К 50-летию Государственного ракетного центра «КБ им. академика В.П. Макеева»

И.И. Величко, В.А. Данилкин, Н.А. Обухов, Г.Г. Сытый

Направления ракетно-космической деятельности Государственного ракетного центра «КБ им. академика В.П. Макеева»

За полвека Государственным ракетным центром «КБ им. академика В.П. Макеева», головным разработчиком трех поколений стратегических комплексов ВМФ, накоплен колоссальный научно-технический потенциал, созданы уникальные лабораторно-экспериментальная база и производственные мощности, которые могут быть эффективно использованы в мирных целях и, прежде всего, для создания ракетно-космических систем.

В последние годы в Государственном ракетном центре разрабатывается несколько ракетно-космических направлений на основе освоенных ракетных технологий:

1. Проведение запусков с подводных лодок переоснащенными боевыми ракетами экспериментальных и технологических летательных аппаратов в околоземное пространство с целью научных исследований, получения материалов и биопрепаратов в условиях микрогравитации.

2. Создание на основе технологий и элементов БРПЛ коммерческих ракет-носителей для запуска низкоорбитальных малогабаритных космических аппаратов с наземного стартового комплекса или подводной лодки.

3. Проектирование новых ракетно-космических комплексов на основе технических решений, отработанных на морских и сухопутных ракетах.

В рамках первого направления решена задача создания спасаемых летательных аппаратов с научно-технологической аппаратурой для проведения экспериментов в условиях кратковременной невесомости, а также средств их запуска на базе снимаемых с вооружения ракетных комплексов ВМФ России. Подробнее эти работы рассмотрены в отдельной статье настоящей книги.

Таблица 1

Ракетно-космические системы

РКК «Штиль-2» (с применением
 технологий БРПЛ РСМ-54).
Для запуска малых космических аппаратов  (КА).
Старт с наземной пусковой установки (в
районе Архангельска) или с подводной
лодки, что позволяет проводить пуски из
Мирового океана.

Масса ПН, выводимой на круговую орбиту:
- наклонением 77° и высотой 220 км - 330 кг;
- наклонением 15° и высотой 610 км - 350 кг.
Объем зоны ПН 4-12 м³.
Стартовая масса ракеты - 40 т.
Число ступеней — 3.

Авиационный РКК «Аэрокосмос» (с
применением технологий ракет РСМ-54)
для запуска КА из любой точки воздушного
 пространства с самолета носителя Ан-124

Масса ПН, выводимой на зкваториальную орбиту высотой 200 км - 950 кг.
Объем зоны ПН — 3,6 м³.
Стартовая масса ракеты - 44,9 т.
Число ступеней — 4.

РКК «Прибой» (с применением техпологий
БРПЛ РСМ-52, РСМ-54) для выведения
коммерческих КА в околоземное
 космическое пространство.
В комплексе используется наземныи (с
космодром а Плесецк) или морской (с
надводного корабля) способы старта.

Масса ПН, выводимой на экваториальную орбиту высотой 200 км - 2400 кг, в наземном варианте - до 1500 кг.
Объем зоны ПН 4 - 12 м³.
Стартовая масса ракеты 104 т.
Число ступеней — 5.

РКК «Рикша» (на экологически чистых
компонентах топлива: жидкий кислород и
сжиженный природный газ) для выведения
КА в околоземное пространство.
Предусматривается 2 вида базирования:
- морской с надводного корабля,
- стационарный наземный быстровозводимый.

Масса ПН, выводимой на экваториальную орбиту высотой 200 км до 1700 кг.
Диапазон высот выведения ПН 200 - 3000 км.
Объем зоны ПН 9 м³
Стартовая масса ракеты 64 т.

Второе направление базируется на использовании для создания ракет-носителей материальной части ракет РСМ-52 и РСМ-54. На базе технологий и элементов ракеты РСМ-54 создается ряд ракет-носителей «Штиль». Ракета «Штиль-2» (РСМ-54, оснащенная двигателем доразгона) может выводить на круговые орбиты высотой 500 км спутники массой 350 кг. Пуск такой ракеты может производиться как с наземного стартового комплекса, так и с подводной лодки. Ракета «Штиль-3А» (РСМ-54 с новой третьей ступенью и двигателем доразгона в случае старта с самолета Ан-124 (по проекту «Аэрокосмос») способна доставить на экваториальную орбиту высотой 200—700 км полезную нагрузку массой 950 — 730 кг. Проект «Прибой», в котором для ракеты-носителя используются элементы и технологии ракет РСМ-52 и РСМ-54, рассмотрен в специальной статье книги.

С расчетом на долговременную перспективу ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева» совместно с НПО «Энергомаш», КБ общего машиностроения, НПО автоматики и приборостроения и ГП «Красноярский машиностроительный завод» приступил к разработке ракетно-космического комплекса «Рикша», предназначенного для запуска космических аппаратов малого класса — это третье направление нашей космической деятельности.

Анализ перспективного рынка космических услуг показывает, что в зарубежных и российских космических программах преобладают малые космические аппараты, предназначенные для низкоорбитальных систем связи, зондирования Земли, исследования околоземного космического пространства, реализации космических технологий. Рост интереса к малым космическим аппаратам в значительной степени объясняется такими их преимуществами, как низкая стоимость, оперативность создания и развертывания, возможность быстрой реакции на новейшие научно-технические достижения и потребности рынка.

Для того, чтобы наиболее полно быть востребованной на рынке средств выведения (10 — 15 пусков в год), ракета-носитель должна обеспечить выведение спутников связи (передача речевых сообщений) массой около 800 кг на орбиты высотой до 800 км, спутников наблюдения массой 350 — 500 кг на орбиты высотой 500 — 800 км, возвращаемых спутников массой около 1000 кг на орбиты высотой 350 км. Космические аппараты малого класса в силу разнообразия решаемых задач требуют выведения на орбиты от экваториальных до солнечно-синхронных. Охватить такой широкий спектр наклонений орбит стационарными комплексами с территории России проблематично. Задачу может решить транспортабельный комплекс на базе ракеты-носителя легкого класса. Кроме того, необходимо отметить возросшие в последнее время требования к экологической безопасности ракетно-космической техники, стоимости ее создания и эксплуатации. С этой точки зрения весьма перспективным является использование для ракет-носителей в качестве горючего сжиженного природного газа в паре с жидким кислородом в качестве окислителя, что позволяет:

- обеспечить минимальную экологическую нагрузку на окружающую среду при падениях отработанных ступеней и при аварийных ситуациях;

- добиться высоких энергетических и габаритно-массовых характеристик ракеты;

- использовать сжиженные природные газы других стран — потенциальных потребителей, что повысит рыночную привлекательность коммерческой ракеты-носителя.

Освоение нового ракетного топлива следует начинать с отработки энергоустановок относительно малой размерности и только после того, как будет накоплен определенный опыт, переходить к широкому внедрению нового компонента в ракетно-космическую технику.

Описанные доводы и соображения легли в основу создания ракетно-космического комплекса «Рикша» (рис. 1), который разрабатывается как средство выведения на околоземные орбиты и суборбитальные траектории космических аппаратов легкого класса различного назначения из любых заранее оговоренных районов суши и моря. Основной замысел разработки комплекса «Рикша» — максимальное удовлетворение потребностей заказчиков пусков. Исходя из этого, комплекс строится в транспортабельном исполнении, что позволяет реализовывать широкий диапазон наклонений орбит при оптимальных энергетических затратах на выведение полезных нагрузок и использовать территорию стран-заказчиков (по их желанию) для проведения пусков. Для комплекса «Рикша» предусматриваются два варианта пусковых систем с унифицированными подсистемами (рис. 2):

- стационарный быстровозводимый стартовый комплекс с максимальной заводской готовностью систем и с использованием инфраструктуры существующих полигонов России (Свободный, Плесецк) и полигонов зарубежных стран;

- морской комплекс с использованием дооборудованных больших рыбоперерабатывающих траулеров проекта 1288.

Ракета-носитель имеет в своем составе две маршевые ступени. В зависимости от решаемых задач она может оснащаться апогейной двигательной установкой. На маршевых ступенях используются модификации одного и того же ЖРД. На первой ступени собран пакет из шести двигателей, на второй ступени установлен один двигатель. Топ-ливные баки первой и второй ступеней — цельносварные вафельной конструкции из алюминиево-магниевого сплава. Разделительные днища однослойные. Изготовление таких конструкций освоено Красноярским машиностроительным заводом. Бортовая аппаратура системы управления размещается в герметичном приборном отсеке с возможностью его замены на стартовой позиции. Система управления ракеты — инерциальная с коррекцией по внешним ориентирам (системы «Навстар» и «Глонасс»). Полезная нагрузка находится под обтекателем, конструкция которого обеспечивает ее пылевлагозащиту и имеет люки для подвода пневмо- и гидромагистралей к системам полезной нагрузки и осуществления электрических связей с наземной аппаратурой. Объем зоны полезной нагрузки 9 м³.

В конструкцию ракеты, длина которой 24,5 м, диаметр 2,4 м, стартовая масса 64 т, внедрен ряд оригинальных технических решений (отсутствие межбаковых и межступенчатых отсеков, размещение двигателей в баках горючего), которые оправдали себя в баллистических ракетах подводных лодок нескольких поколений и позволяют: снизить пассивную массу ракеты и тем самым повысить ее энерговооруженность; упростить процесс захолаживания двигателей перед запуском; улучшить жесткостные параметры ракеты как объекта стабилизации; использовать существующие транспортные средства для перевозки ракеты-носителя; сократить габариты ракеты и транспортных средств. На рис. 3 показаны энергетические возможности ракеты-носителя.

Ракета-носитель «Рикша-1» может выводить как зарубежные космические аппараты, так и значительную часть современных и перспективных аппаратов российкого производства. При создании ракеты-носителя «Рикша-1» закладываются модернизационные возможности. Так, оснащение ракеты двумя боковыми ускорителями на основе баков первой ступени обеспечивает выведение на околоземную орбиту полезной нагрузки массой до 4 тонн. Правительство Российской Федерации распоряжением от 18.07.96 № 1155-Р поддержало работы по созданию комплекса и включило их в Федеральную космическую программу.

Начало коммерческой эксплуатации комплекса «Рикша» планируется на 2000 год. Это будет, по существу, ракетно-космический комплекс ХХ1 века.

Проведенные проектно-конструкторские работы в области ракетно-космической конверсии морских баллистических ракет позволили:

- в июне 1995 г. успешно провести первый российско-германский международный эксперимент, в котором ракетой «Волна» (переоборудованная БРЛП РСМ-50) с подводной лодки «Кальмар» по баллистической трассе «Баренцево море полуостров Камчатка» в течение 20,5 мин созданы условия для исследования проблем термической конвекции жидкости при уровне микрогравитации <10^-4 g. Научная аппаратура, размещенная в спасаемом летательном аппарате, совершила мягкую посадку на поверхность Земли и полностью сохранила свою работоспособность;

- выполнить работы по контракту с Международным научно-техническим центром на проведение проектных работ, направленных на расширение возможностей экспериментов по микрогравитации. В результате подтверждена принципиальная возможность создания спасаемого летательного аппарата с увеличением массы научной аппаратуры в 2,5-3 раза, запускаемого ракетой-носителем «Волна» по траектории с временем невесомости 30 мин при уровне микрогравитации 10^-5 — 10^-6 g (рис. 4 и табл.2 и 3);

- развернуть работы по запуску искусственного спутника Земли «Компас» ракетой-носителем «Штиль» (переоборудованная ракета РСМ-54) с подводной лодки. Программа экспериментов и научные приборы разработаны специалистами ИЗМИРАН и других институтов Российской Академии наук в содружестве с учеными из США, Болгарии, Польши, Словакии и Венгрии. Спутник пред-назначен для геофизических исследований и мониторинга чрезвычайных ситуаций, природных и техногенных катастроф из космоса;

- провести предконтрактные переговоры с рядом за-рубежных фирм, заинтересованных в запусках космических аппаратов на орбиты с широким диапазоном наклонений. Для реализации таких пусков ракетами «Штиль» совместно с ВМФ проработаны варианты размещения аппаратов, отсеков полезной нагрузки в ракетных шахтах подводной лодки, по прибытии которой в точку старта (в том числе в район экватора), они пристыковываются к ракете-носителю с помощью специального подъемного механизма, также размещенного в одной из шахт подводной лодки, а для повышения энергетических возможностей ракеты-носителя «Штиль-2» предусмотрено применение разгонного блока, создаваемого на основе двигателей морских ракет.

Таким образом, за короткий срок после выхода постановления правительства РФ, разрешающего Государственному ракетному центру заниматься внешнеэкономической деятельностью, проведен большой объем научно-исследовательских и конструкторских работ, направленных на адаптацию разработок к требованиям рынка космических услуг, подписаны и выполняются первые контракты с зарубежными и отечественными заказчиками, интенсивно ведутся переговоры с фирмами ряда стран, что говорит о востребованности научно-технического потенциала российского морского ракетостроения. Это позволяет с оптимизмом смотреть в будущее.

Таблица 2

Характеристики спасаемых летательных аппаратов для экспериментов в условиях микрогравитации

* Реализация возможна после дооснащения полигона.

Таблица 3

Сравнительные характеристики ракет-носителей, используемых для экспериментов в условиях кратковременной микрогравитации