Ракета-носитель Союз-6 - многоразовая замена Союза-2 и базовый блок будущей сверхтяжелой ракеты

Продолжение космической гонки: ракета-носитель Союз-6

статья выходного дня

Предыдущая статья серии - Построит ли Россия надежную сверхтяжелую ракету?

Про ракету-носитель Союз-6 (проект "Волга") говорят давно, но известно про нее чуть больше, чем ничего. И даже предполагаемый облик ракеты в заглавии статьи получен из изображения Союза-5. Но именно эта неизвестная ракета может стать долгожданной находкой для российской космонавтики, которая находится на распутье и все еще выбирает направление своего дальнейшего развития.

Керосин против метана

Год тому назад мы обсуждали проект будущей российской сверхтяжелой ракеты, который и ныне находится в замороженном состоянии. Базовый блок этого проекта - средняя ракета-носитель Союз-5 продолжает создаваться, причем уже сейчас понятно, что разработка займет существенно больше времени, чем предполагалось. Напомним, что первый испытательный запуск Союза-5 должен был состояться в 2023 году. Но ракета будущего все находится на стадии испытаний отдельных компонент и отладки станков для ее производства, а работы по реконструкции стартовой площадки (стартовый комплекс "Байтерек" на Байконуре) еще не начались.

У керосинового Союза-5 есть соперник - метановая ракета Союз-7, или Союз-СПГ, добро которой дал в декабре 2020 года совет РАН по космосу. Проект продвигает профессор В.Д.Горохов, главный конструктор ракетных двигателей КБХА (конструкторское бюро химавтоматики). Но Союз-СПГ все еще находится на предэскизной стадии и финансируется Роскосмосом в инициативном порядке. В настоящее время создатели ракеты определяются с вариантом РД второй ступени. Прочитать про Союз-СПГ можно в статье:
Метановые ракетные двигатели и многоразовые космолеты

Только что генеральный директор Роскосмоса Д.О.Рогозин определил долгосрочные перспективы этого прорывного, по мнению академиков РАН, проекта:

"Что касается ракеты "Амур-СПГ", то она появится тогда, и никак не раньше, когда мы почувствуем, что пора завершать эксплуатацию "Союза-2"

Поскольку метановая ракета Горохова является кандидатом в базовый блок РН СТК - ракеты-носителя сверхтяжелого класса, то и создание РН СТК логическим образом откладывается. Предшествующий проект создания РН СТК на основе керосинового Союза-5 был заморожен в 2020 году. А создать РН СТК на основе актуальных ракет-носителей "Союз-2" и "Ангара" невозможно из-за ограничения на их стартовую массу. Первая из которых - Союз-2 является модернизацией "Союза", который создавался под руководством академика С.П.Королева в давние 60-е годы XX века.

Между тем, в США разработку новых ракет не откладывают, а форсируют. Огромный "Суперхеви-Старшип" уже готовится к своему первому старту в космос. Это ракета - метановая, двухступенчатая и полностью многоразовая, она на поколение опережает все то, что только начинает проектироваться в России. Подготовка к эпическому старту ведется с 2019 года, а последнее по времени испытание прошло в 2021 году:
Полет "Старшипа" к Марсу с возвращением на десятом километре

Новые обстоятельства Роскосмоса

Трехступенчатая ракета Союз-2
топливо кислород-керосин

Пока Российское космическое агентство эксплуатирует ракеты советского периода и испытывает относительно новую Ангару, в мире все меняется и не только по технической части.

В марте 2022 года прекращена поставка ракетных двигателей РД-180 и РД-181 в США. Роскосмос вывел своих специалистов с космодрома Куру во Французской Гвиане и разорвал контракт по выведению спутников системы OneWeb, который перешел к SpaceX. Европейское космическое агентство (ЕКА) прекратило работу по проекту ExoMars, предусматривавшем запуск совместно разработанной АМС на ракете-носителе Протон-М, вышло из российских проектов Луна-25, 26 и 27 и выключило телескоп eRosita на астрономической станции Спектр-РГ.

Пока продолжает работать Международная космическая станция (МКС), но уже в 2024 году Россия может выйти из этого проекта из-за нарастающего физического износа российского сегмента станции.

В 2023 году должны были быть введены односторонние санкции США, запрещающие запуск спутников на российских ракетах-носителях, фактически они стали действовать даже раньше назначенного времени.

Для России это значит, что активность страны в космосе сокращается, поскольку она в основном основывалась на международных проектах. Собственных спутников, в основном военно-гражданского назначения, пока немного, т.к. их создание задерживается из-за проблем с финансированием и импортозамещением. Предстоит болезненная перестройка целей и приоритетов космической деятельности, во время которой надо ответить на вопрос, а к чему мы сами стремимся в космосе?

Принятые решения

Кое-какие очевидные решения были приняты в День космонавтики 12 апреля. В 2023 году на МКС полетит первый космонавт из РБ. Давно пора, поскольку космонавты советского периода - Петр Климук и Владимир Коваленок летали во времена Белорусской ССР, Олег Новицкий - гражданин России. Объявлено о возвращении на Луну, которое должно было состояться еще в 2021 году, но отложилось на 2022 год - речь идет об автоматической станции Луна-25, которая направится к Южному полюсу нашего естественного спутника:
Космические гонки XX и XXI века, часть 6: возвращение на Луну

Далее мы обсудим интересный анонс, который еще раньше, в марте, сделал Дмитрий Рогозин - о намерении возобновить проект создания ракеты среднего класса Союз-6.

Что известно про ракету-носитель Союз-6 и почему о ней вспомнили?

Если кратко, то Союз-6 - это современная замена ракеты-носителя Союз-2. Она работает в том же классе грузоподъемности, выводя чуть большую полезную нагрузку Мпг - 9.3 тонны против 8.25 тонн. Но отличается намного более простой конструкцией, имея втрое меньшее число ракетных блоков и ракетных двигателей - 2 против 6.

Собственно, именно такую космическую ракету создавал в 50-е годы XX века С.П.Королев. Но тогдашние технологии не позволили решить поставленную задачу столь простым способом. Потому вместо тандемной двухступенчатой ракеты в космос полетела пакетная Р-7 и ее многочисленные трехступенчатые модификации, вплоть до нынешней линейки Cоюз-2.

Чтобы было понятнее, какое место занимает Союз-6 в ряду перспективных ракет-носителей, покажем выдержку из плаката Роскосмоса:

Ракеты-носители Союз-5 (Иртыш), Союз-6 (Волга), Союз-7 (Амур-СПГ) и СТК

Схематичнее всего нарисован Союз-6, по которому пока даже нет проекта, а есть только идея создания. Он намного меньше Союза-5, поскольку рассчитан на выведение почти вдвое меньшей полезной нагрузки. И меньше Амура-СПГ, поскольку метановые ракеты больше керосиновых в силу меньшей плотности горючего. Столь же схематична РН СТК 2030-х годов в виде условного пятиблока, составленного из нижних ступеней Амура-СПГ.

Технические характеристики РН Союз-6

На плакате Союз-6 изображен в виде двухступенчатой ракеты:

Первая ступень диаметром 4.1 метра, как у Союза-5, но более короткая.
Вторая ступень диаметром 2.66 метра взята от РН Союз 2.1б - это ее верхняя ступень (блок "И")

Такое решение позволяет производить первую ступень Союз-6 на оснастке для производства Союза-5 и максимально унифицировать Союз-6 с ракетой Союз-2.1б и ее полезными нагрузками. Высота ракеты Союз-6 с головным обтекателем составляет около 46 метров, как у РН Союз-2. Стартовая масса Мст заявлялась как 325 тонн против 312 тонн у РН Союз-2.1б. Для сравнения, стартовая масса РН Союз-5 оценивается в 535 тонн.

Геометрические и массовые характеристики перспективных ракет носят предварительный характер. В частности, для Союза-6 существуют и другие варианты второй ступени, помимо блока "И".

Характеристики перспективных ракет-носителей

В таблице приведены целевые характеристики Союза-6 и унифицированных перспективных ракет - носителей. Это масса полезной нагрузки (ПН), выводимой на:
- низкую околоземную орбиту (НОО);
- солнечно-синхронную орбиту (ССО);
С применением разгонного блока (РБ):
- геопереходную орбиту (ГСО);
- геостационарную орбиту (ГПО);
- или с помощью разгонно-тормозного блока (РТБ) на орбиту искусственного спутника Луны (ОИСЛ).

Ракетный двигатель РН Союз-6

Напомним, что класс ракеты-носителя зависит от величины полезной нагрузки (ПН), поднимаемой на низкую околоземную орбиту высотой 200 км:

Сверхлегкий класс - до 500 кг
Легкий класс - до 5 тонн
Средний класс - от 5 до 20 тонн
Тяжелый класс - от 20 до 50 тонн
Сверхтяжелый класс - от 50 тонн и выше.

Союз-6 относится к среднему классу, в котором работает Союз-2. И тут уместно спросить: Рогозин ведь сказал, что архаичный Союз-2 будет летать до тех пор, пока мы не "почувствуем, что пора завершать эксплуатацию"? Зачем же тогда создавать еще одну замену Союзу-2, наряду с Союзом-СПГ? А затем, что у Роскосмоса для первой ступени Союза-6 есть готовый двухкамерный ракетный двигатель РД-180, который производился для американских "Атласов", но теперь остался без работы. Этот ракетный двигатель создает тягу в 390 тонн, способную поднять и разогнать ракету класса Союз-2. В то время как для самого Союза-2 требуется пять ракетных двигателей РД-107 и РД-108 с 20 основными и 12 малыми управляющими камерами!

Ракета-носитель "Союз-У" по пути на стартовую площадку

Такова разница между ракетной техникой XX и XXI века... Как между первыми аэропланами-этажерками и современными воздушными лайнерами. Мощный и надежный двигатель надо пристраивать, ракету под него - создавать. А иначе придется свернуть производство РД-180 на московском "Энергомаше" и навсегда забыть о современных ракетах.

Вы скажете - но есть ведь вдвое более мощный четырехкамерный РД-171 с тягой 740 тонн, который предназначается для Союза-5? Важная для будущего космонавтики ракета и ее стартовый комплекс создаются Россией и Казахстаном при заинтересованном участии ОАЭ (Объединенных Арабских Эмиратов). Однако сейчас этот проект находится под удушающим гнетом американских экономических санкций и его коммерческая составляющая выглядит сомнительно.

Санкции не значат, что проект "Байтерек" не надо осуществлять - но получения немедленной выгоды от него ждать не стоит. Скорее, речь идет о сохранении центральноазиатской площадки для полетов в космос, будущее которой после завершения программы МКС и полетов ракет-носителей Протон выглядит проблемно. Но если там будет работать реконструированный старт для Союза-5, то космодром сохранится. Это важно как для самого Казахстана, так и для мировой истории, поскольку именно с Байконура был запущен первый спутник, отправлена первая АМС к Луне и состоялся первый полет человека в космос.

Зачем нужна ракета-носитель Союз-6, если уже создается Союз-5?

Арабы, конечно, молодцы - они активно продвигают свою научную программу и недавно даже вывели собственную АМС на орбиту Марса... сделанную на американских космических технологиях. Именно по причине зависимости от американских технологий они пока не смогут загрузить российскую ракету своими спутниками. Не говоря уж о том, что этих спутников у арабских стран относительно немного.

Так что же будет выводить создаваемый сейчас Союз-5 (на Восточном - "Иртыш", на Байконуре - "Сункар")? Российские спутники рассчитаны на ракеты среднего (Союз-2) или тяжелого класса (Протон, Ангара). Союз-5 - это верхний средний класс, почти тяжелый. Использование этой новой ракеты потребует проведения работ по адаптации полезных нагрузок. Союз-5, например, может конкурировать с "Ангарой" в полетах на энергозатратную геостационарную орбиту (ГСО) - но потребности России в выведении туда спутников не настолько велики, чтобы оправдать существование двух ракет-носителей для этой цели. Во времена Советского Союза и постсоветской России с данной задачей справляется одна тяжелая ракета-носитель - "Протон", производимая в московском центре имени Хруничева - которую в 20-е годы сменяет "Ангара":
Ракета-носитель "Ангара" приходит на смену советскому "Протону"

Союз-6 выводит столько же, сколько Союз-2 и при этом унифицирован с готовящимся стартом Союза-5. Т.е. он может запускаться с той же стартовой площадки на Байконуре, оправдывая ее существование и модернизацию. Союз-6 легче и дешевле Союза-5, поэтому его менее затратно испытать и запустить в серию. Не говоря уже о том, что под него есть налаженное производство ракетных двигателей. Модернизированный вариант двигателя для Союза-6 уже получил название РД-180МВ. В то время как для Союза-5 создается и испытывается новая модификация РД-171МВ, которая довольно существенно отличается от исходного РД-171.

Наконец, Союз-5 создается для лунной пилотируемой РН СТК, разработка которой отложена в России до лучших времен. В отсутствие РН СТК эта большая ракета превращается в одиноко стоящее дерево без окружающего леса. А Союз-6 может без всяких лунных амбиций просто заменить околоземный Союз-2. Или составить ему дружескую компанию. Т.е. именно данная ракета сможет в будущем полноценно загрузить "Байтерек" космическими стартами. А в перспективе Союз-6 сможет использоваться для пилотируемых запусков с модернизированного "Гагаринского старта".

Логистическое преимущество Союза-6

У Союза-6 есть еще одно преимущество, которое пока неочевидно. Его старший брат - Союз-5 выполняется в диаметре 4.1 метра, который проходит на Байконур по железной дороге. Это важно для обеспечения максимальной заправки топливом, которая требуется для создания на основе Союза-5 ракеты-носителя сверхтяжелого класса. Ступени большего диаметра нельзя провезти по железной дороге, а ступени меньшего диаметра вместят меньше ракетного топлива - и это снизит характеристики будущей сверхтяжелой ракеты.

Есть только одно но - ступени в диаметре 4.1 метра не проходят на более отдаленный российский космодром Восточный. Поэтому при желании запускать Союз-5 оттуда их придется везти воздушным или морским транспортом, что намного дороже.

Что касается Союза-6, то его требования к заправке почти вдвое меньше - поэтому первую ступень ракеты можно выполнить короткой в диаметре 4.1 метра, как на рисунке Роскосмоса, или более длинной в диаметре 3.7 метра, как у ее хвостового отсека с ракетным двигателем.

Все проектируемые ракеты - Союз-5, Союз-6 и Союз-СПГ имеют унифицированный хвостовой отсек с РН "Зенит", размер которого выбирался под размещение ракетного-двигателя РД-171.

Ступень диаметром 3.7 метра вписывается в транспортный габарит 3.75 метра по ГОСТ 9238-2013 "Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений". Т.е. такая ступень будет доставляться на Восточный по железной дороге. Возможны и другие варианты с небольшим увеличением или уменьшением габарита, в зависимости от состояния железнодорожных путей.

Уменьшение диаметра Союза-6 позволит сделать ракету более компактной и легкой, поскольку часть ее длины занимает пустой межбаковый промежуток между баками горючего и окислителя. Объем этого промежутка увеличивается с ростом диаметра ракеты, поэтому уменьшение диаметра позволит использовать внутренний объем ступеней более рационально.

Автоматизированная подготовка к старту

Все ракеты-носители унифицированной линейки: Союз-5, Союз-6 и Союз-СПГ рассчитаны на автоматизированную подготовку к старту, методика которой была создана в Советском Союзе для РН серии Зенит. "Простые, как карандаш" ракеты, по выражению Д.О.Рогозина, могут быть подготовлены к старту менее чем за сутки, против 2-3 дней, которые требуются для подготовки пакетных ракет линейки Р-7. Повышается безопасность работ, в отличие от ракет Р-7, которые готовит к старту расчет из 300 человек, причем некоторые ручные операции выполнятся на заправленной топливом ракете.

Ракета-носитель Зенит-3SL на платформе "Морской старт"

В наиболее полном виде автоматизированная подготовка РН к старту была воплощена в грандиозном плавающем космодроме, о котором можно прочитать в нашей статье:
Американское прошлое и российское будущее космодрома "Морской старт"
В случае, если будет принято решение о возвращении в строй "Морского старта", ракеты смогут запускаться с этого космодрома, получая значительную прибавку к полезной нагрузке.

Вертикальная посадка первой ступени Союза-6

Ракетный двигатель РД-180, построенный на технологиях легендарного советского РД-170, может использоваться до 10 раз. Поэтому имеет смысл организовать возвращение первой ступени Союза-6 на Землю. Сделать это можно по схеме вертикальной посадки на ракетных двигателях, которая заимствуется у частной американской компании SpaceX. В качестве посадочного двигателя можно использовать РД-0110Р с земной тягой 23.5 тонн, который применяется в ракете-носителе легкого класса Союз-2.1в - это одна их самых современных РН российской разработки.

ДУ первой ступени РН Союз-2.1в с РД-0110Р
(в центре устанавливается РД НК-33А)

По оценке специалистов, спасение первой ступени снижает полезную нагрузку ракеты-носителя примерно на 10%. Т.е. частично многоразовый Союз-6 выведет ту же полезную нагрузку, что и полностью одноразовый Союз-2.1б. Думаем, что не потребует дополнительных объяснений, какая из этих ракет - многоразовая или одноразовая - обеспечит наименьшую стоимость выведения! Очевидно, что именно после создания многоразовой модификации Союза-6 глава Роскосмоса может решить, что эксплуатацию РН Союз-2 пора завершать.

Считается, что возвращение первой ступени целесообразно при интенсивности полетов около 50 в год, чего в нынешних экономических условиях ожидать не приходится. Но даже в одноразовом варианте Союз-6 конкурентоспособен. Стоимость его пуска оценивается так же, как стоимость пуска Союза-2М без разгонного блока в 2.4 млрд. рублей. Применение в этих ракетах разгонного блока "Фрегат" стоимостью около 400 млн рублей обещают сделать необязательным за счет многократного включения ракетного двигателя РД-0124 второй ступени.

Для сравнения - будущая стоимость пуска Союза-5 оценивается в 4 млрд. рублей, стоимость испытательных пусков Ангары-A5 составляет 7 млрд. рублей.

Для баков ракеты Союз-5, которая является технологическим донором Союза-6, предполагается использовать сплав 1580 с добавлением 0.1% редкого металла скандия. Эта добавка делает сплав АМг6 жаростойким, что пригодится при торможении ракетной ступени в атмосфере. Еще одна новая технология Союза-5 - сварка трением с перемешиванием (СТП) - позволяет снизить толщину сварных швов и облегчить конструкцию ракеты, что снижает ее нагрев и скорость падения перед посадкой.

Малая сухая масса первой ступени Союза-6 позволяет транспортировать ее с места посадки с помощью вертолета Ми-26. Отметим, что спасти первую ступень Союза-5 по аналогичной схеме невозможно, т.к. в его хвостовом отеке нет места для дополнительных двигателей и сухая масса его первой ступени (30.5 тонн) неподъемна для Ми-26.

Вторая ступень Союза-6 и Союз-СПГ

Союз-6 может стать переходной ступенью к еще более передовой метановой ракете Союз-СПГ. Сейчас создатели Союза-СПГ заняты работой по проектированию двух ступеней ракеты на основе несуществующих пока российских метановых двигателей РД-0169 тягой около 100 тонн. Эту работу можно упростить за счет использования керосиновой второй ступени от Союза-6 вместе с вновь создаваемой метановой первой ступенью.

Вторая ступень Союза-6 мыслится в нескольких вариантах. Всех варианты одноразовые, поскольку задача возвращения второй ступени из космоса требует ее значительного утяжеления за счет полезной нагрузки. И сходная невозвращаемая вторая ступень требуется Союзу-СПГ.

Ракетный двигатель РД-0124
*(фото КБХА)*

На рисунке Роскосмоса для Союза-6 выбрана верхняя ступень РН Союз-2.1б и Союз-2.1в (блок "И") с четырехкамерным ракетным двигателем РД-0124. Тяга этого двигателя - всего 30 тонн. Но вероятно применение более габаритной второй ступени с вдвое более мощным РД-0124МС тягой 60 тонн, создаваемым для Союза-5. В обоих случаях Союз-6 получает отличные и высоконадежные ракетные моторы, которые обеспечивают выведение спутников на заданные орбиты. И может "поделиться" своей высоконадежной второй ступенью с Союзом-СПГ, метановым двигателям которого еще предстоит доказать свою работоспособность.

До сих пор ни один метановый ракетный двигатель не побывал в космосе - все они, в том числе самые продвинутые американские, проходят испытания на земле и в нижних слоях атмосферы.

Т.е. переход от керосина к метану может проходить в три этапа:

Эксплуатация Союза-6 с керосиновой первой и второй ступенями.
Испытания первой ступени Союза-СПГ со второй ступенью Союза-6. Преимуществом Союза-СПГ перед Союзом-6 является резервирование ракетных двигателей первой ступени, которое позволяет парировать одиночный отказ РД. И больший ресурс многоразового использования метановых РД, сравнимый с ресурсом водородных РД.
Переход к использованию Союза-СПГ с метановой первой и второй ступенью, по мере отработки метановых РД и устранения обнаруженных дефектов конструкции.

Обоснование трехэтапной схемы состоит в том, что отработка принципиально новых РД может проходить с многочисленными отказами, как это было, например, со второй ступенью ракеты-носителя "Зенит". Применение проверенных керосиновых РД позволит быстрее перейти к выводу полезных нагрузок и сократить страховые отчисления, которые особенно велики на этапе первоначального использования ракеты.

Таким образом, керосиновый Союз-6 может послужить "мостиком" к применению метановых РД, создавая для них рынок полезных нагрузок.

Отметим также, что верхняя ступень Союза-6 может быть кислородно-водородной с применением ракетного двигателя РД-0146 или разрабатываемого РД-0150. Это решение применяется для повышения энергетических характеристик ракеты, в особенности при выведении спутников на высокие орбиты и запуске автоматических лунных и межпланетных станций.

Вероятность безаварийной работы РН Союз-6

Важнейшая характеристика ракеты - это вероятность безаварийной работы (ВБР), под которой понимается способность доставить полезную нагрузку на заданную орбиту в виде соотношения удачных выведений к общему числу запусков. Расчет ВБР проводится по упрощенной методике, изложенной в популярной книге В.Е.Нестерова "Космический ракетный комплекс Ангара. История создания".

Исходные данные для расчета ВБР

ВБР РД-107	P₁₀₇	0.999
ВБР РД-108	P₁₀₈	0.999
ВБР РД-0110	P₀₁₁₀	0.999
ВБР РД-171*	P₁₇₁	0.978
ВБР РД-180*	P₁₈₀	0.99
ВБР РД-0124*	P₀₁₂₄	0.99
ВБР РД-0124МС	P_0124МС	0.995
ВБР НК-33	P₃₃	0.99
ВБР ДУ 5xРД-0169А	P_0169А	0.9875
ВБР РД-0169В	P_0169В	0.99
ВБР ступени (топливная система и рулевой привод)	P_ст	0.999
ВБР разделения ступеней	P_рс	0.9995
ВБР системы управления РН	P_су	0.995
ВБР сброса ГО	P_го	0.9976

* статистическая ВБР

Для РД-0124МС оценка выше, чем для РД-0124, поскольку этот РД является спаркой из двух двухкамерных двигателей с агрегатами РД-0124. При одиночном отказе он может работать в режиме половинной тяги, обеспечивая выведение ПН на орбиту, возможно, более низкую из-за увеличения потерь на управление (для частичной компенсации потерь различного рода предусматривается избыток ракетного топлива, о котором можно прочитать в статье Гаврелюка О.П., Кирсанова В.Г. "Гарантийные запасы топлива для ракет космического назначения"). Коэффициент охвата САЗ, т.е. вероятность безаварийного выключения отказавшей половины РД-0124МС, принимается равным 0.75.

ВБР будущих метановых РД-0169 дается в двух вариантах:

Двигательная установка (ДУ) первой ступени состоит из 5 резервированных РД-0169А. Коэффициент охвата САЗ принят равным 0.75.
На второй ступени применяется один нерезервированный РД-0169В с высотным соплом.

Расчет ВБР РД-0124МС и ДУ из РД-0169А проведен по приближенной формуле:
P_n = 1 - (1 - a)(1 - Pⁿ)
где a = коэффициент охвата САЗ (0.75), n - количество независимо работающих РД, P - ВБР каждого РД.

Параметры P_ст, P_рс, P_су и P_го взяты из книги Нестерова.

Расчет ВБР

Расчет ВБР ракеты-носителя проводится для доставки космической головной части (КГЧ) на низкую околоземную орбиту. КГЧ состоит из разгонного блока, в роли которого обычно применяется "Фрегат", и полезной нагрузки.

При проектировании ракет-носителей ставится цель приблизиться к ВБР 99%. Но на практике по разным причинам надежность отличается от желаемой цифры. Так, например, украинская РН "Зенит", предшественница "Союза-5", отлеталась с эксплуатационной ВБР всего 89.3% (75 успешных выведений на НОО в 84 запусках). Российская ракета Протон-М того же класса грузоподъемности, что Ангара-А5, достигла эксплуатационной ВБР 95.5% (107 успешных выведений на НОО в 112 запусках). Американская ракета Falcon 9, которая используется для выведений на НОО и ГПО (геопереходную орбиту) имеет ВБР 98% (3 потерянных ПН из 148).

Для сравнения мы указали оценку ВБР самых новых модификаций РН Союз-2.1б и Союз-2.1в. Надо отметить, что Союз-2.1б еще ни разу не терпел аварии ни в одном из своих 72 запусков и для него наша оценка ВБР выглядит заниженной. Но это объясняется очень долгой предысторией этой ракеты и отличной отработкой ее технологий на протяжении всего советского и постсоветского периодов. Цель Союза-6 - превзойти достигнутый показатель надежности.

РН РД	ПН тонн	число блоков по ступеням			расчет ВБР	ВБР
РН РД	ПН тонн	1	2	3	расчет ВБР	ВБР
Союз-2.1б РД-107А РД-108А РД-0124	8	4	2	1	(P₁₀₇P_ст)⁴P₁₀₈P₀₁₂₄P_ст²P_рс²P_суP_го	=97.4%
Союз-2.1в НК-33А РД-0110Р РД-0124	3	1	1		P₃₃P₀₁₁₀P₀₁₂₄P_ст²P_рсP_суP_го	=97.0%
Союз-5 РД-171МВ РД-0124МС	17	1	1	-	P₁₇₁P_0124МСP_ст²P_рсP_суP_го	=96.3%
Союз-6 РД-180МВ РД-0124	-	1	1		P₁₈₀P₀₁₂₄P_ст²P_рсP_суP_го	=97.0%
Союз-6 РД-180МВ РД-0124МС	9	1	1		P₁₈₀P_0124МСP_ст²P_рсP_суP_го	=97.5%
Союз-7 РД-0169А РД-0124МС	-	1	1		P_0169АP_0124МСP_ст²P_рсP_суP_го	=97.3%
Союз-7 РД-0169А РД-0169В	12	1	1		P_0169АP_0169ВP_ст²P_рсP_суP_го	=96.8%

Мы ожидаем, что на начальном этапе частота аварий Союза-6 будет на треть меньше, чем у Союза-5. Повысить надежность выведения можно будет в метановом Союзе-7 после отработки его двигателей (что требует продолжительного времени).

Сверхтяжелая ракета на основе блоков Союза-6

Союз-5, Союз-6 и метановый Союз-7 образуют линейку ракет, унифицированных по применяемым технологиям. Любая из этих ракет в будущем может применяться для создания более мощных ракет-носителей тяжелого и сверхтяжелого класса, некоторые из которых мы обсуждали в наших статьях:
Продолжение космической гонки: Построит ли Россия надежную сверхтяжелую ракету? (2021)
Космические гонки XX и XXI века, часть 7: Сверхтяжелые ракеты России (2020)

Диапазон предлагаемых решений велик, но для реализации любых из них надо иметь готовый "строительный блок" - базовую тандемную ракету среднего класса. Применение в этом качестве Союза-6 позволит создавать пакетные ракеты меньшей грузоподъемности, чем ракеты с аналогичной компоновкой на основе Союза-5 - однако с определенными преимуществами в плане возможности многократного использования первых ступеней и дешевой логистики, поскольку запускать будущую сверхтяжелую ракету предлагается с космодрома Восточный. Эти преимущества немаловажны, поскольку запуски сверхтяжелой ракеты - в принципе очень дорогая затея, способная опустошить бюджет любого космического агентства. А недостаток грузоподъемности преодолевается за счет увеличения числа блоков в пакете, которое можно провести различными способами. Здесь важно правильно определить предел увеличения стартовой массы ракеты, по достижению которого имеет смысл остановиться и задействовать методику сборки космолетов на орбите.

Предшественником Союза-6 является проект 2010 года Русь-М, предусматривавший создание двухступенчатых тандемных ракет с грузоподъемностью от 6.5 до 36 тонн и трехступенчатой ракеты сверхтяжелого класса с ПН до 54 тонн на НОО и до 11.5 тонн на ГСО.

В последующих планах Роскосмоса Союз-6 позиционировался, как центральный блок 103-тонной РН СТК "Енисей", боковые блоки которого предлагалось строить на базе Союзов-5. Но в реальности "Енисей" мыслился в виде пакета семи первых ступеней Союза-5, центральная из которых оснащалась РД-180. Причем в процессе осмысления задачи центральный блок еще удлинился - вдвое против размеров первой ступени Союза-6. Потом весь проект заморозили и проектирование будущего облика РН СТК началось заново.

Создание сверхтяжелых ракет - это тема для будущего отдельного разговора, поскольку перспективы развития российской ракетной техники на 20-е годы уже в целом определены, а планы на 30-е годы еще не раз поменяются.

Заключение

Для читателей Автомалиновки выделены три основных направления, по которым будет строиться линейка будущих ракет "Союз" - это Союз-5 и Союз-6, с последующим переходом к метановым технологиям Союза-7. Как и в каком соотношении они будут развиваться - покажут принимаемые в Роскосмосе решения.

Попробуем объяснить происходящее в автомобильных понятиях. Использование Роскосмосом советских ракет-носителей "Союз" и "Протон" сродни езде на подновленных советских "Жигулях" и "Буханках". Техника давно производится, отлично поддается ремонту и в общем выполняет поставленные перед ней задачи. Но окружающий мир не стоит на месте и создает все более и более мощные ракеты, рядом с которыми советский "космопром" выглядит недостаточно современно и внушительно. Поэтому и задумано техническое перевооружение, которой началось с создания наиболее мощных и дорогих ракет - "Ангары-A5" и "Союза-5". Как в автопроме, где сейчас осваивается производство лимузинов Aurus Senat за 22 млн. российских рублей.

Есть также ракеты малого класса - Союз-2.1в и Ангара-1.2 - этакие космические мотороллеры - шмели. Они тоже новые, но применяются достаточно редко, поскольку заказчик обычно хочет что-нибудь более существенное. Ему нужна техника среднего класса, как для передвижения по земле, так и для полетов в космос. Так вот, Союз-6 - это и есть космический средний класс, нацеленный на работу в самом востребованном сегменте. Как новая Лада Веста, которая получает современное оснащение, сохраняя при этом проверенные временем моторы и доступные цены.

Мы полагаем, что в 20-е годы станут временем технического перевооружения космической отрасли, по итогам которого она обновит свой ракетный парк и будет готова к решению новых масштабных задач.

Сокращения:
РД - ракетный двигатель
ДУ - двигательная установка
ХО - хвостовой отсек
ПН - полезная нагрузка
ГО - головной обтекатель
РБ - разгонный блок
РН - ракета-носитель
СТК - сверхтяжелого класса
ВБР - вероятность безаварийной работы
САЗ - система аварийной защиты
КГЧ - космическая головная часть
НОО - низкая околоземная орбита
ССО - солнечно-синхронная орбита
ГСО - геопереходная орбита
ГПО - геостационарная орбита
РТБ - разгонно-тормозной блок
ОИСЛ - орбита искусственного спутника Луны