Страница:
Работы с изделиями «ОК-МЛ-1» и «ОК-МТ» обеспечили подготовку к пуску летного корабля без существенных замечаний.
Самая большая по объему и сложности экспериментальная отработка была проведена на комплексном стенде «КС-ОК» орбитального корабля «Буран». Основной особенностью, отличающей «КС-ОК» от других стендов, является то, что в его состав входили полноразмерный аналог орбитального корабля «Буран», укомплектованный штатными по составу бортовыми системами, и штатный комплект наземного испытательного оборудования.
На «КС-ОК» проводились: комплексная отработка взаимодействия бортовых систем при имитации штатных режимов работы и в расчетных нештатных ситуациях; проверка электрических связей аналога орбитального корабля «Буран», входящего в состав «КС-ОК», с эквивалентом ракеты-носителя «Энергия»; отработка режимов предстартовой подготовки и методики парирования нештатных ситуаций; отработка бортового и наземного (испытательного) программно-математического обеспечения и его сопряжения с аппаратными средствами вычислительных комплексов, бортовых систем и наземного испытательного оборудования с учетом возможных нештатных ситуаций; отработка эксплуатационной документации, предназначенной для проведения испытаний и наземной предполетной подготовки «Бурана»; проверка правильности выполнения доработок материальной части; обучение и тренировка специалистов, участвующих в наземной предполетной подготовке и натурных испытаниях орбитального корабля «Буран».
Анализ результатов экспериментальной отработки на «КС-ОК» позволил обосновать ряд технических решений о возможности сокращения объемов работ по наземной предполетной подготовке корабля «Буран» без снижения ее качества.
В зарубежной печати неоднократно сообщалось, что существовал атмосферный самолет-аналог «БТС-01», якобы предназначенный для совместного использования с самолетом-носителем «М-201М» (модернизированный вариант бомбардировщика «ЗМ» ОКБ имени Мясищева). «БТС-01» должен был располагаться на верхней внешней подвеске над фюзеляжем самолета-носителя и отделяться от него в полете с последующей самостоятельной посадкой. Приводились даже данные по испытательным полетам: «…экипаж аналога БТС-01 состоял из летчиков-космонавтов Евгения Хрунова и Георгия Шонина, самолет-носитель пилотировали Юрий Когулов и Петр Киев».
В реальности же аналог «БТС-001» использовался для наземных статических испытаний на прочность конструкции, после завершения которых на его основе был создан аттракцион в московском парке имени Горького.
Однако описанная схема с использованием самолета-носителя «ЗМ-Т» («Атлант») действительно применялась для транспортировки крупноразмерных агрегатов ракеты-носителя «Энергия» и орбитального корабля «Буран» с заводов-изготовителей на космодром Байконур.
Для атмосферных же испытаний был разработан специальный экземпляр орбитального корабля «БТС-002 ГЛИ» (заводское обозначение — «ОК-ГЛИ»), который оснащался штатными бортовыми системами и оборудованием, функционирующим на заключительном участке полета «Бурана».
Отличия в аэродинамической компоновке аналога «БТС-002 ГЛИ» от орбитального корабля «Буран» при полном соответствии массовых, центровочных и инерционных характеристик, в том числе и органов аэродинамического управления, заключались в установке четырех турбореактивных двигателей «АЛ-31» конструкции ОКБ имени Люльки с суммарной тягой в 40 тонн (два боковых двигателя были оснащены форсажными камерами) и удлиненной передней стойки шасси, обеспечившей заданный стояночный угол.
«БТС-002 ГЛИ» был построен в 1984 году и носил серийный номер «СССР-3501002». Габариты атмосферного корабля-аналога: длина — 36,4 метра, высота — 16,4 метра, размах крыла — 24 метров, объем кабины экипажа — 73 м3, максимальный взлетный вес — 92 тонны. Параметры полета: высота — 6000 метров, максимальная скорость — 600 км/ч, посадочная скорость — 300–330 км/ч.
Основные задачи летных испытаний с использованием аналога «БТС-002 ГЛИ» включали: отработку участка посадки в ручном и автоматическом режимах, проверку летно-технических характеристик на дозвуковых режимах полета, проверку устойчивости и управляемости, отработку системы управления при реализации в ней штатных алгоритмов посадки.
Испытания проводились в Летно-исследовательском институте Министерства авиапромышленности (город Жуковский). 10 ноября 1985 года состоялся первый полет корабля-аналога. Всего до апреля 1988 года было проведено 24 полета. Из них 17 полетов — в режиме автоматического управления до полного останова на взлетно-посадочной полосе. Общий налет «БТС-002 ГЛИ» составляет около 8 часов.
Первым летчиком-испытателем корабля-аналога «БТС-002 ГЛИ» был Игорь Волк, руководитель группы кандидатов в космонавты, готовившихся по программе «Буран». Кроме него, аналог пилотировали Римантас Станкявичюс, Александр Щукин, Иван Бачурин, Алексей Бородай и Анатолий Левченко.
Каждый испытательный полет состоял из следующих этапов: этапа разбега, взлета и набора высоты, которые выполнялись в режиме ручного пилотирования с автоматическим обеспечением устойчивости и управляемости; этапа испытательных режимов, проводимых для оценки характеристик устойчивости и управляемости на участке прямолинейного полета при постоянной скорости; этап разгона и торможения в горизонтальном полете, виражи с плавно нарастающей (до 2g) перегрузкой; этапы предпосадочного маневрирования, захода на посадку, посадки, пробега по взлетно-посадочной полосе и останова, на которых имитировались штатные профили снижения, посадки и останова орбитального корабля в ручном и автоматическом режимах.
Отработка участка посадки проводилась также на двух специально оборудованных летающих лабораториях, созданных на базе самолетов «Ту-154». Для выдачи заключения на первый пуск было выполнено 140 полетов, в том числе 69 — автоматических посадок. Полеты осуществлялись на аэродроме ЛИИ и посадочном комплексе Байконура.
Ракета-носитель «Энергия»
Первый и последний полет «Бурана»
Самая большая по объему и сложности экспериментальная отработка была проведена на комплексном стенде «КС-ОК» орбитального корабля «Буран». Основной особенностью, отличающей «КС-ОК» от других стендов, является то, что в его состав входили полноразмерный аналог орбитального корабля «Буран», укомплектованный штатными по составу бортовыми системами, и штатный комплект наземного испытательного оборудования.
На «КС-ОК» проводились: комплексная отработка взаимодействия бортовых систем при имитации штатных режимов работы и в расчетных нештатных ситуациях; проверка электрических связей аналога орбитального корабля «Буран», входящего в состав «КС-ОК», с эквивалентом ракеты-носителя «Энергия»; отработка режимов предстартовой подготовки и методики парирования нештатных ситуаций; отработка бортового и наземного (испытательного) программно-математического обеспечения и его сопряжения с аппаратными средствами вычислительных комплексов, бортовых систем и наземного испытательного оборудования с учетом возможных нештатных ситуаций; отработка эксплуатационной документации, предназначенной для проведения испытаний и наземной предполетной подготовки «Бурана»; проверка правильности выполнения доработок материальной части; обучение и тренировка специалистов, участвующих в наземной предполетной подготовке и натурных испытаниях орбитального корабля «Буран».
Анализ результатов экспериментальной отработки на «КС-ОК» позволил обосновать ряд технических решений о возможности сокращения объемов работ по наземной предполетной подготовке корабля «Буран» без снижения ее качества.
В зарубежной печати неоднократно сообщалось, что существовал атмосферный самолет-аналог «БТС-01», якобы предназначенный для совместного использования с самолетом-носителем «М-201М» (модернизированный вариант бомбардировщика «ЗМ» ОКБ имени Мясищева). «БТС-01» должен был располагаться на верхней внешней подвеске над фюзеляжем самолета-носителя и отделяться от него в полете с последующей самостоятельной посадкой. Приводились даже данные по испытательным полетам: «…экипаж аналога БТС-01 состоял из летчиков-космонавтов Евгения Хрунова и Георгия Шонина, самолет-носитель пилотировали Юрий Когулов и Петр Киев».
В реальности же аналог «БТС-001» использовался для наземных статических испытаний на прочность конструкции, после завершения которых на его основе был создан аттракцион в московском парке имени Горького.
Однако описанная схема с использованием самолета-носителя «ЗМ-Т» («Атлант») действительно применялась для транспортировки крупноразмерных агрегатов ракеты-носителя «Энергия» и орбитального корабля «Буран» с заводов-изготовителей на космодром Байконур.
Для атмосферных же испытаний был разработан специальный экземпляр орбитального корабля «БТС-002 ГЛИ» (заводское обозначение — «ОК-ГЛИ»), который оснащался штатными бортовыми системами и оборудованием, функционирующим на заключительном участке полета «Бурана».
Отличия в аэродинамической компоновке аналога «БТС-002 ГЛИ» от орбитального корабля «Буран» при полном соответствии массовых, центровочных и инерционных характеристик, в том числе и органов аэродинамического управления, заключались в установке четырех турбореактивных двигателей «АЛ-31» конструкции ОКБ имени Люльки с суммарной тягой в 40 тонн (два боковых двигателя были оснащены форсажными камерами) и удлиненной передней стойки шасси, обеспечившей заданный стояночный угол.
«БТС-002 ГЛИ» был построен в 1984 году и носил серийный номер «СССР-3501002». Габариты атмосферного корабля-аналога: длина — 36,4 метра, высота — 16,4 метра, размах крыла — 24 метров, объем кабины экипажа — 73 м3, максимальный взлетный вес — 92 тонны. Параметры полета: высота — 6000 метров, максимальная скорость — 600 км/ч, посадочная скорость — 300–330 км/ч.
Основные задачи летных испытаний с использованием аналога «БТС-002 ГЛИ» включали: отработку участка посадки в ручном и автоматическом режимах, проверку летно-технических характеристик на дозвуковых режимах полета, проверку устойчивости и управляемости, отработку системы управления при реализации в ней штатных алгоритмов посадки.
Испытания проводились в Летно-исследовательском институте Министерства авиапромышленности (город Жуковский). 10 ноября 1985 года состоялся первый полет корабля-аналога. Всего до апреля 1988 года было проведено 24 полета. Из них 17 полетов — в режиме автоматического управления до полного останова на взлетно-посадочной полосе. Общий налет «БТС-002 ГЛИ» составляет около 8 часов.
Каждый испытательный полет состоял из следующих этапов: этапа разбега, взлета и набора высоты, которые выполнялись в режиме ручного пилотирования с автоматическим обеспечением устойчивости и управляемости; этапа испытательных режимов, проводимых для оценки характеристик устойчивости и управляемости на участке прямолинейного полета при постоянной скорости; этап разгона и торможения в горизонтальном полете, виражи с плавно нарастающей (до 2g) перегрузкой; этапы предпосадочного маневрирования, захода на посадку, посадки, пробега по взлетно-посадочной полосе и останова, на которых имитировались штатные профили снижения, посадки и останова орбитального корабля в ручном и автоматическом режимах.
Отработка участка посадки проводилась также на двух специально оборудованных летающих лабораториях, созданных на базе самолетов «Ту-154». Для выдачи заключения на первый пуск было выполнено 140 полетов, в том числе 69 — автоматических посадок. Полеты осуществлялись на аэродроме ЛИИ и посадочном комплексе Байконура.
Ракета-носитель «Энергия»
14 мая 1987 года агентство ТАСС сообщило, что в период с 11 по 13 мая Генеральный секретарь ЦК КПСС Михаил Горбачев находится на космодроме Байконур и в городе Ленинске. В ходе пребывания в этих местах он имел многочисленные встречи и беседы с учеными, специалистами, рабочими, инженерно-техническими работниками, а также жителями города. Далее в сообщении ТАСС говорилось: «…Были показаны космические аппараты связи, телевидения, метеорологии и исследования космического пространства. В настоящее время на космодроме ведутся работы по подготовке к запуску новой универсальной ракеты-носителя, способной выводить на околоземные орбиты как многоразовые орбитальные корабли, так и крупногабаритные космические аппараты научного и народнохозяйственного назначения, в том числе модули для долговременных станций».
Теперь мы знаем, что под «универсальной ракетой» подразумевалась тяжелая ракета-носитель «Энергия». Интересно, что это название — «Энергия» — появилось именно во время визита Горбачева на Байконур. В то время она не имела собственного имени, фигурируя в документации под индексом «11К25». Выступая перед генсеком и членами правительства с докладом, Валентин Глушко предложил назвать ракету в честь девиза Перестройки — «Энергия». Идея встретила одобрение, и ракета наконец-то обрела имя, а весь ракетно-космический комплекс многоразового использования отныне назывался «Энергия-Буран».
Что же представляет собой последняя советская ракета-носитель?
Принципиальным отличием ракеты-носителя «Энергия» от системы «Спейс Шаттл» является способность доставлять в космос не только многоразовый орбитальный корабль (в пилотируемом и непилотируемом вариантах), но и другие полезные грузы больших масс и габаритов.
«Энергия» — самая мощная из ракет, созданных когда-либо в СССР. Оценить это можно, исходя из того, что «Энергия» обеспечивает выведение в космос аппаратов массой в пять раз больше, чем эксплуатируемый носитель «Протон», и в три раза больше, чем система «Спейс Шаттл».
Двухступенчатая ракета «Энергия» выполнена по пакетной схеме с параллельным расположением ступеней и боковым расположением полезного груза, в которой четыре боковых ракетных блока 1-й ступени (блоки «А») располагаются вокруг центрального ракетного блока 2-й ступени (блока «Ц»).
РН устанавливается на стартово-стыковочный блок (блок «Я»), предназначенный для ее стыковки с пусковой установкой стартового комплекса. Стартово-стыковочный блок служит опорным силовым элементом при сборке и транспортировке РН. После пуска ракеты стартово-стыковочный блок остается на пусковом устройстве и может использоваться повторно.
Пакетная схема компоновки ракеты-носителя была выбрана благодаря ее универсальности, подразумевающей возможность выведения разнообразных крупногабаритных полезных грузов (пилотируемых орбитальных кораблей и различных беспилотных космических аппаратов) и возможности создания на ее базе ряда ракет-носителей в широком диапазоне грузоподъемности (от 10 до 200 тонн) за счет изменения количества ракетных блоков 1-й ступени и использования различных вариантов блоков 2-й ступени.
Базовая модель (собственно ракета «Энергия») имеет стартовую массу 2400 тонн. Конечная масса 400 тонн включает массу полезного груза. Суммарная тяга двигателей в момент старта — около 3600 тонн. Общая длина ракеты-носителя «Энергия» — около 58,8 метра.
Ракета способна выводить на низкие орбиты ИСЗ полезную нагрузку до 100 тонн, на геостационарную орбиту — до 20 тонн, на траекторию полета к Луне — до 32 тонн. При этом она обеспечивает всеазимутальность пусков, но за базовые орбиты, определяемые районами падения отработавших ракетных блоков 1-й ступени, приняты орбиты с наклонением: 51, 65 и 97°.
При разработке конструктивно-компоновочной схемы ракеты-носителя ее создателям пришлось учитывать возможности производственно-технологической базы. Так, диаметр ракетного блока 2-й ступени (блок «Ц») был выбран 7,7 метра, так как больший диаметр (целесообразный по условиям оптимальности) реализовать было нельзя из-за отсутствия соответствующего оборудования для механической обработки, а диаметр ракетного блока 1-й ступени (блок «А») 3,9 метра диктовался возможностями железнодорожного транспорта.
Как видите, римские лошади и по сей день определяют собой черты и габариты космической техники.
Большое внимание при проектировании ракеты уделялось выбору компонентов топлива. Рассматривалась возможность использования твердого топлива на 1-й ступени, кислородно-керосинового топлива на обеих ступенях, однако отсутствие необходимой производственной базы для изготовления крупногабаритных твердотопливных двигателей и оборудования для транспортирования снаряженных двигателей исключило возможность реализации этих вариантов.
Двигательная установка ракеты-носителя «Энергия» состоит из четырех четырехкамерных кислородно-керосиновых двигателей «РД-170» (по одному на каждом из четырех блоков 1-й ступени ракеты) и четырех однокамерных кислородно-водородных двигателей «РД-0120» на центральном блоке 2-й ступени, а также пневмогидросистемы, обеспечивающей их функционирование. Тяга у земли двигателя 1-й ступени — 740 тонн, двигателя 2-й ступени — 146 тонн, в пустоте — 190 тонн. Двигатели «РД-170», специально разработанные для ракеты-носителя «Энергия», обладают рекордными параметрами и не имеют аналогов за рубежом, а двигатели «РД-0120» — первые мощные отечественные двигатели, использующие в качестве горючего жидкий водород.
Разновременный запуск всех двигателей ракеты-носителя у земли (двигатели центрального блока запускаются с опережением) и плавный набор ими тяги позволяют минимизировать внешние нагрузки на конструкцию ракеты-носителя и обеспечивают наиболее полный контроль функционирования двигательных установок до отрыва ракеты-носителя от пускового устройства, что исключает ее старт с неисправным двигателем. Широкие диапазоны регулирования тяги двигателей и массового соотношения компонентов топлива, поступающего в камеры, обеспечивают реализацию наиболее оптимальных параметров движения ракеты-носителя и синхронизацию опорожнения топливных баков. Штатное выключение двигателей происходит после их перевода на режим конечной ступени тяги, составляющей 40–50 % от номинального значения.
Ракета-носитель на активном участке полета управляется и стабилизируется путем отклонения вектора тяги двигателей 1-й и 2-й ступеней в двух плоскостях: на 1-й ступени качаются в двух плоскостях четыре камеры сгорания каждого двигателя, а на 2-й ступени — четыре двигателя в двух плоскостях каждый. Для этого двигатели имеют узлы качания, позволяющие изменять положение вектора тяги для управления ракетой-носителем.
Ракетный блок 1-й ступени занимает особое место среди новых проектно-конструкторских решений, так как проектировался унифицированным для семейства ракет-носителей среднего, тяжелого и сверхтяжелого классов. В соответствии с техническими требованиями, выдвинутыми к ракетно-космическому комплексу, «Энергия-Буран» должен быть многоразовым и использоваться в полете не менее десяти раз. Применительно к ракетному блоку с жидкостным ракетным двигателем такое требование было предъявлено впервые в мировой практике. В результате всесторонних исследований была выбрана парашютно-реактивная схема возвращения блока после его отделения от ракеты-носителя.
Элементы средств возвращения (парашютная система, твердотопливные ракетные двигатели мягкой посадки и разделение параблока на моноблоки, посадочное устройство, система управления возвращением) расположены частично внутри отсеков блока «А», большей частью — под крупногабаритными обтекателями, установленными на его наружной поверхности.
Понятно, что возвращение блоков и их повторное использование — это сложнейшая научно-техническая задача, которую предполагалось решать последовательно, по мере проведения экспериментальной отработки и увеличения числа пусков ракет-носителей типа «Энергия».
При первых летных испытаниях блоки «А» в составе ракеты-носителя не оснащались средствами возвращения — зато для обеспечения неизменных аэродинамических обводов на блоках «А» были установлены все обтекатели средств возвращения.
Программой летно-конструкторских испытаний системы «Энергия-Буран», утвержденной в 1986 году, предусматривалось десять пусков ракеты-носителя «Энергия» с кораблем «Буран» — причем первые пуски должны были быть беспилотными.
Учитывая отставание в изготовлении первой летной ракеты-носителя и орбитального корабля, главный конструктор НПО «Энергия» Борис Губанов предложил провести первый запуск, используя экспериментальную ракету под индексом «6С». В качестве полезного груза должен был выступать уже готовый космический аппарат «Скиф-ДМ» (подробнее об этом аппарате я расскажу в главе 18).
Предложение о пуске экспериментальной ракеты-носителя, после доработки получившей индекс «6СЛ», вызвало дискуссию, продолжавшуюся до начала 1987 года. В конце концов разрешение на пуск выдали под ответственность НПО «Энергия».
Первый пуск ракеты-носителя «Энергия-6СЛ» был проведен 15 мая 1987 года в 21 час 30 минут (по московскому времени) с задержкой на пять часов. Задержка была вызвана негерметичностью разъемного стыка трубопроводов по линии управляющего давления. Эту неисправность удалось оперативно устранить.
Пуск прошел успешно. Изменение всех параметров движения ракеты по времени полностью соответствовало данным предварительного моделирования. «Скиф-ДМ» отделился на 482-й секунде полета на заданной высоте.
В сообщении ТАСС от 17 мая 1987 года отмечалось:
«Успешное начало летно-конструкторских испытаний ракеты-носителя «Энергия» является крупным достижением отечественной науки и техники в год 70-летия Великого Октября, открывает новый этап в развитии советской ракетно-космической техники и широкие перспективы в мирном освоении космического пространства».
Триумф от запуска новой ракеты несколько омрачила гибель аппарата «Скиф-ДМ». Тут следует заметить, что при планировании состава первой экспериментальной ракеты конструкторы предполагали отправить на орбиту простейший макет полезной нагрузки, представлявший собой цилиндр из толстолистовой стали с оживальной носовой частью диаметром 4 метра и длиной около 25 метров. По внешним габаритам он был аналогом будущего грузового отсека, но пустой внутри. Разделявшие его переборки служили только для увеличения веса. По программе полета он должен был приводниться вместе со второй ступенью «Энергии» в акватории Тихого океана.
Но мнение разработчиков расходилось с планами руководства и Генерального конструктора Глушко. Они считали, что пуск следует завершить полетом реального космического объекта. Так, на роль полезной нагрузки была отобрана 80-тонная космическая станция «Скиф-ДМ», которой впоследствии присвоили официальное название «Полюс».
После отделения от ракеты-носителя «Полюс» должен был совершить маневр поворота на 180 по тангажу и на 90 по крену. Этот маневр был выполнен штатно. Однако процесс «переворачивания» из-за ошибки, заложенной в программе полета макета, не прекратился, а продолжился.
В расчетный момент автоматически включилась маршевая двигательная установка, которая сообщила бы космическому аппарату дополнительную скорость порядка 60 м/с, необходимую для его выхода на штатную орбиту. В связи с тем, что разворачивание продолжалось, «Полюс», не добрав нужной скорости и совершая сложный кульбит относительно баллистической траектории, врезался в океан.
ТАСС прокомментировало это обстоятельство весьма сдержанно:
«Вторая ступень ракеты-носителя вывела в расчетную точку габаритно-весовой макет спутника. […] Однако из-за нештатной работы его бортовых систем макет на заданную орбиту не вышел и приводнился в акватории Тихого океана».
Теперь мы знаем, что под «универсальной ракетой» подразумевалась тяжелая ракета-носитель «Энергия». Интересно, что это название — «Энергия» — появилось именно во время визита Горбачева на Байконур. В то время она не имела собственного имени, фигурируя в документации под индексом «11К25». Выступая перед генсеком и членами правительства с докладом, Валентин Глушко предложил назвать ракету в честь девиза Перестройки — «Энергия». Идея встретила одобрение, и ракета наконец-то обрела имя, а весь ракетно-космический комплекс многоразового использования отныне назывался «Энергия-Буран».
Что же представляет собой последняя советская ракета-носитель?
Принципиальным отличием ракеты-носителя «Энергия» от системы «Спейс Шаттл» является способность доставлять в космос не только многоразовый орбитальный корабль (в пилотируемом и непилотируемом вариантах), но и другие полезные грузы больших масс и габаритов.
«Энергия» — самая мощная из ракет, созданных когда-либо в СССР. Оценить это можно, исходя из того, что «Энергия» обеспечивает выведение в космос аппаратов массой в пять раз больше, чем эксплуатируемый носитель «Протон», и в три раза больше, чем система «Спейс Шаттл».
Двухступенчатая ракета «Энергия» выполнена по пакетной схеме с параллельным расположением ступеней и боковым расположением полезного груза, в которой четыре боковых ракетных блока 1-й ступени (блоки «А») располагаются вокруг центрального ракетного блока 2-й ступени (блока «Ц»).
РН устанавливается на стартово-стыковочный блок (блок «Я»), предназначенный для ее стыковки с пусковой установкой стартового комплекса. Стартово-стыковочный блок служит опорным силовым элементом при сборке и транспортировке РН. После пуска ракеты стартово-стыковочный блок остается на пусковом устройстве и может использоваться повторно.
Пакетная схема компоновки ракеты-носителя была выбрана благодаря ее универсальности, подразумевающей возможность выведения разнообразных крупногабаритных полезных грузов (пилотируемых орбитальных кораблей и различных беспилотных космических аппаратов) и возможности создания на ее базе ряда ракет-носителей в широком диапазоне грузоподъемности (от 10 до 200 тонн) за счет изменения количества ракетных блоков 1-й ступени и использования различных вариантов блоков 2-й ступени.
Базовая модель (собственно ракета «Энергия») имеет стартовую массу 2400 тонн. Конечная масса 400 тонн включает массу полезного груза. Суммарная тяга двигателей в момент старта — около 3600 тонн. Общая длина ракеты-носителя «Энергия» — около 58,8 метра.
Ракета способна выводить на низкие орбиты ИСЗ полезную нагрузку до 100 тонн, на геостационарную орбиту — до 20 тонн, на траекторию полета к Луне — до 32 тонн. При этом она обеспечивает всеазимутальность пусков, но за базовые орбиты, определяемые районами падения отработавших ракетных блоков 1-й ступени, приняты орбиты с наклонением: 51, 65 и 97°.
При разработке конструктивно-компоновочной схемы ракеты-носителя ее создателям пришлось учитывать возможности производственно-технологической базы. Так, диаметр ракетного блока 2-й ступени (блок «Ц») был выбран 7,7 метра, так как больший диаметр (целесообразный по условиям оптимальности) реализовать было нельзя из-за отсутствия соответствующего оборудования для механической обработки, а диаметр ракетного блока 1-й ступени (блок «А») 3,9 метра диктовался возможностями железнодорожного транспорта.
Как видите, римские лошади и по сей день определяют собой черты и габариты космической техники.
Большое внимание при проектировании ракеты уделялось выбору компонентов топлива. Рассматривалась возможность использования твердого топлива на 1-й ступени, кислородно-керосинового топлива на обеих ступенях, однако отсутствие необходимой производственной базы для изготовления крупногабаритных твердотопливных двигателей и оборудования для транспортирования снаряженных двигателей исключило возможность реализации этих вариантов.
Двигательная установка ракеты-носителя «Энергия» состоит из четырех четырехкамерных кислородно-керосиновых двигателей «РД-170» (по одному на каждом из четырех блоков 1-й ступени ракеты) и четырех однокамерных кислородно-водородных двигателей «РД-0120» на центральном блоке 2-й ступени, а также пневмогидросистемы, обеспечивающей их функционирование. Тяга у земли двигателя 1-й ступени — 740 тонн, двигателя 2-й ступени — 146 тонн, в пустоте — 190 тонн. Двигатели «РД-170», специально разработанные для ракеты-носителя «Энергия», обладают рекордными параметрами и не имеют аналогов за рубежом, а двигатели «РД-0120» — первые мощные отечественные двигатели, использующие в качестве горючего жидкий водород.
Разновременный запуск всех двигателей ракеты-носителя у земли (двигатели центрального блока запускаются с опережением) и плавный набор ими тяги позволяют минимизировать внешние нагрузки на конструкцию ракеты-носителя и обеспечивают наиболее полный контроль функционирования двигательных установок до отрыва ракеты-носителя от пускового устройства, что исключает ее старт с неисправным двигателем. Широкие диапазоны регулирования тяги двигателей и массового соотношения компонентов топлива, поступающего в камеры, обеспечивают реализацию наиболее оптимальных параметров движения ракеты-носителя и синхронизацию опорожнения топливных баков. Штатное выключение двигателей происходит после их перевода на режим конечной ступени тяги, составляющей 40–50 % от номинального значения.
Ракетный блок 1-й ступени занимает особое место среди новых проектно-конструкторских решений, так как проектировался унифицированным для семейства ракет-носителей среднего, тяжелого и сверхтяжелого классов. В соответствии с техническими требованиями, выдвинутыми к ракетно-космическому комплексу, «Энергия-Буран» должен быть многоразовым и использоваться в полете не менее десяти раз. Применительно к ракетному блоку с жидкостным ракетным двигателем такое требование было предъявлено впервые в мировой практике. В результате всесторонних исследований была выбрана парашютно-реактивная схема возвращения блока после его отделения от ракеты-носителя.
Элементы средств возвращения (парашютная система, твердотопливные ракетные двигатели мягкой посадки и разделение параблока на моноблоки, посадочное устройство, система управления возвращением) расположены частично внутри отсеков блока «А», большей частью — под крупногабаритными обтекателями, установленными на его наружной поверхности.
Понятно, что возвращение блоков и их повторное использование — это сложнейшая научно-техническая задача, которую предполагалось решать последовательно, по мере проведения экспериментальной отработки и увеличения числа пусков ракет-носителей типа «Энергия».
При первых летных испытаниях блоки «А» в составе ракеты-носителя не оснащались средствами возвращения — зато для обеспечения неизменных аэродинамических обводов на блоках «А» были установлены все обтекатели средств возвращения.
Программой летно-конструкторских испытаний системы «Энергия-Буран», утвержденной в 1986 году, предусматривалось десять пусков ракеты-носителя «Энергия» с кораблем «Буран» — причем первые пуски должны были быть беспилотными.
Учитывая отставание в изготовлении первой летной ракеты-носителя и орбитального корабля, главный конструктор НПО «Энергия» Борис Губанов предложил провести первый запуск, используя экспериментальную ракету под индексом «6С». В качестве полезного груза должен был выступать уже готовый космический аппарат «Скиф-ДМ» (подробнее об этом аппарате я расскажу в главе 18).
Предложение о пуске экспериментальной ракеты-носителя, после доработки получившей индекс «6СЛ», вызвало дискуссию, продолжавшуюся до начала 1987 года. В конце концов разрешение на пуск выдали под ответственность НПО «Энергия».
Первый пуск ракеты-носителя «Энергия-6СЛ» был проведен 15 мая 1987 года в 21 час 30 минут (по московскому времени) с задержкой на пять часов. Задержка была вызвана негерметичностью разъемного стыка трубопроводов по линии управляющего давления. Эту неисправность удалось оперативно устранить.
Пуск прошел успешно. Изменение всех параметров движения ракеты по времени полностью соответствовало данным предварительного моделирования. «Скиф-ДМ» отделился на 482-й секунде полета на заданной высоте.
В сообщении ТАСС от 17 мая 1987 года отмечалось:
«Успешное начало летно-конструкторских испытаний ракеты-носителя «Энергия» является крупным достижением отечественной науки и техники в год 70-летия Великого Октября, открывает новый этап в развитии советской ракетно-космической техники и широкие перспективы в мирном освоении космического пространства».
Триумф от запуска новой ракеты несколько омрачила гибель аппарата «Скиф-ДМ». Тут следует заметить, что при планировании состава первой экспериментальной ракеты конструкторы предполагали отправить на орбиту простейший макет полезной нагрузки, представлявший собой цилиндр из толстолистовой стали с оживальной носовой частью диаметром 4 метра и длиной около 25 метров. По внешним габаритам он был аналогом будущего грузового отсека, но пустой внутри. Разделявшие его переборки служили только для увеличения веса. По программе полета он должен был приводниться вместе со второй ступенью «Энергии» в акватории Тихого океана.
Но мнение разработчиков расходилось с планами руководства и Генерального конструктора Глушко. Они считали, что пуск следует завершить полетом реального космического объекта. Так, на роль полезной нагрузки была отобрана 80-тонная космическая станция «Скиф-ДМ», которой впоследствии присвоили официальное название «Полюс».
После отделения от ракеты-носителя «Полюс» должен был совершить маневр поворота на 180 по тангажу и на 90 по крену. Этот маневр был выполнен штатно. Однако процесс «переворачивания» из-за ошибки, заложенной в программе полета макета, не прекратился, а продолжился.
В расчетный момент автоматически включилась маршевая двигательная установка, которая сообщила бы космическому аппарату дополнительную скорость порядка 60 м/с, необходимую для его выхода на штатную орбиту. В связи с тем, что разворачивание продолжалось, «Полюс», не добрав нужной скорости и совершая сложный кульбит относительно баллистической траектории, врезался в океан.
ТАСС прокомментировало это обстоятельство весьма сдержанно:
«Вторая ступень ракеты-носителя вывела в расчетную точку габаритно-весовой макет спутника. […] Однако из-за нештатной работы его бортовых систем макет на заданную орбиту не вышел и приводнился в акватории Тихого океана».
Первый и последний полет «Бурана»
Программа первого полета орбитального самолета, за которым оставалось название «Буран», неоднократно пересматривалась.
Предлагались трехсуточный и двухвитковый варианты. По первому варианты особые трудности могло вызвать то, что не были отработаны узлы открытия створок отсека полезного груза и система обеспечения теплового режима, энергоустановка на основе топливных элементов также не была готова.
А второй вариант, в свою очередь, позволял выполнить основную задачу — демонстрацию спуска в атмосфере и посадки в автоматическом режиме.
Для реализации второго варианта были выполнены следующие мероприятия. Вместо топливных элементов поставили аккумуляторные батареи. Для записи параметров работы систем и параметров полета в отсеке полезного груза разместили блок дополнительных приборов. Створки решили не открывать, а сброс тепла обеспечить за счет испарения воды.
Кроме того, в кабине «Бурана» установили телекамеру, которая «смотрела» вперед через остекление. При этом масса «Бурана» стала меньше расчетной и составляла на старте 79,4 тонны.
Блок дополнительных приборов, фигурировавший в документации под индексом «37КБ», включал следующие дополнительные системы, приборы и агрегаты: систему бортовых измерений; аварийную система питания «Бурана» (48 аккумуляторных батарей); автономную систему питания самого блока (12 аккумуляторных батарей); систему обеспечения теплового режима; систему пожарообнаружения и пожаротушения; систему обеспечения газового состава; систему внутреннего освещения.
Сам по себе блок «37КБ» представлял собой гермоотсек диаметром 4,1 метра и кольцевых проставок, которые крепились к шпангоутам с двух сторон. Общая длина блока — 5,1 метра при массе 7150 килограммов и объеме 37 м3.
На проставках устанавливались узлы крепления «37КБ» в отсеке полезной нагрузки. Аппаратура располагалась как внутри гермоотсека, так и снаружи. «37КБ» был связан с орбитальным кораблем посредством электрических интерфейсов через четыре платы. Для контроля за работой аппаратуры в нештатных ситуациях предусматривалось посещение модуля экипажем.
Первый беспилотный полет орбитального корабля «Буран» был запланирован непродолжительным: два витка, или 206 минут полета. В соответствии с его задачами и программой были задействованы состав и режимы работы бортовых и наземных систем.
В период с 14 января по 2 февраля 1988 года над ракетой «Энергия-1Л» проводились работы на старте с целью комплексной проверки всех систем. Фактически эта ракета была готова взлететь уже в марте. Сложнее обстояли дела со сборкой и испытаниями первого орбитального корабля — он еще не был готов. Собранная ракета прошла целую серию дополнительных испытаний и проверок.
Наконец 23 мая собранный пакет «1Л» с установленным на нем орбитальным кораблем «1К1» был привезен на старт для совместных испытаний всех систем. При этих испытаниях была выявлена рассогласованность систем управления орбитального корабля и ракеты. Когда проблему удалось разрешить, ракета вернулась в монтажно-испытательный корпус.
Это было 10 июня 1988 года.
Только 9 октября работы по подготовке комплекса «Энергия-Буран» были завершены, и утром 10 октября огромный установщик массой 3,5 тысячи тонн с ракетой и кораблем с помощью четырех синхронизированных мощнейших тепловозов поплыл в сторону старта. 26 октября Государственная комиссия на основе докладов о готовности систем ракеты-носителя, орбитального корабля и комплекса в целом разрешила техническому руководству приступить к заключительным операциям, заправке и осуществлению пуска комплекса «Энергия-Буран» под индексом «1Л» 29 октября 1988 года в 6 часов 23 минуты.
28 октября в 21 час по московскому времени Государственная комиссия и техническое руководство прибыли на командный пункт старта, когда уже начались подготовительные операции к заправке ракеты. Боевой расчет работал слаженно.
К утру 29 октября, практически в назначенное время — за десять минута до старта — начались автоматические операции взведения ракетной системы и набора готовности. Но за 51 секунду до команды к началу движения ракеты пуск был прекращен: не отделилась платформа прицеливания.
В 7 часов ТАСС первый раз сообщило о задержке пуска на 4 часа, вместо назначенного на 6 часов 23 минуты. Второй раз в 10 часов 30 минут ТАСС сообщило, что была автоматически выдана команда на прекращение дальнейших работ, ведется устранение возникших замечаний. Начался слив компонентов топлива — обязательная процедура при прохождении команды о прекращении подготовки запуска. Тут же возникла новые проблемы — засорился фильтр в бортовой заправочно-сливной магистрали одного из блоков «А».
Эту проблему удалось решить благодаря акробатической пластичности, которую проявил квалифицированный слесарь Александр Швырков, который добрался по хвостовому отсеку и переустановил фильтр — ракету не пришлось снимать со старта.
Однако на доработку платформы прицеливания и новую заправку ракеты ушло довольно много времени. Следующая попытка запустить комплекс была назначена на 15 ноября 1988 года.
Репортаж спецкора «Правды» с космодрома Байконур:
«За сутки байконурцы с тревогой вглядывались в пасмурное небо и вслушивались в метеопрогноз. Где-то блуждал циклон. Вспомнились задержки пуска «Спейс Шаттла» из-за погоды. Вообще-то, специалисты рекомендовали систему «Энергия-Буран» как почти всепогодную. Как носитель, так и корабль должны летать в любое время года и суток, в дождь и в снег. Ограничения по максимальному напору ветра на разных высотах — те же, что и для обычных ракет. Но для первых летных испытаний разработчики очень хотели бы не отказываться от визуального контроля, особенно в связи с мерами безопасности на заключительном этапе — посадке корабля. […] Снова едем ночью вокруг яркой стартовой площадки.
Чувствуется, как напряжена окрестная степь. Посты оцепления, поезда с эвакуированными, колонны пожарных машин в аварийно-спасательных группах. […] В этот раз руководство космодрома пошло навстречу прессе и приблизило ее к месту событий, разместив в объединенном командно-диспетчерском пункте непосредственно у посадочной полосы.
Отсюда значительно лучше, чем с прежнего НП, виден старт «Энергии». Правда, пугает ураганный ветер, рвущий крышу со здания. Брякнуло и посыпалось стекло с диспетчерского «фонаря» на крыше диспетчерского пункта. Но это не смущает летчика-космонавта И. Волка, который наводит на старт телевик фотоаппарата. По дорожке разбегается МиГ — воздушные наблюдения за стартом и подъемом ракеты…»
Циклограмма предстартовой подготовки проходит без замечаний. Но погодные условия ухудшаются. Председатель Государственной комиссии получает очередной доклад метеорологической службы с прогнозом: «Штормовое предупреждение». Как известно, самое трудное в авиации — это посадка, особенно в сложных погодных условиях. Орбитальный корабль «Буран» не имеет двигателей для полета в атмосфере, на его борту не было экипажа, а посадка предусматривалась с первого и единственного захода — все это еще усложняло ситуацию. Тем не менее специалисты, создавшие орбитальный корабль, заверили членов Государственной комиссии, что они уверены в успехе: для системы автоматической посадки этот случай не предельный. Решение на пуск было принято.
Предлагались трехсуточный и двухвитковый варианты. По первому варианты особые трудности могло вызвать то, что не были отработаны узлы открытия створок отсека полезного груза и система обеспечения теплового режима, энергоустановка на основе топливных элементов также не была готова.
А второй вариант, в свою очередь, позволял выполнить основную задачу — демонстрацию спуска в атмосфере и посадки в автоматическом режиме.
Для реализации второго варианта были выполнены следующие мероприятия. Вместо топливных элементов поставили аккумуляторные батареи. Для записи параметров работы систем и параметров полета в отсеке полезного груза разместили блок дополнительных приборов. Створки решили не открывать, а сброс тепла обеспечить за счет испарения воды.
Кроме того, в кабине «Бурана» установили телекамеру, которая «смотрела» вперед через остекление. При этом масса «Бурана» стала меньше расчетной и составляла на старте 79,4 тонны.
Блок дополнительных приборов, фигурировавший в документации под индексом «37КБ», включал следующие дополнительные системы, приборы и агрегаты: систему бортовых измерений; аварийную система питания «Бурана» (48 аккумуляторных батарей); автономную систему питания самого блока (12 аккумуляторных батарей); систему обеспечения теплового режима; систему пожарообнаружения и пожаротушения; систему обеспечения газового состава; систему внутреннего освещения.
На проставках устанавливались узлы крепления «37КБ» в отсеке полезной нагрузки. Аппаратура располагалась как внутри гермоотсека, так и снаружи. «37КБ» был связан с орбитальным кораблем посредством электрических интерфейсов через четыре платы. Для контроля за работой аппаратуры в нештатных ситуациях предусматривалось посещение модуля экипажем.
Первый беспилотный полет орбитального корабля «Буран» был запланирован непродолжительным: два витка, или 206 минут полета. В соответствии с его задачами и программой были задействованы состав и режимы работы бортовых и наземных систем.
В период с 14 января по 2 февраля 1988 года над ракетой «Энергия-1Л» проводились работы на старте с целью комплексной проверки всех систем. Фактически эта ракета была готова взлететь уже в марте. Сложнее обстояли дела со сборкой и испытаниями первого орбитального корабля — он еще не был готов. Собранная ракета прошла целую серию дополнительных испытаний и проверок.
Наконец 23 мая собранный пакет «1Л» с установленным на нем орбитальным кораблем «1К1» был привезен на старт для совместных испытаний всех систем. При этих испытаниях была выявлена рассогласованность систем управления орбитального корабля и ракеты. Когда проблему удалось разрешить, ракета вернулась в монтажно-испытательный корпус.
Это было 10 июня 1988 года.
Только 9 октября работы по подготовке комплекса «Энергия-Буран» были завершены, и утром 10 октября огромный установщик массой 3,5 тысячи тонн с ракетой и кораблем с помощью четырех синхронизированных мощнейших тепловозов поплыл в сторону старта. 26 октября Государственная комиссия на основе докладов о готовности систем ракеты-носителя, орбитального корабля и комплекса в целом разрешила техническому руководству приступить к заключительным операциям, заправке и осуществлению пуска комплекса «Энергия-Буран» под индексом «1Л» 29 октября 1988 года в 6 часов 23 минуты.
К утру 29 октября, практически в назначенное время — за десять минута до старта — начались автоматические операции взведения ракетной системы и набора готовности. Но за 51 секунду до команды к началу движения ракеты пуск был прекращен: не отделилась платформа прицеливания.
В 7 часов ТАСС первый раз сообщило о задержке пуска на 4 часа, вместо назначенного на 6 часов 23 минуты. Второй раз в 10 часов 30 минут ТАСС сообщило, что была автоматически выдана команда на прекращение дальнейших работ, ведется устранение возникших замечаний. Начался слив компонентов топлива — обязательная процедура при прохождении команды о прекращении подготовки запуска. Тут же возникла новые проблемы — засорился фильтр в бортовой заправочно-сливной магистрали одного из блоков «А».
Эту проблему удалось решить благодаря акробатической пластичности, которую проявил квалифицированный слесарь Александр Швырков, который добрался по хвостовому отсеку и переустановил фильтр — ракету не пришлось снимать со старта.
Однако на доработку платформы прицеливания и новую заправку ракеты ушло довольно много времени. Следующая попытка запустить комплекс была назначена на 15 ноября 1988 года.
Репортаж спецкора «Правды» с космодрома Байконур:
«За сутки байконурцы с тревогой вглядывались в пасмурное небо и вслушивались в метеопрогноз. Где-то блуждал циклон. Вспомнились задержки пуска «Спейс Шаттла» из-за погоды. Вообще-то, специалисты рекомендовали систему «Энергия-Буран» как почти всепогодную. Как носитель, так и корабль должны летать в любое время года и суток, в дождь и в снег. Ограничения по максимальному напору ветра на разных высотах — те же, что и для обычных ракет. Но для первых летных испытаний разработчики очень хотели бы не отказываться от визуального контроля, особенно в связи с мерами безопасности на заключительном этапе — посадке корабля. […] Снова едем ночью вокруг яркой стартовой площадки.
Чувствуется, как напряжена окрестная степь. Посты оцепления, поезда с эвакуированными, колонны пожарных машин в аварийно-спасательных группах. […] В этот раз руководство космодрома пошло навстречу прессе и приблизило ее к месту событий, разместив в объединенном командно-диспетчерском пункте непосредственно у посадочной полосы.
Отсюда значительно лучше, чем с прежнего НП, виден старт «Энергии». Правда, пугает ураганный ветер, рвущий крышу со здания. Брякнуло и посыпалось стекло с диспетчерского «фонаря» на крыше диспетчерского пункта. Но это не смущает летчика-космонавта И. Волка, который наводит на старт телевик фотоаппарата. По дорожке разбегается МиГ — воздушные наблюдения за стартом и подъемом ракеты…»
Циклограмма предстартовой подготовки проходит без замечаний. Но погодные условия ухудшаются. Председатель Государственной комиссии получает очередной доклад метеорологической службы с прогнозом: «Штормовое предупреждение». Как известно, самое трудное в авиации — это посадка, особенно в сложных погодных условиях. Орбитальный корабль «Буран» не имеет двигателей для полета в атмосфере, на его борту не было экипажа, а посадка предусматривалась с первого и единственного захода — все это еще усложняло ситуацию. Тем не менее специалисты, создавшие орбитальный корабль, заверили членов Государственной комиссии, что они уверены в успехе: для системы автоматической посадки этот случай не предельный. Решение на пуск было принято.