Ракета-носитель сверхлегкого класса

Ракета-носитель сверхлегкого класса

Начнем

Задача снижения стоимости вывода полезной нагрузки в данный момент остро стоит во всем мире. Уже сейчас за рубежом активными темпами набирает популярность организация частных космических предприятий, благодаря которым наблюдаются позитивные тенденции в области снижения стоимости пусков на международном рынке по выведению на орбиту космических аппаратов (КА). Если рассматривать КА с точки зрения средств выведения, то есть как полезную нагрузку ракеты-носителя (РН), то КА будет классифицироваться по массогабаритным характеристикам и высотой опорной орбиты, на которую его необходимо вывести. Наблюдаемая в настоящее время тенденция к уменьшению веса и габаритов космических аппаратов наряду с увеличением количества малых космических аппаратов (МКА) [1] объясняется не только низкой стоимостью изготовления и запуска, но и сравнительно малыми сроками разработки, а также возможностью решения разнообразных задач в интересах бизнеса и науки [2]. Общее понятие МКА довольное широкое: в него входят все искусственные спутники массой от 0.5 кг. до 1 тонны. Наиболее перспективным и в данный момент активно развивающимся направлением является формат МКА типа CubeSat. В настоящий момент выведенное, а также прогнозируемое количество CubeSat приведено на рисунок 1

Рисунок 1. Тенденции развития МКА [3]

Необходимо также принимать во внимание планы развертывания многоспутниковых группировок, прежде всего низкоорбитальных космических систем широкополосной связи, которые в ближайшие 10 лет могут насчитывать более 16 000 малых космических аппаратов класса мини, массой до 300–400 кг. Для осуществления поддержания группировок будут необходимы легкие РН [4], рассчитанные на выведение на низкую околоземную орбиту полезной нагрузки массой от единиц килограммов до 500 килограммов. К таким носителям будут предъявляться требования минимальной стоимости и высокой оперативности пуска. Отличительная особенность группировок малых КА – низкие сроки жизни отдельных спутников на НОО из-за ускоренного по сравнению с более тяжелыми спутниками затухания орбиты и постепенной деградации применяемой при их создании промышленной и потребительской электроники. Поскольку все проектно-конструктивные параметры РН взаимосвязаны, минимизация стоимости пуска РН с технико-экономической точки зрения может быть достигнута за счет использования более современных технологий изготовления элементов РН (применение аддитивных технологий), применения доступных на рынке потребительских и промышленных узлов и агрегатов (особенно это актуально при разработке систем управления) повышением энергомассового совершенства, частичной замены натурных испытаний виртуальными при изготовлении конструкции, а также повторным использованием агрегатов РН.

На основе анализа рынка спутников сформированы следующие требования к перспективной РН:

масса полезной нагрузки: 250 кг;

целевая орбита: 500 км.

Кроме того, с учётом опыта ведущих зарубежных частных космических компаний (Space X, Blue Origin и др.) а также, исходя из интересов долгосрочного перспективного развития космической отрасли, требующих кардинального снижения стоимости запуска полезной нагрузки, было решено рассматривать вариант частично-многоразовой РН. Варианты полностью многоразовой системы, такие как воздушный старт + воздушно-космический самолёт и одноступенчатая РН, были отброшены в связи с высоким техническим риском. Более перспективными были признаны варианты системы с возвращаемой первой ступенью.

Рассмотрим варианты компоновок РН см. рисунок 2.

Тандемная схема (у которой ступени расположены одна за другой и работают в полёте поочерёдно)

Пакетная схема (несколько блоков, расположенных параллельно и относящихся к разным ступеням, работают в полёте одновременно)

Рисунок 2. Варианты компоновок РН

Вариантов реализации «многоразовости» для данных компоновок немного, как правило, рассматривается тандемная схема с многоразовой первой ступенью (как у Falcon 9), или пакетная схема с многоразовыми боковыми блоками (как у гипотетической Энергии – 2), Однако, нам показалось, что при решении такой нетривиальной задачи стоит смотреть на вопрос более широко не ограничиваясь только классическими вариантами компоновки одноразовых РН. И в пакетной, и в тандемной схеме вторая ступень при выведении нагружается аэродинамическими усилиями и нагревом, хотя ее рабочий участок пролегает в разреженных верхних слоях атмосферы. Можно выиграть в массовых характеристиках, отказавшись от теплозащитного покрытия и уменьшив толщину обшивки баков и адаптера, если разместить вторую ступень в отсеке первой ступени, защитив конструкцию второй ступени от теплового и силового воздействия атмосферы. Проанализировав в первом приближении баллистические и массовые характеристики РН для траекторий выведения полезной нагрузки массой 250 кг на опорную орбиту 500 км мы пришли к выводу, что оптимальная масса второй ступени для двухступенчатой ракеты с такими характеристиками составляет менее 5-ти тонн, а её максимальные линейные размеры с учетом полезной нагрузки не превышают 6,5 метров в длине и 1,7 метра в ширине, что даёт некоторую свободу в выборе компоновки. Было решено отказаться от использования сбрасываемого обтекателя и полностью разместить вторую ступень внутри специального отсека первой ступени. Первую же ступень решено делать конической формы, так как такая форма, как известно, обеспечивает приемлемые аэродинамические характеристики в широком диапазоне чисел Маха. Для повышения аэродинамического качества и управляемости см. рисунок 3 у РН имеется цельноповоротное оперение, размещенное в носовой части, а также дополнительные аэродинамические поверхности, размещенные в хвостовой части.

Рассмотрим далее основные параметры и некоторые результаты.

Виды ракет России

Межконтинентальные баллистические ракеты

По типу размещения межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) делят на пускаемые:

• из шахтных пусковых установок (ШПУ) — РС-18, PC-20;
• с мобильных пусковых устройств на основе колесного шасси — «Тополь»;
• с железнодорожных устройств — РТ-23УТТХ «Молодец»;
• с морского / океанского дна — «Скиф»;
• с подлодок — «Булава».

Межконтинентальная баллистическая ракета РС-20

Используемые сегодня ШПУ отлично защищают от поражающих факторов ядерного взрыва и довольно хорошо маскируют подготовку к пуску. Прочие способы размещения ракет гарантируют высокую мобильность и, соответственно, труднее обнаруживаются, но ограничивают армию и ВМФ в габаритах и массе МБР.

Крылатые ракеты высокой точности

Пять наигрознейших крылатых ракет отечественного производства:

1. Семейство «Калибр». Преимущественно ими наносятся удары по живой силе и инфраструктуре боевиков «оппозиции» и откровенных террористов в Сирии. Разработка, стартовавшая в 1980-х годах на основе стратегической ядерной 3М10 и противокорабельной «Альфа», завершена в 1993 году. В НАТО кодифицируются как Sizzler. Дальность удара по морским объектам — до 350 км, по береговым — до 2600;
2. Стратегическая ракета класса воздух-земля Х-101 (вариация с ядерной боеголовкой — Х-102). Спроектирована в КБ «Радуга» к 2013 году. Тоже применялась в Сирии по вышеуказанным целям. В основном входит в комплект вооружения бомбардировщиков Ту-22 и Ту-160. Точные параметры Х-101 скрыты от публики, но по неофициальным сведениям ее максимальная дальность — около 9 тыс. км;
3. Противокорабельная П-270 «Москит» (в НАТО кодифицируется как SS-N-22 Sunburn). Создана в 1970-х в СССР. Может топить любые корабли водоизмещением до 20 тыс. тонн. Дальность — до 120 км по маловысотной и 250 км по высотной траектории. Для преодоления системы ПВО (ПРО) делает маневр «змейка»;
4. Стратегическая авиационная Х-55, класса воздух-земля — для бомбардировщиков Ту-95 и Ту-160. Движется на дозвуковой скорости, огибая находящийся внизу ландшафт, чем сильно усложняет перехват. Мощность взрыва более чем в 20 раз превосходит показатель пресловутой Little Boy, сброшенной американцами в 1945-м на Хиросиму;
5. П-700 «Гранит» — противокорабельная ракета большой дальности, для разгрома крупных корабельных и корабельно-авиационных группировок противника. Поражает объекты на дистанции до 550 км. Устройствами П-700 вооружен, среди прочих, тяжелый крейсер-авианосец «Адмирал Кузнецов».

Пуск противокорабельной ракеты П-700 «Гранит»

Противокорабельные ракеты

Помимо вышеупомянутых крылатых ПКР, нужно отметить ракету Х-35 вместе с РК «Уран», созданную в 1995 году госкомпанией «Звезда-стрела».

Х-35 способна топить корабли водоизмещением до 5 тыс. т. Благодаря компактным габаритам и небольшой массе используется в качестве вооружения кораблей любого класса, включая корветы и катера, а также вооружения различных летательных аппаратов, включая вертолеты и легкие истребители. Для пусков Х-35 созданы береговые РК «Бал».

Строение Х-35 двухступенчатое, включающее стартовый ускоритель, маршевый двигатель, активную радиолокационную самонаводящуюся систему. Дальность достигает 260 километров. Поражающая часть фугасная, массой 145 кг.

Авиационные ракеты России

Особо грозное достояние российских ВВС — модернизированная вариация Р-37М «Стрела». Эта управляемая ракета типа воздух-воздух является № 1 в мире по дальности.

В НАТО она кодифицируется как AA-13 «Arrow».

Применяется в качестве вооружения:

• тяжелых истребителей Су-27;
• сверхманевренных истребителей Су-35;
• истребителей-перехватчиков МиГ-31БМ.

Уникальными свойствами Р-37М являются динамическая неустойчивость и высочайшая маневренность. Они и позволяют ей, обойдя все вражеские противоракетные средства, поразить летучую цель, которая приблизилась к истребителю на 300 и менее километров.

По оценкам ряда военных экспертов, Р-37М и аналогичная китайская PL-15 способны с легкостью сбивать американские воздушные топливозаправщики, служащие для обеспечения беспосадочных полетов их стратегических бомбардировщиков, а также самолеты разведки, управления и радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Победы в сегодняшних войнах просто невозможны без перечисленных подсобных ЛА, при этом эффективность новейших ракет воздух-воздух России и КНР лишает США преимущества в воздухе.

Суперновое отечественное оружие класса воздух-поверхность — гиперзвуковая ракета Х-47М2 «Кинжал», предназначенная для разрушения наземных и наводных объектов. По информации авторитетных СМИ, РК «Кинжал» является авиационной модификацией семейства «Искандер». Дальность устройства с 500-кг боевой частью определяется свойствами бомбардировщика и составляет от 2 тыс. до 3 тыс. километров.

Самолет МиГ-31 с ракетой Х-47М2 «Кинжал»

Носители

Ракетами серии «Калибр-НК» и «Калибр-ПЛ» оборудуются следующие корабли иностранных и российских флотов

• Фрегаты проекта 22350;
• Фрегаты проекта 11356;
• Фрегаты типа «Тальвар»;
• Фрегаты типа «Шивалик»;
• Корветы проекта 20385;
• Ракетные корабли проекта 11661 (в зависимости от модификации);
• Малые ракетные корабли проекта 21631;
• Малые ракетные корабли проекта 22800;
• Патрульные корабли проекта 22160 (в зависимости от модификации);
• Подводные лодки проекта 955 «Борей» (в качестве неосновного вооружения);
• Подводные лодки проекта 885 «Ясень»;
• Подводные лодки проекта 636 «Варшавянка»;
• Подводные лодки проекта 677.

По словам Виктора Чиркова, бывшего главнокомандующего ВМФ в скором будущем большинство кораблей ВМФ России советской постройки, в том числе и крейсер проекта 1144, эсминцы проекта 956 и противолодочные корабли проекта 1155, после модернизации, получили на вооружение ракетные комплексы с ракетами Оникс и Калибр.

В последние годы создано, сдано или сдается в эксплуатации ПО и средства загрузки для ракетных комплексов 3К14, 3М55, 9К, 3К96 и для малогабаритного торпедного комплекса «Пакет», находящихся на современных кораблях ВМФ РФ. Семейство вертикальных ПУ надводных кораблей типа 3С14 обеспечивает размещение на НК проектов 1161К, 21631, 11356М изделия комплекса 3К14, а на НК проектов 22350, 20385, 11442М, к тому же еще и изделий комплексов 3М55 и 9К ОКБ. КБСМ является создателем и поставщиком серийно изготавливаемых транспортно-пусковых стаканов из композиционных материалов, имеющих разрушаемую крышку для изделий комплекс 9К и 3К14. Для загрузки изделий указанных комплектов в ПУ НК разработаны комплексы средств погрузки типа СМ-456.

Вряд ли неприменимость ПКРК «Оникс» в некоторых УКСК как-то связана с размерами боеприпасов, так как 3М14 и 3М55 имеют приблизительно одинаковую длину (по некоторой информации около 8,1 и 8,6 метров). Вероятней всего боевой комплект 3С14 за счет системы управления урезается искусственно. Особенно нелепо это выглядит с 20385 (с «Ониксом») и 11356 (без «Оникса).

• Россия.
• Китай.
• Индия.