Развитие и особенности системы средств выведения

Развитие средств выведения полезных грузов в космическое пространство (ракет-носителей) в нашей стране шло по нескольким направлениям. Первое направление, возникшее в 1957 г., связано с созданием ряда РН на базе межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Р-7. Эта МБР была разработана в знаменитом ОКБ-1 (с 1966 г. — Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения (ЦКБЭМ), с 1974 г. — НПО «Энергия»,в настоящее время — Ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» им. С.П. Королева). В рамках этого направления было создано более 15 модификаций РН: «Спутник», «Восток», «Молния», «Союз», в перспективе — РН «Ямал» («Аврора»).

Новые варианты РН возникали, как правило, за счет установки на исходный «пакет» первой и второй ступеней Р-7 новых верхних ступеней и проведения минимальных конструктивных доработок остальных элементов. Удачные конструктивные решения,заложенные в базовую ракету Р-7, ее большой технический потенциал и высокий уровень надежности обеспечили носителям данного направления самую долгую жизнь на космодромах России. Развитием этого направления занимается Государственный космический центр «Прогресс» (до апреля 1996 г. — Центральное специализированное конструкторское бюро (ЦСКБ),а в прошлом — Куйбышевский филиал ОКБ-1). В настоящее время проводится модернизация РН «Молния» и «Союз», в результате которой появится новая ракета-носитель «Союз-2».

Второе направление, возникшее в 1961 г.,было связано с созданием РН легкого класса на базе различных стратегических ракет. Головную роль в этом направлении играло НПО «Южное», на котором были созданы два варианта РН «Космос» (рис. 2.2.2) на базе баллистических ракет Р-12 и Р-14, а также РН «Циклон-3» (11К69) и «Циклон-2» (11К68) на базе ракет Р-36 (8К67) и Р-36М (8К69). Эти РН обеспечивают выведение на низкую околоземную орбиту полезных грузов массой от 450 кг (РН «Космос-2») до 3,6 т (РН «Циклон-3») и остаются до сих пор наиболее совершенными в своем классе.

В 1965 г. в развитии отечественных ракет-носителей открылось новое, третье, направление, связанное с созданием РН тяжелого класса на базе баллистической ракеты УР-500. Головным в этом направлении являлось КБ «Салют», долгое время известное как Первый филиал ОКБ-52 (в настоящее время КБ «Салют» входит в состав Государственного космического научно-производственного центра им. М.В. Хруничева). В КБ «Салют» было создано несколько вариантов РН тяжелого класса серии «Протон» с грузоподъемностью при выводе на низкую орбиту до 20 т, способных с разгонным блоком выводить полезные грузы на геостационарную орбиту с космодрома Байконур. В настоящее время Центром проводится модернизация РН этой серии,что позволит увеличить грузоподъемность еще на 2 т.

Четвертое направление (конец 1960-х гг.), головным в котором являлось ЦКБЭМ (ныне РКК «Энергия»), было связано с разработкой и созданием РН сверхтяжелого класса. Первой в этом классе была РН HI, планировавшаяся для реализации советской лунной программы. Несмотря на то что все проведенные пуски были неудачными и лунная программа была закрыта, именно эта РН проложила дорогу к созданию и успешному испытанию сверхтяжелой РН «Энергия» с грузоподъемностью более 100 т, которая предназначалась для выведения на орбиту многоразового орбитального корабля «Буран» и других крупногабаритных грузов. После нескольких удачных пусков, к сожалению, по ряду причин и эта программа была закрыта.

К середине 1970-х гг. уровень развития космической техники, характер решаемых ею задач, объем запусков космических аппаратов, степень влияния РН на окружающую среду достигли такого уровня,что носители,созданные на базе стратегических ракет, стали не в полной мере удовлетворять чисто космическим требованиям. В связи с этим возникла необходимость создания ракет-носителей нового поколения. В рамках данного направления отечественного космического ракетостроения была создана РН «Зенит», успешный пуск которой был осуществлен в 1985 г. Головным в создании этого носителя являлось НПО «Южное» (г. Днепропетровск). РН «Зенит» обладает уникальными эксплуатационными характеристиками, высокой экономичностью, использует экологически чистое топливо и задумывалась как базовая для разработки унифицированного ряда РН различных классов.

После распада СССР РН «Зенит» стала «украинской»,хотя самостоятельно Украина производить ее не может,так как многие комплектующие элементы этой РН производятся на предприятиях России. С распадом СССР для России остро встал вопрос создания чисто российских РН, запускаемых с российских космодромов. В связи с этим в настоящее время в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева активно ведутся работы в рамках проекта «Ангара» по созданию семейства ракет-носителей легкого, среднего и тяжелого классов на модульном принципе.

К сожалению, в последнее время в области использования и освоения космического пространства Россия стала частично утрачивать статус ведущей космической державы. В значительной мере это обстоятельство обусловлено изменившимся геополитическим и экономическим положением России и связанным с этим значительным сокращением ассигнований на космическую деятельность. Существующая российская система средств выведения включает в свой состав космические ракетные комплексы (КРК) легкого, среднего и тяжелого классов, базирующиеся на отечественном космодроме Плесецк и космодроме Байконур, арендуемом Россией у Республики Казахстан. В стадии создания находится новый российский космодром Свободный, с которого проведено два успешных пуска ракеты-носителя «Старт-1».

Большинство эксплуатируемых в настоящее время ракетно-космических комплексов были созданы в 1960-1970-х гг. на базе комплексов боевых межконтинентальных баллистических ракет. К ним относятся комплексы ракет-носителей «Космос-3М», «Циклон-2″,»Циклон-3″,»Союз-У»,»Молния-М» и «Протон-К». В данных РН, за исключением РН «Союз» и «Молния», применяются высокотоксичные компоненты топлива и элементная база, производство которой в настоящее время является весьма затруднительным, поскольку она морально устарела и к тому же ряд заводов-изготовителей находятся за пределами России. Производство РН «Циклон-2» и «Циклон-3» на Украине практически прекращено. Испытывает трудности и Россия с производством РН «Космос-3М». Практически не восстанавливается неоднократно выработанный технический ресурс основных объектов наземной космической инфраструктуры — стартовых и технических комплексов. Под районы падения отделяющихся частей РН эпизодически выводится более 19 млн га земель, что не позволяет в полной мере использовать их в хозяйственном обороте.

В сложившихся условиях одной из актуальных задач для России является выбор рациональных направлений развития средств системы выведения и наземной космической инфраструктуры с учетом реальных возможностей экономики страны и с привлечением внебюджетных источников финансирования. Это позволит обеспечить дальнейшее осуществление космической деятельности в интересах обороноспособности и национальной безопасности, развития экономики, науки и международного сотрудничества. В настоящее время решение этой задачи связывается с поэтап-ным переходом от существующей системы средств выведения к перспективной системе нового поколения с высокими показателями экологичности, надежности и безопасности, способной обеспечить в XXI в. эффективное решение задач по запускам КА различного назначения.

Такой путь в наибольшей степени учитывает нынешнее состояние нашей экономики и позволит снизить затраты на все космические программы за счет реализации следующих направлений:

• модернизация существующих космических ракетных комплексов «Союз-У», «Протон-К» и завершение эксплуатации КРК с РН «Циклон-2″,»Циклон-3″,»Молния-М»,»Космос-3М» по мере использования имеющегося запаса этих РН;
• создание КРК с ракетами-носителями легкого класса «Старт-1», «Рокот»,»Стрела»,»Днепр» на базе снимаемых с вооружения МБР (в основном за счет внебюджетных источников финансирования), которые станут средствами выведения малых КА в переходный период — до создания универсальной ракеты-носителя легкого класса;
• создание КРК нового поколения с ракетами-носителями легкого, среднего и тяжелого классов на космодроме Плесецк (в перспективе — на космодроме Свободный) на отечественной промышленной базе (с привлечением как бюджетных, так и внебюджетных источников финансирования).

В более отдаленной перспективе предполагается переход к средствам выведения с элементами многоразового использования (возвращаемые ракетные блоки, двигательные установки и др.). К таким средствам в первую очередь можно отнести всеазимутальные ракеты-носители, не требующие для своей эксплуатации отчуждения районов падения отделяющихся частей на суше. Проведенные исследования показывают, что с точки зрения технической реализации в настоящее время проблема ликвида-ции полей падения отделяющихся частей на суше наиболее просто может быть решена путем создания двухступенчатой РН, ракетные блоки первой ступени которой оснащаются системой спасения самолетного типа, обеспечивающей их возвращение в район старта после отделения от РН. При этом головной обтекатель и другие отделяющиеся фрагменты, например переходный отсек, выводятся за счет использования энергетики второй ступени на баллистическую траекторию с падением в акваторию Мирового океана.

Еще более дальняя перспектива развития средств выведения связывается с качественно новым и объективно обусловленным этапом в общем процессе освоения и использования космического пространства — переходом от одноразовых средств выведения к многоразовым космическим системам. Перспективные космические программы ввиду расширения и усложнения решаемых в их рамках задач становятся все более дорогими и ресурсоемкими. Все большую остроту приобретают проблемы вредного воздействия космических средств на окружающую среду, необходимости уменьшения засоренности околоземного космического пространства отработавшими элементами КА, ступеней РН и другими фрагментами ракетно-космической техники, сокращения площадей, отчуждаемых под поля падения отделяемых частей РН.

Одним из перспективных направлений решения указанных проблем является переход к использованию многоразовых космических систем, реализующих принцип многократного применения наиболее сложных и дорогостоящих элементов системы (разгонных ступеней, орбитальных кораблей, маршевых ДУ и др.) и их важнейших комплектующих. Новые свойства и качества, которые потенциально могут быть реализованы в концепции перспективных многоразовых космических систем (всеазимутальность запуска, реализация значительного параллакса на этапе выведения, возможность изменения параметров орбиты функционирования путем осуществления маневров орбитальной ступени с погружением в плотные слои атмосферы, возможность осуществления управляемого спуска с орбиты с использованием развитых аэродинамических поверхностей орбитальной ступени и др.), позволяют рассматривать их применение не только в рамках перспективной системы выведения, но и в качестве средств, эффективно дополняющих целевые космические комплексы и системы на основе постоянно действующих орбитальных группировок.