Непростая судьба лучшего в мире ракетного двигателя
Ракетные двигатели РД-180 станут многоразовыми и будут использовать перспективные виды ракетного топлива. Об этом сообщил генеральный директор АО НПО «Энергомаш» (входит в состав госкорпорации «Роскосмос») Игорь Арбузов. Это создает технологический задел для создания многоразовых космических систем. Каких именно, специалист не уточнил. В настоящее время «180-е» используются исключительно в составе американской ракеты-носителя Atlas.
Несмотря на экономические санкции, их поставки в США не прекращались и, мало того, их уже сейчас сертифицировали под пилотируемые пуски новых космических кораблей аэрокосмического гиганта Boeing. Только в этом году американцы получат шесть таких изделий. Ежегодный доход России от продажи РД-180 превышает 60 млн долл.
В мае этого года исполняется 20 лет со дня первого запуска американской ракеты с российским двигателем. За это время в США поставлено 116 изделий, состоялось 89 пусков, и все они признаны успешными. Это уникально для мировой космонавтики, сообщается на сайте Научно-производственного объединения «Энергомаш».
Проект двигателя РД-180 был разработан российскими конструкторами в 90-х годах прошлого века под руководством Бориса Каторгина. А уже в 1995-м он победил в конкурсе, который объявила корпорация Lockheed Martin.
В основе двигателя – выдающаяся разработка камеры сгорания со специальными поясами защиты от мощных тепловых потоков.
Именно на базе этой камеры появились лучшие в мире ракетные двигатели: РД-170 для ракеты-носителя сверхтяжелого класса (РН СТК) «Энергия», РД-171 для РН среднего класса «Зенит», РД-180 для американского Atlas, РД-191 для носителей семейства «Ангара» и РД-171МВ для разрабатываемой средней ракеты «Союз-5».
Четырехкамерный двигатель закрытого типа РД-170 с тягой 800 т использовался на первой ступени российского РН СТК «Энергия», который в 1988 году вывел в космос многоразовый космический корабль «Буран». РД-170 и 171 до сих пор считаются самыми мощными жидкостными двигателями. РД-180 – экспортный вариант, он в два раза меньше РД-170, имеет две камеры, а тяга составляет 400 т.
Безальтернативный фаворит
Глава американской компании United Launch Alliance (ULA), созданной Boeing и Lockheed Martin, Тори Бруно называет российские РД-180 «технологическим чудом». Он говорит, что они идеально подходят для американских космических кораблей «Atlas». Их безальтернативность в составе конструкции ракеты-носителя объясняется оптимальным соотношением цены и качества. Именно поэтому Конгресс США, который после событий 2014 года запретил использование российских ракетных двигателей, под давлением Пентагона все-таки пошел на уступки и разрешил дальнейшие поставки РД-180 для Atlas.
Но год назад глава Космического командования ВВС США Джон Реймонд заявил, что к 31 декабря 2022 года американские военные по закону будут обязаны прекратить использование российских двигателей. На сайте сборника официальных документов американского правительства Federal Register сообщается, что американское Минобороны включило Россию в список государств, с которыми запрещена кооперация для осуществления космических пусков. С начала 2023 года начнет действовать запрет «на получение контрактов на коммерческие спутниковые услуги иностранными организациями, если участие в таком контракте может нести недопустимый риск в области кибербезопасности». В списке кроме России есть еще Китай, Северная Корея, Иран, Судан и Сирия.
Возникает ощущение какого-то внутреннего противоречия в решениях американских начальников. Поэтому в России намечают дальнейшую тактику развития при любом сценарии. После отказа США от закупок РД-180 и РД-181 в «Энергомаше» предполагают рост внутренних заказов, хотя на сегодняшний день неочевидно, для каких задач могут быть использованы эти двигатели. Ранее отмечалось, что финансовая устойчивость предприятия обеспечивалась российским государственным заказом и выручкой от продаваемых Америке РД-180 для первой ступени тяжелого носителя Atlas V от ULA и РД-181 для средней ракеты Antares от Northrop Grumman.
Тем не менее Совет безопасности и Министерство обороны РФ настаивали на прекращении поставок российских двигателей Америке. Ведомство Сергея Шойгу высказывало сомнения в целесообразности продления контракта, а глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин предлагал внести дополнение к соглашению с американской стороной, запрещающее использование Atlas V с российскими двигателями для доставки в космос американских спутников-шпионов.
Ступень возврата
РД-180 устанавливаются на первые ступени американских ракет Atlas, и при успешном старте, после достижения нужной высоты, ступень сбрасывается. В традиционном ракетостроении это стандартная ситуация. Но глава американской компании SpaceX Илон Маск предложил схему многоразового использования элементов ракеты. Если первую ступень успешно приземлить без повреждений, ее можно вновь заправить, а затем повторно запустить, тем самым снизив стоимость следующего космического полета. Встроенные в основание ракеты двигатели должны способствовать решению этой задачи. У Falcon первая ступень обычно падала в море, предпринимались попытки мягко опустить ее на платформу, но они почти все поначалу оказались неудачными. Идея спасения отработавшей ступени для ее повторного использования реализовывалась также при помощи парашюта и вертолета, который перехватывал ее до удара о землю. Все же SpaceX удалось совершить повторный запуск ракеты с двигателем, отделившимся во время предыдущего полета и совершившим управляемый спуск на морскую платформу в Атлантическом океане. Сегодня повторные запуски ступеней в SpaceX стали обычной практикой, но статистики для понимания экономической целесообразности подобной схемы пока недостаточно. Например, сейчас компания Илона Маска готовит запуск ракеты, в которой одна ступень отправится в космос в пятый раз. Казалось бы, много? Но такое количество полетов пока не дает возможность сделать вывод о правильности идеи американского бизнесмена.
Обсуждение целесообразности неоднократного применения ракеты-носителя и реальной экономической выгоды от этого ведется уже несколько лет. При пуске с возвратом ступени половина топлива на борту уходит на то, чтобы вернуть ступень на Землю. К этому добавляются затраты на каждую возвращаемую часть: авионику, программное обеспечение, источники питания, сенсоры, электронику, опорные стойки, гидравлические и электромеханические системы, а также на морскую, авиационную поддержку и многое другое. После пуска и посадки требуется чистка агрегата кислород-керосин, а из-за динамического удара необходима его полная проверка для повторного использования.
В Америке неоднократное применение ступеней ракеты космического назначения продиктовано высокой стоимостью двигателей. Глава Роскосмоса Рогозин сказал: «Наши да и американские эксперты считали эффективность многократного использования ракетных модулей и пришли к выводу, что на прибыль можно выйти лишь при десятикратном использовании возвращаемых ступеней. У компании SpaceX нет таких результатов». Глава «Энергомаш» Игорь Арбузов уверен, что для РД-180 подобный показатель достижим. Осталось только решить вопрос, кто будет летать на нашем двигателе.
Много раз по-русски
Успешный космический полет «Бурана» состоялся в 1988 году, это был единственный вылет, хотя рассчитан корабль на 100 запусков. Созданная тогда инфраструктура взлета-посадки «по-самолетному» позволяла летать каждые две недели, но в начале 1990-х годов работы по проекту были приостановлены. «Буран» стал триумфом российской конструкторской мысли, очевидно, что его технологии опередили свое время. Распад СССР положил конец грандиозному и очень дорогостоящему проекту. Однако многие разработки по программе стали со временем востребованы и, к примеру, помогли создать из половины установленного на системе «Энергия-Буран» двигателя РД-170 новый РД-180, применяющийся до сих пор и вызывающий восхищение в США.
Д. Рогозин считает тему многократного применения элементов ракеты спорной, но «красивой». Если только она не используется американскими предпринимателями как грубая попытка выдавить конкурентов. Ведь Министерство обороны США и NASA щедро финансируют космические разработки, а компания миллиардера Маска соперничает с альянсом ULA.
В любом случае российские ракеты даже с одноразовыми двигателями до сих пор являются наиболее эффективными и обладают высочайшей степенью надежности.
В России исследования по многоразовому использованию блоков и сохранению двигателя первой ступени также проводятся. Фонд перспективных исследований и специалисты Роскосмоса ведут совместную работу по многоразовому «Крылу-СВ». «С учетом нашей географической специфики садиться ступень должна по-самолетному, а не «вертикальной свечкой», как у Falcon. Если мы это отработаем и увидим, что самолетный вариант возвращения более прост и эффективен, чем возвращение в стиле Falcon, то мы сможем это применить на ракете среднего класса», – сказал Рогозин.
«В наших перспективных ракетах мы будем рассматривать возможность многократного использования ракетных блоков, но сделаем это на иных, чем SpaceX, технологиях, которые действительно обеспечат экономическую эффективность», – сказал глава Роскосмоса. Возможно, что он имеет в виду переход на метановые двигатели, которые могут быть многократно использованы без переборки и очистки.
Многократное применение РД – заманчивая идея, но сейчас на МКС астронавтов NASA доставляют единственно эффективные в пилотируемой космонавтике российские ракеты с одноразовыми РД первой ступени. Весной на МКС отправился российско-американский экипаж, в который вошел капитан 2 ранга ВМС США Кристофер Кэссиди. Осенью текущего года капитан ВМС США Стивен Боуэн также полетит на российском «Союзе», а в 2021 году от NASA будет командирована астронавт-микробиолог Кэтлин Рубинс. США продолжают вести переговоры с Роскосмосом о приобретении мест на космических кораблях «Союз» для отправки своих астронавтов на МКС.
Америка готовит к полетам и свои пилотируемые корабли, но испытания затягиваются, так как полной уверенности в их безопасности пока нет. NASA рассчитывает, что Starliner от Boеing и Dragon от SpaceX позволят отказаться от услуг Роскосмоса, несмотря на то что американцы пока не могут заменить тяжелую ракету-носитель Atlas V с российскими РД-180.
Надо отметить, что на конец мая запланирован первый пилотируемый полет корабля Dragon корпорации Илона Маска. Экипаж сейчас находится в карантине, а на стартовой площадке проводятся подготовительные работы. Если этот запуск пройдет успешно, то это будет означать окончание нашей монополии на пилотируемую космонавтику и перед Роскосмосом возникнет новая реальность, которой можно воспользоваться по-разному.
Вирусная помеха
Российская космическая корпорация продолжает разработку сверхлегких, легких, средних, тяжелых и сверхтяжелых ракет. Работа будет вестись при содействии назначенного указом президента Владимира Путина в апреле текущего года нового наблюдательного совета Роскосмоса, в который вошли заместитель председателя Совета безопасности Дмитрий Медведев, вице-премьер Юрий Борисов, командующий ВКС Сергей Суровикин, глава госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев и другие высокопоставленные лица. Глава Роскосмоса входит в совет по должности.
Минобороны совместно с Роскосмосом подготовили техническое задание для линейки РН «Ангара», которая начинается от ракет легкого класса и заканчивается тяжелым классом с повышенной грузоподъемностью таких, как конфигурация «5В» для полетов к Луне и планетам Солнечной системы. Семейство ракет-носителей «Ангара» заменит предыдущую серию РН «Протон», выпуск которой, по заявлению Дмитрия Рогозина, будет прекращен.
В России с 2016 года ведется разработка новой отечественной средней ракеты «Союз-5» на базе российско-украинской ракеты «Зенит». На первой ступени планировалось использовать двигатели РД-171МВ – модернизированные двигатели от ракет «Зенит». Разработка этой перспективной двухступенчатой ракеты-носителя среднего класса предусмотрена действующей Федеральной космической программой. Первый пуск «Союза-5» должен состояться в 2022 году, а в 2023-м с космодрома «Байконур» планировался вывод на орбиту пилотируемого корабля «Федерация». Но 6 сентября 2019 года произошли изменения, глава Роскосмоса сообщил, что версия «Союз-5» с кислородно-водородной ступенью на базе двигателя РД-0146 или РД-0150 будет называться «Союз-6». В ноябре 2019 года сдача эскизного проекта «Союз-5», который теперь носит название «Иртыш», была перенесена на 30 октября 2020 года. Корабль «Федерация» переименовали в «Орла», в космос его будет выводить ракета «Ангара».
«Орел» разрабатывается для замены эксплуатирующихся кораблей серий «Союз» и «Прогресс», он сможет доставлять космонавтов и грузы на МКС и станет многоразовым, капсула будет возвращаться из космоса, использоваться в следующих полетах. Корабли этой серии с повышенной тепловой и радиационной защитой смогут полететь за пределы околоземной орбиты, включая лунные экспедиции.
Рогозин в своем Twitter сообщил, что испытательный пуск космического корабля «Орел» без экипажа будет произведен в конце 2023 года. Для него готовят новую российскую ракету-носитель «Ангара-А5». Все последующие запуски планируется проводить с помощью специальной пилотируемой версии ракеты «Ангара А5М(П)», сборка первого такого носителя тяжелого класса начнется в 2023 году.
На космодроме Восточный строится стартовый комплекс для обеспечения взлета ракет, которые появятся в будущем. По информации СМИ, у Рогозина в рабочем кабинете стоят мониторы, на них в режиме реального времени отражается проведение строительных работ. Контроль также ведется при помощи спутников и беспилотников. Онлайн-видеомониторинг и спутниковое отслеживание дают полную картину, происходящую на стройплощадке Восточного.
Роскосмос продолжает работать даже в условиях распространения коронавируса. Боевые расчеты специальным транспортом доставляются в центральные пункты управления. ЦУП непрерывно следит за состоянием орбитальных группировок. Продолжается подготовка экипажей к полетам на МКС, на кораблях «Союз» и «Орел», к проведению пилотируемой лунной программы.
Однако экономический кризис, который может повлечь за собой разразившаяся в мире пандемия COVID-19, и возможное сокращение количества запусков в космос способны оказать негативное влияние на эффективность ракетных фирм. Для сохранения Россией статуса великой космической державы могут вновь потребоваться дополнительные средства. Хотя уже сейчас, по мнению экспертов, «даже самые приблизительные оценки стоимости запуска человека к Луне выходят за рамки российского бюджета».
Ирина Дронина
