Перспективный ряд ракет-носителей

     В ноябре 1986 г., после изучения опубликованных в июне материалов комиссии по расследованию причин гибели "Челленджера", всколыхнулась волна критического анализа собственной конструкции и сформулировались позиции к безопасности наших систем.
     Разработчики корабля утверждали, что невнимание к возможности появления отказа даже в "сверхнадежной системе" и отсутствие хотя бы минимальной страховки на этот случай - одна из причин трагедии "Челленджера". Позиция отождествления понятий надежности и безопасности поставлена этой аварией под сомнение. С 1982 г. ими ставился вопрос о необходимости широкого внедрения мероприятий по безопасности в дополнение к усилиям по обеспечению высокой надежности. Разработчики корабля всегда исходили из того, что может случиться нечто непредвиденное - в среднем на 27 полетов приходится одна авария.
     Разработчики корабля "Буран" настаивали на реализации контура безопасности с внедрением дополнительных средств ее обеспечения. Эти меры в комплексе давали возможность повысить безопасность на некоторую не очень высокую величину. Схема распределения этих величин дает достаточно полное представление. Эти меры в основном под настойчивым напором "корабелов" были реализованы.
     Нами, "ракетчиками", был проведен анализ доклада президентской комиссии по аварии "Спейс Шаттла" с орбитальной ступенью "Челенджера". Были рассмотрены проблемы обеспечения безопасности "Спейс Шаттла" на участке выведения в свете произошедшей трагедии в сопоставлении с аналогичными проблемами, решаемыми при разработке "Энергии" - "Буран". Как "Спейс Шаттл", так и "Энергия", - чрезвычайно сложные аэродинамические системы, пилотируемые полеты на которых органически связаны с риском даже при реализации мероприятий по обеспечению безопасности, рекомендованных комиссией Роджерса. Риск потери экипажа не исключается. Не исключен риск и для ракеты-носителя "Энергия" и орбитального корабля "Буран" даже при реализации принятых предложений по дополнительным средствам обеспечения безопасности - катапультирования двух-четырех членов экипажа, экстренного отделения орбитального корабля. В связи с этим принятие любого решения о пилотируемых пусках "Энергии"-"Бурана" без кардинального изменения подхода к проблеме безопасности связано с риском потери экипажа.
     Никто и нигде убедительно не показал необходимость и целесообразность использования экипажа при транспортировке грузов на таких потенциально опасных и сложных системах, тем более что задача доставки двух-четырех человек на орбиту может быть решена на других, более простых, меньших по размерности, достаточно отработанных системах с высокоэффективными средствами спасения экипажа.
     Система "Энергия" - "Буран" по сравнению с многоразовым кораблем "Спейс Шаттл" обладает тем преимуществом, что в его составе находится универсальное многоцелевое средство выведения полезных грузов - ракета-носитель "Энергия". Это обстоятельство позволяет осуществить принципиально новый подход к решению проблемы безопасности полетов. Сущность этого подхода в том, что весь грузопоток на орбиту может быть обеспечен с помощью беспилотных пусков "Энергии". При необходимости осуществления пилотируемых полетов следует делать их чисто "пассажирскими", решающими в основном задачи доставки экипажей на пилотируемые станции проведения сборочных, монтажных и ремонтных работ.
     Высвободившаяся энергетика ракеты-носителя (порядка 30 т от 100 в массе полезного груза) может быть использована для создания высокоэффективных средств спасения экипажа типа отделяемой кабины и повышения надежности функционирования ракет-носителей. Такого рода вариант преследует цель уверенного спасения экипажа в любой точке траектории.
     В этой связи нами в то время было предложено: на первом этапе отработки системы основное внимание сосредоточить на грузовой модификации ракеты "Энергия", пуски ракеты-носителя с двумя орбитальными кораблями, изготавливаемыми в то время, вести только в беспилотном варианте, рационально распределить пилотируемые пуски "Бурана" и других пилотируемых комплексов, провести проработки по пассажирскому варианту орбитального корабля с отделяемой кабиной экипажа, обеспечивающей спасение на всех этапах выведения корабля и приостановить изготовление дополнительных орбитальных кораблей для завершения проработок.
     Разобраться с моей постановкой было поручено О.Н.Шишкину. В результате длительного обсуждения с участием В.П.Глушко, Ю.А.Мозжорина к совместному решению не пришли, но обойти эту постановку было нельзя. Договорились, что я не должен организовывать широкого обсуждения проблемы до начала летных испытаний и, прежде всего, до пуска "Энергии" N6СЛ.
     Проблема безопасного пилотируемого полета стоит более внимательного анализа и ждет своего решения...
     На протяжении всей работы в ходе планирования и осуществления космических программ НАСА неоднократно сталкивалось с трудностями. Деятельность НАСА характеризовалась наличием неудач, которые осложняли положение и ставили под сомнение финансирование и успешность ряда текущих и перспективных космических программ. Среди них - срыв графика полетов "Шаттла", ошибка при изготовлении главного зеркала и отказ одного из дорогостоящих (свыше 2 млн. долл.) силовых гироскопов обсерватории "Хаббл", крупные недостатки в конструкции станции "Фридом", вызвавшие очередной, уже третий по счету, пересмотр ее проекта. В связи с этими неудачами в США, решением Национального совета по космосу была создана специальная комиссия для изучения гражданской космической программы США под председательством вице-президента фирмы "Мартин Мариетта" Нормана Огэстина.
     В декабре 1990 г. комиссия после четырех месяцев работы представила отчет, в котором излагались основные недостатки в работе НАСА и даются рекомендации по дальнейшему выполнению гражданской космической программы США. Основные выводы комиссии Н. Огэстина следующие: - полеты "Шаттла" должны проводиться только для выполнения тех задач, которые не могут быть выполнены без участия космонавтов, а изготовление новых орбитальных ступеней должно быть прекращено (последний образец орбитальной ступени "Индевор" - "Стремление", стоимостью 1,8 млрд. долл., был передан НАСА 25 апреля 1991 г.):
     - следует немедленно начать проектирование новых беспилотных транспортных космических средств с использованием существующих технологий, чтобы уменьшить зависимость от "Шаттла", еще одна катастрофа которого не исключена в ближайшие несколько лет;
     - пересмотреть приоритет работ НАСА по освоению космического пространства, сделав основной упор на научных исследованиях Земли из космоса с помощью спутников и исследования дальнего космоса с помощью пилотируемых и беспилотных космических аппаратов;
     - полностью пересмотреть конструкцию космической станции "Фридом" в сторону ее упрощения и уменьшения стоимости (считается возможным выбрать модульный принцип ее построения); основой научной деятельности на борту станции должны стать биологические эксперименты и получение новых материалов в условиях невесомости.

     НАСА уже приняло к исполнению многие рекомендации комиссии Н.Огэстина. Например, в соответствии с требованиями Конгресса США пересмотрен проект станции "Фридом". В начале марта 1991 г. пересмотренный проект направлен в Национальный совет по космосу. После утверждения Национальным советом по космосу проект станции "Фридом" предусматривалось передать в Конгресс США для окончательного рассмотрения и принятия решения о его финансировании.
     Выполнение намеченной в США программы исследований космического пространства, а также задач в интересах ВВС и ведомств, ведущих работу по программе стратегической обороны (СОИ - "звездные войны"), требует значительного увеличения объема транспортных операций между Землей и околоземными орбитами уже в начале первого десятилетия следующего столетия. Расчеты американских специалистов показывают, что удовлетворить потребности этих программ, с учетом имеющихся ресурсов, будет возможным при использовании более экономичных систем. Наряду с этим Министерством обороны предусматривается вывод на различные околоземные орбиты полезных нагрузок в широком диапазоне масс. Рассчитанные на ближайшие сроки потребности ведомств, реализующих программу "звездных войн", состояли в выведении на околоземные орбиты грузов массой от 45 до 68 т.
      Предполагалось создать четыре группы модификаций ракет-носителей, охватывающих по грузоподъемности диапазон масс полезных нагрузок от 18 до 180 т. Первая группа рассчитана на полезные нагрузки массой от 18 и менее т до 36. Вторая группа - от 36 до 50 т, третья - 45-90 т и четвертая - до 180 т.
      Стратегия НАСА и Министерства обороны США в области космической техники претерпевала коренные изменения, когда стали предусматривать использование одноразовых ракет-носителей для выведения в космос всех видов полезных нагрузок, за исключением тех, которые требовали присутствия человека. До катастрофы с "Челленджером" в январе 1986 г. фактически весь арсенал военных и гражданских космических аппаратов, включая аппараты НАСА, предназначался для доставки в космос на борту "Спейс Шаттла".
     Трагический урок "Челленджера" привел стратегов космической политики к выводу об ошибочности ориентации на многоразовые системы ракетно-космического транспорта. Ослабленный ракетный флот одноразовых носителей США не смог справиться с реализацией программы запусков космических аппаратов - часть американских спутников в то время перебазировалась на европейский носитель "Ариан". Это была вынужденная мера. Остаются все же совершенно неясными выводы из этой печальной истории, кроме главных выводов о необходимости повышения надежности и безопасности пилотируемых систем. Почему в то время тень нависла над многоразовыми системами - источником аварии стал не элемент средств возврата корабля, а твердотопливный ускоритель первой ступени "Спейс Шаттла".
     НАСА и Министерство обороны Соединенных Штатов разработали на период до конца столетия планы использования семейства одноразовых носителей, надеясь вывести в космос большое количество различных полезных нагрузок с помощью ракет таких типов, как "Атлас", "Дельта", "Пегас" и "Титан". Разработка усовершенствованных вариантов ракет-носителей этих типов, однако, рассматривалась как создание парка носителей "промежуточного" поколения и в основном на базе существующих технологий.
     Ракета-носитель "Титан-4", обладающая примерно такими же возможностями, как и система "Спейс Шаттл", предназначалась для доставки в космос основной массы перспективных тяжелых полезных нагрузок военного назначения. По своим энергетическим характеристикам "Титан-4" без верхней ступени (третьей) дает возможность выводить на низкую околоземную орбиту 17,7 т полезного груза. Тот же носитель, но с усовершенствованными твердотопливными ускорителями, выводит более 22 т. "Титан-4" с разгонной третьей ступенью выводит на геостационарную орбиту 2359 кг, "Титан-4" - "Центавр" выводит 4127 кг, а тот же комплекс с у совершенствованными стартовыми ускорителями - 6124 кг.
     По весовым параметрам выводимого полезного груза на околоземную низкую орбиту последние модификации "Титана-4" сравнимы с "Протоном". Однако отечественный "Протон" нынешней конструкции не имеет возможности выводить на геостационар такие грузы, какие может современный "Титан-4". Для достижения характеристик такого же уровня требовалась глубокая модернизация "Протона".
     В основе одноразового носителя - твердотопливные стартовые ускорители, история применения которых не менее поучительна. Весной 1991 г. на испытательном стенде базы ВВС Эдвардз взрыв опытного образца нового твердотопливного ускорителя СРМУ (SRMU) вызвал серьезную озабоченность законодателей, и при формировании бюджета на 1992 финансовый год первоначально намеченные средства были сокращены на треть и ставился вопрос о прекращении работ по созданию нового ускорителя. Был предоставлен год на завершение наземной отработки ускорителя по просьбе ВВС и фирмы "Мартин Мариетта". По окончании работ с твердотопливными двигателями начались плановые запуски... В августе 1993 г. ускорители взорвались при пуске ракеты-носителя "Титан". Начались поиски решений применения жидкостных ускорителей и доведения твердотопливных "до ума".
     Запуском первого из военных спутников связи нового поколения типа "Милстар" в августе 1994 г. возобновилось использование носителей "Титан-4". Этот пуск стал первым после завершившегося взрывом запуска 1993 г. Впервые была запущена транспортная система на базе "Титана-4", включавшая в качестве третьей ступени ракету "Центавр". Работа всех двигателей - двух боковых твердотопливных стартовых ускорителей с тягой по 730 т, жидкостных двигателей первой ступени с тягой 250 т и второй ступени с тягой 48,2 т - была устойчивой. Ракета в этой структуре вывела аппарат массой 5 т на стационар.
     Однако история требовала выводов. В национальной системе целесообразно существование транспортных средств разнотипной структуры. Это связано с тем, что в случае возникновения аварийного исхода при любом пуске программа полетов не должна страдать от потери времени на выяснение степени влияния проявившегося дефекта на оставшиеся ракеты или системы. Программа должна выполняться носителями других типов, если такая подстраховка допустима экономически. При этом космические аппараты не должны быть жестко привязаны к одному носителю.
     В 1987 г. под руководством НАСА и ВВС США была начата разработка универсальной ракеты-носителя с изменяемой в широких пределах грузоподъемностью, которая осуществляется по программе АЛС (ALS - Advanced Launch System - передовая транспортная система). В 1989 г. был завершен концептуальный анализ системы ракет-носителей и в начале девяностых годов велись работы на этапе предварительного проектирования с таким расчетом, чтобы к середине последнего десятилетия приступить к полномасштабной разработке.
     Универсальные ракеты-носители, разрабатываемые в Соединенных Штатах, имеют множество модификаций, различающихся по грузоподъемности. Все эти модификации ракет связаны между собой единым принципом конструктивной компоновки, осуществляемой на основе двухступенчатой схемы с продольным расположением блоков первой ступени вокруг центрального блока второй ступени. Модульная компоновка дает возможность осуществить серийное производство однотипных компонентов, создавая монотонность при многообразии вариантов ракет-носителей.
     Тяжелые ракеты-носители, способные доставлять на орбиту полезные грузы большой массы, неизменно находились в планах перспективных разработок США. Первой тяжелой ракетой была ракета-носитель "Сатурн-5". После завершения программы полета человека на Луну на время разработки системы "Спейс Шаттл" образовалось некоторое затишье в рождении различных проектов тяжелых носителей. Дело в том, что с появлением космического многоразового транспорта, который способен выводить на орбиту и возвращать на Землю спутники всех систем массой до 29,5 т, предполагалось перекрыть экономически эффективной транспортной системой всю целевую программу Америки запусков космических аппаратов.
     В свое время ракеты семейства ракет-носителей "Сатурн" были способны осуществлять широкий круг транспортных операций в околоземном и дальнем космическом пространстве. Возможны были запуски лунных орбитальных космических аппаратов, пилотируемых лунных кораблей, солнечных и межпланетных зондов и даже межпланетных космических аппаратов с посадкой на поверхность планеты. Транспортная система "Спейс Шаттл" такой широкой возможности не имеет. С тех пор и по сегодняшний день идет поиск эффективного решения проблемы тяжелых носителей. Разработчики теперешних программ это делают под девизом "большая ракета-носитель - это значит дешевая ракета". Полагали, что если этот принцип будет воплощен в реальность, то в области освоения человеком космоса откроются новые широкие возможности.
     Существовало несколько направлений в решении проблемы тяжелых носителей в США. Одни проповедовали возвращение к классическим ракетам и, в частности, к мощным ракетам "Сатурн", так как надежность этих аппаратов проверена. На сегодня они являются самыми мощными ракетами из когда-либо созданных человеком. Подчеркивалось сторонниками этого направления, что все инфраструктуры, необходимые для создания ракет "Сатурн", сохранена. Монументы американской космической славы могут вновь возродиться к жизни, сначала сосуществуя с многоразовой системой для выведения на орбиту спутников или крупных грузов в автоматическом режиме, а затем заменяя их для выполнения длительных орбитальных полетов. Эти два варианта, полагали сторонники этого направления, смогут сосуществовать в течение одного-двух десятилетий, начиная с конца двадцатого века, пока не будет введен в эксплуатацию перспективный воздушно-космический самолет.
     Второе направление связано с использованием созданного мощного производственного и эксплуатационного космического комплекса многоразовой системы "Спейс Шаттл". Программа разработки такого носителя - беспилотной модификации "Спейс Шаттла" - "Шаттл-С" привлекательна тем, что быстрее, чем любые другие направления, решает проблемы запуска и сборки на орбите элементов космической станции "Фридом". Над этой программой работали фирмы "Мартин Мариетта", "Рокуэлл интернэшнл" и "Юнайтед текнолоджи корпорейшн". Как полагают разработчики, такая тяжелая грузовая система могла быть создана к середине 90-х годов.
     Ракета-носитель отличается от штатного пилотируемого варианта тем, что вместо орбитального корабля используется грузовой контейнер, в котором на низкую орбиту из Центра Кеннеди может быть выведен полезный груз массой 68 т. При некотором усовершенствовании твердотопливных ускорителей, форсировании жидкостного двигателя ССМЕ обеспечивается выведение полезного груза до 71 т.
     Программа на основе "Шаттла-С" с меньшим риском обеспечивает ранний ввод в эксплуатацию ракеты при меньших начальных затратах на разработку. Однако стоимость пуска такой ракеты, по оценке американских специалистов, будет выше, чем стоимость пуска ракет-носителей тяжелого класса новой разработки.
     Разработка новых ракет-носителей тяжелого класса - это третье направление в поиске рациональных решений в программе создания транспортных систем. Несколько лет назад НАСА задумало создать базу данных по возможным запросам, связанным с использованием будущих транспортных космических систем. В нее были внесены результаты исследований по программе полетов на Луну и Марс. По результатам исследований, все полезные грузы, необходимые для материального обеспечения лунной экспедиции, были отнесены в разряд грузов, которые должны выводиться на околоземную орбиту с помощью тяжелых носителей грузоподъемностью 68 т, полезные грузы для марсианского аванпоста должны выводиться носителем грузоподъемностью 136 т. Для полетов на Луну планировалось до трех пусков в год, начиная с 2002 г. Для одновременной реализации лунной и марсианской программ потребуется осуществлять ежегодно 2-4 пуска ракеты-носителя грузоподъемностью 136 т или до 10 пусков 68-тонного носителя.
     В проектных разработках особо учитывались современные требования по снижению стоимости доставки полезного груза на орбиту, повышения надежности и безопасности полетов. Все это означало, что разработчикам придется изыскивать новую технологию. Уже не являлись незыблемыми такие требования, как изящность проекта, высокие энергетические характеристики маршевых двигателей. На первый план выдвигались структуры и схемы, обеспечивающие минимум общих затрат на транспортную систему.
     Анализ результатов проработок различных вариантов ракет-носителей этого класса позволяет отметить общие черты. Это, прежде всего, параллельная, а не последовательная работа ступеней ракет-носителей, частичное многоразовое использование. Предусматривается прямое выведение полезного груза на опорную орбиту без участка довыведения. Используются жидкостные, а не твердотопливные ускорители первой ступени. Применение водорода для маршевых двигателей с газогенераторным циклом, а не безгазогенераторным или замкнутым циклами. В плане повышения живучести ракеты обеспечивается возможность продолжения полета при отказе одного из маршевых двигателей.
     Одновременно с работами по программе тяжелых носителей проводились работы по маршевым двигателям для ускорителей и центрального блока. В течение августа 1989 г. с фирмами "Аэроджет", "Пратт-Уитни" и "Рокетдайн" были заключены контракты для этих целей.
     Для центрального блока и ускорителя был выбран кислородно-водородный двигатель СТМЕ, работающий по газогенераторному открытому циклу, с давлением в камере сгорания 158 атм. Тяга 263 т в вакууме. Надежность 0,99 при доверительности 0,9. При многоразовом исполнении рабочий ресурс составит 15 штатных полетов. Проверку выполнения всех требований к двигателю предполагалась провести огневыми испытаниями в 1996 г.
     У американских специалистов сложилось убеждение, что из трех возможных схем работы двигателей - по замкнутому циклу, по газогенераторной схеме с открытым циклом и по безгазогенераторной схеме - наиболее приемлемы двигатели с газогенераторным циклом разомкнутой схемы, типичными представителями которой являются двигатели Ф-1, Джей-2 и Эйч-1 фирмы "Рокетдайн". В целом по этому направлению, как и для всех, характерна незавершенность проектных исследований по ракетам тяжелого класса и неопределенность ситуации, связанной с уровнем финансирования перспективного плана работ.
     Тяжелый носитель, названный "Шаттл-С" (С - грузовой), находящийся в стадии разработки, способен вывести полезную нагрузку массой около 45,4 т на низкую околоземную орбиту. Носитель "Шаттл-С" использует такие компоненты "Спейс Шаттла", как подвесной топливный отсек, твердотопливные ускорители и основные жидкостные ракетные двигатели ССМЕ. Орбитальный корабль заменен беспилотным отсеком полезной нагрузки. Носитель "Шаттл-С" должен совершать полеты с полезными нагрузками различных типов, выводя на орбиты или суборбитальные траектории межпланетные аппараты, осуществляя развертывание на околоземных орбитах научных платформ, обеспечивая запуск космических аппаратов на геостационарную орбиту с использованием верхней ступени "Центавр" или других межорбитальных транспортных аппаратов или ракетных блоков, сборку и снабжение орбитальной космической станции. Требования, предъявляемые в рамках этой программы, включают резкое увеличение грузоподъемности и грузопотока по трассе "Земля-орбита".
     Усовершенствованные твердотопливные ускорители при использовании на "Шаттле-С" позволят увеличить грузоподъемность носителя на 4,5-5,4 т и довести ее до величины приблизительно 68 т. Для удовлетворения требований по полетам к Луне и Марсу подходят два варианта базового носителя "Шаттл-С" с отсеком полезной нагрузки увеличенного объема.
     Основными требованиями к проекту, повлиявшими на конфигурацию носителя, были минимальная стоимость разработки и возможность обеспечения первого полета в 1995 г. В результате не предполагалось вносить в конструкцию подвесного топливного отсека, стартовых твердотопливных ускорителей и жидкостных двигателей ССМЕ:, а также никаких изменений в предстартовые операции, кроме уже используемых и отработанных в процессе многочисленных пусков челнока. Применение оборудования, проверенного в полетах "Спейс Шаттла", позволяет использовать имеющиеся системы обслуживания и технические средства. Требование по обеспечению высокой надежности привело к сохранению конфигурации с тремя двигателями ССМЕ, что обеспечит продолжение полета носителя на участке выведения даже при отказе одного двигателя.
     Носитель "Шаттл-С" рассматривался как основной элемент новой национальной транспортной космической системы. В результате, требования к перспективному носителю были разделены на два направления: создание баз на Луне и на Марсе. Рассматриваемая базовая конфигурация носителя "Шаттл-С" сможет удовлетворить только самые минимальные потребности по массе и диаметру полезных нагрузок, которые требуются для выполнения полетов к Луне и Марсу. Для выполнения транспортных операций класса "Земля - орбита" по этой программе предлагалось разработать три варианта носителя с увеличенным диаметром обтекателя отсека полезных нагрузок:
- носитель увеличенной грузоподъемности, до 81,6 т;
- носитель грузоподъемностью около 68 т;
- носитель грузоподъемностью 54,4 т.

     Плотность криогенных топлив, как жидкого кислорода, так и жидкого водорода, обеспечивает среднюю плотность груза - порядка 240 кг/м³ отсека.
     Разрабатывались два базовых варианта транспортировки баков с топливом:
- сборка из нескольких баков (для полета на Луну);
- единый топливный бак, требующий проведения заправочных операций на орбите.
     Для реализации этих предложений необходимо было увеличение грузоподъемности базового варианта носителя на 9-13,6 т, что могло быть выполнено за счет использования усовершенствованных двигателей и облегченного транспортного отсека.
     Однако повышение грузоподъемности носителя до 90,7 т и выше и увеличение диаметра отсека полезной нагрузки до 10 м и длины свыше 30 м привело к невозможности использования данной конфигурации носителя с асимметричным расположением груза. Дальнейшее увеличение возможностей носителя привело к необходимости существенного изменения пусковых сооружений, мобильной пусковой платформы, здания вертикальной сборки, корпуса подготовки и оборудования в Космическом центре имени Кеннеди.
     Третий вариант усовершенствования конструкции носителя требовал продолжения увеличения диаметра грузового отсека до 9,15 м и длины до-30,5 м. Этот объем давал возможность установки в нем космических аппаратов с плотностью компоновки ниже 32 кг/м³ и массой 54,4 т.
     Как показали исследования, средняя плотность полезных грузов, рассчитанная на базе уже встречающихся конструкций аппаратов и предварительных результатов будущих экспедиций на Луну и Марс, удовлетворяют общим требованиям, предъявляемым к новому носителю.
     Груз по плотности можно разбить на две категории: нагрузки малой плотности (48-112 кг/м³) и нагрузки высокой плотности (256-1024 кг/м³). Полезные нагрузки разрабатываются в расчете на их выведение в грузовом отсеке "Спейс Шаттла" диаметром около 4,6 м. Большие размеры отсека позволяют выводить в космос грузы малой плотности из сверхлегких материалов, поскольку в этом случае масса аэродинамических тормозных устройств будет сравнительно небольшой. Для определения объема грузового отсека была выбрана плотность до 48 кг/м³. Большая плотность полезного груза имеет место при доставке на орбиту топлива, криогенные же топлива с минимальной плотностью обеспечивают максимальный удельный импульс. Максимальная плотность груза была выбрана на уровне 240 кг/м³.
     Плотность выводимого груза является основополагающим фактором при определении габаритов носителя. Базовый вариант носителя "Шаттл-С" обеспечивает размещение в своем грузовом отсеке нагрузки плотностью 160 кг/м³. Такая нагрузка соответствует отсеку длиной 25 м. Увеличение грузоподъемности носителя без увеличения объема грузового отсека не будет соответствовать требованиям по размещению увеличенной полезной нагрузки в прежнем объеме. Увеличение длины и объема грузового отсека не только повышает инертную массу носителя, но также увеличивает потери, связанные с возрастанием аэродинамического сопротивления на участки выведения. Это приводит к ухудшению характеристик носителя.
     После предварительного анализа было отобрано три базовых варианта. Первым является вариант корабля-заправщика, в котором 68 т криогенного топлива. Второй вариант обеспечивает размещение грузов плотностью 80 кг/м³. Третий вариант предназначен для размещения 59 т нагрузки.
     Носитель "Шаттл-С" может быть также использован в качестве средства дублирования "Спейс Шаттла" в тех случаях, когда необходимо более, чем вдвое, увеличить грузоподъемность носителя при создании новых систем космического мониторинга Земли и новых платформ на геостационарной орбите. Этому способствует малый риск разработки и низкая стоимость перспективного носителя большой грузоподъемности, который будет служить дополнением к "Спейс Шаттлу" и станет необходимым для удовлетворения любых потребностей по транспортным операциям вплоть до первого десятилетия XXI века.
     Управление исследований НАСА сделало вывод, что для осуществления марсианской экспедиции требуются тяжелые ракеты-носители, способные вывести на низкую околоземную орбиту объекты массой около 140 т. Аналогично для осуществления лунной экспедиции необходим космический аппарат массой до 67 т, выведение которого можно осуществить с помощью ракеты типа "Шаттл-С". Для уменьшения масштабов сборочных работ в космосе требуется грузоподъемность в диапазоне 144-150 т. Эта величина является "граничной точкой" для практических разработок. Для достижения подобной грузоподъемности нет необходимости в создании нового носителя, так как такие носители будут использоваться достаточно редко, скажем, несколько раз в год. Низкая стоимость разработки может быть достигнута модификацией существующих носителей.
     На базе "Шаттла" была разработана концепция нового носителя, получившего название "Шаттл-Z". Новый носитель может быть пригоден для осуществления экспедиции на Марс и к другим планетам, для вывода объектов на геостационарную орбиту или для выполнения других программ, требующих для своего осуществления больших энергетических затрат для выведения на высокие орбиты и имеющих в составе космического аппарата большие разгонные блоки-ступени, с помощью которых обеспечивается требуемая скорость для перемещения по заданным траекториям.
     Полная "полезная нагрузка", которая выводилась на орбиту с помощью ракеты-носителя, всегда рассматривалась как совокупность космического аппарата и разгонного блока. Так как масса "марсианских" или "лунных" жидкостных разгонных блоков в 4-5 раз больше, чем масса самого космического аппарата, грузоподъемность ракеты-носителя должна быть соответственно больше, чем собственная масса космического аппарата.
     Концепция "Шаттла-Z" концентрируется вокруг двойного использования разгонного блока, функционирующего так же, как третья ступень системы "Шаттл" с заменой орбитального самолета на контейнер, содержащий упомянутый разгонный блок и космический аппарат. Базовый пакет носителя состоит из твердотопливных ускорителей, подвесного бака и связки двигателей ССМЕ, форсированных таким образом, чтобы носитель разгонял объект до суборбитальной скорости. После этого начинает работать "марсианский" разгонный блок, который обеспечивает необходимое приращение скорости для вывода объекта на орбиту. В результате масса, выведенная на орбиту, значительно превосходит ту, которая могла бы быть выведена с помощью одного носителя, и это достигается за счет использования топлива, которое космический аппарат расходует для перехода с околоземной орбиты на высокоэнергетическую заданную траекторию.
     Следующим шагом осуществляется запуск одного или нескольких одинаковых "Шаттлов-Z" с топливными баками в качестве полезной нагрузки, их встреча и стыковка с космическим аппаратом на околоземной орбите и дозаправка баков разгонного блока. После этого разгонный блок готов для выведения космического аппарата на заданную траекторию.
     По существу, эффект от подобного объединения космического аппарата и ускорителя обеспечивается двойным использованием разгонного блока, который является как частью космического аппарата, так и частью ракеты-носителя. Так как разгонный блок должен быть выведен на орбиту как часть космического аппарата, "верхняя ступень" ракеты-носителя как бы отсутствует.
     Предварительные проработки показывают впечатляющие летные характеристики носителей "Шаттл-Z".
     Несколько позднее НАСА развернуло работы по созданию семейства мощных ракет-носителей большой грузоподъемности в рамках нового проекта НЛС (NLS - National Launch System). Основное внимание в нем было сосредоточено на разработке нового кислородно-водородного двигателя СТМЭ для этих ракет-носителей, которые в перспективе предполагается усовершенствовать для проведения запусков пилотируемых космических аппаратов. Первые пуски этих ракет-носителей предусматривалось осуществить в 2002 г.
     К середине 1992 г. совместные исследования НАСА и Министерства обороны США в объеме 350 проектов и проектные поисков, направленных на снижение транспортных расходов при выведении на орбиту полезных грузов, сформулировали базу для принятия решения о создании национальной транспортной космической системы, состоящей из ряда беспилотных, однако пригодных для пилотируемых полетов ракет-носителей.
     На базе имеющихся наработок с учетом возможности, заложенной в структуре "Энергии" - универсальности и модульного принципа построения - был разработан перспективный ряд ракет-носителей. Ряд подразделяется на два направления: грузовые одноразовые ракетно-космические транспортные системы и системы многоразового применения.
     За годы космической эры автоматические аппараты, посланные человеком в различные области Солнечной системы, провели огромный объем исследований планет, их спутников, ближнего и дальнего космоса. Результаты этих исследований внесли значительный вклад в развитие наук о Вселенной. Лунная экспедиция и пилотируемые орбитальные станции открыли новую страницу в освоении космоса. Однако космос хранит еще много тайн, которые ждут своих открывателей.
     Современный уровень развития ракетно-космической техники позволяет перейти от исследований отдельных доступных областей космоса к систематическим исследованиям практически любого уголка Солнечной системы. Достижения многих стран в области создания средств доставки, космических аппаратов, электроники делают реальным переход от исследований в космосе к промышленной деятельности в интересах науки, техники, медицины, коммерции.
     С этого начинались все наши доклады о развитии концепции исследований Луны, планет. Солнца, а также астрофизическим исследованиям с использованием новых возможностей, которые возникли в связи с созданием новой тяжелой универсальной ракетно-космической транспортной системы "Энергия". Оценить эти новые возможности можно исходя из того, что "Энергия" обеспечивает выведение в космос космических аппаратов, масса которых в 5 раз больше тех, которые могут быть выведены самыми мощными из эксплуатируемых носителей - "Протоном" и "Титаном-34Д", и в 3 раза больше выводимых "Спейс Шаттлом".
     Мировой ракетно-космический флот состоит в основном из одноразовых баллистических систем. Ракеты-носители СССР распределились в зависимости от программ и планов заинтересованных ведомств. Располагая носителями "Космос", "Циклон", "Восток-Молния-Союз", "Протон", страна в состоянии была вывести от 1,5 до 20 т на опорную орбиту и до 3,2 т на геостационарную орбиту. Ракета-носитель "Энергия" расширила эти возможности до 100 т на низкой круговой орбите и 18 т на геостационаре. Перспективный ряд ракет-носителей позволяет на основе блочно-модульного принципа построить семейство, заполнить пробелы и сделать непрерывной цепочку возможностей по выносу на опорную орбиту массы полезного груза.
      Ряд открывается ракетой "Зенит" грузоподъемностью до 15,7 т при использовании в международных программах. Легко видеть, что варьируемых элементов в системе, по-крупному, всего два. Это модуль первой ступени, применяемой практически во всем ряду, кроме последней схемы. Второй элемент - это модуль второй ступени, который в ряде схем существенно меняется, что объясняется сохранением базового модуля "Энергии" грузоподъемностью 100 т без особых изменений только в диапазоне нагрузок 60-100 т. Масса менее 60 т влечет за собой изменение центрального блока: или укорочение баков до получения объемов, необходимых для уменьшенных заправок соответственно нагрузке, как в схеме "Энергия-М", или уменьшению диаметра блока до 5,6 м. При увеличении нагрузки свыше 100 т изменение схемы связано не только с увеличением количества модулей боковых блоков первой ступени, но и с увеличением длины баков центрального блока (на 15 м при нагрузке 200 т).
     Основная доля запусков космических аппаратов ранее проводилась в рамках государственных программ и программ Министерства обороны. Единичные международные проекты составляли незначительную часть и велись на основе государственных ассигнований, за исключением нескольких пусков. Космический рынок для нашей страны, несмотря на то, что некоторое время страна лидировала в разработках, был прочно закрыт изнутри и блокирован извне ограничениями координационного Комитета (СОСОМ).
     По нашей оценке, "Энергия" - единственная ракета-носитель, не являющаяся угрозой любой программе, так как ракету такой грузоподъемности, если она необходима американской или другим программам, пришлось бы создавать заново или возрождать героическую ракету "Сатурн". Потом, почему не объявить программу полета экспедиции на Марс или Луну международной? Было бы правильным образовать международный "Фонд освоения Марса" под эгидой ООН и отправлять на эту дальнюю планету астронавтов от планеты Земля.
     "Нью-Йорк Таймс" в июльском номере 1991 г. обращал внимание читателей на опубликованные исследования Стенфордского университета, где предполагается, что при объединении усилий и использовании носителя "Энергия" пилотируемый полет на Марс может потребовать затрат только в 60 млрд. долл., а не 400-500, как полагает Национальное космическое агентство. "Энергия" - это единственная возможность добраться до Марса в обозримые сроки и за приемлемую цену - так заключает исследование.
     В перспективном ряду, как родоначальники, выделяются две исходные схемы ракет-носителей: "Энергия" в грузовом варианте, или по раннему наименованию "Буран-Т", а в индексации программы летных испытаний "Энергии" - 6СЛ, и "Энергия-Буран", соответствующая по структуре первой летной машине той же программы.
     Грузовой вариант "Энергии" известен в мире как носитель, имеющий возможность выводить на опорную орбиту 100 т полезного груза. Превращение "Энергии" для вывода на орбиту "Бурана" в носитель тяжелого груза не представляет сложности, поскольку это предусмотрено и заложено в базовой конструкции. Полезный груз в этом варианте размещается в транспортном контейнере. Контейнер в окончательно собранном виде с размещенным в нем полезным грузом устанавливается вместо орбитального корабля "Буран" на те же узлы силовой связи. Используются те же пневмо-электросвязи, которые были предусмотрены при стыковке "Бурана" с "Энергией", и со стартовым пусковым устройством. Контейнер, кроме образования силовой схемы крепления полезного груза и ракетных блоков, защищает космические аппараты, размещенные в нем, от аэродинамического и теплового воздействия набегающего потока в полете. На старте и в полете внутри контейнера обеспечивается требуемый для полезного груза температурный режим. Предусматривалось изготовление контейнера из композиционных материалов в сочетании с силовыми металлоконструкциями.

 
     Диаметр контейнера выбирался из расчета возможности освоения в ракетной отрасли нового диаметра. Базовый диаметр 7,7 м центрального блока был для контейнера завышен - габариты объема, предназначенного для размещения груза, становились переразмеренными даже при его малой плотности. Введение нового диаметра влекло за собой необходимость дополнительного технологического оснащения производства. Поэтому выбор диаметра становился задачей установления нового значения, которое должно было стать базовым для других конструкций, например, различных вариантов "Энергии". В результате анализа определилось два размера: 6,7 и 5,5 м. Для "Энергии" грузового варианта оптимальным оказался диаметр 6,7 м. Этот размер удовлетворял проектным проработкам и с точки зрения компоновки ракетного пакета, и компоновки груза, и аэродинамической оценки, и динамики полета.
     Длина контейнера 42 м. Контейнер двухстворчатый с силовой балкой крепления груза. В полете, после снижения действия атмосферного потока на ракету и контейнер, створки контейнера сбрасываются, обнажая его содержимое. Контейнер насыщен обслуживающими полезный груз системами. Кроме того, в нем располагаются средства безопасного увода створок от центрального блока и груза при их сбросе в полете. Створки оснащаются системами прицельного снижения с целью уменьшения размеров отчуждаемых полей в зоне их падения. Это достаточно сложный агрегат.
     Предусматривались три варианта размещения полезного груза в контейнере.
     Первый вариант - размещение крупногабаритного груза большой массы и вывод его на относительно низкие орбиты. К этой категории относятся космические аппараты больших масс с собственными двигательными установками для дальнейшего движения к расчетной траектории. Двигательная установка для любого груза обязательна. Дело в том, что баллистическая схема выведения космических аппаратов на орбиту "Энергией" имеет, как известно, особенность. Для исключения засорения околоземного космоса фрагментами ракетных конструкций, блоков и, в том числе самой второй ступенью "Энергии", вторая ступень заканчивает свою работу, не завершив вывод груза на орбиту, и падает в антиподную точку. Задача довыведения возлагается на специальный буксир, который в этом случае становится блоком довыведения, или на собственную двигательную установку груза, или, в других вариантах, на целевые разгонные блоки.
     Для выведения пассивных тяжелых крупногабаритных космических аппаратов на орбиты искусственного спутника Земли высотой 600 км, а также для осуществления маневров и торможения при полетах на Луну, Марс и другие планеты на базе одного из серийных разгонных блоков типа ДМ, находящегося в настоящее время в эксплуатации, в составе "Энергии" разрабатывался буксир с увеличенной массой заправляемого топлива до 11-15 т. В зависимости от применения буксир выполняет задачи блока довыведения или блока торможения и коррекции траектории. В качестве компонентов топлива используются углеводородное горючее и жидкий кислород. В случае использования буксира в дальних полетах как блока торможения и коррекции он оснащается холодильной установкой для обеспечения температурного режима компонентов топлива в течение всего срока активного существования (до 1 года). Холодильная установка создавалась на базе аналогичной установки "Бурана". Габаритные размеры буксира: диаметр 3,7 м, длина 5,56,3 м. Маршевый ракетный двигатель развивает тягу до 8,5 т. Для выполнения межорбитальных маневров конструкция двигательной установки позволяет производить до 7 включений.
     При использовании доразгонного блока такого типа возможно довыведение на орбиту порядка 200 км космических аппаратов массой до 88 т и 81,5 т - на орбиты до 600 км. Полезный объем для груза ограничен диаметром 5,5 м и длиной 35 м - это более 80 м.
     Второй вариант. С целью доставки космических аппаратов на высокие орбиты искусственного спутника Земли, включая геостационарную, к Луне, в составе ракеты-носителя "Энергия" разрабатывался кислородно-водородный космический разгонный блок 14С40, который является как бы третьей ступенью ракеты-носителя. Разгонный блок имеет диаметр 5,5 м и длину 16 м. В качестве компонентов топлива в нем используются жидкие кислород и водород, то есть такие же компоненты, как и в блоке второй ступени ракеты-носителя "Энергия". Баки разгонного топлива вмещают до 70 т топлива. Маршевый ракетный двигатель блока развивает тягу до 10 т. Для выполнения межорбитальных маневров конструкция двигательной установки позволяет осуществлять до 10 включений в космосе, что обусловливает возможность доставки полезных грузов на любые орбиты и отлетные траектории. Управление блоком в полете осуществляется качанием маршевого двигателя, установленного в карданном подвесе, и малыми двигателями автономной системы ориентации. Разгонный блок 14С40 известен под наименованием "Смерч" в изложении событий, связанных с его разработкой.

     Для выведения полезных грузов на геостационарную орбиту необходим маневр для ракет, стартующих с Байконура. Высокоэнергетический маневр с изменением характеристической скорости на 4500 м/с. При этом требуются даже несколько маневров для изменения плоскости орбиты на больших высотах. В зависимости от целей полетов оптимизируются и стартовые массы ракет.

     В композиции с водородным блоком "Смерч" на геостационарную орбиту выводился груз весом 18-19 т, в либрационные точки системы Земля - Луна - весом 23-29 т, на орбиту искусственного спутника Луны - 21,5-23 т. При этом под полезный груз отводилось место диаметром 5,5 м и длиной 23,5 м - более 550 м³.
     Третий вариант. При необходимости доставки космических аппаратов на Луну, полетов к Марсу, Юпитеру, Солнцу используется более сложная композиция разгонных блоков - двухступенчатая. Первая ступень - разгонный блок "Смерч", вторая - типа "ДМ". Блоки компонуются последовательно, один над другим, и функционируют последовательно.
     Предполагалось донести до поверхности Луны груз массой 910 т (так по тексту книги, прим.webмастера), на отлетную траекторию к Марсу 26-28 т, на суточную орбиту искусственного спутника Марса 15 т и на отлетную траекторию к Солнцу с облетом Юпитера 5-6 т. Полезный объем - цилиндр диаметром 5,5 м, длиной 19,5 м - около 460 м³.
     Как видно из проекта, проблема создания грузового варианта "Энергии" заключалась только в разработке контейнера и, главное, разгонного блока "Смерч". Этот блок нужен был с самого начала. Он был основой всех отлетных программ. Требовалась не сомнительная компиляция акробатических вариантов компоновки малоэнергетических блоков, а завершенная конструкция перспективного применения для транспортных систем межпланетных полетов. Любое занижение энергетики, в том числе применение несовершенных двигателей, разрушает программу дальних полетов. Поэтому принятие конструкции на ретро-решениях и отказ от разгонного блока "Смерч" стало сокрушительным ударом: "Энергия" оставалась без программы.
     Созданные космические средства должны были быть использованы для расширения исследований Луны, планет и Солнца, доставки груза с планет, астероидов и комет и для астрофизических исследований.

Исследования планеты Марс. На этапах подготовки к пилотируемому полету на Марс с использованием "Энергии" автоматическими аппаратами могут быть решены:
     - широкомасштабные исследования планеты с орбиты искусственного спутника Марса и на ее поверхности, включая детальное картографирование, долговременное изучение физических характеристик планеты, ее атмосферы и окружающего пространства. Материалы этих исследований могут доставляться на Землю специальными возвратными ракетами;
     - доставка марсианского грунта на Землю из нескольких точек, с возможностью проведения глубокого бурения;
     - отработка элементов пилотируемого марсианского комплекса с доставкой их на орбиту искусственного спутника Марса или на поверхность Марса.
     Особенностью "Энергии" является возможность доставки больших масс космических аппаратов, что позволяет существенно упростить схемы полета, то есть отказаться от сложнейших операций сборки различных частей марсианского комплекса на орбите или на поверхности Марса, а также от применения торможения в атмосфере планеты при выходе на орбиту искусственного спутника Марса. Поэтому могут использоваться так называемые "прямые" схемы полета.
     Наши оценки показывают, что по этим схемам на суточную орбиту искусственного спутника Марса "Энергия" доставит около 15т, или на поверхность Марса около 14-15 т, с предварительным выходом на суточную орбиту, или до 25 т при посадке на планету с гиперболических траекторий. Располагая такими возможностями, "Энергия" может обеспечить при одном пуске доставку на Марс нескольких аппаратов с последующим возвратом марсианского грунта из различных районов планеты. Может быть также поставлена задача глубокого бурения с целью достижения криолитосферы, поиска воды и ископаемой жизни.

Исследования планеты Венера. Изучение планеты Венера с использованием ракеты-носителя "Энергия" было направлено на дальнейшее развитие ранее выполненных программ и ориентировано на крупномасштабные и долговременные исследования этой планеты:
     - с орбиты искусственного спутника Венеры может быть реализовано глобальное изучение ее ионосферы, поверхности планеты, гравитационного и магнитного полей, детальное картографирование;
     - в атмосфере Венеры с помощью аэростатных станций изучение химического состава на разных высотах, климата и проведение мелкомасштабной съемки поверхности;
     - на поверхности планеты с помощью долгоживущего подвижного аппарата (венерохода) изучение химического состава грунта с поверхности и глубины, с использованием бурения, физико-химических свойств и микроструктуры поверхности, строение планеты, метеорологические исследования.
     Для проведения этих исследований "Энергия" может вывести на суточную орбиту искусственного спутника Венеры массу около 16 т, доставить на поверхность Венеры 15-16 т, с предварительным выходом на суточную орбиту искусственного спутника Венеры, или до 26 т при посадке на Венеру с гиперболических траекторий.

Исследования Солнца и Юпитера. Для проведения эффективной программы наблюдений Солнца со сверхмалых расстояний и непосредственных измерений физических параметров околосолнечной среды наиболее эффективным является полет в близкое околосолнечное пространство с прохождением космическим аппаратом через корону Солнца на расстоянии нескольких радиусов от его центра. При этом могут быть решены следующие задачи:
     - исследование солнечной атмосферы, околосолнечного пространства и гелиосферы;
     - экспериментальная проверка ряда положений общей теории относительности с проведением регистрации изменений параметров электромагнитных волн и орбитальных параметров под действием гравитационного поля;
     - исследование внеэклиптического космического пространства.
     Поскольку достижение близких окрестностей Солнца с наименьшими затратами энергии осуществимо лишь с помощью пертурбационного маневра у Юпитера, целесообразно включить в научную программу полета исследования и этой планеты-гиганта. С использованием "Энергии" возможно выведение к Солнцу космического аппарата массой 5-6 тонн, при этом одновременно можно доставить к Юпитеру спускаемый аппарат для исследования атмосферы планеты. Перелет Юпитер - Солнце может быть осуществлен с выходом из плоскости эклиптики.
     Реализация в одной экспедиции двух различных по характеру научных программ - исследования Солнца и исследования Юпитера - будет иметь огромное научное значение.

Исследования Луны. Выполненные к настоящему времени с помощью автоматических аппаратов, с высадкой на ее поверхность кратковременных экспедиций в составе двух человек; исследования Луны дали существенные результаты с точки зрения познания собственно Луны и некоторых планетологических проблем. Однако эти исследования не получили широкого и глубокого развития в силу, прежде всего, ограниченных возможностей использования технических средств и кратковременности пребывания человека на Луне. Поэтому Луна по-прежнему представляет несомненный и большой интерес как объект исследований. Ее дальнейшее фундаментальное изучение позволит ответить на многие вопросы планетологии, остающиеся до сих пор проблемными в понимании происхождения и эволюции Солнечной системы, природы и эволюции Земли, распределения земных природных ресурсов.
     Создание на Луне соответствующих технических средств позволит решать важные народнохозяйственные задачи, будет способствовать развитию и совершенствованию ракетно-космических систем для дальних космических полетов.
     Концепция освоения Луны предусматривала следующее.
     Первый этап (1992-2000 гг.) освоения Луны, по-видимому, рекогносцировочный этап - детальная съемка лунной поверхности с борта космических аппаратов, выведенных на орбиты искусственного спутника Луны, близкие к полярным и, возможно, последующая исследовательская работа луноходов в перспективных районах.
     На этом же этапе целесообразно провести размещение космического радиоинтерферометра на поверхности Луны или в либрационных точках системы Земля-Луна. Радиоинтерферометр вместе с наземными телескопами может явиться средством, которое обеспечит прорыв в решении широкого круга астрономических задач, связанных с уточнением метрики Вселенной, ее эволюции, поиска новых астрофизических объектов.
     На втором этапе (2001-2010 гг.) - создание модульной базы на видимой стороне Луны, которая, как правило, должна работать в автоматическом режиме, с проведением кратковременных экспедиций посещения с целью изучения возможности промышленного использования Луны, проведения астрофизических и биомедицинских исследований.
     На третьем этапе, после 2010 г., - создание обитаемой лунной базы, с постепенным наращиванием оборудования и превращением ее в лунный промышленный комплекс для получения веществ и материалов как для использования на Земле, так и для снабжения космических аппаратов.
     Новые оценки показывают, что "Энергия" может доставить в либрационные точки системы Земля - Луна 23-29 т, на орбиту искусственного спутника Луны 11-23 т, а на поверхность Луны 9-10 т полезного груза. "Энергия" и разрабатываемые космические средства - космический разгонный блок и буксир - открывают возможности по доставке тяжелых космических аппаратов на орбиты искусственного спутника Земли, к Марсу, Венере, Луне, Солнцу и проведению крупномасштабных исследований космического пространства и планет Солнечной системы в интересах науки и человечества.
     Через 3-4 года мог быть создан энергопоезд ("Энергия", космический разгонный блок и буксир), который одним пуском может обеспечить выведение в космос космических аппаратов массой в 5 раз больше, чем самые мощные эксплуатируемые носители. Эта концепция исследований, реализация которой требует больших материальных затрат, станет более реальной, а отдельные ее задачи могут быть решены на основе международного сотрудничества. Народы Земли придут к пониманию того, что глобальные исследования планет и космического пространства можно осуществить совместными усилиями уже в наше время.

"Гроза". Следующая группа носителей относится к ракетам, создаваемым на основе грузового варианта "Энергии" путем почти простого вычитания двух блоков А из первой ступени строящейся ракеты. Это - ракеты, представленные в ряду со стартовыми массами 1060, 1080 и 1600 т. История разработки этих носителей непростая. Целая группа ракет оказалась в центре конкурентной борьбы конструкторов отрасли. По своим значениям грузоподъемности ракеты попадали в зону тридцатитонной нагрузки. В эту зону перемещался "Протон" с его модернизацией и водородным блоком, в эту же зону внедрялась 11К37 разработки КБ "Южное".
     А история разработки такого типа ракет начиналась в июне 1976 г, когда разработчики "Бурана" - НПО "Энергия", КБ "Южное"., НИИ авиационных приборов и НПО радиоприборов - вышли с предложением начать летные испытания ракетно-космического комплекса с двумя блоками А для уменьшения затрат на разработку этой системы. С этой целью были разработаны технические предложения по ракете, получившей индекс РЛА-125.
     В 1976 г. создавалась схема РЛА-125 с расположением полезной нагрузки сбоку на блоке Ц, по схеме размещения орбитального корабля. Полезная нагрузка должна была размещаться внутри транспортного контейнера. Вес компонентов топлива на блоке Ц составлял 790 т. Четыре двигателя РД-0120. Вес полезной нагрузки 45-50 т.
     В 1978 г. разрабатывалась схема с верхним расположением полезной нагрузки, с использованием укороченного варианта бакового отсека блока Ц. Укороченный баковый отсек заимствовался из четырехбаковой схемы "Энергии" того времени. Центральный блок с баковым отсеком и обтекателем полезного груза по контуру совпадал с блоком Ц четырехбаковой конструкции ракеты "Энергия". Стартовая масса ракеты, в зависимости от наклонения орбиты и наличия разгонного блока, была от 1260 до 1280 т. Масса полезного груза, выводимого на опорную орбиту высотой до 200 км, от 45 до 59,5 т. Масса полезного груза на стационарной орбите составляла 5,5-6 т, на траектории к Луне - 14,5-15 т, к Венере - 12-12,5 т, с учетом того, что блоки А в этом случае не оснащаются средствами спасения и возврата. На первой ступени предусматривалось применение двигателей РД-170, на второй ступени - три двигателя РД-0120, на разгонном блоке (блок "В") - двигатель 11Д57М, с тягой 42 т в пустоте и удельным импульсом 460 с. Заправка компонентами топлива блока Ц уменьшалась до 460 т с 700 для "Энергии".
     1978 г. был плодовитым на варианты. Проектировался вариант РЛА-131 в составе четырех блоков А и укороченного блока Ц на два бака из четырехбаковой конструкции штатного блока. РЛА-132 был также с укороченным блоком Ц, вершинным расположением полезного груза и восьми блоков А. Прорабатывался также вариант РЛА-133 с восемью блоками А, но увеличенной на 50 % заправкой и укороченным блоком Ц. Боковое расположение полезного груза рассматривалось в варианте ГТК-4, с четырьмя блоками А и с шестью блоками А - в варианте ГТК-6. Последние индексы "ГТК" означали - грузовой транспортный комплекс, а "РЛА" - ракетный летательный аппарат. Дальнейшие работы в этом направлении были приостановлены, все внимание было сконцентрировано на разработке базового варианта "Энергии".
     В 1984 г. возобновились работы по поиску рационального варианта ракеты-носителя в диапазоне 30-40 т полезной нагрузки. Необходимость создания такого носителя рассматривалась как ближайшая перспектива отечественных ракет для решения проблемы запуска на геостационарную орбиту грузов больших, чем запускает "Протон", и даже с его модернизацией. Определились три направления в решении этой задачи: модернизация "Протона", разработка ракеты 11К37 и ракеты-носителя "Гроза" - это новое наименование модифицированной ракеты РЛА-125.
     В декабре 1984 г. постановлением был установлен срок выпуска эскизных проектов - 1985 г. - и определен порядок дальнейших работ и объем финансирования по результатам рассмотрения эскизного проекта в 1986 г. Эскизный проект на космический ракетный комплекс "Гроза" был разработан в декабре 1985 г.
     Главный недостаток ракеты-носителя "Протон" - его небезосновательно критикуемая экология компонентов. Разработчики намеревались хотя бы несколько улучшить экологические характеристики. Предусматривалось использование работы ступеней до полного выгорания топлива, предусматривались средства дожигания опасных компонентов на траектории. Но не решалась проблема аварийного исхода пуска, когда компоненты разбрасываются взрывом и заражают территорию практически в любой точке трассы, где упадет аварийный груз.
     Другой проблемой для этой модернизации была необходимость доработки наземного комплекса под обеспечение заправки нового разгонного блока водородом. Речь идет о разгонном блоке "Шторм", который должен был быть в одном унифицированном ряду с разгонными блоками "Вихрь". Это тот блок, который, в результате "глубоких" проработок с нашим министерством, КБ "Салют" предлагало принять для "Энергии", с этого и начался спор. Ограничения по конструкции ракеты "Протон" не давали возможности применить радикальную конструкцию водородного двигателя.
     Ракета-носитель 11К37 строилась на базе трех блоков типа А "Энергии", почти один к одному, и увеличенного по длине блока второй ступени, который составлял центр этой композиции в пакете. Центральный блок имел три двигателя 11Д18 плюс рулевые двигатели. Компоненты кислород-керосин. Ракета выводила на опорную орбиту 40 т, 35 т - на полярную и на геостационарную орбиту - около 5 т. Путем компиляции блоков первой ступени "Зенита" можно было создать неплохую схему, но она не имела старта. Для этой ракеты были необходимы новые монтажно-испытательный корпус и старт. Вырисовывался один выход: внедриться в наземный комплекс "Энергии".
     В 1985 г., используя практически все штатные блоки ракеты-носителя "Энергия", как двухступенчатая конструкция был разработан РЛА-125 (по новому наименованию "Гроза"). Ракета образовывалась простым отсоединением двух блоков А от ракеты "Энергия". Заправка блока Ц составляла 703 т. Вновь разрабатывался транспортно-грузовой отсек под полезную нагрузку, который, по замыслу, был частью отсека контейнера, разрабатывавшегося для "Энергии" в грузовом варианте. Масса полезного груза, выносимого на опорную орбиту, составляла 60 т. Был создан эскизный проект, который доказывал возможность универсализации перспективного ряда ракет-носителей на базе "Энергии". Критичным в этой схеме была фактическая прочность блоков А при ветровом нагружении на старте. Проблема решалась с помощью специальных стартовых средств в виде дополнительных опор или упрочнения блока А. В том числе предлагалось в техническом задании снизить ограничение по ветровой нагрузке, то есть не пускать ракету в "штормовую" погоду. В этом варианте для ракеты ничего не требовалось. Ни отработки - она использовалась от "Энергии", ни нового старта - он использовался полностью, даже стартово-стыковочный блок был от "Энергии".
     В июле 1987 г. Научно-технический совет министерства принял решение образовать экспертную комиссию для оценки разработки ракет-носителей РЛА-125 и 11К37, рекомендовал завершить работы по эскизному проектированию, в том числе в части многоразовых блоков А, эксплуатационных характеристик, времени подготовки к пуску, интервала пусков, годовой производительности стартового комплекса, снижения затрат на выведение полезной нагрузки. Эскизные проекты должны были быть представлены в четвертом квартале 1987 г.
     Совместное заседание секций N1 и N3 Научно-технического совета Минобщемаша в июле 1989 г. одобрило результаты разработки дополнения к эскизному проекту по космическому ракетному комплексу 11К37. Принимая во внимание имеющиеся финансовые ограничения, сочли целесообразным дополнительно проработать возможности использования для подготовки к пуску ракеты-носителя универсального комплекса стенд-старт, корпуса динамических испытаний и других сооружений "Энергии".
     Нам пришлось реагировать обращением к министру с просьбой завершить работу комиссии, назначенной в августе 1988 г., которая на основе комплексного анализа и исследований должна была определить основные направления в работе по созданию перспективных средств выведения в отрасли и не допускать частных решений по любому комплексу.
     Поплыл разговор о неизящной конструкции "Грозы". При обсуждении проектов опускали одну из основных причин этой "неизящности". Представленный вариант преследовал цель оживить работы в производственной и эксплуатационной сфере ракеты "Энергия" дополнительной нагрузкой по изготовлению, хотя бы на период проведения летных испытаний этой ракеты. Начались разработки изящных решений для этой серии тяжелых носителей.
     В 1989 г. прорабатывались варианты РЛА-125 с уменьшенным блоком Ц по диаметру. Рассматривались диаметры 4,1 и 5,5 м. Наиболее предпочтительными по результатам анализа оказался носитель с диаметром блока Ц 5,5 м и одним двигателем РД-0120. Заправка компонентами топлива составляла, в зависимости от диаметра, от 200 до 450 т. Этот вариант и представлен в перспективном ряду. Однако этот изящный вариант, который давал возможность выводить на орбиту порядка 35 т и на геостационар до - 6,3 т, как говорится, без напряжений, был вариантом, проходящим через основную производственную базу, через "Прогресс", разработкой нового центрального блока. Блок, правда, входил в ряд унифицированных диаметров, но базовый оставался без применения. Был рожден менее изящный вариант, но не обходивший базовую конструкцию. Эта разработка получила наименование "Энергия-М".

РН "Энергия-М" на универсальном комплексе стенд-старт

"Вулкан". По космической ракете "Вулкан" было разработано техническое предложение в соответствии с пятилетним планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, утвержденным постановлением правительства в июле 1981 г. и техническим заданием главного управления, выданным в июле 1982 г.    

Ракета-носитель "Вулкан" сверхтяжелого класса входит в ряд унифицированных ракет типа "Зенит", РЛА-125, "Энергия" - "Буран-Т", использующих единые маршевые двигатели и унифицированные ракетные блоки с их основными системами. В состав ракеты космического назначения входят: восемь ракетных блоков первой ступени - блоков А, выполненных на базе блоков А ракеты-носителя "Энергия", ракетный блок второй ступени - блок Ц - соответствует центральному блоку ракеты "Энергия", стартово-стыковочный блок - блок Я новой разработки и космическая головная часть в различных комплектациях и вариантах.
     Стартовая масса ракеты-носителя "Вулкан" 4747 т. Грузоподъемность при выведении на опорную орбиту высотой 200 км с наклонением 50,7 град. составляет 200 т, наклонением 97 град. - 172 т, на геостационарную орбиту, с использованием разгонного космического блока "Везувий" -36 т, на орбиту искусственного спутника Луны - до 43 т, на траекторию полета к Марсу - до 52 т.
     Блоки А объединяются попарно в четыре параблока. Блоки А ракеты-носителя "Вулкан" не оснащаются средствами возвращения и связанными с ними элементами. Увеличен, по сравнению с блоками А ракеты "Энергия", объем топливных баков за счет цилиндрических вставок длиной 7 м. При стоянке ракеты на стартовом комплексе блоки А опираются на блок Я по двум опорным площадкам каждый, в отличие от блоков А ракеты "Энергия", который опираются на блок Я на четыре точки, что приводит к необходимости изменения конструкции хвостового отсека блока А. Все блоки А делятся на две группы; полностью идентичных блоков - левые и правые в каждом параблоке. Отличия этих групп состоят в размещении средств отделения параблоков в конце полета и элементов силовых связей с блоком Ц. Стартовая масса блока А 449,2 т, масса конструкции 573 т, рабочий запас топлива 386 т, из них 278,8 т окислителя и 107,2 т горючего. Длина блока 46,5 м.
     Двигатель РД-179 (14Д20, примечание web-мастера) с форсированием тяги у Земли до 860 т, в пустоте - 937 т. Удельный импульс 308,5 с и 336,2 с на Земле и в пустоте соответственно.
     Центральный блок ракеты-носителя "Вулкан" отличается от блока Ц ракеты "Энергия" увеличением цилиндрической части баков в сумме на 15 м с изменением формы верхнего днища кислородного бака, новым переходным отсеком, цилиндрической юбкой вместо обтекателей двигателя РД-0120, симметричным расположением внутрибаковых устройств, в том числе и тоннельного трубопровода.
     Стартовая масса блока Ц 934 т, масса конструкции 89,7 т, рабочий запас топлива 832 т, в том числе кислорода 713 т, водорода 119 т. Двигатель форсированный РД-0120 с тягой у земли 175 т, в пустоте - 200 т; удельная тяга у земли, с сопловой вставкой, 396 с, в пустоте - 454,9 с. Длина бакового отсека блока Ц 63 м.
     Производственный комплекс, в том числе и на Байконуре, сохранялся полностью, с размещением в сборочно-испытательных пролетах соответствующего стапельного оборудования по тому же принципу, что и для "Энергии". Строившийся в Куйбышеве на заводе "Прогресс" сборочный корпус предусматривал изготовление на этой базе всех боковых и других габаритных элементов центрального блока. Изготовление блока А удлиненной конструкции планировалось вести в Омске в объединении "Полет".
     Для старта подходил только универсальный комплексный стенд-старт. При его строительстве учитывались основные параметры "Вулкана" по габаритам, и в том числе по термо-газонапряженности газового потока при работе маршевых двигателей.

Ракета-носитель "Вулкан" решала практически все проблемы пилотируемой транспортной операции полета на Марс. Он тогда был не так далек от нас.

Иллюстрации к 38 главе

Далее...

Фотографии и иллюстрации раскрываются в увеличенном формате только на
DVD