70-летию со дня рождения В.П. Макеева посвящается

И.И. Величко, Н.А. Обухов, Г.Г. Сытый, А.П. Шальнев

МОРСКАЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА «ПРИБОЙ»

Сокращение объемов оборонной тематики поставило перед коллективом ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева» задачу поиска новых наукоемких направлений. В ходе проведенных работ на первый план было выдвинуто создание ракет-носителей легкого класса на базе технологий баллистических ракет подводных лодок как направление, наиболее полно использующее потенциал конструкторского бюро и его смежных организаций. Дополнительным стимулом для работ в данном направлении была возможность использования для этих целей материальной части выводимых из эксплуатации БРПЛ разных типов в соответствии с договорными ограничениями или по истечении плановых сроков эксплуатации.

Оценки потребностей запуска космических аппаратов показали, что значительное число разрабатываемых и перспективных космических аппаратов, формирующих российский и международный рынок низкоорбитальных полезных нагрузок, могут доставляться на рабочие орбиты ракетами-носителями, имеющими энергетические возможности выведения на расчетную орбиту высотой 200 км полезной нагрузки массой 800—2500 кг. Переоборудованные БРПЛ охватывают значительную часть рынка. Так., ракета-носитель «Штиль-ЗА» (проект «Аэрокосмос») обеспечивает выведение полезной нагрузки массой до 950 кг, а ракета-носитель «Риф-МА» — до 1500 кг.

Для более полного охвата рынка низкоорбитальных аппаратов была проведена проработка новых схем ракет-носителей. Одной из них стала ракета-носитель, создаваемая по проекту «Прибой».

Ракета «Прибой» (рис. 1) использует технологии ранее разработанных БРПЛ: на первой ступени — двигатель ракеты РСМ-52, вторая и третья ступени используют двигательные установки ракеты РСМ-54, четвертая маршевая ступень и пятая доводочная создаются также на основе технологии ракеты РСМ-54.

Энергетические возможности ракеты «Прибой» удовлетворяют верхнему диапазону низкоорбитальных полезных нагрузок. По предварительным оценкам, при старте из районов экватора она выводит полезную нагрузку, масса которой (в кг) в зависимости от высоты орбиты приведена в таблице.

Указанные возможности ракеты-носителя «Прибой» делают перспективной ее разработку.

В 1993 году в работах по «Прибою» появился новый импульс, который, во-первых, ускорил ход работ и, во-вторых, дополнил рассматриваемые ранее варианты старта с наземного стенда и подвижного плавсредства. Таким импульсом стало предложение американской компании «Инвесторы в морские пуски, Инк» (президент — адмирал Томас Х. Мурер) о разработке в весьма сжатые сроки коммерческой ракеты-носителя, стартующей непосредственно с водной морской поверхности, для вывода в космос аппаратов массой до 2000 — 2500 кг. Водная поверхность является универсальной стартовой площадкой, которая со многих точек зрения обеспечивает наилучшие параметры стартовых систем. Однако практическая реализация такого способа старта связана с серьезными техническими трудностями.

В основу совместного российско-американского коммерческого проекта была положена ракета-носитель «Прибой», в связи с чем и проект сохранил название «Прибой» («Surf»). Была достигнута договоренность о разработке в течение трех месяцев концептуального инженерного проекта по ракете и системе в целом. Перед КБ встала задача решения в сжатые сроки сложных технических проблем по ракете-носителю, по ее транспортировке к месту старта, сборке ракеты и ее пуску с водной поверхности. Поскольку ракету невозможно эксплуатировать в наземных условиях в собранном виде, было предложено загружать ее по частям на корабль и уже на корабле производить окончательную сборку и проверку всех систем, т. е. корабль надо было превратить в сборочный цех. В результате предварительных исследований были выбраны два типа кораблей: десантный корабль типа «Иван Рогов» или контейнеровоз типа «Севморпуть» (рис. 2, 3).

Эти корабли с необходимыми доработками способны будут принять на борт комплектующие части нескольких ракет, аппаратуру комплекса и необходимое технологическое и сборочное оборудование ракет.

Для реализации предложенной технологии пришлось разработать уникальный агрегат — транспортно-пусковую платформу, которая имеет специальные устройства для погрузки отдельных частей ракеты и последующей их сборки. Каждое из устройств, кроме элементов крепления и амортизации, имеет три степени свободы, что необходимо для центровки отдельных частей ракеты друг относительно друга при сборке в единые конструкции. Общее представление о транспортно-пусковой платформе дает рис. 4. Собранная на этой платформе ракета может транспортироваться кораблем практически в любую точку Мирового океана.

При исследованиях было рассмотрено большое количество вариантов обеспечения необходимой положительной плавучести ракеты — от наддуваемых эластичных шар-баллонов до специальных раздвижных катамаранных устройств. В итоге нашлось достаточно простое решение: поскольку полезную нагрузку в любом случае необходимо было защищать обтекателем, он частично решил и эту проблему(свободный воздушный объем под обтекателем). С другой стороны, обеспечивая запуск двигателя ракеты в воде, КБ пришло к необходимости установки в хвостовой части ракеты специального .поддона, который в совокупности с передним защитным обтекателем гарантировал необходимую положительную плавучесть ракеты.

Необходимо было выбрать оптимальный способ эвакуации подготовленной ракеты с корабля на водную поверхность. Из многих вариантов для дальнейшего анализа и выбора оставили два. Первый способ — для корабля «Севморпуть» (рис. 5). Собранная ракета на транспортно-пусковой платформе подавалась на кантователь, установленный в кормовой части корабля, платформа на кантователе раскреплялась. Кантователь переводил платформу из горизонтального положения в вертикальное и затем опускал платформу специальным лифтом до уровня естественного положения ракеты «Прибой» на воде. В дальнейшем производилось отделение ракеты от платформы для свободного плавания по водной поверхности.

Второй способ — использование шлюзовой камеры .корабля типа «Иван Рогов». Шлюзовая камера, в которой располагается транспорта-пусковая платформа с собранной и подготовленной ракетой, затапливается морской водой. При достижении определенного уровня затопления шлюзовой камеры ракета отделяется от платформы (всплывает), после чего производится ее эвакуация с корабля на свободную морскую поверхность при помощи плавякоря. Второй способ был выбран в качестве основного.

Российский и зарубежный опыт разработки ракетных комплексов с подводным стартом показывает, что запуск энергетического средства ракеты при старте осуществляется в некоторый воздушный объем (или полость). Этот объем организовывался ранее (при предстартовой подготовке) или создавался непосредственно при старте, т. е. при запуске отдельных элементов двигательной установки. Это обстоятельство привело к необходимости установки на кормовую часть ракеты специального поддона (рис. 6), о котором уже говорилось выше. Для нормального горизонтального плавания ракеты и последующего перевода ее из горизонтального положения в вертикальное достаточен объем поддона 8 — 15 м³.

Для обеспечения запуска двигателя пришлось серьезно усложнить поддон. В итоге на ракете «Прибой» он выполняет несколько функций:

- совместно с передним обтекателем обеспечивает горизонтальное плавание ракеты на свободной водной поверхности,

- путем заполнения балластной цистерны обеспечивает перевод ракеты из горизонтального положения в вертикальное,

- за счет задействования газогенератора после отделения определенных частей поддона организовывает необходимый газовый объем, в который запускается основной двигатель ракеты.

Решения по стартовой системе и организации старта ракеты «Прибой» с воды иллюстрируются рис. 7, 8.

Значительное число проблемных вопросов было решено собственно по ракете-носителю «Прибой». Проблемы эти обусловлены как особенностями компоновочной схемы ракеты, так и оригинальностью схемы ее прохождения и, главное, старта. Достаточно ограничиться перечнем этих вопросов:

- разработка системы наддува ступеней ракеты и межступенчатого (1 и 2) отсека, обеспечивающей безопасность ракеты, работоспособность двигателей второй и третьей ступеней и прочность конструкции;

- обеспечение герметичности бортовой кабельной сети;

- создание герметичного головного обтекателя и системы отделения его, обеспечивающих требуемые акустические нагрузки на полезную нагрузку;

- решение вопросов обеспечения работоспособности бортовой системы управления ракеты при проведении операций, ранее отсутствовавших в логике функционирования (эвакуация ракеты из шлюзовой камеры корабля, приведение ракеты в вертикальное положение), выполняемых в автономном плавании и составляющих по времени до 10 минут;

- разработка системы дистанционного пуска ракеты.

В ходе разработки концептуального инженерного проекта удалось решить главные технические проблемы и показать возможность создания коммерческой морской ракетно-космической системы с принципиально новыми схемами элементов ракеты-носителя, пусковой системы и организации старта.

Проект «Прибой» будет разрабатываться Государственным ракетным центром по контракту с совместным российско-американским предприятием «Сервис морских пусков. Инк».