Ракета-носитель "Энергия" (11К25)

Ракета-носитель (РН) "Энергия" (изделие 11К25, зарубежное обозначение SL-17) - первая советская ракета, использующая криогенное горючее (водород) на маршевой ступени, и самая мощная из отечественных ракет - суммарная мощность двигателей около 170 миллионов лошадиных сил.

Ракета выполнена по двухступенчатой схеме "пакет" с параллельным расположением четырех кислородно-керосиновых ракетных блоков первой ступени (блоки А) вокруг центрального кислородно-водородного ракетного блока второй ступени (блока Ц) и асимметричным боковым расположением полезного груза.
Благодаря своей компоновке РН "Энергия" является универсальной и способна выводить на околоземные орбиты полезную нагрузку массой более 100 т как в виде многоразового орбитального корабля (ОК), так и в виде самостоятельных крупногабаритных космических аппаратов (КА). В этом заключается принципиальное отличие РН "Энергия" от американской системы "Space Shuttle", силовой основой которой является не центральный ракетный блок, а бездвигательный подвесной топливный отсек; поэтому "Space Shuttle" не может летать без орбитального корабля (воздушно-космического самолета), на котором установлены маршевые кислородно-водородные ЖРД SSME. Внешнее сравнение двух многоразовых космических систем представлено ниже на рисунке.

Стартовая масса ракеты может достигать 2400 тонн. Каждый блок первой ступени снабжен четырехкамерным жидкостным ракетным двигателем (ЖРД) РД-170, работающим на жидком кислороде и углеводородном горючем. Тяга двигателя первой ступени составляет 740 тонн у поверхности Земли и 806 т - в пустоте. Вторая ступень оснащена четырьмя однокамерными ЖРД РД-0120 с тягой каждого 148 тонн у поверхности Земли и 200 т - в пустоте, работающими на кислородно-водородном топливе (окислитель - жидкий кислород -186^ºС, горючее - переохлажденный жидкий водород -255^ºС). Суммарная тяга в начале полета - около 3550 т. Двигатели РД-170, специально разработанные для РН "Энергия" и используемые также на первой ступени РН "Зенит", обладают рекордными параметрами и не имеют аналогов за рубежом, а двигатели РД-0120 - первые мощные отечественные двигатели, использующие в качестве горючего жидкий водород. Несмотря на одноразовое применение РД-0120 в составе второй ступени, двигатель имеет трехкратный полетный ресурс. При создании РД-0120 конструкторам удалось обеспечить высокие заданные характеристики при минимальных газодинамических потерях, регенеративном охлаждении, стойкости применяемых материалов в среде жидкого водорода.
Все двигатели построены по наиболее экономичной - замкнутой схеме, при которой отработанный в турбине газ дожигается в основной камере сгорания.
Двигатели запускаются на старте почти одновременно, что позволяет уйти от проблемы запуска двигателей в невесомости и повышает надежность выведения.
Для управления движением ракеты на участке выведения маршевые двигатели снабжены прецизионной (точность - до 1% от диапазона перемещений) электрогидравлической системой рулевых приводов. Они развивают суммарное усилие до 50 т в каждой плоскости качания двигателей первой ступени и более 30 т - на второй ступени ракеты.

Блоки первой ступени после выработки топлива отделяются попарно от ракеты примерно на 140 секунде полета на высоте 53 км при скорости 1,8 км/сек, затем через 15-25 сек они разделяются и через 8 минут приземляются в заданном районе на удалении 426 км от старта. Каждый блок может оснащаться парашютными системами возвращения и твердотопливными двигателями мягкой посадки на амортизационные стойки, которые размещаются в двух специальных отсеках-контейнерах. После проведения диагностических, профилактических и ремонтно-восстановительных работ возможно повторное использование блоков. Существовали проекты оснащения блоков первой ступени складываемыми крыльями и системами автоматической посадки, что позволяло бы им совершать управляемый планирующий спуск и посадку на посадочную полосу космодрома.
Расчетная многократность применения блоков А - до 10 полетов - обеспечивается суммарным ресурсом приборов, агрегатов и систем в 15 полетов и эксплуатационным ресурсом двигателей РД-170 до 27 полетных циклов (с учетом огневых испытаний).
В первых полетах в контейнерах вместо парашютов, средств приземления и системы управления устанавливалась контрольная аппаратура.

Центральный блок - вторая ступень отделяется на 480 секунде после набора суборбитальной скорости на высоте 115 км и падает в заданном районе акватории (в антиподной старту точке) Тихого океана. Такая схема выведения исключает засорение околоземного пространства отработанными крупногабаритными фрагментами ракет-носителей и снижает потребные энергозатраты выведения. Доразгон до орбитальной скорости выполняют двигатели полезного груза, ОК или разгонного блока, выполняющего функции третьей ступени.

В качестве третьей ступени предполагалось использовать разгонные ракетные блоки "Смерч" и "Везувий" со своей системой управления, несущие полезную нагрузку. Такая трехступенчатая РН способна вывести на геостационарную орбиту объекты массой до 18 т, на траекторию полета к Луне - 32 т, к Марсу и Венере - до 28 т. Были разработаны проекты использования "Энергии" для запусков КА массой 5-6 т к Юпитеру и Солнцу.

Сборка ракеты в "пакет", ее транспортировка в горизонтальном положении на специальном агрегате-установщике из монтажно-испытательного корпуса на старт ведется с помощью переходного стартово-стыковочного блока Я, который после установки на него ракеты обеспечивает все необходимые (силовые, пневмогидравлические и электрические) связи  с пусковым устройством. Блок Я после пуска ракеты остается на стартовом комплексе и может использоваться повторно.

Высокая надежность и живучесть "Энергии" обеспечена специальными мерами и насыщенной программой отработки на экспериментальных установках и в ходе огневых стендовых испытаний.
На ракете предусмотрено резервирование основных жизненно важных систем и агрегатов, включая маршевые двигатели, рулевые приводы, турбогенераторные источники электропитания, пиротехнические средства.
Комплекс автономного управления построен с поэлементным и схемным резервированием. Ракета оборудована специальными средствами аварийной защиты, обеспечивающими диагностику состояния маршевых двигателей обеих ступеней и своевременное отключение аварийного агрегата при отклонениях в его работе. В дополнение к этому установлены эффективные системы пожаро- взрывопредупреждения.

При разработке математического обеспечения и программ управления помимо штатных условий полета было проанализировано более 500 вариантов аварийных ситуаций и найдены алгоритмы их парирования.
Так, при возникновении нештатной ситуации ракета может продолжать управляемый полет даже с одним выключенным маршевым двигателем первой или второй ступени. В нештатных ситуациях при запуске ОК конструктивные меры, заложенные в ракете, позволяют обеспечить выведение корабля на низкую "одновитковую" орбиту с последующей посадкой на один из аэродромов либо осуществить манёвр возврата на активном участке выведения с посадкой корабля на штатную полосу посадочного комплекса Байконура.

Ко времени первого старта "Энергии" была завершена большая программа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Всего для этой цели было создано более 200 экспериментальных установок, 34 крупногабаритные конструктивные сборки, собрано 5 полноразмерных изделий (см. отдельную таблицу по собранным экземплярам РН "Энергия"), при этом общее количество проведенных испытаний превысило 6,5 тысячи. Кроме того, модульная часть блока А успешно прошла 6 летных испытаний при пусках РН среднего класса "Зенит".

Первый испытательный пуск РН "Энергия" (11К25, изделие 6СЛ, шифр 14А02, бортовой номер И1506СЛ)  с тяжелым спутником "Полюс"  состоялся 15 мая 1987 года с универсального комплекса стенд-старт космодрома Байконур. Ракета отработала нормально, выведя "Полюс" на переходную траекторию, но сам аппарат не вышел на расчетную орбиту ИСЗ из-за сбоя в автономной системе управления после отделения от второй ступени ракеты-носителя "Энергия".
Второй пуск "Энергии" (11К25, изделие 1Л, бортовой номер Л1501Л) с беспилотным многоразовым орбитальным кораблем "Буран" в качестве полезной нагрузки состоялся со второй попытки (первая - 29 октября 1988 года, прекращение предстартового отсчета Т=-00'51") попытки 15 ноября 1988 года со штатного стартового комплекса космодрома Байконур.

Важной принципиальной особенностью "Энергии" является ее построение на базе блока второй ступени и унифицированных модулей первой ступени. Это придает системе гибкость и позволяет на последующих этапах создать ряд перспективных носителей тяжелого и сверхтяжелого классов в зависимости от числа модулей в их составе - в дальнейшем на базе "Энергии" планировалось создание семейства унифицированных ракет-носителей, включая РН "Энергия-М" грузоподъемностью до 34 т на низкой орбите с двумя блоками А первой ступени и уменьшенным центральным блоком второй ступени с одним ЖРД РД-0120; и сверхтяжелый носитель "Вулкан" грузоподъемностью до 200 т с восемью удлиненными блоками А первой ступени и увеличенным центральным блоком Ц для пилотируемой экспедиции на Марс.

Основные характеристики ракеты-носителя "Энергия" приведены в таблице.

Небольшой фотоархив РН "Энергия", составленный из фотографий, являющихся собственностью Федерального космического агентства, находится здесь

Этапы выведения полезной нагрузки на орбиту ИСЗ
Старт (одновременная работа блоков первой и второй ступеней)	Этап работы кислородно-водородных ЖРД второй ступени	Довыведение на опорную орбиту ИСЗ одним из ДОМ

Смотри также:

Web-master: ©Вадим Лукашевич 1998-2006
E-mail: buran@buran.ru