Раке́та

Протон-М — это:

• Основа космической транспортной системы России
• Отработанная конструкция, за время эксплуатации — более 400 пусков (всех модификаций)
• Высокий коммерческий потенциал на мировом рынке

Ракета-носитель «Протон-М»

Для ракеты-носителя «Протон-М» разработаны более легкие и объемные головные обтекатели. Это позволяет значительно увеличить объем для размещения полезной нагрузки, а также осуществлять групповые запуски спутников различного типа.

На модернизированном носителе «Протон-М» установлена новая совершенная система управления на основе бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК). 

Новая система управления «Протона-М» позволяет:

• улучшить использование бортового запаса топлива за счет его более полной выработки, что повышает энергетические характеристики ракеты-носителя и уменьшает или даже исключает остатки вредных компонентов;
• обеспечить пространственный маневр на активном участке полета, что расширяет диапазон возможных наклонений опорных орбит;
• упростить состав бортовых электронных систем в связи с передачей вычислительных операций систем опорожнения баков и безопасности носителя на бортовом цифровом вычислительном комплексе;
• позволить реализовать в полете ограничения по параметру «произведение скоростного напора на угол тангажа», что дает возможность без существенного изменения прочности конструкции ракеты-носителя установить головные обтекатели больших размеров;
• обеспечить оперативный ввод или изменение полетного задания;
• улучшить массовые характеристики ракеты-носителя.

На «Протоне-М» решена задача резкого сокращения размеров полей, отводимых для падения отработавших первых ступеней носителя. Сокращение размеров полей падения осуществляется путем управляемого спуска ускорителя первой ступени на площадку ограниченных размеров.  Уменьшение размеров полей падения позволяет облегчить задачи по поиску и утилизации остатков первой ступени. Кроме того, она падает на землю практически «чистой» — циклограмма работы двигателей первой ступени обеспечивает полную выработку компонентов из ее баков. Таким образом, существенно улучшаются экологические показатели нового российского носителя.

Состав ракеты-носителя «Протон-М» со спутником связи

Тактико-технические характеристики ракеты-носителя

* — НОО — низкая опорная орбита; ГПО — геопереходная орбита; ГСО — геостационарная орбита.

Стартовый комплекс ракеты-носителя 

Стартовый комплекс на космодроме Байконур предназначен для подготовки к пускам и проведения пусков ракет-носителей «Протон-М» с различными космическими головными частями. Головным разработчиком СК является филиал ФГУП «ЦЭНКИ» — НИИ СК.

Стартовый комплекс, состоит из двух стартовых площадок, объединенных сетью коммуникаций, и общего для обеих площадок комплекса сооружений, обеспечивающих каждую из них сжатыми газами, водой, электроэнергией, хладагентами для термостатирования компонентов топлива и космических аппаратов.

Построение стартового комплекса обеспечивает достаточную автономность каждой стартовой площадки. Агрегаты и системы стартового комплекса, все технологические процессы подготовки к пуску и пуска ракеты-носителя созданы с учетом максимальной безопасности обслуживающего персонала и требований экологичности при эксплуатации.

Фотогалерея 

Видео

Вывоз ракеты-носителя «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» и спутником «Ямал-601» на стартовый комплекс Байконура

Пуск ракеты-носителя «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» и спутником «Интелсат-22» 25 марта 2012 года

Медь

Основной металл электро- и тепловой техники. Ну разве не странно? Довольно тяжелый, не слишком прочный, по сравнению со сталью — легкоплавкий, мягкий, по сравнению с алюминием — дорогой, но тем не менее незаменимый металл.

Все дело в чудовищной теплопроводности меди — она больше в десять раз по сравнению с дешевой сталью и в сорок раз по сравнению с дорогой нержавейкой. Алюминий тоже проигрывает меди по теплопроводности, а заодно и по температуре плавления. А нужна эта бешеная теплопроводность в самом сердце ракеты — в ее двигателе. Из меди делают внутреннюю стенку ракетного двигателя, ту, которая сдерживает трехтысячеградусный жар ракетного сердца. Чтобы стенка не расплавилась, ее делают составной — наружная, стальная, держит механические нагрузки, а внутренняя, медная, принимает на себя тепло.

В тоненьком зазоре между стенками идет поток горючего, направляющегося из бака в двигатель, и тут-то выясняется, что медь выигрывает у стали: дело в том, что температуры плавления отличаются на какую-то треть, а вот теплопроводность — в десятки раз. Так что стальная стенка прогорит раньше медной. Красивый «медный» цвет сопел двигателей Р-7 хорошо виден на всех фотографиях и в телерепортажах о вывозе ракет на старт.

В двигателях ракеты Р-7 внутренняя, «огневая», стенка сделана не из чистой меди, а из хромистой бронзы, содержащей всего 0,8% хрома. Это несколько снижает теплопроводность, но одновременно повышает максимальную рабочую температуру (жаростойкость) и облегчает жизнь технологам — чистая медь очень вязкая, ее тяжело обрабатывать резанием, а на внутренней рубашке нужно выфрезеровать ребра, которыми она прикрепляется к наружной. Толщина оставшейся бронзовой стенки — всего миллиметр, такой же толщины и ребра, а расстояние между ними — около 4 миллиметров.

Чем меньше тяга двигателя, тем хуже условия охлаждения — расход топлива меньше, а относительная поверхность соответственно больше. Поэтому на двигателях малой тяги, применяемых на космических аппаратах, приходится использовать для охлаждения не только горючее, но и окислитель — азотную кислоту или четырехокись азота. В таких случаях медную стенку для защиты нужно покрывать хромом с той стороны, где течет кислота. Но и с этим приходится смиряться, поскольку двигатель с медной огневой стенкой эффективнее.

Справедливости ради скажем, что двигатели со стальной внутренней стенкой тоже существуют, но их параметры, к сожалению, значительно хуже. И дело не только в мощности или тяге, нет, основной параметр совершенства двигателя — удельный импульс — в этом случае становится меньше на четверть, если не на треть. У «средних» двигателей он составляет 220 секунд, у хороших — 300 секунд, а у самых-пресамых «крутых и навороченных», тех, которых на «Шаттле» три штуки сзади, — 440 секунд. Правда, этим двигатели с медной стенкой обязаны не столько совершенству конструкции, сколько жидкому водороду. Керосиновый двигатель даже теоретически таким сделать невозможно. Однако медные сплавы позволили «выжать» из ракетного топлива до 98% его теоретической эффективности.

Проблемы

При создании РН, построенной по схеме, существенно отличающейся от ранее реализованных, пришлось столкнуться с множеством сложных научно-технических и организационных проблем. Среди проблем, решенных в процессе создания МКС «Энергия — Буран» были:

• разработка схемы РН, на базе которой возможно построение целого ряда РН не только разной грузоподъемности, но и различного типа выводимых на орбиту грузов, в том числе многоразовых орбитальных кораблей;
• создание крупногабаритного с высокой степенью массового совершенства кислородно-водородного блока II ступени (блока Ц), позволяющего его использование в качестве базового при разработке перспективных ракетно-космических комплексов;
• освоение технологии работ с переохлажденным жидким водородом и средств обеспечения безопасности при его крупномасштабном применении, а также использование переохлажденного жидкого кислорода и охлажденного керосина;
• нейтрализация выбросов непрореагировавшего водорода в процессе запуска двигателей II ступени;
• разработка и внедрение новых конструкционных материалов, обладающих повышенными физико-механическими свойствами, новых теплоизоляционных и теплозащитных покрытий, обеспечивающих необходимые тепловые режимы в экстремальных температурных условиях, а также антистатических покрытий с заданными характеристиками проводимости;
• упрочнение алюминиевого сплава при криогенных температурах и создание стенда криогенно-статических испытаний;
• освоение технологии изготовления крупногабаритных вафельных конструкций, топливных баков большого диаметра с внедрением электронно-лучевой сварки, обеспечение чистоты топливных емкостей и неразрушающего контроля качества приклеивания теплоизоляции и теплозащиты;
• определение акустических характеристик без проведения огневых технологических испытаний;
• обеспечение прочности крупногабаритных конструкций РН в условиях существенного перепада температур в процессе стоянки и заправки;
• решение вопросов транспортировки крупногабаритных элементов конструкций РН самолетом-транспортировщиком 3М-Т;
• создание универсального комплекса стенд-старт, обеспечивающего экспериментальную огневую отработку и пуск РН, экспериментальной базы для отработки универсальных РН и их составных частей и разработки экспериментальных установок;
• создание производственной базы на полигоне с оборудованием технического комплекса и автоматизированной системы управления подготовкой и пуском.

История

«Протону-М» предшествовала модификация «Протон-К», которая эксплуатировалась в 1967-2012 годах. Ракеты-носители этого семейства использовались для запусков всех советских/ российских орбитальных станций — первой в мире долговременной станции «Салют» (1971 год) и последующих шести одноименных станций (1973-1982 годах), модулей комплекса «Мир» (находился на околоземной орбите в 1986-2001 годах), а также российских модулей Международной космической станции (МКС). С помощью «Протонов» в космос запускались различные научные, военные и гражданские космические аппараты (спутники серии «Космос», «Экран», «Радуга», «Горизонт»), автоматические станции для исследования Луны, Марса, Венеры, кометы Галлея.

Основные этапы эволюции крылатых ракет

Идея создания беспилотного управляемого летательного аппарата, начиненного взрывчаткой, возникла почти сразу после появления первых самолетов. Практические разработки в этом направлении велись в нескольких странах, изобретатели предлагали разные варианты конструкции «летающей бомбы»: с радиоуправлением и с разными видами автопилотов. Однако долгое время дело не шло далее создания более или менее удачных прототипов.

В 1931 году в Британии была разработана радиоуправляемая воздушная мишень Queen. В начале войны беспилотники на ее основе использовались для ведения разведки. В 1939 году свой первый полет совершила советская крылатая ракета «212» с жидкостным двигателем, ее созданием руководил Сергей Королев. В 1944 году американцы применили против японских войск радиоуправляемые «самолеты-снаряды» TDR-1, но результаты атаки были признаны неудовлетворительными.

Первая серийная КР Фау-1. Такими «самолетами-снарядами» гитлеровцы обстреливали Великобританию

Наибольших успехов в этой области добилась гитлеровская Германия. Немецкие конструкторы сумели разработать Фау-1 – первую в мире КР, выпускавшуюся серийно. В конце войны немцы активно использовали их для бомбардировок Британии. Эта крылатая ракета оснащалась пульсирующим воздушно-реактивным двигателем, имела простейший автопилот с гироскопом. Управление дальностью полета осуществлялось с помощью механического счетчика с лопастным анемометром. Как только он скручивался до нуля, подавалась команда на пикирование.

После войны германские технологии попали в руки союзников. В 1947 году начались работы над созданием первой советской КР «Комета». В нашей стране в этом направлении трудились ведущие конструкторы: Челомей, Лавочкин, Микоян. В 50-е годы в Советском Союзе и США были запущены проекты межконтинентальных крылатых ракет, которые рассматривались в качестве средства доставки ядерного оружия. В 1958 году американцы приняли на вооружение КР SM-62 Snark. Ее советским аналогом была сверхзвуковая двухступенчатая «Буря», работы над которой были прекращены в 1960 году, – военные быстро поняли, что для доставки боеголовок за океан баллистические ракеты подходят куда больше.

С середины 50-х годов в Советском Союзе активно работали над крылатыми ракетами, предназначенными для поражения кораблей противника. В 1968 году на вооружение была принята ПКР «Аметист» – первая в мире ракета с возможностью подводного старта. За ней последовали «Малахит», «Гранит», «Яхонт». Примерно в это же время американцы разработали противокорабельную крылатую ракету «Гарпун», до сих пор находящуюся на вооружении.

Советская ПКР П-70 «Аметист» — первая крылатая ракета, способная стартовать из-под воды

В начале 70-х годов в США были начаты работы над проектом, который привел к созданию КР BGM-109 Tomahawk – самого известного представителя этого класса оружия. Его главной «изюминкой» стала революционная система наведения, превратившая «Томагавк» в идеальное средство для поражения важных малоразмерных целей на территории противника.

21 октября 1967 года с помощью советских ПКР П-15 «Термит», запущенных с ракетных катеров, был потоплен израильский эсминец «Эйлат». Это событие стало первым случаем реального применения ПКР и послужило толчком к дальнейшему развитию данного вида оружия, а также совершенствованию средств защиты от него. Позже «Термиты» успешно использовались во время индо-пакистанского конфликта 1971 года. С их помощью было потоплено несколько пакистанских боевых кораблей, а также уничтожен нефтяной терминал в Карачи.

Первым конфликтом, в котором крылатые ракеты массово применялись по наземным целям, стала война в Персидском заливе 1991 года. За время проведения этой операции американцы выпустили почти 300 «Томагавков». «Топор» показал себя, как эффективное и смертоносное оружие, поэтому без него уже не обходился ни один последующий конфликт с участием США. «Томагавки» активно использовались во время балканских войн середины и конца 90-х, второй иракской кампании, интервенции в Ливию, ими же «утюжат» сирийскую армию на протяжении последних двух лет.

Системы наведения ракет

В наше время почти все ракеты имеют систему наведения. Думаю, не стоит объяснять, что попасть по цели, которая находится на расстоянии сотен или тысяч километров, без точной системы наведения просто невозможно.

Систем наведения и их комбинаций очень много. Только среди основных можно отметить систему командного наведения, электродистанционное наведение, наведение по наземным ориентирам, геофизическое наведение, наведение по лучу, спутниковое наведение, а также некоторые другие системы и их сочетание.

Ракета с системой наведения под крылом самолета.

Система электродистанционного наведения имеет много общего с системой на радиоуправлении, но она обладает более высокой устойчивостью к помехам, в том числе, намеренно создаваемым противником. В случае такого управления команды передаются по проводу, который направляет в ракету все данные, необходимые для поражения цели. Передача таким способом возможна только до момента запуска.

Система наведения по наземным ориентирам состоит из высокочувствительных высотомеров, позволяющих отслеживать положение ракеты на местности и ее рельеф. Такая система применяется исключительно в крылатых ракетах ввиду их особенностей, о которых мы поговорим чуть ниже.

Система геофизического наведения основана на постоянном сопоставлении угла положения ракеты относительно горизонта и звезд с эталонными значениями, заложенными в нее перед стартом. Внутренняя система управления при малейшем отклонении возвращает ракету на курс.

При наведении по лучу ракете нужен вспомогательный источник целеуказания. Как правило, им является корабль или самолет. Внешний радар определяет цель и производит ее отслеживание, если она движется. Ракета ориентируется на этот сигнал и сама наводится на него.

Название системы спутникового наведения говорит само за себя. Наведение на цель производится по координатам системы глобального позиционирования. В основном такая система широко используется в тяжелых межконтинентальных ракетах, которые наводятся на статичные наземные цели.

Кроме приведенных примеров, есть также системы лазерного, инерциального, радиочастотного наведения и другие. Также командное управление может обеспечивать связь между командным пунктом и системой наведения. Это позволит изменить цель или вовсе отменить удар уже после запуска.

Благодаря такому широкому перечню систем наведения, современные ракеты могут не только взорвать что угодно и где угодно, но и обеспечить точность, которая иногда исчисляется десятками сантиметров.

Технические особенности, достоинства и недостатки

Конструкция разных типов крылатых ракет сходна. Все они имеют отсек для размещения топлива, боевую часть, а также двигатель с воздухозаборником. Кроме того, значительное количество КР оснащается стартовым двигателем, задача которого – придание начального ускорения летательному аппарату. Для удобства размещения в пусковом контейнере крылья  нередко делают складными.

Запуск КР с боевого корабля

От обычных типов ракет они отличаются траекторией и высотой полета: как правило, полет проходит предельно низко с огибанием рельефа местности. Кроме того, современные крылатые ракеты оснащают турбореактивными или прямоточными двигателями, что позволяет им преодолевать очень значительные расстояния. От обычных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) они отличаются отсутствием наземного оператора, управляющего их полетом.

Важнейшим элементом любой КР является ее система наведения, во многом именно она определяет эффективность этого оружия. Первые крылатые ракеты использовали радиолокационные системы, которые прекрасно подходили для обнаружения кораблей на ровной морской поверхности, но плохо работали над сушей с ее сложным рельефом. Именно по этой причине КР долго оставались практически исключительно противокорабельным оружием.

В настоящее время ракеты используют более совершенные системы наведения и коррекции курса. Для определения своего месторасположения они сканируют земную поверхность, сверяя ее затем с электронными картами, заложенными в ЭВМ. Кроме того, широко используется инерциальная навигация и системы глобального позиционирования типа ГЛОНАСС или GPS.

Американская КР «Плутон» с ядерной силовой установкой. Проект так и не был реализован

Отдельно следует сказать о крылатых ракетах с ядерной силовой установкой. Созданием подобных летательных аппаратов занимались в СССР и США на заре атомной эры – в 60-е годы прошлого столетия. Американцы успешно провели огневые испытания подобного двигателя, но запускать крылатую ракету с ЯЭУ они попросту побоялись из-за высокого риска радиоактивного заражения местности. Проект был тихо закрыт.

Особенности конструкции крылатых ракет обуславливают основные преимущества и недостатки этого вида высокоточного оружия. К их несомненным достоинствам можно отнести следующее:

• КР способны двигаться по произвольной траектории, что создает серьезные проблемы для противоракетной обороны неприятеля;
• Использование для полета малых и сверхмалых высот значительно затрудняет их обнаружение радарами;
• Совершенные системы навигации и наведения позволяют современным крылатым ракетам поражать с большой точностью даже малоразмерные цели.

https://youtube.com/watch?v=BCmMNPCBxCQ

Есть у КР и недостатки:

• Значительная стоимость по сравнению с другими боеприпасами;
• Относительно малая мощность всех видов боевых частей, за исключением ядерных;
• Большинство из них имеет сравнительно небольшую скорость полета.

Перспектива

В сентябре 2016 года Космический центр Хруничева объявил о создании двух дополнительных модификаций на базе тяжелого «Протона-М»: ракет среднего («Протон средний», Proton medium) и легкого («Протон легкий», Proton light) классов. Новые модификации будут стартовать в связке с блоком «Бриз- М». Они предназначены исключительно для коммерческих запусков (в рамках контрактов ILS). Первый запуск средней версии может состояться в 2018 г., легкой — после 2020 г. Кроме того, с 2020 г. на «Протонах» планируется применять увеличенный головной обтекатель длиной 16,25 м и диаметром 5,1 м, который позволит запускать крупногабаритные спутники.

Ракеты «Протон-М» планируется использовать для запусков предположительно до 2025 года. На начало июня 2017 года Центр Хруничева имел восемь действующих контрактов на 15 коммерческих запусков «Протонов» до 2023 года. Впоследствии этот космический носитель может заменить разработанная ГКНПЦ тяжелая ракета «Ангара-5» (единственный испытательный запуск проведен в 2014 году), работающая на менее опасном топливе на основе керосина. 

Состав

Двухступенчатая РН «Энергия» выполнена по пакетной схеме с параллельным расположением ступеней и боковым расположением полезного груза, в которой четыре боковых ракетных блока I ступени (блоки А) располагаются вокруг центрального ракетного блока II ступени (блока Ц). РН устанавливается на стартово-стыковочный блок (блок Я), предназначенный для ее стыковки с пусковой установкой (ПУ) стартового комплекса и обеспечения силовых, пневмогидравлических и электрических связей РН с ПУ и комплексом наземного оборудования при подготовке к пуску.

Стартово-стыковочный блок служит опорным силовым элементом при сборке и транспортировке РН. После пуска ракеты стартово-стыковочный блок остается на пусковом устройстве и может использоваться повторно.

Классификация

В отличие от некоторых горизонтально-стартующих авиационно-космических систем (АКС), ракеты-носители используют вертикальный тип старта и (много реже) воздушный старт.

Количество ступеней

Одноступенчатых ракет-носителей, выводящих полезную нагрузку в космос, до настоящего времени не создано, хотя имеются проекты различной степени проработки («КОРОНА», HEAT-1X и другие). В некоторых случаях как одноступенчатая может классифицироваться ракета, имеющая в качестве первой ступени воздушный носитель либо использующая в качестве таковой ускорители. Среди баллистических ракет, способных достичь космического пространства, немало одноступенчатых, в том числе и первая баллистическая ракета «Фау-2»; однако ни одна из них не способна выйти на орбиту искусственного спутника Земли.

Расположение ступеней (компоновка)

Конструктивное исполнение ракет-носителей может быть следующим:

• продольная компоновка (тандемная), у которой ступени расположены одна за другой и работают в полёте поочерёдно (РН «Зенит-2», «Протон», «Дельта-4»);
• параллельная компоновка (пакетная), при которой несколько блоков, расположенных параллельно и относящихся к разным ступеням, работают в полёте одновременно (РН «Союз»);

Используемые двигатели

В качестве маршевых двигателей могут использоваться:

• жидкостные ракетные двигатели;
• твёрдотопливные ракетные двигатели;
• различные комбинации на разных ступенях.

Масса полезной нагрузки

Классификация ракет по массе выводимой полезной нагрузки:

• лёгкая;
• средняя;
• тяжёлая;
• сверхтяжёлая.

Конкретные границы классов меняются с развитием техники и являются достаточно условными, в настоящее время лёгким классом считаются ракеты, выводящие на низкую опорную орбиту груз массой до 5 т, средними — от 5 до 20 т, тяжёлыми — от 20 до 100 тонн, сверхтяжёлыми — свыше 100 т. Появляется также новый класс так называемых «нано-носителей» (полезная нагрузка — до нескольких десятков кг).

Повторное использование

Наибольшее распространение получили одноразовые многоступенчатые ракеты как пакетной, так и продольной схем. Одноразовые ракеты отличаются высокой надёжностью благодаря максимальному упрощению всех элементов. Следует уточнить, что одноступенчатой ракете для достижения орбитальной скорости теоретически необходимо иметь конечную массу не более 7—10 % от стартовой, что при даже существующих технологиях делает их труднореализуемыми и экономически неэффективными из-за низкой массы полезного груза. В истории мировой космонавтики одноступенчатые ракеты-носители практически не создавались — существовали только т. н. полутораступенчатые модификации (например, американской РН «Атлас» со сбрасываемыми дополнительными стартовыми двигателями). Наличие нескольких ступеней позволяет существенно увеличить отношение массы выводимой полезной нагрузки к начальной массе ракеты. В то же время многоступенчатые ракеты требуют отчуждения территорий для падения промежуточных ступеней.

Ввиду необходимости применения высокоэффективных сложных технологий (прежде всего, в области двигательных установок и теплозащиты), полностью многоразовых ракет-носителей пока не существует, несмотря на постоянный интерес к этой технологии и периодически открывающиеся проекты разработки многоразовых носителей (за период 1990—2000-х годов — такие, как: ROTON, Kistler K-1, АКС VentureStar и др.). Частично многоразовой являлась широко использовавшаяся американская многоразовая транспортная космическая система (МТКС)-АКС «Спейс шаттл» («Космический челнок») и закрытая советская программа МТКС «Энергия—Буран», разработанная, но так и не использованная в прикладной практике, а также ряд нереализованных бывших (например, «Спираль», МАКС и др. АКС) и вновь разрабатываемых (например, «Байкал-Ангара») проектов. Вопреки ожиданиям, «Спейс шаттл» не смог обеспечить снижение стоимости доставки грузов на орбиту; кроме того, пилотируемые МТКС характеризуются сложным и длительным этапом предстартовой подготовки (из-за повышенных требований по надёжности и безопасности при наличии экипажа).

Присутствие человека

Ракеты для пилотируемых полётов должны обладать бо́льшей надёжностью (также на них устанавливается система аварийного спасения); допустимые перегрузки для них ограничены (обычно не более 3—4,5 единиц). При этом сама ракета-носитель является полностью автоматической системой, выводящей в космическое пространство аппарат с людьми на борту (это могут быть как пилоты, способные осуществлять непосредственное управление аппаратом, так и так называемые «космические туристы»).