Ракета-носитель «Союз-2», прошлое, настоящее и будущее

Союз-2 относится к категории ракет-носителей (РН) с тремя ступенями, позиционируемое как средний класс, разработанное и производимое самарским ракетно-космическим центром «Прогресс», посредством глубокого пересмотра конструкции РН «Союз - У». Также в составе этих изделий следует отметить 2-х ступенчатую ракету «Союз - 2.1в», относящееся к легкому классу. Предназначение «Союзов» - выводить космические грузы на уровень низких, средних, высоких, солнечно-синхронных, геопереходных и геостационарных орбит, используя для этого имеющиеся комплексы для старта. Среди объектов, выводимых на перечисленные орбиты, находится место пилотируемым и грузовым космическим кораблям, которые запускаются по программе МКС.

Ракета-носитель "Союз-2" является 3-х ступенчатой ракетой с общей длиной больше 51 метра и диаметром, равным 10 метрам 30 см, со стартовой массой 31300 кг. С помощью этой ракеты-носителя на высоту низкой орбиты Земли можно вывести массу полезного груза от 2,8 до 9,2 тонн, что связано с модификацией изделия и местом пуска. Через несколько лет линейка ракет «Союз-2» будет постепенно заменяться перспективными РН «Союз-5» («Феникс»).

Период становления

«Биография» ракеты-носителя берет старт с 20 мая 1954 года с известной резолюции руководства СССР о производстве межконтинентальной баллистической ракеты Р-7 под руководством С. П. Королева. Теоретические основы производства энергетических установок к ракетным комплексам были сформированы М. В. Келдышем и его командой. Разработкой новых мощных двигателей для Р-7 занималось КБ, которым управлял В. П. Глушко. В последнее время идет постепенное вытеснение ракет-ветеранов новинками типа «Союз-2» моделей 1а и 1б, которое шло параллельно с летными испытаниями новой ракеты:

• После последнего старта РН «Молния-М» в заключительный день сентября 2010 года, знаменующего окончание ее использования, и заключительной в космической практике совместной связки «Союза-ФГ» с РБ «Фрегат», пришедшей на 22.07.2012 года, все выводы полезных нагрузок с помощью РН «Молния-М» во всем диапазоне орбит стали осуществляться посредством РН «Союз-2» в паре с тем же РБ.
• КА ДЗЗ (космический аппарат дистанционного зондирования земли), предназначенные для использования на Низкой опорной орбите (НОО), которые ранее выводились РН «Союз-У», с конца 2014 года почти в полном объеме перешли к «Союзу-2». Это же относится и КА типа «Ресурс-ДК» и «Ресурс-П», для вывода которых применялся «Союз-ФГ», а с 2013 года данная функция перешла также к «Союзу-2».
• КА в интересах науки серии «Бион» с 2013 года и «Фотон» годом позже теперь отправляются на орбиту посредством той же ракеты «Союз-2».
• Корабли для транспортировки грузов серии «Прогресс» все чаще и чаще выходят на орбиту не посредством РН «Союз-У», а «Союз-2», и эта переориентация на 100% произойдет в течение 2017 года.
• Корабли с экипажами на борту серии «Союз» преимущественно выходили на орбиту с помощью РН «Союз-ФГ». Перевод на «Союз-2» пришлось приостановить в середине 2013 года, поскольку не хватало денег, выделяемых Роскосмосом на эту цель. Зимой 2016 года указанный фронт работ был полностью заморожен. Окончательный переход на «Союз-2» предполагается в течение 2020 года.

Достоинства и недостатки

Поскольку «Союз-2» есть результат глубокой переделки РН «Союз-У», то он обладает собственным реестром достоинств и недоработок по сравнению с остальными РН, относящимися к данному классу.

К его достоинствам можно отнести:

• совершенство конструкции (с учетом ближайших «предшественников» произведено на конец 2010 года примерно 800 запусков), причем это одна из наименее аварийных РН в мировой практике;
• не слишком форсированные двигатели 1-й и 2-й ступеней (величина давления внутри камер сгорания не превышает 68,6 bar), и 3-й ступени (для 1а), что обеспечивает значительную их надежность;
• освоенность производства наряду с отлаженным технологическим процессом, что способствует заметному снижению ошибок, идеально выверенные способы мониторинга, что сильно уменьшает себестоимость изделия.

Не полностью удалось избавиться и от проблем:

• некоторый набор недоработок в устройстве, приводящий к уменьшению массовой отдачи, чем ту, что можно было бы получить, применяя более совершенные технические подходы:
• переход на перекись водорода для использования в турбонасосных агрегатах двигателей ступеней № 1 и 2 взамен применения составляющих топлива, сгораемых в ЖРД;
  производить наддув топливных емкостей не тяжелым азотом, а легким гелием;
• применение ЖРД, работающего по открытому циклу с малым КПД, вместо ЖРД с закрытым циклом;
• поворотный стартовый стол, не дающий автоматизировать процесс заправки РН, применение ручной работы по стыковке электрических и пневматических разъемов после установки РН на стол, для чего необходимо много «обслуги», и что ведет к увеличению риска огрехов в процессе подготовки к пуску РН;
• подвеска РН в районе верхней части первой ступени вместо установки РН «на основание» требует заметно более сложного стартового комплекса, который по характерному абрису называют «тюльпаном».

Практическая реализация

Период летных испытаний РН «Союз-2.1а начался в октябре 2004 года и финишировал выводом на орбиту КА «Меридиан-3» через 6 лет в ноябрьские дни. Испытательные полеты изделий 1б стартовали в первый месяц зимы 2006 года и закончились запуском КА «Ресурс-П» № 1 летом 2013 года. Некоторые последние пуски указанной ракеты в данное время происходили за рамками испытательных полетов.

Оборудование корабля вместе с агрегатами и узлами, принадлежавшие изделиям СТ-А и СТ-Б испытывались, а обтекатели категории СТ адаптировались, совместно с такими же испытаниями моделей 1а и 1б. Полностью укомплектованные изделия СТ-А и СТ-Б испытывались с мая 2010 года. С февраля 2016 года эта пара РН начинает штатно эксплуатироваться. Полетные испытания изделия 1в произошли в конце 2013 года запуском на околоземную орбиту полезных грузов в виде космических аппаратов и калибровочных сфер. К началу 2011 года было осуществлено десять испытательных запусков, из которых шесть приходиться на модификацию 1а, и четыре – на модификацию 1б. Исключая первый пуск модификации 1а, остальные девять пусков выводили коммерческую полезную нагрузку на орбиту. В ближайшей перспективе планируется продолжить испытательные полеты в объеме по пяти и более пусков на каждую модификацию.

Будущее

Со временем ракета-носитель «Союз-2» вытиснится линейкой РН «Союз-5» («Феникс»), создаваемой в ракетно-космическом центре «Прогресс» (головной исполнитель). Основным вариантом является двухступенчатая модификация «Союз-5.1», относящаяся к среднему классу, и имеющая тандемную схему. Топливом для нее служит двухкомпонентный состав, представленный сжиженным природным газом и жидким кислородом. Полезная нагрузка по массе составляет примерно 8500 кг. У других разрабатываемых вариантов может быть иная массовая полезная нагрузка и другое топливо, например, керосин. В течение девяти лет, начиная с 2016 года, планируется формировка условий Роскосмосом, относящихся к космическому ракетному комплексу «Феникс» (2016-17 гг.) и осуществление ОКР, начиная с 2018 года.

Также планируется с 2016 года и в течение девяти лет создать космический ракетный комплекс сверхтяжелого класса, на котором в качестве боковых блоков первой ступени будут использованы приспособленные блоки 1-й ступени РН «Феникс». Планируется, что вопрос по сверхтяжелой ракете-носителю на основе «Феникса» будет решен Роскосмосом течение следующего года. Всего планируется, начиная с третьего квартала 2016 г. и до 2024 г., произвести 67 пусков ракет «Союз-2» вариантов 1а, 1б, 1в и СТ-Б в интересах отечественных и зарубежных космических программ.