«Ангара»: рождение ракеты

России, как известно, не слишком повезло с географией. Это ощущается даже в космосе: львиную долю своих запусков самая северная космическая держава мира вынуждена совершать с территории другого государства. И дело даже не в том, что отошедший Казахстану Байконур был самым развитым на территории СССР: он просто южнее расположен. 

В самом деле, если запускать ракету-носитель в восточную сторону, ей будет помогать само вращение Земли. Дополнительный импульс, который оно создает, помогает при том же расходе топлива выводить на орбиту больше полезной нагрузки. И чем ближе к экватору – тем более заметна эта помощь. Недаром все страны мира стремятся располагать свои космические площадки как можно южнее. Европейцы пошли здесь дальше всех, и все масштабные старты ESA проводит с космодрома Куру, расположенного аж в Южной Америке, во Французской Гвиане – зато всего в 500 км от экватора. 

Величина этой дополнительной скорости на экваторе составляет 465 м/с, на широте космодрома Байконур – 315 м/с, а вот для космодрома Плесецк, находящегося в Архангельской области – всего 211 м/с. Отправлять отсюда аппараты на дальнюю геостационарную орбиту пока просто невозможно. Тяжелые «Протоны» могут стартовать только с Байконура, и российская космонавтика во многом остается привязанной к казахстанскому космодрому. 

Бывший советский дальневосточный космодром Свободный переезжает и расширяется: новый российский космодром Восточный станет намного крупнее своего предшественника, который располагался неподалеку. С 2007-го года, когда Свободный был расформирован, и с 2011-го в окрестностях поселка Углегорск в Амурской области идет активное строительство. 

Дальний Восток был выбран местом расположения нового космодрома неслучайно. С одной стороны, в этом районе уже имеется достаточно хорошо развитая система железнодорожных и автомагистралей. С другой – начальные участки полета ракет, самые опасные с точки зрения аварий и неизбежно связанные с падением отработавших частей носителей, пройдут над малонаселенными районами страны. 

Планируется, что уже на первом этапе Восточный будет иметь две пусковые установки для ракет-носителей легкого и среднего классов, заводы для производства жидких кислорода, азота и водорода, аэродром, объекты для предполетной подготовки космонавтов и предстартовых испытаний космических аппаратов – и это не считая инфраструктурных, жилых и других площадок.

Так что стремление научиться полнос­тью обходиться силами, имеющимися внутри страны, стало одной из ключевых причин разработки новых ракет-носителей космического назначения. Запуски должны производиться с больших космодромов на территории России – как действующих, преж­де всего, Плесецка, так и будущих – речь, конечно, о космодроме Восточный в Амурской области. 

Однако стартовой площадкой это стремление не ограничивается: другой задачей стало создание ракетного комплекса, который был бы на 100% спроектирован и изготовлен предприятиями России, что обеспечит независимость и безопасность космической отрасли страны. 

Но каким должен быть этот носитель? Прежде всего, можно учесть две ключевые проблемы, которыми, увы, страдают имеющиеся в распоряжении Роскосмоса носители. Первая из них – экологическая: и в «Протонах», и в других спроектированных в СССР тяжелых носителях используется токсичный гептил. Двигатели новой ракеты должны использовать «экологически чистое» топливо, например, на основе керосина (с жидким кислородом в качестве окислителя). 

Вторая проблема – проблема унификации. Советские конструкторы могли позволить себе «разбрасываться», и до сих пор российская космонавтика использует целый набор ракет-носителей, элементы которых несовместимы друг с другом, и каждый требует «особого подхода», отдельной технологической цепочки и производства. «Протоны» и «Союзы», «Зениты» и «Рокоты», «Днепры» и «Космосы» – на смену всему этому должна прийти одна ракета. 

Универсальная, способная и задешево вывести небольшой спутник на низкую околоземную орбиту, и отправить грузовой корабль на МКС, и – рано или поздно об этом придется задуматься – пилотируемые экспедиции к Луне и Марсу. Как добиться и унификации компонентов, и универсальности эксплуатации? Очень просто: ракета должна быть модульной. Она должна собираться, как конструктор, из отдельных заранее готовых частей, в зависимости от конкретной задачи. От легкой одноступенчатой до тяжелой, в несколько раз крупнее и мощнее ее – она должна стать целым семейством носителей, которые изготавливаются из универсальных ракетных модулей.

Эти задачи были обрисованы еще 20 лет назад, и уже в 1995 году президент РФ Борис Ельцин подписал указ «О разработке космического ракетного комплекса “Ангара”». Первоначально первые испытания планировалось провести уже в 2005-м году, причем разные блоки системы были отданы в ведение разных предприятий, хотя головной организацией выступал Центр имени Хруничева, главный российский производитель ракет космического назначения. 

Однако уже в 1997-м стало ясно, что облик будущая система должна иметь другой. Интересно, что вскоре тогдашний первый заместитель Центра имени Хруничева Александр Медведев защитил докторскую диссертацию по методологии создания унифицированных ракет-носителей. Двумя годами спустя он был назначен главой предприятия: задачи были определены, исполнители выбраны, началась работа. 

Николай Моисеев, член Военно-промышленной комиссии при правительстве РФ, заявил СМИ: «Это не значит, что мы отказываемся от дальнейшего использования космодрома Байконур, он по-прежнему востребован, по-прежнему используется в гражданских целях. Но должен сказать, что к настоящему времени военнослужащих на Байконуре не осталось, он полностью перешел под гражданскую юрисдикцию, там главным является Роскосмос, а военные совершенно справедливо поставили в свое время перед руководством страны задачу, чтобы была возможность в любое время, на основе тех решений, которые принимаются руководством страны, его военным руководством, осуществить запуск любого спутника с российской территории. В данном случае шла речь о космодроме Плесецк». 

В 2008-2009 годах прошли испытания универсальных ракетных модулей УРМ-1, как «холодные», так и «огневые», с запуском реактивного двигателя РД-0124А-И, работа которого имитировала циклограмму реального полета. К 2011 году завершились наземные испытания двигателя РД-191, который станет для «Ангары» «родным», и УРМ тестировались и с ним. Параллельно разрабатывались и испытывались агрегаты для транспортировки и установки «Ангары» на старт. По некоторым оценкам, общая стоимость работ, включая возведение наземных площадок, составит порядка 100 млрд рублей. 

«Проблема была не техническая, – считает Николай Моисеев. – Безусловно, эта задача в условиях, когда мы имели в 1990-е годы хроническое недофинансирование, откладывалась на потом… С 1994-го года, с момента принятия решения о разработке, в течение 12 лет было выделено на проект где-то около 4% от необходимой суммы. Финансирование пошло фактически с 2006-го года, поэтому тут удивляться не нужно». 

Долгожданный первый старт состоялся 9 июля 2014 года двухступенчатая «Ангара – 1.2ПП» стартовала с космодрома Плесецк в Архангельской области. Спустя 21,5 минуты она успешно доставила свой груз – весящий 1430 кг габаритно-массовый макет полезной нагрузки – на полигон Кура, расположенный на Камчатке.

Как мы уже знаем, носители «Ангары» будут модульными – для этой цели разрабатываются два типа универсальных ракетных модуля, УРМ-1 и УРМ-2. Легкая «Ангара-1.2» будет состоять всего из одного УРМ, а самая тяжелая «Ангара-А7» – уже из семи. «Этого в мировой космонавтике еще не было, – сказал Николай Моисеев. – Один технический комплекс, одна пусковая установка позволяют запускать все три типа «Ангары». Это абсолютное ноу-хау». 

При этом каждый модуль оснащается однокамерным кислородно-керосиновым жидкостным реактивным двигателем РД‑191, созданным на базе четырехкамерного РД‑171, который применялся на тяжелой советской ракете «Энергия». РД-191 не просто уже испытан, он имеет «опыт» и реальных полетов: такой двигатель применяется в южнокорейской ракете KSLV-1, точнее – в ее первой ступени. Несмотря на то, что ее запуски в 2009 и 2010 годах закончились аварийно, первая ступень в обоих случаях отработала штатно. 

Лишь тяжелая версия «Ангары» будет иметь свой особый модуль – УРМ-2, который займет центральное положение в комплексе и, возможно, потребует своего отдельного двигателя (или модернизации РД-191). Лишь эта модификация потребует сооружения себе особенного стартового стола. 

Ближайшими зарубежными аналогами «Ангары» можно назвать французскую ракету-носитель Ariane-5, китайскую CZ-11 и, конечно, американскую Falcon, в конструкции которой также реализован модульный принцип, хотя и не настолько широко. 

Разработчиком РН Falcon («Сокол») выступает известная частная компания SpaceX, принадлежащая основателю платежной системы PayPal, миллиардеру Илону Маску (Elon Musk). В отличие от «Ангары», «Соколы» уже совершают реальные полеты – хотя и в версии «соколят». Впрочем, самой легкой, подобной «Ангаре 1.1» модификации для нее не предусмотрено. По характеристикам рабочая двухступенчатая версия Falcon 9 больше всего напоминает будущую среднюю «Ангару А5»: при стартовой массе более 500 т она позволяет вывести на геопереходную орбиту до 4,8 т полезного груза. 

К настоящему моменту Falcon 9 совершила 30 стартов, из которых большинство прошли полностью успешно, а два – в октябре 2012 года и в сентябре 2016 года – закончились потерей попутной нагрузки. 

Такой вариант сможет выводить на ту же геопереходную орбиту уже до 21,2 т, на низкую – до 53,0 т. Это заметно больше даже будущей «Ангары А7». По обещанию Илона Маска, Falcon Heavy станет самой мощной ракетой на Земле и будет уступать лишь знаменитым циклопам Saturn V, которые когда-то использовались США для полетов на Луну. 

Китайская ракета CZ-11, как это привычно для продукции КНР, не совсем конкурент «Ангаре» – она использует гептильное топ­ливо, о недостатках которого мы уже знаем. Однако Falcon будет, все-таки, не единственным зарубежным конкурентом нашим новым ракетам: Европа уже пользуется средними носителями Ariane-5. И хотя европейский носитель использует маршевый двигатель, работающий на кислород-водородном топливе, и имеет даже пару твердотопливных ускорителей, что заметно отличает его от «Ангары», функционально они близки. 

На высокие геостационарные орбиты она доставлять грузы неспособна. Зато этот 777-тонный носитель, готовый отправить на геопереходную орбиту до 10 т полезной нагрузки, имеет внушительный послужной список. Начиная с 1996 года Ariane-5 уже совершил 90 стартов, из которых 87 закончились полным успехом – чтобы набрать такую статис­тику, «Ангаре» потребуется не один год. 

Впрочем, пока «Ангара» лишь начинает свою жизнь – и надеемся, она окажется долгой. Лишь время и опыт покажут, как будет чувствовать себя новая российская ракета в работе и как будет выглядеть на фоне «зарубежных родственников». Во всяком случае, есть все шансы на то, что мы сможем гордиться новорожденным.  

Статья опубликована в журнале Naked Science №15. 

Источник