Средства выведения нового поколения на базе универсального ракетного блока

Экологические проблемы и стремление к повышению конкурентоспособности РН "Ангара" делают весьма актуальным появление в перспективе всеазимутальных вариантов РН, не требующих для своей эксплуатации отчуждения районов падения отделяющихся частей на суше. С этой целью ракетные блоки первой ступени РН должны оснащаться системой спасения самолетного типа, обеспечивающей их возвращение в район старта после отделения от РН. При этом головной обтекатель и другие отделяющиеся фрагменты, например переходной отсек, выводятся за счет использования энергетики второй ступени на баллистическую траекторию с падением в акваторию Мирового океана.

Оптимальный вариант аэродинамической схемы многоразового ракетного блока (МРБ), минимизирующий потери в энергетике РН, обусловленные установкой системы спасения, базируется на концепции беспилотного однорежимного летательного аппарата, оптимизированного для выполнения дозвукового крейсерского полета в район старта и оснащенного двухпозиционным крылом большого удлинения, раскрывающимся после отделения МРБ от РН, вспомогательным двухконтурным воздушно-реактивным двигателем и оперением, скомпонованным по нормальной аэродинамической схеме. В отличие от других вариантов всеазимутальных средств выведения, например воздушно-кос-мического самолета или одноступенчатой РН, двухступенчатая РН с МРБ не имеет критических технологий и может быть реализована уже в настоящее время при максимальном использовании имеющегося в ракетной технике и авиации научно-технического задела. При комплексной оптимизации конструктивно-баллистических характеристик и программ управления потери, обусловленные установкой системы спасения первой ступени и зависящие от выбранной трассы запуска, не превышают 35...50 % от массы полезной нагрузки, выводимой на низкую круговую орбиту.

Проектно-баллистические исследования МРБ легкого класса с двигателем РД-191 показывают,что предлагаемый вариант компоновки первой ступени обладает универсальностью и позволяет в случае необходимости создать на его базе целый ряд перспективных РН легкого, среднего и тяжелого классов грузоподъемностью от 2 до 22 т, использующих в качестве компонентов топлива кислород и керосин.

В настоящее время в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева совместно с НПО "Молния" ведется разработка многоразовых ускорителей "Байкал" для применения в составе носителей семейства "Ангара" вместо одноразовых универсальных модулей-ускорителей. Такие многоразовые ускорители создаются с максимальным использованием задела по одноразовым модулям-ускорителям, в конструкцию которых сразу закладывается возможность их многократного использования. Применение таких многоразовых ускорителей помимо снижения удельной стоимости выведения позволит также:

Разработка РН на базе многоразового ускорителя "Байкал":
а — многоразовый ускоритель "Байкал" разработки ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и НПО "Молния";
б — испытания многоразового ускорителя "Байкал" в аэродинамической трубе;
в — семейство РН на базе многоразового ускорителя "Байкал"

полностью или частично ликвидировать поля падения отработавших частей РН;
обеспечить всеазимутальность при запусках на орбиты с различными наклонениями;
высвободить производственные мощности для выполнения других задач.

Многоразовый ускоритель создается по концепции "прилетающих назад" аппаратов (flyback). Его основой является ракетный модуль с ЖРД, конструкция которого во многом идентична одноразовому модулю-ускорителю РН семейства "Ангара". Параметры и характеристики носителя и траектории выведения выбираются таким образом,чтобы в максимальной степени сохранить конструкцию универсального ракетного модуля. Выбор скорости разделения ступеней, соответствующей числу М = 6...7, позволил отказаться от теплозащитного покрытия конструкции, что решающим образом сказывается на стоимости межполетного обслуживания.

Для ориентации отработавшего ускорителя перед входом в плотные слои атмосферы он оснащен реактивной системой управления. После входа ускорителя в атмосферу и предварительного торможения осуществляется планирование с помощью поворотного крыла, управление полетом производится аэродинамическими органами управления. Планирование переходит в моторный полет, когда включаются два воздушнореактивных двигателя, установленных в носовой части многоразового ускорителя. Управляемый собственным бортовым комплексом управления ускоритель возвращается на аэродром вблизи стартового комплекса, где совершает посадку на выдвижное колесное шасси самолетного типа. Энергопитание в полете осуществляется системой энергоснабжения, а сбор и передачу на Землю необходимой информации о состоянии и функционировании ускорителя проводит бортовой измерительный комплекс.

Ряд основных элементов и систем многоразового ускорителя заимствован или разрабатывается на основе существующих конструкций. Это, несомненно, уменьшает технический риск и объем необходимых испытаний,однако остается достаточно большой объем экспериментальных и испытательных работ. В первую очередь это относится к определению и подтверждению аэродинамических характеристик полета многоразового ускорителя после его отделения от ракеты-носителя до посадки на аэродром. Такие испытания уже проведены в ЦАГИ, ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и НПО "Молния" на масштабных моделях многоразового ускорителя.

Стартуя со стартового комплекса, расположенного на российском космодроме Плесецк, в составе РН семейства "Ангара", многоразовый ускоритель сможет при возвращении совершать посадку на аэродроме Перо, входящем в состав этого космодрома. После нейтрализации остатков топлива на заправочно-нейтрализационной станции и доставки в монтажно-испытательный корпус ускоритель пройдет межполетную подготовку и будет готов для повторного использования в составе РН.

Летные испытания многоразового ускорителя должны начаться в 2004 г. в составе РН "Ангара-1.2" легкого класса. Таким образом, при использовании многоразовых ускорителей ракеты-носители семейства "Ангара" станут сами "частично многоразовыми", имеющими многоразовые первые ступени, составленные из модулей — многоразовых ускорителей, и одноразовые верхние ступени. Такие ракеты-носители смогут успешно конкурировать на мировом космическом рынке. По проведенным оценкам, частично многоразовые РН семейства "Ангара" по удельной стоимости выведения будут предпочтительнее не только одноразовых, но и полностью многоразовых носителей, находящихся в настоящее время в разработке.