2018

Сверхтяжелый космос

 Незадолго до президентских выборов все информационные агентства процитировали слова Владимира Путина о полетах к Луне и Марсу: «Мы сейчас будем там осуществлять беспилотные, а потом и пилотируемые пуски – для исследования дальнего космоса, и лунная программа, затем исследование Марса. Первое совсем скоро, в 2019 году. Потом собираемся запустить в сторону Марса миссию». Итак, Путин поставил перед отечественной ракетно-космической отраслью задачу создания техники, способной доставить миссию на Луну и Марс.

Нельзя не отметить, что задача эта не нова – впервые она была сформулирована в постановлении ЦК КПСС и Правительства СССР № 1386-618 от 10.12.1959 «О создании АМС для посадки на Луну, полетах к Венере и Марсу». Год спустя назначили дату первого пилотируемого полета к Марсу – 8 июля 1971-го. Реализация этих планов требовала решения сложнейших проблем, и среди прочих – создания тяжелых космических ракет, систем долгосрочного (продолжительность полета к Марсу и обратно оценивалась в два года) жизнеобеспечения экипажа и защиты его от солнечной радиации.

Таким образом, еще до полета Ю.А. Гагарина советские конструкторы получили задачу отправить человека на Марс и Венеру (особо отметим, что на Луну первоначально планировалось оправить только АМС – автоматическую межпланетную станцию). И очень скоро в конструкторской среде возникли, мягко говоря, разногласия. Поскольку межпланетный корабль планировалось не запускать с земли, а собирать на орбите, и уж затем отправлять в полет, появлялась возможность по-разному подойти к решению проблемы. С.П. Королев предлагал отправлять элементы космического корабля «на сборку» с помощью сверхтяжелых ракет Н-1; его оппоненты продвигали собственные, менее мощные ракеты: В.Н. Челомей – УР-500, М.К. Янгель – Р-56. В результате ресурсы были выделены сразу на три масштабных НИОКР, но ни один из конструкторов не получил их в достаточном объеме. Лишь к 1965 году выявился фаворит – Н-1. К этому времени в советский «марсианский» проект была добавлена промежуточная задача – полет к Луне.

Н-1 была самой тяжелой ракетой из всех, когда либо построенных в СССР. Широкой публике о ней мало что известно, кроме самого факта существования. А между тем это была уникальная конструкция. Ракета состояла из пяти ступеней – первые три выводили космический корабль на низкую околоземную орбиту (НОО), две последние обеспечивали полет и маневрирование за пределами орбиты Земли. Советская промышленность тогда не могла построить нужные Королеву двигатели, и ему пришлось довольствоваться недостаточно мощными, хотя и самыми современными в тот период кислородно-водородными двигателями НК-15/НК-43 с тягой в 171-179 т/сек, работавшими в течение 115-125 секунд. Качество попытались компенсировать количеством – на первой ступени стояло аж 30 двигателей, на второй – 8, на третьей – 4, четвертая и пятая ступени – собственно сам космический корабль – имели по одному двигателю. Стартовая масса достигала 2950 тонн, длина – 105 м, максимальный диаметр – 17 м, на низкую околоземную орбиту должно было выводиться 90-100 тонн груза.

Нехватка времени и средств наряду с чрезмерной уверенностью в собственных силах привели к отказу от полномасштабных наземных испытаний – на стендах испытывались лишь двигатели, но не ракета и даже не отдельные ее ступени. Н-1 предполагалось испытывать сразу в полете. Первый пуск состоялся в 1969 году. Он закончился аварией и взрывом. Второй пуск, в том же году, стал катастрофой – взрыв уничтожил не только ракету, но и стартовый стол и серьезно повредил другое оборудование космодрома. Авариями закончились и последние два пуска – 1971 и 1972 годов – для такой сложной конструкции отказ от стендовых испытаний в пользу натурных был форменным безумием. Что было еще хуже – тот же принцип был перенесен и на испытания самих космических кораблей. В результате в ходе испытательного полета прототипа советского лунного корабля, который был запущен с ужасающим количеством недоделок, погиб космонавт В.М. Комаров. Конечно, будь Королев жив, он довел бы программу до нужного результата – еще два, три, пять неудачных пусков, однако рано или поздно Н-1 все равно доставила бы советских космонавтов на Луну. Но Королев умер в 1967 году, еще до начала полетных испытаний своей самой большой ракеты, так и не узнав, что ей не суждено взлететь.

Провал программы испытаний привел к смене генерального конструктора советской космической программы – им стал В.П. Глушко, ранее активно противодействовавший королевскому супертяжу. В 1974 году Глушко закрыл проект Н-1 и вместе с ним всю советскую лунную программу. Высвободившиеся средства были направлены на создание орбитальной станции – ЦК КПСС и правительство решили, что лучше быть первыми на орбите, чем вторыми на Луне.

Очевидной причиной неудачи советского «лунного проекта» явилась нехватка средств. Ее усилило распыление и без того скромных ресурсов на несколько проектов сразу. Еще одной причиной стало несбалансированное развитие советской ракетно-космической отрасли. При постройке мощной ракеты пришлось использовать маломощные двигатели – мощнее просто не было – в большом количестве, и неустойчивость их сопряжения, помноженная на неустойчивость сопряжения пяти ступеней, оказалась тем самым слабым звеном, которое раз за разом разрушало Н-1.

Итак, «лунную гонку» выиграли американцы. И, конечно, легче всего было бы объяснить их победу более чем достаточным финансированием программы «Аполлон». Но дело было не только в деньгах: во-первых, их никогда не бывает много, а во-вторых, сами по себе они мало что решают. Американцы вырвались в лидеры потому, что сумели грамотно распорядиться деньгами. В частности, они перешли к комплексному решению проблемы: создание ракеты «Сатурн-5» велось одновременно с созданием сверхмощных двигателей. В результате на первой ступени стояло пять кислородно-керосиновых F-1, каждый из которых обеспечивал тягу 690 т/сек на протяжении 160 секунд. Благодаря им и еще пяти менее мощным двигателям второй ступени «Сатурн-5» был способен вывести на низкую околоземную орбиту 140 тонн полезной нагрузки. Далее, американцы верно оценили значение наземных испытаний – на стендах отрабатывались не только отдельные двигатели, но и целиком первые и вторые ступени ракеты в сборе. И наконец, понимая, что за астрономические финансы начнут бороться крупнейшие авиакосмические корпорации США, руководство НАСА приложило максимум усилий, дабы предотвратить их свару, и сумело объединить усилия ведущих игроков путем красивого хода: первую ступень «Сатурна-5» производила компания «Боинг», вторую отдали «Норт Америкэн», третью получил «Дуглас». В результате США смогли на рыночной основе объединить в одну упряжку злейших конкурентов, в то время как руководство СССР умудрилось устроить конкурентную борьбу в условиях планового хозяйства.

ЦК КПСС и Правительство СССР сделали верные выводы из провала советской лунной программы. Во-первых, с середины 70-х годов все работы по созданию супертяжелых ракет были сконцентрированы в одних руках – в НПО «Энергия» под руководством Глушко. Во-вторых, работы над ракетой теперь шли параллельно с работами по созданию мощного двигателя. И к середине 80-х Советский Союз смог, наконец, создать свой шедевр тяжелого космического ракетостроения – ракету-носитель «Энергия».

На «Энергии» конструкторы отошли от традиционной схемы установки ступеней друг над другом. По принятой конструктивной схеме вторая ступень ракеты «обвешивалась» четырьмя-восемью первыми «ступенями» – блоками с двигателями РД-170 (вплоть до сегодняшнего дня – самыми мощными в истории ракетостроения). Каждый обеспечивал тягу 740-806 т/сек на протяжении 140 секунд. Вторая, основная, ступень была снабжена четырьмя двигателями РД-0120, выдававшими в течение 480 секунд тягу 591-760 т/сек каждый. На низкую околоземную орбиту «Энергия» в базовом варианте (четыре блока с РД-171) могла выводить 100 тонн полезной нагрузки. В случае навески восьми блоков первой ступени ракета-носитель (в этом варианте она получала наименование «Вулкан») могла бы вывести на НОО рекордные 200 тонн. Кстати, планировалось многократное использование основных блоков конструкции, в частности, 
РД-171 имел ресурс на десять полетов.

К сожалению, к моменту создания «Энергии» в СССР уже началась перестройка, и лучший советский супертяж успел выполнить всего два запуска (оба успешных).

В 90-е годы проект был закрыт – как сообщалось, в пользу создания универсальной ракеты «Ангара». Однако даже самый мощный вариант «Ангары» – А7 – проектировался под задачу вывода на НОО только 35 тонн полезной нагрузки и не дотягивал до класса супертяжей, который начинается с 50 тонн). История развития сверхтяжелых ракет-носителей прервалась в России на четверть века.

Но прервалась она не только в России. После свертывания программы «Спейс Шаттл» старты сверхтяжелых ракет прекратились и в США. Мир перестал готовиться к межпланетным полетам именно в тот момент, когда, как казалось, появилась возможность для объединения усилий всего человечества в решении этой задачи.

Разговоры о создании супертяжей в России возобновились в 2012 году – появились слухи о разработке Роскосмосом концепции сверхтяжелой ракеты-носителя, способной вывести до 70 тонн полезной нагрузки на НОО и пригодной для пилотируемого полета к Луне. Спустя два года глава Роскосмоса подтвердил эту информацию, заодно «повысив грузоподъемность» до 80-120 тонн. В 2014-м В.В. Путин одобрил создание сверхтяжелой ракеты-носителя грузоподъемностью до 150 тонн (на НОО). Первоначально предполагалось, что это будет все та же «Энергия», хотя и серьезно модернизированная. В 2015-м очередной глава Роскосмоса сообщил, что решение о создании сверхтяжелой ракеты-носителя отложено. В 2016-м – вновь объявил, что намерен создать РН сверхтяжелого класса с двигателями РД-171 и грузоподьемностью в 80 тонн на начальном этапе и до 160 тонн – после модернизации. В том же году корпорация «Энергия» представила проект РН «Энергия-5В». 17 мая 2017-го ракетно-космическая корпорация сообщила, что разработка нового сверхтяжелого носителя обойдется в 1,5 раза дешевле, чем воспроизведение советской ракеты-носителя. Поскольку речь идет только о цене разработки, логично предположить, что технологии создания «Энергии» утрачены и поэтому их (или альтернативу им) нужно создавать заново. 

Возможно, именно с этим и были связаны пятилетние «шатания» в деле разработки российского супертяжа. Судя по всему, это вызвало немалое раздражение президента, и уже 22 мая 2017-го он потребовал ускорить разработку сверхтяжелой ракеты-носителя. 15 августа 2017 вице-премьер Д.О. Рогозин заявил, что ракета должна быть готова к полетным испытаниям в 2027 году. В конце января 2018 года Президент РФ В.В. Путин подписал указ о создании на космодроме «Восточный» космического ракетного комплекса ракеты-носителя сверхтяжелого класса. Подобное количество новостей (мы привели далеко не полный список) в отсутствие реальных событий говорит о трудностях, с которыми сопряжено создание космического супертяжа. Тем не менее работы ведутся, а заявленный 2027 год не такой уж и далекий срок, с точки зрения космоса.

НАСА также активно ведет разработку своей сверхтяжелой ракеты SLS (Space Launch System). Натурные (полетные) испытания намечены на декабрь 2019 года, первый пилотируемый полет – на 2022 год. Предполагаемая длина этой двухступенчатой ракеты – 102 м, диаметр – 8,4 м. Двигатели по-прежнему кислородно-водородные, более того, не исключается возможность использования старых добрых F-1 от РН «Сатурн-V» – в случае если ничего лучшего создать не удастся. На низкую околоземную орбиту SLS будет способна вывести 70 тонн в базовом варианте и 130 тонн – в усиленном. Как видим, и у американцев ключевые характеристики перспективной ракеты ниже, чем у изделий образца 60-х годов. А в спину уже настойчиво дышат китайцы со своей «Чанчжэн-9» (грузоподъемность 130 тонн, находится в стадии проектирования), и даже частник Илон Маск, чей Falcon Heavy, хотя и не подтвердил заявленную нагрузку (57 тонн), но зато уже успел слетать в космос.

Впрочем, хоть с китайцами и Маском, хоть без них, но к сегодняшнему дню человечество отстало в покорении космоса на четверть века. Парадокс заключается в том, что деградация приходится именно на тот период, в течение которого Россия и США (да и ряд третьих стран) объединили свои усилия в деле освоения космического пространства.

Чтобы ликвидировать это отставание, современным ученым и конструкторам уже к началу двадцатых годов XXI века придется доказать, что они в состоянии хотя бы повторить достижения своих предшественников 60-80-х годов прошлого века. Речь сегодня идет не о том, чтобы «догнать и перегнать «партнера», а о том, чтобы США смогли догнать самих себя образца 1960-70-х гг., а Россия – повторить достижения СССР. Как говорят на Востоке, «прежде чем победить противника, победи 
самого себя».

Андрей Солдаткин

ИжГТУ. По праву ведущего>>>


Комментировать




Александр Лапшин: "Пассажир может быть любым, а работник железнодорожного транспорта должен быть образцовым"

...

Игорь Бобылев: "Мы стремимся к развитию, совершенствованию и новаторству"

...

Владимир Красильников: "Господдержка должна быть на конкретный результат"

...

Михаил Мирошкин: "Мы непрерывно совершенствуем свою работу и предлагаем комплексные решения"

...

Яндекс.Метрика
www.izhevskinfo.ru
Купол
Полиграф
Пресс-Тайм
Управление Госэкспертизы
Разработка сайта - "Мифорс" / Дизайн-студия "Мухина"