Поиск

Ракета Р-7–баллистическая ракета, ставшая лидером космической гонки

В качестве заключения

В фильме «Укрощение огня» ‒ советский художественный фильм 1972 года, посвященный создателям «советской ракетной техники», присутствуют слова С. Королева:

«… Мне у немцев учиться нечему. Я учился у Циолковского …».

Проблема «величайшего космического теоретика» Константина Циолковского заключается в том, что его знаменитая формула – не учитывающая реалий полета ракеты – уже находилась в учебниках Кембриджского университета, еще за год до того момента, когда родился Костя Циолковский.

После просмотра записи высадки первой американской экспедиции на Луну, которую показывали только верхушке советских ракетчиков, кто-то из главных конструкторов с досадой произнес: «Это все Черток виноват. В 1945 году он задумал украсть у американцев фон Брауна и с задачей не справился».

На эти слова Б.Черток резко ответил: «И очень хорошо, что эта авантюра мне не удалась. Просидел бы у нас фон Браун без толку на острове, потом отправили бы его в ГДР. Там, как бывшего нациста, никуда бы не допустили. А так с помощью американцев он осуществил не только свою, но и мечту всего человечества».

Ракета V-2 в историческом информационно-техническом музее Peenemünde, Германия.

Маленькое дополнение к портрету конструктора Wernher von Braun. При обсуждении научной общественностью США различных схем полета на Луну именно von Braun, имея собственную идею, поддержал предложение инженера из другой компании – Jack Haubolt. Интересно отметить, что предложение Haubolt  базировалось на идеях Ю. Кондратюка и Г. Оберта, выдвинутых ими независимо друг от друга еще в двадцатые годы. Инженер Haubolt стал известен на весь мир. Аналогичных примеров в ракетной промышленности СССР – привести никто не сможет.

Слишком много проблем

Сначала было сделано несколько запусков из шахты «по классике», затем перешли к открытым пускам по баллистической траектории, и в начале 1990-х годов «Рокот» начал выполнять сначала космические запуски в интересах Министерства обороны, а затем была организована коммерческая организация Eurockot Launch Services GmbH (совместное предприятие ГКНПЦ имени Хруничева и EADS Astrium — дочернее предприятие одного из крупнейших мировых производителей космических аппаратов).

Казалось бы, что может помешать таком успешному тандему завоевать свою долю рынка космических запусков? Но увы, с момента начала тестовых пусков в 1990-х годах было проведено всего 32 запуска, из которых коммерческих не более 15. Почему так получилось? Причин оказалось несколько.

Во-первых, конверсионная программа, учитывая цену создания разгонного блока, — это гораздо дороже, чем кажущееся «берем военную ракету и запускаем».

Ракета_3

Макет ракеты «Ангара» на космодроме Плесецк

Фото: ТАСС/Михаил Джапаридзе

Во-вторых температурные и вибрационные нагрузки, на которые рассчитано боевое оснащение баллистической ракеты, гораздо выше, нежели капризная гражданская космическая техника, что, в свою очередь, привело к необходимости внесения изменений в конструкцию космических аппаратов, запускавшихся при помощи «Рокота».

Ну и наконец, как внезапно оказалось, прогнозы резкого увеличения запусков легких носителей на мировом рынке космических услуг так и остались лишь прогнозами. С одной стороны, космические аппараты действительно перешли на более современную микроэлектронику. Но к обещанному снижению веса это не привело, современные спутники связи по-прежнему весят несколько тонн. Появились аппараты меньшего размера, но зачастую их создатели, не имея достаточного бюджета на запуск своего носителя, покупали место в совместных запусках (до сотни космических аппаратов, выводимых на орбиту за один заход).

Отдельная сложность — это необходимость дополнительных согласований с военными, в чьем ведении находится Плесецк, — вроде и реалистично, а сил и времени можно потратить очень много.

Еще одним ударом стала международная политика. В 2015 году украинское правительство запретило поставки в Россию комплектующих для ракет-носителей «Рокот». Попытки дать проекту второе дыхание, переведя его на полностью российские компоненты, проводятся до сих пор, но успешными их назвать никак нельзя. Время от времени в печати появляются заявления Министерства обороны о возможном отказе от «Рокота» и переходе на ракеты легкого класса «Ангара». Впрочем, и сама «Ангара» тоже еще очень далека от начала массовых запусков.

Ракета_4

Ракета-носитель легкого класса «Стрела» в одном из цехов ракетно-космического предприятия

Фото: ТАСС/Станислав Красильников

Наряду с «Рокотом» была предпринята еще одна попытка конверсионного переосмысления УР-100Н в сторону меньшего количества модернизаций. Жидкостная двухступенчатая ракета-носитель легкого класса «Стрела», спроектированная в НПО «Машиностроение». Тут всё еще проще две ступени, никаких разгонных блоков, а его роль исполняет блок индивидуального наведения боеголовок на цель ракеты. Ракете так и оставили родной шахтный запуск, получив космическую ракету, стартующую на орбиту прямо из шахты.

Однако просто сделать модернизацию недостаточно, требуется заниматься получившейся разработкой. У «Стрелы» в этом плане всё оказалось совсем грустно, в результате с 2000 года было сделано лишь три запуска — один тестовый в 2003 году и два за спутниками дистанционного зондирования Земли «Кондор» в 2013 и 2014 годах.

Тестирование ракеты V-2

Первый успешный испытательный полет состоялся 3 октября 1942 года, ракета достигла высоты 84,5 километра. Самая большая высота полета ракеты была достигнута во время войны, она составляла 174,6 километра – 20 июня 1944 года.

В ходе разработки и тестирования V-2 были выявлены и решены различные проблемы проектирования:

  • ⦁ Чтобы уменьшить давление и массу топливных баков, для повышения давления использовались турбонасосы высокого давления.

  • ⦁ Небольшая и легкая камера сгорания без прожогов была разработана с использованием центробежных инжекционных сопел, смесительной камеры и сходящегося сопла к горлу для равномерного сгорания топлива.

  • ⦁ Для предотвращения прогара в горловине камеры сгорания использовалось пленки охлаждения.

  • ⦁ Релейные контакты были более прочными, чтобы выдерживать вибрацию и предотвращать отключение тяги сразу после взлета.

  • ⦁ Обеспечение того, чтобы топливные трубы имели свободные от натяжения кривые, уменьшали вероятность взрывов на 1200 – 1800 м.

  • ⦁ Пальцы были сформированы с зазором, чтобы предотвратить повреждение, поскольку выхлопная труба расширялась с высотой.

  • ⦁ Для управления движения на траектории после старта и при достижении сверхзвуковой скорости, в качестве рулей в выхлопной струе использовались жаростойкие графитовые лопасти.

  • ⦁ Для предотвращения самопроизвольных взрывов ракеты при входе в плотные слои атмосферы, все трубки и патрубки ракеты покрывались оловом.

Экспериментальные пуски ракет V-2 в Великобритании, на переднем плане топливозаправщик на базе немецкого автомобиля Opel Blitz.

Конструкция

Р-7 – жидкостная двухступенчатая моноблочная МБР. Выполнена по “пакетной” схеме – четыре боковых блока первой ступени расположены вокруг центрального блока второй ступени. Обе ступени запускались одновременно, максимальное время работы первой составляло 140 секунд, второй – 320 секунд.

Центральный блок имел обозначение “А”, боковые – “Б”, “В”, “Г” и “Д”.

В качестве горючего использован керосин Т-1, окислителя – жидкий кислород. Для привода турбонасосных агрегатов применялся газ, образующийся при каталитическом разложении перекиси водорода, а для наддува баков – сжатый азот.

Каждый из четырех блоков первой ступени оснащен маршевым двигателем РД-107 тягой 83 т (на земле). На второй ступени установлен двигатель РД-108 тягой 76 т.

Старт – газодинамический, с наземного стартового стола. Первоначальное наведение ракеты по азимуту осуществлялось с помощью поворотного круга пусковой установки.

Система управления – комбинированная: автономная инерциальная обеспечивала стабилизацию на активном участке полета; радиокомандная управляла коррекцией по направлению и дальности.

Запуски ракет: статистика

В целом с начала 20 века активность на космодромах мира существенно упала. Если сравнивать двух лидеров в этой отрасли – Россию и США, то последние каждый год производят намного меньше запусков, по сравнению с первой страной. В период с 2004 по 2010 год с космодрома Америки было запущено 102 ракеты, которые успешно справились с поставленными задачами. К тому же, было 5 неудачных запусков. В России успешно завершилось 166 стартов, а 8 закончились аварией.

Среди числа неудачных запусков аппаратов особо заметными являются аварии «Протон-М». С 2010 по 2014 год в результате таких неудач были потеряны не только амии ракеты-носители, но и несколько спутников и даже один иностранный аппарат. Конечно же, подобная ситуация с одной из самых мощных ракет-носителей не могла остаться без внимания: были уволены чиновники, а также причастные к возникновению таки неудач. Кроме того, начали создаваться проекты по совершенствованию космической индустрии России.

Сегодня, как и 50 лет назад, человек не менее заинтересован в освоении космоса. Современный этап отличается возможностью плодотворного международного сотрудничества, что эффективно реализуется в проекте МКС. Но многие моменты нуждаются в доработки, пересмотра или модернизации. Хочется верить, что с использованием новых технологий и знаний статистика запусков в будущем будет более радужной.  

История создания межконтинентальной ракеты V-2

В конце 20-х годов прошлого века молодой инженер Wernher von Braun купил экземпляр книги Hermann Oberth «Die Rakete zu den Planetenräumen» («Ракетка в межпланетном пространстве») ‒ рисунки 3 и 4. С 1930 года он учился в Техническом университете в Берлине, где помогал Oberth в испытаниях жидко-топливных реактивных двигателей. Von Braun работал над своей докторской степенью, когда нацистская партия получила власть в Германии. Капитан артиллерии, Walter Dornberger, организовал исследовательский грант отдела боеприпасов для von Braun, который с тех пор работал рядом с существующим твердотопливным ракетным испытательным полигоном Дорнбергер в Куммерсдорфе.

Рисунок 3. Первая страница книги Hermann Oberth «Die Rakete zu den Planetenräumen».

Диссертация von Braun: «Конструкторское, теоретическое и экспериментальное решение проблемы ракеты-носителя на жидком топливе» (от 16 апреля 1934 года), была отнесена для использования в германской армии, и не была разрешена для открытых публикаций до 1960 года. К концу 1934 года его группа успешно запустила две ракеты, достигшие высот 2,2 и 3,5 км.

В то время Германия очень интересовалась исследованиями американского физика Robert H. Goddard. До 1939 года немецкие инженеры и ученые иногда обращались непосредственно к Goddard по техническим вопросам. Von Braun использовал планы Goddard из разных журналов, при создании серии ракет Aggregat (A), названная по немецкому слову механизма или механической системы.

После успехов в Кумерсдорфе с первыми двумя ракетами серии Aggregate, Wernher von Braun и Walter Riedel начали думать о гораздо более крупной ракете летом 1936 года на основе создаваемого ими же двигателя с 25-и тонной тягой.

После того, как проект А-4 был отложен из-за неблагоприятного испытания аэродинамической стабильности А-3 в июле 1936 года, von Braun продолжил работу по доведению ракеты А-4 в 1937 году. И после «обширной серии испытательных пусков модели испытаний серии А-5», с использованием двигателя, переработанного из ранних серий A-3 Walter Thiel, техническая документация и конструкция ракет А-4 были заказаны в период 1938/39 годов. В течение 28 – 30 сентября 1939 года в Peenemünde состоялась встреча «День мудрости», посвященная финансированию университетских исследований для решения ракетных проблем.

Рисунок 4. Проект ракеты, которую предлагал Hermann Oberth, и которая была воплощена в металле Wernher von Braun.

К концу 1941 года Центр исследований армии в Peenemünde обладал технологиями, необходимыми для успешного запуска ракет А-4.

Четырьмя ключевыми технологиями ракет А-4 были:

  • ⦁ большие жидкотопливные реактивные двигатели;

  • ⦁ сверхзвуковая аэродинамика;

  • ⦁ гироскопическая система управления и механический компьютер;

  • ⦁ рули управления в газовой струе.

В начале сентября 1943 года von Braun пообещал Комиссии по дальнобойной бомбардировке, что развитие ракет А-4 будет «практически завершено или закончено», но даже к середине 1944 года полный список деталей ракет А-4 по-прежнему был недоступен. Hitler был достаточно впечатлен энтузиазмом своих разработчиков и нуждался в «чудодейственном оружии» для поддержания морального духа Германии, поэтому он санкционировал развертывание ракет в большом количестве. Ракеты V-2 собирались на подземном заводе Mittelwerk с привлечением заключенных из концентрационного лагеря Mittelbau-Dora.

Современный этап

В настоящее время самым мощными являются ракеты-носители «Протон-М» отечественного производства, европейские «Ариан-5», американские «Дельта-IV Heavy». Запуск ракеты подобных типов позволяет вывести на орбиту (200 км в высоту) полезный груз массой до 25 тонн. Такие аппараты могут донести до геопромежуточной орбиты приблизительно 6-10 тонн и до геостационарной – 3-6 тонн.

Отдельного внимания заслуживают ракеты-носители «Протон», так как они отыгрывали немалую роль в освоении космоса. Их использовали для реализации разных пилотируемых программ, в т.ч. для отправки модулей орбитальной станции «Мир». С его помощью в космос были доставлены «Звезда» и «Заря», важнейшие блоки МКС. Невзирая на то, что не все полезные запуски подобных ракет были успешны, «Протон» и сейчас остается самым востребованным ракетным-носителем: каждый год осуществляется примерно 10-12 стартов.

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий