Системы подводного старта: как попасть из-под воды на орбиту?

Круг вспучивается линзой, натягивается, приподнимается и в самом деле становится похожим на невысокий купол. Видно, как из его центра, из наметившегося «глаза», прут вниз потоки воды. Потом показывается затупленный нос ракеты, стремительно рвется вверх, выдергивая за собой сине-бело-красное стальное тело… Белый огненный шар на миг превратил пасмурную хмарь в тропический рассвет… Мощный нарастающий рев. Ракета едва заметно качнула хвостовой частью, нащупывая курс, осевое вращательное движение прекратилось, она стремительно взмыла вверх, оставляя за собой густой темный шлейф.

^[1]

Думаете я хочу поведать ещё раз об «убийцах городов», этих скрытных хищников морских глубин, что своим залпом могут стереть в пыль поверхность, сопоставимую с площадью более чем 300 мегаполисов мира?

Нет. Точнее не совсем «нет»:
речь пойдёт о почти мирных ракетах-носителях «Зыбь», «Волна», «Штиль», «Прибой» и «Рикша».

Если быть точным то при рождении они были самыми настоящими боевыми и могли стереть с лица планеты практически любую страну мира.

МОРСКИЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.

Март 1985 г. после череды упокоений «кремлёвских старцев» пост Генерального секретаря ЦК КПСС занял М. С. Горбачев: бывший парторг Ставропольского территориально-производственного сельхозуправления.

В воздухе «запахло»… нет, не грозой, а потянуло: «гласностью» и «перестройкой», «кооперацией» и «новым политическим мы́шлением», «кооперацией» и «разоружением».

По мере ухудшения экономической ситуации в стране советское руководство рассматривало сокращение вооружений и военных расходов как способ решения финансовых проблем, поэтому не требовало от своих партнёров гарантий и адекватных шагов, теряя при этом свои позиции на международной арене.

^[2]

Речь пойдёт о том, как Государственный ракетный центр КБ им. В.П.Макеева (Миасс) решал вопрос «конверсии» в эпоху «перестройки» и после окончания оной.

В 1985 году предприятие активно продолжало разработку боевой ракетной техники для нужд ВМФ СССР: успешно провело модернизацию ракетных комплексов Д9РМ и Д19, разработало и провело испытания нового боевого оснащения, вело работы по созданию и натурным испытаниям нового стратегического комплекса Р-39УТТХ / 3М91 Барк — SS-NX-28.

С военной продукцией ГРЦ и её ТТХ можно познакомиться оп ссылкам:
--->Боевые ракетные комплексы.
--->Основные характеристики.
--->Подводный старт. Результат деятельности КБ машиностроения /Видеообзор/.

В эти времена руководством было принято решение о том, что КБМ необходимо найти и завоевать свою нишу в ракетно-космической тематике.

Одним из направлений этих работ стало предложение об использовании баллистический ракет подводных лодок (БРПЛ) для вывода полезных нагрузок в космос. Прежде всего обратили внимание на БРПЛ, подлежащих утилизации по истечении сроков службы и в соответствии с Договором о сокращении и ограничении стратегических наступательных вооружений.
Вы пускать кастрюли и сковородки или делать, то, что хорошо умеем?

Работы велись в направлениях:

— проведение запусков с подводных лодок, переоснащенных боевыми ракетами, спасаемых аппаратов в верхние слои атмосферы или в космос с целью научных исследований, получения материалов и биопрепаратов в условиях микрогравитации;
— создание на основе БРПЛ ракет-носителей для запуска малоразмерных космических аппаратов;
— проектирование ракетно-космических комплексов на основе технических решений, отработанных на боевых морских и сухопутных ракетах;
— разработка малых космических аппаратов («Компас»);
— создание информационно-измерительных комплексов («Миасс»).

Пионером в этой области стала переоборудованная ракеты >РСМ-25 (УРАВ ВМФ — 4К10, НАТО — SS-N-6 Mod 1, Serb): ракета-носитель «Зыбь»

, которую использовали для проведения уникальных экспериментов в условиях кратковременной невесомости, обеспечиваемых на пассивном участке траектории (время невесомости 15 минут, уровень микрогравитации 10^-3g).

В состав блока входили 15 экзотермический печей, информационно-измерительная и командная аппаратура, парашютная система мягкого приземления. В экзотермические печи помещались различные исходные материалы, в частности, кремний-германий, аллюминий-свинец, Al-Cu, высокотемпературный сверхпроводник и другие, из которых в ходе эксперимента в условиях невесомости при температуре в печах от 600°C до 1500°C должны быть получены материалы с новыми свойствами.

18 декабря 1991 года впервые в отечественной практике с атомной подводной лодки типа «Навага» (проект 667А «Навага»-по классификации МО США и НАТО — «Yankee») был проведен пуск баллистической ракеты-носителя с технологическим модулем «Спринт». Пуск прошел успешно, а научный заказчик — НПО «Компомаш» получил уникальные образцы новых материалов. Так был сделан первый шаг в ракетно-космической тематике КБМ.

Но не всё шло так просто: случился ГКЧП, затем перестал существовать и сам СССР, сменилось правительство и генеральная линия оного, Чубайс и Гайдар, Ельцин и его генералы, и прочие новые фигуры политического бомонда. Рэкет и образование новых бизнес «элит».

Сокращение объемов оборонной тематики поставило перед коллективом ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева» задачу усиленного поиска новых «гражданских» наукоемких направлений, позволивших бы сохранить высококвалифицированный персонал, материально-технологическую базу, по сути дать возможность «выжить».

В июне 1992 г., после долгих мытарств и перипетий, вышло уже новое постановление «нового» правительства (российского), разрешившее предприятию развертывание работ по созданию на основе переоборудованных БРПЛ ракетно-космических систем гражданского назначения с использованием наземного, воздушного и морского стартов.

Быстрая адаптивность к новым траекториям, энергомассовое совершенство БРПЛ в сочетании с высокими показателями надежности и безопасности дают возможность при проведении учебно-практических стрельб и пусков в подтверждение и продление сроков службы использовать их в качестве средств доставки в ближний космос полезных нагрузок различного назначения.

В интересах проведения новых экспериментов в условиях невесомости был создан баллистический биотехнологический блок «Эфир» с научной аппаратурой «Медуза», предназначенный для скоростной очистки в процессе полета специальных медицинских препаратов в искусственно созданном электростатическом поле. 9 декабря 1992 года у берегов Камчатки с атомной подводной лодки Тихоокеанского флота был осуществлен успешный пуск ракеты-носителя «Зыбь», оснащенный аппаратурой «Медуза», а в 1993 году был проведен еще один аналогичный пуск. В ходе этих экспериментов была продемонстрирована возможность получения высококачественных лекарственных препаратов, в том числе противоопухолевого интерферона «Альфа-2» в условиях кратковременной невесомости.

В 1991–1993 гг. с подводной лодки проекта 667БДР были проведены три пуска ракет-носителей «Зыбь» с научно-технологическими блоками «Спринт» и «Эфир», разработанными совместно с НПО «Композит» и Центром космической биотехнологии.

Блок «Спринт» предназначался для отработки процессов получения полупроводниковых материалов с улучшенной кристаллической структурой, сверхпроводящих сплавов и других материалов в условиях невесомости. Блок «Эфир» с биотехнологической аппаратурой «Медуза» использован для исследований технологии очистки биологических материалов и получения методом электрофореза особо чистых биологических и медицинских препаратов.
Были получены уникальные образцы монокристаллов кремния и некоторых сплавов («Спринт»), а в экспериментах «Медуза», по результатам исследований противовирусного и противоопухолевого интерферона «Альфа-2», удалось подтвердить возможность космической очистки биологических препаратов в условиях кратковременной невесомости. На практике было доказано, что в России разработана эффективная технология проведения экспериментов в условиях кратковременной невесомости с использованием морских баллистических ракет.

Логическим продолжением этих работ стал запуск РН «Волна» в 1995 году.

Ракета-носитель «Волна», созданная на базе БРПЛ РСМ-50 (SS-N-18), со стартовой массой около 34 тонн используется, в первую очередь, при пусках по баллистическим траекториям для решения задач отработки технологий получения материалов в условиях кратковременной микрогравитации и других исследований.

Боевое применение БРПЛ РСМ-50 из подводного положения подводной лодки обеспечивается при волнении моря до 8 баллов, т.е. практически достигнута всепогодность применения для научных исследований и пусков РН.

Началом коммерческого использования БРПЛ можно считать пуск в 1995 году РН «Волна» с подводной лодки «Кальмар» проекта 667 БДРМ. Пуск был произведен по баллистической трассе Баренцево море — полуостров Камчатка на дальность 7500 км. Полезной нагрузкой для этого международного эксперимента стал термоконвекционный модуль Бременского университета (Германия).

При запусках РН «Волна» используется спасаемый летательный аппарат «Волан». Он предназначен для проведения научных и прикладных исследований в условиях невесомости пусками по суборбитальным траекториям.

В полете с борта аппарата передается телеметрическая информация о контролируемых параметрах. На конечном участке полета аппарат совершает баллистический спуск, а перед приземлением задействуется двухкаскадная парашютная система спасения. После «мягкого» приземления аппарат оперативно обнаруживается и эвакуируется.

Для запуска исследовательской аппаратуры увеличенной массы (до 400 кг) служит усовершенствованный вариант спасаемого летательного аппарата «Волан-М». Кроме размеров и массы этот вариант отличается оригинальной аэродинамической компоновкой.

В спасаемом аппарате кроме научных приборов массой 105 кг размещен бортовой измерительный комплекс. Он обеспечивает управление экспериментом и контроль полетных параметров. СЛА «Волан» снабжен трехкаскадной парашютной системой приземления и аппаратурой оперативного (не более 2 часов) поиска аппарата после приземления. С целью снижения стоимости и сроков разработки в максимальной степени заимствованы технические решения, узлы и приборы серийных ракетных комплексов.

В процессе проведенного в 1995 году пуска уровень микрогравитации составил 10^-4...10^{-5 g} при времени невесомости 20.5 минут. Начаты исследования, которые показывают принципиальную возможность создания спасаемого летательного аппарата с научной аппаратурой массой до 300 кг, запускаемого ракетой-носителем «Волна» по траектории с временем невесомости 30 минут при уровне микрогравитации 10^-5...10^-6 g.

Ракета «Волна» может быть использована для запуска на суборбитальные траектории аппаратуры для исследования геофизических процессов в верхних слоях атмосферы и в ближнем космосе, мониторинга поверхности Земли, проведения различных, в том числе активных, экспериментов.

Зона размещения полезной нагрузки представляет собой усеченный конус высотой 1670 мм, диаметром основания 1350 мм и радиусом притупления вершины конуса 405 мм. Ракета обеспечивает выведение полезных нагрузок массой 600...700 кг на траектории с максимальной высотой 1200...1300 км, а с массой 100 кг — с максимальной высотой до 3000 км. Имеется возможность установки на ракете нескольких элементов полезной нагрузки и их последовательное отделение.

Весной 2012 г. с подводной лодки в Тихом океане произведен запуск капсулы ЕХРЕRТ с помощью конверсионного российского ракетно-космического комплекса «Волна» по заказу германского авиакосмического центра (DLR).
Проект ЕХРЕRТ реализуется под руководством Европейского космического агентства.

Штутгартский институт по исследованию технологии конструкции и проектирования и Германский авиакосмический центр разработал и изготовил для капсулы ЕХРЕRТ носовую часть из керамического волокна.

В носовой части, состоящей из керамического волокна, расположены сенсоры, регистрирующие данные внешней среды во время возвращения капсулы в атмосферу, такие как температура поверхности, тепловой поток и аэродинамическое давление. Помимо этого в носовой части находится окно, через которое спектрометром регистрируются химические процессы, происходящие во фронте ударной волны при входе в атмосферу.

Технические характеристики РН «Волна»

Ракета-носитель «Штиль»

Семейство ракет-носителей легкого класса: «Штиль», «Штиль-2.1», «Штиль-2Р» разработано на базе БРПЛ Р-29РМ и предназначено для выведения малоразмерных космических аппаратов на околоземные орбиты. Ракета-носитель «Штиль» не имеет аналогов в мире по уровню достигнутых энергомассовых показателей, обеспечивает выведение полезных нагрузок массой до 100 кг на орбиты высотой перигея до 500 км при наклонении 78,9º.

При доработке штатной БРПЛ Р-29РМ для запуска КА были проведены некоторые изменения. Добавлена специальная рама для установки запускаемого КА и изменена полетная программа. На третьей ступени был установлен специальный телеметрический контейнер со служебной аппаратурой для контроля выведения наземными службами. Конструкторам также пришлось решать проблему, связанную с нагревом головного обтекателя во время старта ракеты и ее выхода из-под воды, что могло привести к повреждению КА.

КА размещается в специальной капсуле, защищающей полезный груз от тепловых, акустических и прочих воздействий со стороны верхней ступени. После выхода на заданную орбиту капсула с КА отделяется, а последняя ступень уводится с траектории полета аппарата. Раскрытие капсулы и освобождение груза выполняется после того, как ступень ушла на расстояние, исключающее воздействие работающих двигателей на КА.

Первый запуск РН «Штиль-1» произведен 7 июля 1998 года с борта атомной подводной лодки К-407 «Новомосковск». Полезной нагрузкой были два спутника Берлинского технического университета (Technische Universitat Berlin, TUB)-Tubsat-N и Tubsat-Nl.

Больший из спутников Tubsat-N — имеет габаритные размеры 320х320х104 мм и массу 8.5 кг. Меньший из аппаратов Tubsat-Nl установлен при запуске на верхней части КА Tubsat-N.
Его габаритные размеры составляют 320х320х34 мм, масса — около 3 кг.

Спутники были выведены на близкую к расчетной орбиту. Параметры орбиты третьей ступени РН после увода от КА составили:

-наклонение орбиты 78.96°;
-минимальное расстояние от поверхности Земли 405.7 км;
-максимальное расстояние от поверхности Земли 832.2 км;
-период обращения 96.83 мин.

На третьей ступени носителя установлен специальный контейнер массой 72 кг. В контейнере размещена телеметрическая аппаратура для контроля ряда параметров и аппаратура для проведения радиоконтроля орбиты.
Атомная ПЛ К-407, с которой был осуществлен запуск, входит в состав третьей флотилии Северного флота и базируется на военно-морской базе (ВМБ) Сайда-Губа в Оленьей бухте в районе поселка Скалистый (бывший Гаджиево) Мурманской области.

Это один из семи кораблей, построенных по проекту 667БДРМ «Дельфин» (Delta IV по классификации НАТО).

РН «Штиль-1» позволяет вывести на круговую орбиту высотой 400 км и наклонением 79 градусов полезный груз массой 70 кг.

Конструкция верхней ступени прототипа рассчитана на размещение четырех компактных боеголовок в изолированных малогабаритных объемах. В связи с тем, что современные коммерческие КА, отличаются низкой плотностью компоновки и требуют относительно большого цельного пространства, полное использование энергетических возможностей РН невозможно. То есть, конструкция РН накладывает ограничение на объём, занимаемый КА, составляющий 0.183 м³. Энергетика РН позволяет выводить КА большей массы.

Переоборудование ракеты типа Р-29РМ в ракету-носитель «Штиль» производится с минимальными доработками, космический аппарат помещается на посадочном месте одного из боевых блоков в специальной капсуле, которая обеспечивает защиту от внешних воздействий. Запуск ракеты проводится из подводного или надводного положений подводной лодки. Полет осуществляется в инерциальном режиме.
Отличительной особенностью этого комплекса является использование существующей инфраструктуры полигона «Ненокса», в том числе наземных стартовых сооружений, а также серийных баллистических ракет Р-29РМ, снимаемых с боевого дежурства. Минимальные доработки по ракете обеспечат высокую надежность и точность выведения полезной нагрузки на орбиту при низкой стоимости пуска ($4...5 млн.).

РН «Штиль-2» разрабатывалась в результате второго этапа модернизации баллистической ракеты Р-29РМ. На этом этапе для размещения полезной нагрузки создается отсек полезной нагрузки, состоящий из аэродинамического обтекателя, сбрасываемого в полете, и переходника, на котором размещается полезная нагрузка. Переходник обеспечивает стыковку отсека полезной нагрузки с носителем. Объём отсека для размещения полезной нагрузки составляет 1.87 м³.

Комплекс создавался на базе баллистических ракет подводных лодок Р-29РМ (РСМ-54, SS-N-23) и существующей инфраструктуры Северного полигона «Ненокса», расположенного в Архангельской области.

В состав инфраструктуры полигона входят:
Ракетно-космический комплекс «Штиль-2».
Наземный стартовый комплекс.
Последний включает в себя техническую и стартовую позиции, оснащенные аппаратурой для хранения, проведения предпусковых операций и пуска ракеты.
Комплекс систем управления обеспечивает централизованное автоматическое управление системами комплекса во всех эксплуатационных режимах, управление предпусковой подготовкой и пуском ракеты, подготовку технической информации и полетного задания, ввод полетного задания и управление ракетой по выводу полезной нагрузки на заданную орбиту.
Информационно-измерительный комплекс-обеспечивает прием и регистрацию телеметрической информации во время полета, обработку и выдачу результатов измерений заказчику пуска.

Многочисленные пуски с наземного испытательного стенда и подводных лодок показали высокую надежность серийной ракеты-прототипа Р-29РМ (достигнута вероятность успешного пуска и полета не менее 0.96).

Наземный стартовый комплекс позволяет:

Осуществлять до 10 пусков в год.
Запускать серию космических аппаратов с минимальным интервалом до 15 суток.
Обеспечить на протяжении длительного времени дежурный режим с высокой готовностью ракеты к пуску.
Получать в ходе полета ракеты телеметрическую информацию с борта с помощью информационных средств испытательного полигона и выносных измерительных пунктов.
Пуски с наземного стартового комплекса обеспечивают формирование орбит в диапазоне наклонений орбит от 77° до 60°, что ограничивает область использования комплекса.
При пусках из шахты подводной лодки возможен старт в диапазоне широт от 0° до 77°. Диапазон возможных наклонений определяется координатами точки старта.
При этом сохраняется возможность использования подводной лодки по целевому назначению.

Для улучшения условий размещения полезной нагрузки был разработан вариант ракеты-носителя «Штиль-2.1» с головным обтекателем.

При оснащении ракеты головным обтекателем большего объема и малоразмерным разгонным блоком («Штиль-2Р») масса полезной нагрузки возрастала до 200 кг, существенно увеличивается объём для размещения полезной нагрузки.

Использование подводной лодки в качестве стартового комплекса позволяет осуществлять пуски ракет-носителей «Штиль» практически на любые наклонения орбит.

Аэродинамический обтекатель был выполнен герметизированным для обеспечения пыле- и влагозащиты полезной нагрузки. Конструкция аэродинамического обтекателя допускала выполнение люков на боковой поверхности для подвода дополнительных связей полезной нагрузки с аппаратурой наземного стартового комплекса.

Пуски могли проводиться с наземного стартового комплекса или из шахты подводной лодки в надводном состоянии.

Основные характеристики комплекса РН «Штиль-2» приведены в табл.

Ракета «Штиль-3А» (РСМ-54 с новой третьей ступенью и двигателем доразгона в случае старта с самолета Ан-124 (по проекту «Аэрокосмос»)) способна доставить на экваториальную орбиту высотой 200—700 км полезную нагрузку массой 950 — 730 кг.

Окончание следует.

Автор: AntoBro

Источник