Разработку ракеты «Союз-7» продолжат, несмотря на фактическое отсутствие перспектив


Ракете-носителю «Союз» исполнилось 50 лет

11А511 «Союз» рассматривался и в качестве ракеты-носителя, способной отправить пилотируемый корабль на облет Луны с экипажем из двух человек. Для этого планировалось использовать на околоземной орбите целый комплекс, состоящий из пилотируемого корабля «Союз-7А», ракетного разгонного блока «Союз-9К» и танкера-заправщика «Союз-11К». Все эти элементы системы планировалось выводить на орбиту при помощи ракеты-носителя среднего класса.

От исходной РН 11А57 «Восход» ракета-носитель 11А511 «Союз» отличалась модернизированным блоком третьей ступени, что повысило энергетические характеристики ракеты-носителя. Впоследствии были модернизированы и другие ступени. Внешне они не изменились, но их конструкция и возможности отличались от исходных. В числе прочих изменений можно отметить такие:

  • облегчена бортовая кабельная сеть систем управления и телеметрии;
  • телеметрическая система на боковом и центральном блоках заменена новой системой, установленной на блоке «А»;
  • снижено наклонение орбиты космического корабля к плоскости экватора с 64,8° до 51,5°;
  • повышена прочность некоторых силовых элементов первой ступени, так как при новой циклограмме их отделение предусматривалось при повышенном скоростном напоре;
  • из-за разброса параметров, двигатели 8Д727 (РД-108) для блока «А» подбирались индивидуально (удельная тяга — не менее 252 секунд на уровне моря);
  • уменьшена длина блока «И», облегчена его кабельная сеть;
  • модернизирована система управления третьей ступени.

Сама ракета-носитель «Союз» внешне отличается от других ракет-носителей. В первую очередь, коническими блоками первой ступени и головным обтекателем с четырьмя прямоугольниками решетчатых стабилизаторов. Также выделяется и система аварийного спасения на вершине ракеты.
Длина ракеты-носителя составляет не более 50,67 м. Она зависит от типа запускаемого космического корабля. Что касается поперечного размера, то он измеряется по концевикам воздушных рулей. С учетом этого сечение составляет 10,3 м. Стартовая масса — не более 308 тонн, общая масса топлива составляет не более 274 тонн. Так называемая «сухая» масса ракеты-носителя с транспортными патронами и полезной нагрузкой — не более 34 тонн, зависит она, в первую очередь, от типа запускаемого космического корабля.

РН «Союз» может развивать суммарную тягу 413 тс на уровне моря и более чем 505 тс в вакууме. Состоит эта ракета из таких элементов:

  • первой ступени, которая состоит из четырёх стартовых ускорителей — блоков «Б», «В», «Г» и «Д»;
  • второй ступени, которая состоит из ;
  • третьей ступени — блок «И»;
  • адаптера полезного груза, головного обтекателя и системы аварийного спасения экипажа.

Ракета-носитель 11А511 «Союз» позволяет выводить на низкую околоземную орбиту полезные нагрузки массой до 7,1 тонн. В конструкции ракеты использованы доработанные двигатели двухступенчатой МБР Р-7А и трёхступенчатой ракеты-носителя среднего класса «Восход».

Система аварийного спасения

Как уже говорилось выше, одной из основных задач, стоявших перед создателями новой ракеты-носителя, была разработка системы аварийного спасения экипажа. Она активировалась за 15 минут до старта ракеты-носителя и могла обеспечить спасение экипажа во время старта или во время полета, на любом его участке.
РН «Союз», в числе прочих задач, должна была выводить на околоземную орбиту космические корабли одноименной программы «Союз». Этот корабль состоял из трех отсеков. Первый отсек — орбитальный, затем приборно-агрегатный и спускаемый аппарат. Этот аппарат находился в самой середине корабля, силовой же элемент располагался внизу. По этой причине корабль приходилось уводить с ракеты в безопасное место целиком, вместе с с головным обтекателем.

Для осуществления этого замысла на створках головного обтекателя устанавливались твердотопливные ракетные двигатели разделения. Их задачей был увод головного блока с экипажем. На самой вершине модуля располагался двигатель небольшого размера, который должен был уводить головной обтекатель в сторону, сразу после срабатывания основного твердотопливного двигателя отделения. В свою очередь, твердотопливная двигательная установка САС представляет собой два многосопловых блока твердотопливных двигателей с четырьмя небольшими управляющими РДТТ.

Сам корабль соединялся с головным обтекателем тремя опорами, которые окружали спускаемый аппарат, упираясь в нижний шпангоут бытового отсека. Для того, чтобы корабль сохранял устойчивость в полете, на головном обтекателе стали устанавливать четыре решетчатых стабилизатора. Эта схема стала базовой для всей серии «Союзов».

Характеристики системы аварийного спасения «Союза»:

  • Длина — 19,825 м;
  • Максимальный диаметр — 3 м;
  • Масса с полезным грузом (Союз 7К-ОК) — 8,51 т;
  • Масса полезного груза (Союз 7К-ОК) — 6,56 т;
  • Время сброса двигательных установок САС — Т + 157 секунд;
  • Время сброса головного обтекателя — Т + 161 секунда.
  • Масса САС: 1,95 т

У ракеты-носителя «Союз» было несколько модификаций. В частности, на базе 11А511 «Союз» было разработано две модификации: «Союз-Л» и «Союз-М». РН «Союз-Л» отличалась несколько необычной формой головного обтекателя. С этой ракетой-носителем было осуществлено три пуска. На борту находились космические аппараты «Космос-379», «Космос-398» и «Космос-434».
Еще одна модификация, «Союз-М», была создана для вывода на орбиту военно-исследовательского корабля Союз «7К-ВИ». Его разработкой занимались коллективы Куйбышевского филиала ЦКБЭМ и . При помощи этой модификации в космос были запущены восемь космических аппаратов специального назначения типа Зенит-4М «Орион». Эти пуски производились с космодрома Плесецк.

Очередная модификация «Союз-У» была разработана в 1970-1973 годах. Она, в первую очередь, предназначалась для выведения на околоземную орбиту пилотируемых и грузовых космических кораблей типа «Союз» и транспортных беспилотных кораблей «Прогресс». При помощи этой модификации в космос были выведены космические аппараты «Космос», «Ресурс-Ф», «Фотон», «Бион» и несколько зарубежных космических аппаратов. Главное отличие этой ракеты-носителя от оригинала — наличие двигателей первой и второй ступени с улучшенными энергетическими характеристиками. Эта модификация стала самой безопасной и востребованной. Ее запускали 771 раз.

РН «Союз-2» — модернизированный вариант «Союза-У», созданный в «ЦСКБ-Прогресс». Ракета-носитель способна вывести на низкую орбиту Земли от 2800 до 9200 кг в зависимости от точки запуска.

РН «Союз-СТ» представляет собой целое семейство ракет-носителей среднего класса, которые созданы на базе РН «Союз-2» специально для обеспечения коммерческих запусков с космодрома Куру. Главные отличия этой ракеты от базового варианта — модернизированная система управления, рассчитанная на прием телекоманд с ЦУП на прекращение полета. Кроме того, телеметрия здесь доработана и изменена специально для европейских наземных станций приема телеметрической информации.

В 2001 году был осуществлен запуск ракеты-носителя «Союз-ФГ». За 15 лет проведено 48 пусков по пилотируемой программе и 10 пусковых кампаний с коммерческой нагрузкой.

Проблемные ситуации

Их было немного, всего две. Первый инцидент произошел 14 декабря 1966 года, когда при подготовке пуска не сработал пирозапал. Тогда автоматическая система управления отменила запуск, и ракета осталась на старте. Персонал космодрома начал выполнять процедуры по сливу топлива. Но спустя 27 минут после отмены пуска сработала система аварийного спасения корабля. Впоследствии выяснилось, что она оставалась активной все это время. Из-за вращения Земли датчики зафиксировали угловое отклонение космического корабля, и началась работа аварийной системы.
После этого в оставшейся части ракеты-носителя начался пожар из-за того, что загорелся теплоноситель, выливавшийся из трубопроводов. После отделения головной части трубопроводы лишились обратных клапанов. Последовал ряд взрывов, которые повредили оборудование. К счастью, большинство людей покинули опасную зону. В дыму задохнулся один человек, и еще двое погибли на следующий день от полученных травм.

Второй инцидент случился 5 апреля 1975 года. Тогда при выведении корабля на орбиту произошёл сбой и автоматика «решила» выполнить отделение корабля от носителя. Разделение произошло на высоте около 150 километров над поверхностью Земли. Спускаемый аппарат корабля сел рядом с Горно-Алтайском на склоне горы. Система покатилась по склону вниз и остановилась только благодаря тому, что космонавты не отстрелили парашют. Он зацепился за дерево, росшее на самом краю пропасти. Экипаж спасли, никто не погиб.

Что сейчас?

Ракета-носитель «Союз» претерпела 10 модификаций. Сейчас ракеты-носители «Союз-У» используют для запуска транспортных грузовых кораблей. Причем новые ракеты этой модификации не используют. 1 декабря этого года будет запущена ракета-носитель модификации «Союз-У» с ТГК «Прогресс МС-04».
Стоит выделить развитие «Союз-2.1а», разработка которого началась ещё в тяжёлые для отечественной аэро-космической отрасли 1990-е годы. Энергетические возможности этого аппарата выросли, плюс специалистам удалось улучшить точность выведения космического аппарата на орбиту. Кроме того, автоматизирован процесс испытаний и предстартовой подготовки ракет. На модернизированном «Союзе» были установлены двигатели с улучшенными форсуночными головками, как на первой, так и на второй ступенях, плюс внедрена новая система телеизмерений. Компоненты ракетного топлива маршевых двигательных установок РН — жидкий кислород и керосин (Т-1).

Всего было осуществлено 1020 стартов «Союзов» разных модификаций. Для запуска «Союзов» созданы семь стартовых площадок, из которых три размещаются в Плесецке, две — на Байконуре, одна в Гвианском космическом центре, одна на космодроме Восточный.

На 28 ноября 2020 года состоялось 23 пуска «Союз-2-1а» и 21 пуск «Союза-2-1б».

Классификация

В отличие от некоторых горизонтально-стартующих авиационно-космических систем (АКС), ракеты-носители используют вертикальный тип старта и (много реже) воздушный старт.

Количество ступеней

Одноступенчатых ракет-носителей, выводящих полезную нагрузку в космос, до настоящего времени не создано, хотя имеются проекты различной степени проработки (КОРОНА, HEAT-1X и другие). В некоторых случаях как одноступенчатая может классифицироваться ракета, имеющая в качестве первой ступени воздушный носитель либо использующая в качестве таковой ускорители. Среди баллистических ракет, способных достичь космического пространства, немало одноступенчатых, в том числе и первая баллистическая ракета «Фау-2»[2]; однако ни одна из них не способна выйти на орбиту искусственного спутника Земли.

Расположение ступеней (компоновка)

Конструктивное исполнение ракет-носителей может быть следующим:

  • продольная компоновка (тандемная), у которой ступени расположены одна за другой и работают в полёте поочерёдно (РН «Зенит-2», «Протон», «Дельта-4»);
  • параллельная компоновка (пакетная), при которой несколько блоков, расположенных параллельно и относящихся к разным ступеням, работают в полёте одновременно (РН «Союз»); условно-пакетная компоновка (т. н. полутораступенчатая схема), в которой используются общие топливные баки для всех ступеней, от которых питаются стартовые и маршевые двигатели, запускающиеся и работающие одновременно; по завершении работы стартовых двигателей сбрасываются только они.
  • компоновка «спаржа» (термин введен аэрокосмическим инженером Эдом Кейтом, одним из создателей этой компоновки), в которой используются насосы, перекачивающие топливо из боковых ступеней в центральную. Эта схема использовалась в первоначальном проекте ракеты-носителя Falcon Heavy, от которого впоследствии отказались из-за сложности технической реализации схемы.

Используемые двигатели

В качестве маршевых двигателей могут использоваться:

  • жидкостные ракетные двигатели;
  • твердотопливные ракетные двигатели;
  • различные комбинации на разных ступенях.

Масса полезной нагрузки

Классификация ракет по массе полезной нагрузки, выводимой на низкую опорную орбиту, меняется с развитием техники и является достаточно условной[1][3]:

Класс ракеты-носителяМасса полезной нагрузки на НОО
Нано-носителиДо нескольких десятков кг
Лёгкая ракета-носительДо 5 тонн
Ракета-носитель среднего классаОт 5 до 20 тонн
Тяжёлая ракета-носительОт 20 до 50 тонн[4]
Сверхтяжёлая ракета-носительСвыше 50 тонн

Повторное использование

Наибольшее распространение получили одноразовые многоступенчатые ракеты как пакетной, так и продольной схем. Одноразовые ракеты отличаются высокой надёжностью благодаря максимальному упрощению всех элементов. Следует уточнить, что одноступенчатой ракете для достижения орбитальной скорости теоретически необходимо иметь конечную массу не более 7—10 % от стартовой, что при даже существующих технологиях делает их труднореализуемыми и экономически неэффективными из-за низкой массы полезного груза. В истории мировой космонавтики одноступенчатые ракеты-носители практически не создавались — существовали только т. н. полутораступенчатые

модификации (например, американской РН «Атлас» со сбрасываемыми дополнительными стартовыми двигателями). Наличие нескольких ступеней позволяет существенно увеличить отношение массы выводимой полезной нагрузки к начальной массе ракеты. В то же время многоступенчатые ракеты требуют отчуждения территорий для падения промежуточных ступеней.

Ввиду необходимости применения высокоэффективных сложных технологий (прежде всего, в области двигательных установок и теплозащиты), полностью многоразовых ракет-носителей пока не существует, несмотря на постоянный интерес к этой технологии и периодически открывающиеся проекты разработки многоразовых носителей (за период 1990—2000-х годов — такие как ROTON, Kistler K-1, АКС VentureStar и др.). Частично многоразовой являлась широко использовавшаяся американская многоразовая транспортная космическая система (МТКС)-АКС «Спейс шаттл» («Космический челнок») и закрытая советская программа МТКС «Энергия—Буран», разработанная, но так и не использованная в прикладной практике, а также ряд нереализованных бывших (например, «Спираль», МАКС и др. АКС) и вновь разрабатываемых (например, «Байкал-Ангара») проектов. Вопреки ожиданиям, «Спейс шаттл» не смог обеспечить снижение стоимости доставки грузов на орбиту; кроме того, пилотируемые МТКС характеризуются сложным и длительным этапом предстартовой подготовки (из-за повышенных требований по надёжности и безопасности при наличии экипажа).

Присутствие человека

Ракеты для пилотируемых полётов должны обладать бо́льшей надёжностью (также на них устанавливается система аварийного спасения); допустимые перегрузки для них ограничены (обычно не более 3—4,5 ). При этом сама ракета-носитель является полностью автоматической системой, выводящей в космическое пространство аппарат (космический корабль) с людьми на борту; это могут быть пилоты, способные осуществлять непосредственное управление кораблем, специалисты (инженеры, исследователи, медики), космические туристы.

Общие сведения и определяющие параметры

Союз-2 относится к категории ракет-носителей (РН) с тремя ступенями, позиционируемое как средний класс, разработанное и производимое самарским ракетно-космическим , посредством глубокого пересмотра конструкции РН «Союз — У». Также в составе этих изделий следует отметить 2-х ступенчатую ракету «Союз — 2.1в», относящееся к легкому классу. Предназначение «Союзов» — выводить космические грузы на уровень низких, средних, высоких, солнечно-синхронных, геопереходных и геостационарных орбит, используя для этого имеющиеся комплексы для старта. Среди объектов, выводимых на перечисленные орбиты, находится место пилотируемым и грузовым космическим кораблям, которые запускаются по программе МКС.

Ракета-носитель «Союз-2» является 3-х ступенчатой ракетой с общей длиной больше 51 метра и диаметром, равным 10 метрам 30 см, со стартовой массой 31300 кг. С помощью этой ракеты-носителя на высоту низкой орбиты Земли можно вывести массу полезного груза от 2,8 до 9,2 тонн, что связано с модификацией изделия и местом пуска. Через несколько лет линейка ракет «Союз-2» будет постепенно заменяться перспективными РН «Союз-5» («Феникс»).

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: