Николай Сергеев. Русский космос идёт на прорыв

Николай Сергеев. Русский космос идёт на прорыв 28.04.2024 11:22

11 апреля 2024 года, в канун Дня космонавтики, в Российской Федерации и, соответственно, в Союзном государстве, состоялось важнейшее событие. С космодрома Восточный (Амурская обл., РФ) был произведён успешный запуск ракеты-носителя тяжёлого класса «Ангара-А5». 

Этот запуск открыл новый этап в развитии отечественной космонавтики, т.к. ракеты семейства «Ангара» в ближайшие десятилетия будут основными носителями в российских космических программах. 

Для выведения космических аппаратов на орбиту требуются ракеты-носители различных классов – от лёгких и средних до тяжёлых и сверхтяжёлых. При этом особое значение имеют именно сверхтяжёлые носители, способные доставлять в космос тяжёлые спутники связи и метеоспутники, модули орбитальных станций и пилотируемые космические корабли.
 

 
Старт ракеты-носителя «Ангара- А5»

От Советского Союза Российской Федерации в наследство досталась ракета тяжёлого класса «Протон-М», однако её эксплуатация связана с рядом существенных недостатков.

Во-первых, запускаться в космос она могла только с космодрома Байконур, который после распада СССР оказался. в «незалежном» многовекторном Казахстане.

Во-вторых, в качестве основы топлива для «Протона» используется ядовитый гептил, наносящий существенный вред природной среде.

В-третьих, необходимо было обеспечить технологический суверенитет Российской Федерации, производя все ключевые компоненты для ракет-носителей на российской территории. Следует заметить, что производство двигателей для первых ступеней «Протона» было прекращено в 2019 году, в том числе и из-за прекращения поставок некоторых комплектующих из-за рубежа. И в настоящее время Роскосмос донашивает последний десяток оставшихся в наличии ракет-носителей тяжёлого класса «Протон-М».

Таким образом, наличие семейства носителей «Ангара» в средне- и долгосрочной перспективе является необходимым условием для дальнейшего развития отечественной космонавтики.

Само по себе устройство «Ангары» представляет собой довольно удачное решение. Семейство «Ангара» имеет модульную конструкцию, когда с помощью различного числа универсальных ракетных модулей можно создать ракету носитель любого класса – от лёгкого до тяжёлого. В частности, ракета «Ангара-1.2» способна доставить на низкую околоземную орбиту 3,5 тонны полезной нагрузки, «Ангара-А5» – 26 тонн, а вот «Ангара-А5В» – уже 38 тонн.

Важное значение имеет и то обстоятельство, что в качестве топлива для ракетных двигателей РД-191 используется экологически чистая смесь жидкого кислорода и керосина. Это означает большую свободу в выборе траекторий запуска ракеты-носителя. 

Предполагается создание многоразовой версии тяжёлой ракеты «Ангара-А5В», которая сможет повторно использоваться до несколько десятков раз. Ракета-носитель с многоразовым блоком будет оснащена четырьмя посадочными опорами, которые будут выпускаться перед приземлением. Приземляться она сможет либо на плавучую платформу в Охотском море, либо на самом космодроме Восточный.

С одной стороны, многоразовость снизит полезную нагрузку тяжёлой «Ангары», но, с другой, уменьшится и стоимость эксплуатации. Ракеты-носители семейства «Ангара» будут выводить на орбиту и новый многоразовый российский космический корабль «Орёл». 

 
Многоразовый космический корабль «Орёл» (проект)

Полёт «Ангары-А5» с космодрома «Восточный» носил испытательный характер и потребовал от специалистов большого напряжения, что отметил глава Роскосмоса Юрий Борисов: «Для нас это были тяжёлые три дня, потому что это не телевизионное представление и не запуск праздничного фейерверка. Это рутинная тяжёлая работа. Мы приступили к началу лётно-конструкторских испытаний, которые предназначены для того, чтобы выявить все недочёты, все тонкости и обеспечить надёжность в будущем при серийных пусках «Ангары».

То, что старту предшествовали два переноса, потребовавшихся для устранения технических неполадок, является заурядным рабочим моментом. Куда хуже было бы, если бы проблемы возникли уже в полёте.

Когда надёжность тяжёлой «Ангары» достигнет должного уровня, она будет задействована в широком круге прорывных отечественных космических программ – от вывода на орбиту Земли модулей национальной орбитальной станции «РОСС» до обеспечения российской лунной программы.

Около трёх лет под эгидой Роскосмоса ведётся разработка сверхлёгкой ракеты-носителя (основной заказчик Минобороны РФ), которая будет иметь, возвращаемую ступень, использующую в качестве топлива сжиженный природный газ (СПГ).

Вот что сообщил по этому поводу генеральный директор госкорпорации «Роскосмос» Ю.И.Борисов: «Работа не афишировалась, т.к. этот носитель достаточно инновационный по своим конструкторским и технологическим решениям, там используются новые сплавы и композиционные материалы». 

Помимо того, Ракетно-космический центр «Прогресс» (г. Самара), начиная с 2020 года, ведёт разработку многоразовой ракеты-носителя «Амур-СПГ», которая будет работать на топливной паре СПГ-кислород и, по словам Юрия Борисова, может использоваться минимум 50 раз, а то и более 100 раз. 

В настоящее время на завершающей стадии строительства находится пилотируемый транспортный корабль нового поколения «Орёл». Первый пуск корабля «Орёл» намечен на 2028 год. Его главной задачей будет доставка космонавтов на Российскую орбитальную станцию. Предусмотрено участие «Орла» и в российской лунной программе. Выводить новый корабль на орбиту будет тяжёлая ракета «Ангара-А5М» с космодрома Восточный.
 
 

Российская орбитальная станция РОСС (проект)

Одновременно разрабатывается и грузопассажирский вариант пилотируемого корабля, который сможет вмещать от двух до четырёх космонавтов и 2–3 тонны груза в дополнительном отсеке. С 2028 по 2033 год к РОСС планируется отправить 10 таких пилотируемых кораблей.

Республика Беларусь также рассчитывает на участие в российской программе освоения космоса и надеется внести свой вклад в создание Российской орбитальной станции, о чём сообщил начальник управления аэрокосмической деятельности Национальной академии наук (НАН) Белоруссии академик П.А. Витязь.

Он подчеркнул, что у Национальной академии наук Белоруссии и Роскосмоса очень хорошие деловые и партнёрские отношения: «Надеемся, что в области дальнего космоса, освоения Луны и создания новой станции мы найдём общий язык с точки зрения взаимовыгодного сотрудничества».

В настоящее время в Российской Федерации разрабатывается проект транспортно-энергетического модуля с ядерной энергодвигательной установкой (ЯЭДУ) мегаваттного класса. ЯЭДУ содержат в своей конструкции компактный ядерный реактор, вырабатывающий тепло. Далее с помощью турбин тепловая энергия преобразуется в электричество и питает ионные электрореактивные двигатели. На текущий момент идёт разработка системы охлаждения реактора — на Земле это происходит за счёт напора воды, однако в условиях космоса такой возможности просто нет.

ЯЭДУ позволят развивать скорость космических аппаратов в разы быстрее, что откроет широкие возможности для исследования как ближайших Луны и Марса, так и отдалённых планет Солнечной системы и создания на них баз.

Вот что говорит о возможностях ЯЭДУ начальник отдела электрофизики Исследовательского центра имени М.В. Келдыша, профессор факультета аэрофизики и космических исследований Московского физико-технического института О. А. Горшков: «Использовать ЯЭДУ с ионными двигателями можно на межорбитальном многоразовом буксире (космический буксир «Зевс»). К примеру, возить грузы между низкими и высокими орбитами, осуществлять полёты к астероидам. Можно создать многоразовый лунный буксир или отправить экспедицию на Марс». По сведениям Роскосмоса, летные испытания ЯЭДУ намечены на 2030 год.
 

Российский космический буксир «Зевс» (проект)

Однако ядерные энергодвигательные установки – это уже настоящее, российская же наука смотрит в будущее. Так, в Объединенном институте высоких температур (ОИВТ) Российской академии наук воплощается прорывной научный проект «Фундаментальные основы энергетики будущего», который финансируется Российским научным фондом, Федеральным агентством научных организаций и ОИВТ РАН.

В рамках проекта решаются задачи, направленные на создание установок для безопасного хранения, транспортировки и использования такого энергоносителя, как водород, который предполагается получать с помощью избыточной электроэнергии, получаемой на атомных электростанциях. Это чрезвычайно важная задача, т.к. собственно электроэнергия не подлежит хранению, и эту задачу накопления и хранения энергии предполагается решать посредством водорода. Следующая проблема, на решение которой нацелен данный проект, связана с получением термоядерной реакции с помощью мощных лазерных потоков.

Ну а самой удивительной частью проекта «Фундаментальные основы энергетики будущего» являются исследования, направленные на получение антиводорода. Вот что рассказывает по этому поводу один из руководителей проекта, заместитель директора ОИВТ РАН академик О.Ф. Петров (1): «Антиводород представляет собой уникальное топливо для энергетических установок будущего, в том числе для ракетных двигателей. Современные ракеты работают на твёрдом или жидком топливе, при этом две трети их массы составляет топливо. При соединении вещества и антивещества выделяется колоссальная энергия. Нескольких миллиграммов антивещества достаточно для того, чтобы долететь до Марса. 

К сожалению, на данный момент в лаборатории можно получить всего несколько атомов антиводорода. Но одна из наших групп выдвинула предложения по модернизации существующих установок для получения большого количества антивещества. В будущем полученный антиводород может быть использован в качестве топлива для фотонных двигателей».

Таким образом, Российская Федерация является мировым лидером в разработке и производстве принципиально нового поколения космических энергодвигательных установок. При этом российские научные центры активно занимаются исследованиями в области перспективных (недавно казавшимися фантастическими) принципов ракетно-космического движения.

Подводя итог сказанному, отметим, что в год 90-летия со дня рождения первого космонавта Земли Юрия Алексеевича Гагарина отечественная космонавтика уверенно выходит на новые прорывные рубежи.

1. Журнал "В мире науки", №3-2018.