Ракета "Союз": описание, история, запуск и интересные факты

«Союз» - серия советских трехступенчатых ракетоносителей, которые на протяжении нескольких десятилетий оставались лучшими аппаратами для запусков космических кораблей разного типа и назначения на орбиту Земли. Успешные разработки в области ракетостроения позволили создать ракету-носитель с хорошими энергетическими показателями и большим модернизационным потенциалом.

Описание

«Союз» - ракета-носитель среднего класса, предназначенная для выведения на низкую орбиту Земли космических кораблей типа «Прогресс» и «Союз», а также научно-исследовательских («Ресурс», «Фотон») и социально-экономических космических аппаратов с автоматическим управлением. Трехступенчатый ракетоноситель (РН) «Союз» создан на базе ракеты Р-7, поэтому и относится к семейству этих ракет с добавлением 3-й ступени.

Разрабатывалась и производилась в ОКБ-1 (сейчас ЦСКБ-Прогресс). Руководителями проекта были Королев С. П. и Козлов Д. И. Эксплуатация серии ракетоносителей началась в 1963 году, причем по аналогии с моделью, на которой базировался новый носитель, их все еще называли «Восход». С 1966 года в обиход официально вошло название «Союз». В следующие несколько десятилетий, вплоть до 2000-х годов, ракета «Союз» подвергалась нескольким модификациям.

История создания

История создания началась задолго до первого запуска. Началом послужило постановление ЦК КПСС о необходимости разработки новой межконтинентальной баллистической ракеты, которая сможет доставить термоядерный заряд на значительное расстояние, исчисляемое тысячами километров. После нескольких лет разработок задача была выполнена. Межконтинентальная двухступенчатая ракета нового образца МБР Р-7А поступила на вооружение специально созданного подразделения ракетных войск. Первый пуск состоялся в 1959 году. В различных модификациях Р-7 пробыла на вооружении лишь 10 лет, но благодаря высокому модернизационному потенциалу и удачной конструкции она стала основой для целого семейства космических ракет-носителей.

Уже после первого пилотируемого полета в космос, в рамках реализации программы более длительных полетов, началась разработка новой ракеты на базе Р-7. Проблема была в том, что все ракеты Советского Союза на то время, в том числе и «Восход», не подходили для эксплуатации в рамках, заданных проектом. Помимо увеличения длительности полета, на новой ракете должна была быть реализована система аварийного спасения экипажа в случае экстренной ситуации, которая не предусматривалась на «Восходе».

Основой для конструкции новой ракеты среднего класса семейства Р-7 стали уже эксплуатируемые носители «Восход» и «Р-7А». Новый РН получил наименование «Союз» и индекс 11А511. Эта трехступенчатая ракета-носитель стала использоваться для запусков кораблей «Союз» и «Прогресс». Впервые запуск ракеты «Союз» осуществлен в 1966 году.

Характеристики

Длина РН «Союз» зависит от типа доставляемого в космос космического корабля, но не превышает 50.67 м. Сечение – 10,3 м, поперечные размеры – расстояние между концевикам воздушных рулей. Полная масса ракеты-носителя "Союз" в снаряженном состоянии (стартовая) – 308 т. Максимальная масса топлива – 274 т. Максимальная, так называемая сухая полная масса ракеты-носителя «Союз» составляет 34 т и также зависит от типа выводимого на орбиту космического аппарата. Суммарная тяга, развиваемая РН: 413 тонны-силы на уровне моря и свыше 500 тонны-силы в вакууме. Ракета «Союз» 11А511 способна вывести на Земную орбиту полезные грузы массой 7 т. Полетное время РН составляет около 9 мин.

Особенности конструкции 11А511

Ракета «Союз» 11А511 состоит из трех ступеней с ускорителями на первой «Б», «В», «Г» и «Д», двух блоков «А» и «И» (второй и третьей ступени), головного обтекателя, адаптера полезного груза и системы аварийного спасения (САС) экипажа. В конструкции использованы модернизированные двигатели двухступенчатой ракеты МБР Р-7А и трехступенчатой РН «Восход». Изначально была осуществлена модернизация блока третьей ступени, что позволило улучшить энергетические показатели РН, впоследствии были доработаны и другие ступени. Их внешний вид не изменился, но содержание и возможности стали новыми:

• Установлена новая телеметрическая система на блоке «А».
• Бортовая кабельная сеть управления заменена более легкой.
• Наклонение орбиты корабля относительно плоскости экватора снижено более чем на 10^о.
• Уменьшена длина и вес кабельной сети блока «И».
• Заменены двигатели блока «А».
• Усилена прочность некоторых элементов первой ступени.

В целом, внешне РН «Союз» отличается от предшествующих ракет-носителей - прежде всего, головным обтекателем с четырьмя стабилизаторами и конической формой блоков первой ступени, а также наличием аварийной системы на вершине.

Ступени РН «Союз»

Две ступени ракетоносителя аналогичны РН «Восток», но с рядом усовершенствований. Первая ступень ракеты состоит из 4-х боковых конусообразных ускорительных блоков. На каждом ускорителе установлены автономные двигатели. Отделение ускорительных блоков во время запуска происходит примерно на 118 секунде полета ракеты. Масса бокового блока без топлива – не более 3,75 т, вес топлива составляет 155-160 т.

Вторая ступень включает центральный блок «А» с топливом и полезной нагрузкой. Масса без топлива - не более 6 т, топливо – 90-95 т. Вторая ступень отделяется от ракеты-носителя примерно на 278 секунде полета.

Третья, доработанная ступень - модернизированный блок «И» РН «Восход» 11А57 общей длиной 6,7 м и диаметром 2,66 м. Оснащена 4-камерным ракетным двигателем на жидком топливе с одним турбонасосным агрегатом. Общая масса 25 т.

Ракета «Союз» - топливо и двигательные установки

Используемое для двигательных установок всех ступеней топливо было идентичным – керосин Т-1. Жидкий кислород использовался в качестве окислителя. Это весьма взрывоопасное вещество, но не токсичное. Для работы вспомогательных систем в небольшом количестве использовались жидкий азот и перекись водорода.

Для первой ступени в качестве двигательной установки (ДУ) использовались четыре 4-х камерных ЖРД (жидкостные ракетные двигатели) РД-107 8Д728. Каждый двигатель ракеты «Союз» первой ступени имел 4 основных неподвижных камеры сгорания и 2 поворотно-рулевых на шарнирных подвесах. Полная масса двигателя составляла 1300 кг.

ДУ второй ступени ракеты "Союз" – двигатель ЖРД РД-108, состоящий из 4-х неподвижных и 4-х поворотных камер с отклонением 350, которые являлись исполнительными органами управления ракетой и использовались для управления положением ракеты в пространстве. Это двигатель открытого цикла с системами наддува и газогенерации массой 1195 кг.

Для третьей ступени - высоконадежный ЖРД РД-0110 11Д55. Это двигатель открытого цикла с турбированной подачей топлива, созданный в ОКБ-154 под начальством С. А. Косберга также имел 4 основных и 4 поворотных камеры сгорания. Предельное время непрерывной работы – 250 сек.

Система аварийного спасения

При разработке ракетоносителя «Союз» одной из ключевых задач, стоявших перед конструкторами, было создать систему для спасения экипажа в случае аварийной ситуации. В итоге была разработана и реализована система аварийного спасения (САС), которая активировалась до старта ракеты и в случае необходимости обеспечивала спасения экипажа на старте или на любом участке полета.

Система предусматривает увод от ракеты головного блока с экипажем в безопасное место вместе с обтекателем, спускаемым и приборно-агрегатным аппаратом. Для этого на головном обтекателе были установлены ракетные двигатели разделения, работающие на твердом топливе в комплексе с четырьмя небольшими двигателями управления. На самой вершине головного обтекателя располагался небольшой двигатель, задача которого была уводить весь модуль в сторону после срабатывания двигательной установки разделения. Такая система стала типовой для всех «Союзов».

Модификации

У РН 11А511 впоследствии было 3 модификации:

• «Союз-Л» - предназначалась для запусков лунного комплекса Н1-ЛЗ. Внешним отличием этой ракеты-носителя является необычная форма головного обтекателя. Было осуществлено 3 старта этого РН с космическими аппаратами серии «Космос» 379, 398 и 434.
• «Союз-М» - разработка Куйбышевского филиала ЦКБЭМ для вывода на земную орбиту разведывательных аппаратов особого назначения серии «Зенит» (4М, 4МТ, «Орион») и военно-исследовательских кораблей «Союз 7К-ВИ». Было произведено восемь пусков этой модификации с космодрома Плесецк.
• «Союз-У» - последняя модификация на основе РН 11А511. При разработке этого носителя учитывались также и наработки уже используемые в модификациях «Союз-Л» и «Союз-М». Этот ракетоноситель был сконструирован в 70-х годах и в первую очередь предназначался для запуска пилотируемых и беспилотных транспортных космических аппаратов «Прогресс». При помощи этой ракеты в космос было выведено множество как отечественных, так и иностранных космических аппаратов таких серий, как «Космос», «Фотон», «Ресурс-Ф», «Бион». Главное отличие «Союз-У» - улучшенные энергетические характеристики ДУ ступеней 1 и 2. Эта вариация ракеты-носителя считалась одной из наиболее удачных, и долгое время была самой востребованной. Ее запуск осуществлялся 771 раз.

Путем модернизации «Союза-У» в «ЦСКБ-Прогресс» был создан ракетоноситель «Союз-2», которая отличалась повышенной грузоподъемностью и была способна вывести на земную орбиту 9200 кг полезного груза. Впоследствии на базе «Союз-2» было сделано целое семейство ракетоносителей «Союз-СТ», которые отличались доработанной системой управления. Новейшей модификацией РН «Союз-У» является созданная в 2001 году ракета «Союз-ФГ».

Запуски

РН «Союз» начала успешно выводить искусственные спутники Земли в космос в 1966 году. Изначально это были аппараты серии «Космос», а в дальнейшем и пилотируемые космические корабли. За первые 10 лет эксплуатации ракеты-носителя 11А511 было проведено 32 запуска с космодрома Байконур, 30 были успешными.

Впоследствии на базе РН «Союз» было создано несколько модификаций для выполнения различных задач, главным образом для запуска отечественных и иностранных космических аппаратов разного назначения. Для пусков РН «Союз» было создано 7 стартовых площадок:

• Байконур – 2 площадки.
• Плесецк – 3.
• Гвианский космический центр (Французская Гвиана) – 1.
• Космодром «Восточный» - 1.

Общее число стартов всех «Союзов» - 1020. На конец 2016 года суммарно было совершено 44 пуска РН «Союз 2.1а» и «Союз 2.1б».

Факты и инциденты

Одним из предназначений «Союз» 11А511 была возможность выводить на орбиту Луны пилотируемые корабли с экипажем. С этой целью на околоземной орбите планировалось создать целый комплекс из пилотируемого корабля, танкера заправщика и разгонного блока. Выводить на орбиту все элементы планировалось при помощи РН «Союз».

Инцидентов при запусках РН «Союз» было всего два. В декабре 1966 года во время предпусковой подготовки не сработал пирозапал, и автоматика отменила запуск. Персонал начал процедуру слива топлива, но спустя 27 мин сработала САС, которая все то время оставалась активной. Причиной срабатывания стало вращение Земли, вследствие чего датчики зарегистрировали угловое отклонение положения корабля и активировали аварийную систему. В результате после отсоединения головной части из трубопроводов вылился и загорелся теплоноситель, последовал ряд взрывов. От удушья погиб один человек и двое - от полученных травм, было повреждено оборудование.

В 1975 году при выведении корабля на орбиту на высоте 150 км сбой автоматики вызвал отделение корабля от ракетоносителя. Аппарат с экипажем спустился на склон горы в Алтае и покатился вниз. Космонавтов спас парашют, который они не отстрелили, зацепившийся за дерево. Никто из экипажа не пострадал.

Ракета «Союз» сейчас

Всего было разработано 10 модификаций РН «Союз». На сегодняшний день с помощью носителя «Союз-У» осуществляется запуск грузовых кораблей. В конце 2016 года с РН «Союз-У» был запущен аппарат ТГК «Прогресс МС-04». Наибольшее внимание современной отечественной аэрокосмической отрасли уделено развитию РН «Союз-2.1а». Работа по модернизации этого ракетоносителя стартовала еще в 1990 годы. Были разработаны и установлены новые двигатели, внедрена новая система телеметрии, автоматизирован испытательный и предстартовый процесс подготовки. В результате были улучшены общие характеристики аппарата и точность выведения на орбиту.