Ракета-носитель “Протон-М”
Ракета-носитель (РН, также ракета космического назначения, РКН) - многоступенчатая баллистическая ракета, предназначенная для выведения полезной нагрузки в космическое пространство.
Иногда термин «ракета-носитель» применяется в расширенном значении: ракета, предназначенная для доставки в заданную точку (в космос, в отдаленный район или океана) полезной нагрузки - например, ядерных и неядерных боевых блоков. В такой трактовке термин «ракета-носитель» объединяет термины «ракета космического назначения» (РКН) и «межконтинентальная баллистическая ракета» (МБР).
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»);
- условно-пакетная компоновка (т. н. полутораступенчатая схема), в которой используются общие топливные баки для всех ступеней, от которых питаются стартовые и маршевые двигатели, запускающиеся и работающие одновременно; по завершении работы стартовых двигателей сбрасываются только они.
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»).
История
Первым детально проработанным теоретическим проектом ракеты-носителя был «Lunar Rocket», спроектированный Британским межпланетным обществом в 1939 году. Проект представлял собой попытку разработки ракеты-носителя, способной доставить полезный груз на , основанную исключительно на существующих в 1930-х годах технологиях, то есть был первым проектом космической ракеты, не имевшем фантастических допущений. Ввиду начала Второй мировой войны работы по проекту были прерваны, и существенного влияния на историю космонавтики он не оказал.
Первой в мире настоящей ракетой-носителем, доставившей в 1957 году груз на орбиту, была советская Р-7 («Спутник»). Далее США и ещё несколько стран стали так называемыми «космическими державами», начав использовать собственные ракеты-носители, а три страны (а значительно позже также и четвёртая - Китай) создали РН для пилотируемых полётов.
Ракета-носитель Дельта 2
Самые мощные используемые на данный момент ракеты-носители - это российская РН «Протон-М», американская РН «Дельта-IV Heavy» и европейская РН «Ариан-5» тяжёлого класса, позволяющие выводить на низкую околоземную орбиту (200 км) 21-25 тонн полезного груза, на ГПО - 6-10 тонн и на ГСО - до 3-6 тонн.
Планируемая ракета Ариан 6
В прошлом были созданы (в рамках проектов высадки человека на Луну) и более мощные ракеты-носители сверхтяжёлого класса - такие, как американская РН «Сатурн-5» и советская РН «Н-1», а также, позднее, советская «Энергия», которые в настоящее время не используются. Соизмеримой мощной ракетной системой была американская МТКС «Спейс шаттл», которую можно было рассматривать как РН сверхтяжёлого класса для вывода пилотируемого корабля 100-тонной массы, или как РН всего лишь тяжёлого класса, для вывода на НОО прочей полезной нагрузки (до 20-30 тонн, в зависимости от орбиты). При этом космический корабль-челнок являлся частью (второй ступенью) многоразовой космической системы, которая могла использоваться только при его наличии - в отличие, например, от советского аналога МТКС «Энергия-Буран».
24 февраля текущего года космический грузовик «Прогресс-МС-05», запущенный с Байконура с помощью ракеты-носителя «Союз-У», пристыковался к Международной космической станции. Днем ранее на МКС произошла стыковка американского грузового корабля Dragon, запущенного с ракетой Falcon 9. Россия, США и Китай - главные мировые соперники в производстве и испытании ракет-носителей. Кто из них продвинулся в этом плане дальше всего?
УПУЩЕННОЕ ЛИДЕРСТВО
СССР был первым государством в мире, осуществившим в 1957 году запуск ракеты-носителя (Р-7, «Спутник»). За последние годы в России произошло несколько аварий космических грузовиков по причине тех или иных неисправностей в ракетах-носителях. Эксперты Роскосмоса считают, что у системных проблем в отечественном ракетостроении ряд причин: трудно управляемая кооперация предприятий, работающих «на космос», а также недостаток высококвалифицированных кадров. В прошлом году российскую ракетно-космическую отрасль обошли США и Китай - впервые за последние десятилетия наша страна осуществила рекордно малое количество космических запусков - 18 (у Америки был 21 запуск, у Китая - 20). Россия всегда была лидером - и в предыдущие годы по количеству космических запусков мы опережали США, КНР и страны ЕС. Во времена СССР в 1982 году их было выполнено и вовсе свыше 100! Затем эти показатели стали падать, но все равно до последнего времени отечественная ракетно-космическая отрасль «держала марку» на мировом уровне.
В прошлом году сравнительно небольшое количество запусков специалисты связывают с неудачами, касающимися работы двигателя ракеты-носителя «Протон-М» - обычно этот аппарат запускается до десятка и более раз в год, а в 2016 году было совершено всего 3 запуска.
КОГДА ПОЛЕТИТ «АНГАРА»?
По мнению академика РАК имени К. Э. Циолковского Александра Железнякова, российская космическая отрасль уже не вернется к прежнему количеству запусков, но в этом и нет необходимости: основные спутниковые группировки систем навигации и связи уже развернуты, и практической надобности в столь частых запусках ракет-носителей больше не существует. В связи с рядом аварий с участием «Протона», произошедших за последние годы, снизилось количество коммерческих пусков ракеты-носителя - часть прежних заказчиков она перестала интересовать.
Как считает Железняков, статус космической державы определяет не количество запущенных ракет, а число и назначение выведенных в космос космических аппаратов, с чем, уверен академик Российской академии космонавтики, у России дела обстоят неважно. Нашей стране принадлежит ничтожно малое количество научных спутников, и в космосе на данный момент не работает ни одна межпланетная станция, тогда как те же американцы за последние годы успешно осуществили несколько подобных миссий. Взять хотя бы Dawn, запущенный НАСА. С помощью этого космического аппарата научный мир получил массу уникальной информации о карликовой планете Церера и астероиде Веста - объектах главного астероидного пояса.
Тем не менее в планах Роскосмоса на 2016-2025 годы - испытание «Ангары» - ракетыносителя модульного типа, имеющей кислородно-керосиновые двигатели. Отдельные виды «Ангары» имеют грузоподъемность до 35 тонн. А также - создание нового типа ракеты-носителя, способной «потянуть» груз общей массой свыше 100 тонн, и другие не менее масштабные проекты, на которые планируется потратить свыше полутора миллиардов рублей.
Необходимо отметить, что и у Роскосмоса, и у американской частной компании Space X, посылавших космические грузовики к МКС, не все проходило гладко. В декабре прошлого года российский «Прогресс МС-04» потерпел аварию из-за проблем с двигателем третьей ступени ракеты-носителя. Американский грузовик должен был пристыковаться к МКС 22 февраля, но из-за неполадок в бортовом компьютере произошел временной сбой.
ОТ «ДЕЛЬТЫ» ДО «ФАЛЬКОНА»
В США разработаны два основных семейства ракет-носителей - Delta и Falcon. Первые запуски «Дельты» американцы начали осуществлять с 60-х годов прошлого века. На сегодня реализовано свыше 300 таких проектов, 95% которых проведены успешно. Разработкой серий Delta занимается совместное предприятие United Launch Alliance, которым напополам владеют крупнейшие корпорации «Боинг» и «Локхид Мартин». Компанией разработано порядка 20 серий «Дельты», две из которых, вторая и четвертая, используются и поныне. Так, последний запуск «Дельты-4» был осуществлен в конце прошлого года.
С 2002 года на американском рынке производства и запуска ракет-носителей действует частная компания Space X, основанная Илоном Маском, в прошлом основателем платежной системы PayPal. За это время Space X было произведено и испытано два типа ракет - Falcon 1 и Falcon 9, создан и также опробован на практике космический корабль Dragon.
Илон Маск изначально хотел производить именно многоразовые ракеты-носители, которые в перспективе помогли бы открыть пути к колонизации Марса. Этот энтузиаст рассчитывает, что первого человека на Марс их компания Space X доставит до 2026 года.
У Falcon 9 две ступени, компоненты топлива - керосин и жидкий кислород, используемый в качестве окислителя. Цифрой «9» обозначается число ЖРД - жидкостных ракетных двигателей Merlin, которые установлены на первой ступени «Фалькона».
Первые запуски Falcon 1 закончились авариями, не все удачно проходило с запусками и Falcon 9. Тем не менее в декабре 2015 года Space X была осуществлена первая в истории посадка первой ступени ракеты-носителя на Землю после вывода полезного груза на околоземную орбиту, а в апреле прошлого года ступень Falcon 9 успешно опустилась на морскую платформу. В начале текущего года компания Илона Маска намерена осуществить еще один запуск Falcon 9 «с возвратом».
В планах Space X помимо миссии на Марс - первая частная миссия на Луну, которую предполагается осуществить уже к концу текущего года; первая пилотируемая миссия на МКС, в которой также будет участвовать Falcon 9. В 2020 году компания собирается запустить первый беспилотник на Красную планету.
«ВЕЛИКИЙ ПОХОД» КИТАЯ
В Поднебесной на сегодня основная ракета-носитель - «Чанчжэн», что в переводе с китайского означает «Великий поход». Первое запуски ракет пилотных серий КНР начала осуществлять с 1970 года, на сегодня насчитывается несколько десятков таких успешно реализованных проектов. Разработано уже 11 серий «Чанчжэн».
Самой мощной китайской ракетой-носителем признана «Чанчжэн-5», успешно запущенная в конце прошлого года с космодрома Вэньчан, расположенного на острове Хайнань. В высоту ракета достигает почти 57 метров, основная ступень имеет диаметр 5 метров, «Чанчжэн-5» в состоянии выводить на орбиту Земли 25-тонный груз. Ободренные успехом, китайцы заявили всему миру, что в 2020 году намерены вывести на переходную орбиту нашей планеты и Марса специальный зонд, который будет исследовать Красную планету.
В рамках своей космической программы китайские ученые серьезно продвинулись в решении технических вопросов по функционированию ракет-носителей, в частности их двигателей.
мы разбирали важнейший компонент полета в глубокий космос – гравитационный маневр. Но в силу своей сложности такой проект, как космический полет, всегда можно разложить на большой ряд технологий и изобретений, которые делают его возможным. Таблица Менделеева, линейная алгебра, расчеты Циолковского, сопромат и еще целые области науки внесли свою лепту в первый, да и все последующие полеты человека в космос. В сегодняшней статье мы расскажем, как и кому пришла в голову идея космической ракеты, из чего она состоит и как из чертежей и расчетов ракеты превратились в средство доставки людей и грузов в космос.Краткая история ракет
Общий принцип реактивного полета, который лег в основу всех ракет, прост - от тела отделяется какая-то часть, приводящая все остальное в движение.
Кто первым реализовал этот принцип – неизвестно, но различные догадки и домыслы доводят генеалогию ракетостроения аж до Архимеда. Доподлинно о первых подобных изобретениях известно, что ими активно пользовались китайцы, которые заряжали их порохом и за счет взрыва запускали в небо. Таким образом они создали первые твердотопливные ракеты. Большой интерес к ракетам появился у европейских правительств в начале
Второй ракетный бум
Ракеты ждали своего часа и дождались: в 1920-х годах начался второй ракетный бум, и связан он в первую очередь с двумя именами.
Константин Эдуардович Циолковский - ученый-самоучка из Рязанской губернии, невзирая на трудности и препятствия, сам дошел до многих открытий, без которых невозможно было бы даже говорить о космосе. Идея использования жидкого топлива, формула Циолковского, которая рассчитывает необходимую для полета скорость, исходя из соотношения конечной и начальной масс, многоступенчатая ракета - все это его заслуга. Во многом под влиянием его трудов создавалось и оформлялось отечественное ракетостроение. В Советском Союзе начали стихийно возникать общества и кружки по изучению реактивного движения, в числе которых ГИРД - группа изучения реактивного движения, а в 1933 году под патронажем властей появился Реактивный институт.
Константин Эдуардович Циолковский.
Источник: Wikimedia.org
Второй герой ракетной гонки - немецкий физик Вернер фон Браун. Браун имел отличное образование и живой ум, а после знакомства с другим светилом мирового ракетостроения, Генрихом Обертом, он решил приложить все свои силы к созданию и усовершенствованию ракет. В годы Второй Мировой фон Браун фактически стал отцом «оружия возмездия» Рейха - ракеты «Фау-2», которую немцы начали применять на поле боя в 1944 году. «Крылатый ужас», как называли её в прессе, принес разрушение многим английским городам, но, к счастью, на тот момент крах нацизма был уже делом времени. Вернер фон Браун вместе со своим братом решил сдаться в плен к американцам, и, как показала история, это был счастливый билет не только и не столько для ученых, сколько для самих американцев. С 1955 года Браун работает на американское правительство, и его изобретения ложатся в основу космической программы США.
Но вернемся в 1930-е. Советское правительство по достоинству оценило рвение энтузиастов на пути к космосу и решило употребить его в своих интересах. В годы войны себя отлично показала «Катюша» - система залпового огня, которая стреляла реактивными ракетами. Это было во многом инновационное оружие: «Катюша» на базе легкого грузовика «Студебеккер» приезжала, разворачивалась, обстреливала сектор и уезжала, не давая немцам опомниться.
Окончание войны подкинуло нашему руководству новую задачу: американцы продемонстрировали миру всю мощь ядерной бомбы, и стало совершенно очевидно, что на статус сверхдержавы может претендовать только тот, у кого есть нечто похожее. Но здесь была проблема. Дело в том, что, помимо самой бомбы, нам нужны были средства доставки, которые бы смогли обойти ПВО США. Самолеты для этого не годились. И СССР решил сделать ставку на ракеты.
Константин Эдуардович Циолковский умер в 1935 году, но ему на смену пришло целое поколение молодых ученых, которое и отправило человека в космос. Среди этих ученых был Сергей Павлович Королев, которому суждено было стать «козырем» Советов в космической гонке.
СССР принялся за создание своей межконтинентальной ракеты со всем усердием: были организованы институты, собраны лучшие ученые, в подмосковных Подлипках создается НИИ по ракетному вооружению, и работа кипит вовсю.
Только колоссальное напряжение сил, средств и умов позволило Советскому Союзу в кратчайшие сроки построить свою ракету, которую назвали Р-7. Именно её модификации вывели в космос «Спутник» и Юрия Гагарина, именно Сергей Королев и его соратники дали старт космической эре человечества. Но из чего состоит космическая ракета?
5:02 / 05.05.17
«Космос-3М» (11К65М) - ракета-носитель среднего класса
«Космос-3М» (Индекс ГРАУ — 11К65М) - двухступенчатая одноразовая ракета-носитель космического назначения среднего класса, предназначенная для выведения автоматических космических аппаратов (КА) на эллиптические и круговые околоземные орбиты высотой до 1700 км с наклонениями плоскости орбиты 66°, 74° и 83°. Масса полезной нагрузки до 1500 кг.
История создания
Космос-1 (65С3) Создание ракеты-носителя среднего класса стало необходимым после того, как к тяжёлому (на то время) носителю «Восход» добавилась ракета-носитель лёгкого класса 63С1 (тогда ещё не имевшая названия «Космос»). Разработка носителя, как и в случае с ракетой 63С1, была поручена инженерам ОКБ-586 (сейчас ГКБ «Южное»).
Эскизный проект носителя, получившим внутренний индекс КБ «Южное» 65С3, для вывода малых и средних КА массой от 100 до 1500 кг на круговые (высотой от 200 км до 2000 км) и эллиптические орбиты был разработан к апрелю 1961 года на базе одноступенчатой баллистической ракеты среднего радиуса действия Р-14 (8К65) и утверждён Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 984-425 от 30 октября 1961 года и Комиссией Президиума Совета Министров от 12 июля 1962 года.
ОКБ-586 разрабатывало и выпускало конструкторскую документацию по ракете до осени 1962 года. Затем, в связи с загруженностью работами (это происходило в преддверии Карибского кризиса) по созданию ракет Р-36 и Р-56 и поскольку эта работа несколько выпадала из главного направления деятельности предприятия (создание боевых баллистических ракет), генеральный конструктор ОКБ-586 Михаил Янгель предложил передать производство ракеты 65С3 в ОКБ-10 (сейчас ОАО «Информационные спутниковые системы») под руководством Михаила Решетнёва.
Михаил Янгель / Фото: ruspekh.ru
Михаил Решетнев / Фото: stolitca24.ru
Первые 14 носителей были изготовлены на опытном производстве с участием «Красмашзавода». В 1966 году их изготовление было полностью передано на «Красмашзавод», а с 1971 года производство ракет было передано на ПО «Полет» (город Омск). Всего было совершено 8 запусков ракеты-носителя «Космос», из них один был неудачным. Космос-3 (11К65) Разработка ракетного комплекса третьего поколения велась в два этапа. На первом был создан носитель 11К65 «Космос-3». На втором - 11К65М «Космос-3М».
Конструкторская документация на новое изделие 11К65 была выпущена ОКБ-10 в 1962 году. Лётно-конструкторские испытания были начаты 18 августа 1964 года с пусковой установки № 15 площадки № 41 5-го НИИП (Байконур) с приспособленного старта (разработчик - КБ НКМЗ). Экспериментальная отработка и изготовление 10 летных ракет, получивших индекс 11К65 (РН «Космос-3») проводились совместно с ОКБ-10 при головной роли ОКБ-586. В рамках проекта 11К65 двигатель 8Д514 для ракеты Р-14 был модифицирован и получил индекс 11Д614 . Производство двигателя 11Д614 осуществлялось на заводе «Южмаш» (г. Днепропетровск, Украина). На второй ступени носителя был установлен многофункциональный ЖРД 11Д47 разработки ОКБ-2, отработанный на «Красмаше».
Общий вид двигателей первой ступени / Фото: megaobuchalka.ru
Общий вид двигателя второй ступени / Фото: megaobuchalka.ru
Трансформация боевой ракеты в ракету-носитель была осуществлена путём установки на частично доработанную первую ступень вновь разработанной второй ступени. Ступени соединяются последовательно через цилиндрический переходный отсек. Топливный отсек II ступени - единый с промежуточным днищем, разделяющим его на полости «Окислитель» и «Горючее». Двигатель II ступени крепится непосредственно к нижнему коническому днищу топливного отсека. Приборный отсек размещается над топливным отсеком. На него опираются рама для полезного груза и головной обтекатель, сбрасываемый на высоте 75 км.
Подготовка и пуск РН типа «Космос» / Фото: www.kap-yar.ru
Инженеры ОКБ-10 впервые в СССР предложили оригинальное техническое решение, позволяющее запускать спутники на круговые орбиты путём введения «пунктирного» участка стабилизированного полета. Для реализации идеи была принята двухимпульсная схема включения маршевого двигателя второй ступени: первый импульс формирует эллиптическую траекторию, в апогее которой вторым включением аппарат переводится на круговую орбиту.
Схема двухкомпонентного ЖРД 1 - магистраль горючего 2 - магистраль окислителя 3 - насос горючего 4 - насос окислителя 5 - турбина 6 - газогенератор 7 - клапан газогенератора (горючее) 8 - клапан газогенератора (окислитель) 9 - главный клапан горючего 10 - главный клапан окислителя 11 - выхлоп турбины 12 - форсуночная головка 13 - камера сгорания 14 - сопло / Изображение: ru.wikipedia.org
Трёхрежимный двигатель (два включения на номинальной тяге и работа в дроссельном режиме) 11Д49 был разработан в ОКБ-2 (ныне МКБ «Факел»), а изготавливали его на «Красмаше», который выпускал ЖРД вплоть до 1992 года. В ОКБ-10 разработали систему малой тяги, обеспечившую стабилизированный полет между двумя включениями маршевого ЖРД. Топливо для этой системы располагалось в двух специальных баках, подвешенных на внешней поверхности основного бака второй ступени.
Порядок работы двигателя II ступени выглядел так:
- Основной. На этом режиме двигатель в полете может работать дважды. При выведении ИСЗ на высокую круговую орбиту первое включение двигателя формирует траекторию промежуточной орбиты в апогее. Второе включение двигателя переводит вторую ступень ракеты с ИСЗ на круговую орбиту.
- Режим работы рулевых камер. Используется для стабилизации полета ракеты до, во время и после работы двигателя на первом режиме.
- Режим малой тяги. Используется для ориентации ракеты и создания незначительных ускорений, обеспечивающих возможность повторного запуска двигателя на основной режим.
Основные ТТХ ЖРД ракеты «Космос-3М»
| Параметры | ДУ первой ступени
| ДУ второй ступени |
| Название
| РД-216 (11Д614)
| 11Д49() |
| Тип и число турбонасосных агрегатов (ТНА)
| Четырехкамерный (два двухкамерных блока) с двумя ТНА
| Однокамерный с одним ТНА |
| Тяга, кН: | ||
| на уровне моря
| 1485.6
| – |
| в пустоте
| 1744.6
| 157.3* + 4 х (1.4–1.8**) |
| Удельный импульс, сек: | ||
| на уровне моря
| 1485.6
| – |
| в пустоте
| 291
| 303 |
| Давление в камере сгорания, атм
| 75
| 102 |
| Сухая масса двигателя, кг
| 662
| 225 |
| Время работы в составе ступени, с
| 130
| 350* |
Примечание: * основная камера сгорания; ** рулевые сопла.
Всего с 1966 по 1968 было осуществлено 4 запуска, из них половина неудачны.
Космос-3М (11К65М)
Параллельно с 11К65 на ПО «Полет» (г. Омск) велась разработка конструкторской документации на модернизированный вариант носителя. Ракета получила индекс 11К65М («Космос-3М»). 15 мая 1967 года РН 11К65М, успешно запущенная с ПУ № 2 площадки № 132 53-го НИИП (Плесецк), вывела на орбиту ИСЗ «Космос-158». В 1968 году документация и право на авторское сопровождение производства ракеты 11К65М были переданы в ПО «Полет», которое немедленно приступило к серийному выпуску ракеты. Штатная эксплуатация осуществлялась с 1970 года с космодрома Плесецк.
Старт 26 января 1973 года с ПУ № 1 площадки № 107 стал первым запуском ракеты 11К65М с космодрома Капустин Яр, где был сооружён стационарный старт с подвижными башнями обслуживания разработки КБТМ (СК «Восход»). Постановлением ЦК КПСС и Совмина СССР № 949-321 от 30 декабря 1971 года ракета-носитель 11К65М была принята на вооружение в составе космического комплекса специального назначения «Восход». В 1972 г. разработка 11К65М была отмечена Государственной премией СССР в области науки и техники.
Конструктивная схема ракеты «Космос-3М» / Изображение: www.plesetzk.ru
«Космос-3М» (индекс 11К65М) является одной из наиболее часто используемых ракет-носителей для запуска российских военных спутников. Эта универсальная жидкостная ракета лёгкого класса предназначена для выведения автоматических космических аппаратов различного назначения массой до 1500 кг на круговые, эллиптические и солнечно-синхронные орбиты высотой до 1700 км. Длина ракеты 32,4 метра, диаметр - 2,5 метра, стартовая масса - 109 000 кг. РН «Космос-3М» состоит из последовательно расположенных первой и второй ступеней, соединенных между собой разрывными болтами. На второй ступени устанавливается головной обтекатель, под которым размещается КА.
РН «Космос-3М» / Изображение: megaobuchalka.ru
Первая ступень РН «Космос-3М» / Изображение: megaobuchalka.ru
Первая ступень состоит из хвостового отсека, силового кольца, бака горючего, приборного отсека, бака окислителя и переходного отсека.Хвостовой отсек служит для размещения двигателя первой ступени, агрегатов системы топливоподачи, а также для восприятия нагрузок на старте и в полете. Отсек представляет собой коническую тонкостенную оболочку, подкрепленную продольным и поперечным силовыми наборами. Хвостовой отсек негерметичен. На нем закрепляются четыре стартовые опоры, с помощью которых РН устанавливается на пусковом устройстве, и четыре неподвижных аэродинамических стабилизатора.
Общий вид хвостового отсека первой ступени / Изображение: megaobuchalka.ru
Общий вид топливного отсека первой ступени / Изображение: megaobuchalka.ru
На каждом опорном кронштейне шарнирно закрепляется поворотный газоструйный руль, используемый для управления РН в полете. На корпусе хвостового отсека имеется три пояса эксплуатационных и технологических люков, закрываемых съемными крышками.
К хвостовому отсеку, верхней его части, с помощью болтов крепится силовое кольцо, предназначенное для равномерного распределения по периметру и передачи на тонкостенный корпус РН силы тяги двигателя.
Обслуживание ДУ первой ступени / Фото: Фото: www.kap-yar.ru
Баки горючего и окислителя предназначены для размещения в них потребного количества компонентов топлива. Оба бака выполнены по несущей схеме и состоят из прессованных панелей и двух штампованных днищ сферической формы. В качестве материала для всех баковых отсеков используется алюминиево-магниевый сплав.
Общий вид приборного отсека первой ступени / Изображение: megaobuchalka.ru
Общий вид переходного отсека первой ступени / Изображение: megaobuchalka.ru
Между баками горючего и окислителя первой ступени размещается приборный отсек, в котором расположены приборы систем управления и измерений, необходимые при работе систем первой ступени. Приборный отсек представляет собой цилиндрический отсек клепаной конструкции с внутренним силовым набором. Для доступа к приборам, размещенным на приборной раме внутри отсека, на обечайке приборного отсека имеется четыре люка, закрываемых съемными крышками. Снаружи приборного отсека устанавливаются два пороховых двигателя, обеспечивающих торможение первой ступени РН при ее отделении. Приборный отсек через силовые шпангоуты скрепляется болтами с замыкающими шпангоутами баков горючего и окислителя.
К верхнему шпангоуту бака окислителя болтами крепится переходной отсек, предназначенный для размещения в нем двигателя второй ступени и стыковки ступеней. Он представляет собой отсек клепаной конструкции с внутренним силовым набором. На отсеке имеется два пояса люков: верхние - для доступа к агрегатам двигателя и нижние - для выхода газов из рулевых сопел двигателя второй ступени в момент их запуска до разделения ступеней.
По всей длине корпуса первой ступени (за исключением хвостового отсека) между плоскостями стабилизации III и IV проходит специальный желоб, в котором проложены кабели бортовой сети и трубопроводы пневмосистемы. К верхнему шпангоуту переходного отсека первой ступени четырьмя пироболтами крепится вторая ступень РН.
Корпус второй ступени состоит из хвостового, топливного и приборного отсеков и рамы для крепления КА. Снаружи корпуса установлены подвесные баки системы малой тяги.
Общий вид второй ступени / Изображение: megaobuchalka.ru
Общий вид ТО второй ступени / Изображение: megaobuchalka.ru
Хвостовой отсек предназначен для стыковки ступеней, размещения рулевых сопел с питающими трубопроводами и рулевыми машинами. Он представляет собой цилиндрический отсек клепаной конструкции. Для доступа к рулевым машинкам на хвостовом отсеке имеются четыре люка, закрываемые крышками.
Общий вид хвостового отсека второй ступени / Изображение: megaobuchalka.ru
Топливный отсек второй ступени выполнен по несущей схеме и представляет собой сварной цилиндрический отсек с тремя днищами. Промежуточным сферическим днищем отсек разделен на две полости: верхняя - полость окислителя и нижняя - полость горючего. Нижнее днище топливного отсека выполнено коническим и заканчивается усиленным фланцем, к которому на шпильках крепится маршевый двигатель. Обечайка, днища и шпангоуты топливного отсека выполнены из алюминиево-магниевого сплава.
Приборный отсек служит для размещения рамы, на верхний пояс которой устанавливается КА, а на боковые стержни устанавливаются приборы систем управления и измерений. На верхний шпангоут приборного отсека крепится головной обтекатель.
Общий вид приборного отсека РН / Фото: megaobuchalka.ru
Баки системы малой тяги (подвесные баки) являются емкостями компонентов топлива, необходимого для работы системы малой тяги (СМТ) на переходном участке траектории, а также для работы двигателя второй ступени при его повторном включении. Баки расположены под углом 45° к плоскостям стабилизации I-IV и II-III и включают два комплекта. Каждый комплект состоит из бака окислителя и бака горючего, соединенных между собой переходником.
РН «Космос-3М» (наименование «Космос-3М» впервые было заявлено в апреле 1994 года) - на сегодняшний день единственная из всех ракет семейства «Космос», которая в настоящее время используется для запусков космических аппаратов. Последний пуск ракеты «Космос-3М» состоялся 21 июля 2009 года, когда ракета вывела на орбиту малый космический аппарат «Стерх». Производство ракет-носителей «Космос-3М», работающих на ядовитом топливе, в России было прекращено. Планируется, что запас этих носителей, который составляет около десяти единиц, будет использован до 2012 года.
Подготовка к пуску РН типа «Космос» / Фото: www.kap-yar.ru
До сегодняшнего дня осуществлено более 420 пусков РН «Космос-3М». Из них 397 были успешными, 5 - частично успешными, 4 аварийных пуска с выведением КА на орбиту и 18 аварийных пусков. Запущено более 400 космических аппаратов различного назначения: серии «Надежда», международной системы спасения «КОСПАС-САРСАТ», геодезических, навигационно-связных и других КА военного назначения, индийских спутников Aryabhata, Bhaskara и Bhaskara 2, французского КА Signe-3, шведских Astrid и Astrid 2, американских FAISat и FAISat-2V, мексиканского Unamsat-2, итальянских MegSat-0 и MITA, германских Tubsat B, Abrixas и CHAMP, британского SNAP-1, китайского Tsing Hua 1.
Подготовка к пуску РН типа «Космос» / Фото: www.kap-yar.ru
Ракета-носитель «Космос-3М» производится на ФГУП ПО «Полет» с 1968 года. С тех пор и до настоящего времени зарекомендовала себя в качестве самой надежной ракеты в своем классе. Коэффициент надежности составляет 0,97.
Подготовка к пуску РН типа «Космос» в МИК космодрома «Плесецк» / Фото: www.kap-yar.ru
РН «Космос-3М» обеспечивает одиночное и групповое выведение космических аппаратов на эллиптические и круговые орбиты высотой от 250 до 1700 км, при этом масса выводимой полезной нагрузки может составлять от 500 кг (высота орбиты 1700 км) до 1500 (высота орбиты 250 км).
С начала 1970-х годов произведено более 750 успешных пусков РН «Космос-3М». По программам международного сотрудничества произведены запуски более 25 космических аппаратов.
Подготовка РН «Космос-3М» к пуску с КА / Фото: www.khrunichev.ru
Космические программы с участием РН «Космос-3М»:
- отечественные программы: запуски КА систем "Парус", "Цикада", "Коспас-Сарсат" и др.
- программы международного сотрудничества : "Интеркосмос" - "Ariabhata", "Bhaskara-1", "Bhaskara-2", "Signe-3"
- 1995 год - FAISAT (США), ASTRID-1 (Швеция)
- 1996 год - UNAMSAT (Мексика)
- 1997 год - FAISAT-2V (США)
- 1998 год - ASTRID-2 (Швеция)
- 1999 год - ABRIXAS (Германия), MEGSAT (Италия)
- 2000 год - SNAP-1 (Великобритания), TSINGHUA-1 (Китай)
- 2000 год - CHAMP, BIRD-RUBIN (Германия), MITA (Италия)()
- 2006 год – SAR-Lupe (Германия)
- обеспечена возможность попутного запуска одного или двух малых КА, размещаемых на основном КА
- обеспечена возможность группового запуска нескольких малых КА, размещаемых на специальном адаптере, оснащенном поворотными платформами и системами отделения
- создан и успешно прошел летные испытания головной обтекатель РН с увеличенной зоной полезной нагрузки.
Последние запуски
- 11 сентября 2007 года состоялся пуск РН «Космос-3М», доставившей на орбиту российский военный спутник «Космос-2429».
- 27 марта 2008 года в 20:15 по московскому времени с космодрома Плесецк силами Космических войск и представителей ракетно-космической промышленности России произведён пуск ракеты-носителя «Космос-3М» с выводом на орбиту космического аппарата «SAR-Lupe».
- 27 апреля 2010 года в 05:05 по московскому времени с космодрома Плесецк состоялся пуск РН «Космос-3М», доставившей на орбиту российский военный спутник «Космос-2463».
Память
- Ракета-носитель «Космос» установлена на пьедестал:
- в Омске как монумент в честь 70-летия основания ПО "Полет"
- в Красноярске на площади Котельникова перед зданием Сибирского государственного аэрокосмического университета
- в Ленинградской области в учебном центре Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского
Ракета-носитель "Космос-3М": 1 - обтекатель головной; 2 - отсек 2-й ступени, приборный; 3 - отсек 2-й ступени, топливный; 4 - блоки навесных баков; 5 - отсек 2-й ступени, хвостовой; 6 - переходник; 7 - РДТТ тормозной системы разделения ступеней; 8 - бак окислителя; 9 - отсек приборный; 10 - бак топлива; 11 - отсек хвостовой; 12 - стабилизатор; 13 - опора стартовая; 14 - ЖРД 1-й ступени. IV - швы заклепочные (заклепки с полусферической головкой); V - швы заклепочные (заклепки с потайной головкой); VI - швы сварные, сплошные; VII - швы сварные, точечные. / Изображение: lavandamd.ru
Тактико-технические характеристики Космос-3М
| Количество ступеней | 2 |
| Размеры, м:
| длина - 32,4;
диаметр - 2,4 |
| Стартовая масса, кг
| 109000 |
| История запусков | |
| Состояние
| снята с эксплуатации |
| Места запуска:
| Плесецк;
Капустин Яр |
| Число запусков
| 440 |
| Успешных | 420 |
| Неудачных
| 20 |
| Первый запуск
| 15 мая 1967 |
| Первая ступень - Р-14У | |
| Маршевый двигатель
| РД-216 (11Д614) |
| Тяга на уровне моря, кН
| 1485,6 |
| Удельный импульс на уровне моря, с | 291 |
| Время работы, с | 130 |
| Горючее | НДМГ |
| Окислитель
| АК-27И |
| Вторая ступень | |
| Маршевый двигатель
| 11Д49 |
| Тяга, кН
| 157,3 |
| Удельный импульс, с
| 303 |
| Время работы, с | 350 |
| Горючее
Мegaobuchalka.ru, публикация «Конструктивное исполнение РН «Космос-3М»». 7. Материалы сайта издания «Военная техника. Вооружение России и мира», публикация ««Космос-3М» (11К65М) - ракета-носитель среднего класса». 8. Материалы сайта пресс-службы ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. |
Двухступенчатая ракета космического назначения легкого класса "Космос-3М" (11К65М) предназначена для выведения космических аппаратов на эллиптические и околокруговые орбиты высотой до 1700 км с наклонениями плоскости орбиты 66 o , 74 o и 83 o . Используется для запусков низкоорбитальных навигационных и связных спутников, космических аппаратов международной системы поиска КОСПАС-SARSAT и военного назначения. Ранее она использовалась для запусков геодезических космических аппаратов первого поколения и искусственных спутников Земли по программе "Интеркосмос".
Создана под руководством М.К. Янгеля в начале шестидесятых годов в Особом конструкторском бюро №586 (ныне - ГКБ "Южное", г. Днепропетровск) на базе одноступенчатой баллистической ракеты средней дальности Р-14У. Была передана для изготовления и дальнейшего конструкторского сопровождения в производственное объединение "Полет" (г. Омск).
Ракета-носитель состоит из двух ступеней, соединенных по схеме "тандем". На внешней поверхности второй ступени установлены баки системы малой тяги. Двигательные установки обеих ступеней работают на самовоспламеняющейся топливной паре: окислитель - 27-процентный раствор четырехокиси азота в азотной кислоте ; горючее - несимметричный диметилгидразин . Запуск двигательной установки первой ступени происходит по "пушечной" схеме, когда компоненты топлива начинают поступать в камеры сгорания под рабочим давлением, и двигатель за доли секунды выходит на основной режим. Такая схема запуска сокращает непроизводительные достартовые расходы ракетного топлива и увеличивает эффективность его использования в ходе полета ракеты-носителя. Двигательная установка второй ступени может до двух раз выходить на основной режим, между ними полет второй ступени происходит при работе двигателя в режиме малой тяги. Возможность перевода двигателя на режим пониженной тяги позволяет осуществлять одновременное выведение группы космических аппаратов на разные по высоте орбиты, лежащие в одной плоскости. Групповое выведение восьми искусственных спутников Земли при одном пуске ракеты-носителя "Космос-3М" регулярно проводится на космодроме "Плесецк" с апреля 1970 года. Стартовая масса ракеты-носителя "Космос-3М" составляет около 109 тонн, длина - 32,4 метра. На низкую круговую приполярную орбиту высотой 250 км она может выводить до 1400 кг полезного груза, на круговые орбиты высотой 1000 км - до 950 кг. Первый пуск ракеты-носителя "Космос-3М" с космодрома "Плесецк" состоялся 15 мая 1967 года ("Космос-158"). По состоянию на 1 января 1999 года проведено 397 пусков, из них 373 полностью успешных. Частота успешных пусков составила 93,95%. Выведено на орбиты спутников Земли 707 космических аппаратов, из них 6 субспутников.
С 15 апреля 1992 года пуски РКН "Космос-3М" проводятся с учетом реализации мер по защите окружающей среды от проливов ракетного топлива, которое остается в отработавших первых ступенях. Количество топливо, остающееся в баках ступени уменьшено на 15%.
Основные характеристики:
| Тип носителя | жидкостная двухступенчатая ракета |
| Компоненты топлива: | |
| окислитель | 27% раствор четырехокиси азота в азотной кислоте (АК-27И) |
| горючее | несимметричный диметилгидразин (НДМГ) |
| Система управления | автономная, инерциальная |
| Условия пуска: | |
| температура воздуха | от -40 o С до +50 o С |
| скорость ветра у земли | не более 20 м/с |
| Длина, м | 32.4 |
| Диаметр, м | 2.4 |
| Максимальный диаметр, м | 2.8 |
| Стартовая масса, тонн | до 109 |
| Масса конструкции РКН, тонн | 7.2 |
| Максимальная масса КА, кг: | |
| H кр = 250 км | 1350 |
| H кр = 1000 км | 950 |
| Масса заправляемого топлива, тонн: | |
| окислитель | 71.0 |
| горючее | 29.5 |
| Тяга двигательной установки, тонн | |
| 1 ступень (у земли) | 151.1 |
| 2 ступень (в пустоте) | 16.0 |
Баллистические данные
Выведение спутников на заданные орбиты осуществляется по схеме с двукратным включением двигательной установки 2 ступени. После первого включения полет 2 ступени происходит по переходной траектории, в расчетной точке которой вторым включением двигательной установки обеспечивается дополнительное приращение скорости, необходимое для выведения КА на требуемую орбиту.
| Наименование команд | Время, час:мин:сек | Траектория полета | ||
| Высота, км | Скорость, м/с | Удаление от СК, км | ||
| Старт РКН | 0:00:00 | 0 | 0 | 0 |
| Предварительная команда на выключение ДУ 1 ступени (ПК) | 0:02:10 | 58 | 2536 | 77 |
| Механическое разделение 1 и 2 ступеней | 0:02:12 | 59 | 2584 | 80 |
| Сброс створок головного обтекателя (СГО) | 0:02:27 | 76 | 2568 | 114 |
| Предварительная команда на выключение ДУ 2 ступени (ПК1) | 0:07:57 | 150 | 7907 | 1488 |
| Главная команда на выключение ДУ 2 ступени (ГК1) | 0:08:03 | 150 | 7937 | 1535 |
| Команда на разгон гироинтеграторов (ПВ) | 0:52:19 | 930 | 7170 | 20461 |
| Команда на повторный запуск ДУ2 ступени (ВК) | 1:02:19 | 1003 | 7116 | 24055 |
| Предварительная команда на выключение ДУ 2 ступени (ПК2) | 1:02:24 | 1003 | 7252 | 24085 |
| Главная команда на выключение ДУ 2 ступени (ГК2) | 1:02:30 | 1003 | 7287 | 24122 |
| Отделение КА (ОК) | 1:02:50 | 1003 | 7292 | 24244 |
Примечание. Повторный запуск ДУ 2 ступени и отделение космического аппарата происходят над Антарктидой (берег Принцессы Марты).