Советская ракета-носитель “Энергия” сверхтяжёлого класса
«Энергия» (индекс ГРАУ — 11К25) — советская ракета-носитель сверхтяжёлого класса, разработанная НПО «Энергия». Самая мощная из советских ракет-носителей и одна из самых мощных в мире, наряду с «Сатурном-5», «Н-1» и «Спейс Шаттлом».
Ракета-носитель являлась составной частью советской многоразовой транспортной космической системы (МТКС) «Энергия — Буран», но, в отличие от аналогичной американской МТКС «Спейс Шаттл», могла использоваться автономно для доставки грузов больших масс и габаритов в околоземное пространство, на Луну, планеты Солнечной системы, а также для пилотируемых полетов, её создание связывалось с советскими планами широкого промышленного и военного освоения космоса. [1]
Макет ракеты-носителя «Энергия» с МТКК «Буран» / Фото: ru.wikipedia.org
Выполнена по двухступенчатой пакетной схеме с боковым расположением четырёх блоков первой ступени вокруг центрального блока второй ступени. Впервые в СССР использовалось криогенное горючее (водород на второй ступени). Полезная нагрузка устанавливается на боковой поверхности второй ступени. Конструктивными особенностями являются блочно-модульный принцип компоновки, позволяющий на основе блоков первой и второй ступеней создавать носители среднего и тяжелого класса грузоподъемностью от 10 до 200 т. В связи с планами использования «Энергии» для пилотируемых полетов на ракете применялись различные методы повышения надежности, живучести и безопасности, такие как 3- и 4-кратное дублирование важных систем и возможность управляемого полета при отказе одного из двигателей на любом участке траектории.
Разработка
Была создана как универсальная перспективная ракета для выполнения различных задач:
- носитель для МТКК «Буран»[2]
- носитель для обеспечения пилотируемых и автоматических экспедиций на Луну и Марс
- для запуска орбитальных станций нового поколения
- для запуска сверхтяжёлых геостационарных спутниковых платформ
- для запуска тяжёлых военных грузов
Работы по программе «Энергия—Буран» начались в 1976 году, сразу после закрытия программы Н-1. [3] 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».
Транспортировка элементов ракетной системы специальном самолёте-транспортировщике ВМ-Т «Атлант» / Фото: fishki.net
Блоки ракеты доставлялись на специальном самолёте-транспортировщике ВМ-Т [3] с 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.
Транспортировка элементов ракетной системы специальном самолёте-транспортировщике ВМ-Т «Атлант»
Было выполнено лишь два пуска этого уникального комплекса:
- 15 мая 1987 с экспериментальной нагрузкой: спутник «Полюс» (массогабаритный макет «Скиф-ДМ», прототип орбитальной лазерной платформы), не выведен на орбиту из-за сбоя системы ориентации самого КА
- 5 ноября 1988 в составе комплекса МТКК «Буран»
В проведении пусков комплекса было задействовано большое количество представителей различных ракетно-космических предприятий СССР и войсковых частей.
На старте РН «Энергия» с нагрузкой «Полюс» (макет «Скиф-ДМ») / Фото: Buran.ru
На старте РН «Энергия» в составе комплекса МТКК «Буран» / Фото: Ukr-prom.com
Разработка боевой лазерной станции "Скиф", предназначенной для поражения низкоорбитальных космических объктов бортовым лазерным комплексом, началась в НПО "Энергия", но в связи с большой загрузженностью НПО с 1981 года тему "Скиф" по созданию лазерной боевой станции передали в ОКБ-23 (КБ "Салют") (генеральный директор Д.А. Полухин). Этот КА с лазерным бортовым комплексом, который создавался в НПО "Астрофизика", имел длину ок. 40 м и вес 95 т. Для запуска КА "Скиф" предлагали использовать РН "Энергия".
Полезная нагрузка - КА "Полюс" / Фото: Buran.ru
18 августа 1983 года Генеральный секретарь ЦК КПСС Ю.В. Андропов сделал заявление о том, что СССР в одностороннем порядке прекращает испытания комплекса ПКО - после чего все испытания были прекращены. Однако с приходом М.С. Горбачева и объявлением в США программы SDI работы по противокосмической обороне были продолжены. Для испытаний лазерной боевой станции был спроектирован динамический аналог "Скиф-Д", длиной ок. 25 м и диаметром 4 м, по внешним габаритам он был аналогом будущей боевой станции. "Скиф-Д" был выполнен из толстолистовой стали, внутренние переборки дополняли и набирали вес. Внутри макета - пустота. По программе полета он должен был приводниться вместе со второй ступенью "Энергии" в акватории Тихого океана.
25 лет со дня запуска комплекса «Энергия-Скиф»
Несмотря на прекращение эксплуатации этого носителя, технологии, разработанные для «Энергии», используются и в настоящее время: двигатель боковых блоков «Энергии» РД-170, самый мощный жидкостный двигатель в истории космонавтики, используется (под обозначением РД-171) на первой ступени ракеты-носителя «Зенит» (в том числе в проекте «Морской старт»), а двухкамерный двигатель РД-180 (фактически «половинка» РД-171), спроектированный на основе РД-171, — в американской ракете Атлас-5. Самый маленький вариант — однокамерный РД-191 — используется в новой перспективной российской ракете «Ангара».
В двадцатую годовщину первого старта, 15 мая 2007 г., в средствах массовой информации прозвучало мнение, что при наличии средств и задела современной российской космической промышленности потребовалось бы 5—6 лет для возрождения «Энергии».
20 августа 2012 года РКК «Энергия» заявила о желании участвовать в тендере на разработку ракеты-носителя тяжёлого класса, которая может занять 5—7 лет. Однако РКК «Энергия» заявку на участие в тендере не подала, его выиграл Российский Центр имени Хруничева.
В августе 2016 г. в СМИ появилась информация, что в госкорпорации «Роскосмос» приступили к проектированию новой ракеты сверхтяжёлого класса, создать которую планируется, используя задел программы «Энергия-Буран», в частности, двигатели РД-171.
«Энергия» – советская сверхтяжелая ракета-носитель. Она была одной из трех самых мощных когда-либо построенных ракет того же класса – «Сатурна V», а также злополучной ракеты Н-1, которую она должна была заменить. Другим главным предназначением ракеты было выведение на орбиту советского космического корабля многоразового использования, что отличало его от американского, взлетавшего с помощью своих собственных двигателей, питаемых большим внешним топливным баком. Хотя в 1987-1988 годах «Энергия» дважды побывала в космосе, после этого запуски больше не проводились, несмотря на то, что в Советском Союзе она должна была стать основным средством доставки грузов на орбиту XXI века. [5]
Схема РН «Энергия» с полезной нагрузкой / Изображение: a402-bgtu.narod.ru
Схема РН «Энергия» с МТКК «Буран» / Изображение: a402-bgtu.narod.ru
Лунный плацдарм
После того как Валентин Глушко [6] возглавил ЦКБЭМ (бывший ОКБ-1), сменив опального Василия Мишина, он в течение 20 месяцев работал над созданием лунной базы, основанной на модификации ракеты «Протон» конструкции Владимира Челомея, в которой использовались самовоспламеняющиеся двигатели Глушко.
Академик Валентин Глушко / Фото: rusplt.ru
Биографическая справка
Валентин Петрович Глушко (укр. Валентин Петрович Глушко; 20 августа (2 сентября) 1908, Одесса — 10 января 1989, Москва) — советский инженер и учёный в области ракетно-космической техники. Один из пионеров ракетно-космической техники, основоположник советского жидкостного ракетного двигателестроения. Главный конструктор космических систем (с 1974), генеральный конструктор многоразового ракетно-космического комплекса «Энергия — Буран», академик АН СССР (1958; член-корреспондент с 1953), лауреат Ленинской премии, дважды лауреат Государственной премии СССР, дважды Герой Социалистического Труда (1956, 1961). Член ЦК КПСС (1976—1989).
К началу 1976 года, однако, руководство СССР решило остановить лунную программу и сосредоточиться на советском космическом корабле многоразового использования, так как американский челнок рассматривался как военная угроза со стороны США. Хотя в конечном итоге «Буран» будет сильно похож на конкурента, В. Глушко внес одно существенное изменение, которое позволило ему сохранить свою лунную программу.
Ракета носитель «Энергия» и МТКК «Буран» / Фото: fb.ru
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.
В. 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.
«Буран» и «Шаттл»: такие разные близнецы / Изображение: topwar.ru
Третье поколение
Что из себя представляет ракета-носитель «Энергия»? Ее разработка началась, когда Глушко возглавил ЦКБМ (на самом деле название «Энергия» использовалось в наименовании недавно реорганизованного отдела НПО задолго до создания ракеты) и принес с собой новую конструкцию ракетного летательного аппарата (РЛА). В начале 1970 годов Советский Союз имел не менее трех ракет – модификации Н-1, Р-7, «Циклон» и «Протон». Все они конструктивно отличались друг от друга, поэтому стоимость их обслуживания была относительно высокая. Для третьего поколения советских космических летательных аппаратов требовалось создать легкие, средние, тяжелые и сверхтяжелые ракеты-носители, состоящие из одного общего набора компонентов, и РЛА В. Глушко подходил на эту роль.
Серия РЛА уступила «Зенитам» ОКБ Янгеля, но у этого бюро тяжелые ракеты-носители отсутствовали, что давало возможность продвижению «Энергии». Глушко взял свою конструкцию РЛА-135, которая состояла из большого основного разгонного модуля и отделяемых ускорителей, и снова предложил ее вместе с модульной версией «Зенита» в качестве ускорителей и основной новой ракетой, разработанной в его бюро. Предложение было принято - так родилась ракета-носитель «Энергия».
Королев был прав
Но В. 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.
Тяжелые ракеты носители / Изображение: fb.ru
10 лет разработок
В течение следующих десяти лет (это долго, но не слишком: на разработку «Сатурна V» ушло семь лет) НПО «Энергия» разработала массивную основную ступень. Боковые ускорители были относительно легче, меньше и использовали двигатели на жидком кислороде и керосине, в создании которых СССР имел большой опыт, так что вся ракета была готова к первому полету в октябре 1986 года.
Конструкция 15 июня 1988 года с космодрома Байконур успешно стартовала в космос самая мощная в мире ракета-носитель "Энергия". Она была разработана в одноименном подлипкинском КБ под руководством Генерального конструктора В. Глушко. Энергия могла выводить в космос полезную нагрузку весом в 100 тонн - 2 железнодорожных вагона! И, хотя по решению Правительства СССР, она предназначалась для вывода на орбиту нашего корабля многоразового использования Буран, эта ракета была универсальной и могла использоваться для полетов на Луну и к другим планетам.
Тайны забытых побед. 30. Забвение Бурана.
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 остается 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 трехступенчатую 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 объединенная 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.
Проектировавшиеся варианты
В дополнение к базовому варианту ракеты проектировались 3 основных модификации, рассчитанные на вывод полезной нагрузки различной массы.
Энергия-М «Энергия-М» (изделие 217ГК «Нейтрон») [7] была наименьшей ракетой в семействе, с уменьшенной примерно в 3 раза грузоподъёмностью относительно РН «Энергия», то есть с грузоподъёмностью 30-35 тонн на НОО.
«Энергия-М» (изделие 217ГК «Нейтрон») / Изображение: topwar.ru
Число боковых блоков было уменьшено с 4 до 2, вместо 4 двигателей РД-0120 на центральном блоке был установлен только один. В 1989—1991 гг. проходила комплексные испытания, планировался запуск в 1994 году. Однако в 1993 году «Энергия-М» проиграла государственный конкурс (тендер) на создание новой тяжёлой ракеты-носителя; по итогам конкурса было отдано предпочтение ракете-носителю «Ангара» (первый запуск состоялся 9 июля 2014 года). Полноразмерный, со всеми составляющими компонентами макет ракеты хранился на Байконуре.
Энергия II (Ураган)
«Энергия II» (также называемая «Ураган») [8] проектировалась как полностью многоразовая. В отличие от базовой модификации «Энергии», которая была частично многоразовой (как американский Спейс шаттл), конструкция «Урагана» позволяла возвращать все элементы системы «Энергия» — «Буран», аналогично концепции Space Shuttle.
«Энергия II» (также называемая «Ураган») / Изображение: ribalych.ru
Центральный блок «Урагана» должен был входить в атмосферу, планировать и садиться на обычный аэродром. Вулкан (Геркулес)
Наиболее тяжёлая модификация: её стартовая масса составляла 4747 т. Используя 8 боковых блоков и центральный блок «Энергии-М» в качестве последней ступени, ракета «Вулкан» [9] (кстати, это название совпадало с названием другой советской тяжёлой ракеты, разработка которой была отменена за несколько лет до этого) или «Геркулес» (что совпадает с проектным именем тяжёлой ракеты-носителя РН Н-1) должна была выводить до 175-200 тонн на низкую околоземную орбиту.
Модификация ракеты «Энергия» РН «Вулкан» («Геркулес») / Фото: www.kulch.spb.ru
Изображение: www.kulch.spb.ru
С помощью этой колоссальной ракеты планировалось осуществлять наиболее грандиозные проекты: заселение Луны, строительство космических городов, пилотируемый полет на Марс и т. д.
Оценка проекта Дмитрием Ильичем Козловым, советским и российским конструктором ракетно-космической техники.
Дмитрий Козлов дважды Герой Социалистического Труда, генеральный конструктор Центрального специализированного конструкторского бюро («ЦСКБ-Прогресс»), член-корреспондент Российской академии наук (1991; член-корреспондент АН СССР с 1984 года)
Дмитрий Козлов / Фото: www.warheroes.ru
Слова Дмитря Козлова по поводу проекта «Энергия-Буран»: «Через несколько месяцев после того, как В. П. Глушко был назначен на место главного конструктора, возглавляемому им НПО «Энергия» было поручено проектирование новой мощной ракеты-носителя, а заказ на её изготовление министерство передало Куйбышевскому заводу «Прогресс». Вскоре после этого у меня с Глушко произошёл долгий и очень тяжёлый разговор о путях дальнейшего развития советской ракетно-космической отрасли, о перспективах работы куйбышевского филиала № 3, а также о комплексе «Энергия-Буран». Я тогда ему предлагал вместо этого проекта продолжить работу по ракете Н1. Глушко же настаивал на создании «с нуля» нового мощного носителя, а Н1 называл вчерашним днём космонавтики, уже никому больше не нужным. К единому мнению мы с ним тогда так и не пришли. В итоге мы решили, что возглавляемому мной предприятию и НПО «Энергия» больше не по дороге, поскольку мы расходимся во взглядах на стратегическую линию развития отечественной космонавтики. Это наше решение нашло понимание на самом верху тогдашнего правительства страны, и уже вскоре филиал № 3 был выведен из подчинения НПО «Энергия» и преобразован в самостоятельное предприятие. С 30 июля 1974 г. оно именуется Центральным специализированным конструкторским бюро (ЦСКБ). Как известно, проект «Энергия-Буран» в 80-х годах всё же был реализован, причём это снова потребовало от страны больших финансовых затрат. Именно поэтому Министерство общего машиностроения СССР, в структуру которого входило и наше предприятие, было вынуждено неоднократно изымать из бюджетов завода «ЦСКБ-Прогресс» и ЦСКБ немалую часть ранее выделенных нам средств. Поэтому ряд проектов ЦСКБ из-за недофинансирования тогда не был выполнен в полном объёме, а некоторые из них вообще являются нереализованными. Ракета «Энергия» в первый раз взлетела с габаритно-весовым макетом на борту (объект «Полюс»), второй раз — с кораблём многоразового использования «Буран». Больше ни одного пуска «Энергии» произведено не было, и в первую очередь по достаточно прозаичной причине: в настоящее время в космическом пространстве просто нет объектов, для обслуживания которых понадобились бы полёты (кстати, очень дорогие) этой огромной ракеты грузоподъёмностью свыше 100 тонн.»
Интересные факты
- Две чёрные «шашечки» на борту ракеты — точки лазерной телеметрии и коррекции. Предстартовая подготовка РН «Энергия» с ОК «Буран» была прекращена примерно за 50 сек до старта, прошла команда АПП («аварийное прекращение пуска») из-за нештатного отхода платы прицеливания (под чёрными шашечками). В журнале «Техника — молодёжи», посвящённом пуску, на обложке была нарисована «Энергия» в полёте с неотстыкованной платой прицеливания.
- Поскольку конструкция ракеты не обладала достаточной прочностью для транспортировки пустых баков в горизонтальном положении, во всех случаях подобной транспортировки, в том числе и воздушной, баки находились под давлением. На самолёте-транспортировщике также была установлена система наддува.
- В то же время прочностные характеристики ракеты, её система управления позволили вывести ОК «Буран» в штормовых условиях. На момент старта скорость приземного ветра была 20 м/сек, а на высоте 20 км не менее 50 м/сек.
- По состоянию на 2012 год, РН «Энергия» является единственной советской и российской ракетно-космической системой, которая принципиально могла использовать в качестве топлива жидкий водород на всех этапах выведения полезной нагрузки на околоземную орбиту.
Изображение: www.kulch.spb.ru
Тактико-технические показатели
| Общие сведения | |
| Страна | СССР |
| Индекс | 11К25 |
| Назначение | ракета-носитель |
| Разработчик | НПО "Энергия" |
| Изготовитель | завод "Прогресс" |
| Основные характеристики | |
| Количество ступеней | 2 |
| Длина, м | 59 |
| Диаметр (максимальный), м | 16 |
| Стартовая масса, т | 2 400 |
| Масса полезной нагрузки: | |
| на НОО, т: | Энергия: 100 (проектная); Вулкан: 200 (проектная) |
| на ГСО, т | Энергия: 18 (проектная) |
| История запусков | |
| Состояние | программа закрыта |
| Число запусков | 2 |
| успешных | 2 |
| Первый запуск | 15 мая 1987 года |
| Последний запуск | 15 ноября 1988 года |
| Ступени | |
| Ускоритель (Ступень 0) | А (11С771) |
| Количество ускорителей, шт | 4 |
| Маршевый двигатель | РД-170 |
| Тяга. Тс (МН) | 740 → 806,2 (7,55 → 7,89) |
| Удельный импульс. с | 309,5 → 337,2 |
| Время работы, с | 140 |
| Горючие | керосин |
| Окислитель | кислород |
| Первая ступень | Ц |
| Маршевые двигатели | 4 × РД-0120 |
| Тяга. Тс (МН) | 591 → 760 (5,8 → 7,5) |
| Удельный импульс. сек | 353,2 → 455 |
| Время работы. сек | 480 |
| Горючие | водорол |
| Окислитель | кислород |
