Ракета-носитель "Ангара" приходит на смену советскому "Протону"

14 декабря в России прошло успешное испытание новой тяжелой ракеты-носителя Ангара-A5. Старт был проведен с космодрома Плесецк в 8:50 по Москве, программа полета предусматривала выведение неотделяемого 2.4-тонного габаритно-весового модуля (ГВМ) на геостационарную орбиту (ГСО) с помощью разгонного блока Бриз-М. К настоящему времени программа выполнена полностью. После проведения испытания разгонный блок с ГВМ переведен на т.н. орбиту захоронения и включен в каталог коcмических объектов.

Это испытание Ангары-A5 - второе по счету. Первое, также успешное, было было проведено 6 лет тому назад по аналогичной программе, а всего в программе летных испытаний "Ангары" 6 запусков с макетами и спутниками - обращает на себя внимание большой временной интервал между запусками. И действительно, второе ЛКИ (летно-конструкторское испытание) "Ангары-A5" должно было пройти еще в 2016 году, но многократно переносилось.

Что это за ракета - Ангара и почему она испытывается так долго - в материале на Автомалиновке.

На нашем сайте возможно купить автомобиль в Беларуси много раз.

Трудный путь российской космонавтики

После развала Советского Союза российская космонавтика оказалась в глубоком кризисе. Основные стартовые площадки и значительная часть производства оказались в ближнем зарубежье. Была полностью прекращена программа создания сверхтяжелой ракеты "Энергия", свернуты оборонные заказы. От полного коллапса космическую отрасль спасло международное сотрудничество - заказы от американских аэрокосмических корпораций, совместные программы с европейскими и азиатскими космическими агентствами. На околоземной орбите была развернута грандиозная международная космическая станция - МКС, использующая технологии советской орбитальной станции "Мир". Начал работать космодром "Морской старт".

Но было понимание того, что международная поддержка - это не навсегда, и уже в 90-х годах началась работа по обеспечению космической независимости России. Задача были грандиозной. Все стартовые площадки тяжелых и сверхтяжелых ракет СССР оказались на территории Казахстана. Там же и поныне выполняется пилотируемая программа по полетам к МКС. В распоряжении России остался только высокоширотный военный космодром Плесецк, который первоначально создавался для запуска баллистических ракет в сторону США, а сейчас применяется для выведения различных беспилотных спутников на околоземные орбиты.

В настоящее время на границе с Китаем создается новый среднеширотный космодром Восточный, с которого выполняются запуски модернизированных ракет-носителей Союз-2.1а и Союз-2.1б. В будущем он должен стать основным гражданским космодромом России на смену арендуемого у Казахстана Байконура.

Начало проекта "Ангара"

Самое сложное положение сложилось в сегменте ракет тяжелого класса с полезной нагрузкой более 20 тонн. Эти ракеты серии "Протон" применялись в Советском Союзе для вывода спутников связи на геостационарную орбиту, запуска тяжелых орбитальных станций и военных аппаратов, а также изучения Луны и дальнего космоса. Все стартовые площадки "Протонов" остались в Казахстане. При этом простое решение - строительство новых стартовых комплексов в России было неприемлемым по экологическим соображениям. Ракеты "Протон" работали на ядовитом гептиле и их запуски вызвали бы неизбежные протесты населения в районах падения отработанных первых и вторых ступеней. Время наступило такое, что общественное мнение уже нельзя было игнорировать. Перевод стартовых площадок в России надо было начинать с разработки для них новой ракеты на экологически чистом топливе - и уже 1992 году был объявлен конкурс на создание первой российской ракеты-носителя.

Создавать новую ракету предполагалось на основе новейших ракетных разработок "Энергии", только что воплощенных в комплексе "Энергия-Буран". Вроде бы ничего непомерно сложного - создать более простую тяжелую ракету на технологиях сверхтяжелой ракеты. Но "Энергия" тот конкурс неожиданно провалила. А заказ достался производителю "Протона" - московскому центру им. Хруничева (ЦИХ), который пообещал сделать ракету тоже на технологиях Энергии, но более дешевую в производстве, логистике и эксплуатации.

Прошло время. Один проект Ангары сменял другой, и вот, через 20 лет после победы ЦИХ-а на конкурсе, тяжелая Ангара наконец-то полетела! Произошло это 24 декабря 2014 года. Первый запуск российской тяжелой ракеты состоялся с модернизированной стартовой площадки на космодроме Плесецк и завершился доставкой на геостационарную орбиту габаритно-весового модуля весом 2.04 тонны.

Почему создание ракеты заняло столько времени, ведь в СССР такие же задачи решались в гораздо более сжатые сроки? Скорее всего, потому, что "Ангара" не была нужна. "Протон" производства того же ЦИХа летал с Байконура по военным, научным, гражданским, международным и коммерчеcким программам. Казахская сторона ворчала на его ядовитость, но потребовать закрытия столь важной для всего мира ракеты - не могла. Федеральные деньги на создание Ангары не выделялись и ЦИХ создавал ее за счет своих коммерческих программ. Переводить космические запуски на Ангару ему самому было невыгодно, поскольку новая ракета получалась дороже предыдущей. Это была патовая ситуация и после первого успешного запуска Ангары-А5 ее испытательные полеты надолго прекратились.

Возрождение проекта "Ангара"

Прошлое еще несколько лет. Ухудшающаяся международная обстановка не оставляла никаких надежд на продолжение в дальнейшем международного сотрудничества. К тому же авария 2013 года при старте Протона-М, когда на казахскую землю выпало с неба 600 тонн выскотокcичного ракетного топлива, вновь подняла экологический вопрос. И здесь дело не в том, что "Протон" был ненадежным конструктивно - а в том, что в программе из 400 с лишним запусков ошибки рано или поздно случаются. "Протон" мог бы производиться и дальше, но в 2019 году волевым решением руководства Роскосмоса было прекращено производство его ракетных двигателей РД-276. Теперь РН "Протон" производится из складских запасов РД и рано или поздно все ракеты этого типа будут изготовлены и отстреляны.

Решение главы "Роскосмоса" было принято в пользу "Ангары", которая по мере исчерпания "Протонов" станет безальтернативной российской тяжелой ракетой-носителем. Запуски РН "Ангара" всех модификаций будут расти в геометрической прогрессии - один уже состоявшийся в 2020 году, два - в 2021 году и далее по нарастающей. В 2023 году должен пройти первый запуск Ангары-А5 с новой грандиозной стартовой площадки, которая создается на космодроме Восточный".

Конструкция ракеты "Ангара"

Истоки конструкции "Ангары" берут свое начало в советской ракете "Энергия", от которой остался самый мощный в мире четырехкамерный ракетный двигатель РД-171. При дележе советского технологического наследия его взяла к себе Украина, которая производила на его основе ракету - носитель Зенит для "Морского старта". Половинку этого самого мощного в мире РД - двухкамерный РД-180 попросила себе Америка и до сих пор ее использует в своих ракетах Atlas-5. "Американский" РД-180 - это второй по мощности ракетный двигатель в мире, из числа тех, что находятся в производстве. Россия была скромнее всех, взяв для "Ангары" четвертушку советского двигателя, названную РД-191, попутно поделившись им с той же Америкой (РД-181) и Южной Кореей (РД-151). Все эти высокотехнологичные ракетные двигатели имеют уникальные технические характеристики и производятся на московском "Энергомаше".

Все ракетные блоки Ангары-А5 работают на керосине и жидком кислороде, используя выcокоэффективные ракетные двигатели последнего поколения. РД-191 применяются в пяти блоках первой и второй ступени ракеты Ангара-A5, называемых "унифицированными ракетными модулями" УРМ-1. Еще один ракетный двигатель РД-0124А производится в Воронеже на заводе конструкторского бюро химической автоматики (КБХА). Он работает на верхней ступени ракеты "Ангара", называемой УРМ-2. Под головным обтекателем находится разгонный блок, который выводит спутник на высокую орбиту - это гептиловый Бриз-М, доставшийся "Ангаре" в наследство от Протона-М или керосиновый "Персей" 14С48, созданный на основе ДМ-03. Первое испытание этого нового разгонного блока, который станет основным в запусках Ангары-A5, пройдет в 2021 году. Еще один разгонный блок - водородный КВТК создается к 2026 году.

Высота ракеты Ангара-А5 составляет 55.4 метра. Блоки УРМ-1 имеют диаметр 2.9 метра и длину 25.1 метра, блок УРМ-2 - диаметр 3.6 метра. Диаметр головного обтекателя - 4.35 метра. Оценочные конструктивные характеристики ступеней и заявленные характеристики ракеты приведены в таблице. Полезная нагрузка указана для РБ Бриз-М при запуске с космодрома Плесецк и для РБ "Персей" при запуске с космодрома Восточный.

Перспективы ракет модульной серии Ангара

При оценке конструктивных решений "Ангары" cледует учитывать, что ЦИХ попытался сделать не просто тяжелую ракету, но модульную ракетную систему, которая перекрывает широкий диапазон полезных нагрузок. В линейке ракет должна была быть средняя ракета Ангара-А3 c тремя блоками УРМ-1, конкурирующая с украинской ракетой "Зенит". А также там присутствует ракета малого класса Ангара-1.2 с одним блоком УРМ-1. К сожалению, все эти облегченные ракеты не находят себе применения. В частности, Ангара-1.2 вынуждена конкурировать с конверсионными баллистическими ракетами, которые по понятным причинам намного ее дешевле. Поэтому реальные перспективы открываются только для самой тяжелой ракеты линейки - Ангары-A5.

В свою очередь, за 20 лет возникли новые, более амбициозные задачи, для которых требуются ракеты сверхтяжелого класса с полезной нагрузкой 50 тонн и выше. В будущем Ангаре-A5 предстоит серьезная работа по модернизации с применением водородной третьей ступени (Ангара-A5B) и разгонного блока КВТК, которые поднимут ее полезную нагрузку в 1.5-2 раза. Но сверхтяжелый класс при этом остается принципиально недостижимым, т.к. для него нужна ракета с большей стартовой массой.

Сейчас стало понятно, что тяжелая ракета "Ангара-A5" оказалась слишком легкой для выполнения всех задач, которые пытаются на нее возложить. Да, она успешно заменит советский "Протон", обеспечит сборку национальной орбитальной станции и сможет выводить на орбиту пилотируемые космические корабли нового поколения - но не более того. Если бы ее изначально проектировали с учетом необходимости создания космического ракетного комплекса сверхтяжелого класса (КРК СТК), то Россия уже сейчас могла бы иметь модульную ракетную систему, которая играет в среднем, тяжелом и сверхтяжелом классах - она была бы достойной наследницей советской "Энергии"! Более мощные ракетные двигатели, как мы видим, имелись. И выбранный формат УРМ-1 вполне позволял увеличить его размер в рамках железнодорожного габарита (статический 3.75м по ГОСТ-у). Но получилось именно то, что было задумано в далекие и кризисные 90-е годы. От этого доcтижения надо идти дальше.

Пути создания сверхтяжелых ракет нового поколения обсуждаются нами в статье:
Сверхтяжелые ракеты России

Роскосмос на распутье

Российская космонавтика находится на распутье. Ее дальнейшие цели поставлены, но все еще идет обсуждение того, как их надо достигать. Интересные мысли только что высказал глава Роскосмоса Д.О.Рогозин. По его словам, создание СТК (сверхтяжелого комплекса) - "это шанс срезать угол, тема, которая должна дать мощнейший импульс отрасли к развитию. Поэтому я не приступал бы к созданию СТК на основе существующих решений, пусть даже они до сих пор хороши и до сих пор конкурентны". Для этого носителя нужен принципиально новый маршевый двигатель, позволяющий добиться "горячего резервирования" и многократного использования. Также для сверхтяжелой ракеты нужны новые облегченные материалы для обечаек и топливных баков, незатратное производство с минимизацией накладных расходов с продуманной логистикой доставки готовых изделий на космодром.

Прозвучавшая критика технологий "Энергии" 90-х годов отчасти связана с первыми успехами в создании метановых ракетных двигателей нового поколения, про которые можно прочитать в нашей статье:
Метановые ракетные двигатели и многоразовые космолеты

Успешный запуск "Ангары" - это большое достижение российской космонавтики, за которым последует переоценка достижений советского ракетостроения и поиск новых путей развития ракетных технологий.

Старт ракеты Ангара-A5 с космодрома Плесецк

Сокращения:
РН - ракета-носитель
РД - ракетный двигатель
РБ - разгонный блок
ПН - полезная нагрузка
ГО - головной обтекатель
КС - конструктивное совершенство
НОО - низкая околоземная орбита
ГПО - геопереходная орбита
ГСО - геостационарная орбита
ОИСЛ - орбита искусственного спутника Луны
КРК - космический ракетный комплекс
СТК - сверхтяжелого класса

С другими статьями Автомалиновки по ракетной технике можно познакомиться здесь:
Беспилотный космический грузовик от ГРЦ Макеева - проект КОРОНА
Американское прошлое и российское будущее космодрома "Морской старт"
Космические гонки XX и XXI века, часть 1: полет Гагарина
Космические гонки XX и XXI века, часть 2: несбывшаяся мечта Королева
Космические гонки XX и XXI века, часть 3: лунные автоматы СССР
Космические гонки XX и XXI века, часть 4: лунные экспедиции Америки
Космические гонки XX и XXI века, часть 5: время крылатых гигантов
Космические гонки XX и XXI века, часть 6: возвращение на Луну
Полеты звездных кораблей в Бока-Чика (про H-1 и Super Heavy/Starship)
Лунная станция Чанъэ-5 - предвестник будущей пилотируемой экспедиции

Все материалы на космическую тематику