Skip to content
 

Каким быть космическому кораблю XXI века? Часть 6.2

«Энергия»

Начало этой статьи
Предыдущая статья
Первая статья серии

*

В декабре 1976 года была окончательно утверждена кооперация предприятий и организаций, создающих многоразовую космическую систему «Энергия»-«Буран». Основным заказчиком МКС выступало Минобороны; орбитальный корабль вело НПО «Молния» во главе с Лозино-Лозинским; НПО «Энергия», выступая в роли головного разработчика системы, одновременно стало непосредственным исполнителем всего комплекса работ по ракете-носителю.

Не путайте применяемую здесь аббревиатуру МКС – многоразовая космическая система – с МКС наших дней – Международной космической станцией! О последней в описываемое время и речи не было, не то что названия…

Статья 6. «Энергия» – универсальный носитель сверхтяжёлого класса. Продолжение

Ракета тогда ещё не называлась «Энергия» – её назвали так, по предложению Глушко, в 1987 году, незадолго до первого пуска. Тогда же орбитальный корабль получил наименование «Буран», и из этого родилось «открытое» наименование всего нового ракетно-космического комплекса – «Энергия-Буран».

А в 1976 году ракета имела промышленный индекс 11К25, а вся МКС – 1К11К25. Эскизный проект был утвержден Генеральным конструктором 12 декабря 1976 года, вызвал ряд замечаний, для устранения которых было выпущено Дополнение к нему. В середине 1977-го Дополнение было одобрено Советом главных конструкторов, результатом чего на следующем уровне стало Постановление Правительства от 21 ноября 1977 года, утвердившее основные этапы и мероприятия по обеспечению создания МКС.

Потом был Технический проект и Дополнение к нему по результатам экспертного обсуждения всеми заинтересованными сторонами, и наконец в середине 1979 года НПО «Энергия» приступило к полномасштабной разработке ракеты.

*

По схеме РЛА-130

Помните глушковскую РЛА-130 в предыдущей части, ту, которую он предназначал для достижения Луны? Ей и суждено было превратиться в «Энергию».

Пакетная схема

Штатная конфигурация ракеты-носителя представляла собой пакетную схему с расположением четырёх боковых блоков первой ступени (блоки А) вокруг центрального блока второй ступени (блок Ц) и боковой стыковкой полезной нагрузки. Одновременно разрабатывался стартово-стыковочный блок Я – опорно-силовой элемент для сборки ракеты и установки её на пусковое устройство стартовой позиции с обеспечением всех необходимых связей с последним.

Первая штатная конфигурация предназначалась для использования в составе МКС, но сама пакетная схема и её составные элементы позволяли строить целый ряд носителей под полезные нагрузки от 10 до 200 т – при изменении количества блоков А и использовании разных вариантов блока Ц. (Опять идеология РЛА…). При выборе параметров составных элементов учитывались реалии состояния имеющейся технологической базы и другие соображения. Так, диаметр блока Ц был выбран, исходя из возможностей наличествующего механообрабатывающего оборудования (блок большего диаметра был бы оптимальнее с точки зрения собственно конструкции ракеты); а диаметр блока А определился ограничениями, связанными с требованием о перевозке блоков железнодорожным транспортом.

Вот какой получилась ракета-носитель сверхтяжёлого класса «Энергия»: высота всей ракеты на старте 60 м, ширина 18 м; высота блока Ц 58,1 м, диаметр 7,7 м; высота блока А 38,3 м, диаметр 3.9.м. Стартовая масса (без полезного груза) – 2295 т.

*

Двигатели

Об основных характеристиках двигателей мы уже говорили в предыдущей статье серии: тяга четырёхкамерных ЖРД РД-170 (блоки А) составляет у земли 740 т, в вакууме 806,4 т; а каждого из четырех кислородно-водородных РД-0120, установленных на блоке Ц, – 146 т у земли и 190 т в вакууме.

РД-170

Надо сказать, что Валентину Глушко действительно удалось построить уникальный двигатель: РД-170 – не только самый мощный из существующих в мире ЖРД, но и с выдающимися удельными параметрами. По тяге он значительно превосходит «экс-чемпиона» – кислородно-керосиновый ЖРД первой ступени «Сатурна-5», развивавший максимум 680 т. А давление в камере сгорания у него равняется 245 бар, или около 250 атм (напомним: превосходный шаттловский SSME имеет 207 атм, а кислородно-керосиновый РД-107 первой ступени ракеты «Союз» – 60 атм). Причём стоит отметить, что и «американец», и «наш» рассчитывались на многократное применение, так что степень «выжимания максимума» из конструкции у них примерно одна и та же.

Сравнивать удельные импульсы РД-170 и SSME не имеет смысла – они работают на разных компонентах, и при сравнимой степени технического совершенства удельный импульс водородного двигателя всегда будет выше, чем керосинового. А вот перед тем же РД-107 двигатель блока А ракеты «Энергия» имеет очень заметное преимущество: 338 с у второго против 314 с у первого.

Создание РД-170 шло очень трудно, многие специалисты, а за ними и руководители, вообще полагали невозможным сделать такой мощный и высоконапряжённый по параметрам двигатель. Но упорство и высочайшая квалификация Глушко и его сотрудников всё же позволили построить действительно уникальный образец сложнейшей наукоемкой техники.

«Зенит»
РН «Зенит»

А ещё успеху немало способствовало то обстоятельство, что, параллельно с работами по «Энергии» в Москве, в Днепропетровске, в КБ «Южное», шла разработка носителя среднего класса «Зенит», первая ступень которого по заданию должна была иметь максимальную степень унификации с блоком А глушковской ракеты. В частности, для «Зенита» предназначался двигатель РД-171, являвшийся незначительной модификацией РД-170. «Зенит» шёл с опережением по отношению к «Энергии», поэтому многие результаты наземной и лётной отработки его первой ступени можно было «зачесть» для блока А. Особенно важное значение имели огневые стендовые испытания семи образцов первой ступени «Зенита» и её лётные испытания, начавшиеся в апреле 1985 года, – восемь из них прошли до первого пуска «Энергии».

Ещё один пример пользы, получаемой от разумных организационно-технических решений и взаимодействия между предприятиями, работающими по сходной тематике.

РД-0120

…Характеристики кислородно-водородного РД-0120 тоже весьма высоки. Его тяга меньше, чем у аналогичного по компонентам SSME (213,1 т в пустоте), но это следствие продуманного решения конструкторов: для повышения надёжности они предпочли поставить на блок Ц четыре двигателя меньшей тяги, чем каждый из трёх ЖРД шаттла – при примерном равенстве суммарной тяги всей двигательной установки. Тогда в случае неисправности одного из четырёх двигателей сохраняется возможность скомпенсировать потерю за счёт форсирования трёх оставшихся. В этом случае, в зависимости от участка траектории полёта, система управления обеспечивает нештатное выведение ОК на орбиту при сохранении возможности полного или частичного выполнения задачи пуска. Либо, если отказ двигателя произошел на более раннем этапе, приводит МКС в определённый район, где возможно отделение ОК с последующим его приземлением на посадочный комплекс космодрома.

Продолжая разговор о качествах РД-0120, надо подчеркнуть, что его удельный импульс лишь на самую малость меньше, чем у SSME – 454 с и 455,2 с соответственно. Но не надо забывать, что у нас это был первый кислородно-водородный двигатель столь большой мощности, а американцы уже имели в своем активе ЖРД с тягой 104 т, многократно отработавший в составе второй и третьей ступеней «лунного» носителя «Сатурн-5».

*

В ситуациях штатных и нештатных

Управление полётом ракеты по всем трём осям осуществляется за счёт отклонения вектора тяги маршевых двигателей обеих ступеней. Причём на первой ступени в качается двух плоскостях каждая их камер четырёхкамерного РД-170, а на второй качается каждый из четырёх однокамерных двигателей, и тоже в двух плоскостях. Приводы управления работают на газообразных компонентах основного топлива, развивают очень значительные усилия (50 т на блоках А и 33 т на блоке Ц) и обеспечивают точность, равную 1% от диапазона своего перемещения.

Параблок
Параблок

Блоки А отделяются от центрального блока попарно (это называется параблоком) при помощи специальных твердотопливных двигателей, команда на отделение выдаётся системой управления по признаку израсходования компонентов топлива в одном из блоков. По техническим требованиям боковые блоки разрабатывались как агрегаты многократного (не менее 10 раз) использования. Для этого была выбрана парашютно-реактивная система возвращения, состоящая из РДДТ разделения параблока на отдельные блоки и РДТТ мягкой посадки, парашютной группы, посадочного устройства и системы управления возвращением. Отработка технологии возвращения должна была производиться поэтапно, в первых пусках оно не предусматривалось, но некоторые элементы системы возвращения были установлены для их отработки, и, для обеспечения штатной аэродинамики, были установлены все обтекатели наружных агрегатов этой системы.
На центральном блоке система управления в расчётной точке выключает по очереди диаметрально расположенные пары двигателей, после чего происходит расстыковка узлов связи с полезным грузом.

Интересная деталь, характеризующая отечественный подход к обеспечению безопасности космической техники. Принципиальной особенностью системы аварийной защиты двигателей РН «Энергия» является то, что она способна отключить двигатель, если параметры его функционирования выходят за заданные пределы. Это в большинстве случаев даёт возможность «погасить» аварийный двигатель, не дожидаясь его катастрофического разрушения. В некоторых случаях одновременно отключается диаметрально расположенный двигатель, если это необходимо для сохранения управляемости всей системы. И в результате оказывается возможным либо выведение орбитального корабля на орбиту, пусть и нештатную, либо манёвр приведения МКС в заданный район, где можно или отделить ОК с обеспечением его посадки на ВПП, или, в более тяжёлом случае, спасти экипаж путём катапультирования.

Если бы подобная система была предусмотрена для шаттлов, то, может быть, не погиб бы OV-099 «Челленджер»…

*

Канун…

В декабре 1982 года в монтажно-испытательном корпусе на космодроме Байконур была проведена первая сборка (по нештатной технологии) пакета ракеты-носителя – экспериментальной технологической ракеты 4М. С этого начался путь к первому пуску – огромная многоэтапная работа, включавшая разнообразные, нарастающие по сложности испытания нескольких экспериментальных экземпляров ракеты, отладку и проверку наземного проверочного-пускового и технологического оборудования, отработку операций с ракетой на технической и стартовой позициях, доводку эксплуатационной документации, обучение и оттачивание навыков бригад технического обслуживания и стартовых расчётов.

«Энергия» в МИКе

Сборка РН «Энергия» в монтажно-испытательном корпусе на Байконуре

Завершилось все это в сентябре 1986 года комплексными испытаниями на стартовом комплексе, включавшими заправку штатными компонентами топлива. По их результатам, с учётом неготовности лётного экземпляра «Энергии», было решено провести первый испытательный старт, взяв для него один из экспериментальных образцов ракеты, и, в качестве полезной нагрузки, уже имеющийся космический аппарат «Скиф-ДМ».

Окончание следует

***

Ещё о космосе:

Прошло 30 лет, и нам опять хочется на Луну

Трудности и надежды «космического каботажа»

И снова здравствуйте

Мои поздравления Европейскому космическому агентству!

Просто помечтать, или кто кого обманет?

Кто кого обманет, вторая серия

В 90-е годы мы тоже создавали новую космическую технику

Ракета на заднем дворе

И не важно, есть ли у ракеты задний мост

Полетел шестой турист, и вообще всё в порядке

Три романтики Байконура

Написать отзыв

CAPTCHA изображение
*