Перспективные ракеты-носители

Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева в рамках программы «Ангара» ведет разработку целого ряда ракет-носителей, ключевым звеном которой является создание ракеты-носителя тяжелого класса — носителя XXI в. как транспортной основы космической программы России. ОКР по созданию семейства РН «Ангара» проводится на основании Указа Президента РФ № 14 от 6 января 1995 г. «О создании космического ракетного комплекса «Ангара» и Постановления Правительства РФ № 829 от 26 августа 1995 г. «О мерах по обеспечению создания космического ракетного комплекса «Ангара».

В 1993 г. Министерством обороны и Российским авиационно-космическим агентством был объявлен конкурс на разработку нового тяжелого отечественного носителя, в котором наряду с ГКНПЦ им. М.В. Хруничева приняли участие РКК «Энергия», ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева» и ГНПКРЦ «ЦСКБ — Прогресс». Предложенный ГКНПЦ им. М. В. Хруничева проект был основан на многолетних проектно-изыскательских работах по ракетам-носителям, их созданию и эксплуатации с учетом прогнозируемых требований и реальных возможностей их выполнения.

Основным условием достижения экономичности являлось применение кислородно-водородного топлива на второй ступени, а также кислородно-водородного разгонного блока (КВРБ). Это позволяет снизить примерно на 40 % стартовую массу ракеты и соответственно массу ее конструкции и стоимость по сравнению с конкурентными вариантами с керосино-кислородным топливом на второй ступени. При этом стоимость водорода составляет менее 1 % от стоимости запуска. Все это (с учетом несколько повышенной стоимости водородного двигателя, баков, системы заправки, хранения и др.) позволяет снизить удельную стоимость выведения на 30-35 %.

На первой ступени РН «Ангара» тяжелого класса в проекте предлагалось использовать уникальный по своим прогрессивным решениям и многократно испытанный в полете на первых ступенях РН «Зенит» и «Энергия» двигатель РД-174 тягой 740 тс, разработанный НПО «Энергомаш». На второй ступени — испытанный в полете на второй ступени РН «Энергия» водородно-кислородный двигатель РД-0120 разработки КБ химавтоматики. При производстве РН «Ангара» предусматривалось использование универсального сварочного оборудования и опыта изготовления крупногабаритных баковых отсеков, освоенных в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева применительно к РН «Протон». Компоновка РН «Ангара», как в свое время и РН «Протон», подчинялась требованию заказчика: транспортировка по частям железнодорожным транспортом с простейшими операциями по сборке и контролю на космодроме.

Расположение ступеней на РН «Ангара» тандемное. При этом на обеих ступенях предполагалось использовать пакетный принцип компоновки топливных баков. На первой ступени на центральный бак горючего (керосин) навешиваются два боковых бака окислителя (жидкий кислород). На второй ступени центральным является бак окислителя (жидкий кислород), а боковыми — два бака горючего (жидкий водород). Схема разделения ступеней «горячая», ступени соединяются между собой фермой (между центральными баками). В дальнейшем (на втором этапе) компоновка РН «Ангара» предусматривала установку дополнительных устройств для возврата первой ступени в район космодрома без промежуточной посадки с целью многократного использования и ликвидации полей падения отработанной первой ступени (вторая ступень выходит на суборбитальную траекторию и падает с первого полувитка в отдаленные районы Мирового океана).

На низкие опорные орбиты (высотой 200 км) с наклонением 63° (широта космодрома Плесецк) такой вариант РН «Ангара» должен выводить до 27 т полезного груза (ПГ), а на геостационарную орбиту при использовании КВРБ — до 4,5 т. Наряду с КВРБ предусматривалось также использование РБ «Бриз-М». В результате подробных обсуждений на заседаниях Межведомственной комиссии было принято решение о дальнейшей разработке РН «Ангара» по проекту ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. В ходе дальнейших исследований концепция РН «Ангара» была существенно развита и уточнена. С учетом складывающейся в стране ситуации ГКНПЦ им. М.В. Хруничева предложил стратегию поэтапного создания носителя тяжелого класса с использованием в его составе универсальных ракетных модулей. В новой концепции сохранены все ключевые идеи первоначального варианта РН «Ангара» и развиты новые перспективные возможности. В настоящее время семейство ракет-носителей «Ангара» охватывает носители от легкого до сверхтяжелого класса.

В основу этого семейства носителей положен универсальный ракетный модуль (УРМ). В его состав входят баки окислителя горючего и двигатель РД-191. УРМ выполнен по схеме с несущими баками и передним расположением бака окислителя. Двигатель РД-191, создаваемый в НПО «Энергомаш», работает на компонентах керосин и жидкий кислород. Этот однокамерный двигатель разрабатывается на базе четырехкамерных двигателей РД-170 и РД-171 и двухкамерного двигателя РД-180, создаваемого для РН Atlas-2AR. Тяга РД-191 у Земли — до 196 тс, в пустоте — до 212 тс; удельная тяга на Земле — 309,5 с, в пустоте — 337,5 с. Для обеспечения управления ракетой-носителем в полете двигатель закрепляется в карданном подвесе. Длина УРМ составляет 23 м, диаметр — 2,9 м. Эти размеры были выбраны исходя из имеющейся на Ракетно-космическом заводе технологической оснастки. Один такой универсальный ракетный модуль является первой ступенью двух носителей легкого класса, создаваемых в рамках программы «Ангара-1». В качестве вторых ступеней на этих двух вариантах РН («Ангара-1.1» и «Ангара-1.2») используются соответственно центральная часть разгонного блока «Бриз-М» и ракетный блок типа блока «И» РН «Союз-2».

Ракета-носитель среднего класса «Ангара-3» образуется добавлением универсальных модулей (в качестве первой ступени) к РН легкого класса «Ангара-1.2». РН «Ангара-3» выполнена по тандемной схеме расположения ступеней. В качестве первой ступени используются три УРМ. На средний УРМ через ферменный переходник устанавливается вторая ступень (блок типа «И»). В качестве третьей ступени применяется малоразмерный разгонный блок или центральный блок — РБ «Бриз-М», который предназначен для формирования рабочей орбиты. Его включение в варианты РН со ступенью типа блока «И» вызвано тем, что двигатель РД-0124, устанавливаемый на этой ступени, рассчитан только на однократное включение.

Ракета-носитель «Ангара-5» тяжелого класса строится путем добавления к РН «Ангара-3» еще двух боковых модулей. РН сверхтяжелого класса образуется путем замены на РН тяжелого класса «Ангара-5» второй ступени (блок типа «И») на кислородно-водородную ступень с четырьмя двигателями КВД1. Энергетические возможности РН «Ангара-3» и «Ангара-5» обеспечивают выведение на низкую орбиту полезного груза массой 14 т и 24,5 т соответственно. В качестве разгонных блоков на РН среднего класса используется РБ «Бриз-М», а на РН тяжелого и сверхтяжелого классов -«Бриз-М» и КВРБ.

Основное место старта РН семейства «Ангара» — космодром Плесецк. При строительстве стартового комплекса РН «Ангара» используется имеющийся задел по РН «Зенит». Уникальные технические решения позволят с одной пусковой установки осуществлять пуск всех РН семейства «Ангара». Для сокращения размера площадей, отводимых под поля падения отделяющихся частей РН, уже при создании ракет «Ангара-1» предусматривается проведение специальных мероприятий. Предполагаются три источника финансирования проекта «Ангара»: Российское авиационно-космическое агентство, Министерство обороны и средства от коммерческой деятельности ГКНПЦ им. М.В. Хруничева.

В настоящее время уже завершена конструкторская и технологическая разработка унифицированного ракетного модуля и РН легкого класса на его основе. Завершается подготовка производства и готовится начало наземных испытаний реальных изделий. Полномасштабный технологический макет РН «Ангара-1.1» был продемонстрирован на Авиакосмическом салоне в Ле Бурже в 1999 г.

На базе основных вариантов РН семейства «Ангара», возможно создание других модификаций. Так, рассматриваются варианты установки на РН легкого класса дополнительных стартовых твердотопливных ускорителей. Это позволит подбирать носитель под конкретный КА, а не создавать К А с учетом имеющегося носителя.

Таким образом, ГКНПЦ им. М.В. Хруничева разработал и предложил в рамках программы «Ангара» целую стратегию, позволяющую в условиях ограниченных финансовых возможностей и в сжатые сроки создать ряд перспективных РН различных классов. Сроки создания семейства РН «Ангара» очень жесткие. Так, первый запуск РН «Ангара-1.1» планируется уже в 2003 г. Запуски РН семейства «Ангара» всех типов планируется осуществлять с космодрома Плесецк. Первый старт РН «Ангара-1.2» должен состояться в 2004 г. Первый пуск РН «Ангара-5» также планируется на 2004 г.

Совершенствование характеристик РН, и прежде всего уменьшение стоимости выведения КА, в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева связывают не только с унификацией блоков первых ступеней РН семейства «Ангара» и внедрением перспективных, но уже апробированных технологий, таких, например, как применение высокоэффективных кислородно-керосиновых двигателей, автоматизированная подготовка пуска, использование наиболее современных разгонных блоков и головных обтекателей. В РН семейства «Ангара» закладываются такие новейшие технологии, как использование в конструкции РН многоразовых элементов (ступеней-ускорителей). Именно это техническое решение является одним из кардинальных путей улучшения экономических показателей средств выведения.