"Энергия" (I)

Автор - Борис Иванович Губанов - главный конструктор самых мощных ракет в мире.

Он сумел обобщить свой уникальный опыт в историко-техническом труде "Триумф и трагедия "Энергии". Размышления главного конструктора", изданном его учениками и последователями в четырех книгах общим объемом более 1000 страниц. Книга, представляющая собой не просто мемуары, но и нечто гораздо большее, стала небольшим памятником большому Человеку.

Далее - одна из глав этой книги, которая так и называется - "Энергия"

                                                ******

Принципиальным отличием ракеты-носителя "Энергия" от системы "Спейс Шаттл" стала способность доставлять в космос не только многоразовый орбитальный корабль (в пилотируемом и непилотируемом вариантах), но и другие полезные грузы больших масс и габаритов.

"Энергия" - первая советская ракета, использующая криогенное горючее (водород) на маршевой ступени, и самая мощная из ракет, созданных в СССР. Оценить это можно, исходя из того, что "Энергия" обеспечивает выведение в космос аппаратов массой в пять раз больше, чем эксплуатируемый носитель "Протон", и в три раза - чем "Спейс Шаттл".

Эта транспортная космическая система создана на модульных блоках таким образом, что на ее основе могут быть построены различные ракеты среднего, тяжелого и сверхтяжелого классов, грузоподъемностью от 10 до 200 т, что позволяет обойтись минимальным количеством вновь разрабатываемых маршевых двигателей и ракетных блоков для составления целого спектра носителей. Было решено, что "Энергия" станет базовой системой. Базовая модель имеет стартовую массу 2400 т с учетом 2000 т топлива. Конечная масса 400 т включает массу полезного груза. Ракета "Энергия" состоит из центрального блока - второй ступени - и четырех периферийных блоков, составляющих первую ступень.

По проекту "Энергия" рассчитана на пуски по азимутам, соответствующим наклонениям орбит 51-83, 97, 101-104, 1100. Грузоподъемность ракеты-носителя "Энергия" на опорную орбиту высотой 200 км и различных наклонений для разного количества блоков первой ступени позволяла при двух блоках первой ступени выносить груз весом от 40 до 60 т, при восьми блоках - от 170 до почти 200 т.

В постановлении правительства о создании многоразовой космической системы "Буран" была предусмотрена и целесообразность разработки в 1979-1980 гг. технических предложений по перспективным средствам выведения. В ноябре 1977 г. постановлением правительства поручено было обеспечить развитие работ по созданию на базе многоразовой космической системы "Буран" и ее основных элементов сверхтяжелой ракеты-носителя.

В КБ НПО "Энергия" и головных смежных организациях были развернуты изыскательские и проектные работы по тяжелым и сверхтяжелым ракетам-носителям, создаваемым на базе ракетного комплекса "Буран". Выработалось направление разработок ракет-носителей грузового варианта "Буран-Т" (это ракета-носитель), где вместо орбитального корабля на те же связи навешивался грузовой контейнер, в котором размещался полезный груз. Масса полезного груза и приведенной части массы контейнера, то есть масса, отделяемая в конце участка, составляла 102 т. При этом структура ракетного пакета не отличалась от штатного варианта. Эта схема в наименовании приобрела дополнительный индекс - Т, то есть транспортный вариант, который позволял выводить на геостационарную орбиту аппараты массой до 18 т, к Луне - 32 т, к Марсу и Венере - около 28 m. Вариант с двумя блоками А и уменьшенным транспортным контейнером разрабатывался под наименованием "Гроза" или РЛА-125.

Сверхтяжелый носитель "Вулкан" разрабатывался по структуре пакета с восемью удлиненными блоками А и центральным блоком Ц с увеличенной заправкой. Грузовой отсек располагался в головной части центрального блока. Предусматривался "Вулкан" в основном для программ освоения Марса и полетов на другие планеты Солнечной системы.

В 1984 г., в декабре, постановлением правительства о программах создания ракетно-космических систем на 1986-1995 гг. были установлены сроки опытно-конструкторских работ: по "Бурану-Т" - 1986-1993 гг., "Вулкану" - 1990-1995 гг., к нему разгонный блок "Везувий" - 1991-1995 гг., "Гроза" - 1986 г.

Один из главных факторов, определивших качественный прогресс "Энергии", - новые мощные двигатели, прежде всего, двигатель (на кислороде-керосине) первой ступени с небывалой для советских двигателей тягой до 740 т у Земли и новый мощный двигатель второй ступени на водороде и кислороде с тягой 200 т вне атмосферы. При сжигании тонны водорода, как известно, выделяется в три раза больше энергии, чем от тонны керосина. Понадобились принципиально новые технические решения, совершенно новые технологии и материалы. Характеристики "новое" и "принципиально новое" относятся практически ко всем слагаемым системы "Энергия" - от конструкции самой ракеты до способов ее сборки и перевозки, от стартового комплекса до концепции автоматического управления, надежности, безопасности и испытаний.

Ракета выполнена по двухступенчатой схеме. Построенная по блочному принципу, она собрана в пакет вокруг центрального кислородно-водородного блока. Двигатели, однако, запускаются с двигателями первой ступени, в связи с чем, строго говоря, ракета считается полутораступенчатой. Боковые блоки - кислородно-керосиновые. Суммарная тяга двигателей в начале полета, на момент старта, около 3600 т - это, естественно, значительно больше (в полтора раза) стартового веса всей системы "Энергия" - "Буран". Общая длина ракеты-носителя "Энергия" - около 60 м (двадцатиэтажный дом).

"Буран" в этом ракетном комплексе фактически является третьей ступенью ракеты-носителя. К концу работы второй ступени ракеты-носителя "Энергия" полезный груз и орбитальный корабль самостоятельно, как и орбитальный корабль "Шаттл", добирают скорость за счет собственных двигателей. Приращения скорости - порядка 60 м/с достаточно, чтобы грузу выйти на опорную орбиту. Вторая ступень прекращает свою работу в тот момент, когда сохраняется возможность для ступени вернуться на землю по баллистической траектории. Расстояние от старта до этой точки, находящейся в акватории Тихого океана, примерно равно полупериметру земного шара. Вторая ступень не выводится на орбиту, чтобы не засорять космос.

В качестве третьей ступени могут использоваться и специальные разгонные ракетные блоки со своей системой управления, несущие полезную нагрузку, например, спутники, выводимые на геостационарную орбиту, или космические аппараты, направляемые к Луне и планетам Солнечной системы.РН "Энергия"

Ракетные блоки первой ступени скреплены силовыми связями с блоком второй ступени в двух поясах. Верхний пояс располагается на межбаковом отсеке блока второй ступени и носовых частях блоков первой ступени. В районе верхнего пояса силовой связи размещаются колодки электрической связи между этими блоками. Нижний пояс силовой связи располагается на хвостовом отсеке центрального блока и баке горючего блоков первой ступени. Для крепления полезных грузов к ракете-носителю на центральном блоке имеются два пояса связи, верхний пояс размещается на баке горючего. В районе верхнего пояса силовой связи размещена электрическая связь между ракетой-носителем и полезным грузом. Нижний пояс связи ракеты-носителя с полезным грузом располагается на хвостовом отсеке блока второй ступени и совпадает с нижним поясом силовой связи боковых блоков.

Ракета "Энергия" заправляется жидким водородом (102-105 т), жидким кислородом (1490 -1544 т) и керосином РГ-1 (342-356 т). Максимальная перегрузка в полете 3 единицы.

"Энергия", как универсальная система, которая может выводить различные аппараты, а также запускать межпланетные и лунные корабли, не имеет аналогов в мировой практике, и ее сравнение со "Спейс Шаттлом" правомерно только для случая выведения орбитального корабля "Буран". Вот некоторые сравнительные характеристики обеих систем.

Масса полезного груза, выводимого на опорную орбиту высотой 200 км, примерно одинакова: у "Бурана" - 30 т при наклонении орбиты 50,70, у "Спейс Шаттла" - 29,5 т при наклонении 280. Масса полезного груза, возвращаемого с орбиты на Землю, 15-20 т, американский "Челнок" может возвратить 14,5 т. Стартовая масса "Энергии" выше на 360 т. Это связано, во-первых, с "малольготным" наклонением орбиты, наличием эффективной системы безопасности полета экипажа. Длительность функционирования на орбите одинаковая - 7-30 суток. Первая ступень "Энергии" состоит из четырех жидкостных двигательных установок - блоков А. У "Спейс Шаттла" два твердотопливных ускорителя. На второй ступени "Энергии" - четыре двигателя, из которых один - практически резервный. У "американца" - 3 двигателя. Схема спасения блоков первой ступени "Энергии" - посадка на сушу, у "Спейс Шаттла" - на воду. Сборка "Спейс Шаттла" ведется вертикально. У нас и сборка, и перевозка на старт по спаренной железнодорожной колее производятся горизонтально с последующей установкой на старте в вертикальное положение.

          "Спейс Шаттл"                  "Энергия" - "Буран"

Конечная масса перед отделением орбитального корабля 178,5 т у "Энергии" и 153 т - у "Спейс Шаттла", масса после отделения - 105 и 114,3 т соответственно. Превышение массы челнока над кораблем после отделения получается, в основном, за счет того, что на его борту находится основная энергетическая установка - маршевые двигатели второй ступени. При приведенных к одинаковым условиях запуска "Бурана" и "Спейс Шаттла" - с наклонением 28,50 и высотой орбиты порядка 370 км, "Энергия" выводит груз тяжелее на полторы тонны. Однако конструктивное совершенство - это отношение массы полезного груза к начальной массе ракеты - у "Спейс Шаттла" составляет 1,45, в то время как у "Энергии" - 1,26. Это объясняется большим уровнем резервирования систем вплоть до двигателей, с учетом того, что, например, на первой ступени удельный импульс двигателей "Энергии" существенно выше, чем у твердотопливных ускорителей "Спейс Шаттла": у "Энергии" 308,6-336,2, а у челнока 262,2. Сухая масса первой ступени "Энергии" - блоков А - составляет 265,2 тонн, у "Спейс Шаттла" -163,8. В пересчете на один блок наша конструкция тяжелее, и в потерях полезного груза составляет 12,6 тонн, при этом существенная часть потерь падает на средства спасения блоков А - порядка 6 тонн полезного груза. Удельный импульс двигателей второй ступени примерно одинаков - 454-455 с. Конструктивное совершенство топливных отсеков вторых ступеней "Энергии" и "Спейс Шаттла" примерно одинаково: сухая масса отсеков 34-35 m.

Превышение массы второй ступени относительно проектных (заданных разработчиком) данных составляла в процентах: по корпусу - 10, двигателю - 15 и системе управления - 100. Система управления "Энергии" имела большую массу по сравнению с американской.

Несмотря на видимую близость многих основных характеристик, это - две заметно различающиеся космические системы. Одинаковы по существу функции орбитального корабля, его возможности по массе и габаритам полезного груза. Это было исходным положением. Разработчики, создавая эту систему, не стремились в условиях военного программного противодействия системе "Спейс Шаттл" и планам "звездных войн" разрабатывать что-либо особенно отличающееся от челнока, хотя варианты были. Далее все различно и объясняется разными техническими концепциями, разными промышленными возможностями сторон.

Но главное отличие - это все же универсальность. Здесь разработчики сделали точный расчет, их ход позднее подтвердил правильность направления. Хотя выбор этого направления происходил в стесненных рамках возможностей промышленности страны, транспорта, грузоподъемности авиации и ... организации столь сложной разработки. Как результат мы получили целый ряд проектов носителей на базе "Энергии". Другое дело, использовалась эта особенность или нет. С универсальностью связано много различий в частностях. В американском комплексе, например, существует единая система управления, в нашем - две независимые системы управления ракетой и кораблем. Кислородно-водородные двигатели "Энергии" установлены на ракетном блоке, у "Спейс Шаттла" они на самом корабле. Правда, здесь "Челнок" имеет преимущество как многоразовая система: корабль возвращается на Землю с водородными двигателями и системой управления. У нас же возвращается только, по существу, планер со своими системами. В этой связи позднее появятся у нас более экономные многоразовые схемы. Но, в отличие от "Спейс Шаттла", "Энергия" в нештатной ситуации может продолжать полет даже с одним работающим двигателем первой или второй ступени. Точнее - с вышедшим из строя двигателем и выключенным в полете. Твердотопливные двигатели первой ступени "Спейс Шаттла" такую возможность исключают.

                                                                 (окончание)