Технологический ряд носителей

Компоновки:       Моноблочная             А1           Логика технологического ряда

                              Трёхблочная              А3

                              Четырёхблочная      А4

                              Семиблочная             А7   

Носитель	А1	А3	А4	А7	А7-КВБ
Стартовая масса, т	167	478	618-628	1031-1080	1031
Масса ПГ, т	3,7	14	23-24	37-40	46-47
Перелив компонентов	-	-	+	+	+
Сопловой насадок на ЦБ	-	-	+	+	+

Технологическая основа:

• ракетные модули, унифицированные по ЖРД и диаметру топливных баков;
• компоненты топлива - жидкий кислород + керосин;
• схема двигателей - замкнутая, с дожиганием окислительного газа;
• количество маршевых двигателей на каждом блоке - 1;
• количество камер сгорания у двигателя - 1;
• компоновки – от моноблочной до семиблочной;
• тип двигателя – РД-191, выбран разработчиками носителей «Ангара».

Моноблочная компоновка

Наименование: А1.
Состав:

- унифицированный двухбаковый ракетный блок, образующий первую ступень;
- неунифицированный ракетный блок второй ступени, сопряжённой с первой по схеме «тандем».

Назначение: выведение лёгких полезных грузов на низкие и средние орбиты.
Примечание: носитель предложен ГКНПЦ им. Хруничева и разрабатывается в рамках программы «Ангара».

  в начало 

Трёхблочная компоновка

Наименование: А3.
Состав:

- 2 унифицированных двухбаковых ускорителя первой ступени;
- унифицированный центральный двухбаковый ракетный блок (вторая ступень), соединённый с ускорителями по схеме «пакет»;
- неунифицированный ракетный блок третьей ступени.

Примечание: носитель предложен ГКНПЦ им. Хруничева и разрабатывается в рамках программы «Ангара».

  в начало 

Четырёхблочная компоновка

Наименование: А4.
Состав:

- 3 унифицированных однобаковых равнообъёмных ускорителя первой ступени;
- унифицированный центральный двухбаковый ракетный блок (вторая ступень), соединённый с ускорителями по схеме «пакет»;
- неунифицированный ракетный блок третьей ступени.

Назначение:

- многоцелевое, должен заменить носители «Протон» и «Ангара 5И».

Свойства:

• количество пусков в год - до 15;
• компоновка - четырёхблочная;
• перелив компонентов между блоками - есть;
• запуск двигателей в полёте - есть;
• схема выведения – трёхступенчатая;
• многоразовость блоков – в перспективе предусматривается спасение боковых модулей.

Основной параметр:

- надёжность.

Возможные модификации:

1. Отсутствие соплового насадка на ЦБ.
2. Компоновка без верхней ступени, топливные баки ЦБ обладают повышенной вместимостью. При использовании эффективного соплового насадка на ЦБ максимальные возможности такого носителя превышают 18 т ПГ на НКО.

  в начало 

Семиблочная компоновка

Наименование: А7.
Состав:

- 2 унифицированных однобаковых равнообъёмных ускорителя первой ступени;
- 4 унифицированных однобаковых равнообъёмных ускорителя второй ступени;
- унифицированный центральный двухбаковый ракетный блок (третья ступень), соединённый с ускорителями по схеме «пакет».

Назначение:

- выведение полезных нагрузок на низкие орбиты;
- резервирование запусков КА на ГСО и другие высокоэнергетические траектории.

Свойства:

• количество пусков в год - от 1.5 при умеренном до 6 при интенсивном темпе эксплуатации;
• компоновка - семиблочная;
• перелив компонентов между блоками - есть;
• количество отрывных гидроразъёмов – 8;
• запуск двигателей в полёте - отсутствует;
• схема выведения – трёхступенчатая;
• многоразовость блоков - первоначально не предусматривается, в дальнейшем при необходимости вводится путём оснащения отдельных блоков системой спасения.

Основной параметр:
      - грузоподъёмность.
Основной технологический параметр:
      - удельная грузоподъёмность (масса ПН, отнесённая к величине тяги одного маршевого двигателя).
Возможные модификации:
1. Центральный блок с баками увеличенного диаметра.
2. Центральный блок, содержащий неунифицированную ДУ:
      - существенно меньшей мощности;
      - содержащую два двигателя или двигатель с двумя поворотными камерами сгорания.
3. Близкие по объёму центральный и боковые модули + дополнительный кислородно-водородный ракетный блок в качестве верхней ступени.

  в начало 

               Логика технологического ряда

    При разработке технологического ряда прежде всего интересует его технологический максимум – компоновка, обладающая наибольшими возможностями, в которой не нарушена органичность свойств (т. е. в ней основной результат достигается унифицированными техническими средствами, без системного усложнения конструкции). Поэтому сразу отпадают варианты, использующие верхнюю ступень значительных размеров, объём баков которых сопоставим с объёмом баков модулей первой ступени, а также схемы опосредованного соединения блоков. Иными словами, основой компоновки должен быть центральный ракетный блок и непосредственно прикреплённые к нему боковые ускорители. В компоновке, блоки которой имеют одинаковый диаметр топливных баков, максимальное число таких ускорителей равно шести.
    Выбор в пользу семиблочного носителя позволяет использовать при его производстве технологическое оборудование наименьших размеров и обеспечить его максимальную загрузку. Он особенно актуален в условиях снижения спроса на СВ. Логика здесь очевидна: меньшая стоимость изделий и бòльшая надёжность достигается при повышении серийности производства. Пример этому – ракета Р7, имеющая 5 основных блоков, унифицированных по двигателям и, частично, по топливным бакам, на которых имеется 20 унифицированных основных камер сгорания. К настоящему времени выполнено более 1,5 тыс. пусков различных модификаций Р7 (основные модификации касались верхних ступеней), для чего было произведено более 7,5 тыс. ракетных блоков и более 30 тыс. основных камер сгорания. Не удивительно, что технология производства Р7 была отработана достаточно быстро, и ракета давно демонстрирует высокую надёжность.
    В основе предлагаемой А7 лежит та же логика, которая привела к созданию Р7, хотя схемы носителей отличаются. Но нужно вспомнить, что Р7 создавалась, как боевая ракета и в условиях спешки. Состояние технологической базы тогда было такое:

- ЖРД замкнутой схемы не было;
- перелив компонентов требовал времени на создание и отработку технологии;
- семиблочная компоновка без перелива компонентов слабоэффективна и значительно усложняет систему управления, которая тогда базировалась на ламповых приборах;
- камера сгорания являлась наиболее трудновыполнимым элементом ЖРД, создание камер, использованных в РД-107/108, было крупной удачей и времени на разработку более крупной камеры не было.

    В основе идеи технологического ряда легли следующие предпосылки:
1. Для жидкостных РН максимальную грузоподъёмность способна обеспечить семиблочная компоновка (без потери органичности свойств).
2. Семиблочная компоновка не способна быть эффективной без потери общей унификации, если отсутствует перелив компонентов между блоками.
3. Россия унаследовала от СССР технологию производства кислородно-керосиновых ЖРД замкнутой схемы, для которых оптимальное объёмное соотношение компонентов составляет 2:1.
Отсюда следуют конструктивные решения:

- использовать двухбаковый центральный ракетный блок;
- использовать перелив компонентов между модулями;
- применять однобаковые боковые модули;
- стремиться к тому, чтобы число боковых ракетных модулей было кратно трём.

    Система перелива компонентов А7 позволит реализовать трёхступенчатую схему работы компоновки, что делает её эффективной без верхней ступени. Возможны различные варианты схемы перелива, в которых в первом разделении отбрасываются два, три и четыре модуля. Не лишён смысла и вариант использования в компоновке трёх однобаковых и трёх автономных боковых модулей. В качестве основного был выбран вариант, в котором боковые модули сгруппированы по три так, что модуль, содержащий горючее, расположен крайним. В первом разделении участвуют два модуля окислителя, крайние в группах, во втором – четыре оставшихся модуля. Такая схема перелива выбрана из следующих соображений:

- схема требует минимального числа отрывных гидроразъёмов – 8;
- при переключениях в системе перелива в топливных магистралях не должен возникать реверс потока компонентов;
- боковые модули должны органично размещаться на центральном блоке большего диаметра.

    Полученный носитель А7 обладает уникальными технологическими характеристиками:

- сохраняется осевая симметрия компоновки;
- используются недорогие, простые в обращении и доступные компоненты;
- отсутствует запуск двигателей в полёте;
- высокая унификация двигателей и топливных баков;
- на 7 модулей приходится всего 8 топливных баков;
- не более 4 типоразмеров топливных баков;
- небольшая высота относительно стартовой массы;
- высокие удельные характеристики: коэффициент полезного груза, масса ПГ, отнесённая к мощности двигателя, диаметру и объёму топливных баков.

    Для обеспечения всех прогнозируемых потребностей достаточно было бы использовать ЖРД с тягой ~150 тс. Такой двигатель в России есть в количестве нескольких десятков экземпляров – это НК-33, но его производство нужно восстанавливать.

    На окончательный облик предлагаемого технологического ряда повлияло то обстоятельство, что для создания носителя тяжёлого класса «Ангара» уже был выбран головной разработчик – ГКНПЦ им. Хруничева, который сделал ставку на разработку кислородно-керосиновых двигателей РД-191 с тягой около 200 тс (196 т у земли и 213 т в пустоте). Был определен и универсальный диаметр блоков – 2,9 м, который позволял перевозить блоки целиком по железной дороге. Такие параметры, наложенные на предлагаемый ТР показали, что:

- грузоподъёмность А4 лишь незначительно уступает разрабатываемой РН «Ангара 5И»;
- носитель А7 имеет грузоподъёмность около 40 т и в обозримом будущем остаётся невостребованным;
- в ГКНПЦ им. Хруничева освоено производство и топливных баков других диаметров, например, 4,1 м, что даёт возможность сократить длину ЦБ А7 до удобной величины.

    Для сравнения ниже приведены значения грузоподъёмности А4 и А7 для двигателей НК-33 и РД-191.

           грузоподъёмность на НКО (H=200 км, i=63°), т

        ЖРД              НК-33                    РД-191

          А7                24-27                      37-40

          А4                14-15                      23-24

  в начало