Роскосмос строит сверхтяжелую ракету Енисей, а как же Энергия?
15 мая 1987 года с космодрома Байконур стартовала сверхтяжелая ракета Энергия с космическим кораблем Буран на борту. Лебединая песня советской космонавтики завершилась очередным технологическим прорывом, который был уничтожен политической ситуацией 1990-ых годов в России. Историю успеха и особенности технического прорыва в строительстве многоразовых космических кораблей читайте в статье: Буран — вершина советской инженерной мысли. В этом материале сравним сверхтяжелую ракету Энергия и современный аналог Енисей (запуск планируется в 2028 году).
Упрощенные характеристики ракеты Энергия
Разработчик: НПО «Энергия»
Изготовитель: завод «Прогресс»
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТЫ
Количество ступеней: 2
Длина: 59 м
Диаметр (максимальный): 16 м
Стартовая масса: 2 400 т
Масса полезной нагрузки:
Энергия: 100 (проектная)т;
Вулкан: 200 (проектная)т.
ДАТЫ И КОЛИЧЕСТВО ПУСКОВ
Число запусков: 2
Успешных: 2
Первый запуск: 15 мая 1987 года
Последний запуск: 15 ноября 1988 года
ДВИГАТЕЛИ
Боковые блоки первой ступени использовали самый мощный (даже сейчас!) в мире маршевый двигатель: РД-170 (разработка академика Глушко)
Тяга: 740 → 806,2 (7,55 → 7,89) Тс (МН)
Удельный импульс: 309,5 → 337,2 с
Центральный блок второй ступени использовал уникальный кислородно-водородный двигатель: РД-0120 (технология производства утрачена!)
В момент выпуска сверхтяжелой ракеты в 1987 году она на 70% была инновационной. Для создания ракетоносителя с такими выдающимися характеристиками полезной нагрузки пришлось разрабатывать новый двигатель и впервые применять жидкий водород и кислород. Это потребовало разработки новой топливной системы, противопожарной системы, системы управления, разработку новых сплавов для сверхнизких температур, изобрели новые типы сварки: электро-дуговая и электро-индукционная и это не полный список нововведений. О сверхтяжелой ракете Энергия будет подготовлена отдельная стать: Энергия — ракета, подобия которой никогда не будет (материал в стадии написания).
Упрощенные характеристики ракеты Енисей
Разработчик: НПО «Энергия»
Изготовитель: завод «Прогресс»
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТЫ
Количество ступеней: уточняется
Длина: уточняется
Диаметр (максимальный): уточняется
Стартовая масса: 2 800 т
Масса полезной нагрузки:
Енисей (первого поколения): 88 (проектная)т;
Енисей (второго поколения): 115 (проектная)т.
ДАТЫ И КОЛИЧЕСТВО ПУСКОВ
Число запусков: 0
Успешных: 0
Предполагаемый запуск ракеты первого поколения: 2028 год
Предполагаемый запуск ракеты второго поколения: 2032-2035 года
ДВИГАТЕЛИ
- 1 ступень: будет включать пять или шесть блоков, каждый из них будет состоять из 1 ступени Иртыш/«Союз-5» (двигатель РД-171 МВ).
- 2 ступень: будет включать один блок – двигатель Р-180 или РД-171МВ.
- 3 ступень: будет позаимствована у «Ангара-А5В».
- Разгонный блок: два РД-0150 или два РД-0146.
Стоимость двигателей для сверхтяжелой ракеты Енисей
Прежде чем перейти к сравнению и актуальности ракет Энергия и Енисей стоит уточнить стоимость двигателей. В современных рыночных условиях цена готового решения очень сильно влияет на осуществимость проекта. Особенно, если только один из компонентов уже стоит много миллионов долларов. Для примера добавлю цену на другие ракетные двигатели, чтобы была понятна тенденция в развитии космической отрасли.
- РД-107 (по данным на 2011г. — курс доллара 35 рублей) — 30 млн. рублей
Ракетный двигатель на керосине созданный для межконтинентальной ракеты Р-7 (первой в мире), использовался на всех боковых блоках первой ступени ракетоносителей Союз. - Merlin (Falcon 9) — приблизительно 1,5 млн. долларов за один двигатель.
Для первой ступени ракеты Falcon Heavy требуется 9 таких двигателей и итоговая стоимость составит 13 млн. долларов. - РД 170 (ракета Зенит-2) — 14 млн. долларов (по состоянию на 2014 год)
Для двухступенчатой ракеты Зенит используется один двигатель РД-171М, фактически это старый РД-170 под новым названием — типо прогресс и новшества!. КБ «Южмаш» в 2014 году не смогло договориться о поставке двигателей из России. Зенит не летает, спутник «Лыбидь» не запущен, готовые двигателе на балансе ФГУП «Центр эксплуатации наземной космической инфраструктуры». Теперь мы знаем текущую стоимость одного РД 170 для ракеты Энергия! Устанавливалось на сверхтяжелой ракете 4 ракетных двигателя такого плана. - РД-180 — 13 млн. долларов (1/2 от ракетного двигателя РД-170)
С 1999 года ракетные двигатели РД-180 применяются на американских ракетах Atlas-3 (6 пусков) и Atlas-5 (12 пусков)
- РД-191 (аналог РД-181) — 7,5 млн. долларов в 2013 году (1/4 двигателя РД 170) (расчет по курсу 33 доллара)
Используется на ракете Ангара А5, для первой ступени требуется 5 ракетных двигателя РД 191. Итоговая стоимость только первой ступени составит: 37,5 млн. долларов.
По состоянию на конец 80-ых годов двигатель РД-170 являлся самым мощным ракетным двигателем созданным человечеством, его тяга составляла — 20 млн л. с. Сравнительно небольшой вес, использование закрытого цикла сгорания топлива, высокое давление в камерах сгорания и использование дешевого керосина и кислорода позволили РД-170 показать не только выдающиеся тяговые характеристики, но отличные показатели по экономичности расхода топлива. По состоянию на 2010 год аналогов этому двигателю не появилось и различные модификации РД-170 используются по сей день. Даже на будущей сверхтяжелой ракете Енисей планируется использовать модификацию РД-171МВ, а ее запуск только планируется в 2028 году. И вроде все хорошо, но итоговая стоимость производства двигателей модификаций РД-170 настолько высока, что ставит под угрозу развитие каждого космического проекта в текущих экономических реалиях. И если для СССР конца 80-ых другого решения просто не было, страна нуждалась в сверхтяжелой ракете! Планировался запуск Буран требовавшего мощную ракету, существовали другие задачи для применения исключительно сверхтяжелых ракет: база на Луне, новая версия станции МИР, полет на Марс. Современные же условия мне кажется требуют немного иного решения. Очень важно создать экономически выгодную систему первой ступени. Важно конкурировать с другими разработчиками мира и не сдавать позиции, находясь в тренде вектора развития космической отрасли! Если использовать советские наработки и добавить к ним современные системе спуска боковых блоков, то эта система позволит разработать универсальную платформу. Вот как происходит автоматический спуск блоков первой ступени у SpaceX:
Видео посадки первой ступени ракеты Falcon 9:
Не стоит так же забывать о том, что первом в мире многоразовым ракетоносителем должен был стать проект «Энергия-2». Многие не слышали о существовании этого проекта, а тем временем уже на проекте Энергия-Буран были заложены некоторые элементы будущей многоразовой ракеты. Например: парашютная система спасения! Подробнее о проекте Энергия-2 читайте в отдельном материале — Первый в мире многоразовый ракетоноситель Энергия — 2 (статья в стадии написания).
Сравнение сверхтяжелых ракет Энергия и Енисей
Прежде чем сравнить две сверхтяжелые ракеты Энергия и Енисей читателю пришлось прочесть много подготовительной информации. Об этом я прошу прошения, но к сожалению, без этого никак! Подойдя к сути проблемы сразу оговорюсь, что мнение в этом сравнении субъективное, хоть и обоснованное. Автор статьи очень скептически смотрит на проект сверхтяжелой ракеты Енисей и рациональность ее применения по выводу больших весов на орбиту Земли и вот почему:
- Енисей — это не прогресс, а попытка повторить сделанное через 41 год
Проектная документация не имеет новых идей: используются старые двигатели на разных блоках, применяется компоновка пробованная на Ангаре и многое другое. - Нет проектов под использование сверхтяжелой ракеты!
На ближайшие 30 лет у Роскосмоса нет планов по использованию сверхтяжелой ракеты. Просто нет достойных проектов в стране. Стресс для экономики государства при создании сверхтяжелого ракетоносителя непосилен для России. - Высокая стоимость двигателей РД 170
14 млн. долларов в 2020 году еще подъемная цена для многих космических проектов. Но с тенденцией уменьшения стоимости двигателей и попытками сделать многоразовые ракетоносители перспектива одноразового дорого РД 170 смотрится с каждым годом менее перспективно. Для решения большинства задач проще использовать несколько пусков более дешевых и менее подъемных ракет, но вывести на орбиту большегруза за счет количества стартов. - Ракета одного запуска
Мировая тенденция — это многоразовость использования дорогих космических компонентов. Ракета Енисей уже на стадии разработки не предусматривает многоразовое применение.
На мой взгляд проект ракеты Енисей — это шаг назад. Кривая попытка повторить проект Энергия и создать ракету схожую или более слабую по характеристикам спустя 41 год (2028 — планируемый запуск Енисея, 1987 — первый запуск Энергии) — это очень спорное и немного странное решение руководства Роскосмоса. Вместо того, чтобы сделать универсальную платформу первой ступени с возможностью установки различного количества двигателей РД-170 и его модификаций. Вместо того, чтобы создать многоразовую первую ступень и начать экономить около 40% бюджета на двигателях РД-170. Вместо того, чтобы используя современные материалы снизить себестоимость и облегчить ракетоноситель, руководство Роскосмоса принимает решение повторить ракету Энергия. Но самое ужасное в том, что проект Енисей создается без планов на будущее! Для чего России сверхтяжелая ракета:
- есть планы по выводу больших грузов на орбиту Земли?
- строительство базы на Луне?
- сборка новой космической станции?
- постройка космического аэродрома?
Всего выше перечисленного нет в планах России на будущее, так зачем вести разработку ракеты, которая не пригодится? Может стоит поработать над другими проектами …
Ракета Енисей — это прорыв или необдуманный шаг.
После распада СССР и отделения союзных республик космическая отрасль была разорвана на части. Несмотря на то, что 70% предприятий остались на территории России ключевые звенья были утрачены. Но самое главное, были утрачены чертежи многих ключевых элементов сверхтяжелой ракеты Энергия. Разруха 90-ых годов забрала у некогда Великой державы последние светлые инженерные головы. Безответственное отношение к уже готовым проектам многоразового челнока Буран и ракеты Энергия уничтожили последние летающие образцы прорывных технологий (распиливание готовых образцов в РКК Энергия (г. Королев), обрушение крыши ангара на космодроме Байконур и последующий взрыв ракеты Энергия и Бурана хранящихся там). Новое поколение инженеров не смогло перенять опыт у метров космической программы СССР (Королева, Глушко и других) и пытается на собственных ошибка и сохранившихся чертежах проложить новый путь для космической программы России. Насколько им это удастся остается только гадать! Многое зависит от внутреннего состояния каждого конструктора и идей, которые двигают коллектив разработчиков. Автор материала скептически смотрит на перспективы сверхтяжелой ракеты Енисей и в целом на то, что ее запуск будет реализован. Думаю, что построят очередную яхту руководителю Роскосмоса или руководство РКК Энергия сменит собственный автопарк и купят очередные LandRover-ы 🙂 К сожалению именно такое мнение сложилось у автора статьи при общении с некоторыми чиновниками космической отрасли России. Чтобы подтвердить обосновать сказанное выше предлагаю посмотреть на космическую отрасль России, сравнить ее с 70-ыми годами СССР и постараться проанализировать реализованные проекты Роскосмоса и перспективные с их точки зрения проекты будущего, под которые и планируется постройка Енисея:
Источник
Будет лунная программа — будет «Енисей»: перспективы первой российской сверхтяжёлой ракеты
В советские времена подобные проекты были, но провалились. Окажется ли успешной новая попытка?
Как будет выглядеть «Енисей»
В целом на сегодняшний день расклад такой: две ступени, первая из них состоит из шести блоков, расположенных вокруг центрального. Всё это должно будет поднимать на низкую околоземную орбиту как минимум сотню тонн полезного груза и 27 тонн доставлять к Луне.
Изначально предполагалось, что нижние блоки будут теми же самыми, которые разрабатывают для ракеты «Иртыш» («Союз-5») — среднетяжёлого носителя, который сможет выводить на низкую орбиту 17 тонн. То есть первая ступень «Енисея» должна была быть конструкцией из шести первых ступеней «Иртыша». А вторую ступень планировали взять от «Союза-6» — ещё одной ракеты среднего класса, её создают на базе «Союза-5». Для обоих этих носителей предусмотрены двигатели на керосине и жидком кислороде.
Знаете, что это? Это части конструкции универсальных ракетных модулей нашей новой ракеты сверхтяжёлого класса «Енисей») pic.twitter.com/dyJRzEvVDP
Однако в декабре 2020 года глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин выступил с инициативой перевести будущий «Енисей» на метан. Это неизбежно означало полный пересмотр всей концепции. В марте 2021 года стало известно о новом облике сверхтяжа. По данным источника в ракетно-космической отрасли, для нижних блоков решено использовать метановые двигатели РД-182 с тягой 250 тонн, разработанные в НПО «Энергомаш» для многоразовой ракеты «Амур-СПГ». Для второй ступени выбрали РД-0169, тоже на метане, только не столь мощный — 100 тонн тяги.
— У нас была и остаётся идея создания более мощного метанового двигателя для нижних ступеней сверхтяжа. Ведь при тяге РД-0169 около 100 тонн придётся поставить на ракету три десятка таких двигателей. Специалисты РКЦ «Прогресс» (входит в состав госкорпорации «Роскосмос») согласны с нами, что неразумно ставить гроздь маленьких двигателей, поэтому предложен двигатель тягой 250 или даже 600 тонн. Есть понимание, как его сделать, и в своё время такие работы проводились в «Энергомаше», — рассказал РИА «Новости» генеральный директор НПО «Энергомаш» Игорь Арбузов.
Главный плюс метана как ракетного топлива прежде всего в его экологичности, но в целом список его преимуществ невелик, считает действительный член Академии космонавтики имени К.Э. Циолковского Александр Железняков.
Я не могу сказать, чтобы мы получили какое-то кардинальное преимущество. Есть в заправке этого топлива некоторые преимущества (по его доставке на космодром), но это всё скорее логистического характера. А по энергетике особого преимущества не будет
Академик космонавтики, действительный член Академии космонавтики имени К.Э. Циолковского
Ситуация такова, что и первоначальные, и нынешние планы означают создание первого российского — то есть первого после распада СССР — сверхтяжёлого носителя на базе тех ракет, которых тоже ещё нет. Его первый запуск был намечен на 2028 год, но с учётом пересмотра проекта в «Роскосмосе» перенесли сроки на «после 2032 года». Впрочем, заверили, что график Российской лунной программы от этого не сдвигается — просто для ближайших миссий будут использовать другую ракету — «Ангару».
О Российской лунной программе
Для начала предстоит после перерыва длиной в четверть века снова запустить к Луне автоматическую станцию «Луна-25», миссия назначена на 1 октября 2021 года, в космос зонд отправят на среднетяжёлой ракете «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат». Далее — ещё несколько аппаратов и беспилотный запуск корабля «Орёл» (бывшая «Федерация») на «Ангаре-А5».
Следующий огромный шаг — строительство окололунной станции. Именно на этом этапе, как ожидается, и понадобится «Енисей». По одному из вариантов, станцию будут создавать на основе трёх новых модулей МКС. Недавно российская сторона отказалась от участия в совместном с NASA проекте Gateway — в «Роскосмосе» заявили, что нашей стране в нём уделена слишком малая роль. Вскоре о совместном строительстве космической станции на окололунной орбите Россия договорилась с Китаем.
Следующие пункты — пилотируемые облёты Луны, высадка космонавтов на поверхность на 14 дней и развёртывание первых элементов будущей посещаемой базы. В российском лунном городке (по планам) будут в том числе убежища от радиации, техника для добычи водяного льда и производства на его основе ракетного топлива (кислородно-водородного), а ещё предусмотрены две обсерватории.
Если мы поставим чёткую цель перед этим носителем, то есть отправку грузов на Луну, развёртывание базы, о чём много говорится, тогда у «Енисея», скажем так, прекрасные перспективы. Если не будет этих задач, это под большим вопросом. Но думаю, что бог троицу любит и третья наша попытка создать сверхтяж и заставить его регулярно летать может оказаться успешной
Академик космонавтики, действительный член Академии космонавтики имени К.Э. Циолковского
Юра, мы ещё не всё! Россия могла строить многоразовые ракеты раньше Илона Маска
Советские «предки» «Енисея»
Советская ракета Н-1. Фото © Wikipedia
Это была несбывшаяся мечта Сергея Королёва. Ещё в 1960-е годы, когда страна рукоплескала Юрию Гагарину, Алексею Леонову, Валентине Терешковой, мысль генерального конструктора уже летела намного дальше: под его руководством в обстановке строгой секретности создавали советскую ракету для межпланетных миссий. Название Н-1, по разным данным, расшифровывается как «Наука-1» или «Носитель-1».
Эта ракета создавалась с целью доставить советских космонавтов на Луну, и с её помощью планировалось обогнать в этом вопросе американцев
Академик космонавтики, действительный член Академии космонавтики имени К.Э. Циолковского
Интересно, что тогда именно по поводу двигателей для этой ракеты в ОКБ-1 возник серьёзный и горячий спор. Королёв решительно поддерживал схему «керосин + кислород», но главный конструктор НПО «Энергомаш», прославленный двигателестроитель академик Валентин Глушко (именем которого теперь и называется научно-производственное объединение) был категорически против этой идеи и настаивал на использовании другого топлива: знаменитого гептила (C 2 H 8 N 2 ) и азотного тетраоксида в качестве окислителя.
Тогда, в начале 60-х годов, нужно было решить, что для нас важнее: достижение приоритета или создание экологически чистой ракеты. По пути экологичности пошёл Сергей Павлович Королёв, и, наверное, когда-нибудь смогли бы Н-1 научить летать, но это оказался долгий путь. Если бы во главу угла ставилась задача опередить во что бы то ни стало американцев, тогда, наверное, был бы смысл согласиться с доводами академика Глушко. И, возможно, нам бы удалось научить Н-1 летать ещё до того, как американцы оказались на Луне
Академик космонавтики, действительный член Академии космонавтики имени К.Э. Циолковского
В итоге Глушко проиграл: госкомиссия одобрила вариант Королёва. После этого «Энергомаш» отстранился от Н-1, изготовление двигателей поручили конструкторскому бюро Николая Кузнецова (ныне Самарский научно-технический комплекс имени Н.Д. Кузнецова).
Ракета получилась пятиступенчатая, и у неё должно было быть в общей сложности ровно ПЯТЬДЕСЯТ двигателей. Из них 36 — на первой ступени. Первые три ступени нужны были для выхода на околоземную орбиту, оставшиеся две — для полёта к Луне или даже к Марсу (именно к этому стремился Сергей Павлович).
Было четыре испытания первой ступени — в 1969–1972 годах. Все неудачные, с мощнейшими взрывами. Ну и что? Ракетостроителям не привыкать, тем более когда речь идёт о таком эпохальном проекте. Достаточно сейчас посмотреть, как один за другим взлетают на воздух прототипы Starship американской компании SpaceX. И создатели Н-1 продолжали работу: на август 1974 года были назначены следующие испытания, притом планировалось попытаться не просто поднять в воздух ракету, а совершить полёт до Луны и обратно. Более того, был план отправить в 1979 году советскую экспедицию на Луну, а в 80-е годы — построить на спутнике Земли базу «Звезда».
Но дело в том, что в 1969 году Луны уже достигли американцы, они наладили туда регулярные пилотируемые полёты, так что гонку сочли проигранной, и это, судя по всему, было деморализующим фактором. Сергея Королёва в 1966-м не стало. Восемь лет после этого на посту генерального был один из его ближайших соратников — академик Василий Мишин. Как раз при нём работа над Н-1 ещё продолжалась. Но в мае 1974 года его сменил Валентин Глушко, у которого, как мы уже упоминали, был конфликт с Королёвым по поводу межпланетной ракеты. И факт в том, что он распорядился прекратить все работы над Н-1, а в руководстве СССР никто ничего не имел против. Как вспоминал выдающийся советский конструктор Дмитрий Козлов, Глушко считал Н-1 устаревшим проектом, а Дмитрий Ильич был с этим в корне не согласен и из-за этого решил больше не сотрудничать с НПО «Энергия». Его предприятие отделилось и образовало самостоятельное ЦСКБ «Прогресс».
Но очень скоро в правительстве поняли, что стране срочно нужен собственный сверхтяж: многоразовые американские «спейс шаттлы» обеспечивали Соединённым Штатам серьёзное военное преимущество. Решили создать советский аналог: знаменитый проект получил название «Энергия» — «Буран». Созданная для него в НПО «Энергия» одноимённая ракета пока ещё остаётся самой мощной в истории отечественной космонавтики. Её грузоподъёмность 100 тонн (для низкой околоземной орбиты). Для сравнения: у «Протонов» — 23,7 тонны, у «Ангары-А5» — 24,5 тонны.
«Энергия» — «Буран». Фото © ТАСС / Пушкарёв Альберт
У «Энергии» было две ступени: основной центральный блок (вторая ступень) и четыре боковых (первая ступень). На каждом из боковых было по одному двигателю РД-170 (кислород + керосин, разработка «Энергомаша»), а на центральном — четыре РД-0120, в которых вместо керосина был жидкий водород.
В итоге ракету запустили лишь дважды: в мае 1987 года с макетом боевого лазерного комплекса «Скиф» (его тогда не удалось вывести на орбиту) и, собственно, с космолётом «Буран» 15 ноября 1988 года. Тот полёт вошёл в Книгу рекордов Гиннесса как первый в истории полностью автоматический полёт в космос. Кстати, тогда «Буран» перед самым заходом на посадку внезапно «передумал» садиться и, к ужасу всех наблюдавших это, ушёл в неизвестном направлении: оказалось, его датчикам, так сказать, «не понравился» сильный ветер над полосой, и корабль просто решил сделать ещё один круг. Уже с конца 70-х годов для этого корабля формировали отряды космонавтов-испытателей, в общей сложности было три набора. Но пилотируемый полёт так и не состоялся, а в 1993 году программу «Энергия» — «Буран» и вовсе закрыли.
Когда развалился Советский Союз, других целей, кроме военных, у «Бурана» не нашлось. А мы тогда проводили политику разрядки, то есть шла ликвидация многих систем вооружения, поэтому для «Бурана» грузов гражданского назначения не было, а от военных мы отказались. То есть поддерживать эту очень дорогостоящую программу смысла не было
Академик космонавтики, действительный член Академии космонавтики имени К.Э. Циолковского
Когда в ноябре 2019 года проект «Енисея» отправили на доработку, учёные вспоминали «Энергию» и тоже выразили мнение, что для неё в своё время недостаточно проработали цели и задачи и нужно постараться избежать той же ошибки с новой сверхтяжёлой ракетой.
Больше интересного из мира науки и техники — в телеграм-канале автора.
Источник