Выполнил студент
МГТУ им.Баумана
Группы 12-41
Боздаганян Арташес
Прото́н (УР-500, 8К82) — ракета-носитель тяжёлого класса, предназначенная для выведения автоматических космических аппаратов на орбиту Земли и далее в космическое пространство.
Ракета-носитель «Протон-К»
Карьера УР-500К (сейчас эта ракета называется «Протон-К», для того чтобы отличить ее от двухступенчатого «Протона») поначалу складывалась неудачно. Из 25 пусков, выполненных к концу 1970 г., только 11 были успешными. В большинстве случаев виновницей оказывалась ракета – новое изделие, существенно более сложное, чем остальные. Недоброжелатели говорили, что надо прекратить пуски из-за низкой надежности и токсичности компонентов топлива. Испытатели смотрели на события проще: носитель «набирает статистику», а «детские болезни» преодолеваются с помощью мероприятий, направленных на увеличение надежности. К 1970 г. была существенно повышена надежность двигателей первой ступени и улучшена технология их изготовления. К 1971 г. соответствующие работы проведены с двигателями второй и третьей ступеней. К 1973 г. прошла волна мероприятий по повышению надежности системы управления. Результат налицо – число аварийных пусков резко сократилось. К этому времени перспективность УР-500К уже ни у кого не вызывала сомнений.
|
|
По сравнению с «Молнией» (8К78), «Протон-К» с разгонным блоком имел более чем трехкратное преимущество в массе груза, выводимого на отлетные траектории. Двигатель блока «Д» мог многократно включаться в условиях космического полета, благодаря чему УР-500К стала первым кандидатом для запуска спутников на геосинхронную (стационарную) орбиту.
Однако анализ аварийных пусков показал, что в части неудач были виноваты именно блоки «Д». В свое время В.Челомею не дали «развернуться» с собственным разгонным блоком (РБ) в программе ЛК-1, и сейчас, по его мнению, можно было повысить надежность комплекса, отказавшись от использования блока «Д». Еще во времена «лунно-облетного противостояния» с ОКБ-1, он предвидел трудности, возникающие при эксплуатации верхней ступени с криогенными окислителем, и предлагал разработать универсальный РБ на том же топливе, что и нижние ступени носителя. Для такого блока в 1965 г. он заказал своим соратникам по кооперации из Воронежа высотный ЖРД многократного включения с возможностью глубокого дросселирования тяги. Конечно, двигателю на АТ-НДМГ трудно тягаться с кислородно-керосиновым коллегой, но косберговцы пообещали «выжать все возможное» и сделать высокоэкономичный ЖРД замкнутой схемы. К январю 1969 г. было проведено 188 огневых испытаний 56 двигателей. Однако, не имея преимуществ по массе забрасываемого груза, новый разгонный блок не состоялся.
|
|
Отказавшись от концепции единых компонентов на всем носителе с «ног до головы», можно было сделать высокоэнергетический РБ, превосходящий кислородно-керосиновый блок «Д». Кислородно-водородное топливо как наиболее энергетически выгодное имело невысокую плотность – росли габариты разгонного блока и носителя в целом. К концу 1960-х годов прочнисты говорили, что ветровые нагрузки могут сломать слишком длинную ракету с верхней водородной ступенью. Не нарушая «золотого сечения», решили сделать блок на гораздо более плотном топливе на основе фтора.
Для такого РБ академик В.П.Глушко разработал двигатель РД-301 на жидком фторе и жидком аммиаке, по уровню удельного импульса близкий к кислородно-водородным ЖРД. Стендовая отработка двигателя была доведена до стадии выдачи «сертификата летной годности». Специалисты ОКБ-52 даже предлагали заменить стандартную третью ступень УР-500К фторо-аммиачным блоком с четырьмя РД-301, почти в полтора раза увеличив массу груза на низкой околоземной орбите. Были начаты, но не завершены, работы по подготовке одного из двух стартовых комплексов к заправке верхних ступеней новыми компонентами топлива. Дальнейшему развитию проекта мешали большая агрессивность фтора и чрезвычайно высокая токсичность фторо-аммиачного топлива и продуктов сгорания.
Пока эти вопросы не стояли остро, разработчики ЦКБМ нацеливались и на самое энергетически выгодное фторо-водородное топливо, позволяющее еще больше поднять грузоподъемность ракеты, имеющей третью и четвертую ступени, работающие на таком топливе.
Несмотря на то что В.П.Глушко «не любил» водород, он полагал, что можно уменьшить емкость баков водородной ракеты, используя в качестве окислителя фтор. Правда, оставались малая плотность и низкая температура кипения самого водородного горючего. Установка внутрибаковых теплообменников системы термостатирования топлива позволяла уменьшить испарение и увеличить время нахождения ракеты в заправленном состоянии.
Работы по фторо-водородному топливу не ушли дальше испытаний модельных камер сгорания двигателей, когда специалисты наконец полностью оценили возможный урон наносимый окружающей среде даже не аварией «фторной» ракеты, а просто утечкой окислителя, которой, как показала практика, трудно избежать. Работы над фтороаммиачными и фтороводородными блоками были прекращены.
Интересно отметить, что американские работы по использованию фтора в качестве окислителя для носителей и космических аппаратов были закрыты по тем же причинам, хотя и немного раньше.
В начале 1970-х годов снова вернулись к топливу «кислород-водород». К этому времени вопросы прочности и ветровой устойчивости носителя уже были решены, а на стендах «жужжали» двигатели 11Д56 и 11Д57 разработки КБ А.Люльки и А.Исаева соответственно, созданные для верхних ступеней перспективных вариантов Н-1. Лунная программа переживала упадок, и практически готовые ЖРД остались без заказчика. В.Челомей предлагал поставить вариант двигателя 11Д57М (с раздвижным соплом) на третью ступень «Протона-К». Дополнив такую ракету блоком «ДМ», можно было примерно в 1,5 раза увеличить массу спутника, выводимого на геостационарную орбиту. В канун нового, 1972 г., было решено всерьез заняться проблемой повышения энергетических характеристик «Протона-К» с помощью водородных ступеней.
Как и в предыдущих случаях, проектанты рвались вперед и предложили сделать для «пятисотки» РБ с... ядерным ракетным двигателем! В Воронеже КБ Химавтоматики развернули работу над необходимой двигательной установкой. Понимая, что полеты реальной ракеты с ядерным разгонным блоком начнутся еще не скоро, в Реутове прорабатывались варианты «Протона-К», оснащенного кислородно-водородными ЖРД на второй и третьей ступенях. Оставался один шаг к полному отказу от концепции ракеты на долгохранимом топливе. И он был сделан.
|
|
Несмотря на свое неприятие королёвской Н-1, В.Н.Челомей хорошо отзывался о кузнецовских кислородно-керосиновых двигателях для этой ракеты. Уже к июню 1972 г. были приготовлены технические предложения по носителю на базе УР-500К, но оснащенному этими ЖРД.
Такое же предложение по использованию кислорода и керосина на «Протоне-К» было выдано в первой половине 1970-х годов Центральным научно-исследовательским институтом машиностроения (ЦНИИМаш). В контексте завершения работ по Н-1 основным вопросом была проблема утилизации оставшихся двигателей, имеющих высокие характеристики, а также использование отлаженного крупносерийного производства на НПО «Труд» в Куйбышеве. Однако, как и в первом случае, замена топлива не вела к резкому увеличению грузоподъемности носителя, но требовала коренной модернизации не только ракеты,
но и всей наземной базы и, в основном, стартового комплекса. Усилия на переделку старта должны были окупиться экологической чистотой комплекса. Эти предложения тогда не поддержали.
В первой половине 1980-х годов специалисты ЦКБМ предложили еще один экологически чистый вариант ракеты, на этот раз двухступенчатый. Первая ступень оснащалась ЖРД Н.Кузнецова, а на второй устанавливался один кислородно-водородный двигатель КБ Химавтоматики, который разрабатывался в рамках нового гигантского проекта «Энергия-Буран».
И хотя предлагаемая ракета по расчету имела более высокую надежность, чем «Протон», при почти вдвое большей грузоподъемности, руководству страны тогда было не до нее.
Установив на такой носитель кислородно-водородный РБ, разработчики могли получить надежную трехступенчатую ракету, способную вывести на геостационарную орбиту спутник массой 5,7–7,6 т. Подобной системы в мире еще не существовало – она появился только в конце 1990-х годов (Arian 5 и Titan 4–Centaur)