CC BY
271
УДК 629.78
АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ СВЕРХТЯЖЕЛОГО КЛАССА
А. В. Власенко, В. В. Скрябин Научный руководитель - М. Д. Евтифьев
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Производится анализ ракет-носителей сверхтяжёлого класса, который позволяет ссудить о возможности создания ракеты-носителя сверхтяжелого класса, который вберет в себя все накопленные достижения предыдущих годов.
Ключевые слова: ракета-носитель, сверхтяжелый класс, РН «Энергия», РН «Н-1».
ANALYSIS OF DEVELOPMENT OF SUPER-HEAVY CARRIER ROCKETS
A. V. Vlasenko, V. V. Skryabin Scientific Supervisor - M. D. Evtifyev
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
In the report the analysis of super-heavy carrier rockets which allows to lend about a possibility of creation of the carrier rocket of a super heavy class which will incorporate all saved-up achievements of previous years is made.
Keywords: carrier rocket, super heavy class, launch vehicle "Energy", launch vehicle "N-1".
Согласно российской (советской) классификации ракет-носителей (РН) к сверхтяжелому классу (СТК) относятся ракеты способные выводить полезную нагрузку массой 35 т и более на орбиту высотой 200 км. В настоящее время к таким ракетам проявляется большой интерес со стороны ведущих космических держав, поскольку сейчас актуальны проблемы вывода тяжелых полезных грузов. К этим грузам относятся космические аппараты необходимые для полетов на Марс и Луну. За всю историю РКТ были созданы четыре РН СТК класса (в том числе и в СССР), но не одна из них не соответствует современным эксплуатационным, экономическим, экологическим и прочим требованиям. Поэтому страны мира (Россия, Китай, Индия, Европа, США), разрабатывающие ракеты-носители (РН), озадачились созданием ракет-носителей сверхтяжёлого класса. Разрабатываемые сегодня РН СТК должны вобрать в себя все инновации, используя опыт работ по предыдущим ракетам. В данной статье мы как раз таки проведем анализ ранее существовавших РН СТК.
Ранее человечество создало следующие РН СТК: «Сатурн-5» (США, выводила 140,9 т полезного груза на низкую околоземную орбиту, осуществлено 13 пусков - все успешные), Н-1 (СССР, 95 т, 4 - все неудачные), «Энергия» (СССР, 105 т, 2 - все успешные). Однако были и другие проекты ракет-носителей такого класса, которые так и не пошли в производство: «Нова» (США, 200 т), «Сатурн С-5№> (США, 156 т), Н-1Ф (СССР, 100 т), Р-56 (СССР, 40 т), УР-700 (СССР, 150-225 т), УР-900 (СССР, от 225 т), «Вулкан» (СССР, 200 т), «Магнум» (США, 80 т) [1].
Разработка РН СТК стартовала еще в начале космической эры. Например, проектирование «Нова» было начато НАСА еще в 1959 г. Это название использовалось как минимум в тридцати проектах данного класса до начала восьмидесятых годов прошлого столетия. Однако «Нова» в качестве РН СТК для лунной программы не разрабатывалась. Опыт работы по этой ракете использовался в первой американской РН СТК «Сатурн-5».
Работы по созданию первого советского РН СТК «Н-1» были инициированы в начале 1960-х годов рядом Постановлений правительства СССР. РН «Н-1» обладал рядом особенностей, отличаю-
Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»
щих его от американских ракет и ракет других классов того времени. В этом РН топливо размещалось в ненесущих моноблочных сферических баках, которые подвешивались к несущей внешней обшивке. Была увеличена заправка топливных баков, за счет переохлаждения окислителя и горючего. Первая ступень «Н-1» обладала мощной двигательной установкой, состоящей из 30-ти жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) НК-15 (НК-33) конструкции Н. Д. Кузнецова. Эти ЖРД оснащались преднасосами, уменьшая давления газа наддува и массу баков. Ракета-носитель оснащался системой координации одновременной работы двигателей, которая в случае необходимости отключала неисправные двигатели [1].
Однако, не смотря на все плюсы, ракета «Н-1» не выполнила программу пуска. В мае 1974г. советская лунная программа была закрыта. Работы над «Н-1» были прекращены, а две готовые к пускам ракеты «8Л» и «9Л» уничтожены.
В 1976 г. в СССР началась работа по созданию РН СТК «Энергия», в которой учли многие ошибки, проявившиеся в ракете «Н-1». Была создана полноценная стендовая экспериментальная база для отработки не только отдельных элементов РН, но и изделия в целом (унифицированный комплекс стенд-старт). Обеспечивалось ритмичное финансирование и достаточно жесткое управление проектом. Были разработаны мощные кислородно-керосиновые (РД-170) и кислородно-водородные (РД-0124) ЖРД, а так же новые материалы, в том числе высокопрочные свариваемые алюминиевые сплавы [1].
РН СТК «Энергия» осуществляла запуск полезной нагрузки всего два раза (оба удачные, максимальная нагрузка - 105 т). В связи с разрушением страны в 1991 г. работы по этой ракете были прекращены.
Существовали и другие проекты на базе РН СТК «Энергия»: полностью многоразовая РН СТК «Энергия II» («Ураган») и ее наиболее тяжёлая модификация «Вулкан» («Геркулес») (полезная нагрузка - 200 т). Все элементы РН «Ураган» могли быть использованы повторно после осуществления удачного запуска ракеты.
За период с 1991 по 2012 гг. в РФ не проводилось работ по программам РН СТК [2].
В это время США рассчитывало создать экономичный РН, способный выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку в 90 и более тонн. В 2004 г. была начата разработка РН СТК «Арес 5». Работа прекратилась в феврале 2010 г., ввиду больших затрат [3].
В результате вместо РН СТК «Арес 5» в 2010 г. в США началась разработка РН СТК SLS (Space Launch System), которая во многом похожа на «Арес-5». Этот проект продолжается и сегодня. Планируется создание пилотируемого и грузового варианта данного РН[3].
КНР собираются создать РН СТК «Великий поход 9» (полезная нагрузка 130-133 т), а глава частной компании («Space X») Элон Маск заявляет о возможном запуске в ближайшее время своего РН СТК «Falcon Heavy» (53 т) [3].
В день космонавтики 12 апреля 2013 г. Роскосмосом были озвучены планы о создании отечественного РН СТК, который будет соответствовать требованиям по грузоподъемности: для полета на Луну - более 90 т; для полета к Марсу более -170 т.
Предполагается, что пуски будут проходить с нового строящегося космодрома «Восточный».
В ходе предпроектных проработок сформулированы основные принципы создания РН СТК:
- оптимальное сочетание ранее разработанных, реализованных и апробированных технических решений, использованных при создании РН различного класса, с перспективными технологиями при условии обеспечения высокой надежности, безопасности и безаварийности РН СТК (даже при возникновении аварийных ситуаций на начальном участке полета РН должна быть обеспечена сохранность стартового сооружения);
- унификация различных типов (модификаций) РН СТК на основе модульного построения РН из унифицированных ракетных блоков;
- при пилотируемых пусках должно быть обеспечено выведение космического корабля на орбиту по пологой траектории, обеспечивающей допустимые перегрузки при отделении спускаемого аппарата от РН в случае аварийного выключения двигательной установки и возможность спасения экипажа корабля.
Так как за последние 20-25 лет в России не велись работы по РН СТК, то было потеряно много технологий, материальных и людских ресурсов. Поэтому требуется проведение предпроектных проработок РН СТК с учетом использования освоенных и перспективных технологий, конструкционных материалов, топливных пар, систем управления и др.
В первую очередь для создания нового РН СТК желательно, чтобы был учтен опыт работ по созданию РН «Энергия» и проектов: «Энергия II» («Ураган»), «Вулкан» («Геркулес»).
Библиографические ссылки
1. Создание сверхтяжёлых ракет-носителей для исследования и освоения Луны и Марса: прошлое, настоящее, будущее / А. Ю. Данилюк, В. Ю. Клюшников, И. И. Кузнецови др. // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина. 2014. № 2. С. 128-136.
2. Современные отечественные ракеты-носители. Ракетно-космическая техника : учеб. пособие / М. Д. Евтифьев, Л. А. Ковригин, В. В. Кольга, Л. Н. Лебедева, В. В. Филатов ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 144 с.
3. Современные ракеты-носители зарубежных стран. Ракетно-космическая техника : учеб. пособие / М. Д. Евтифьев, Л. А. Ковригин, В. В. Кольга и др. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010. 276 с.
© Власенко А. В., Скрябин В. В., 2016
