У ракеты «Р-7» оказалась удивительно долгая жизнь. Через пятьдесят шесть лет после первого пуска в мире эксплуатируются пять стартовых комплексов и строится шестой. И сегодня, в 16:30 МСК состоялся первый испытательный полёт новой модели семейства Р-7 — «Союз-2.1в». О длинной и славной истории «семёрки» и о её новой модификации я бы и хотел рассказать.
Колыбель цвета хаки
В начале двадцатого века ученые и энтузиасты занимались ядерной физикой и строили первые ракеты с жидкостным двигателем. Катализатор Второй Мировой войны породил реализованные в металле технологии — ядерную бомбу («Манхеттенский проект», США) и баллистические ракеты («Фау-2», Германия). Очевидная выгода от их сочетания и напряжение Холодной войны породили межконтинентальные баллистические ракеты, первой из которых стала «Р-7», созданная в ОКБ-1 Сергея Павловича Королёва.
Задача создания МБР требовала прорыва в новое, многие решения принимались априорно и определили судьбу ракеты:
- В 1953 году масса головной части с термоядерной боеголовкой была принята равной 5,5 тонн по докладной записке Андрея Сахарова. Несмотря на то, что уже спустя месяц Сахаров нашёл возможность уменьшить вес вдвое, требование грузоподъемности для ракетчиков сохранили. Ракета получилась слишком мощной для боевой, но обрела блестящее космическое будущее. Что любопытно, в США была совершенно такая же ситуация при разработке МБР «Атлас». Американцы изменили требования, перепроектировали ракету (потратив время, которое им очень не помешало бы в космической гонке), выиграли в военном смысле (стартовые позиции «Атласов» были проще и дешевле, их построили в разы больше), но получили очень серьезные проблемы с запуском в космос человека — мощность МБР как ракеты-носителя была в дефиците.
- Одной ступенью получить межконтинентальную дальность было невозможно. А двигателисты не могли гарантировать запуск двигателя в невесомости после отделения первой ступени. Пришлось ставить первую ступень сбоку. Стартовый комплекс получился открытым, очень большим и очень неподходящим для военного применения. У американцев были такие же проблемы, и они их решили крайне своеобразно — МБР «Атлас» также запускала все три двигателя при старте, а в полёте сбрасывала два двигателя из трёх вместе с частью хвостового отсека.
- Для управления полётом ракеты использовалась радиокоррекция с наземных пунктов. Это было верное решение для своего времени (в США ничего лучше тоже не придумали). В случае размещения стартовой позиции на полигоне «Капустин Яр» в районе Астрахани наземные пункты оказывались в горах Кавказа и надежной связи дать не могли. Пришлось искать новое место, которым стал район разъезда Тюра-Там, из соображений секретности названный «Байконур». К сожалению, технический прогресс быстро сделал инерциальную навигацию достаточно точной и необходимость радиокоррекции отпала, а космодром в тяжелых климатических условиях и, после распада СССР, в другом государстве, остался.
15 мая 1957 года состоялся первый пуск (неудача: пожар бокового блока, потеря стабилизации, аварийное выключение двигателей). Третий пуск 21 августа был успешным для ракеты (головная часть разрушилась при входе в атмосферу). Наступал международный геофизический год, США неоднократно объявляли о намерении запустить искусственный спутник Земли, поэтому было решено использовать простаивающие в ожидании новых головных частей МБР как ракеты-носители. И 4 октября 1957 года началась космическая эра человечества.
Р-7 как конструктор
Первая версия «семёрки» имела две ступени — центральный блок «А» и четыре боковых блока «Б», «В», «Г», «Д».
Боковые блоки
Блоки «Б»-«Д» работали, в зависимости от модификации, ~100-120 секунд и сбрасывались. Разделение ступеней реализовано очень красиво — после разрушения нижних узлов связи хвостовая часть блоков отходит в сторону за счет последнего импульса двигателей, затем двигатели выключаются, и блоки выходят из верхних силовых узлов просто за счет своего веса.
Центральный блок
Блок «А» работает, в зависимости от модификации, ~240-290 секунд. В варианте МБР для точного прицеливания двигатель выключался в два этапа — сначала маршевые камеры, ступень переходила на режим малой тяги на рулевых камерах, и, при достижении требуемой скорости, выключались и они.
В двухступенчатом варианте Р-7 могла вывести на орбиту примерно тонну. Этого было мало, да и законы баллистики говорили о том, что небольшая третья ступень, работающая в апогее, серьезно бы увеличила грузоподъемность ракеты. Такой третьей ступенью стал блок «Е», ракета получила названия «Луна» и «Восток» и использовалась с 1958 по 1991 год.
Блок «Е»
С третьей ступенью «семёрка» уже могла вывести на околоземную орбиту 4,5 тонны или отправить небольшой аппарат к Луне. На этой версии ракеты были запущены первые «Луны», первый человек, разведывательные и народнохозяйственные спутники.
Более мощная третья ступень могла бы ещё повысить грузоподъемность ракеты. Так появился блок «И»:
Блок «И»
Блок «И» позволил выводить на орбиту уже ~7 тонн. Ракеты под названиями «Восход» и «Союз» запустили множество различных аппаратов, «Союз» в модификациях «Союз-2», «Союз-ФГ» и «Союз-У» используется до сих пор.
Для запуска более тяжелых аппаратов к Луне и спутников связи «Молния», которые выводились на высокоэллиптические орбиты, была добавлена четвертая ступень — блок «Л»
Блок «Л»
Четырехступенчатая ракета-носитель «Молния» обеспечила первую мягкую посадку автомата на Луну («Луна-9»), отправку аппаратов к Марсу/Венере и спутниковое вещание на территории СССР.
Если вам хочется более подробно посмотреть, как это всё работает и летает, рекомендую вот эту статью — семейство Р-7 в Orbiter'e представлено отлично.
2.1в
После этого обзора можно объяснить, в чем состоит новизна версии 2.1в. Во-первых, первая ступень, из боковых блоков «Б»-«Г», убирается. Блок «А» заменяется на новый, с новым двигателем (забавно, у него, похоже, пока нет буквенного имени). Блок «И» остаётся, но, вместо третьей ступени, становится второй. И третьей ступенью ставится новый блок выведения «Волга» (опционально). Получается ракета-носитель легкого класса (~2,8 т на 200 км, 1,4-1,7 т. на 800-1000 км или солнечно-синхронную орбиту с блоком выведения), способная эффективно заменить закрываемое семейство ракет «Космос» и конверсионные «Днепр», «Стрела», «Рокот», которые используют снятые с производства МБР.
Обратите внимание на изменение геометрических размеров первой ступени. Двигатель НК-33 при сравнимой массе имеет в полтора раза большую тягу, чем РД-108, и не имеет таких устаревших решений, как привод турбонасосного агрегата от отдельного бака с перекисью водорода. При этом сохраняется совместимость с существующими стартовыми сооружениями — используются те же узлы подвески, для нижней части стартового стола требуется минимальная доработка. Если говорить о более отдаленном будущем — возможны последующие модификации с добавлением геометрически более совершенных (цилиндр, а не конус) боковых блоков с новыми двигателями и ожидаемой полезной нагрузкой до 15-17 тонн.
Блок выведения «Волга»
Этот блок предназначен для довыведения спутников на требуемую орбиту при необходимости. Если у спутника нет собственной двигательной установки (а это верно для большого количества спутников на низких круговых орбитах), или же нужно осуществить вывод полезной нагрузки на солнечно-синхронную орбиту (что несколько сложнее вывода на «обычные» низкие околоземные орбиты), блок «Волга» способен разместить его на орбите с требуемыми параметрами и затормозиться, чтобы культурно сгореть в атмосфере и не мусорить в космосе. Блок разработан не с нуля, а является развитием двигательной установки спутников фоторазведки серии «Янтарь».
Вот небольшая схема, иллюстрирующая необходимость блока выведения:
Полезная нагрузка
Поскольку пуск является испытательным, в качестве полезной нагрузки установлены калибровочные сферы для радаров предупреждения о ракетном нападении — простые шары из полированного металла, и малый студенческий спутник «Аист», дублер которого был запущен в космос весной вместе со спутником «Бион».
Заключение
Несмотря на огромный по меркам высокотехнологичных технических систем возраст в 56 лет, семейство ракет на базе «семерки» не думает уходить в историю. Наоборот, судя по текущей ситуации, они будут эксплуатироваться ещё лет десять как минимум.
Спасибо за материалы:
- Артему Жарову за презентацию ЦСКБ Прогресс. Если хочется почитать подробнее о Союзе-2.1в — вам сюда.
- Александру Шлядинскому за рисунки, добрая треть из статьи взята у него.
- Сайту КИК-СССР. Обязательно посмотрите анимации «медузы».
- Сайту «Энциклопедия отечественной космонавтики».
- Сайту самарского военно-исторического клуба.
UPD: Появилось немного видео.
UPD2: Появилось видео пуска:
