Энергия (ракета-носитель)

«Зенит» славы

По сегодняшний день «Энергия» преемников не имеет. «Зениты», использовавшиеся в качестве ее ускорителей – самые дешевые ракеты-носители мира (2500–3600 $ за килограмм). В 2010 году НПО «Энергия» выкупила долю в консорциуме «Морской старт» и теперь отвечает за запуски с океанской платформы, а также с космодрома Байконур в Казахстане.

Двигатель РД-170, разработанный для «Зенита» и «Энергии» также оказался одним из лучших ракетных двигателей. Его модификациями могут похвастать южнокорейская «Наро-1», российская ракета-носитель «Ангара» и американская «Атлас V», которая не только использовалась для выполнения научных задач, таких как доставка марсохода «Кьюриосити» и запуск зонда «Новые горизонты» к Плутону, но и американскими военными. Такова разница между 1988 годом и сегодняшним днем.

Советский челнок

В американском челноке «Спейс шаттл» два твердотопливных ракетных ускорителя две минуты разгоняли корабль до высоты 46 км. После их отделения корабль использовал двигатели, расположенные в его кормовой части. Другими словами, шаттл, по крайней мере, частично, обладал своей собственной ракетной установкой, а большой внешний топливный бак, к которому он крепился, ракетой не являлся. Он лишь предназначался для перевозки топлива для главных двигателей космического корабля многоразового использования.

Глушко же решил строить «Буран» вообще без каких-либо двигателей. Это был планер, предназначенный для возвращения на Землю, который выводился на орбиту двигателями, внешне напоминавшими топливный бак американского шаттла. На самом деле это была ракета-носитель «Энергия». Другими словами, главный конструктор Советского Союза спрятал в системе космического корабля многоразового использования разгонный модуль класса «Сатурн V», который потенциально мог стать основой для его любимой лунной базы.

Успех?

Хотя запуск и потерпел неудачу, сама ракета имела полный успех. Работа над «Бураном» продолжалась, и в основном завершенный челнок (готовый к полету, но способный генерировать мощность, достаточную лишь на один день на орбите) был соединен со второй ракетой для запуска беспилотной миссии 15 ноября 1988 года. И вновь ракета-носитель «Энергия» была запущена безупречно (с изменением в программном обеспечении, предотвращавшем опасный наклон во время старта), и на этот раз его полезная нагрузка тоже не подвела: «Буран» в автоматическом режиме приземлился на Байконуре, совершив два витка вокруг Земли, три часа и двадцать пять минут спустя.

Таким образом, к началу 1989 г. Советский Союз имел самую мощную ракету, до сих пор никем не превзойденную. Она могла запустить челнок с полезной нагрузкой, аналогичной нагрузке американских орбитальных аппаратов, а сама по себе могла вывести на низкую околоземную орбиту 88 тонн груза или доставить 32 тонны на Луну (по сравнению с 118 т и 45 т у «Сатурна V» и 92,7 т и 23,5 т у Н-1). Планировалось дальнейшее увеличение этого показателя до 100 тонн, и велись работы по созданию специального грузового отсека вместо приспособленного «Полюса». Уменьшенная версия ракеты, названная «Энергия-М», с одним двигателем и двумя ускорителями, также находилась в завершающей стадии разработки, и была способна выводить полезную нагрузку весом до 34 тонн.

Сравнение сверхтяжелых ракет Энергия и Енисей

Прежде чем сравнить две сверхтяжелые ракеты Энергия и Енисей читателю пришлось прочесть много подготовительной информации. Об этом я прошу прошения, но к сожалению, без этого никак! Подойдя к сути проблемы сразу оговорюсь, что мнение в этом сравнении субъективное, хоть и обоснованное. Автор статьи очень скептически смотрит на проект сверхтяжелой ракеты Енисей и рациональность ее применения по выводу больших весов на орбиту Земли и вот почему:

• Енисей — это не прогресс, а попытка повторить сделанное через 41 год
  Проектная документация не имеет новых идей: используются старые двигатели на разных блоках, применяется компоновка пробованная на Ангаре и многое другое.
• Нет проектов под использование сверхтяжелой ракеты!
  На ближайшие 30 лет у Роскосмоса нет планов по использованию сверхтяжелой ракеты. Просто нет достойных проектов в стране. Стресс для экономики государства при создании сверхтяжелого ракетоносителя непосилен для России.
• Высокая стоимость двигателей РД 170
  14 млн. долларов в 2020 году еще подъемная цена для многих космических проектов. Но с тенденцией уменьшения стоимости двигателей и попытками сделать многоразовые ракетоносители перспектива одноразового дорого РД 170 смотрится с каждым годом менее перспективно. Для решения большинства задач проще использовать несколько пусков более дешевых и менее подъемных ракет, но вывести на орбиту большегруза за счет количества стартов.
• Ракета одного запуска
  Мировая тенденция — это многоразовость использования дорогих космических компонентов. Ракета Енисей уже на стадии разработки не предусматривает многоразовое применение.

На мой взгляд проект ракеты Енисей — это шаг назад. Кривая попытка повторить проект Энергия и создать ракету схожую или более слабую по характеристикам спустя 41 год (2028 — планируемый запуск Енисея, 1987 — первый запуск Энергии) — это очень спорное и немного странное решение руководства Роскосмоса. Вместо того, чтобы сделать универсальную платформу первой ступени с возможностью установки различного количества двигателей РД-170 и его модификаций. Вместо того, чтобы создать многоразовую первую ступень и начать экономить около 40% бюджета на двигателях РД-170. Вместо того, чтобы используя современные материалы снизить себестоимость и облегчить ракетоноситель, руководство Роскосмоса принимает решение повторить ракету Энергия. Но самое ужасное в том, что проект Енисей создается без планов на будущее! Для чего России сверхтяжелая ракета:

• есть планы по выводу больших грузов на орбиту Земли?
• строительство базы на Луне?
• сборка новой космической станции?
• постройка космического аэродрома?

Всего выше перечисленного нет в планах России на будущее, так зачем вести разработку ракеты, которая не пригодится? Может стоит поработать над другими проектами …

Возможные перспективы

Если оставить в стороне фантастические идеи, упомянутые выше, «Энергия» могла бы использоваться для выведения на орбиту одного или нескольких крупных модулей космической станции, которые бы потом достраивались модулями, выводимыми с помощью комбинации «Энергия-Буран»: в конце 1991 года станция «Мир-2» была реконструирована на использование 30-тонных модулей.

Также возможной была постройка меньшего челнока, который бы располагался не сбоку, а в передней части ракеты.

Ставка Глушко на то, что советская космическая программа, как это случалось ранее, пройдет через эпоху перемен, оказалась верной. Хотя разрабатывать космические аппараты и ракеты-носители для конкретной миссии более эффективно, история показывает, что после их создания возникают и новые способы их использования. Глушко умер 10 января 1989 года, менее чем через два месяца после второго и последнего полета «Энергии».

Конструкция

Ракета выполнена по двухступенчатой пакетной схеме на базе центрального блока «Ц» второй ступени в котором установлены 4 кислородно-водородных маршевых двигателя РД-0120. Первую ступень составляют четыре боковых блока «А» с одним кислородно-керосиновым четырёхкамерным двигателем РД-170 в каждом. Блоки «А» унифицированы с первой ступенью ракеты-носителя среднего класса «Зенит». Двигатели обеих ступеней имеют замкнутый цикл с дожиганием отработанного турбинного газа в основной камере сгорания. Полезный груз ракеты-носителя (орбитальный корабль или транспортный контейнер) при помощи узлов силовой связи крепится асимметрично на боковой поверхности центрального блока Ц.

Сборка ракеты на космодроме, её транспортировка, установка на стартовый стол и запуск осуществляется с помощью переходного стартово-стыковочного блока «Я», который представляет собой силовую конструкцию обеспечивающую механические, пневмогидравлические и электрические связи с пусковым устройством. Применение блока Я позволило осуществлять стыковку ракеты со стартовым комплексом в сложных метеоусловиях при воздействии ветра, дождя, снега и пыли. В предстартовом положении блок является нижней плитой на которую ракета опирается поверхностями блоков А 1-й ступени, он же защищает ракету от воздействия потоков ракетных двигателей при старте. Блок Я после пуска ракеты остаётся на стартовом комплексе и может использоваться повторно.

Для реализации ресурса двигателей РД-170, рассчитанных на 10 полётов, предусматривалась система возвращения и многократного использования блоков A первой ступени. Система состояла из парашютов, ТТРД мягкой посадки и амортизирующих стоек, которые размещались в специальных контейнерах на поверхности блоков А, однако в ходе конструкторских работ выяснилось, что предложенная схема чрезмерно сложна, недостаточно надёжна и сопряжена с рядом нерешённых технических проблем. К началу лётных испытаний система возвращения не была реализована, хотя на лётных экземплярах ракеты имелись контейнеры для парашютов и посадочных стоек в которых находилась измерительная аппаратура.

Центральный блок оснащён 4 кислородно-водородными двигателями РД-0120 и является несущей конструкцией. Используется боковое крепление груза и ускорителей. Работа двигателей второй ступени начиналась со старта и, в случае двух выполненных полётов, завершалась до момента достижения первой космической скорости. Другими словами, на практике «Энергия» представляла собой не двух-, а трёхступенчатую ракету, поскольку вторая ступень в момент завершения работы придавала полезному грузу только суборбитальную скорость (6 км/с), а доразгон осуществлялся либо дополнительным разгонным блоком (по сути, третьей ступенью ракеты), либо собственными двигателями полезного груза — как в случае с «Бураном»: его объединённая двигательная установка (ОДУ) помогала ему после разделения с носителем достичь первой космической скорости.

Стартовая масса «Энергии» — около 2400 тонн. Ракета (в варианте с 4 боковыми блоками) способна вывести на орбиту около 100 тонн полезного груза — в 5 раз больше, чем эксплуатируемый носитель «Протон». Также возможны, но не были испытаны, варианты компоновки с двумя («Энергия-М»), с шестью и с восемью («Вулкан») боковыми блоками, последний — с рекордной грузоподъёмностью до 200 тонн.

Перспективы

Опыт создания РН такого класса может быть с большим экономическим эффектом использован в других хозяйственных отраслях. В 1989 году НПО «Энергия» совместно со смежными организациями разработало каталог «Научно-технические достижения по системе „Энергия — Буран“ — народному хозяйству», в котором приведены около 600 предложений, реализация которых могла бы дать экономический эффект около 6 млрд. руб. (в ценах 1989 года).

Создание РН «Энергия» открывало перспективу на целый ряд глобальных проектов, представляющих огромную международную значимость. В НПО «Энергия» в период 1987-1993 годы были проведены проектные проработки по космическим комплексам, базирующимся на РН «Энергия», для решения задач:

• восстановления озонового слоя Земли;
• удаления радиоактивных отходов Земли за пределы Солнечной системы;
• освещения приполярных городов;
• создания крупногабаритных космических отражателей для ретрансляции энергии;
• создания солнечного паруса для межпланетных полетов;
• использования ресурсов Луны;
• создания системы экологического контроля и обеспечения стратегической стабильности;
• создания единой международной глобальной информационной системы;
• удаления космического «мусора» с околоземных орбит;
• изучения Галактики с помощью больших космических радиотелескопов.

Однако общий спад и развал российской промышленности самым непосредственным образом отразился на проекте «Энергия — Буран». В 1992 году Российское космическое агентство приняло решение о прекращении работ и консервации созданного задела. К этому времени был полностью собран второй экземпляр орбитального корабля и завершалась сборка третьего корабля с улучшенными техническими характеристиками.

Примечания

1. Кобелев В. Н., Милованов А.Г. Средства выведения космических аппаратов — М.:«РЕСТАРТ», 2009. — С. 464. — ISBN 978-5-904348-01-4
2. ↑ Данные по тяге ступеней соответствуют данным по тяге двигателей для вакуума и поверхности моря.
3. Лукашевич В.П. . сайт «Буран Ру. Энциклопедия крылатого космоса».
4. Губанов Б. И. «Ракета для будущих полётов». Наука в СССР. № 2 1990 г.
5. ↑
6.  (недоступная ссылка) (28 августа 2012). Дата обращения 28 августа 2012.
7. (17 мая 2107).
8. . ТАСС (13 декабря 2018).
9. . buran.ru. Дата обращения 2 апреля 2017.
10. Godwin, Robert. Russian Spacecraft (неопр.). — Apogee Books (англ.)русск., 2006. — С. 59. — (Space Pocket Reference Guides). — ISBN 1-894959-39-6.

Конструкция

Ракета выполнена по двухступенчатой пакетной схеме на базе центрального блока «Ц» второй ступени в котором установлены 4 кислородно-водородных маршевых двигателя РД-0120. Первую ступень составляют четыре боковых блока «А» с одним кислородно-керосиновым четырёхкамерным двигателем РД-170 в каждом. Блоки «А» унифицированы с первой ступенью ракеты-носителя среднего класса «Зенит». Двигатели обеих ступеней имеют замкнутый цикл с дожиганием отработанного турбинного газа в основной камере сгорания. Полезный груз ракеты-носителя (орбитальный корабль или транспортный контейнер) при помощи узлов силовой связи крепится асимметрично на боковой поверхности центрального блока Ц.

Сборка ракеты на космодроме, её транспортировка, установка на стартовый стол и запуск осуществляется с помощью переходного стартово-стыковочного блока «Я», который представляет собой силовую конструкцию обеспечивающую механические, пневмогидравлические и электрические связи с пусковым устройством. Применение блока Я позволило осуществлять стыковку ракеты со стартовым комплексом в сложных метеоусловиях при воздействии ветра, дождя, снега и пыли. В предстартовом положении блок является нижней плитой на которую ракета опирается поверхностями блоков А 1-й ступени, он же защищает ракету от воздействия потоков ракетных двигателей при старте. Блок Я после пуска ракеты остаётся на стартовом комплексе и может использоваться повторно.

Для реализации ресурса двигателей РД-170, рассчитанных на 10 полётов, предусматривалась система возвращения и многократного использования блоков A первой ступени. Система состояла из парашютов, ТТРД мягкой посадки и амортизирующих стоек, которые размещались в специальных контейнерах на поверхности блоков А, однако в ходе конструкторских работ выяснилось, что предложенная схема чрезмерно сложна, недостаточная надёжна и сопряжена с рядом нерешённых технических проблем. К началу лётных испытаний система возвращения не была реализована, хотя на лётных экземплярах ракеты имелись контейнеры для парашютов и посадочных стоек в которых находилась измерительная аппаратура.

Центральный блок оснащён 4 кислородно-водородными двигателями РД-0120 и является несущей конструкцией. Используется боковое крепление груза и ускорителей. Работа двигателей первой ступени начиналась со старта и, в случае двух выполненных полётов, завершалась до момента достижения первой космической скорости. Другими словами, на практике «Энергия» представляла собой не двух-, а трёхступенчатую ракету, поскольку вторая ступень в момент завершения работы придавала полезному грузу только суборбитальную скорость (6 км/с), а доразгон осуществлялся либо дополнительным разгонным блоком (по сути, третьей ступенью ракеты), либо собственными двигателями полезного груза — как в случае с «Бураном»: его объединённая двигательная установка (ОДУ) помогала ему после разделения с носителем достичь первой космической скорости.

Стартовая масса «Энергии» — около 2400 тонн. Ракета (в варианте с 4 боковыми блоками) способна вывести на орбиту около 100 тонн полезного груза — в 5 раз больше, чем эксплуатируемый носитель «Протон». Также возможны, но не были испытаны, варианты компоновки с двумя («Энергия-М»), с шестью и с восемью («Вулкан») боковыми блоками, последний — с рекордной грузоподъёмностью до 200 тонн.

Пиррова победа

Если согласиться с теорией, что Советский Союз распался в первую очередь из-за финансовых трудностей, то можно также обоснованно сказать, что «Энергия-Буран» была одной из главных причин этого краха. Данный проект был примером неконтролируемых расходов, которые погубили СССР, и условием его дальнейшего существования было воздержание от реализации такого рода проектов.

С другой стороны, можно обоснованно утверждать, что наибольший урон супердержаве нанесла реакция Михаила Горбачева на финансовое положение страны, и СССР мог бы дотянуть до сегодняшнего дня, если бы Политбюро вслед за Константином Черненко возглавил кто-то другой.

Королев был прав

Но Глушко должен был принять еще удар по своему самолюбию. На протяжении многих лет советская космическая программа тормозилась по той причине, что он не соглашался с Сергеем Королевым, который считал, что для большой ракеты жидкий кислород и водород являются лучшими видами топлива. Поэтому в Н-1 были двигатели, построенные гораздо менее опытным конструктором Николаем Кузнецовым, а Глушко сосредоточился на азотной кислоте и диметилгидразине.

Хотя это топливо и обладало такими преимуществами, как плотность и пригодность к хранению, но оно было менее энергоемким и более токсичным, что представляло большую проблему в случае аварии. Кроме того, советское руководство было заинтересовано в том, чтобы догнать Соединенные Штаты – у СССР не было больших двигателей на жидком кислороде и водороде, в то время как во второй и третьей ступенях «Сатурна V» они использовались, как и в главном двигателе «Спейс шаттл». Отчасти добровольно, отчасти из-за этого политического давления, но Глушко пришлось уступить в его споре с Королевым, которого уже восемь лет как не было в живых.

1. Разработка

Была создана как универсальная перспективная ракета для выполнения различных задач:

• для запуска тяжёлых военных грузов.
• носитель для МТКК «Буран» ;
• для запуска орбитальных станций нового поколения;
• для запуска сверхтяжёлых геостационарных спутниковых платформ;
• носитель для обеспечения пилотируемых и автоматических экспедиций на Луну и Марс;

Работы по программе «Энергия — Буран» начались в 1976 году, сразу после закрытия программы Н-1; главным конструктором с 1982 года стал Б. И. Губанов.

Главным разработчиком ракеты являлось подмосковное НПО «Энергия» «Предприятие п/я В-2572», производство осуществлялось на куйбышевском заводе «Прогресс». Главный разработчик системы управления — харьковское НПО «Электроприбор».

Первая отправка частей центрального блока «Энергии» из Куйбышева в Жуковский состоялась водным путём в октябре 1980 года. Проводкой баржи под железнодорожным мостом через реку Самарка руководил Самарского начальник речного порта, просвет между грузом и мостом составил всего лишь 0.5 м. 1 ноября 1980 года груз прибыл на пристань Кратово в Жуковском. Уже в январе 1981 года начались лётные испытания специально разработанного самолёта-транспортировщика ВМ-Т с этим грузом на аэродроме ЛИИ Раменское. В 1982 — 83 годах было таким же путём отправлено ещё несколько грузов частей центрального блока «Энергии» и испытания самолёта продолжались.

С 1984 года части центрального блока ракеты доставлялись на самолёте ВМ-Т непосредственно с куйбышевского аэродрома Безымянка на космодром Байконур на аэродром «Юбилейный», где в монтажно-испытательном корпусе МИК на площадке 112 филиал завода «Прогресс» — «Предприятие п/я Р-6514» осуществлялась сборка ракеты и подготовка к пуску.

Доставка частей центрального блока «Энергии» на самолёте ВМ-Т была временным вариантом; в дальнейшем планировалось доставлять центральный блок из Куйбышева на Байконур в собранном виде на самолёте Ан-225.

Было выполнено лишь два пуска этого уникального комплекса:

• 15 мая 1987 с экспериментальной нагрузкой: спутник «Полюс» массогабаритный макет орбитальной лазерной платформы «Скиф-ДМ», не выведен на орбиту из-за сбоя системы ориентации самого КА;
• 15 ноября 1988 в составе комплекса МТКК «Буран».

Ракета-носитель «Энергия-М»

Ракета-носитель «Энергия-М»
(изделие 217ГК «Нейтрон») предназначена для вывода на околоземную орбиту
космических кораблей и последующего старта с нее
(при этом используется последняя ступень
носителя) на более высокие орбиты (включая гео- и
гелиостационарные), а также лунные и
межпланетные орбиты.

При стартовом весе 1050 тонн «Энергия-М»
позволяет выводить на низкие околоземные орбиты
корабли весом до 34 тонн, а на геостационарные — от
3 до 7 тонн (в зависимости от модификации
последней ступени).

По состоянию на 23 июля 2006
габаритно-технологический макет РН
«Энергия-М»
(217 ГК) находился внутри стенда динамических испытаний (СДИ),
объект 858 на площадке 112А Байконура, куда он был помещен на хранение после
окончания примерочных испытаний на УКСС в декабре 1991 г.
Напомню, что сейчас на дворе уже конец 2006 года, т.е. макет хранится 15 лет, в
течение которых у России так и не появился носитель подобной грузоподъемности —
проект РН «Ангара», который в предвзятом (как у нас заведено!) конкурсе
«опередил» «Энергию-М», последние годы откровенно буксует… Разумеется,
, но
отказ от нее и всего наследия программы «Энергия-Буран» привел к значительной
технологической деградации российской космонавтики. Например, мы фактически
потеряли водородные технологии…
Скажем больше — мы разучились делать большие ракеты. И вялотекущие работы по
«Ангаре» — лишнее тому подтверждение
23 июля 2006 г. макет РН «Энергия-М» выглядел так:

Более подробный рассказ о конструкции и
истории создания РН «Энергия-М»и других
модификациях РН «Энергия» смотри   в мемуарах Главного
конструктора Бориса Ивановича
Губанова (глава в томе 3
и глава в томе 4);

избранные материалы по
РН «Энергия-М» из книги
«Ракетно-космическая корпорация
«Энергия» имени С.П.Королева: 1946-1996″

Проблемы

При создании РН, построенной по схеме, существенно отличающейся от ранее реализованных, пришлось столкнуться с множеством сложных научно-технических и организационных проблем. Среди проблем, решенных в процессе создания МКС «Энергия — Буран» были:

• разработка схемы РН, на базе которой возможно построение целого ряда РН не только разной грузоподъемности, но и различного типа выводимых на орбиту грузов, в том числе многоразовых орбитальных кораблей;
• создание крупногабаритного с высокой степенью массового совершенства кислородно-водородного блока II ступени (блока Ц), позволяющего его использование в качестве базового при разработке перспективных ракетно-космических комплексов;
• освоение технологии работ с переохлажденным жидким водородом и средств обеспечения безопасности при его крупномасштабном применении, а также использование переохлажденного жидкого кислорода и охлажденного керосина;
• нейтрализация выбросов непрореагировавшего водорода в процессе запуска двигателей II ступени;
• разработка и внедрение новых конструкционных материалов, обладающих повышенными физико-механическими свойствами, новых теплоизоляционных и теплозащитных покрытий, обеспечивающих необходимые тепловые режимы в экстремальных температурных условиях, а также антистатических покрытий с заданными характеристиками проводимости;
• упрочнение алюминиевого сплава при криогенных температурах и создание стенда криогенно-статических испытаний;
• освоение технологии изготовления крупногабаритных вафельных конструкций, топливных баков большого диаметра с внедрением электронно-лучевой сварки, обеспечение чистоты топливных емкостей и неразрушающего контроля качества приклеивания теплоизоляции и теплозащиты;
• определение акустических характеристик без проведения огневых технологических испытаний;
• обеспечение прочности крупногабаритных конструкций РН в условиях существенного перепада температур в процессе стоянки и заправки;
• решение вопросов транспортировки крупногабаритных элементов конструкций РН самолетом-транспортировщиком 3М-Т;
• создание универсального комплекса стенд-старт, обеспечивающего экспериментальную огневую отработку и пуск РН, экспериментальной базы для отработки универсальных РН и их составных частей и разработки экспериментальных установок;
• создание производственной базы на полигоне с оборудованием технического комплекса и автоматизированной системы управления подготовкой и пуском.