Совет Российской академии наук по космосу одобрил на днях предложенную Роскосмосом линейку новых ракет космического назначения, включая многоразовые носители. 

Несмотря на то, что задачи совета в основном сводятся к научно-методической и экспертной работе, его заключения в части фундаментальных космических исследований считаются неотъемлемой частью Федеральной космической программы России. Таким образом, можно предположить, что одобренная линейка ракет-носителей уже вскоре станет частью новой редакции программы.

Что Роскосмос может включить в новую федеральную программу? И есть ли у России наработки по многоразовым ракетам-носителям, которые реально реализовать в сжатые сроки, измеряемые годами, а не десятилетиями? 

Все современные ракеты-носители делятся обычно на пять классов, в зависимости от массы выводимой на орбиту полезной нагрузки. «Эталонной» в таком случае является так называемая низкая околоземная орбита (НОО) — самый низкий по высоте эллипс, на котором малая плотность верхних слоев атмосферы допускает устойчивое орбитальное движение на протяжении непродолжительного времени, как правило часов или дней. В зависимости от класса, ракеты-носители могут быть сверхлегкими (выводят на НОО до сотни килограмм), легкими (от сотен килограмм до 5 тонн), средними (от 5 до 20 тонн), тяжелыми (от 20 до 100 тонн) и сверхтяжелыми (свыше 100 тонн).

До сих пор в распоряжении России были ракеты трех классов — легкого, среднего и тяжелого. Связано это с тем, что носители сверхлегкого класса, рассчитанные на предельно легкие спутники, стали востребованы только в последние годы из-за ускоренной миниатюризации спутниковой электроники. А носители сверхтяжелого Россией были утрачены после закрытия последней советской программы ракеты-носителя «Энергия». После распада СССР и закрытия большинства программ по исследованию космического пространства под такой носитель, выводивший более 100 тонн на НОО, не нашлось полезных нагрузок.

Еще одним моментом, о котором стоит упомянуть, стал затянувшийся переход России на новое поколение ракет-носителей, который стартовал в середине 1990-х годов и вылился в создание семейства ракет-носителей «Ангара». Вместо «зоопарка» советских ракет-носителей разного типа, в большинстве своем — удачных или не очень переделок военных межконтинентальных баллистических ракет, — предлагалось сделать унифицированную ракету, состоящую из отдельных стандартных модулей. 

Такой подход позволил бы в перспективе собирать ракету нужной грузоподъемности из отдельных блоков. Каждый из универсальных ракетных блоков (УРМ) был отдельной самодостаточной ракетой, но у нескольких УРМ была возможность стартовать вместе, и это увеличивало грузоподъемность такой сборной ракеты. В новом семействе «Ангара» оказалось три базовых носителя: ракета легкого класса «Ангара-А1.2» из одного УРМ, ракета-носитель среднего класса «Ангара-А3», включающая три УРМ, и носитель тяжелого класса «Ангара-А5», собранный из пяти УРМ.

Однако переход на новое поколение ракет-носителей забуксовал на долгие четверть века, если отсчитывать его историю от президентского указа «О разработке КРК Ангара», открывшего дорогу перспективному проекту еще в 1995 году. Здесь можно сетовать на недостаточное финансирование, но, как видится, в трудном пути «Ангары» в космос решающую роль сыграл другой фактор.

Дело в том, что одним из основных качеств ракет-носителей считается их надежность. Определяется она очень просто — по соотношению успешных и аварийных пусков. Известная истина «Не мешай механизму работать, если он не ломается» действует и в ракетной отрасли. 

Например, знаменитые ракеты семейства «Союз» давным-давно не являются вершиной ракетостроения: они родом из 1950-х годов, а их основные конструктивные решения унаследованы от советской МБР Р-7. Но эти ракеты отличает высочайшая надежность, и поэтому они остаются самым востребованным носителем Роскосмоса в среднем классе. «Союзы» продолжают использовать для самых ответственных запусков, включая пилотируемые. 

То же самое можно сказать еще об одном «старичке» в арсенале Роскосмоса — ракете «Протон-М». Она тоже родом из армии: для ее создания использовали советскую МБР УР-500. От нее «Протону» досталось много чего специфического, в том числе крайне токсичная топливная пара — так называемый «гептил-амил». Но несмотря на это, «Протон» продолжает летать: его надежность важнее неизбежных платежей Казахстану за экологический ущерб от падения на его территории первых ступеней с остатками топлива.

А вот «Ангаре» еще только предстоит доказать свою надежность: пока что у нее два успешных запуска, по одному для «Ангары-А1.2» и «Ангары-А5», но этого мало.

Упомянем еще одну разработку — среднюю ракету «Союз-5» («Иртыш»). В апреле прошлого года стало известно, что именно этой ракетой заменят «Ангару-А3», чья разработка была прекращена. Название «Союз-5», кстати, только вводит в заблуждение: за основу новой ракеты взяты не классические «Союзы», а гораздо более современная ракета «Зенит», до последнего времени производившаяся на Украине.

Выбор этой ракеты в качестве основы для разработки «Иртыша» понятен. «Зенит» за прошедшее время зарекомендовал себя с лучшей стороны в вопросе надежности, при этом в России производится, по разным данным, от 70 до 85% комплектующих этой «украинской» ракеты. Кроме того, с 2016 года Россия владеет космодромом «Морской старт», который в прошлом использовался «Зенитами», а теперь, скорее всего, будет переоборудован под запуски «Иртыша». 

Вторая стартовая площадка «Зенитов», расположенная на Байконуре, тоже модернизируется Россией в рамках совместного с Казахстаном проекта «Байтерек». С конца 2014 года Украина вышла из проекта и утратила эту площадку для запуска «своей» ракеты. 

Итак, что же прямо сейчас есть у России в линейке ракет-носителей различных классов — и что могло бы стать многоразовым? 

В легком классе у России имеются ракеты «Союз-2.1в» и «Ангара-А1.2», в среднем — «Союз-2» и разрабатываемая ракета «Иртыш», в тяжелом классе — старый «Протон-М» и новая «Ангара-А5».

К сожалению, сделать многоразовыми легкий «Союз-2.1в», средний «Союз-2» или тяжелый «Протон» трудно — эти ракеты-носители просто не предусматривали вариантов возвращаемых ступеней. К тому же, «Протоны» уже с 2023 года скорее всего отправятся на покой. «Союзы» же продолжат эксплуатировать в одноразовом варианте, даже если их запуски будут обходится дороже, чем у многоразовых ракет. Опять-таки, продолжать запускать «Союзы» будут в силу все той же наработанной надежности, которая часто важнее сиюминутной экономии.

А вот первые ступени «Ангары» и «Иртыша» можно достаточно легко сделать возвращаемыми.

Начнем с «Иртыша», а точнее — с его предшественника «Зенита», бывшего «в девичестве» еще и первой ступенью («Блок А») в сверхтяжелой ракете-носителе «Энергия». Концепция запуска «Энергии» во многом повторяла идеологию американской системы Space Shuttle — предполагалось, что первые ступени советской ракеты, четыре упомянутых «Блока А», будут возвращаемыми. Ресурс их двигателей РД-170 был рассчитан на десять полетов, а в каждом «Блоке А» была предусмотрена система возвращения и многократного использования. Спроектированная для возврата система состояла из парашютов, твердотопливных двигателей мягкой посадки и амортизирующих стоек, которые размещались в специальных контейнерах на поверхности блоков.

Однако в ходе конструкторских работ выяснилось, что предложенная схема чрезмерно сложна, недостаточная надежна и сопряжена с рядом нерешенных технических проблем. Дополнительную трудность создавало и приземление «Блоков А», в то время как твердотопливные ускорители Space Shuttle осуществляли более комфортную посадку на воду. К началу летных испытаний система возвращения «Блока А» не была реализована, хотя на летных экземплярах ступеней имелись контейнеры для парашютов и посадочных стоек, в которых находилась измерительная аппаратура. 

Сегодня для модернизации «Иртыша», унаследовавшего конструкцию «Зенита» и «Блока А», вполне можно использовать существующие наработки по приземлению и приводнению первых ступеней — как из проекта «Шаттлов», так и из опыта компании SpaceX. Какой из вариантов будет реализован в итоге, пока неизвестно, но доступ к космодрому «Морского старта» и комплексу «Байтерек» делает возможными любые варианты. 

По сути, Россия создаст многоразовую ракету даже лучше SpaceX из носителя, сбереженного от деградировавшей после «Евромайдана» Украины: как говорится, «спички детям не игрушка». Правда, сказать что-либо о конкретных сроках создания многоразовых ступеней «Иртыша» сложно: первые запуски этой новой ракеты даже в одноразовом варианте состоятся не раньше 2022 года. Официальные комментарии о возможных схемах и принципах многоразовости ступеней «Иртыша» не публиковались, однако сама концепция была подтверждена еще в начале разработки в 2017 году.

Первые ступени «Ангары» могут похвастаться большей определенностью. Для этой ракеты в мае прошлого года был защищен в Фонде перспективных исследований проект многоразовой крылатой ступени «Крыло-СВ». В отличие от «Шаттлов» и SpaceX, этот проект должен садиться «по-самолетному». После отделения на расчетной высоте возвращаемая ступень должна произвести полет на гиперзвуковом и дозвуковом режимах и закончить полет автоматической посадкой на специальную взлетно-посадочную полосу возле космодрома.

В основу «Крыла-СВ» легла конструкция крылатой ракеты «Байкал», работы над которой велись в Центре имени Хруничева в начале 2000-х годов. Макет ее прототипа демонстрировался на авиационном салоне в французском Ле-Бурже еще в 2001 году. Первое полное испытание «Крыла» со стартом с земли на полигоне «Капустин Яр», дальнейшим выходом на необходимую высоту и возвращением с посадкой планируется провести в 2023 году. В нынешним году предполагаются первые натурные испытания со сбросом макета ступени с самолета-носителя.

Резюмируя, можно сказать, что у России есть все возможности перейти к многоразовым ракетам, заложив эти требования в новое поколение ракет-носителей. И только от целенаправленных усилий Роскосмоса зависит, как быстро старые «Протоны» займут заслуженное место в музее космоса, а наша страна вернет себе инновационное первенство в космических исследованиях. 

Источник