Семейство РН «Ангара»

Ангара перед запуском на космодроме “Плесецк”

«Ангара» — семейство ракет-носителей модульного типа с кислородно-керосиновыми двигателями, включающее в себя носители четырёх классов — от лёгкого до тяжёлого — в диапазоне грузоподъемностей от 1,5 («Ангара 1.1») до 35 («Ангара-А7») тонн на низкой околоземной орбите (при старте с космодрома «Плесецк»). Головным разработчиком и производителем РН семейства «Ангара» является Государственный космический научно-производственный центр имени М. В. Хруничева.

Различные варианты «Ангары» реализуются с помощью различного числа универсальных ракетных модулей (УРМ) (УРМ-1 — для первой ступени, УРМ-2 — для второй и третьей) — один модуль для носителей лёгкого класса («Ангара 1.1» и 1.2), три — для носителя среднего класса («Ангара-А3») и пять — для носителя тяжёлого класса («Ангара-А5»).

Длина УРМ составляет 25,1 м, диаметр — 2,9 м, масса с заправленным топливом — 149 тонн. УРМ комплектуется кислородно-керосиновым двигателем РД-191.

На программу потрачено 100 млрд руб. (2013), по состоянию на начало 2015 года — 160 млрд руб (затраты будут уточнены в середине 2015 года, после появления нового проекта Федеральной космической программы). За счет переезда производства в Омске и новой организации производства сборка “Ангары” должна удешевиться.

Цели создания комплекса

Макеты различных компоновок ракет-носителей «Ангара» на МАКС-2009

1. России необходим ракетный комплекс, способный выводить на геостационарную орбиту полезные нагрузки с территории Российской Федерации (космодром «Плесецк», возможный вариант — космодром «Восточный»). В настоящее время ракета-носитель «Протон» запускается только с космодрома «Байконур», расположенного на территории Казахстана.
2. Из соображений стратегической безопасности комплекс полностью спроектирован и изготовлен кооперацией российских предприятий, находящихся на территории России.
3. Ликвидация проблем использования тяжёлых РН с токсичным топливом. Традиционно в качестве топлива для «тяжёлых» РН (в СССР/РФ) — использовался гептил, очень токсичное вещество; в наше время данный тип топлива используется на РН “Протон-М”. В РН «Ангара» будет использоваться экологически чистое топливо на основе керосина; в качестве окислителя будет выступать жидкий кислород; соответственно, такая РН значительно более безопасна при использовании. В будущем возможна сертификация применения РН «Ангары» и для пилотируемых полётов.
4. Модульность. Позволит упростить доставку готового изделия по железной дороге к месту старта. Модульная концепция построения позволяет создать целое семейство РН: лёгкого класса (на базе 1-го модуля первой ступени с массой полезной нагрузки на низкой околоземной орбите 1,5 т), тяжёлого (до 35 т, состоящего из 7 универсальных ракетных модулей в составе первой ступени).
5. Полезная нагрузка «Ангары А7» — до 35 тонн, что больше, чем у РН «Протон». Данные технические возможности «Ангары А5» позволят вывести с космодрома Плесецк на геостационарную орбиту полезную нагрузку такой же массы, как и с космодрома Байконур при помощи РН «Протон-М».

В результате создания «Ангары» ГКНПЦ им. Хруничева может занять почти весь российский рынок космических запусков, создав на основе УРМ единую замену для большинства существующих типов ракет-носителей, созданных в СССР — «Ангара» А5, А7 вместо «Протона»; «Ангара А3» вместо «Зенита-2» (производится на Украине); «Ангара А1.2» вместо «Циклона-2/3» (снят с производства на Украине); «Ангара А1.1» вместо «Космоса-3М». Без замены оставалось бы только семейство ракет-носителей типа Р-7 (“Союз”/”Молния”) и небольшие носители. Методология создания унифицированного ряда ракет-носителей стала основой докторской диссертации первого заместителя Генерального директора ГКНПЦ им. Хруничева А. А. Медведева, защищённой в 1999 году (в 2001 году А. А. Медведев был назначен Генеральным директором ГКНПЦ имени М. В. Хруничева).

История создания

После распада СССР космодром «Байконур», с которого осуществлялись запуски тяжёлых ракет-носителей «Протон» и «Энергия», оказался за пределами Российской Федерации. Возникла необходимость создания комплекса ракеты-носителя тяжёлого класса, все элементы которого изготавливались бы из российских комплектующих на российской производственной базе, а пуски осуществлялись с космодромов, расположенных на территории России.

В связи с этим, на основании Решения научно-технического совета Военно-космических Сил от 3 августа 1992 года по вопросу «Средства выведения: состояние и перспективы их модернизации и развития» и Постановления Правительства Российской федерации от 15 сентября 1992 года был объявлен конкурс на проектирование и создание КРК (космического ракетного комплекса) тяжёлого класса. В конкурсе приняли участие РКК «Энергия» им. академика С. П. Королёва, ГКНПЦ им. М. В. Хруничева и ГРЦ «КБ им. академика В. П. Макеева», которые представили на рассмотрение специально образованной Межведомственной экспертной комиссии несколько вариантов ракет-носителей.

В августе 1994 года конкурс выиграл вариант, предложенный ГКНПЦ им. М. В. Хруничева. Эта же организация была назначена головным разработчиком комплекса. Отвергнутое предложение РКК «Энергия» в дальнейшем стало основой для разработки семейства ракет-носителей «Русь-М».

Указом Президента РФ от 6 января 1995 года «О разработке КРК Ангара» работы по созданию ракетного комплекса «Ангара» определены как работы особой государственной важности. В марте вышел приказ Министерства обороны РФ по этому комплексу. 26 августа 1995 года вышло Постановление Правительства РФ, определившее этапность создания комплекса «Ангара», утвержден генеральный план-график создания комплекса, объёмы его финансирования, а также кооперацию соисполнителей. В постановлении был определен срок начала лётных испытаний комплекса — 2005 год и место — УСК (площадка № 35) космодрома «Плесецк» (недостроенный стартовый комплекс РН «Зенит»), а в перспективе предусматривается использование для пусков РН «Ангара» и космодрома «Свободный». Соисполнителями по отдельным частям и системам были установлены:

• РКК Энергия (Королёв) — по всей конструкции 2-й ступени;
• НПО Энергомаш (Химки) — по двигателям 1-й ступени;
• КБ Химавтоматика (Воронеж) — по двигателям 2-й ступени;
• ГРЦ КБ им В. П. Макеева — по топливным бакам;
• КБ Транспортного машиностроения (ЦЭНКИ НИИСК, Москва) — по наземному стартовому комплексу;
• НИИ ХИММАШ (ныне ФКП «НИЦ РКП») — по наземной отработке КРК.

Принятый к разработке проект предусматривал создание двухступенчатой ракеты-носителя пакетной компоновки баков с последовательной работой ступеней с использованием в качестве окислителя жидкого кислорода, а в качестве горючего — на первой ступени керосина, на второй — жидкого водорода. Баки горючего располагались по бокам расположенных по центру баков окислителя. Такая схема неофициально называлась «чебурашкой», поскольку визуально расположенные по бокам большие баки горючего напоминали уши мультипликационного персонажа. Двигателем 1-й ступени был принят РД-171, созданный для РН Зенит. Двигатель 2-й ступени — РД-0120, использованный ранее на центральном блоке РН Энергия. Стартовая масса РН — 640 тонн, масса полезной нагрузки, выводимой на низкую околоземную орбиту с наклонением 63° (с космодрома «Плесецк») — 24,5 тонн. Выбор двигателя 1-й ступени (РД-171) позволял использовать для запуска стартовые комплексы РН Зенит, в частности дооборудовать соответствующие недостроенные стартовые комплексы на космодроме Плесецк.

В марте 1997 года руководство ГКНПЦ им. М. В. Хруничева предложило кардинально пересмотреть принятый в 1995 году вариант РН «Ангара». Постепенно стала вырисовываться нынешняя схема ракеты-носителя на базе универсальных ракетных модулей и с использованием керосина в качестве горючего на всех ступенях РН. Без проведения нового конкурса и Научно-технического совета, решением главы Росавиакосмоса Ю. Н. Коптева и с согласия Министерства обороны РФ новая схема была принята к разработке, а РКК Энергия и ГРЦ им. Макеева были исключены из состава соисполнителей.

В декабре 2007 года завершились трехмесячные испытания РН в подмосковном НИИ химического машиностроения.

В сентябре 2008 года в ФКП «НИЦ РКП» (бывший НИИ ХИММАШ, город Пересвет Сергиево-Посадского района Московской области) доставлен УРМ-2 ракеты-носителя «Ангара» для проведения огневых испытаний. Намеченные мероприятия являются частью обязательного цикла подготовки создаваемой ракетно-космической техники.

29.04.2009 в ФКП «НИЦ РКП» была проведена первая серия холодных испытаний (ХСИ-1) УРМ-1, в которой в бак окислителя заправлялось около 100 тонн жидкого кислорода. Целью ХСИ-1 являлась комплексная отработка пневмогидросистем (ПГС) питания двигателя и алгоритмов управления ПГС на натурном криогенном компоненте топлива — жидком кислороде.

18.06.2009 в ФКП «НИЦ РКП» состоялись вторые холодные испытания (ХСИ-2) с использованием обоих компонентов топлива. На этом этапе была проведена комплексная проверка работоспособности пневмогидросистемы питания в стендовых условиях при «холодных» проливках баков окислителя и горючего.

30.07.2009 в ФКП «НИЦ РКП» на стенде ИС-102 проведены огневые испытания модуля УРМ-1 РН «Ангара».

26.11.2009 в ФКП «НИЦ РКП» завершены огневые испытания модуля УРМ-1 РН «Ангара».

18.11.2010 в ФКП «НИЦ РКП» успешно проведены огневые стендовые испытания универсального ракетного модуля УРМ-2 РН «Ангара». Основная цель огневого стендового испытания — комплексная проверка и подтверждение работоспособности пневмогидросистем изделия в стендовых условиях при совместной работе с двигателем РД-0124А-И с воспроизведением режимов работы двигательной установки по циклограмме полёта. Огневые стендовые испытания являются заключительным этапом наземной отработки УРМ-2 перед лётными испытаниями.

23.05.2011 межведомственной комиссией (МВК), образованной совместным решением Космических войск Министерства обороны РФ и Федерального космического агентства, подписан Акт МВК, в котором констатировано, что двигатель РД-191 успешно завершил стадию наземной отработки и пригоден для использования в составе семейства ракет-носителей «Ангара».

В апреле 2012 года Центр судоремонта «Звёздочка» успешно провёл заводские испытания первого агрегата лёгкого класса весом 197 тонн, из двух транспортно-установочных агрегатов, для стартовых комплексов РН «Ангара». Оборудование предназначено для транспортировки и установки ракет лёгкого и тяжёлого классов на старте.

В октябре 2012 года завершились зачётные испытания элементов конструкции ракеты-носителя «Ангара». По сообщению ФГУП ГКНПЦ им. Хруничева, в ФКП «НИЦ РКП» (п. Реммаш) успешно завершились зачётные испытания на криостатическую прочность элементов конструкции перспективной ракеты-носителя (РН) «Ангара» (изделие А5А2С — сборка № А13) изготовления ФГУП «ГКНЦП имени М. В. Хруничева». Целью испытаний сборки № А13 было подтверждение прочности отсеков ускорителя III ступени РН, а также отдельных узлов конструкции РН «Ангара» 3А и 5А.

Универсальный ракетный модуль УРМ-1 трижды — в 2009, 2010 и 2013-м годах — проходил лётные испытания в составе ракеты-носителя KSLV-1 в качестве первой ступени.

Первый пилотируемый запуск с космодрома «Восточный» ракеты «Ангара» должен произойти в 2017 году.

По заключению Счётной Палаты Российской Федерации, средства, вложенные в проект за два десятилетия (беспрецедентный в мировой практике срок), многократно подняли цену этого, пока ещё не готового, носителя.

В конце августа 2015 года НПО “Энергомаш” приступило к созданию модернизированной версии двигателя РД-191 — РД-191М — который будет применяться на РКН Ангара-А5В и Ангара-А5П и будет на 10-15% мощнее предшественника. Первый этап выпуска аванпроекта будет завершен в сентябре 2015 года. Опытно-конструкторские разработки планируется завершить к 2018 году.

Испытания

Вариант для Южной Кореи

С 2004 по 2013 год велись совместные работы по южнокорейскому носителю KSLV-1 (Наро-1), в первой ступени которого активно использовались наработки по «Ангаре». С южнокорейской стороны заказчиком проекта выступал Корейский институт аэрокосмических исследований (KARI). С российской стороны в проекте участвовали ГКНПЦ имени М. В. Хруничева, НПО «Энергомаш» и Конструкторское бюро транспортного машиностроения. Всего было произведено три запуска: в 2009, 2010 и 2013 году, только последний запуск был успешен.

Ангара-1.2ПП

Изначально первый пуск РН «Ангара» был запланирован на 2005 год с космодрома «Плесецк». Но затем он многократно переносился: на 2011 год, на 2012 год, 2013 год и наконец на 2014 год.

26 июня прошел «сухой прогон» испытательного пуска ракеты.

Пуск ракеты-носителя лёгкого класса «Ангара-1.2ПП» (ракета-носитель «Ангара 1.2. первого пуска») с космодрома «Плесецк» был осуществлен 9 июля 2014 года. Пуск прошёл успешно, РН полетела по баллистической траектории до района полигона Кура на Камчатке.

Основные характеристики РКН «Ангара — 1.2ПП»

Целями пуска РН «Ангара-1.2ПП» являются:

• Проверка функционирования составных частей космического ракетного комплекса «Ангара» при подготовке к пуску и при осуществлении пуска ракеты;
• Отработка бортовых систем ракеты-носителя «Ангара»;
• Отработка эксплуатационной документации.

Запланированный пуск 27 июня 2014 года был отменён за 1 минуту 30 секунд до КП («Контакт подъёма») автоматизированная система управления пуском (АСУП) сформировала команду «Нет готовности ДУ к пуску» (ДУ — двигательная установка) из-за падения давления в ШБ (шаробаллоне) наддува демпфера окислителя первой ступени, по причине негерметичности в магистрали подачи гелия к демпферу окислителя. За 1 минуту 19 секунд до КП обратный отсчет автоматически остановился. Было объявлено о переносе запуска на сутки, на 28 июня, в дальнейшем пуск был также перенесён. За проведением пуска в прямом эфире наблюдал Президент РФ В. В. Путин, которым была поставлена задача в ближайшее время разобраться в причинах и устранить их. Государственной комиссией было принято решение снять «Ангару 1.2ПП» со стартового стола и отправить в МИК (монтажно-испытательный комплекс) для выявления и устранения причин отмены, проведения дополнительных проверок.

После выявления и устранения причин падения давления в ШБ государственной комиссией была назначена новая дата пуска РН «Ангара-1.2ПП» — 9 июля 2014 года. Подготовка РН прошла в штатном режиме и в 16:00 по московскому времени с 35 площадки в/ч 13973 (космодром «Плесецк») был успешно проведён первый испытательный пуск РН «Ангара-1.2ПП».

Полёт РКН проходил согласно утверждённой циклограмме по баллистической траектории над территорией России. В соответствии с циклограммой полёта через 3 минуты 42 секунды после отрыва от стартового стола первая ступень с двигателем РД-191 отделилась от РН и упала в акватории Печорского моря. Через две секунды после отделения первой ступени без каких-либо технических накладок был включён двигатель второй ступени РД-0124А. Головной обтекатель был сброшен через 3 минуты 52 секунды после старта и упал в заданный район южной части Баренцева моря. Через 8 минут 11 секунд произошло штатное выключение двигательной установки второй ступени. Спустя 21 минуту после старта неотделяемый габаритно-массовый макет полезной нагрузки со второй ступенью ракеты попал в заданный район полигона Кура на полуострове Камчатка на расстоянии 5700 км от места старта.

Ангара-А5

Первый испытательный пуск тяжелой версии ракеты-носителя «Ангара-А5» произведен 23 декабря 2014 года в 8:57 (МСК) с космодрома Плесецк. Запуск прошёл штатно.

Варианты ракеты-носителя

Вариант для космодрома Байконур

Для запусков с космодрома «Байконур» (Казахстан) планировалось создать космический ракетный комплекс (КРК) «Байтерек», проект стартовал в 2004 году. Первый запуск был запланирован на 2012 год, но затем неоднократно переносился. В 2008 году в качестве возможной базы для КРК «Байтерек» рассматривалось несколько существующих площадок на Байконуре, в том числе рассматривалась возможность использования площадки 250 (УКСС, Универсальный комплекс стенд-старт РН «Энергия»), с которой совершались запуски по программе «Энергия-Буран», с соответствующей доработкой имеющегося оборудования. Площадка так и не была выбрана и никаких работ по её оборудованию не проводилось. Также, не был решен и вопрос участия в финансировании со стороны Республики Казахстан. Финансовое участие в проекте «Байтерек» со стороны России предполагалось в виде внебюджетных средств ГКНПЦ им. Хруничева.

В целом проект «Байтерек» предназначался для коммерческого применения РН «Ангара-5», вместо РН «Протон-М» (после прекращения её эксплуатации), поскольку коммерческие запуски «Ангары» с космодрома Плесецк очень затруднены по организационным причинам (Плесецк является военным космодромом) и экономически невыгодны (выводимая масса полезной нагрузки на ГПО существенно меньше, чем «Протоном» с Байконура). Для российских государственных структур запуски «Ангары» с Байконура не представляют интереса, поэтому данный проект являлся исключительно коммерческим предприятием ГКНПЦ им. Хруничева и казахстанской стороны, без государственного финансирования со стороны РФ.

В ноябре 2012 года проект создания совместного российско-казахстанского ракетно-космического комплекса «Байтерек» (на основе новой ракеты-носителя «Ангара») фактически зашёл в тупик. Достигнуть компромисса по вопросу финансирования проекта не удалось. В марте 2013 года руководитель Роскосмоса Владимир Поповкин заявил на пресс-конференции на Байконуре, что принято окончательное решение о строительстве стартового комплекса для РН «Ангара» на космодроме Восточный.

2 июня 2015 года первый вице-премьер Казахстана Бакытжан Сагинтаев сообщил журналистам, что строительство космического ракетного комплекса (КРК) «Байтерек» на космодроме Байконур начнется в 2021 году. «Байтерек» будет развиваться на базе ракеты-носителя “Ангара”.

Основные характеристики первоначального варианта РН «Ангара»

Данные приведены по книге В. Е. Гудилина и Л. И. Слабкого «Ракетно-космические системы (История. Развитие. Перспективы)» Москва, 1996 г.

Сравнительная оценка

Аналогами «Ангары-А5» по стартовой массе и по выводимой на ГСО полезной нагрузке являются модульная РН “Falcon”, французская “Ариан-6” (первые 2 ступени РДТТ) и китайская РН CZ-11(РДТТ). «Союз-2» занимает промежуточное положение между «Ангара 1.2» и «Ангара-А3».

РН «Ангара» производится с широким использованием полимерных композиционных материалов, при этом доля композитов на 20 % выше, чем в «Протон-М».

Запуски «Ангары» дешевле, чем у «Delta IV Heavy», но, по состоянию на 23 декабря 2014 года, в два раза дороже запуска «Протона-М».

По материалам Wikipedia