Трудный полет: когда Россия вернет себе космическое лидерство
На состоявшемся заседании Совета Российской академии наук по космосу ученые дали рекомендацию представителям космической отрасли России сосредоточиться на орбитальных станциях, поскольку программа МКС требует очень большого финансирования. Немного ранее президент Владимир Путин потребовал, чтобы Роскосмос разобрался с разработкой сверхтяжелых ракет-носителей. Зачем нужны эти носители и какие задачи они должны решить, выясняла «Вечерняя Москва».
Классификация ракет по массе полезной нагрузки, выводимой на низкую околоземную орбиту, сегодня достаточно условна. В Советском Союзе считали, что сверхтяжелая ракета должна выводить от 20 до 100 тонн груза, в США достаточный верхний предел считался в 50 тонн. Однако вокруг Земли на разных орбитах не вращаются объекты с массой свыше 50 тонн, кроме супертяжеловеса — Международной космической станции, масса которой чуть более 400 тонн. Зачем тогда такие ракеты?
Проблема лишнего веса
Начало 60-х годов прошлого века — эпоха покорения космоса. Запуск первого искусственного спутника, первого живого существа на орбиту, а потом и первого человека удалось осуществить советским ученым и конструкторам. Старт гонке был дан. Чтобы сохранить за собой первенство, нужны были все более и более амбициозные проекты. Вызов пришел из США. 12 сентября 1962 года президент Джон Кеннеди, выступая в университете Райса, заявил, что в течение десяти лет американцы будут на Луне. Молодой американский лидер оказался в отстающих в космической гонке, и ему нужен был рывок или хотя бы декларация успехов в деле покорения космоса.
В КБ, во главе которого стоял гениальный Сергей Королев, проект сверхтяжелой ракеты уже был. Параллельно с разработкой носителя, который был бы способен выводить на орбиту Земли груз массой до 75 тонн, велись работы по созданию космических кораблей, которые могли бы работать как орбитальные станции или совершать межпланетные перелеты. Сверхтяжелый носитель был назван Н-1 — наука один.
Это была колоссальная конструкция высотой 105 метров и стартовой массой более 2700 тонн. Конструкция ракеты состояла из пяти ступеней. В качестве горючего был керосин, в качестве окислителя использовался кислород. Параллельно с Королевым свои проекты сверхтяжелых носителей разрабатывали в КБ, или, как их называли сами сотрудники, «фирмах» Владимира Челомея и Михаила Янгеля. Это были проекты УР-700 и Р-56 соответственно. Однако государство в итоге решило отдать ресурсы Королеву, поскольку именно он был автором реально функционирующих на тот момент ракет.
— В этом состояла главная и принципиальная ошибка, из-за которой мы так и не смогли догнать американцев, — рассказал историк космической отрасли Валерий Синяев. — В США все ресурсы финансов, промышленности, науки были сконцентрированы в руках главного конструктора сверхтяжелой ракеты «Сатурн-5» Вернера фон Брауна, который во время Второй мировой войны создал первую баллистическую ракету Фау-2, а после ее окончания сотрудничал с американцами. Вся Америка работала только на одну цель. Велись работы по разработке только одной ракеты-носителя и только одной лунной программы. Это позволило оптимально использовать все средства. В СССР же проект носителя разрабатывали несколько конкурирующих «фирм», каждая из которых тратила на эти цели государственные средства. Конструкторы Королев, Янгель, Челомей и Глушко не ладили друг с другом.
Так, широко известно, что Глушко поссорился с Королевым из-за нежелания Королева использовать двигатели, работающие на высококипящих топливных компонентах, которые были очень токсичны и приносили вред экологии. Не была решена проблема создания двигателей с большой тягой. Для решения этой задачи решили использовать совокупную тягу нескольких меньших двигателей, которые уже были отработаны в производстве и эксплуатации. В итоге на первую Н-1 устанавливалось сразу 36 двигателей. Конструкторы и инженеры даже прозвали свое изделие ≪двигательный склад≫.
Закончить проект Королев не успел.
Возглавивший коллектив после смерти Королева Мишин не обладал таким огромным авторитетом у руководства СССР. Было проведено четыре испытательных пуска, и все они закончились неудачами. Скоро проект сверхтяжелой ракеты был закрыт, поскольку американцы на Луну смогли высадиться первыми. Тем более что в СССР космос всегда рассматривался прежде всего как потенциальный театр боевых действий, а лунная программа не обещала быстрых выгод в достижении стратегического преимущества над противником. Потому было принято решение сосредоточиться на проектировании межконтинентальных ракет и военных спутников.
В США создать ракету получилось. Во многом это удалось за счет более эффективной тактики проектирования. Каждая система, каждый блок ракеты проходил долгие стендовые испытания. Каждая ступень проходила многократные испытания. Это позволило не проводить опытных пусков всей ракеты, а сразу выставить ее на стартовый стол, будучи уверенными, что все сработает нормально.
Вторая попытка
В СССР создание сверхтяжелого носителя было отложено на несколько лет, когда стало известно, что в США разрабатывается многоразовый космический челнок, который стартует как ракета, а приземляется как самолет.
Опыт Н-1 пригодился для создания ракеты-носителя «Энергия». Это была попытка вернуть СССР первенство в космической гонке. Заявка была сделана очень серьезная.
«С созданием такой ракеты у нас открываются уникальные возможности по расширению исследований космического пространства. Начать, пожалуй, надо с пояснения, что речь идет о новой универсальной ракетно-космической системе. Она позволяет выводить на околоземные орбиты полезную нагрузку массой более 100 тонн как в виде многоразового орбитального корабля, подготовка к первому запуску которого сейчас активно ведется, так и в виде самостоятельных крупногабаритных космических аппаратов.
В качестве третьей ступени могут использоваться и специальные разгонные ракетные блоки со своей системой управления, несущие полезную нагрузку. По такой схеме будут решаться задачи, связанные с выводом космических аппаратов на геостационарную орбиту, на траектории полета к Луне и планетам. Массы объектов, выводимых на стационарную орбиту, составят около 18 тонн, а разгоняемых по траектории полета к Луне — 32 тонны, Марсу и Венере — до 28 тонн», —так писала газета «Правда» 30 июля 1988 года.
— Принципиальным отличием ракеты-носителя «Энергия» от системы «Спейс Шаттл» стала способность доставлять в космос не только многоразовый орбитальный корабль (в пилотируемом и непилотируемом вариантах), но и другие полезные грузы больших масс и габаритов. «Энергия» —первая советская ракета, использующая криогенное горючее —водород на маршевой ступени, и самая мощная из ракет, созданных в СССР. «Энергия» обеспечивает выведение в космос аппаратов массой в пять раз больше, чем эксплуатируемый носитель «Протон», и в три раза —чем «Спейс Шаттл», —вспоминал главный конструктор Борис Губанов.
Это была лебединая песня советской космонавтики. Страна, которая была на пороге распада, не могла финансово вытянуть программу строительства сверхтяжелых ракет-носителей. Да и не совсем ясно было, зачем такая программа нужна. Для вывода на орбиту спутников и отдельных блоков орбитальных станций хватает и менее мощных, но зато боле дешевых ракет, производство которых давно освоено промышленностью. Необходимость выведения в космос десятков тонн полезного груза может понадобиться, только если есть необходимость межпланетных перелетов либо реализации каких-нибудь амбициозных проектов на орбите Земли, типа строительства новых орбитальных станций, рассчитанных на большее количество обитателей, чем сегодня вмещает МКС. Но и такие проекты страны, как правило, реализуют сообща, поскольку космонавтика — очень дорогая отрасль.
Частный капитал догоняет
Говоря о сверхтяжелых носителях, нельзя не упомянуть сверхтяжелую ракету Falcon Heavy, разработанную компанией SpaceX, идейным вдохновителем и руководителем которой является небезызвестный Илон Маск. Эксцентричное поведение Маска часто отвлекает внимание от реальных достижений частного сектора в космической отрасли. А достижения есть.
В феврале 2018 года Falcon Heavy стартовала с площадки в Космическом центре Кеннеди и вывела в открытый космос электромобиль и манекен космонавта на водительском месте.
Некоторые комментаторы этого события подняли такой пуск на смех. В этом был свой резон: слишком пиаровским выглядел такой полет, однако даже скептики задумались: тяжелая ракета-носитель, созданная частной компанией, была успешно запущена. Кроме этого, было успешно произведено возвращение двух ступеней, которые в автоматическом режиме благополучно приземлились.
Это был успех. Однако в нем были определенные нюансы.
— Возвращение ступеней на Землю с возможностью их повторного использования выглядит очень перспективной темой. Однако такая схема значительно уменьшает вес полезной нагрузки, которая выводится на орбиту, поскольку для возвращения на Землю блокам необходимо сохранять остаток топлива, а это лишний вес. Потому при выведении максимального веса схема носителя по-прежнему остается одноразовой, что не отличает его от ракет предыдущих поколений. Так что это скорее коммерческий проект, поскольку для выведения относительно небольших грузов, например спутников, научного оборудования, Falcon Heavy вполне подойдет. Старт ракеты с возвращаемыми ступенями обходится дешевле. Это могут позволить себе многие страны для создания собственной космической группировки. О полете на Марс говорить пока рано, — поделился в разговоре с «ВМ» историк космической отрасли Валерий Синяев.
Что интересно, Falcon Heavy — это система, собранная из ступеней ракеты Falcon 9. Модульная конструкция теоретически позволяет добавить дополнительные ступени и увеличить мощность. По сути, ракета собирается под нужную задачу как конструктор, и в зависимости от цели и выводимого веса может быть использована разная мощность, а значит, и разная цена. Такую схему предложил еще в 60–70-е годы прошлого века выдающийся конструктор Владимир Челомей, многие идеи которого очень сильно опередили свое время. В его конструкторском бюро была создана одна из рабочих лошадок отечественной космонавтики — ракетаноситель «Протон».
Сегодня в России существует программа создания новой сверхтяжелой ракеты-носителя. Проект назван в честь одной из великих сибирских рек: «Енисей». В каком-то смысле он является продолжением «Энергии», поскольку основой для разработки новых двигателей служат РД-170 — самые мощные жидкостные ракетные двигатели, существующие на сегодняшний день. Они успешно дебютировали при запуске «Бурана» и служат до сих пор.
— Ракета-носитель «Енисей», первые испытания которого запланированы в конце начавшегося десятилетия, откроет российской пилотируемой космонавтике дорогу к Луне, Марсу, позволит отправлять в далекий космос тяжелые исследовательские аппараты, — цитируют российские СМИ слова главного конструктора интегрированной структуры ракетного двигателестроения АО «НПО «Энергомаш им. академика В. П. Глушко» Петра Левочкина.
— С помощью тяжелой ракеты-носителя можно решать много перспективных и актуальных задач, например, обеспечивать противометеоритную защиту нашей планеты, удалять радиоактивные отходы в далекий космос, обеспечить человечество глобальной системой связи, у которой не будет «слепых»зон, решать оборонные задачи, проводить мониторинг Земли с геостационарных орбит с орбитальных станций, построенных благодаря тяжелым носителям. Это же страшно интересно и полезно для нашего будущего. Я считаю, что путешествия в целом возвышают человека, а уж путешествия в космосе такие раскрывают интересы! — поделился с«ВМ» ветеран космической отрасли, Герой Соцтруда, бывший министр общего машиностроения СССР Олег Бакланов.
Это перспектива. Пока же сверхтяжелых носителей у России нет. Построенные еще в СССР пять ракет «Энергия» после закрытия программы в первой половине 1990-х годов были утрачены. Задел от них по двигателям сохраняется, но, возможно, придется начинать если не с начала, то повторять пройденный этап.
ФАКТ
Немецкий конструктор ракетной техники Вернер фон Браун, создавший ФАУ-2, после войны оказался в США, где работал над ракетой для лунной экспедиции. Он предложил создать проект еще более мощной ракеты «Нова» для пилотируемого полета на Марс. Мощности ракеты хватило для отправки на Марс груза в 45 тонн. Однако проект был закрыт на этапе разработок по причине огромным финансовых затрат.
ЦИФРА
225 тонн полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту должна была выводить ракета УР-700, над проектом которой работал Владимир Челомей. Проект так и не был реализован.
Читайте также: Россия ответила на обвинения со стороны Киева в «краже» конструктора Королева