УДК 629.76.764
РАЗВИТИЕ КОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ВЫВЕДЕНИЯ СРЕДНЕГО КЛАССА ТИПА «СОЮЗ»
Член-корреспондент РАН Козлов Д. И., к. т. н. Фомин Г. Е., Новиков В. Н., Широков В. А.

В данной статье дана краткая хронология развития средств выведения (СВ) разработки ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», приведены основные характеристики существующих СВ, а также представлены дальнейшие пути их развития. Космические средства выведения среднего класса типа «Союз» - это семейство ракет-носителей, созданных на базе межконтинентальных баллистических ракет Р7, Р7А.

Межконтинентальная баллистическая ракета Р7 (8К71) была создана более 40 лет назад в ОКБ-1 (ныне РКК «Энергия» им. С. П. Королева) под руководством Главного конструктора С. П. Королева. Двигатели ракеты разработаны коллективом конструкторского бюро В. П. Глушко; автономная система управления - под руководством Н. А. Пилюгина; разработкой системы радиоуправления руководил М. С. Рязанский; гироскопических приборов системы управления - В. И. Кузнецов; системы телеметрических измерений - А. Ф. Богомолов. Стартовый комплекс разработан под руководством Главного конструктора В. П. Бармина и построен на полигоне вблизи станции Тюратам (ныне космодром «Байконур»).
Первый успешный запуск ракеты Р7 был осуществлен 21.08.57 г. В начале 1958 г. было принято решение о развертывании серийного производства ракеты Р7 на заводе №1 Минавиапрома (ныне Самарский завод «Прогресс»), а двигателей - на заводе им. М. В. Фрунзе (ныне АО «Моторостроитель», г. Самара). Завод «Прогресс» успешно справился с задачей, и уже 17.02.59 г. со стартовой установки полигона «Байконур» была запущена первая ракета, изготовленная в Самаре. Завод «Прогресс» в 1958-1960 гг. изготавливал ракеты Р7. В 1960 г. завод освоил новую, более совершенную, модификацию МБР - Р7А.
Одновременно с началом серийного производства ракет Р7 на территории завода «Прогресс» создается конструкторский отдел ОКБ-1, который в дальнейшем превращается в самостоятельное Центральное Специализированное Конструкторское Бюро(ЦСКБ). В 1959 г. ЦСКБ и завод «Прогресс» в тесном контакте со специалистами ОКБ-1 приступили к созданию ракет-носителей среднего класса семейства Р7А.
За период с 1959 г. по настоящее время заводом изготавливались различные модификации ракет-носителей, сведения о которых приведены в табл. 1.
Как видно из таблицы, с помощью ракет-носителей семейства Р7А выводились на околоземные орбиты и межпланетные траектории космические корабли и космические аппараты ОКБ- 1 (РКК «Энергия»), ЦСКБ, КБ «Южное», НПО Прикладной механики, НПО им. С. А. Лавочкина, ВНИИЭМ, а также индийские спутники типа ИРС.

В семействе ракет-носителей Р7А можно выделить три типа:

  • трехступенчатые РН «Союз» для запуска пилотируемых космических кораблей и автоматических космических аппаратов на низкие околоземные орбиты;
  • четырехступенчатые РН «Молния» для запуска автоматических космических аппаратов на высокие эллиптические орбиты и межпланетных космических станций к Луне, Марсу, Венере;
  • трехступенчатые РН «Восток» для запуска автоматических космических аппаратов на средние круговые орбиты. Первые космические корабли типа «Восток» также были выведены в космическое пространство с помощью ракет- носителей «Восток».
  • В настоящее время продолжается изготовление РН двух типов: «Союз» (11А511У) и «Молния» (8К78М) для запуска пилотируемых космических кораблей и автоматических космических аппаратов в обеспечение планов Федеральной космической программы. Производство РН «Восток» (8А92М) прекращено.
    Достигнут высокий уровень надежности РН «Союз» и «Молния». В то же время эти ракеты морально устарели и по ряду своих тактико-технических характеристик не полностью отвечают возрастающим требованиям к ракетной технике.
    Прежде всего это касается системы управления. Система управления РН «Союз», как и РН «Молния», является аналоговой. Программное управление осуществляется только по каналу тангажа, что исключает возможность расширения диапазона орбит по наклонению при сохранении ограниченного количества районов падения отработавших ступеней по освоенным трассам полета. Система управления не позволяет в дальнейшем увеличивать габариты головных обтекателей, что крайне необходимо для современных полезных нагрузок. Разгонный блок «Л» РН «Молния» обладает только одноразовым запуском двигателя на промежуточной орбите. Это не обеспечивает формирование высоких круговых орбит и выведение космических аппаратов на геостационарную орбиту.
    Использование РН «Союз» для запуска космических кораблей «Союз-ТМ», транспортных кораблей «Прогресс», большинства космических аппаратов дистанционного зондирования Земли проводится на пределе их энергетических возможностей с учетом формулярных данных по массовым характеристикам ракетных блоков и статистических данных по гарантийным остаткам топлива. Применение горючего «синтин» на блоке II ступени РН «Союз» (11А511У-2) несколько повышало энергетические возможности при запуске кораблей «Союз-ТМ», однако по ряду объективных причин пришлось отказаться от этой модификации ракеты-носителя.
    Большая номенклатура спутников разработки НПО Прикладной механики и НПО им. С. А. Лавочкина, выводимых на высокие эллиптические и высокие круговые орбиты, требует повышения энергетических возможностей носителя. Изложенные обстоятельства вызвали необходимость проведения работ по модернизации ракет-носителей среднего класса типа «Союз» с целью продления их дальнейшей эксплуатации, а также с целью резкого расширения области применения ракет-носителей за счет повышения энергетических характеристик и точности выведения, увеличения габаритов головного обтекателя (расширения диапазонов масс и размеров полезных нагрузок) и обеспечения выведения полезных нагрузок в более широком диапазоне наклонений и высот орбит (низкие, средние, высокие, круговые, эллиптические, солнечно-синхронные, геостационарные, траектории полета к Луне, планетам Солнечной системы и за ее пределы).
    Модернизация ракет-носителей среднего класса типа «Союз» ведется в рамках темы ОКР «Русь». При этом модернизируется базовая трехступенчатая ракета-носитель и разрабатывается новый разгонный блок «Фрегат». Модернизированной ракете-носителю присвоено наименование «Союз-2». Модернизация ведется в два этапа: 1а и 16.
    На этапе модернизации 1а:

  • на двигателях I и II ступеней применяются форсуночные головки с улучшенным смесеобразованием;
  • разрабатывается новая, единая для всех трех ступеней, система управления на базе высокопроизводительной цифровой машины с использованием современной элементной базы и прогрессивных системно-технологических решений;
  • применяется новая цифровая радиотелеметрическая система.

  • На этапе модернизации 16, в дополнение к этапу 1а, на III ступени устанавливается новый двигатель, выполненный по схеме с дожиганием газогенераторного газа на компонентах «жидкий кислород керосин» и обладающий высокими удельными характеристиками.
    Энергетические возможности РН «Союз-2», по сравнению с базовой РН «Союз», повышаются, при этом увеличение выводимой массы полезного груза на этапе 1а составляет 250-300 кг, а на этапе 16-1100-1200 кг в зависимости от конкретного типа КА и характеристик районов падения на трассе запуска.
    Благодаря новой системе управления обеспечиваются:
  • высокая точность параметров орбит выведения - ошибка по периоду составляв ±2,5с вместо ±22с для существующей системы управления;
  • увеличение диаметра ГО с 3,3 до 3,7 м и его длины до 10,7 -14,1 м.

  • РН «Союз-2» (этапы 1 а и 16) с разгонным блоком «Фрегат» в полном объеме выполняют задачи трех типов ракет- носителей: «Союз», «Молния» и «Восток», а также обеспечивав решение задач, ранее недоступных для всей номенклатуры семейства ракет Р7А. При создании модернизированной ракеты-носителя «Союз-2» и разгонного блока «Фрегат» снимаются с производства РН «Союз» и «Молния»; при этом (с учетом РЕ «Восток») сокращается количество изготавливаемых типов ракетных блоков с 10 до 4 двигательных установок с 7 до 4 и систем управления с 4 до 2.
    Наряду с созданием модернизированных ракет- носителей «Союз-2» с целью обесп& чения запусков космических кораблей «Союз-ТМА» и грузовых кораблей «Прогресо Ml», в рамках темы МКС ведется работа по малой модернизации РН «Союз».
    Суть малой модернизации заключается в применении на базовой ракете-носитеж «Союз» модернизированных двигателей I и II ступеней с минимальными доработками системы управления, систем опорожнения баков и синхронизации и регулировании кажущейся скорости. Такая РН получила условное наименование «Союз-ФГ». Eё энергетические возможности примерно на 250-З00кг выше возможностей базовой РН «Союз». РН «Союз-ФГ» исключает необходимость использования РН «Союз» с «синтином» на блоке II ступени, однако область ее применения ограничен; возможностями аналоговой системы управления. Имеются предпосылки для дальнейшего совершенствования ракет-носителе! среднего класса типа «Союз-2». ЦСКБ был рассмотрен вариант модернизации РН «Союз-2», получивпш наименование «Союз-2» II этапа.
    Целью модернизации являлись:
  • повышение выводимой массы полезного груза;
  • использование современной элементной базы и улучшение условий эксплуатации. На I и II ступенях предполагалось установить двигательные установки РД 120.21 разработанные НПО «Энергомаш».
  • Это однокамерные ЖРД, работающие по замкнутой схеме и позволяющие отказаться от пиротехнического способа зажигания и использования перекиси водорода и жидкого азота. Двигатели имеют повышенные удельные характеристики (в пустоте на 11 ед., у Земли на 26 ед.). Предполагаемое увеличение выводимой массы полезного груза составляет 1800 кг по сравнению с РН «Союз» и 600 кг по сравнению с РН «Союз-2» этапа 16.
    В связи со сложным финансовым положением работы не получили продолжения. В настоящее время рассматривается вариант модернизации РН «Союз-2», получивший наименование РН «Ямал». На РН «Ямал» предполагается увеличение рабочих запасов топлива блоков II и III ступеней. На блоке II ступени устанавливаются два двигателя РД120.21 разработки НПО «Энергомаш» или двигатель НК 33 разработки СНТК им. Н. Д. Кузнецова (г. Самара). РН «Ямал» позволит вывести на низкую орбиту полезный груз массой до 11 т. Использование в составе РН «Ямал» разгонного блока разработки РКК «Энергия» обеспечит доставку полезного груза массой до 1,3 тонны на геостационарную орбиту. Сводные сведения о модернизированных ракетах-носителях на базе РН «Союз» приведены в таблице 2. В таблице 3 дана ориентировочная область применения РН «Союз-2». В составе РН «Союз-2» имеется III ступень (блок «И»), которая может стать базовой для верхних ступеней ракет- носителей легкого и среднего классов нового поколения типа «Ангара». Общие сведения о блоках III ступени для различных модификаций РН приведены в табл.4. С целью расширения возможностей коммерческого использования РН «Союз» на международном рынке услуг по запуску в августе 1996 г. в Париже была учреждена компания «Стареем», акционерами которой стали с российской стороны Российское Космическое Агентство, ракетно-космический центр «ЦСКБ-Прогресс» и с французской - фирмы «Аэроспасьяль» и «Арианспэйс». Стратегической задачей компании в ближайшие годы является занятие устойчивого места на рынке запусков малых и средних спутников. Анализ рынка на период 1998-2005 гг. позволяет нам сделать прогноз о возможности использования ракет-носителей «Союз» для запуска нескольких десятков спутников различного назначения, все еще не распределенных по конкретным носителям. В настоящее время проводятся работы в рамках коммерческого проекта «Глобалстар», которым предусматривается выведение при каждом запуске РН «Союз» с блоком выведения «Икар» 4 спутников «Глобалстар». Данный проект реализуется совместными усилиями ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» и фирмами «Аэроспасьяль», «Старсем» (Франция). Общий вид РН «Союз-Икар» приведен на рисунке. 9.02.99, 15.03.99 и 15.04.99 г. были осуществлены успешные запуски РН «Союз» с четырьмя спутниками «Глобалстар». Основываясь на очень осторожном прогнозе на базе известных сейчас данных с учетом расширения спектра возможностей носителя «Союз» с блоком выведения «Икар», можно рассчитывать на 3-4 коммерческих запуска в год в ближайшие годы.

    .Самара, 1998 г.


    this page is designed by Sergey V. Andreev 2004 © andreev_s@aport.ru