Ангара: Российская семья ракет-носителей

Введение

Российская семья космических ракет-носителей

Семья ракет-носителей "Ангара" (русский: Ангара) — это семейство ракет-носителей, разрабатываемое Московским государственным исследовательским и производственным космическим центром имени Хруничева. Рассчитанные на вывод от [значение] до [значение] тонн полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту, ракеты-носители "Ангара" вместе с модификациями "Союза-2" призваны заменить ряд существующих ракет-носителей.

История

После распада Советского Союза некоторые ранее советские ракеты-носители требовали компонентов от компаний, расположенных теперь в Украине, таких как Южное конструкторское бюро, производившее «Зенит-2», и Южмаш, производившее «Днепр» и «Циклон». Кроме того, основной космодром Советского Союза, Байконур, находился в Казахстане, и Россия столкнулась с трудностями при ведении переговоров о его использовании. Это привело к решению в 1992 году разработать новую полностью российскую ракету-носитель под названием «Ангара», чтобы заменить ракеты-носители, производство которых теперь осуществлялось за пределами страны, и обеспечить России доступ в космос без использования Байконура. Предполагалось, что эта ракета-носитель в идеале должна использовать частично завершенную стартовую площадку для «Зенит-2» на российском космодроме Плесецк и быть способной выводить военные спутники на геосинхронную орбиту, что было невозможно для «Протона» из-за отсутствия стартовой площадки на космодроме Плесецк. Несколько компаний представили свои предложения по новой ракете-носителю, и в 1994 году победителем был признан КБ Хруничева, разработчик «Протона». Коммерческий успех «Протона» в течение следующих двух десятилетий стал бы преимуществом для КБ Хруничева, поскольку проект «Ангара» сразу же столкнулся с проблемами финансирования из-за недостатка средств в российском правительстве. Первоначальный проект КБ Хруничева предусматривал использование модифицированного двигателя РД-170 для первой ступени и второй ступени, работающей на жидком водороде. К 1997 году от идеи использования водородной второй ступени отказались в пользу керосина, а РД-170 был заменен модульной конструкцией, работающей на новом двигателе РД-191, однокамерном двигателе, разработанном на базе четырехкамерного РД-170. В конце 1997 года КБ Хруничева получило одобрение российского правительства на продолжение работы над новым проектом, который должен был заменить ракеты-носители на базе МБР «Днепр», «Циклон» и «Рокот» в их уменьшенных вариантах, а также выводить спутники на геостационарную орбиту с космодрома Плесецк с помощью «Ангары-А5» класса «Протон». К 2004 году конструкция «Ангары» была завершена, и проект перешел к разработке пусковых установок. В 2008 году НПО Энергомаш, производитель РД-191, сообщило, что двигатель завершил разработку и огневые испытания и готов к производству и поставке, а в январе 2009 года первая завершенная первая ступень «Ангары» была доставлена в КБ Хруничева. В следующем году Владимир Нестеров, генеральный директор КБ Хруничева, объявил, что первый летный испытательный полет «Ангары» запланирован на 2013 год, и в 2013 году первый прототип ракеты-носителя «Ангара» прибыл на космодром Плесецк. В 2014 году, спустя 22 года после первоначальной концепции «Ангары», состоялся первый запуск 9 июля 2014 года – суборбитальный испытательный полет «Ангары-1.2ПП» с северного космодрома Плесецк. 23 декабря 2014 года был выполнен первый испытательный полет «Ангары-А5», которая была выведена на геосинхронную орбиту. 14 декабря 2020 года, через 6 лет после первого испытательного полета, состоялся второй испытательный полет «Ангары-А5» с космодрома Плесецк. По словам главы Роскосмоса Дмитрия Рогозина, озвученного после запуска в декабре 2020 года, в 2021 году планировалось еще два запуска «Ангары»: «Ангара-1.2» и «Ангара-А5» с новым разгонным блоком «Персей». В 2021 году состоялся только запуск «Ангары-А5» с верхней ступенью «Персей». Первый полет «Ангары-1.2» состоялся 29 апреля 2022 года.

After the dissolution of the Soviet Union, some formerly Soviet launch vehicles required components from companies now located in Ukraine, such as Yuzhnoye Design Bureau, which produced Zenit 2, and Yuzhmash, which produced Dnepr and Tsyklon. Additionally, the Soviet Union's main spaceport, Baikonur Cosmodrome, was located in Kazakhstan, and Russia encountered difficulties negotiating for its use. This led to the decision in 1992 to develop a new entirely Russian launch vehicle, named Angara, to replace the launch vehicles now built outside of the country, and ensure Russian access to space without Baikonur. It was decided that this vehicle should ideally use the partially completed Zenit 2 launch pad at the Russian Plesetsk Cosmodrome, and be able to launch military satellites into geosynchronous orbit, which Proton could not due to lack of a launch pad at Plesetsk Cosmodrome. Several companies submitted bids for the new launch vehicle, and in 1994 Khrunichev, the developer of Proton, was selected as the winner. The commercial success of Proton over the next two decades would be an advantage to Khrunichev, as the Angara project immediately ran into funding difficulties from the cash strapped Russian government. Khrunichev's initial design called for the use of a modified RD 170 for first stage propulsion and a liquid hydrogen powered second stage. By 1997, the hydrogen powered second stage had been abandoned in favor of kerosene, and the RD 170 was replaced with a modular design which would be powered by the new RD 191, a one chamber engine derived from the four chamber RD 170. In late 1997, Khrunichev was given approval from the Russian government to proceed with their new design, which would both be able to replace the ICBM based Dnepr, Tsyklon, and Rokot with its smaller variants, as well as be able to launch satellites into geostationary orbit from Plesetsk with the Proton class Angara A5. By 2004, the design of Angara had taken shape and the project proceeded with development of the launchers. In 2008, NPO Energomash, the builder of the RD 191, reported that the engine had completed development and burn tests and was ready for manufacturing and delivery, and in January 2009 the first completed Angara first stage was delivered to Khrunichev. The next year Vladimir Nesterov, Director General of Khrunichev, announced that the first flight test of Angara would be scheduled for 2013, and in 2013 the first prototype Angara launch vehicle arrived in Plesetsk. In 2014, 22 years after Angara's original conception, the first launch took place on 9 July 2014, an Angara 1.2PP suborbital test flight from the northern Plesetsk Cosmodrome. On 23 December 2014, Angara A5's first test flight was performed, launching it into geosynchronous orbit. On 14 December 2020, 6 years after the first test flight, Angara A5's second test flight took place from Plesetsk. According to Roscosmos chief Dmitriy Rogozin speaking about future plans after the launch in December 2020, two more Angara launches were coming in 2021: an Angara 1.2 and an Angara A5 with a new booster, Persei. Only the launch of Angara A5 with Persei upper stage ended up happening in 2021. The maiden flight of Angara 1.2 happened on 29 April 2022.

URM-1: первый этап и бустеры

Универсальный ракетный модуль (УРМ 1) составляет основу каждой ракеты-носителя "Ангара". В ракете "Ангара А5" четыре дополнительных УРМ 1 выступают в качестве боковых блоков. Каждый УРМ 1 оснащен одним двигателем НПО Energomash RD 191, работающим на жидком кислороде и RP 1 (керосине).

URM-2: второй этап

Вторая ступень "Ангары", обозначенная как URM 2, использует один двигатель КБХА РД-0124А, также работающий на жидком кислороде и керосине. РД-0124А почти идентичен РД-0124, который в настоящее время используется на второй ступени "Союза-2", обозначенной как блок I. URM 2 имеет диаметр, предназначенный для "Ангары-А5" и других предлагаемых вариантов. "Ангара-1.2" будет использовать меньшую вторую ступень с двигателем РД-0124А, что может быть сделано для сохранения совместимости с блоком I.

Верхние ступени (после 2-го)

Ангара-1.2 не будет использовать разгонный блок, равно как и Ангара-А5 при выводе полезных нагрузок на низкие орбиты. Успешный первый запуск Ангары-1.2 состоялся 29 апреля 2022 года.

Ангара 1,2 ч.

Модифицированный Ангара 1.2, получивший название Ангара 1.2PP (Ангара 1.2 первый полет), совершил первый суборбитальный полет 9 июля 2014 года. Этот полет продолжался 22 минуты и нес на борту имитатор массы .

Ангара А5

Второй разработанной ракетой семейства «Ангара» стала тяжелая ракета-носитель «Ангара-А5», состоящая из одного центрального блока URM-1 и четырех боковых блоков URM-1, второй ступени URM-2 и верхней ступени, либо «Бриз-М», либо КВТК. Имея взлетную массу 773 тонны, «Ангара-А5» способна выводить на орбиту с наклонением 60° полезную нагрузку массой 24,5 тонны. «Ангара-А5» может доставить 5,4 тонны на орбиту ГПО с «Бризом-М» или 7,5 тонн на ту же орбиту с КВТК. Первый испытательный полет «Ангары-А5» состоялся 23 декабря 2014 года. Второй испытательный полет был осуществлен 14 декабря 2020 года с космодрома Плесецк. Третий испытательный полет был запущен 27 декабря 2021 года, также с Плесецка. Однако испытание верхней ступени «Персей» завершилось неудачей, и полезная нагрузка не была выведена с низкой околоземной орбиты на геостационарную.

Ангара 1.1

Первоначальные планы предусматривали создание еще меньшей ракеты "Ангара-1.1" с использованием разгона Бриз-КМ в качестве второй ступени и грузоподъемностью 2 тонны. От этой версии отказались, так как она оказалась в той же категории по полезной нагрузке, что и ракета "Союз-2.1в", совершившая свой первый полет в 2013 году.

Ангара А5П

Хруничев предложил ракету-носитель "Ангара А5", способную выводить на орбиту новый пилотируемый космический корабль массой до 18 тонн: "Ангара 5P". Эта версия будет оснащена четырьмя ускорителями УРМ1, окружающими центральный блок УРМ1, но не будет иметь второй ступени, полагаясь на космический корабль для завершения выхода на орбиту с немного суборбитальной траектории, подобно "Бурану" или Space Shuttle. Это дает возможность запустить и проверить все двигатели на земле, устраняя вероятность отказа двигателя после отделения ступени. Двигатели РД-191 также могут работать на пониженной тяге для повышения безопасности.

Ангара А5В

Хруничев предложил модернизированный вариант ракеты Angara A5 с новой большой водородной верхней ступенью (URM 2V) в качестве замены URM 2 и увеличенной тягой двигателей на ступенях URM 1. Тяга боковых блоков URM 1 будет увеличена на 10% в течение первых 40 секунд, чтобы обеспечить хорошее соотношение тяги к весу даже после замены URM 2 на более тяжелую URM 2V. Также рассматривается возможность использования перекрестной схемы подачи топлива и более мощных двигателей РД-195 для URM 1. Ожидаемая грузоподъемность A5V составит около 35-40 тонн на НОО в зависимости от окончательной конфигурации.

Ангара А7

Существуют предложения по созданию более тяжелой версии ракеты-носителя "Ангара-А7" массой 1133 тонны, способной выводить 35 тонн на орбиту с наклонением 60° или доставлять 12,5 тонн на геопереходную орбиту (ГПО) с использованием увеличенного разгонного блока КВТК А7 в качестве второй ступени вместо блока URM-2.

Ангара-100

Angara 100 — это предложение 2005 года от КБХ (Хруничев), по созданию сверхтяжелой ракеты-носителя для программы NASA "Vision for Space Exploration". Ракета должна была состоять из четырех боковых блоков с двигателями РД-170, центрального блока с двигателем РД-180 и криогенной верхней ступени, использующей модифицированный двигатель РД-0120 "Энергия", РД-0122. Ее грузоподъемность на НОО должна была превышать 100 тонн.

Байкал

Вместе с НПО "Молния" компания "Хруничев" также предложила многоразовый ускоритель URM 1 под названием "Байкал". URM 1 будет оснащен крылом, хвостовым оперением, шасси, двигателем для возврата и двигателями управления ориентацией, чтобы ракета-носитель могла вернуться на аэродром после выполнения своей миссии.

Активный

Версия Angara 1.2 Angara A5 Booster N/A 4 x URM 1 Первая ступень 1 x URM 1 1 x URM 1 Вторая ступень Модифицированный блок I URM 2 Третья ступень (не используется для LEO) – Briz M/Blok DM 03/KVTK Бустеры N/A 2 x URM 1 4 x URM 1 4 x URM 1 6 x URM 1 6 x URM 1 Первая ступень 1 x URM 1 1 x URM 1 1 x URM 1 1 x URM 1 1 x URM 1 1 x URM 1 Вторая ступень Briz KM Модифицированный блок I – URM 2V KVTK A7 Blok DM 03/KVTK KVTK2 А7В Тяга (на уровне моря) 1.92 МН 5.77 МН 9.61 МН 10.57 МН 13.44 МН Масса при взлете 149 т 481 т 713 т 815 т 821 т 1133 т 1323 т Высота (максимальная) 34.9 м 45.8 м ? ? ? 65,7 м Полезная нагрузка (LEO 200 км) 2.0 т 14.6 т 18.0 т 35 т 40 т 35 т 50 т Полезная нагрузка (GTO) – 2.4/3.6 т – 11.9 т 13.3 т 12.5 т 19 т Полезная нагрузка (GEO) – 1.0/2.0 т – 7.2 т 8 т 7.6 т 11.4 т

Испытания и производство

Производство универсальных ракетных модулей и верхних ступеней "Бриз-М" будет осуществляться на дочернем предприятии "Хруничев" – Производственной корпорации "Полет" в Омске. В 2009 году "Полет" инвестировал более 771,4 млн рублей (около 25 млн долларов США) в производственные линии для "Ангары". Это позволило бы постепенно вывести из эксплуатации ракету "Протон", использование которой на космодроме Байконур в Казахстане вызывало возражения из-за применения больших объемов высокотоксичных UDMH и N2O4, а также из-за проблем с надежностью.

Связанные проекты

Южнокорейский носитель ракет Naro 1 использовал первую ступень, созданную на базе URM 1 ракеты-носителя "Ангара" (оснащенную модификацией двигателя РД-191 с пониженной тягой, РД-151). Первый полет состоялся 25 августа 2009 года. Полет оказался неудачным, однако первая ступень отработала штатно. Второй запуск 10 июня 2010 года завершился аварией, когда связь с ракетой была потеряна через 136 секунд после старта. Совместная комиссия по анализу причин аварии не смогла прийти к единому мнению относительно ее причины. Третий полет, состоявшийся 30 января 2013 года, успешно вывел полезную нагрузку на орбиту.