Ar reikalinga nešančioji raketa Angara?

Apie nešančiąją raketa Angara, o tiksliau apie raketų šeimą, besivadinančią šiuo vardu, girdime labai prieštaringų – daugiausia negatyvių – minčių. Trys iš jų: XXI amžiaus nešančioji raketa, ilgiausiai trunkanti raketų statyba pasaulyje, raketa paseno, dar nespėjusi gimti. Angara nėra šedevras, bet ir ne „bjaurusis ančiukas“ nešančiųjų raketų pasaulyje. Bet kuri nešančioji raketa atspindi savo laikmečio, kada ji buvo sukurta, technines, ekonomines ir politines sąlygas.

Naudinguosius krovinius (įvairios paskirties palydovus, erdvėlaivius, orbitines stotis, tarpplanetinius zondus) į kosminę erdvę iškelia nešančiosios raketos. Jų viršutinės pakopos naudingąjį krovinį pastūmėja reikiama kryptimi ir suteikia jam didesnę dalį reikiamo greičio (likusį norimą greitį kosminis aparatas pasiekia degindamas savo kuro atsargas). Nešančiosios raketos, remiantis optimalaus energijos masės ir ekonominių charakteristikų santykio sumetimais, paprastai turi keletą pakopų. Starto metu nešančiųjų raketų masė yra nuo 20 iki 100 ir daugiau kartų didesnė už naudingojo krovinio. Naudingojo krovinio paleidimas į kosminę erdvę – brangiai kainuojanti ir sudėtinga operacija, apibūdinama iškeliamo naudingojo krovinio 1 kg kaina. Paprastai ji būna nuo 5 iki 50 tūkstančių JAV dolerių. 

Komercinių krovinių paleidimų kainos

Lentelė sudaryta pagal žurnale Novosti kosmonavtiki pateiktus duomenis. Ją sudarė šio žurnalo forumo lankytojai

Paaiškinimai. SSO – Saulės sinchroninė orbita (kartais vadinama heliosinchronine orbita) – geocentrinė orbita, turinti tokis parametrus, kad ja skriejantis kosminis aparatas praskrieja pro bet kurį Žemės paviršiaus tašką maždaug tuo pačiu vietos saulės laiku. Tokiu būdu Žemės paviršiaus apšvietimo kampas bus apytiksliai vienodas visais palydovo praskriejimo momentais virš konkretaus Žemės paviršiaus taško. Tokios pastovaus Žemės paviršiaus apšvietimo sąlygos puikiai tinka nuotolinio Žemės paviršiaus zondavimo, meteorologiniams palydovams. Orbitos inklinacija, t.y. skrendančio kosminio aparato orbitos plokštumos posvyrio kampas su ekvatoriaus plokštuma GPO – geopereinamoji orbita. * –  Rusijos raketų komercinių paleidimų paslaugų tiekėjas.

Nešančiosios raketos paleidžiamos iš kosmodromų. Jų Žemėje, palyginti su oro uostais, yra labai nedaug. Rusijos kosmodromai išdėstyti Eurazijos kontinento žemyninėje dalyje. Raketų skrydžių trasas o tai yra ir išvedamų palydovų skrydžių orbitas riboja apgyvendintų vietovių, svarbių ir pavojingų objektų (gamyklų, elektrinių, oro uostų) išsidėstymas ar kitų valstybių teritorijos, nes, kylant raketai, krinta atlikę savo paskirtį jos elementai (pakopos, naudingojo krovinio apsauginiai apvalkalai). Kad galėtų leisti įvairios paskirties palydovus Didžiojo kosminio klubo šalys stengiasi pastatyti savo kosmodromus netoli jūros pakrantės (arba visai šalia jos), kad praktiškai visa nešančiosios raketos skrydžio trajektorija būtų saugi, o atlikę savo paskirtį raketos elementai kristų įjūrą. Taip JAV kosmodromai yra išdėstyti Kanaveralo kyšulyje, Vandenbergo aviacijos bazėje, Wallops saloje, Europos šalių – Prancūzijos Gvianoje, Izraelio – Palmachimo bazėje, Indijos – Šriharikotos saloje. Laikantis panašių principų, statomas naujasis Rusijos vidaus kosmodromas Vostočnij netoli Uglegorsko.

Kosmodromai 2012Pasaulio kosmodromai 

Iki XX a aštuntojo dešimtmečio vidurio dauguma nešančiųjų raketų buvo kuriamos balistinių ilgojo nuotolio raketų pagrindu. Tuo metu buvo ir kelios išimtys: japonų lengvosios nešančiosios raketos L-4S, M-4 ir ypač didelės keliamosios galios nešančiosios raketos Saturn V (JAV) ir N-1 (Sovietų Sąjunga).  Tuo metu raketos kildavo dažnai, nes palydovų amžius būdavo trumpas. Ir tada akivaizdžiai jautėsi, kad reikia atnaujinti raketų parką. Reikia padidinti jų energetinį efektyvumą (iškelti kuo didesnį naudingąjį krovinį su ta pačia kuro mase), išsivaduoti iš įvairių raketų parko, apriboti jų pakopų skaičių, kad sumažinti kiekį ir matmenis negyvenamų Žemės teritorijų, skirtų kristi panaudotoms nešančiųjų raketų pakopoms ir kitiems jų atskiriamiems elementams. Norėjosi sukurti tokias raketas, kurios galėtų palydovus išvesti į bet kurio kampo orbitą aplink Žemę ir į tarpplametines trajektorijas. Darbo patirtis su  Proton raketomis sakė, kad reikia skraidyti su tokiomis raketomis, kurių kuro komponentai nėra toksiški.

Sovietų Sąjungos vadovaujančios raketų ir kosmoso pramonės įmonės atliko atitinkamus mokslinius tyriamuosius ir bandomuosius naujų nešančiųjų raketų konstravimo darbus. Tačiau 1976 metais pradėta Energijos – Buran sistema greitai absorbavo visus raketų ir kosmoso pramonės resursus. Žlungant Sovietų Sąjungai, iš gausybės idėjų liko tik viena realizuota – vidutinės keliamosios galios nešančioji raketa Zenit.

1991 metais pasirodė, kad Rusijos galimybės nepriklausomai patekti į kosmosą yra labai ribotos. Nešančiųjų raketų, kurias gamino Rusijos įmonės, parkas susitraukė. O Baikonuro kosmodromas – vienintelė vieta, iš kurios tuo metu galėjo startuoti pilotuojami erdvėlaiviai ir geostacionarūs palydovai – atsirado suverenioje Kazachstano valstybėje ir tapo labai rimtu tarpvalstybinių ginčų objektu.

Žinoma, Rusija turėjo raketų startų aikšteles Kapustin Jar, netoli Astrachanės, ir Pleseck, netoli Archangelsko, kosmodromuose. Bet iš pirmojo kosmodromo tegalėjo pakilti tik lengvos raketos, o antras kosmodromas buvo apkrautas Gynybos ministerijos užduotimis, ir egzistuojančios raketos iš jo neįstengdavo paleisti palydovų į geostacionarinę orbitą. Turimos raketos negalėjo išspręsti visų iškeltų uždavinių.

Kad nepriklausyti nuo Kazachstano ir niekieno netrukdomiems patekti į kosmosą, Rusijos Vyriausybės sprendimu buvo patvirtintas naujas uždavinys sukurti sunkios klasės raketų kompleksą, galintį iš Pleseck kosmodromo ekonomiškai efektyviai ir patikimai paleisti naudinguosius krovinius visomis įmanomomis orbitomis. Greitai prie Pleseck kosmodromo problemų prisidėjo dar viena didžiulė problema – naujas kosmodromas Vostočnij, kurį buvo numatoma sukurti Tolimųjų rytų Amūro srities strateginės paskirties divizijos raketinių pajėgų bazėje Uglegorsko kaime.

Eskizinių projektų konkurse (šifras Angara), paskelbtame Ginybos ministerijos ir Rusijos kosmoso agentūros, dalyvavo visos pagrindinės raketų įmonės: Samaros centrinis specializuotas konstruktorių biuras, Miass’-o mašinų statybos konstruktorių biuras (1993 metais pervadintas į V.P. Makejev  Valstybinį raketų centrą), pamaskvės S. Koroliov mokslo ir gamybos susivienijimas Energija ir Maskvos konstruktorių biuras Saliut (nuo 1993 metų birželio priklauso Valstybiniam M. Chruničev kosminiam moksliniam gamybiniam centrui). 

Į finalą pateko mokslo ir gamybos susivienijimo Energija ir Valstybinio N. Chruničev kosminių tyrimų ir gamybos centro pasiūlymai, kurie buvo grindžiami komplekso antžeminės ir raketinės dalių suvienijimo principais. Sunki ekonominė padėtis šalyje reikalavo maksimaliai sumažinti naujų sistemų kūrimą. Vienintelė išeitis buvo sukurti nešančiąją raketą, naudojantis esamų raketų elementais ir sudedamosiomis dalimis, kuri naudotų jau pastatytus starto ir techninius kompleksus, pavyzdžiui, nešančiosios raketos Zenit. Jų statyba Pleseck kosmodrome prasidėjo 1986 metų antroje pusėje.

Kolektyvas iš Podlipok sukūrė deguonies – žibalo nešančiąją raketą, kurios pirmoji pakopa buvo trijų blokų. Kiekvienas blokas turėjo po variklį RD-180, sukurtą  Mokslo ir gamybos susivienijime  Energomaš (Научно-производственное объединение – НПО «Энергомаш»). RD-180 yra dviejų kamerų keturių kamerų variklio RD-171, skraidžiusio Zenit raketos pirmoje pakopoje, versija. Antroji pakopa, pasiskolinta iš Zenit, bet buvo didesnių matmenų. Visų pakopų skersmuo neviršijo 3900 mm ir leido visiškai surinktus blokus vežti geležinkeliu, nesustabdant priešpriešinio eismo.       

Angaros kurimas1Pirmieji nešančiosios raketos Angara projektai. Kairėje mokslo ir gamybos susivienijimo Energija projektas. Kiti du – Valstybinio M. Chruničev kosminių tyrimų ir gamybos centro. Įdomus raketos variantas (nuotraukos centre) su kuro perpylimu buvo atmestas. D. Voroncov piešinys 

Angaros kurimas2 Pradinis nešančiosios raketos Angara variantas atrodė neįprastai dėl kabančių ant pirmosios ir antrosios pakopų kuro talpyklų. Grafika A. Šliadinskij

Iš pradžių nešančiosios raketos Angara – 1.2 PP (Ангара – 1.2 ПП; ПП – первого пуска – pirmojo paleidimo) startas buvo suplanuotas 2005 metais iš Pleseck kosmodromo. Po to jis daug kartų buvo perkeliamas. Raketa turėjo startuoti 2011, po to 2012, 2013 metais. Atėjo ir 2014 metai. 2014 metų birželio 26 dieną startavo „sausa“ raketa. Buvo imituojamas raketos startas, nesant joje kuro. Lengvosios klasės nešančioji raketa Angara – 1.2 PP sėkmingai pakilo iš Pleseck kosmodromo 2014 metų liepos 9 dieną ir skriejo balistine trajektorija iki Kura poligono Kamčatkoje, kuris yra 5700 km atstumu nuo starto aikštelės. 

Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709    

Plesetsk-Angara-ust-1.2

Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709 Angara1.2PP_20140709

Nešančiosios raketos Angara – 1.2 PP startas 2014-07-09

Antras didelės keliamosios galios nešančiosios raketos Angara – A5 startas galėtų įvykti 2018 metais, o trečiasis – 2021 metais iš Vostočnij kosmodromo Amūro srityje. Trečiajam startui šią raketą planuoja modernizuoti. Ji vadinsis Angara – A5M. Naujosios modifikacijos pagrindinis skirtumas – 10% padidintos galios varikliai RD-191M (РД-191M) vietoje variklių RD-191 (РД-191). Naujos modifikacijos raketa turės atsarginę pneumo hidraulinę kuro patiekimo sistemą ir atnaujintą valdymo sistemą. 

Kokios priežastys verčia Roskosmos modernizuoti raketą, kuri skrido tik 1 kartą. Nebaigti jos skraidymo bandymai.

Pirmoji priežastis. Bijoma oficialiai pripažinti, kad raketos Angara – A5 dabar gali iškelti į žemą apskritiminę orbitą apie 22 – 23 tonas vietoje apskaičiuotų 24 tonų. Tokios galios nešančioji raketa iš Pleseck kosmodromo nesugebės iškelti į reikiamas orbitas kai kurių numatytų valstybinių ir karinių krovinių. 

Antroji priežastis. Roskosmos turi (o gal jau turėjo) suplanavęs dar vieną naują nešančiosios raketos Angara – A5 versiją Angara – A5V (Ангара – А5В, В – водородная – vandenilinė) su deguonies – vandenilio viršutine pakopa. Jos keliamoji galia iki 37 tonų. Joje taip pat planuojama pritaikyti modernizuotus universalius 1 – 2 pakopų raketinius modulius su varikliais RD-191M.

Pradedant XXI amžiaus pirmojo dešimtmečio antrąja puse nešančiosios raketos Angara – A5 buvo kuriamos pirmiausia pakeisti pasenusias sunkiosios klasės Proton raketas. Vidutinės klasės nešančiajai raketai Angara – A3 neatsirado naudingojo krovinio, o lengvoji Angara – A1.2 dar negali konkuruoti su konversinėmis raketomis  Rokot (Рокот), Strela (Стрела), Dnepr (Днепр). Angara – A5 nepakeitė Proton. Tai jos pagrindinė užduotis ir nesėkmė. O proga buvo. Dabar Proton dažnai neskraido dėl dažnų avarijų. Kraštinis sėkmingas startas įvyko 2017-06-08 po vienerių metų pertraukos. Skrydžių statistika liūdnoka. Iš 404 startų 49 buvo nesėkmingi (~12,1%). Sugesdavo arba pati raketa, arba naudingojo krovinio greitinantysis blokas. O Angara – A5 iškelia per lengvą krovinį. Apie jos patikimumą dar nieko negalima pasakyti, nes įvyko tik vienas bandomasis skrydis. Raketos Angara – A5 gamybos kaina žymiai didesnė už Proton. O buvo skelbiama, kad naujoji nešančioji raketa žymiai sumažins naudingojo krovinio iškėlimo į reikiamą skrydžio orbitą kainą.

XXI amžiaus antrojo dešimtmečio pradžioje Angara – A5 gavo dar vieną naują užduotį – pilotuojamus skrydžius. Uždarius projektą Rus – M (Русь – М), kurį kūrė Samaros centrinis specializuotas konstravimų biuras (dabar raketų kosmoso centras) Progress, Angara – A5 tapo vienintele galima naujosios kartos pilotuojamo erdvėlaivio Federacija nešančiąja raketa. O Roskosmos ‘-ui atsisakius kurti itin didelės keliamosios galios nešančiąją raketą, buvo pateikta pilotuojamo skrydžio į Mėnulį schema su pasunkinta didesnės keliamosios galios nešančiąja raketa Angara – A5V, kurios viršutinės trečiosios pakopos kuras vandenilis.

Kad nešančioji raketa Angara – A5 netinka pilotuojamai programai buvo suprantama nuo pat pradžių. Naujos kartos pilotuojamam erdvėlaiviui Federacija, jei jo skrydis suplanuotas į žemą orbitą, raketa Angara – A5M per daug galinga. Tokio erdvėlaivio masė apie 15 tonų, o raketa gali iškelti apie 25 tonas. Jei pilotuojamas erdvėlaivis Federacija skrenda į Mėnulį, tai nešančioji raketa Angara – A5V per silpna: reikės keturių jos startų iš kelių starto aikštelių, kad iškelti į kosminę erdvę reikiamus vienos ekspedicijos į Mėnulį komponentus.

2017 metais Rusijoje buvo paskelbta apie naują nešančiųjų raketų seriją: vieno modulio vidutinės klasės Sojuz – 5 (iškelia 17 tonų naudingąjį krovinį į žemą apskritiminę orbitą), trijų modulių sunkioji Energija – 3 (naudingasis krovinys į žemą apskritiminę orbita apie 40 tonų) ir ypač sunki penkių modulių Energija – 5 (naudingasis krovinys į žemą apskritiminę orbitą apie 90 tonų). Nors Sojuz – 5 kiek ir nusileidžia Proton’-ui pagal iškeliamą naudingąjį krovinį, startuojanti iš Jūros starto (Sea Launch) ši nešančioji raketa į geopereinamąją ir geostacionarią orbitas gali iškelti didesnę dalį ankščiau su Proton’ – u iškeliamų krovinių, o taip pat pilotuojamus erdvėlaivius Federacija, kuriuos buvo planuojama iškelti Angara – A5 raketomis. Manoma, kad raketos Sojuz – 5 pradės skraidyti po 2020 – ųjų metų. 

Trijų modulių Energija – 3 net su silpna viršutine pakopa, pasiskolinta iš nešančiosios raketos Sojuz – 5, iškels daugiau už bet kurią iš raketų Angara – A5M ar Angara – A5V. Galima tikėtis, kad Energija – 3 bus brangesnė už Angara – A5M, bet bus žymiai pigesnė už Angara – A5V. Apie nešančiųjų raketų kainas galima diskutuoti, bet svarbiausia yra tai, kad Angara – A5 pirmos – antros pakopų junginys susideda iš penkių modulių, turinčių 5 brangius variklius RD – 191 (РД – 191), o nešančiajai raketai Energija – 3 reikės tik trijų modulių su trimis, tegu ir kiek galingesniais, varikliais RD – 171 (РД – 171). Manoma, kad Energija – 3 skraidys iš Vostočnij kosmodromo po 2025 – ųjų metų.

Atsižvelgiant į tai, kad Sojuz – 5 galės iškelti į kosminę erdvę didesnę dalį Proton krovinių, po 2020 – ųjų metų užduočių raketų šeimai Angara praktiškai nelieka. Atrodo, kad Roskosmos’ – ui nėra jokios priežasties investuoti pinigus į nešančiosios raketos Angara – A5 modernizavimą ir statyti jai starto kompleksą Vostočnij kosmodrome. Paprasčiausia būtų tiesiog uždaryti programą ir nutraukti nesėkmingo projekto finansavimą. Tačiau yra bent trys priežastys liepiančios to nedaryti, nors dvi iš jų turi mažai ką bendro su strateginiu planavimu. 

Pirmoji priežastis. Šiuo metu nešančiųjų raketų Proton M eksploatacijos programa numatyta iki 2025 metų, o Sojuz – 5 negalės iškelti į kosminę erdvę visų jo naudingųjų krovinių. Tikėtina, kad Gynybos ministerija nenorės paleisti savo palydovų iš Jūros starto privačios kompanijos S7 pajėgomis. Juolab plaukiojantis kosmodromas įsikūręs Kalifornijoje. Todėl, atsisakius nešančiųjų raketų Angara, reikėtų pratęsti nešančiųjų raketų Proton eksploataciją iki to laiko, kada po sėkmingų bandymų pradės skraidyti nešančioji raketa Energija – 3. Tai nėra neįmanoma, nors derybos su Kazachstanu dėl raketų Proton gali būti labai sunkios.

Antroji priežastis. Kuriant pačią nešančiąja raketą Angara, buvo investuota daug pinigų. O pastaraisiais metais, esant naujiems Roskosmos vadovams, daug pinigų išleista Omsko gamybiniame susivienijime Poliot sukurti nešančiajai raketai Angara universalių modulių serijinę gamybą. Gamyba dar nesertifikuota, tačiau gali būti pradėta sekančiais metais, jeigu bandomasis nešančiosios raketos Angara, surinktos Omske, pavyzdys įveiks testus.  

Trečioji priežastis. Būtina atsižvelgti į raketų ir kosmoso sektoriaus, kuris Rusijoje primityviai valdomas valstybės, socialinį aspektą. Raketų grupę Sojuz – 5, Energija – 3, Energija – 5 kurs Kosmoso raketų korporacija Energija, o gamins Samaros Raketų ir kosmoso centras Progress. Uždarius Angara programą, Valstybinis kosmoso mokslo – gamybos M. Chruničev centras gamintų tik nešančiųjų raketų naudingojo krovinio greitinančiuosius blokus ir būsimų raketų viršutines pakopas, kurių kuras – skystas vandenilis ir skystas deguonis. akivaizdu, kad taip negali vegetuoti tokia stambi įmonė. 

Angara - A5 01Angara - A5 02Angara - A5 03Angara A5 03Angara - A5 04Angara - A5 04Angara A5 07Angara A5 09Angara - A5 05Angara - A5 06Angara A5 02Angara A5 01Angara - A5 07Angara - A5 09Angara - A5 08Angara - A5 10Angara A5 06Angara - A5 11Angara - A5 12Angara - A5 13Angara - A5 14Angara - A5 16Angara - A5 15Angara - A5 17Angara A5 12Angara - A5 19Angara - A5 20Angara - A5 21Angara - A5 22Angara - A5 23Angara - A5 24Angara - A5 25Angara - A5 26

Angara šeimos raketų charakteristikos (Pleseck kosmodromas)

Paaiškinimai: URM-1 –  universalus raketinis modulis – 1; RD-191 –  vienos kameros skysto kuro raketinis variklis (РД-191 – ракетный двигатель-191); URM-2 –  universalus raketinis modulis – 2; RD-0124A –  keturių kamerų skysto kuro raketinis variklis, kurio kuro komponentai – žibalas ir skystas deguonis (РД-0124A – ракетный двигатель-0124A); greitinantysis blokas KVSK (КВСК – кислородно – водородный среднего класса –  deguonies – vandenilio vidutinės klasės); greitinantysis blokas KVTK (КВТК – кислородно – водородный тяжелого класса –  deguonies – vandenilio sunkiosios klasės); Ha – apskritiminės orbitos aukštis, i – orbitos inklinacija, t.y. skrendančio kosminio aparato orbitos plokštumos posvyrio kampas su ekvatoriaus plokštuma; Hp – geopereinamosios orbitos perigėjus. Perigėjus – dirbtinio palydovo orbitos taškas, mažiausiai nutolęs nuo Žemės.

Nešančiųjų raketų Proton – M ir Angara – A5 palyginimas

Sunkiosios klasės dabar skraidančių nešančiųjų raketų charakteristikų palyginimas

*  – Siekiant optimizuoti patikimumo ir kainos rodiklius NASA, ESA nešančiosiose raketose specialus naudingąjį krovinį greitinantis blokas nenaudojamas. Jo funkciją puikiausiai atlieka nešančiosios raketos viršutinė pakopa, galinti tolimesnio skrydžio su naudinguoju kroviniu metu dar kartą įjungti variklį.

**  – Trupmenos skaitiklyje iškeliamo naudingojo krovinio masė iš kosmodromo Pleseck, panaudojus greitinantį bloką Briz – M (Бриз – М), o  trupmenos vardiklyje – iš kosmodromo Vostočnij, panaudojus greitinamuosius blokus DM (ДМ) arba KVTK (КВТК –  кислородно – водородный тяжелого класса –  deguonies – vandenilio sunkiosios klasės).

***  – Nešančiosios raketos Atlas V ir Delta IV Heavy gali iškelti palydovus į geostacionarią orbitą. Tačiau, naudojant šias raketas komerciniais tikslais, nutarta, kad kosminis aparatas pasiekia reikiamą vietą geostacionarioje orbitoje savo varikliais naudodamas savas kuro atsargas. Galutinė aparato masė priklauso nuo variklio charakteristikų (nuo to kiek liko nesudegusio kuro).

Nešančiosios raketos Angara – A5 surinkimas, elektriniai bandymai (2 min 17 s video). Šios raketos pastatymas aikštelėje (4 min 58 s video). 

   

Angara Family Angra Family

Nešančiųjų raketų Angara šeima: „Angara 1.2PP“, „Angara 1.2“, „Angara-А3“ с greitintuvu „Briz-М“, „Angara-А5“ с greitintuvu KVTK, „Angara-А5.2“, „Angara-А7“ с greitintuvu KVTK-А7


Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *