоставлением услуг, связанных с космической деятельностью. Если первая составляющая часто приводит к утечке высоких космических технологий за рубеж, то в рамках второй составляющей рядом предприятий космической отрасли России (такими, как ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и др.) уже сегодня накоплен положительный опыт применения космических средств, ранее разработанных по заказам Министерства обороны, в гражданской сфере, в том числе на международном рынке космических услуг

на коммерческой основе. Однако действительно эффективная интеграция военного и гражданского космоса в интересах развития космического потенциала России невозможна без выявления объективных проблем двойного применения космических средств и разработки на этой основе взаимосвязанных путей их решения. При этом само толкование термина "двойное применение" должно включать не только применение военных космических систем (технологий) для решения гражданских задач, но и применение гражданских космических систем (соответствующих технологий) для решения задач обороны и безопасности. Как уже отмечалось, облик любой космической системы прежде всего диктуется условиями работы в космосе, а не ее предназначением для решения военных или гражданских задач. Это означает, что существует принципиальная возможность расширения области использования уже существующих космических систем.

Сложившийся к началу XXI в. взгляд на области применения космических средств позволяет сразу же приступить к оптимизации номенклатуры отечественных космических систем и комплексов, имея в виду сокращение ее размерности. С целью оптимизации номенклатуры космических систем (комплексов) в рамках Федеральной космической программы уже предусмотрена государственная поддержка и долевое финансирование космических систем и средств двойного назначения и двойного применения, которые, несомненно, найдут свое продолжение в XXI в. При этом под средствами двойного назначения будем понимать космические комплексы (системы) и технику наземных объектов космической инфраструктуры, специально создаваемые для решения как военных, так и гражданских задач. Под средствами двойного применения будем понимать космические комплексы (системы) и технику наземных объектов космической инфраструктуры, создаваемые специально для решения только военных или только гражданских задач и используемые (которые могут быть использованы) для решения задач в смежной (соответственно гражданской или военной) области. К началу XXI в. уже сложилась практика использования по двойному назначению отечественных космических средств и систем. Так, космическая система связи "Альтаир", создаваемая в интересах решения оборонных задач, изначально должна была решать также и задачу обеспечения бесперебойной связи комплекса "Мир" с Центром управления полетом. Такое использование космической системы по двойному назначению было задумано еще в конце 1970-х -начале 1980-х гг. К настоящему времени двойное назначение космических средств приобрело свой юридический статус в виде соглашения между двумя ведомствами (Минобороны и Росавиакосмосом), основные положения которого направлены на совместное финансирование разработки и эксплуатации космических систем.

Создание спутниковой системы двойного назначения экономически целесообразно с различных точек зрения. Во-первых, просто бессмысленно

держать в космосе спутники военного назначения в ожидании того, что в перспективе они пригодятся, более того утрачивается потенциальная экономическая выгода. Ведь объединение спутников военного и гражданского назначения с теми же техническими характеристиками, что у тех же спутников порознь, означает еще и совместное финансирование, то есть к частным инвестициям по созданию спутников коммерческого использования прибавятся средства Министерства обороны в качестве софинансирова-ния системы двойного назначения. Безусловно, такой подход к разработке устроит как представителей коммерческих фирм - проектировщиков, так и государство. Рассчитаем экономическую выгоду от проектирования спутниковой системы двойного назначения.

Стоимость спутниковой системы гражданского назначения:

— С

ОКУП ГН У* /5

(Т),

(1)

где С^ — полная стоимость спутника граждан-

' ГН

ского назначения;

С

'ИЗГ ГН стоимость изготовления спутника гражданского назначения;

СЗАП ГН — стоимость запуска спутника гражданского назначения;

СЭКС гн — стоимость эксплуатации спутника гражданского назначения;

Со

'ОкУП ГН — величина экономической окупаемости спутника ГН.

Стоимость спутниковой системы военного назначения:

С = С + С + С

ВН ИЗГ ВН ^ ЗАП ВН ^ ЭКС ВН

— С

ОКУП ВН

(Т),

(2)

где СВН — полная стоимость спутника военного назначения;

СИЗГ ВН — стоимость изготовления спутника военного назначения;

Сз

,ЗАП ВН стоимость запуска спутника военного назначения;

СЭКС вн — стоимость эксплуатации спутника военного назначения;

СОКУП ВН — величина экономической окупаемости спутника ВН.

Таким образом, итоговую стоимость спутника двойного назначения можно определить как суперпозицию 2 отдельных спутников следующим образом по формуле (3).

С = С + С

ДН ГН ВН

С = С +С +С +С +

ДН '-'ИЗГ_Г^^'-'ЭКС_Г^'-'ЗАП_ ГН^^ИЗГВН ^ Сэксвн +Сзапвн ' ~{СОКУП ГН( +СОКУПВН(Т))

(4)

Далее проанализируем формулу (4) и ее составляющие части на корректность применительно к спутниковой системе ДН и выполним некоторые уточняющие преобразования.

Первый фактор, на который следует обратить внимание, дважды учитывается слагаемое стоимости запуска, которое для нашего случая должно учитываться лишь один раз, т.к. вывод на орбиту спутника двойного назначения происходит лишь однажды в отличие от раздельного вывода спутников.

Второй фактор, требующий пристального внимания, это обязательное появление экономической эффективности интегрированной модели спутника, обусловленные меньшими затратами на обслуживание в течение всего жизненного цикла его функционирования.

Третий фактор заключается в совместном финансировании данного проекта Министерством обороны и коммерческими структурами, что уменьшает расходы каждого проектировщика в целом.

Тогда формула (4), учитывающая реальную стоимость спутника двойного назначения, придет к виду (5):

СДН СИЗГ_ ГН + СЭКС_ГН + М(х) ■ СЗАП_ ГН +

+ СИЗГ ВН + СЭКС ВН — СОКУП I (Т),

(5)

где Сокуп_ I (Т) СОКУП_ ГН (Т) + СОКУП_ ВН (Т) -

экономическая эффективность от работы спутника ДН за весь жизненный цикл спутника (зависит от времени жизненного цикла);

М (х) — коэффициент, учитывающий массогабаритные показатели полезной целевой нагрузки итогового комплексного КА связи двойного назначения относительно спутника гражданского назначения при выборе ракеты-носителя для его запуска; х — число модулей полезной нагрузки.

Приравняем выражения (4) и (5) и покажем разницу в стоимости между СДН и СГН + СВН .

С + С

ИЗГ ГН ^ ЭКС ГН

+М (х) ■ СЗ

+

СИЗГ _ ВН + СЭКС _ ВН СОКУП _ I (Т)

= С + С + С + С +

ИЗГ_ГН^^ЭКС_ГН ЗАП_ ГН^У-'ИЗГ_ВН ^

СЭКС ВН + СЗАП ВН — СОКУП ВН (Т) — СОКУП ГН (Т)

М (х) • Сзлп гн С окуп £

(Г) - Сзлп гн +

+ С - С

^'-злп _ вн '-'ОКУП _ вн

Сокуп £ (Г) - М(х) • С

злп _ гн (Г) - Сокуп гн (Г)

ОКУп _ гн

- С

злп гн '-злп гн

Сзлп вн + СОКУп вн (Г) + СОКУп гн (Г)

(6)

Из выражения (6) становится совершенно очевидно, что предлагаемая система спутниковой связи двойного назначения экономически более выгодна по сравнению с отдельным производством спутниковых систем гражданского и военного назначения. В качестве простой экономической модели при гру-

С*

бом допущении, что Сз

' злп вн

2

- Сз

следует, что экономическая эффективность от проектирования спутниковой системы ДН приводит к экономии денежных средств на величину

СОКУп £ (Г) - Сзлп • [М(х) - 3] • Г +

+

(С,

окуп вн

злп

(Г) + С,

окуп гн

(Г))

(7)

Чисто из математических и логических соображений при анализе выражения (7) становится очевидным: окупаемость КА двойного назначения больше окупаемости КА ВН + КА ГН на величину

« сзап \м(х) — 3]Т»;

Однако расчет эффективности согласно выражению (7) необходимо считать весьма приближенным по целому ряду причин: во-первых, жизненный цикл по времени может превышать срок активного существования (САС), по истечении которого следует проводить замену и модернизацию отдельных элементов спутника. Таким образом, будем полагать, что величины жизненного цикла спутников военного и гражданского назначения равны Т, причем срок активного существования ТА спутника военного назначения положим равным приблизительно «ТА ВН = Т / п», а коммерческого -

« Тл гн = Т/(2 ■ п)». За величину «п» примем

число запусков спутника для поддержания САС КА (не учитывая, первоначальный вывод космического аппарата на орбиту). Во-вторых, с учетом морального старения системы (входящей в него элементной базы, типа сигналов, способов их обработки, недостаточной пропускной способности каналов связи и т.д.) и, возможно, изменением приоритетов при выборе целевых задач через определенный интервал времени приведет к тому, что эффективность не будет возрастать до бесконечности, как может показаться из формулы (7), а наоборот, будет падать.

Поскольку, как правило, СИ

то, во избежание затрат, связанных с «излишними» запусками в космос ракет-носителей для поддержания САС КА в период его жизненного цикла целе-

" изг вн > С изг гн ■

сообразно затратить на создание коммерческого спутника в «к» раз больше средств с целью его модернизации, но в итоге сэкономив на запуске носителей больше средств, так что выполняется соотношение

(к -1)-С к > 1.

< п • С

изг гн ^ пдоп ^ злп ■

Г

Пдоп

А вн

Г

(8)

(9)

1 А _ ГН

где к — число, показывающие во сколько раз необходимо увеличить издержки по производству спутников коммерческого назначения, приводящих к уменьшению числа запусков ракет-носителей и в конечном счете к выигрышу в расходах средств на обслуживание;

пдоп — коэффициент, учитывающий разницу в

количестве запусков ракет-носителей для поддержания САС между спутниками военного и коммерческого назначения.

Отсюда следует, что согласно обоснованиям и критериям, выбранным в данной экономикоматематической модели, а также согласно выражению (9) пдоп = 2 . С точки зрения количественной

оценки величины « к » предполагается, что она составит не более 25 % добавочной стоимости от изначальной стоимости КА.

Из выражений (8) следует, что сокращение затрат на дополнительные ракеты носители связано с увеличением затрат на улучшение и оснащенность КА согласно неравенству (10)

(к -1)

злп

(10)

Согласно допущениям, что пдоп —

к ~ 1.25 неравенство (10) примет вид

Г

А вн

Г

Сизг гн <

2

1.25-1

• Сзлп ^ Сизг гн < 8 • Сзлп (11)

Учитывая опыт передовых стран в части разработок и выводов спутниковых группировок на орбиту, выражение (11) практически всегда выполняется, а значит, экономическая выгода присутствует.

Сама величина выгоды от такого производства составит величину

С = 2 ■ С — 0 25 ■ С (12)

ОКУП _ ДОП ЗАП ИЗГ _ ГН ■

Таким образом, с учетом (12) выражение (7) примет вид

СОКУп £ (Г) - Сзлп \М(х) - 3] • Г +

С

окуп вн

злп

(Г)+С,

окуп гн

(Г))+{СОКУп_ доп )

(13)

и

При производстве спутника, рассчитав его полную себестоимость, а также стоимость запуска согласно его массогабаритным характеристикам, можно вычислить величину экономической выгоды от экономии на ракетоносители за счет незначительного улучшения оснащения, что уменьшит количество запусков на орбиту ракетоносителей как минимум в 2 раза и, как следствие, сократятся расходы на проектирование КА в целом.

На рисунке качественно покажем предполагаемую зависимость эффективности использования проектируемого спутника двойного назначения от времени его использования.

ности целевого применения спутника двойного назначения от времени его использования

Кривая на рисунке соответствует квазинор-мальному закону. Это подчиняется закону уравнения (13) с некоторыми логическими уточнениями: основной участок кривой - линейный; участок по оси абсцисс в окрестности нуля и в окрестности Ti

приближен к линейному; а вот на участке обратной ветви значение ординаты с ростом абсциссы падает. С экономических позиций вид кривой объясняется

следующим образом: до некоторого момента Т

кривая имеет стремительно нарастающий характер, обусловленный эффективностью от использования новейшей аппаратуры на борту спутника, способностью выполнять многоцелевые задачи как для военных, так и для гражданских назначений, учитывается минимизация количества запусков РН для поддержания срока активного существования спутника

на орбите (запуски для поддержания САС гражданского и военного модуля синхронизированы в один); со временем кривая достигает своего максимального значения эффективности, обусловленного максимально достигнутой эффективностью с одной стороны и моральным старением аппаратуры с другой; дальнейший спад кривой обусловливается изменением ориентиров в плане финансирования более новых проектов с еще большей окупаемостью и целесообразностью.

Исходя из мирового опыта, срок окупаемости аналогичных систем составляет приблизительно 1820 лет, суммарная стоимость КА гражданского назначения составляет приблизительно 15 млрд руб. Получается, что исходя из этого, развитие спутниковых систем в России идет крайне медленно.

Подытоживая все вышесказанное отметим привлекательность КА ДН:

- совместные затраты на проектирование, изготовление, вывод КА на орбиту, его восполнение и обслуживание;

- отпадает легенда вывода КА военного назначения на орбиту;

- уменьшается собственная стоимость содержания системы на этапе жизненного цикла.

Отметим также особенности распределения частотного диапазона между модулями коммерческого и гражданского назначения. В мирное время коммерческие модули выполняют задачи связи, а военные модули осуществляют мониторинг на территории противника и обеспечивают связь на своей территории. В случае перехода РФ на «военное положение» весь частотный диапазон отдается под нужды обороны и все технические, стратегические и тактические ресурсы выделяются на благо военных приоритетов.

Литература

1. The Future of Remote Sensing Space: Civilians Satellite Systems and Applications. Office of Technology Assessment U.S. Congress, 2009. 217 p.

2. Kidwell K.B. NOAA POLAR Orbiter Data Users Guide. NCDC/SDSD. Washington: DC. 1988. 200 p.

Открытое акционерное общество «Ракетно-космическая корпорация «Энергия имени С.П. Королева» Воронежский государственный технический университет

THE METHOD OF THE ESTIMATION OF FEASIBILITY COMPLEX TASKS OF CREATE

SPACE VEHICLES

D.G. Domatyrko, V.P. Litvinenko

The economic justification of integration of space vehicles of civil appointment with military-oriented space vehicles is resulted, analytical expressions for calculation value of economy are resulted, quality standard of prospect of reception of profit on their manufacture and operation is given eventually

Key words: the space vehicle of double appointment, a technique of an estimation of designing and operation, economic feasibility, qualitative dependence of production efficiency