В гонке – орбитальные тяжеловозы

Ракета Falcon 9 может успешно завершить полет даже при аварийном выключении двух из девяти двигателей первой ступени. Фото Reuters

В России это событие, судя по всему, не было воспринято как сенсация. Более того, экс-генеральный директор и бывший генеральный конструктор Центра Хруничева Владимир Нестеров заявил о том, что, например, российская ракета «Ангара» ничем не уступает Falcon 9 и вообще по техническим характеристикам ей нет равных в мире. Так ли это?

Многоразовость прежде всего

Falcon 9 – многоразовая тяжелая ракета орбитального класса, разработанная и изготовленная компанией SpaceX. Первая в мире космическая ракета такого класса, способная многократно осуществлять орбитальные полеты. Основные задачи: запуск космических кораблей Dragon и Crew Dragon, а также отправка на орбиту геостационарных коммерческих спутников связи, научно-исследовательских космических аппаратов и других небесных аппаратов различного назначения.

Свою первую ракету Falcon 9 компания запустила 4 июня 2010 года. С тех пор SpaceX представила пять крупных ее модификаций. Сегодня для запуска спутников, грузов и доставки астронавтов на орбиту используется версия Block 5.

Falcon 9 имеет ряд преимуществ по сравнению с другими ракетами. Это прежде всего многоразовость. Falcon 9 способна с минимальным обслуживанием летать десятки раз, что обеспечивает низкую себестоимость запусков. Кроме того, надежность. SpaceX провела 500 запусков Falcon 9, и лишь пять завершились неудачей. Причем Falcon 9 может успешно завершить полет даже при аварийном выключении двух из девяти двигателей первой ступени. Еще одно достоинство – возможность остановки процедуры запуска. Для этого пусковая площадка оборудована четырьмя специальными зажимами, которые некоторое время удерживают ракету уже после запуска двигателей на полную мощность. Falcon 9 выполнен по пакетной схеме и имеет существенно меньшее лобовое сопротивление, чем, например, «Ангара» (22 кв. м против 35 кв. м).

Компания уже нацелена на новый уровень с помощью своей космической системы Starship, которая, по словам Илона Маска, сможет взлетать и приземляться с интервалом менее часа. Это откроет новые возможности для освоения Луны и Марса.

Семейство «тяжелых»

Помимо Falcon 9, к ракетам тяжелого класса относятся, например, европейская ракета тяжелого класса «Ариан-5» компании «Арианэспейс», американские носители «Атлас-5» и «Дельта-4», японские носители H-IIB и «H3», китайская ракета «Чанчжэн-5». У китайцев есть линейка носителей под разные нужды, в том числе базовая «Чанчжэн-5» и ее версия «Чанчжэн-5В». Грузоподъемность «Чанчжэн-5» – 25 т. Американская ракета Vulcan. Также к ракетам тяжелого класса относят ракеты-носители, разработанные в СССР, например «Протон» (УР-500, универсальная ракета «Протон-К», «Протон-М»), «Амур-СПГ» и «Ангара-А5».

К перспективным российским ракетам-носителям (РН) можно отнести «Амур-СПГ», немного уменьшенную отечественную версию американской РН Falcon 9 (пять метановых двигателей вместо девяти керосиновых). В Роскосмосе неоднократно утверждали, что за счет использования метана, не дающего нагара, первую ступень «Амура-СПГ» будут использовать 50, а возможно, и 100 раз. Это больше, чем у Falcon 9. Стоимость одного пуска около 22 млн долл. – в два раза дешевле, чем у SpaceX.

Наконец, это «Ангара» – семейство российских унифицированных ракет-носителей с кислородно-керосиновыми двигателями. В него входят носители от легкого до тяжелого класса: грузоподъемность от 3,5 т («Ангара-1.2») до 38 т («Ангара-А5В»). История создания этого семейства ракет-носителей уже довольно давняя.

История «чебурашки»

Тридцать три года назад, 3 августа 1992 года, был объявлен конкурс на проектирование и создание КРК (космического ракетного комплекса) тяжелого класса. В конкурсе приняли участие Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. академика С.П. Королева, Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева и Государственный ракетный центр «КБ им. академика В.П. Макеева». Они представили на рассмотрение специально образованной межведомственной экспертной комиссии несколько вариантов ракет-носителей. В августе 1994 года конкурс выиграл вариант, предложенный ГКНПЦ им. М.В. Хруничева по совершенно рациональным причинам: в Плесецке был почти готов стартовый стол для ракеты-носителя «Зенит», в который «Ангара» устанавливалась с минимальными доработками.

Проект предусматривал создание двухступенчатой ракеты-носителя пакетной компоновки баков с последовательной работой ступеней и использованием в качестве окислителя жидкого кислорода, а в качестве горючего на первой ступени – керосина и на второй – жидкого водорода. Баки горючего располагались вокруг баков окислителя. Такая схема неофициально называлась «чебурашкой»: расположенные по бокам большие баки горючего визуально напоминали уши мультипликационного персонажа.

У «Ангары» были и другие достоинства. Ракета без проблем транспортировалась по железной дороге, небольшая высота упрощала конструкцию трубопроводов и избавляла от сложностей с демпфированием продольных колебаний или межбаковыми отсеками. А вторая ступень выгодно отличалась использованием топливной пары «кислород–водород» и двигателем РД-0120.

Планировалось, что «Ангара» может занять почти весь российский рынок космических запусков, когда на ее основе будет создана единая замена для большинства существующих типов ракет-носителей, произведенных в СССР. «Ангара-А5» и «Ангара-А7» заменили бы РН «Протон», «Ангара-А3» – РН «Зенит-2», «Ангара-А1.2» – РН «Циклон-2/3», «Ангара-А1.1» – РН «Космос-3М».

Деньги и опыт

Проект новой ракеты с самого начала ее разработки неоднократно подвергается критике – в частности, за дороговизну. Еще в 2012 году глава Федерального космического агентства Владимир Поповкин оценивал затраты на разработку «Ангары» так: «Нам ведь та же «Ангара» обошлась более чем в 160 млрд руб. (5,33 млрд долл. по курсу 30 руб. за доллар). Это большая цифра».

Бывший генеральный директор КБ «Салют» Юрий Бахвалов считает создание водородного варианта «Ангары» нереализуемым. Причина – опыт создания и эксплуатации водородных двигателей в России был утрачен к середине 90-х годов.

Бывший президент и генеральный конструктор РКК «Энергия» Виталий Лопота считает, что грузоподъемность носителей семейства «Ангара» явно недостаточна для вывода на геопереходную орбиту телекоммуникационных спутников (около 2,5 т у «Ангары-А5» против требуемых 5–6 т). То же – и для перспективных пилотируемых программ: необходимость многопусковой схемы «Ангары-А5В» против разового пуска носителя грузоподъемностью 75–80 т для облета Луны на корабле «Федерация» в лунной программе.

Крайне сложной задачей является осуществление лунной программы даже при использовании носителя в варианте с водородным разгонным блоком. В этом случае потребуется выполнить четыре пуска носителя, каждый – с интервалом не более трех дней.

Кроме того, конструкция «Ангары» не предусматривает увод носителя от стартовой площадки в случае отказа одного из двигателей. 

В конце июля 2017 года тогдашний заместитель генерального директора РКК «Энергия» Александр Деречин заявил, что из-за высокой стоимости запуска «Ангара-А5» является неконкурентоспособной на международном рынке.

На перевооружение московского филиала «Хруничева» только в ходе научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по теме «Ангара» было потрачено 6,6 млрд руб. Однако через несколько лет этот филиал был ликвидирован. Производство «Ангары» было перенесено в Омск. Процесс перемещения производства стартовал еще в 2015 году и растянулся на пять лет, а вместе с тем растянул и программу летно-конструкторских испытаний ракеты. Первый полет «Ангары-А5» был проведен в декабре 2014 года, а второй – спустя почти шесть лет, 14 декабря 2020 года.

Стоимость пусковых услуг ракеты «Ангара» ближе к 100 млн долл., а у ракет «Протон» и Falcon-9 – к 50 млн, заявил в свое время генеральный конструктор КБ «Салют» Центра Хруничева Сергей Кузнецов. При этом стоимость производства «Ангары-А5» составляет 7 млрд руб., что в три раза больше, чем у «Протона-М», который ей предстоит заменить.

С учетом всего этого неудивителен тот факт, что в современной России по 20–30 лет разрабатываются ракеты, космические корабли и орбитальные модули.