«СОЮЗ» — КОСМИЧЕСКИЙ ДОЛГОЖИТЕЛЬ

23 апреля 1968 г. ракетой-носителем 11А511 был выведен на околоземную орбиту новый космический корабль 7К-ОК, получивший название «Союз». Корабль пилотировал летчик-космонавт СССР, Герой Советского Союза Владимир Комаров. В ходе полета выявилось много отказов из-за несовершенства конструкции, что послужило причиной сокращения программы. А 24 апреля, во время спуска с орбиты, произошла катастрофа — отказала система спасения спускаемого аппарата. Он разбился от удара о землю, и космонавт, к сожалению, погиб. Это была первая жертва пилотируемой космонавтики.

Так трагически начиналась судьба нового космического корабля.

В дальнейшем упорным трудом разработчиков и испытателей космический корабль и его ракета-носитель неоднократно совершенствовались и были доведены до высокой степени надежности. Созданы новые модификации космических кораблей — это «Союз Т» и «Союз ТМ», а также ракеты-носите-ли для них— «Союз У» и «Союз У-2». Они предназначались для пилотируемых полетов по программам долговременных орбитальных станций «Салют» и «Мир», а также советско-американской программы «Союз-Аполлон», в ходе выполнения которой состоялся первый полет международного экипажа. В настоящее время космический корабль и ракета-носитель служат для обеспечения международной космической станции.

Предлагаем чертежи ракеты-носителя «Союз У-2», которая 18 мая 1991 г. вывела на околоземную орбиту космический корабль «Союз ТМ-12», совершавший полет к космической станции «Мир». В состав международного экипажа входили два космонавта СССР Анатолий Арцебарский, Сергей Крикалев и англичанка Хелен Шарман. Эта ракета послужила Александру Левых прототипом для создания в лаборатории ракетно-космического моделизма Московского городского дворца детского (юношеского) творчества ее модели-копии и помогла стать ему чемпионом России, Европы и мира.

История ракеты-носителя (РН) «Союз» началась в 1960 г., когда в ОКБ-1 под руководством главного конструктора ракетно-космических систем С.П.Королева приступили к разработке четырехступенчатой РН, позже получившей название «Молния». Эта ракета-носитель должна была решать широкий круг задач: от запуска межпланетных станций до вывода на околоземные орбиты телекоммуникационных искусственных спутников Земли. Ее трехступенчатый вариант, получивший индекс 11А57, предназначался для вывода на околоземные орбиты тяжелых разведывательных кораблей-спутников «Зенит-4».

Базой для РН 11А57 стала знаменитая королевская «семерка». Вновь разработанная мощная 3-я ступень — ракетный блок (РБ) И — имела диаметр 2,66 м и длину по корпусу 6,745 м. Основой для нее послужили конструкция и двигатель 2-й ступени межконтинентальной баллистической ракеты Р-9. Ее четырехкамерный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) РД-0110 «открытой» схемы с тягой 30 т работал на жидком кислороде и керосине, как и обе нижние ступени, и имел удельный импульс 330 с. Двигатель разработан воронежским КБ под руководством главного конструктора С.А.Косберга.

Блок И состоял из сферического бака горючего, приборного отсека, бака окислителя и хвостового отсека. Особенности его конструкции позволили заметно снизить массу. Двигатель без традиционной силовой рамы крепился к днищу бака окислителя, а хвостовой отсек был отделяемым. Управление полетом производилось четырьмя рулевыми соплами, через которые выпускался отработанный газ из турбонасосного агрегата ЖРД. Разделение 2-й и 3-й ступеней происходило по «горячей схеме» (то есть при работе двигателя 2-й ступени), а через 5— 10 с сбрасывался и хвостовой отсек блока И, разделяющийся на три секции. Трехступенчатый носитель позволял выводить на околоземные орбиты полезный груз массой до 5,9 т. С его помощью запущены первые многоместные корабли-спутники «Восход» и «Восход-2». При полете последнего, в марте 1965 г., космонавт Алексей Архипович Леонов впервые в мире вышел в космическое пространство.

В марте 1963 г. в ОКБ-1 был завершен эскизный проект комплекса сборки и маневрирования на орбите, одна из целей которого— пилотируемый полет к Луне. В состав комплекса входили: космический корабль 7К, заправляемая на орбите космическая ракета 9К и танкер-заправщик 11 К. Для выведения их на околоземные орбиты предполагалось создать на базе РН 11А57 новый носитель 11А511. В дальнейшем схема комплекса неоднократно видоизменялась и в итоге трансформировалась в современную, состоящую из орбитальной станции, пилотируемого («Союз») и транспортного («Прогресс») кораблей.

Пилотируемый корабль 7К-ОК состоял из трех частей. Спереди располагался бытовой отсек (БО) со стыковочным узлом и переходным люком. За ним — спускаемый аппарат (СА), служивший кабиной космонавтов. Далее — приборно-агрегатный отсек, в котором размещались приборы управления, баки с топливом и корректирующая двигательная установка корабля, предназначенная для изменения траектории полета, причаливания и торможения при спуске на землю. Стартовая масса корабля составляла от 6,46 до 6,56 т.

У ракеты-носителя 11А511 (по сравнению с 11А57) увеличилась до 6,5 т масса выводимого полезного груза и изменилась система аварийного спасения. Для этого ракета запускалась с наклонением 51,5 градуса к плоскости экватора, использовалась облегченная до 150 кг система телеизмерений и осуществлялся индивидуальный подбор двигателей для центральных блоков с удельным импульсом не менее 252 с у земли и 315 с в пустоте. Конструктивные доработки носителя были минимальны — изменены стыковочный узел 3-й ступени (блок И) с полезным грузом и форма головного обтекателя (ГО).

Ракета-носитель 11А511 состояла из пакета ракетных блоков 1 -й и 2-й ступеней, 3-й ступени (блока И) и космического корабля 7К-ОК, закрытого на активном участке головным обтекателем, на вершине которого располагалась двигательная установка системы аварийного спасения (ДУ САС). Длина РН составляла 49,913 м, стартовая масса — 309 т. Размах по аэродинамическим рулям — 10,412 м.

САС предназначалась для спасения экипажа во время выведения КК на орбиту. На первом участке полета, от момента старта до сброса ДУ САС и ГО, предусмотрен увод от аварийной ракеты отделяемого головного блока (ОГБ). В его состав входит ДУ САС и верхняя часть головного обтекателя, внутри которого размещена уводимая часть корабля (БО и СА). На обтекателе смонтированы четыре решетчатых стабилизатора, раскрывающихся при отделении ОГБ. Приведение САС в действие, когда РН находится на Стартовом комплексе, производится по команде с пункта управления запуском, а во время полета — автоматически. На первом участке САС действует следующим образом: при подаче команды отделяется СА от приборно-агре-гатного отсека и верхней части динамического обтекателя, раскрываются замки консолей решетчатого стабилизатора, который обеспечивает аэродинамическую стабилизацию полета, затем срабатывает основной двигатель ДУ САС, который уводит ОГБ на безопасное расстояние (около 1 км). Там СА отделяется от ОГБ, и вводится в действие его парашютная система.

ДУ САС представляет собой комбинацию из трех ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ): основного двигателя, двигателя увода, который уводит ДУ САС от ракеты-носителя в момент Штатного отделения от головного обтекателя, и двигателя склонения, предназначенного для увода ДУ САС в сторону от направления полета РН.

Летные испытания корабля «Союз» начались 28 ноября 1966 г. Программа завершилась к концу 1971 г. За этот период было 19 пусков (один из которых оказался неудачным). По традиции название корабля перешло и к ракете-носителю.

Ракета-носитель «Союз У-2» с космическим кораблем «Союз ТМ-12»:

1 —двигательная установка системы аварийного спасения; 2—головной обтекатель; 3 — решетчатый стабилизатор; 4 — переходник; 5 — бак горючего блока И; 6,24 — антенны; 7 — бак окислителя блока И; 8 — сбрасываемый хвостовой отсек блока И; 9 — ферма-переходник; 10 — приборный отсек блока Л; 11 — бак окислителя блока Л; 12 — кронштейн; 13 — силовой конус; 14 — бак окислителя бокового блока; 15 — бак горючего блока А; 16 — бак горючего бокового блока; 17 — стяжные стержни; 18 — хвостовой отсек блока Л; 19—хвостовой отсек бокового блока; 20 — аэродинамический руль; 21 — двигатель РД-108; 22 — двигатель РД-107; 23 — двигатель РД-0110; XVI — заклепочный шов (заклепки с потайной головкой); XVII— заклепочный шов (заклепки с полусферической головкой); XVIII— шов точечной сварки; XIX — сварной шов

Во второй половине 1969 г. в связи с развертыванием работ по созданию долговременной орбитальной станции ДОС-7К (позднее названной «Салют») началась разработка транспортного корабля «Союз», получившего обозначение 7К-Т. Его стартовая масса была увеличена до 6,7 т. Беспилотные запуски этого варианта корабля не проводились. Этап летно-конструкторских испытаний совместили с началом эксплуатации корабля в составе ДОС «Салют». Первый полет состоялся 23—25 апреля 1971 г. (КК «Союз-10»), Второй полет проходил 6—30 июля того же года (КК «Союз-11», экипаж: летчики-космонавты Георгий Добровольский, Владислав Волков и Виктор Пацаев). При спуске, в момент разделения отсеков, произошла — разгерметизация корабля, повлекшая гибель экипажа. Катастрофа потребовала внесения ряда изменений в конструкцию корабля, в первую очередь в средства спасения космонавтов (летные скафандры с системой жизнеобеспечения). Это уменьшило экипаж до двух человек и увеличило стартовую массу корабля до 6,8 т.

С начала 70-х годов начались работы по следующей модификации КК «Союз», которая должна была позволить вернуться к экипажу из трех человек. Для нее приняли обозначение 7К-СТ, а в дальнейшем — наименование «Союз Т». Стартовая масса корабля возросла до 6,83 т. Это потребовало продолжить работы по дальнейшему совершенствованию и унификации ракет-носителей в самарском КБ «Прогресс» под руководством главного конструктора Д.И.Козлова, которые завершились созданием унифицированного носителя «Союз У» (индекс 11А511У), эксплуатирующегося и в настоящее время. Создание нового носителя позволило существенно сократить номенклатуру ракетных блоков.

В 1972 г. начались работы по реализации международной космической программы «Союз-Аполлон» (Программа ЭПАС). Для нее разрабатывалась модификация КК «Союз», получившая обозначение 7К-М. Для выведения на орбиту было решено использовать РН «Союз У» с новой ДУ САС. Спасение экипажа от момента сброса ДУ САС до сброса ГО обеспечивалось установкой под обтекателем четырех РДТТ. Испытания КК 7К-М с новым носителем начались с полета в автомагическом режиме 3 апреля 1974 г. и завершились в том же году полетом КК «Союз-16» со 2 по 8 декабря. А 15 июля 1975 г. стартовал «Союэ-19», который 17 июля успешно состыковался с американским «Аполлоном».

Летно-конструкторские испытания КК 7К-СТ, начатые 6 августа 1974 г., были завершены пилотируемым полетом КК «Союз Т-3» с 27 ноября по 10 декабря 1989 г. Корабли серии «Союз Т» эксплуатировались в составе орбитальных станций «Салют-6, «Салют-7» и «Мир» с марта 1981 по июль 1986 г. В этот период было 13 пилотируемых пусков. При запуске «Союза Т» в сентябре 1983 г. произошла авария РН 11А511У на стартовом комплексе и САС обеспечила спасение экипажа.

Дальнейшая модернизация корабля «Союз Т» привела к созданию очередной модификации 7К-СТМ («Союз ТМ»), стартовая масса которой достигла 7,07 т. Это связано с совершенствованием орбитальных станций и, в частности, с тем, что для них предусматривалась возможность увеличения наклонения орбиты до 65 градусов. Стало необходимым компенсировать потерю 330—350 кг выводимого ракетой-носителем груза. Задача могла быть решена только комбинированным путем: во-первых, за счет повышения возможностей РН, а во-вторых, за счет снижения массы корабля.

В 1984 г. закончились работы по усовершенствованию РН «Союз У». Модернизированная ракета получила название «Союз У-2» (индекс 11А511У-2). Главным ее отличием было использование в центральном блоке вместо керосина синтетического углеводородного горючего «циклин». Его применение позволило достичь более полного сгорания топлива и увеличить удельный импульс двигателя центрального блока на 2—3 с. Это, наряду с некоторыми другими доработками, связанными с модернизацией и уменьшением массы аппаратуры управления, позволило увеличить массу полезного груза до требуемой величины.

Возросшее тепловое воздействие на боковые блоки заставило увеличить размеры теплозащиты на них. Для кораблей «Союз ТМ» была создана новая ДУ САС, имевшая уменьшенный диаметр, что улучшило аэродинамические характеристики ОГБ САС и снизило массу балансировочного груза. Наружную поверхность верхней части головного обтекателя покрыли теплоизоляцией для защиты от воздействия реактивной струи, истекающей из сопел ДУ САС. Важно изменение времени сброса ДУ САС со 160-й на 115-ю секунду полета, что позволило увеличить полезный груз и совместить районы ее падения с боковыми блоками. Летные испытания КК «Союз ТМ» в беспилотном режиме начались 21 мая 1986 г., а пилотируемые полеты —17 февраля 1987 г.

РН «Союз У-2» состоит из пакета ракетных блоков 11С59-2, образованного блоком А 2-й ступени и блоками Б, В, Г и Д 1 -й ступени; 3-й ступени (ракетного блока И 11С510) и сборочно-защитного блока 11С517АЗ, состоящего из ДУ САС, головного обтекателя и переходного отсека. Космический корабль «Союз ТМ» монтируется на переходном отсеке. Сверху он закрывается сборочно-защитным блоком. Длина носителя с КК «Союз ТМ» — 51,316 м, размах по аэродинамическим рулям — 10,303 м, стартовая масса 310 т.

Циклограмма выведения выглядит следующим образом: контакт подъема — 0-я с, сброс ДУ САС -115-я с, отделение блоков 1-й ступени -118-я с, сброс динамического обтекателя — 166-я с, отделение центрального блока—297-я с, сброс хвостового отсека РБ И -305-я с, отделение КК — 541-я с.

В настоящее время РН «Союз У-2» не используется, так как синтетическое горючее весьма дорого, а задачу по выводу КК «Союз ТМ» на орбиты с наклонением 51,5 градуса можно решать, используя носитель «Союз У». В его состав входят пакет 11С59 и верхние блоки, аналогичные «Союз У-2». Размеры комплекса РН «Союз У» — КК «Союз ТМ» такие же, как у РН «Союз У-2», а стартовая масса — 309,7 т.

Сейчас ведутся работы по дальнейшей модернизации РН «Союз» по программе «Русь». Ее задача —повысить энергетические возможности РН для проведения пилотируемых полетов с космодрома Плесецк. Программа состоит из нескольких этапов. На первом предусматривается заменить устаревшую аналоговую систему управления на цифровую с бортовой ЭВМ. Это уменьшит массу аппаратуры управления и повысит ее надежность.

На втором этапе намечается провести модернизацию маршевых ЖРД РД-107 и РД-108 центрального и боковых ракетных блоков. В частности, в камере сгорания заменить головку устаревшей конструкции с 650-ю центробежными форсунками на новую, с 1000-ю струйными форсунками. Эта замена улучшит процессы смешения и горения компонентов топлива в камерах сгорания двигателей, что, в свою очередь, уменьшит пульсации давления и увеличит на несколько единиц удельную тягу. Название модернизированных двигателей — РД-107А и РД-108 А, а модификации РН -«Союз ФГ».

Третий этап предполагает создание усовершенствованного ракетного блока И при сохранении его геометрических размеров. Основой модификации станет новый ЖРД РД-0124 «замкнутой» схемы. Ее применение и улучшенный процесс горения, достигнутый за счет изменения соотношения горючего и окислителя, позволят увеличить удельный импульс на 33 с по сравнению с базовым вариантом двигателя РД-0110. Изменение соотношения компонентов приведет к уменьшению объема бака горючего, нижнее днище которого станет чечевицеобразным. Ракету-носитель со всеми планируемыми модификациями назвали «Союз-2». Она позволит запускать пилотируемые корабли с космодрома Плесецк. Ее летные испытания должны начаться в скором будущем.

Четвертый этап программы «Русь» предполагает глубокую модификацию РН «Союз». Это будет создание практически новой РН с еще более высокими энергетическими возможностями, проект которой уже получил название «Аврора». Он базируется на использовании в центральном блоке мощного ЖРД НК-33 с тягой 150 т, созданного 30 лет назад в ОКБ под руководством главного конструктора Н.Д.Кузнецова для лунной ракеты-носителя Н-1. Его применение потребует перераспределения топлива по ступеням. Диаметры топливных баков центрального блока предполагается увеличить на 0,61 м при сохранении их длины. Боковые блоки останутся без изменения. Это позволит с минимальными переделками использовать конструкцию существующего стартового комплекса РН на базе «семерки». Предстоит создать новую конструкцию 3-й ступени, диаметр которой увеличится до 3,5 м.

Трехступенчатый вариант нового носителя сможет при запуске с космодрома Байконур выводить на низкие орбиты полезный груз массой 10,6 т. А в четырехступенчатом варианте, с разгонным блоком «Корвет», запускать на геостационарную орбиту полезный груз в 1,6 т. В прошлом году между Россией и Францией подписано межправительственное соглашение о строительстве на космодроме Куру (Французская Гвиана) стартового комплекса для ракет-носителей на базе «семерки». Также существует проект строительства космодрома на острове Рождества, расположенного в Индийском океане. В случае реализации любого из проектов новая РН сможет выводить на низкие орбиты груз массой 12 т, а на геостационарные—2,1 т.

В.МИНАКОВ,инженер