Носители среднего класса США

Фирма Lockheed Martin использует для коммерческих запусков три двухступенчатых РН семейства Atlas-Centaur: Atlas-2, Atlas-2A, Atlas-2AS. С 1997 г. не используется их предшественница РН Atlas-1. Эти РН способны выводить КА на орбиту, переходную к геостационарной, и различаются между собой главным образом грузоподъемностью.

Эксплуатируемая с 1991 г. РН Atlas-2 (табл.) с 1995 г. производится только в г. Денвере (шт. Колорадо), так как завод в Сан-Диего (шт. Калифорния) закрывается. РН Atlas-2 имеет удлиненные по сравнению с РН Atlas-1 топливные баки жидких кислорода и водорода, что позволяет увеличить заправку ракетным топливом. Четыре изоляционные панели РН Atlas-1 заменены на панели из пеноматериала, соединяемые с баками.

РН Atlas-2A эксплуатируется с 1992 г. и представляет собой несколько удлиненную модификацию РН Atlas-2 с форсированными двигателями на удлиненной последней ступени Centaur. Сварная «юбка» — их алюминиевого сплава. Эксплуатируемая с 1993 г. модификация РН Atlas-2AS имеет повышенную по сравнению с другими модификациями РН Atlas-2 тягу. Из четырех навесных ускорителей первой ступени два включаются на стартовой площадке и через 54 с после начала их работы сбрасываются уже в полете. Вторая пара ускорителей включается через 57,5 с после начала работы и сбрасывается на 114 с. По своим характеристикам РН Atlas-2AS близка к западноевропейской РН Ariane-4.

РН Atlas-2 запускаются как с космодрома на мысе Канаверал, так и с авиабазы ВВС США Ванденберг. Стоимость пуска РН Atlas-2 оценивается приблизительно в 76 млн дол., а РН Atlas-2AS — в 93…98 млн дол. Дальнейшим развитием ряда РН типа Atlas стала модель Atlas-3. Основным отличием Atlas-3 является использование на первой ступени двигателя РД-180, производимого российским НПО «Энергомаш». Планируется эксплуатировать две модификации РН — Atlas-3А и Atlas-3В, которые позволят выводить на переходную орбиту ПН массой 4 т и 4,5 т соответственно. Первый запуск РН Atlas-3 состоялся 25 мая 2000 г.

Наиболее удачными с точки зрения надежности явились модификации РН фирмы McDonnell Douglas (ныне отделения фирмы Boeing), из которых в настоящее время в коммерческих целях эксплуатируются двухступенчатые РН Delta-2-7920 (для запусков на орбиты с малой затратой энергии) и трехступенчатая РН Delta-2-7925 (табл.), первый пуск которой был осуществлен в начале 1989 г. Пуски производятся с космодрома на мысе Канаверал и с авиабазы Ванденберг.

Переходник между первой и второй ступенями изогридной конструкции (с равномерно расположенными элементами жесткости). Разделение ступеней производится после прекращения работы первой ступени через 8 с в результате подрыва пироболтов. Работа двигателя второй ступени начинается через 5 с после разделения ступеней. Обтекатель ПН выполнен из алюминиевого сплава. В настоящее время разрабатывается обтекатель из композиционного материала.

Стоимость пуска РН Delta-2 составляет около 46 млн дол. Фирма McDonnell Douglas предложила на международный рынок космических носителей новую РН среднего класса Delta-3, которая в США классифицируется как РН промежуточного класса (между средним и тяжелым классами). Эта РН необходима, по мнению разработчиков, для удовлетворения потребностей выведения более крупных спутников связи.

Отличительной особенностью новой РН является использование на второй ступени, поставляемой фирмой Pratt and Whitney, модернизированного ЖРД RL-10 на криогенных топливных компонентах. Этот ЖРД аналогичен ЖРД РН Delta-2, но имеет топливный бак более крупных размеров,который находится на второй ступени увеличенного размера. РН Delta-3 включает 9 навесных ускорителей для первой ступени увеличенных габаритов, изготавливаемых фирмой Alliant Techsystems,4To позволяет выводить ПН вдвое большей массы, чем РН Delta-2. Другим отличием является то, что РН Delta-3 имеет управляемое сопло для управления вектором тяги и на 1,1-1,2 м большие габариты по сравнению с ныне эксплуатируемой модификацией Delta-2.

Одной из главных целей при создании РН Delta-3 было ограничение ее сухой массы путем широкого использования композиционных материалов и сокращения общего числа деталей в ее конструкции. По расчетам изготовителей,эта РН будет не менее надежной, чем РН Delta-2. Два бака окислителя для РН Delta-3 изготавливаются фирмой Boeing, а японская фирма Mitsubishi изготавливает баки горючего первой ступени и жидкого водорода для новой последней ступени изогридной конструкции из алюминия.

Для пусков РН Delta-3 предполагается использовать ту же стартовую площадку космодрома на мысе Канаверал, что и для РН Delta-2, c незначительными изменениями. По замыслам создателей РН, она станет серьезным конкурентом для РН Atlas и западноевропейской РН Ariane-4. При старто-вой массе 230 т РН Delta-3 позволяет выводить на орбиты высотой 180 км и наклонением 28° ПН массой 8,35 т,а на орбиту,переходную к стационарной, — объекты массой 3,81 т.

Фирма Boeing предлагает использовать также РН Delta-3 с шестью навесными ускорителями, что дешевле, чем использование стандартной РН с девятью ускорителями. В то же время характе-ристики такой модификации несколько выше,чем у РН Delta-2. Первый пуск РН Delta-3, состоявшийся в августе 1998 г.,оказал-ся неудачным. Второй пуск РН Delta-3 со связным КА Orion-3 состоялся в 1999 г.

Ориентировочная стоимость пуска РН — 75 млн дол. Многое было сделано специалистами США в совершенствовании РН семейства Titan путем применения больших навесных твердотопливных ускорителей диаметром 3,05 м,благодаря чему РН этого семейства стали использоваться для запусков КА военного и гражданского назначения с широким диапазоном массы.

Космическая двухступенчатая РН Titan-2 представляет собой РН, переоборудованную из межконтинентальной баллистической ракеты этого же наименования. Первый ее пуск с космической ПН состоялся в 1964 г. Ракеты Titan-2 разработаны фирмой Lockheed Martin под руководством отдела космических систем командования по разработке систем оружия ВВС США. Собираются РН на заводе фирмы Lockheed Martin в г. Мидл-Ривер (близ г. Балтимор, шт. Мэриленд). Топливо РН Titan-2 — самовоспламеняющееся.

На первой и второй ступенях применяются несущие топливные баки,которые изготавливаются из механически обработанных листов алюминиевого сплава с большим содержанием меди. Толщина стенки в нижней части бака горючего первой ступени достигает 4,5 мм. Днища баков изготавливаются из химически фрезерованных листов алюминиевого сплава. Топливные баки обеих ступеней имеют запас прочности 1,25.

Для наддува баков используются пары компонентов топлива. Для этого часть компонентов,отводимых после выхода из насосов, пропускаются по трубопроводам, которые нагреваются от газогенератора турбонасосного агрегата, превращаются в пары и подаются в соответствующие топливные баки через отверстия в днище. Обшивка корпуса собирается из отдельных панелей алюминиевого сплава толщиной 9,5 мм. Панели соединяются электродуговой сваркой с использованием вольфрамовых электродов. Разделение ступеней «горячее», т.е. двигатель второй ступени включается до разделения. Для выхода газов на переходнике первой ступени имеются «окна».

На РН Titan-2 используется радиоинерциальная система управления. Ее исполнительными органами являются шарнирно подве-шенные двигатели первой и второй ступеней. Управление первой ступенью по тангажу, крену и рысканью производится с помощью шарнирно закрепленных двигателей. Управление второй ступенью по тангажу и рысканью производится аналогично первой ступени, а по крену — специальными поворотными соплами с использованием выхлопных газов турбины.

РН Titan-2 (табл.) имеет модернизированные модификации Titan-2B (базовая по одним данным), Titan-2G (базовая по другим данным), Titan-2S и разрабатываемая Titan-2L (наиболее мощная).

В модификации Titan-2G по сравнению с МБР усовершенствованы переходники, система ориентации и двигатели малой тяги. В модификации Titan-2B усовершенствованы электропроводка, бортовое радиоэлектронное оборудование и обтекатель ПН. В модификации Titan-2S добавляются навесные ускорители (от 2 до 8) с ракетными двигателями твердого топлива Castor-4A и удлиняется первая ступень. В модификации Titan-2L предполагается добавление двух более мощных навесных ускорителей. Фирмой Lockheed Martin Astronautics переделано в ракеты-носители 14 снятых с боевого дежурства МБР Titan-2,H3 которых 7 были использованы (по состоянию на ноябрь 1998 г.).

В США с 1995 г. по инициативе Министерства обороны осуществляется разработка одноразовых РН нового поколения EELV (Evolved Expendable Launch Vehicle) для замены к 2006 г. эксплуатируемых в настоящее время устаревших и дорогостоящих РН среднего класса Delta-2, Atlas-2 и Titan-2, а также РН тяжелого класса Titan-4. Реализация программы создания семейства РН EELV в начале 2000-х гг. должна резко повысить потенциал США по использованию космического пространства в военных целях (космическая навигация, раннее обнаружение пусков боевых ра-кет, связь). Важнейшей целью программы является снижение стоимости запусков на 25…50 %.

В 1998 г. ВВС определили компании Boeing и Lockheed Martin головными разработчиками ракет-носителей, создаваемых по программе EELV. С каждой из этих компаний были заключены контракты стоимостью по 500 млн дол. на завершение проектно-конструкторских работ по новым транспортным системам,а также отдельные соглашения по обеспечению развертывания с их помощью военных спутников в 2002-2006 финансовых годах. Согласно достигнутым договоренностям компания Boeing должна будет осуществлять 19 запусков своих ракет на общую стоимость 1,38 млрд дол., а компания Lockheed Martin — 9 стартов стоимостью 650 млн дол.

Первоначально в рамках программы EELV компании Boeing и Lockheed Martin проектировали сходные по комплектации семейства ракет, состоящие из трех моделей — легкого (с обозначением S), среднего (М) и тяжелого (Н) классов. Оба семейства проектируются на базе жидкостных ступеней, получивших название типовых центральных блоков (ССВ). Ракеты легкого и среднего классов отличались между собой верхними ступенями, а ракета тяжелого класса оснащалась еще двумя стартовыми ускорителями, созданными на базе блока ССВ.

Однако непосредственно перед заключением основных контрактов в целях сокращения затрат на разработку ракет обе фирмы решили отказаться от создания моделей легкого класса. Выведение космических аппаратов соответствующего класса (массой 4…4,5 т на полярной орбите или массой около 2 т на переходной орбите) должно обеспечиваться ракетами среднего класса или уже существующими транспортными системами. Но поскольку подготовленные в рамках программы EELV проекты ракет легкого класса могут получить дальнейшее развитие в будущем,их краткие характеристики включены в предлагаемое описание новых средств выведения.

РН компании Boeing. Основным элементом ракет семейства Delta-4 является первая криогенная ступень высотой 38 м и диаметром 5 м. Для этого блока разработан новый кислородно-водородный двигатель RS-68 тягой 294 тс, отличающийся простотой конструкции и, как следствие, низкой стоимостью изготовления. Именно благодаря низким затратам на эксплуатацию ракет Delta-4, обеспечивающим удельную стоимость выведения грузов в 13,2 тыс. дол./кг, при распределении заказов на запуски ракет предпочтение было отдано компании Boeing.

Ракета легкого класса Delta-4S комплектуется блоком ССВ, второй ступенью с ракеты Delta-2 и при необходимости твердо-топливным разгонным блоком Star-48B. Энергетические характеристики данной транспортной системы позволят выводить на полярную орбиту грузы массой 4,47 т, а на переходную орбиту — массой 2,2 т. Ракета среднего класса Delta-4M отличается от предыдущей модели второй ступенью с одним кислородно-водородным двигателем RL-10B-2,a также головным обтекателем диаметром 4 м.

В такой комплектации ракета обеспечит выведение на полярную орбиту груза массой 7,2 т, а на переходную орбиту — массой 4,54 т. В целях расширения возможностей по выведению аппаратов среднего класса компания Boeing рассматривает варианты оснащения ракеты Delta-4M двумя или четырьмя твердотопливными ускорителями фирмы Alliant Techsystems. Три новые модели, получившие обозначение Delta-4M+4.2, Delta-4M+5.2 и Delta-4M+5.4, позволят доставлять на переходную орбиту спутники массой 5,7 т, 4,8 т и 6,6 т соответственно.

В составе ракеты тяжелого класса Delta-4H помимо усовершенствованной второй ступени (увеличение диаметра топливных баков до 5 м) и головного обтекателя диаметром 5 м будут использоваться два стартовых ускорителя,созданных на базе первой ступени. За счет этого ее грузоподъемность возрастет до 22,5 и 15 т при выведении на полярную и переходную орбиты соответственно. Ракеты Delta-4M и -4Н станут первыми транспортными космическими системами, использующими в своем составе только криогенные ступени.

Запуски ракет Delta-4 предполагается проводить на базе ВВС Ванденберг со стартового комплекса SLC-6,a на мысе Канаверал — с площадки LC-37. Для модернизации наземной инфраструктуры обеспечения запуска ракет Delta-4 на последнем полигоне компания Boeing планирует выделить 250 млн дол. Выбранный подрядчик — фирма Raytheon Engineers and Constractors должна будет установить усовершенствованную пусковую площадку, построить новый сборочный корпус HIF (Horizontal Integration Facility) и т.д.

Отличительной особенностью ракет Delta-4 от предшествующих моделей является горизонтальная сборка изделия,что позволит существенно снизить стоимость и продолжительность работ на технической позиции. Так, например, сборка ракет в корпусе HIF должна начинаться за 14/21 день до момента старта Т (для ракет среднего/тяжелого класса соответственно), герметизация полезного груза в момент Т — 10/12 дней,установка ракеты на стартовой площадке в Т — 8/9 дней, монтаж полезного груза в Т — 5 дней. В целом продолжительность предполетной подготовки ракеты Delta-4 должна сократиться с 24 до 6…8 дней по сравнению с эксплуатирующейся в настоящее время ракетой Delta-2.

Основное предприятие по сборке первой ступени ракеты Delta-4 компания Boeing размещает в Декейтере (шт. Алабама). Головные обтекатели предполагается изготавливать на предприятии в Пуэбло (шт. Колорадо), где осуществляется сборка обтекателей ракет Titan-4. Обтекатель ракеты Delta-4H создается на базе обтекателя этого носителя.

Поставку большинства элементов ракеты Delta-4,изготовленных из композиционных материалов, должна обеспечить фирма Alliant Techsystems Space and Strategic Systems Group, разворачивающая необходимое для этого производство в Айюке (шт. Миссисипи). Объем работ этой фирмы по программе Delta-4 при успешной ее реализации может достичь 1 млрд дол.

Ракету LM EELV легкого класса предполагалось оснащать кислородно-керосиновой ступенью с лицензионным российским двигателем РД-180 тягой 390 тс и ступенью Agena-2000, работающей на четырехокиси азота и ММГ. В такой комплектации ракета позволила бы выводить на низкую полярную орбиту грузы массой 3,9 т, а на переходную орбиту — массой 1,84 т.

Ступень Agena-2000 проектировалась фирмой Atlantic Research на базе разгонного блока, созданного в конце 1950-х гг. Конструкцию ступени, хорошо себя зарекомендовавшей, намечалось улучшить за счет использования новейших технологий, а также отдельных отработанных узлов с других ЖРД. В частности, рассматривались варианты применения на ступени карданного подвеса с ракет Delta, клапанов трубопроводов с ракеты Ariane-5, титанового сопла с ЖРД корабля Apollo и т.д. Однако стоимость доработки ступени оказалась чрезвычайно высокой, что не позволило бы обеспечить требуемое программой EELV снижение затрат на выведение грузов в космос. Поэтому компания Lockheed Martin приняла решение отказаться от создания ракеты легкого класса.

Ракета LM EELV среднего класса представляет собой сборку первой кислородно-керосиновой ступени и модернизированного криогенного разгонного блока Centaur с одним кислородно-водородным двигателем RL-10-А4, повторяя тем самым конфигурацию ракеты Atlas-3. Грузоподъемность новой транспортной системы составит 7,3 т при выведении на низкую полярную орбиту и 3,855 т при выведении на переходную орбиту. Так же, как и фирма Boeing, компания Lockheed Martin изучает возможности комплектации ракеты среднего класса несколькими твердотопливными ускорителями. При этом представители обеих фирм заявляют, что модернизированные ракеты среднего класса будут применяться в основном для запусков коммерческих спутников связи, масса которых в ближайшем будущем должна возрасти.

Ракета LMEELV тяжелого класса грузоподъемностью 18,6 и 6,1 т при выведении на полярную и переходную орбиты соответственно будет отличаться от предыдущей модели двумя стартовыми ускорителями, созданными на базе первой ступени. Запуски ракет LM EELV, сборка которых должна выполняться в вертикальном положении, будут производиться со стартовых комплексов LC-41 на мысе Канаверал и SLC-3W базы ВВС Ван-денберг.

Фирмой Lockheed Martin в инициативном порядке разрабатывается еще одно семейство носите л ей, использующее модульность как способ удешевления запусков, — коммерческая транспортная система Atlas-5.

Причины, вызвавшие проведение чуть ли не параллельных разработок, кроются якобы в невозможности коммерческого использования носителей, разработанных по заказам государственных ведомств. Нельзя исключать и того,что разработанное по программе EELV семейство LM EELV (Atlas-4) получилось не совсем удачным. Ведь если исходить из сумм контрактов, заключенных МО США с фирмами Boeing и Lockheed Martin и составляющих 1,38 млрд дол. и 615 млн. дол. соответственно, а также из числа предусмотренных этими контрактами пусков (19 и 9 пусков соответственно), то можно сделать вывод о некоторой приоритетности фирмы Boeing в программе EELV.

Основой для создания семейства РН Atlas-5 станет общий центральный ракетный блок Common Core Booster (CCB). В качестве второй ступени на РН серии Atlas-5 используется разгонный блок Centaur-3 с одним или двумя кислородно-водородными двигателями RL-10A-4-2. На РН Atlas-5 будут использоваться стартовые твердотопливные ускорители (Solid Rocket Busters — SRB). Для РН серии Atlas-5 применяются головные обтекатели трех типов: 3-метровый средний, 4-метровый длинный и удлиненный, 5-метровый короткий, средний и длинный.

Планируется использовать четыре серии носителей Atlas-5: 300-й, 400-й, 500-й (по диаметру обтекателя) и HLV (Heavy Launch Vehicle). Массы полезных нагрузок, выводимых базовыми типами РН семейства Atlas-5 (при одном двигателе в составе РБ и без стартовых ускорителей) на различные орбиты, приведены в табл.

Первый пуск РН Atlas-5 серий 300 и 400 запланирован на квартал 2001 г., РН серии HLV — на IV квартал 2002 г. Использование РН EELV нового поколения даст возможность США заполучить до 50% коммерческого рынка запусков вместо 30% на сегодняшний день, потеснив тем самым ЕКА с его РН Ariane. Стоимость выведения ПН на орбиту с помощью РН EELV на базе РН Delta-4 не должна превышать 35 млн. дол., а на базе РН LM EELV — 60 млн. дол. По другим данным, стоимость выведения ПН с помощью одной РН EELV может достигать 85 млн долл.