Космический корабль байкал

Байкал (космический корабль)

Рассказ о полёте космического корабля «Байкал» — это первоапрельская шутка (2000), созданная администратором интернет-сайта www.buran.ru Вадимом Лукашевичем. Шутка исполнена на высочайшем профессиональном уровне, и, если бы не специальные намёки на то, что это шутка (фон статьи выполнен в виде низкоконтрастного повторяющегося рисунка, состоявшего из силуэта корабля и надписи «С первым апреля»), даже специалистам в области космонавтики было бы сложно объяснить, что это — розыгрыш.

«Байкал» — название советского многоразового транспортного космического корабля созданного в рамках программы «Энергия-Буран». Запуск состоялся 4 февраля 1992. В программу полёта входило семидневное пребывание в космосе и стыковка со станцией «Мир». К сожалению, в самом начале полёта произошла нештатная ситуация и «Байкал» совершил аварийную посадку. Это послужило основанием для сворачивания русской программы по созданию кораблей многоразового использования.

В действительности надпись «Байкал» (красным цветом прямым шрифтом наподобие «Arial») украшала борт первого лётного экземпляра МТКК «Буран» практически в течение всего времени наземных испытаний. Однако, незадолго перед запуском на борт МТКК чёрным наклонным шрифтом было нанесено имя «Буран», под которым он отправился в полет и стал известен всему миру. Название корабля и всей программы — «Буран» — было известно всем, кто имел к ним хоть какое-то отношение (в том числе и за пределами СССР) с самого начала разработки программы. Однако, ввиду всеохватывающей секретности это слово не рекомендовалось использовать открыто, в связи с чем родился «Байкал» (а позднее было пущено в оборот открытое название ракеты-носителя «Энергия», известной специалистам как изделие 11К25).

Ссылки

  • Полёт «Байкала». Подробности

Возрождение «Байкала»: что не так с российской многоразовой ракетой?


А нужна ли многоразовость?
Многоразовые (вернее, частично-многоразовые ракеты) состоялись. Это железобетонный факт. Компания SpaceX за последние годы уверенно доказала, что первая ступень ракеты-носителя Falcon 9 может не просто совершать эффектную вертикальную посадку после запуска, но и быть повторно использованной для других запусков. В теории это открывает неслыханные ранее возможности по снижению цены стартов космических ракет. Но это в теории. Сейчас точки зрения на пользу от многоразовых ракет-носителей сейчас сильно разнятся. Так, глава европейской ArianeGroup Ален Шармо в интервью немецкому изданию Spiegel Online заявил следующее:
Предположим, у нас будет ракета, которую можно использовать повторно десять раз, тогда мы будем строить ровно одну ракету в год. Это не имеет смысла. Я не могу сказать моим командам: «всем пока, продолжим работу в следующем году!»

Опираясь на его слова, известный российский популяризатор науки Виталий Егоров называет главным препятствием на пути многоразовости ограниченность грузопотока на орбиту.
Но здесь нужно озвучить ряд нюансов. Во-первых, европейцы из ArianeGroup никакой многоразовой ракеты не имеют. Современные конструкторы из Европы вообще далеки от создания аналога тяжелой Falcon 9, несмотря на представленный ранее странный концепт Adeline. Не будут же в ЕС официально признавать отставание от SpaceX: тем более, в преддверии испытании новой европейской ракеты Ariane 6, которая не сможет похвастаться многоразовостью. По крайней мере, на первом этапе. Во-вторых, рынок космических запусков, как и любой другой, на месте не стоит. И что будет через десять-пятнадцать лет, никто не сможет точно спрогнозировать. Но с большой долей вероятности многоразовые ракеты смогут хорошо в него вписаться, даже если они будут обеспечивать экономию средств в 10-15% в сравнении с одноразовыми стартами. В современном мире это очень серьезная заявка на успех.

Посадка первой ступени американской ракеты Falcon 9
Что есть и что будет
Вообще, идея создать российскую многоразовую ракету зародилась не на пустом месте. И дело тут вовсе не в советских проектах и даже не в американской SpaceX. Достаточно вспомнить российский проект «Корона», работы в рамках которого началась еще в 1992 году. Намеревались создать многоразовую одноступенчатую ракету-носитель с вертикальным взлетом и посадкой: носитель легкого класса, который смог бы выводить на низкую опорную орбиту до семи тонн грузов. Степень многоразовости РН в целом — 100 полетов, отдельных ее элементов — не менее 25. Сейчас сложно говорить о ее перспективах, но, похоже, все в прошлом. Новостей о «Короне» давно нет, а новая стратегия Роскосмоса явно не благоволит новым-старым (уж простите за такой каламбур) отечественным разработкам. Рогозин четко обозначил несколько основных самых важных направлений и пока что не собирается их пересматривать. Сюда, в частности, входят многострадальная «Ангара», новая ракета «Союз-5» и, конечно, «Федерация» (перспективы последней, к слову, все равно очень туманны). Сейчас похоже, этот список пополнился перспективной многоразовой ракетой легкого класса.

Многоразовая ракета-носитель с вертикальным взлётом и посадкой «Корона»
Ракета налегке
В последние месяцы про такой носитель слышно все чаще. Сама по себе идея кажется очень богатой. Ведь сейчас отчетливо видна «мода» не столько на многоразовые ракеты, сколько на ракеты-носители легкого класса. Логика проста: они дешевые, при этом смогут выводить на орбиту какую-то часть коммерческих грузов. То есть, легкие/сверхлегкие ракеты-носители в ближайшие несколько лет имеют все шансы прочно укрепиться на рынке. Falcon 9 им не угрожает — он претендует на другую нишу. Как, впрочем, и перспективная многоразовая ракета от Blue Origin под названием New Glenn.
Со стороны все выглядело хорошо. Но вот дальше начались странности. В августе этого года на авиационном форуме в Ульяновске сын Дмитрия Рогозина генеральный директор ПАО «Ил» Алексей Рогозин заявил о работах в рамках далеко не новой, но ранее никем не реализованной и весьма неоднозначной концепции, которая сильно отличается от того, что создал Маск. Речь идет о возвращаемой ступени самолетного типа.

Это то решение, которое мы реализуем на уровне аванпроекта. Сдали эту работу в «Роскосмос»
– отметил Рогозин-младший.
У нас на морскую платформу садиться некуда. «Роскосмос» совместно с Фондом перспективных исследований поставил задачу, как сделать так, чтобы посадка была самолетного типа
– добавил гендиректор ПАО «Ил».
То есть, возврат первой ступени можно будет осуществлять примерно так же, как возвращались челноки «Спейс Шаттл» и «Буран».

Сразу бросаются в глаза откровенно ошибочные формулировки. «На морскую платформу садиться некуда» нельзя назвать аргументом, ведь посадки первой ступени ракеты Falcon 9 проводили, в том числе, на площадки на земле и это не было проблемой. К тому же, по словам академика Российской академии космонавтики Александра Железнякова, у компании «Ил» нет достаточного опыта проектирования таких систем.
В свое время такими системами занимался и Туполев, и Мясищев, и Микоян. Почему доверили «ильюшинцам» — непонятно
– заявил он.
Академик отметил, что дороговизна описанного «самолетного» подхода была понятна экспертам еще в 80-е. Вероятно, это одна из причин, по которой «не выстрелил» проект «Байкал». Напомним, речь шла про многоразовый ускоритель первой ступени ракеты-носителя «Ангара». Основная идея проекта заключалась в том, чтобы выполнивший задачу ракетный ускоритель, отделившись от носителя, автоматически возвращался к месту старта и приземлялся по-самолетному. Разрабатывал проект ГКНПЦ имени М.В.Хруничева.

Тем не менее, отказываться от многоразовой ракеты легкого класса российские специалисты, судя по всему, не намерены. Уже в сентябре в Фонде перспективных исследований заявили, что в ближайшие четыре года российские конструкторы создадут полнофункциональный демонстратор возвращаемой ступени такого носителя. Работу непосредственно над проектом, получившим название «Крыло-СВ», начнут в первой половине 2019 года.
Источник отметил, что «полным ходом» идет подготовка техзадания. Изготовлять ступени хотят с использованием исключительно российских материалов: головным исполнителем является ЭМЗ им. Мясищева. Обратно на Землю ступень будет возвращаться на гиперзвуковой скорости. В ФПИ заявили, что для отработки автоматической посадки и дозвуковых режимов полета будут использовать дозвуковые демонстраторы, в то время как для отработки гиперзвуковых режимов, используют, соответственно, гиперзвуковые.
Реализовать проект намерены в широкой кооперации с целым рядом российских предприятий. Создание демонстратора профинансирует Фонд перспективных исследований, а затем «Крыло» намерены включить в федеральную программу.

Предполагаемый вид многоразовой системы «Байкал»
Более детальные сроки на сегодня неизвестны, как неизвестна роль в нем Алексея Рогозина. Неприятное чувство здесь может сгладить только вышеупомянутый европейский проект Adeline, который, в принципе, при всей туманности технической формулировки, концептуально близок к тому, о чем сейчас говорят российские чиновники. Независимых экспертов, судя по всему, даже это не «греет».

Ноги (как у ракеты Falcon 9) требуют минимальной массы и доработки, чем остальные варианты. Посадить по-самолетному можно. Сэкономить на этом — нельзя
– заявил недавно Виталий Егоров.
Опять же, проекты проектами, а на практике космическую ракету «самолетного» типа еще никто не реализовал. Да и не факт, что реализует. История с канувшими в лету российскими космическими проектами наглядно это демонстрирует.

is2006

Для размещения ракеты на существующих носителях будущему «Метеориту» необходимо было иметь длину не более 12 метров, описанная окружность вместе со стартовой разгонной ступенью не должна превысить 1650 миллиметров.

Силовая установка
ТЗ на создание новой КР определяло ее максимальную скорость полета свыше М=3, что в свою очередь потребовало от конструкторов глубокой проработки вопросов, связанных с выбором типа силовой установки.
В результате проведенных исследований разработчики остановились на схеме, при которой двигательная установка включала в себя двигатели стартовой ступени, маршевой ступени, их системы топливоподачи, а также воздухозаборник (ВЗ) и выходное устройство. Силовая установка в целом должна была обеспечить следующие требования: надежный запуск стартового и маршевого двигателей, максимальные тяговые характеристики на всех участках полета ракеты, высокую экономичность на маршевом участке и устойчивое снижение в режиме авторотации.
Стартовая разгонная ступень (СРС) изначально разрабатывалась в двух вариантах – с жидкостным (ЖРД) и твердотопливным (РДТТ) ракетными двигателями. Помимо основной задачи создания необходимой стартовой тяги ступень должна была обеспечить управление ракетой путем качания сопел в карданных шарнирах. Двигатели для СРС разрабатывало Воронежское КБ химавтоматики. Помимо ЖРД для СРС в Уфимском КБ машиностроения шла работа и над пороховым двигателем. Твердотопливный вариант был разработан и прошел успешные испытания, но затем путем сравнения параметров РДТТ и ЖРД 3Д24 выбор был сделан в пользу последнего.
Составляющими маршевой ступени являлись воздухозаборник, выходное устройство и маршевый турбореактивный двигатель (ТРД) КР-23. Топливная система маршевой ступени характеризовалась разделением топливного бака емкостью 2800 литров на пять секций, что позволило сохранять центровку ракеты на всех этапах выработки топлива. Стоит также отметить и двухступенчатую систему наддува топливного бака. Во время полета на больших высотах температура топлива и КР в целом опускалась ниже минус 50 градусов, что вызвало проблемы с запуском ТРД. Для выхода из сложившейся ситуации в систему был введен дополнительный пусковой топливный бачок емкостью пять литров, который имел обогрев и тем самым обеспечивал нормальный запуск.
В двигателе применялась комбинированная автоматическая электронно-гидравлическая система управления, включающая в себя электронный аналоговый регулятор Р-93А и топливный насос-регулятор НР-93А, который имел канал резервирования, позволяющий обеспечивать двигатель топливом в случае отказа основной системы.
Высокая удельная скорость потока на входе в двигатель с учетом требуемой массы и габаритов привела к необходимости применения новых технических решений в конструкции ТРД. В результате удалось создать компактную камеру сгорания с нормальным температурным полем. Когда во время испытаний возникла проблема преодоления трансзвуковых скоростей, удачные конструктивные решения позволили провести форсирование двигателя без изменения его конструкции. Увеличения тяги добились за счет газогенератора и повышения оборотов двигателя, ввиду отсутствия форсажной камеры, а также благодаря повышению температуры газа перед турбиной.
Еще одним уникальным техническим решением стала система запуска ТРД при помощи твердотопливного стартера. Конструкторы, поставленные в жесткие весовые рамки, смогли реализовать технологию сбрасываемого твердотопливного стартера, который за восемь – десять секунд выводил двигатель на 80 процентов мощности.
Вопросы аэродинамики
Для обеспечения требуемой высоты полета свыше 20 тысяч метров КР необходимо иметь крыло площадью больше 20 квадратных метров. В связи с этим специалисты по аэродинамике называли «Метеорит» малогабаритной летающей квартирой.
КР имела воздухозаборник большой площади, поскольку на немалой высоте для работы ТРД требовался крупный объем воздуха. Перед ВЗ была установлена плоская подсечка, которая позволяла повысить характеристики ВЗ и всей силовой установки в целом, а также увеличить аэродинамическое качество.
В связи с возникшей потерей устойчивости при отделении СРС было принято решение об изменении изначального режима работы СРС – отделяться ей приходилось на дозвуковой скорости.
Решение одной проблемы неминуемо повлекло за собой другую. Дело в том, что изначально планировалось преодолевать трансзвуковые скорости за счет тяги двигателя СРС, теперь же это нужно было делать за счет маршевого ТРД. В какой-то момент на трансзвуковом участке избыток тяги оказывался нулевым и в результате КР не удавалось выйти на скорость М>1.
Анализ сложившейся ситуации привел к повышению требований по качеству поверхностей. Выступающие элементы конструкции, шероховатость поверхностей, сварные швы – все это было заново пересчитано и проанализировано. Именно в данный момент возникла необходимость форсирования ТРД с целью увеличения его тяги. Эта работа, а также шлифовка поверхностей и доработка элементов конструкции позволили «Метеориту» преодолеть звуковой барьер.
Не меньше вопросов вызывала проблема аэроупругости. Разработанная аэродинамическая схема с многозвенным крылом и рулями, расположенными на задней кромке, оказалась подвержена этому явлению – отклоненные рули создавали сосредоточенную силу в месте их установки и деформировали все крыло в целом. Хоть величина деформации и незначительна, но тем не менее большая площадь крыла заметно снижала эффективность рулей. Ситуация была критической, и если бы не предусматривалось переднего дестабилизатора, берущего на себя значительную часть момента тангажа, решить проблему управляемости было бы невозможно.

Подробнее: http://vpk-news.ru/articles/14533
Двигатели:
— стартово-разгонная ступень (СРС) — морской и наземный варианты КР — крупногабаритная ступень устанавливаемая под КР с 2 х ЖРД РД-0242 разработки КБХА (г.Воронеж) тягой по 12000 кг с управляемыми поворотными соплами. Двигатели для СРС разработаны на базе двигателей 1-й ступени МБР 15А20 / УР-100К. Пневмогидравлическая система ступени аналогична ПГС БРПЛ Р-29 / 4К75. В морском варианте так же использовались два стартовых РДТТ для вывода ракеты на поверхность из-под воды. Всего КБХА произведено 48 летных испытаний (96 двигателей).
Схема двигателей — ЖРД с дожиганием окислительного газогенераторного газа
Время работы СРС — около 32 сек
ЖРД РД0242 разработки КБХА (http://www.kbkha.ru).
— СРС авиационного варианта — на ранней стадии проектирования, когда предполагалось использование маршевого ПВРД ОКБ М.Бондарюка, предполагалось использование стартово-разгонного РДТТ. На окончательной стадии проекта на авиационном варианте КР разгонный РДТТ отсутствовал.
— маршевый ПВРД — на ранней стадии проектирования предполагалось использование маршевого ПВРД ОКБ М.Бондарюка.
— маршевый — короткоресурсный ТРД КР-23 разработки Уфимского моторостроительного объединения (НПП «Мотор»), главный конструктор С.А.Гаврилов, с 1983 г. — А.А.Рыжов. Техзаданием на создание ракеты предусматривался запуск ТРД на сверхзвуковой скорости, сообщаемой системе СРС, что так и не было реализовано в процессе испытаний. В некоторых источниках двигатель назван «КР-93». Серийное производство двигателя велось Тюнемским авиамоторным заводом.
Тяга двигателя (ист. — Форум сайта…):
— 10000 кг (на земле)
— 8000 кг (на высоте 24000 м)

Тактико-технические характеристики
Максимальная дальность: 5500 км
Максимальная скорость: 3 М
Длина: 12,8 м
Диаметр: 0,9 м
Масса: 6380 кг
Масса БЧ: 1000 кг
Тип наведения: ИНС + АРЛ
Носитель ПУ = Самолёты, корабли, подводные лодки, наземные ПУ

В связи с принятием на вооружение крылатой ракеты авиационного базирования Х-55 все работы по «Метеориту-А» были прекращены в 1984 году.

Как это работает: космические ракеты

Ракетные двигатели

Двигатели – важнейшая составная часть ракеты-носителя. Они создают силу тяги, за счет которой ракета поднимается в космос. Но когда речь идет о ракетных двигателях, не стоит вспоминать те, что находятся под капотом автомобиля или, например, крутят лопасти несущего винта вертолета. Ракетные двигатели совсем другие.

В основе действия ракетных двигателей – третий закон Ньютона. Историческая формулировка этого закона говорит, что любому действию всегда есть равное и противоположное противодействие, проще говоря – реакция. Поэтому и двигатели такие называются реактивными.

Реактивный ракетный двигатель в процессе работы выбрасывает вещество (так называемое рабочее тело) в одном направлении, а сам движется в противоположном направлении. Чтобы понять, как это происходит, не обязательно самому летать на ракете. Самый близкий, «земной», пример – это отдача, которая получается при стрельбе из огнестрельного оружия. Рабочим телом здесь выступают пуля и пороховые газы, вырывающиеся из ствола. Другой пример – надутый и отпущенный воздушный шарик. Если его не завязать, он будет лететь до тех пор, пока не выйдет воздух. Воздух здесь – это и есть то самое рабочее тело. Проще говоря, рабочее тело в ракетном двигателе – продукты сгорания ракетного топлива.

Модель ракетного двигателя РД-180 /© Wikipedia. Топливо

Топливо ракетных двигателей, как правило, двухкомпонентное и включает в себя горючее и окислитель. В ракете-носителе «Протон» в качестве горючего используется гептил (несимметричный диметилгидразаин), а в качестве окислителя – тетраксид азота. Оба компонента чрезвычайно токсичны, но это «память» о первоначальном боевом предназначении ракеты. Межконтинентальная баллистическая ракета УР-500 – прародитель «Протона», – имея военное предназначение, до старта должна была долго находиться в боеготовом состоянии. А другие виды топлива не позволяли обеспечить долгое хранение. Ракеты «Союз-ФГ» и «Союз-2» используют в качестве топлива керосин и жидкий кислород. Те же топливные компоненты используются в семействе ракет-носителей «Ангара», Falcon 9 и перспективной Falcon Heavy Илона Маска. Топливная пара японской ракеты носителя «H-IIB» («Эйч-ту-би») – жидкий водород (горючее) и жидкий кислород (окислитель). Как и в ракете частной аэрокосмической компании Blue Origin, применяемой для вывода суборбитального корабля New Shepard. Но это все жидкостные ракетные двигатели.
Применяются также и твердотопливные ракетные двигатели, но, как правило, в твердотопливных ступенях многоступенчатых ракет, таких как стартовый ускоритель ракеты-носителя «Ариан-5», вторая ступень РН «Антарес», боковые ускорители МТКК Спейс шаттл.

Ступени

Полезная нагрузка, выводимая в космос, составляет лишь малую долю массы ракеты. Ракеты-носители главным образом «транспортируют» себя, то есть собственную конструкцию: топливные баки и двигатели, а также топливо, необходимое для их работы. Топливные баки и ракетные двигатели находятся в разных ступенях ракеты и, как только они вырабатывают свое топливо, то становятся ненужными. Чтобы не нести лишний груз, они отделяются. Кроме полноценных ступеней применяются и внешние топливные емкости, не оснащенные своими двигателями. В процессе полета они также сбрасываются.

Первая ступень РН «Протон-М» /©ФГУП «ГКНПЦ имени М.В.Хруничева»

Существует две классические схемы построения многоступенчатых ракет: c поперечным и продольным разделением ступеней. В первом случае ступени размещаются одна над другой и включаются только после отделения предыдущей, нижней, ступени. Во втором случае вокруг корпуса второй ступени расположены несколько одинаковых ракет-ступеней, которые включаются и сбрасываются одновременно. В этом случае двигатель второй ступени также может работать при старте. Но широко применяется и комбинированная продольно-поперечная схема.

Варианты компоновки ракет /© Wikipedia

Стартовавшая в феврале этого года с космодрома в Плесецке ракета-носитель легкого класса «Рокот» является трехступенчатой с поперечным разделением ступеней. А вот РН «Союз-2», запущенная с нового космодрома «Восточный» в апреле этого года, – трехступенчатая с продольно-поперечным разделением.
Интересную схему двухступенчатой ракеты с продольным разделением представляет собой система Спейс шаттл. В ней и кроется отличие американских шаттлов от «Бурана». Первая ступень системы Спейс шаттл – боковые твердотопливные ускорители, вторая – сам шаттл (орбитер) с отделяемым внешним топливным баком, который по форме напоминает ракету. Во время старта запускаются двигатели как шаттла, так и ускорителей. В системе «Энергия – Буран» двухступенчатая ракета-носитель сверхтяжелого класса «Энергия» была самостоятельным элементом и помимо вывода в космос МТКК «Буран» могла быть применена и для других целей, например для обеспечения автоматических и пилотируемых экспедиций на Луну и Марс.

Разгонный блок

Может показаться, что как только ракета вышла в космос, то цель достигнута. Но это не всегда так. Целевая орбита космического аппарата или полезного груза может быть гораздо выше линии, от которой начинается космос. Так, например, геостационарная орбита, на которой размещаются телекоммуникационные спутники, расположена на высоте 35 786 км над уровнем моря. Вот для этого и нужен разгонный блок, который, по сути, является еще одной ступенью ракеты. Космос начинается уже на высоте 100 км, там же начинается невесомость, которая является серьезной проблемой для обычных ракетных двигателей.
Одна из основных «рабочих лошадок» российской космонавтики ракета-носитель «Протон» в паре с разгонным блоком «Бриз-М» обеспечивает выведение на геостационарную орбиту полезных грузов массой до 3,3 т. Но первоначально вывод осуществляется на низкую опорную орбиту (200 км). Хотя разгонный блок и называют одной из ступеней корабля, от обычной ступени он отличается двигателями.

РН «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» на сборке /©ФГУП «ГКНПЦ имени М.В.Хруничева»

Для перемещения космического аппарата или корабля на целевую орбиту или направления его на отлетную или межпланетную траекторию разгонный блок должен иметь возможность выполнить один или несколько маневров, при совершении которых изменяется скорость полета. А для этого необходимо каждый раз включать двигатель. Причем в периоды между маневрами двигатель находится в выключенном состоянии. Таким образом, двигатель разгонного блока способен многократно включаться и выключаться, в отличие от двигателей других ступеней ракет. Исключением являются многоразовые Falcon 9 и New Shepard, двигатели первых ступеней которых используются для торможения при посадке на Землю.

Полезная нагрузка

Ракеты существуют для того, чтобы что-то выводить в космос. В частности, космические корабли и космические аппараты. В отечественной космонавтике это транспортные грузовые корабли «Прогресс» и пилотируемые корабли «Союз», отправляемые к МКС. Из космических аппаратов в этом году на российских ракетах-носителях отправились в космос американский КА Intelsat DLA2 и французский КА Eutelsat 9B, отечественный навигационный КА «Глонасс-М» №53 и, конечно, КА «ЭкзоМарс-2016», предназначенный для поиска метана в атмосфере Марса.
Возможности по выводу полезной нагрузки у ракет разные. Масса полезной нагрузки РН легкого класса «Рокот», предназначенной для выведения космических аппаратов на низкие околоземные орбиты (200 км), – 1,95 т. РН «Протон-М» относится к тяжелому классу. На низкую орбиту он выводит уже 22,4 т, на геопереходную – 6,15 т, а на геостационарную – 3,3 т. «Союз-2» в зависимости от модификации и космодрома способен вывести на низкую околоземную орбиту от 7,5 до 8,7 т, на геопереходную орбиту – от 2,8 до 3 т и на геостационарную – от 1,3 до 1,5 т. Ракета предназначена для запусков со всех площадок Роскосмоса: Восточного, Плесецка, Байконура и Куру, используемого в рамках совместного российско-европейского проекта. Применяемая для запуска транспортных и пилотируемых кораблей к МКС, РН «Союз-ФГ» имеет массу полезного груза от 7,2 т (с пилотируемым кораблем «Союз») до 7,4 т (с грузовым кораблем «Прогресс»). В настоящее время это единственная ракета, применяемая для доставки космонавтов и астронавтов на МКС.
Полезная нагрузка, как правило, находится в самой верхней части ракеты. Для того чтобы преодолеть аэродинамическое сопротивление, космический аппарат или корабль помещается внутрь головного обтекателя ракеты, который после прохождения плотных слоев атмосферы сбрасывается.

Вошедшие в историю слова Юрия Гагарина: «Вижу Землю… Красота-то какая!» были им сказаны именно после сброса головного обтекателя ракеты-носителя «Восток».

Установка головного обтекателя РН «Протон-М», полезная нагрузка КА «Экспресс-АТ1» и «Экспресс-АТ2» /© Роскосмос Система аварийного спасения

Ракету, которая выводит на орбиту космический корабль с экипажем, практически всегда можно отличить по внешнему виду от той, которая выводит грузовой корабль или космический аппарат. Чтобы в случае возникновения аварийной ситуации на ракете-носителе экипаж пилотируемого корабля остался жив, применяется система аварийного спасения (САС). По сути, это еще одна (правда, небольшая) ракета в головной части ракеты-носителя. Со стороны САС выглядит как башенка необычной формы на вершине ракеты. Ее задача – в экстренной ситуации вытянуть пилотируемый корабль и увести его от места аварии.
В случае взрыва ракеты на старте или в начале полета основные двигатели системы спасения отрывают ту часть ракеты, в которой находится пилотируемый корабль, и уводят ее в сторону от места аварии. После чего осуществляется парашютный спуск. В случае же если полет проходит нормально, после достижения безопасной высоты система аварийного спасения отделяется от ракеты-носителя. На больших высотах роль САС не так важна. Здесь экипаж уже может спастись благодаря отделению спускаемого аппарата космического корабля от ракеты.


Макеты вариантов МРКС-1 грузоподъёмностью (слева направо), соответственно, 60, 46, 35 и 21 т на МАКС-2011 (фото автора).
Приятно, когда твои прогнозы сбываются, даже если прогнозы эти не позитивные…
Не далее января сего, 2015-го, года, я сказал Павлу Анатольевичу Лехову, главному конструктору многоразовой ракетно-космической системы 1-го этапа, которому оставалось работать на предприятии несколько дней (мне — несколько месяцев, но этого мы ещё не знали; впрочем, это не имеет отношения к делу), что пройдёт максимум полгода, и его на коленях будут умолять вернуться. Именно для работы по этой тематике. Он, будучи значительно старше и умудрённее печальным опытом, отнюдь не разделял моего оптимизма, да и в любом случае это никак не помогало ему в конкретной административно-финансовой ситуации.
Однако ж…

Читаем «Известия» от 20 августа 2015 г.: «Роскосмос создаст многоразовую ракету-носитель».
Особенно восхищает, что пресс-служба ГКНПЦ ими. М.В. Хруничева согласно кивает: да, де — дедали и будем делать… При том, что структурное подразделение, которое, собственно, занималось МРКС-1, ликвидировано ещё осенью 2014-го, люди уволены зимой 2015-го.
Неприятно — хотя и не удивительно — наблюдать воинствующую, патологическую безграмотность отечественных «дурналистов» (называть их журналистами — немыслимо много чести), взявшихся заявлять, аж, о «разработке аналога «Бурана». А телеканал «Звезда» (канал Минобороны, между прочим!!!) не долго думая озаглавил новость «Роскосмос вернёт аналог «Бурана» на орбиту»… Поневоле с ностальгией вспоминаются времена, когда публикации на космические темы визировал генерал Ю.А. Мозжорин! Вы, блин, ребята, предмет изучите, о котором пишете, а потом будете верещать чего-то о «недопустимости цензуры…» А так позориться допустимо?
Удивительно, в какой-то мере, читать заявление аж целого члена-корреспондента Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, что, де, «Жидкостные ракетные двигатели еще пока никто не спасал и не пытался использовать повторно.» Член-корр не в курсе, что с начала 1970-х годов непременным требованием к ЖРД космического назначения являются обязательные контрольно-сдаточные испытания на стенде, после которых двигатель летит БЕЗ переборки и монтажно-демонтажных операций? Т.е. ВСЕ космические ЖРД, созданные за последние 45 лет, являются многоразовыми. А что до повторного использования — про «Space Shuttle» член-корр слышал? А про то, что двигатели ОТЛЕТАВШИЕ на «шаттлах» по нескольку полётов и вернувшиеся на Землю будут использоваться в новом носителе SLS?.. Нет, нужно обязательно доказать недоказуемое — что многоразовые системы экономически невыгодны, а уж какой ценой это «доказывается» — вопрос второй…
Итак, концепция многоразовой ракетно-космической системы первого этапа была разработана в недрах ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, в подразделении, которое возглавляли А.И. Кузин и С.Н. Лозин, в начале 2000-х годов. По крайней мере с 2006 г. доклады, отражающие процесс работы, регулярно звучали на открытых научных конфеернциях, включая международные, а в специализированных изданиях появлялись соответствующие статьи. Причём ГЛАВНОЙ задачей МРКС-1 изначально предполагалось именно сокращение стоимости вывода полезных нагрузок!
Да, почему «первого этапа»? Дело в том, что с самого начала предполагался и второй этап — полностью многоразовая система. Но сначала предполагалось решить более простую, но более важную задачу.
Сокращение затрат на выведение предполагалось получить за счёт повышения надёжности системы в целом и двигателей в частности, за счёт отказа от полей падения и, соответственно, всеазимутальности пуска, и, конечно, за счёт сокращения затрат на производство и самих ступеней, и двигателей для них.
Одноступенчатая система идеальна с точки зрения многоразовости, но очень и очень требовательна к технологическому уровню, к весовой культуре, да и формулу Циолковского никто не отменял. Двухступенчатая получится гораздо проще в реализации. При этом многоразовый ускоритель второй ступени будет, по сути, многоразовым воздушно-космическим кораблём с дорогой во всех смыслах теплозащитой (это мы, собственно, проходили на «Буране»). А вот ускоритель первой ступени — дело другое, особенно если правильно выбрать скорость разделения. Можно обеспечить торможение и посадку в заданной точке (или возвращение к месту старта) вообще без специальной теплозащиты, «просто» заложив более высокие требования к жаропрочности конструкционных материалов (благо — ВИАМ, несмотря ни на что, жив!).
Посадить ракетный блок можно разными способами, крылатая схема позволяет не просто посадить, а именно вернуть на ВПП к месту старта. Т.е. никаких проблем с полями падения, с местами посадки, с транспортировкой. Да, крылья на участке ракетного полёта — мёртвый груз. Но на ПЕРВОЙ ступени его влияние на грузоподъёмность системы примерно в 10 раз меньше, чем на второй!
Тем не менее, вот ИМЕННО ЭТО, а отнюдь не многоразовость двигателей, было и остаётся главной проблемой МРКС. Самолётная посадка ракетных блоков предложена много десятилетий назад, проектов известна масса, но никто пока не посадил на ВПП ни один ракетный блок, и тем более — не поднял его в повторном пуске! Вопрос настолько серьёзен, что до сих пор окончательно не определена аэродинамическая компоновка ВРБ — возвращаемого ракетного блока. Посетители МАКС-2013 могли видеть масштабные модели двух вариантов — с прямым поворотным и с треугольным крылом. Сами конструкторы склонялись к первому варианту, но однозначного решения ещё не было.

И именно для изучения этого комплекса проблем предложен «демонстратор», лётно-экспериментальный комплекс, тот самый ЛЭК, о котором говорится в проекте ФКП.
Выбор числа, типа и размещения двигателей на МРКС потребовал отдельной НИР, в котороой активно участвовали и Центр Келдыша, и воронежское КБХА. Рассматривались и существующие двигатели, и вновь создаваемые, компоненты — керосин, метан, водород и кислород. Выводы получились такие:
— на ВРБ использовать метан+кислород и ставить по 4 двигателя с возможностью аварийного отключения любого из них и ВЫПОЛНЕНИЯ ПОСЛЕ ЭТОГО ЗАДАЧИ ПОЛЁТА;
— на одноразовом блоке (он называется «блок выведения», БВ) ставить по одному двигателю. Компоненты — водород+кислород, но поначалу можно и метан;
— двигатели на ВРБ летают по 5-10 раз (потом можно и больше), после чего отправляются в последний полёт на БВ.
Чем, помимо прочего, хорош метан — за время возвращения ВРБ к месту посадки метан (как и кислород) полностью испаряется из баков, двигателей и арматуры, и, соответственно, не требуются межполётные операции по нейтрализации остатков компонента, их удалению, очистке поверхностей и пр. На «шаттлах» это была одна из самых трудозатратных и опасных операций (там компоненты двигателей орбитального маневрирования были ядовитые), но и при керосине это тоже неизбежно.
Да. Необходимость отключения аварийного агрегата предполагает достаточно медленное развитие возможной аварии (чтобы успела сработать автоматика), а значит — нерекордные удельные параметры двигателя и т.н. «сладкая» схема. Т.е. какие-либо модификации РД-170 из рассмотрения ушли.
Вариант с водородом на всех ступенях рассмотрели… и отказались. Исключительно по соображениям наличной производственной и транспортной инфраструктуры: водород требует бОльшей ёмкости баков, по сути — постройки нового завода. Это, может, уже ТРЕТИЙ этап работ, но не первый…
Да, поскольку скорость разделения ракетных блоков была выбрана исходя не из оптимальной баллистики, а из температуры нагрева конструкции ВРБ, соотношение масс ступеней получилось тодже неоптимальным, зато… габариты ВРБ и БВ получились близкими! При пакетном соединении легко получались носители 4 грузоподъёмностей, в зависимости от числа используемых ВРБ и БВ:
1 ВРБ + 1 БВ (асимметричная компоновка) — 21 т
2 ВРБ + 1 БВ — 35 т
2 ВРБ + 2 БВ (асимметричная компоновка) — 46 т
2 ВРБ + 3 БВ — 60 т.
В таком, примерно, виде проект МРКС-1 сложился к 2010 г., когда, наконец, им заинтересовался Роскосмос.
Продолжение следует.