Новая жизнь «Союза»

8 ноября 2004 г. в 21 ч 30 мин московского времени с космодрома Плесецк боевые расчеты Космических войск РФ при взаимодействии со специалистами предприятий Роскосмоса успешно осуществили первый запуск новой ракеты-носителя (РН) «Союз-2». Она вывела на баллистическую траекторию габаритно-массовый макет космического аппарата, который, в 21 ч 38 мин того же дня был штатно затоплен в акватории Тихого океана.

Первый запуск «Союза-2» стал одним из наиболее значительных событий российской космонавтики в 2004 г., поскольку именно с этой ракетой в значительной степени связано ее будущее. «Союз-2» призвана стать универсальной ракетой-носителем, которая в перспективе сможет заменить эксплуатируемые в настоящее время РН типа «Союз-У», «Союз-ФГ» и «Молния», обеспечивая запуск в космос практически любой из планируемых полезных нагрузок среднего класса.

«Союз-2» является модернизированной ракетой наиболее массового и надежного семейства РН «Союз», созданной на базе легендарной королевской «семерки» – межконтинентальной баллистической ракеты Р-7. РН этого семейства стартовали с отечественных космодромов уже 1693 раза. Новый носитель более совершенен, имеет повышенную грузоподъемность и изготовлен только из отечественных комплектующих.

Ракета-носитель «Союз-2» разработана на базе серийной ракеты «Союз-У», успешно эксплуатируемой с 1973 г. Головным разработчиком и изготовителем РН «Союз-2» является Государственный научно-производственный ракетно-косми- ческий центр «ЦСКБ-Прогресс» (г. Самара), а государственными заказчиками – Министерство обороны (Космические войска РФ) и Федеральное космическое агентство.

Работы по модернизация РН типа «Союз» осуществляются в двух направлениях. Первое из них предусматривает создание ракеты-носителя «Союз-2» для запуска с российских космодромов, которое решено вести поэтапно. Стартовавший 8 ноября «Союз-2» появился в результате выполнения работ по первому этапу – так называемому этапу 1а. Как сообщил руководитель Федерального космического агентства Анатолий Перминов, на данном этапе были улучшены характеристики двигателей всех ступеней ракеты, разработана новая цифровая система управления, обеспечивающая высокоточное выведение полезных нагрузок, внедрены новые системы телеизмерений.

На втором этапе модернизации (этап 16) на третьей ступени будет установлен новый жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) РД-0124 с высокими удельными энергетическими характеристиками. В настоящее время его разработчик – воронежское КБ химавтомати- ки (КБХА) проводит его огневые испытания. Самарцы будут добиваться, чтобы РД-0124 проработал на стенде три заданных ресурса – 900 с, чтобы подтвердить его надежность. Специалисты «ЦСКБ- Прогресс» отмечают, что новый двигатель увеличит грузоподъемность этой версии «Союза-2» более чем на тонну. Такой прирост будет достигнут за счет более высокой удельной тяги РД-0124, работающего к тому же на экологически чистых компонентах топлива – керосине и кислороде. По словам первого заместителя генерального конструктора самарского ЦСКБ «Прогресс» Александра Чечина, первый испытательный запуск носителя «Союз- 2» этапа 16 намечен на 2006 г.

Второе направление модернизации РН этого семейства связано с планами по коммерческим запускам «Союзов» из Гвианского космического центра (ГКЦ), расположенного во Французской Гвиане (космодром Куру). Этот проект является совместным для Федерального космического агентства РФ, «ЦСКБ-Прогресс», компаний Starsem, EADS и Arianespace (Франция). Модификация ракеты для запуска с космодрома Куру получила название «Союз-СТ». При ее создании планируется использовать оба варианта «Сою- за-2». На первом этапе РН «Союз-СТ» будет представлять собой РН «Союз-2» этапа 1а с новым головным обтекателем СТ, адаптированную к условиям запуска из находящегося вблизи экватора ГКЦ. Первый запуск «Союза-СТ» из Гвианского космического центра запланирован на конец 2006 – начало 2007 гг.

1. Увеличение массы выводимого полезного груза на орбиту высотой 200 км, по сравнению с предыдущими РН типа «Союз»: на этапе 1а- на 250-300 кг, на этапе 16 – на 1100-1200 кг.

2. Увеличение зоны размещения полезного груза при использовании головного обтекателя диаметром 4,11 м, что позволяет более чем на 300 кг поднять массу выводимой на орбиту полезной нагрузки.

3. Повышение точности выведения космического аппарата (допуск на величину периода обращения составит не более ±2,5 с вместо нынешних ±22 с).

4. Выведение космических аппаратов в широком диапазоне наклонений орбиты при сохранении согласованных районов падения отработавших ступеней за счет возможности изменения наклонения плоскости орбиты путем пространственного маневра на активном участке полета.

5. Выведение полезных нагрузок на высокие круговые, эллиптические, солнечно-синхронные, геопереходные, геостационарную орбиты и отлетные траектории при использовании разгонного блока «Фрегат».

РН «Союз-У» в монтажно-испытательном корпусе космодрома Плесецк

В рамках работ по созданию РН «Союз-2» как модернизации семейства ра- кет-носителей «Союз» уже проведены или проводятся следующие работы:

• повышение удельных характеристик ЖРД первой и второй ступеней путем улучшения смесеобразования в камерах сгорания за счет применения новых форсуночных головок;

• внедрение современной цифровой системы управления с комплексом высокоточных приборов, обеспечивающей полет РН по оптимальным траекториям, пространственный маневр и высокую точность выведения полезной нагрузки на орбиту;

• внедрение новой высокоинформативной цифровой системы телеизмерений;

• внедрение новой системы внешне- траекторных измерений, построенной на базе навигационной аппаратуры потребителей;

• создание новой третьей ступени на базе современного ЖРД с высокими удельными характеристиками.

При разработке РН «Союз-2» особое внимание уделялось обеспечению максимальной преемственности с прототипом. Конструкция сухих и топливных отсеков, внутрибаковых устройств, пневмогидроарматуры, монтаж двигателей боковых и центрального блоков ракеты-носителя в основном аналогичны применяемым на РН «Союз», однако некоторые корпусные элементы всех ступеней усилены без изменения принципиальной конструктивной схемы.

По-иному размещены приборы и кабельная сеть системы управления на центральном и боковых блоках. Третья ступень сохранила габариты прототипа, однако для оптимизации массы заправляемых компонентов топлива изменена конфигурация баков. Они подходят для работы и РД-0110, и РД-0124. По-новому размещены на блоке третьей ступени элементы систем телеизмерений и внешне- траекторных измерений.

Центральным направлением модернизации ракеты стало создание принципиально иной цифровой системы управления, которая разработана на основе современных принципов управления и новой отечественной элементной базы. Главным ее звеном является быстродействующая бортовая цифровая вычислительная машина с большим объемом оперативной памяти. Она непрерывно принимает сигналы от чувствительных элементов системы управления, исполнительных органов и других источников, сравнивает текущие значения с программными и, в соответствии с принятым законом управления, вырабатывает соответствующие управляющие воздействия. Среди измеряемых параметров – вектор скорости, значения углов тангажа, рыскания, вращения, а также показатели расходомеров топлива.

В отличие от аналоговой, цифровая система легко адаптируется к условиям по лета, включая случайные внешние воздействия, и парирует их без превышения действующих на РН силовых нагрузок. Ее внедрение позволяет рационально использовать энергетические возможности РН «Союз-2» при выведении крупногабаритных космических аппаратов, требующих применения головных обтекателей диаметром 3,7 и 4,11 м.

Компоновочная схема РН «Союз-СТ»

РН «Союз-2», как все ракеты этого семейства, выполнена по схеме с параллельным отделением боковых ракетных блоков в конце работы первой ступени и поперечным отделением ракетного блока второй ступени по окончании его работы.

На первом этапе полета работают ЖРД четырех боковых и центрального блоков, на втором, после отделения боковых блоков, – только двигатель центрального блока.

Первая ступень ракеты-носителя включает четыре боковых блока конической формы, закрепленных в шаровых опорах центрального блока. Конструктивно-компоновочная схема бокового блока состоит из силового конуса, несущего конического бака окислителя, межбакового отсека, несущего конического бака горючего, отсека баков перекиси водорода и жидкого азота и цилиндрического хвостового отсека. В хвостовом отсеке каждого бокового блока размещается автономный четырехкамер- ный ЖРД однократного включения РД-107А, работающий на жидком кислороде и керосине и оснащенный двумя рулевыми соплами. Двигатели боковых блоков работают в течение примерно 118 с после старта. После их отключения блоки первой ступени отделяются и сбрасываются.

Вторая ступень (центральный блок) состоит из хвостового отсека, в котором установлен четырех- камерный ЖРД однократного включения РД-108А с четырьмя рулевыми соплами, отсека бака перекиси водорода, в котором установлен тороидальный бак жидкого азота, отсека бака горючего, межбакового отсека, отсека бака окислителя и приборного отсека.

Запуск ЖРД центрального и боковых блоков производится на Земле, что дает возможность контролировать работу двигателей в переходном режиме и при возникновении неисправностей во время пуска отменять старт ракеты. Это обеспечивает повышение безопасности эксплуатации. Двигатель работает 280-290 с.

Третья ступень (блок И), состоящая из переходного отсека, бака горючего, бака окислителя, хвостового отсека и двигателя, установлена на центральном блоке и соединена с ним с помощью ферменной конструкции.

Для обоих вариантов РН «Союз-2» блок И оснащается двигательной установкой, состоящей из четырехкамерного ЖРД однократного включения и четырех поворотных рулевых сопел. Этот двигатель включается примерно за две секунды до отключения ЖРД второй ступени. Газы, истекающие из его сопел, непосредственно отделяют ступень от центрального блока. После отключения двигателя и отделения спутника или разгонного блока с космическим аппаратом, третья ступень выполняет маневр увода за счет открытия дренажного клапана в баке горючего.

Работу по проекту «Союз-СТ» самарское «ЦСКБ-Прогресс» совместно с российско-французским акционерным обществом Starsem, учредителями которого являются Федеральное космическое агентство, «ЦСКБ-Прогресс», фирмы EADS и Arianespace, начало в 1998 г. В мае 2003 г. Совет министров стран – членов Европейского космического агентства (ЕКА) принял Резолюцию по перспективам развития сектора европейских РН до 2010 г., содержащую решение о реализации проекта «Союз-СТ» в Гвианском космическом центре (ГКЦ) и его финансовом обеспечении.

4 февраля 2004 г. Совет ЕКА подписал «Соглашение по размораживанию средств, обеспечивающих гарантию независимого доступа Европы в космическое пространство на период с 2005 по 2009 гг.», с принятием декларации о проекте «Союз-СТ» в ГКЦ. Общая стоимость проекта – 344 млн евро.

Примечание. Масса выводимой полезной нагрузки для низкой орбиты указана при старте с Куру. Остальные – при старте с Плесецка.

Подготовка РН «Союз-2» к запуску

Страны Европы заинтересованы в использовании «Союза-СТ», поскольку в эксплуатации у ЕКА в настоящее время находится только тяжелая РН «Ариан-5». Легкая ракета «Вега» еще только разрабатывается, а эксплуатация носителей среднего класса «Ариан-4» уже завершена. В этих условиях недорогая и надежная средняя РН «Союз-СТ» станет эффективным средством для оперативного вывода на орбиту малых и средних космических аппаратов. Генеральный директор французского космического концерна Arianespace Жан-Ив Ле Галь в этой связи сказал, что успешный запуск «Союза-2» 8 ноября 2004 г. приблизил будущие старты с космодрома в Куру.

После заключения контракта между Роскосмосом и Arianespace, российской стороне будет переведено около 120 млн евро. По оценкам специалистов, до 2015 г. российская промышленность сможет получить от реализации проекта более 1 млрд евро.

Кроме РН, Россия поставляет в ГКЦ технологическое оборудование для стартового комплекса и отвечает за его монтаж и эксплуатацию. Она ответственна за создание сборочного комплекса, где будут готовить к запуску космические аппараты и разгонные блоки для «Союзов- СТ». Российское оборудование и РН будут доставляться на космодром на французских судах типа «река-море». Планируется, что первое судно с оборудованием для стартового комплекса отправится в 12-дневное плавание из Санкт-Петербурга в сентябре 2005 г.

Таким образом, проект «Союз-СТ» отвечает долгосрочным планам и России, и ЕКА. Российские предприятия получат дополнительные заказы на изготовление трех-четырех «Союзов-СТ» в год, что положительно скажется на стабилизации промышленного производства и сохранении кооперации разработчиков и изготовителей. Европейская же сторона получит надежную РН среднего класса, которая заполнит нишу, образовавшуюся после прекращения эксплуатации РН «Ариан-4».