Владимир МАКСИМОВСКИЙ, Крылья Родины 2002-4
О разгонном ракетном модуле многоразового использования
И с добавлением мелкоинженерной мыслИ в завершении поста – Э.К.
Полноразмерный макет "Байкала"
На авиационно-космическом салоне "МАКС-2001" ГКНПЦ имени М.В. Хруничева представил полноразмерный макет российского возвращаемого ускорителя первой ступени "Байкал" для многоразовых вариантов ракет-носителей семейства "Ангара", спроектированный по его заказу в НПО "Молния". "Байкал" рассчитан на 25 запусков. В дальнейшем их число предполагается увеличить до 200.
Насколько экономически выгодной окажется достаточно дорогая создаваемая система, будет зависеть от разных факторов, и среди них много нерешенных технических задач. Многое зависит от темпов и объемов финансирования, количества заказов на запуск. Поскольку рынок носителей легкого класса переполнен, программу может поддержать только использование "Байкала" в средних и тяжелых носителях.
В течение последнего десятилетия ведущие предприятия российской авиационно-космической промышленности на конкурсной основе исследовали перспективные космические транспортные системы. В августе 1994-го в этом соревновании победил ГКНПЦ имени М.В. Хруничева, предложивший систему средств выведения под названием "Ангара".
Семейство ракет-носителей (РН) "Ангара" включает средства выведения от легкого класса с доставкой грузов на опорную орбиту высотой 200 км (наклонение 63 град.) массой 2–3,6 т до тяжелого – грузоподъемностью до 28 т. Ключевым проектным решением при разработке семейства этих РН стало его создание на основе единого универсального ракетного модуля (УРМ).
Модуль будет оснащаться ЖРД РД-191 (номинальная тяга у земли до 196 тс), который создается в НПО "Энергомаш" и работает на жидком кислороде и керосине. Двигатель является модификацией однокамерного ЖРД РД-170/171, успешно прошедшего первое огневое испытание в июле 2001-го.
В последнее время особое внимание уделяется многоразовому использованию составных частей РН, как пути решения экономических и экологических проблем. Многоразовый универсальный крылатый ракетный блок "Байкал" может использоваться в составе средств выведения практически любого класса.
При этом "Байкал", в свою очередь, спроектирован на основе базовых конструктивных элементов УРМ.
Ряд РН семейства "Ангара" делится на два взаимоувязанных параллельных направления: традиционные одноразовые носители легкого, среднего и тяжелого классов на основе УРМ и ракеты, аналогичные по классам, но на основе "Байкала" в качестве блока первой ступени. Эти РН создаются с максимальным использованием имеющегося технологического задела и инфраструктуры космодрома Плесецк.
Ряд одноразовых носителей состоит из РН легкого класса "Ангара-1", среднего – "Ангара-3" и тяжелых – "Ангара-5". Концепция этого ряда идентична разрабатываемым в США семейств РН одноразового применения EELV (Evolved Expendable Launch Vehicle).
ГКНПЦ им.М.В. Хруничева в результате поиска внебюджетных источников финансирования подписал в 2000-м соглашение о сотрудничестве в использовании РН "Ангара" с американской корпорацией "Локхид-Мартин". Предполагается также модернизировать стартовый комплекс на космодроме "Плесецк", при этом "Локхид-Мартин" выделила на маркетинг "Ангары" 68 млн. долл.
"Байкал"
Основные средства на разработку самих ракет станут поступать от контрактов на будущие запуски от компании International Launch Services – ILS (совместное предприятие американской компании "Локхид-Мартин" и ГКНПЦ имени М.В. Хруничева для представления услуги по запускам РН "Протон" и "Атлас").
Концепция перехода на частично многоразовые носители семейства "Ангара" предусматривает использование УРМ в качестве одноразового элемента и как конструктивной основы "Байкала". Так, для обеспечения многократного использования УРМ дооснащается [лёгкой тепловой защитой — прим. Э.К.] поворотным крылом, хвостовым оперением, воздушно-реактивной силовой установкой, шасси, автономной системой управления и другими подсистемами. В такой комплектации он представляет собой ускоритель "Байкал".
Основным партнером ГКНПЦ имени М.В. Хруничева по этому проекту является НПО "Молния". Отработка возвращаемого ускорителя будет происходить в составе РН "Ангара-1.2". Его первое летное испытание может состояться в 2004-м году.Ряд частично многоразовых РН легкого, среднего и тяжелого классов на основе "Байкала" состоит, соответственно, из носителей "Ангара-1-2М", "Ангара-М2-АЗ" и "Ангара-М4-А".
"Ангара-1.2М" предназначена для выведения на опорную орбиту грузов массой 2–3 т и разрабатывается на основе ускорителя "Байкал" и ступени с двигательной установкой блока "И". "Ангара-М2-АЗ" будет служить для доставки на опорную орбиту грузов массой до 9,3 т и до 1 т – на переходную к геостационарной орбиту, с применением кислородно-водородного разгонного блока (КВРБ). Она создается с использованием РН "Ангара-1.2М" за счет установки на УРМ двух изделий "Байкал".
"Ангару-М4-А" намечено применять для выведения на опорную орбиту нагрузок массой до 19,5 т, а на геостационарную орбиту (с использованием КВРБ) – до 2,8 т. Этот носитель формируется на базе "Ангары-1.2М" за счет установки на УРМ четырех блоков "Байкал".
Многоразовый ускоритель "Байкал" имеет стартовую массу 130,4 т, сухую – 17,8 т, длину около 27 м и диаметр центральной части 2,9 м. Ступень выполнена по схеме высокоплан с поворотным крылом размахом около 17 м, расположенным на фюзеляже. Узел крепления крыла находится на межбаковом отсеке, а поворот его происходит на внеатмосферном участке полета.
Управление полетом "Байкала" осуществляется с помощью ЖРД малой тяги и аэродинамических рулей, установленных на хвостовом отсеке ступени. В этом же отсеке размещен маршевый ЖРД РД-101М (многоразовый вариант РД-191), использующийся на активном участке полета РН. Головной разработчик НПО "Энергомаш" считает, что заложенные в конструкции двигателя решения с использованием новейших достижений в области технологии и материаловедения обеспечат требуемую надежность двигателя и 5-10-кратного его использования.
В носовой части "Байкала" предусмотрена двигательная установка с ТРД РД-33 (применяется на истребителе МиГ-29). Она служит для его посадки на аэродром, вблизи космодрома. Отдельные элементы опор шасси, системы выпуска шасси, систем торможения колес аналогичны соответствующим агрегатам самолета МиГ-23. Стойки шасси располагаются в хвостовом [по-моему, это ошибка — явно тот же межбаковый отсек, где и поворотный узел шасси, судя по рисункам и фотографиям — прим. Э.К.], носовом отсеках ускорителя. Верхняя и носовая части ступени покрыты теплозащитным слоем.
Вообще, в составе "Байкала" широко применяются заимствованные с других типов авиационно-космической техники комплектующие изделия, при необходимости доработанные под условия эксплуатации многоразового ускорителя. Помимо упомянутых, это серийные ЖРД малой тяги, аппаратура бортового комплекса управления, электрогенераторы и аккумуляторы, телеметрическая аппаратура, используемая в космической технике, парашютно-тормозная установка и многое другое.
Такой подход снижает технический риск, сроки и затраты на создание, обеспечивает высокие показатели надежности и безопасности. Тем не менее, основными проблемными вопросами многоразового использования ускорителя "Байкал" являются создание многоразового криогенного бака, многоресурсного двигателя и технологий наземного межполетного обслуживания.
В случае использования многоразовой ступени "Байкал" в составе носителя "Ангара-1.2М" при отделении первой ступени на высоте около 80 км при скорости, соответствующей числу М=5,6, разворачивается крыло и раскрывается оперение [больше похоже, что оперение раскрывается у части модулей "Ангары-М4-А" — прим. Э.К.]. После входа в плотные слои атмосферы запускается ТРД Р-33 и осуществляется крейсерский полет на расстояние до 400 км со скоростью около 500 км/ч. Посадка осуществляется на ВПП длиной до 2 км со скоростью 280 км/ч. По завершении послеполетного обслуживания и проверок ступень может использоваться повторно.
Все РН семейства "Ангара" будут стартовать с доработанного пускового устройства стартового комплекса ракеты "Зенит" на космодроме Плесецк. Поскольку в этих носителях используются нетоксичные пары: керосин–кислород и кислород–водород, то они будут отвечать всем требованиям современного рынка космических услуг. Кроме того, использование возвращаемого к месту старта "Байкала" не приведет к отчуждению больших территорий под поля, предназначенные для падения первых ступеней одноразовых ракет.
Семейство "Ангара"
Перепечатка без ссылки на Крылья Родины запрещена. Поэтому ссылка тута.
* * *
Мысль первая, что просто напрашивается – замена оперения модуля на V-образное двупёрое. Заодно упрощается размещение боковух в четырёхблочной ракете.
Во-вторых, бѣзфорсажный ВРД РД-33Б из лобовой части в таком раскладе вполне меняется на 33МКУ в развал оперения с регулируемо-запираемым (?) ВЗ и работает своей тягой вплоть до 22–23 км и скорости порядка 2,5М. Лишними 9–10 тонн тяги в качестве компенсации массы крыла, шасси и хвоста явно не будут. Оригинальный "Байкал-Ангара" имеет массу пустого примерно в 1,7 раза больше УРМ-1 (17,8 тонн вместо 10,5), так что жечь на атмосферном участке на ЖРД, но с посильной помощью ВРД представляется довольно приятной идеей.
В последних по списку, но не по важности имеем с гуся шкварки: нынешняя авиация и даже ракетчики, КЯП (например, макеевское КБ) научились за относительно малую цену делать крупные детали из углепластиков.
Таким образом – меняем поворотное крыло, оперение, часть деталей шасси и бак керосина на угляху и снижаем тем самым массу пустого тонны на три. И вот как раз тогда размещение многоразовой ракетной требухи не на Свободном, а в районе порта Находка (одной из самых южных точек России) можно считать очень интересной штукой. Да и перегонять ступени можно, как обычный самолёт (правда, найдётся ли новый Амет-Хан Султан или эта, как там её, Ханна Райч, вот где собака капитализма не только порылась, но и нагадила). Хотя, в принципе, можно и беспилотно перегонять, для 20 тонн "почти пустого" с минимумом керосина и 9 тоннах тяги самым сложным будет управление на посадке.
[Немного подредактировано и добавлен котенька]
