вернёмся в библиотеку?

«Земля и Вселенная» 1994 №2




В помощь
лектору


Отечественные
ракеты-носители

В 1993 г. в нашем журнале была опубликована статья о ракетах-носителях США (№ 3, с. 85; № 4, с. 94), где подробно описывались средства выведения грузов в космос, находящиеся на службе в этой стране. Получив затем большое количество писем с просьбами рассказать об отечественном «ракетном флоте», мы помещаем часть одной из глав книги «Космические орбиты» С. П. Уманского1.

1 Книга готовится к печати в изд-ве «Просвещение» (№ 95 в тематическом плане на 1993 г.)

С 1957 г., когда запуск первого искусственного спутника Земли ознаменовал открытие космической эры, отечественной космонавтикой пройден долгий и драматический путь. Сегодня наша страна обладает несколькими типами ракет-носителей: от небольших до тяжелых и сверхтяжелых. Построены три первоклассных космодрома («Байконур», «Капустин Яр» и «Плесецк»), имеются центры управления полетами (в г. Калининграде Московской обл.), дальней космической связи (вблизи Евпатории), подготовки космонавтов под Москвой.

Сейчас Россия предлагает другим странам участвовать в своей космической программе. Отечественные РН и услуги по запуску в космос отличаются более низкими ценами, чем на Западе, однако в силу различных факторов наша страна пока еще не заняла подобающего места на международном рынке этих услуг.



Ракета-носитель «Молния»
РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ НПО «ЭНЕРГИЯ» им. С. П. КОРОЛЕВА

РН «Спутник». 21 августа 1957 г. первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета (МБР) Р-7, стартовав со специально построенного для ее испытаний космодрома Байконур, достигла расчетной дальности полета — 8000 км. Все в этой ракете было оригинальным, и прежде всего общая конструктивно-компоновочная схема: ракета состояла из четырех боковых и одного центрального блоков. Каждый блок имел собственные топливные баки и двигательную установку.

Вскоре на базе «семерки» была создана ракета-носитель (РН) «Спутник», которая 4 октября 1957 г. доставила на орбиту первое искусственное небесное тело — спутник «ПС-1» (шар из алюминиевого сплава диаметром 58 см и массой 83,6 кг), а 12 апреля 1961 г. РН «Восток» (очередная модификация ракеты Р-7) вывела на околоземную орбиту первый космический корабль, на борту которого находился Ю. А. Гагарин.

РН «Восток» состоит из четырех боковых блоков (1-я ступень), расположенных вокруг центрального блока (2-я ступень). Над центральным блоком расположена 3-я ступень ракеты. На каждом из блоков 1-й ступени установлен четырехкамерныи жидкостно-ракетный двигатель РД-107, а на 2-й — четырехкамерный двигатель РД-108. На 3-й ступени стоит однокамерный двигатель РД-109 с четырьмя рулевыми соплами. Создаваемая двигателем тяга — 54,5 кН. (Двигатели разрабатывались в КБ главного конструктора С. А. Косберга (1903 — 1965) совместно со специалистами КБ С. П. Королева.)

РН «Союз», представляющая собой дальнейшее развитие концепции «семерки», имеет стартовую массу 310 т и общую длину 51,3 м. Первые две ступени аналогичны РН «Восток». Снабжена 3-я ступень четырехкамерным кислородно-керосиновым двигателем РД-0110 с четырьмя рулевыми соплами. Сила тяги двигателя — 298 кН. С помощью РН «Союз» выполняются все запуски космических кораблей «Союз» с космонавтами на борту, грузовых кораблей «Прогресс» и спутников различного назначения.

РН «Молния». Первый старт «Молнии» состоялся 4 февраля 1961 г., когда была опробована работа 4-й ступени (блок «Д»). На четвертой ступени установлен однокамерный двигатель 11Д33 конструкции НПО «Энергия» с тягой в пустоте 67 кН. 1-я, 2-я и 3-я ступени аналогичны РН «Союз». Использовалась «Молния» для доставки на орбиту КА «Луна-4» — «Луна-14», «Прогноз», «Молния», «Венера-1» — «Венера-8», «Марс-1», «Зонд-1», «Зонд-3».

РН «Энергия». Запуск «Энергии» в мае 1987 г. (Земля и Вселенная, 1989, № 2, с. 3; 1991, № 5, с. 4) вызвал огромный интерес у специалистов и широкой общественности. С созданием этой мощной РН открылась уникальная возможность исследования космического пространства. «Энергия» позволяет вывести на околоземную орбиту (высота Н = 200 км, наклонение орбиты i = 50,7°) полезный груз массой 95 т, многоразовый космический корабль, или крупные объекты различного назначения. Масса полезного груза (ПГ), выводимого на геостационарную орбиту, составляет 21 т («Энергия-С»), а разгоняемых по траектории полета к Луне — 36 т, к Венере — 30 т, к Марсу — 29 т. Ракета выполнена по схеме «пакета» с продольной компоновкой: четыре блока 1-й ступени расположены вокруг центрального блока 2-й ступени. 3-й ступенью могут служить специальные разгонные ракетные блоки со своей системой управления, несущие полезную нагрузку. Стартовая масса ракеты-носителя достигает 2400 т.

Каждый блок ступени снабжен четырехкамерным жидкостным ракетным двигателем (ЖРД) РД-170, работающим на жидком кислороде и углеводородном горючем. Тяга двигателя 1-й ступени составляет 7260 кН (740 тс) у Земли. Работает 2-я ступень на кислородно-водородном топливе и имеет четыре однокамерных ЖРД РД-0120 с тягой каждого 1969 кН (200 тс) в вакууме. Центральный блок (2-я ступень) отделяется после набора суборбитальной скорости и приводняется в заданном районе акватории Тихого океана. Доразгон до орбитальной скорости производится двигательной установкой полезного груза, иными словами она выполняет функции 3-й ступени.


РН «Энергия» (а) и «Энергия-М» (б)
Основные технические параметры ракет-носителей семейства «Протон»
Наименование«Про-
тон»
«Про-
тон-К»
«Про-
тон-КМ»
Количество
Разгонный блок
Стартовая масса, т
Длина, м
Масса полезной нагрузки, т

— на круговую орбиту (200 км)

— на ГСО
Год создания
Стоимость пуска, млн долл.
1 кг ПГ, долл/кг
Общее количество пусков

2
-
550
43,5

12,2
-
1965


4
4
«Д»
700
57,7

21,0
2,7
1967
50
2270
206*
4

700


22
3 — 3,2
1995

* До 1.01.1993 г.

РН «Энергия-М» — дальнейшая модификация «Энергии», будет эксплуатироваться на основе существующего наземного стартового комплекса. В качестве 1-й ступени используются два блока РН «Энергия». В составе «Энергии-М» 3-й ступенью могут быть, в зависимости от задач, разгонный блок «ДМ», либо его модификация с увеличенным запасом топлива. Предполагается также применение кислородно-водородного буксира. «Энергия-М» сможет выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой до 35 т, а на геостационарную орбиту до 5,5 т. Стартовая масса РН «Энергия-М» — 1050 т.

РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ КБ «САЛЮТ»

Предприятие «Салют» возникло в 50-х годах из ОКБ-23, возглавляемого В. М. Мясищевым (1902 — 1978), в результате цепи преобразований. В 1959 г., когда ОКБ-23 стало филиалом КБ, руководимого В. М. Челомеем (1914 — 1981), ему была поручена разработка двухступенчатой ракеты, впоследствии получившей название «Протон».

РН «Протон». В июне 1990 г. исполнилось 25 лет со дня первого старта двухступенчатого «Протона». Оригинальная компоновочная схема, надежно работающие ЖРД, позволили создать РН с высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками. За 25 лет своего существования «Протон» вывел на околоземные и другие орбиты космические станции и корабли «Салют», «Союз», «Венера», «Марс», «Космос», «Вега», «Фобос», «Квант».


Ракета-носитель «Космос-1»

«Протон» выполнен по схеме «тандем» с поперечным делением ступеней. Эксплуатируется ракета в двух-, трех— и четырехступенчатом вариантах. На всех ступенях установлены однокамерные ЖРД. Топливо 1-й, 2-й и 3-й ступеней — самовоспламеняющееся, двухкомпонентное. Окислитель — азотный тетраксид (N2O4), горючее — несимметричный диметилгидразин (высококипящее горючее для ЖРД). На первой ступени установлено шесть блоков с однокамерными ракетными двигателями РД-253 с тягой 150x6 = 9000 кН. На 2-й — четыре двигателя РД-0210. Отклонение двигателя в цапфах от нулевого положения позволяет осуществлять управление РН. На 3-й ступени установлен однокамерный двигатель РД-0213 и четырехкамерный рулевой двигатель РД-0214. В качестве 4-й ступени используется разгонный блок «Д». Двигатель 4-й ступени 11Д58 (РД-58М) многократного запуска в космических условиях. Горючее — керосин или синтин, окислитель — жидкий кислород. РН «Протон», эксплуатируемая с 1967 г., обеспечивает высокую надежность выведения. С ее помощью запущены орбитальные станции «Салют», «Мир», тяжелые космические модели, КА «Луна», «Марс», «Вега». Пуски «Протона» сейчас осуществляются с космодрома Байконур.

РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ КБ «ЮЖНОЕ»

В июне 1951 г. правительство приняло решение об организации в г. Днепропетровске ракетостроительного нового завода и о передаче ему серийного изготовления ракет «Р-1», а в дальнейшем и ракет «Р-2». В 1954 г. руководителем КБ стал М. К. Янгель (1911 — 1971 гг.).

Ракета «Циклон-2»

РН «Космос». Прорыв в космос, осуществленный с помощью мощных ракет-носителей «Спутник», «Восток», «Молния» в 1957 — 1961 гг., дал богатейший материал для разработки долгосрочной программы космических исследований. Та ее часть, которая предусматривала исследования с борта спутников на околоземной орбите, получила наименование «Космос». В процессе ее создания стало очевидным, что во многих случаях по этой программе целесообразно запускать сравнительно простые и легкие малые спутники, несущие аппаратуру для решения узкого круга научных задач.

Предварительный анализ показал, что программу «Космос» можно реализовывать на базе ракеты, созданной М. К. Янгелем. Она конструировалась позже ракет С. П. Королева и сочетала в себе хорошую грузоподъемность и высокие летные характеристики, достигнутые в других носителях. Двигатель РД-214 для 1-й ступени ракеты был создан в конструкторском бюро В. П. Глушко. Он работает на высококипящем топливе: азотнокислотном окислителе (смесь оксидов азота с азотной кислотой) и углеводородном горючем типа керосина. Сила тяги двигателя на Земле — 635 кН. Для двигателя 2-й ступени РД-119 (тяга в пустоте — 105 кН) применяется жидкий кислород и высокоэффективное горючее — несимметричный диметилгидразин (НДМГ).

16 марта 1962 г. ракета-носитель «Космос» впервые вывела на околоземную орбиту спутник «Космос-1», по конструкции напоминавший первый спутник ПС-1. Но, несмотря на свою простоту, он открыл дорогу самому многочисленному в мире семейству разнообразных научно-исследовательских космических аппаратов, большая часть которых в течение многих лет запускалась с помощью этой ракеты. И когда семь лет спустя встал вопрос о носителе для спутников, создаваемых по программе «Интеркосмос», специалисты единодушно решили использовать и для этой программы надежную и экономичную ракету — «Космос-2».


Ракета «Зенит»

РН «Космос-2» успешно дебютировала на «космической сцене» в октябре 1969 г., выведя на орбиту ИСЗ «Интеркосмос-1». Затем доставила на орбиту еще ряд спутников «Интеркосмос», а также советско-французские ИСЗ «Ореол», индийские спутники «Ариабата» и «Бхаскара». «Космос-2» создан на базе баллистической ракеты Р-14 (SS-5) конструкции М. К. Янгеля, к которой добавили 2-ю ступень. После серии пусков с космодрома Байконур в 1964 — 1968 гг. эксплуатацию РН полностью передали на космодром Плесецк. Стартовая масса «Космоса-2» 109 т, масса ПГ до 1350 кг. Общая длина 32,4 м. Двигатель 1-й ступени РД-216, создаваемая им тяга (у Земли) — 1469 кН. Топливо самовоспламеняющееся (окислитель — смесь окислов азота с азотной кислотой, горючее — МДМГ). Двигатель 2-й ступени обеспечивает тягу в 157 кН. В настоящее время производство РН «Космос-2» ведется в Омском ПО «Полет».

РН «Циклон» создана на базе тяжелой МБР шахтного базирования (SS-9) конструкции М. К. Янгеля. В 1969 г. создан «Циклон-2», который использовался для запуска спутников военного назначения. Довыведение на рабочую орбиту обеспечивалось бортовой двигательной установкой космического аппарата. Стартовая масса «Циклона-2» — 182 т. Масса полезного груза, выводимого на круговую орбиту высотой Н = 200 км, i = 46° до 3500 кг, Н = 200 км, i = 90° до 2700 кг. Тяга ЖРД 1-й ступени у Земли — 2862, в пустоте — 2974 кН; 2-й ступени в пустоте — 991 кН. В качестве окислителя используется азотный тетраксид, горючего — НДМГ.

В 1977 г. для ракеты была разработана 3-я ступень с двигателем двукратного включения. Созданный в результате носитель используется для запусков научно-исследовательских, метеорологических, геодезических, связных и разведывательных спутников на круговые орбиты высотой от 650 до 1500 км. Тяга двигателя 3-й ступени в пустоте 78 кН, удельный импульс тяги — 3140 Н·с/кг. Дополнительные характеристики приведены в табл. 2. РН «Зенит» может эксплуатироваться в двухступенчатом («Зенит-2») и трехступенчатом («Зенит-3») вариантах. «Зенит-2» разработан в КБ «Южное» в 1976 — 1985 гг. Нетоксичные компоненты топлива гарантируют сохранность экологической обстановки на стартовом комплексе и в районе падения ступеней. Запуски «Зенита-2» производятся с космодрома Байконур. Первая ступень этой РН используется в качестве боковых блоков на носителе «Энергия». На ней установлен один четырехкамерный двигатель РД-170 (развиваемая двигателем тяга 7260 кН), а на 2-й ступени два: маршевый РД-120 (его тяга в пустоте 912 кН) и рулевой с поворотными соплами. При запуске из экваториального района «Зенита-2» может вывести на орбиту высотой 200 км (с наклонением 12°) полезный груз массой 15,7 т. Соответственно, с территории России эта величина составляет 13,8 т при i = 51° и 12 т при i = 90°.

В трехступенчатом варианте 3-й ступенью («Зенит-3») служит блок «Д» (4-я ступень носителя «Протон-К»). Масса ПГ, выводимого на геостационарную орбиту носителем «Зенит-3» с территории Байконура, достигает примерно одной тонны. Из районов, расположенных в приэкваториальной зоне, масса ПГ соответственно увеличивается до 2 т на ГСО, 4,5 т на переходную орбиту и 3,0 т на отлетные траектории. Интересно отметить, что предстартовая подготовка «Зенита-2» занимает немногим более 20 ч. Для сравнения: предстартовая подготовка РН «Ариан-4» — более 200 ч. На Втором европейском симпозиуме по космическим транспортным системам были сообщены данные о пусках отечественных РН с января 1970 г. до мая 1989 г. В СССР за указанный период осуществлено 1426 пусков восьми типов РН, из которых 1377 были успешными, а средняя надежность составила 96,9%. Наиболее часто использовались РН «Союз» (578 пусков), «Космос» (333 пуска), «Молния» (193 пуска), «Протон» (132 пуска).

Ракеты-носители «Космос», «Циклон», «Зенит»
Наименование«Космос-1»«Космос-2»«Циклон-2»«Циклон-3»«Зенит-2»«Зенит-3»
Стартовая масса, т
Общая длина, м
Диаметр, м
Масса ПГ, т:

Н = 200 км, i = 90 °

Нп/На 700/40000 км

Нкр. = 35800 км, i = 0 °
Первый старт

49
32
1,65

до 0,5


1962
109
32
2,4

до 1,3


1964
182
29,0* )
3

до 2,7


1969
189
39,27
3

до 3,6


1977
459
57
3,9

до 12


1976
466
61,4
3,9


до 3,6
до 1
?

*) Без головного блока

Сравнительные характеристики некоторых российских и зарубежных ракет-носителей
Наименование«Ариан-44L»«Ариан-5»«Атлас-1»«Дельта-6925»«Титан-IV»«Протон-КМ»«Зенит-3»«Спейс-шаттл»
Первый старт
Масса, т
Полезный груз, т:

Н = 200 км

ГСО
Стоимость запуска:
млн долл.
долл/кг

X 1989
470

8,3


110 — 120
14440
1995
710

20


100 — 110
5000
VII 1990
164,3

5,5
0,45

65 — 75
13630
II 1989
218

3,99
0,73

45 — 60
15000
VI 1989
860

17,7
4,5

227
12200
1995
700

22
3,2

50
2270
1995
466

12
1

70
5800
IV 1981
2040

29,5


230
8000


График иллюстрирует энергетические возможности при выведении КА ракетой «Зенит-2» на круговые орбиты с территории Байконура
Пуски отечественных РН с января 1970 до мая 1989 г.
Типы РНВсего пусковУспешныеНеудачныеНадежность, %
«Протон»
«Союз»
«Восток»
«Молния»
«Космос»
«Циклон»
«Зенит»
«Энергия»
132
578
92
193
333
75
21
2
122
566
91
183
319
73
21
2
10
12
1
10
14
2
0
0
92,4
97,9
98,9
94,8
95,8
97,3
100
100
Всего142613774996,6

С. П. УМАНСКИЙ