Основы проектирования РН Куренков

На рис. 17.5 показано семейство РН на основе унифицированных РБ, разрабатываемых по теме ОКР «Русь-М». Грузоподъёмность этих РН до 50 т при выведении на низкую опорную орбиту. На РБ первой ступени компоненты топлива «керосин-кислород», а на РБ второй ступени - «водород-кислород». В настоящее время данный проект приостановлен по финансовым соображениям, однако не исключено, что к нему вернутся.

Рис. 17.5. Семейство ракет-носителей по теме «Русь-М»

371

В настоящее время в Китайской Народной Республике разрабатывается семейство ракет-носителей «Чанчжэн-5» («Великий поход - 5», CZ-5). На рис. 17.6 показано семейство РН [64, 65] грузоподъёмностью от 1,5 до 25 т при выведении на низкую опорную орбиту.

Тип А Тип В Тип С Тип D Тип Е Тип F Рис. 17.6. Семейство перспективных носителей CZ-5 [65]

Это семейство создается на основе ракетных блоков с диаметрами: 2,25; 3,35 и 5 м. Максимальный диаметр головного обтекателя 5,2 м. Компоненты топлива на различных блоках «керосин-кислород» и «водород-кислород». Параметры новых носителей приведены в табл. 17.2.

На рис. 17.7 показан внешний вид семейства РН «Фалкон» (Falcon, Сокол), разработанных компанией SpaceX (США), а в табл. 17.3 представлены некоторые характеристики этих РН. Особенностью этого семейства РН является то, что, во-первых, разработка осуществляется частной компанией, во-вторых, они имеют относительно малую стоимость производства и эксплуатации.

372

Таблица 17.2. Основные параметры РН семейства CZ-5

Рис. 17.7. Семейство ракет-носителей «Фалкон» (США) [ 81]

Таблица 17.3. Некоторые характеристики РН «»Фалкон» [ 81]

373

Например, стоимость запуска Falcon 9-S9 примерно равна стоимости запуска российского «Протона», однако американская ракета выводит больший груз. Низкая стоимость объясняется максимальной унификацией, а также использованием готовых решений. Двигатели ракет работают на керосине и жидком кислороде. Первая ступень ракеты многоразовая. После отделения она должна спускаться на парашюте в акваторию Тихого океана, где её будут подбирать судном. Особенностью РН является использование нескольких относительно небольших, простых и дешёвых ракетных двигателей. Схемы установки двигателей на первых ракетах приведены на рис. 17.8, слева, а на последующих – справа [82, 83].

Рис. 17.8. Схемы установки двигателей на РН «Фалкон-9»

На рис. 17.9 показано семейство РН SLS (США) грузоподъёмностью от 70 до 130 т, которое предполагается построить на основе широкого заимствования элементов с системы Space Shuttle [86]. В частности, заимствуются боковые твёрдотопливные ускорители, маршевые двигатели космического челнока, подвесной топливный отсек становится ракетным блоком, количество маршевых двигателей увеличивается с трёх до четырёх.

Имеются и другие проекты создания семейства ракет-носителей на основе РН: «Дельта», «Титан» (США); Н-2А (Япония) и др.

374

Рис. 17.9. Семейство РН SLS (США) [86]

17.2. Модернизация ракет-носителей на базе РН «Союз»

Модернизация РН «Союз» происходит с целью расширения функциональных возможностей и грузоподъемности ракеты, а также сокращения номенклатуры выпускаемых промышленностью вариантов составных частей ракеты (унификация).

Втабл. 17.4 представлены рассматриваемые варианты модификации РН «Союз» и некоторые отличия от предыдущих вариантов. Данные по массе КА приведены для низкой опорной орбиты. Более подробные сведения по модификации РН «Союз» приведены в [37].

Врамках международного сотрудничества России с Францией в ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (г. Самара) разработана модификация ракеты «Союз-2-1а» под индексом «Союз-СТ», которая запускается с французского космодрома «Куру» во Французской Гвиане.

375

Таблица 17.4. Варианты модификации ракеты-носителя «Союз»

Ранние проекты РН «Союз-2-2а» имели название «Ямал» [37] и «Аврора» [39]. Диаметр верхней части центрального блока А и диаметр ракетного блока И увеличены по сравнению с базовым вариантом до 3,45 м. На второй ступени РН «Союз-2-2а» предполагается устанавливать двигатель НК-33.

На рис. 17.10, а представлена РН «Союз-2-1б» («Союз-2») [101], которая является дальнейшей модернизацией РН «Союз-2-1а». Модернизация осуществляется с целью повышения грузоподъемности и расширения номенклатуры запускаемых космических аппаратов.

На рис. 17.10, б представлена двухступенчатая РКН лёгкого класса «Союз-2-1в» («Союз-1») c блоком выведения «Волга» [84]. Ракета предназначена для запуска КА массой от 1400 до 3000 кг на различные орбиты высотой до 1500 км и наклонением от 62,8 до 98,7 градусов со стартового комплекса «Союза-2», имеет стартовую массу - до 160 т, общую длину - 43.14 м, максимальный диаметр по головному обтекателю - 3.0 м, Она разрабатывалась на базе РН «Союз-2» этапа 1б, с максимальным заимствованием элементов конструкции, бортовых систем, производственно-технологической базы, технического и стартового комплексов, что позволяло существенно снизить затраты на разработку.

376

Рис. 17.10. Ракеты-носители "Союз-2-1б"[101] и «Союз-2-1в» [84]

377

Первый пуск РН «Союз 2-1в» с блоком выведения «Волга» состоялся 28 декабря 2014 года с космодрома Плесецк. Полезная нагрузка - малый КА научного назначения «АИСТ» (совместная разработка ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» СГАУ) и калибровочные капсулы.

Основные параметры ступеней ракеты приведены в табл. 17.5.

Таблица 17.5. Характеристики ракеты-носителя "Союз-2-1в" [84]

Блок первой ступени спроектирован как аналог центрального блока «А» РКН «Союз-2», от которого сохранена геометрия верхней конической части бака окислителя. Основные изменения относительно прототипа:

увеличение заправки компонентами (диаметр нижней части блока изменен с 2050 до 2660 мм);

применение нового межбакового отсека; использование опорных кронштейнов под опорные стрелы стар-

тового комплекса вместо кронштейнов навески боковых блоков; применение нового хвостового отсека с двигателями НК-ЗЗА и

РД-0110Р. Масса РД-0110Р составляет около 425 кг, а в сборе с силовым кольцом - 850 кг.

По конструкции баков и каркасных отсеков «Союз-2-1в» близок к остальным ракетам семейства: заимствование агрегатов и конструктивных элементов достигает 80%. Оригинальное решение - передача тяги с двигателя НК-ЗЗА непосредственно на коническое днище бака горючего.

Отметим, что исходный НК-33 работал на переохлажденном, а РД-0110 - на кипящем кислороде. При проектировании блока пришлось выбрать «компромиссную» температуру окислителя на входе в насосы, обеспечивающую надежную работу ДУ.

На хвостовом отсеке блока первой ступени устанавливаются четыре кронштейна под направляющие устройства стартового сооружения. Блок второй ступени 14С54 полностью заимствуется с блока третьей ступени «Союза-2» этапа 1б и носителя «Союз-ST-B».

Для обеспечения устойчивости, управляемости и работы систем регулирования «Союза-2-1в» используется система управления, взятая с «Союза-2-1б» с доработкой программно-математического обеспечения и изменением приборного состава.

Новые разработки

Самарское ОАО РКЦ "Прогресс" в качестве собственного инициативного проекта начало разработку нового современного носителя среднего класса - так называемый "Союз-5", макет которого показан на рис. 17.11. Основная цель этой разработки - оптимизация затрат на производство и эксплуатацию РН,

379

«Союз-5» - это двухступенчатый носитель с двумя боковыми блоками, в составе топлива применяется сжиженный природный газ. Энергетические возможности «Союз-5» позволят выводить на низкие орбиты восьмитонную нагрузку. Данный проект включён в программу НИР Роскосмоса "Магистраль".

Отметим, что в ОАО РКЦ "Прогресс" также ведутся исследования по созданию носителей сверхтяжелого класса: 75-тонных и 130-тонных.

Рис. 17.11. Макет РН «Союз-5»

17.3. Ракеты-носители с российским участием

Ракеты-носители Европейского космического агентства

Особенностью этого семейства является то, что оно составлено из ракет-носителей с участием России. Для продвижения ракетыносителя «Союз» на международный космический рынок в 1996 г. было создано российско-французское акционерное общество «Старсем» с участием Роскосмоса и ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс».

На рис. 17.12 представлены ракеты этого семейства РН: «Вега», «Союз-СТ», «Ариан-5» (имеет различные модификации) и проектируемая РН «Ариан-6» (на рисунке справа).

РН «Ариан-5» способна вывести КА массой 18 тонн на низкую орбиту или массой 6800 кг на геопереходную орбиту. Стартовая масса РН – до 770 тонн, высота - до 59 м, диаметр - до 5,4 м. В состав РН

380