Текст уведомления здесь

От бомбы на Луну

Как устроена самая заслуженная российская ракета

Ракета-носитель «Протон» наряду с «Союзом» — рабочие лошадки космической отрасли. Хотя в последнее время сразу несколько космических пусков закончились авариями по вине ракеты-носителя, «Протон» все еще незаменим. «Чердак» рассказывает, что же представляет собой знаменитая ракета-носитель.
Добавить в закладки
Комментарии
Дочка войны

Ракета-носитель «Протон» — прямая наследница советской двухступенчатой межконтинентальной баллистической ракеты УР-500, спроектированной в КБ, которое возглавлял Владимир Челомей. Ее разработка началась в 1961 году, и вскоре стало понятно, что на вооружение она не пойдет из-за избыточной мощности, хотя ракета и была способна доставить до территории противника знаменитую термоядерную бомбу, условно называемую «кузькина мать». Базироваться оружие должно было в шахтах, но приехавший как-то на Байконур Хрущев, узнав, сколько для этого нужно денег, сказал: «Так что мы будем строить – коммунизм или шахты для УР-500?»

Ракета потеряла боевое назначение, но была переориентирована на запуск спутников. Первый пуск состоялся 16 июля 1965 года с лабораторией для исследования космических частиц «Протон». Было выполнено четыре пуска двухступенчатого варианта, из них три — успешно. На основе этой ракеты Челомей предложил программу пилотируемого облета Луны, и на ракету поставили еще одну, третью, ступень и небольшой разгонный блок. Однако разработчики не успели реализовать программу, поскольку сделать космический корабль и разгонный блок поручили конструкторскому бюро Сергея Королева. За Челомеем оставалась фактически только ракета.

Всего по программе было запущено 11 беспилотных кораблей, из них четыре не вышли на орбиту Земли из-за аварий ракеты-носителя, четыре корабля совершили облет Луны. Один аппарат в июле 1968 года не был запущен из-за аварии разгонного блока во время подготовки к старту. В январе 1970 года программа облета Луны была закрыта из-за того, что Советский Союз упустил приоритет, и в декабре 1968 года американские астронавты на корабле Apollo 8 первыми в мире облетели спутник и вышли на окололунную орбиту, а в июле 1969 астронавты корабля Apollo 11 высадились на поверхность Луны. После закрытия программы ракета, получившая со временем название «Протон», применялась в трехступенчатом и четырехступенчатом вариантах для запуска космических аппаратов.
Схема строения ракеты-носителя. Изображение Александр Шлядинский


В 1970-е годы на ракете стали запускать первые советские орбитальные станции «Салют» и «Алмаз», а также межпланетные зонды к Луне, Марсу и Венере. «Протон» был единственной советской ракетой, способной запускать геостационарные спутники, висящие над одной точкой экватора на высоте 36 тысяч километров. При полной массе в 700 тонн ракета доставляет на низкую околоземную орбиту 21 тонну, а на геостационарную — до 3,5 тонн. Стартовые комплексы для «Протона» были и остаются только на Байконуре. В 1993 году американские и российские предприятия создали компанию Lockheed-Khrunichev-Energia International (LKEI), преобразованную в 1995 году в International Launch Services (ILS), которая с 1996 года запускает иностранные спутники на ракете «Протон» на коммерческой основе.

Не попасть к потенциальному противнику

Военное прошлое этой ракеты определило одно из главных ее отличий: все три ступени используют в качестве горючего несимметричный диметилгидразаин (гептил), а в качестве окислителя — тетраксид азота. Это связано с тем, что баллистическая ракета должна задолго до старта находиться в боеготовом состоянии. В отличие от нее, ранее разработанные Королевым ракеты использовали в качестве окислителя жидкий кислород, который испаряется, поэтому его нельзя долго хранить. Недостаток «долгоиграющего» топлива — токсичность обоих его компонентов, достоинство — ему не нужна система зажигания, поскольку горючее воспламеняется само при контакте с окислителем.

Разделение первой и второй ступеней осуществляется по так называемой «горячей схеме»: двигатели верхней ступени включаются до того, как останавливаются двигатели нижней. Это делается для того, чтобы избежать проблемы включения двигателей в невесомости, поскольку перегрузка ракеты участвует в создании необходимого давления при подаче топлива в турбонасос.

Двигатели третьей ступени начинают работать до полного выключения двигателей второй. Рулевой двигатель фактически вытаскивает третью ступень с полезной нагрузкой из переходника, соединяющего ее со второй ступенью. Именно с работой двигателей третьей ступени сейчас связывают как минимум три аварии ракет «Протон»: недавнюю, расследование которой еще не закончено, 2014 года, которая произошла из-за разрушения подшипника турбонасоса рулевого двигателя, и 1988 года.
МодификацияВсегоРезультаты
123
Протон4301
Протон-К3092711424
Протон-М877764
Всего4033532030

1. Спутники выведены на расчетную орбиту
2. Спутники выведены на нерасчетную орбиту
3. Спутники не выведены на орбиту


«Если что-то в ракете перестает работать, подается команда АВД — «аварийное выключение двигателей». Это пошло еще со времен боевых ракет, чтобы в случае отказа ракета упала на нашей территории. Двигатели выключаются, ракета падает в атмосфере и, как правило, сгорает», — поясняет редактор журнала «Новости космонавтики» Игорь Афанасьев. Поскольку ракета стоит гораздо меньше стартового комплекса, в аварийных случаях в момент пуска основная задача — увести ракету от старта. «Поэтому в случае отказа или даже взрыва одного из двигателей первой ступени подается команда на форсирование оставшихся, и только потом подается команда АВД», — пояснил эксперт.

Для облегчения разделения наверху второй ступени предусмотрены пороховые тормозные двигатели, которые помогают избежать опасных соударений ступеней. После этого третья ступень с нагрузкой и разгонный блок выходят на переходную или низкую околоземную орбиту.

Работа в невесомости

У ракеты есть еще и разгонный блок — по сути, четвертая ступень ракеты. Он появился во время реализации программы облета Луны и предназначен для перевода космического аппарата с низкой околоземной орбиты на траекторию полета к спутнику, другим планетам, либо на геостационарную орбиту. Разгонный блок продолжительное время автономно работает в открытом космосе и имеет свою систему активной ориентации и стабилизации.

Основное отличие РБ от «классических» ступеней ракеты в том, что он может работать в невесомости. Отсутствие гравитации — серьезная проблема для двигателей: топливо в баках может собираться в шары, в нем появляются пузырьки газа, из-за которых двигатель может «захлебнуться». Чтобы не допустить этого, в ступенях при помощи небольших пороховых двигателей создают слабые перегрузки.

На «Протоне» применяются два типа разгонных блоков (РБ). Блок «Д» — кислородно-керосиновый (разработки РКК «Энергия»), применяется в основном для запуска аппаратов «ГЛОНАСС». «Бриз-М» (ГКНПЦ имени М.В. Хруничева) работает на долгохранимых компонентах, предназначен для запусков геостационарных спутников.

Привычная задача для «Протона» — выведение геостационарных спутников. Для этого разгонный блок должен сообщить аппарату, находящемуся на низкой круговой орбите, дополнительную скорость (порядка 3 км/с), чтобы он перешел на эллиптическую орбиту. В дальней точке этого эллипса нужно придать аппарату еще один импульс, чтобы сообщить ему первую космическую скорость для этой высоты. Задача усложняется тем, что Байконур находится далеко от экватора. Поэтому орбиты спутников имеют высокое наклонение, и для запуска геостационарного аппарата требуются дополнительные импульсы разгонного блока, чтобы «выпрямить» орбиту и заставить спутник висеть точно над экватором. По той же причине на Луну или Марс «Протон» может оправить больше груза, чем на геостационарную орбиту.
Схема доставки спутника на орбиту совсем не очевидная вещь. Изображение Александр Шлядинский


«Схема «Протона» не меняется с 1965 года, однако сейчас применяются новые технологии, меняются материалы, немного увеличена эффективность двигателей. Возможность улучшения сильно завязана на конструкцию ракеты и габариты. Чтобы увеличить тягу, нужно либо давление в камере увеличивать, либо увеличивать сопло, но это требует изменения габаритов ракеты и — главное — стартового комплекса», — пояснил Афанасьев. Поэтому старый добрый «Протон» еще не скоро уйдет на пенсию.

Павел Котляр («Газета.Ру»)
Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы