Основы ракетостроения Пиндостана

Сколько бы мы с вами не хихикали насчет «батута», но стараниями остатков инженеров и конструкторов Пиндостан aka США всё еще является космической державой. И я вам сейчас об этом расскажу.

В настоящее время США располагают ровно двумя реальными типами ракет-носителей, пригодных для запуска спутников на различные орбиты. Это ракеты Atlas-V (Локхид) и Delta-4 (Боинг). Обе этих ракеты является модернизированными версиями ракет родом из 50-х годов — и в этом смысле недалеко ушли от наших Р-7 имени С.П.Королёва.

Ракета Конвэр SM-65 «Атлас» (англ. Convair SM-65 Atlas, «Атлант») — первая межконтинентальная баллистическая ракета, разработанная и принятая на вооружение в США в 1959 году. Она считается первой в мире принятой на вооружение межконтинентальной баллистической ракетой. Да-да, тут не надо советских сказок — МБР Р-7 была принята на вооружение лишь 20 января 1960 года. Первый удачный запуск прототипа ракеты Атлас состоялся 17 июня 1957 года, советская ракета Р-7 первый раз успешно полетела 21 августа 1957 года.

SM-65 «Atlas» был полутораступенчатой ракетой, использующей единый топливный бак и сбрасываемые при запуске стартовые двигатели. Такая конструкция позволяла избежать сложностей с отработкой автоматического зажигания маршевых двигателей на большой высоте — все двигатели ракеты включались на старте и работали до отделения стартовых. Несложно заметить, что советская ракета Р-7 использует ту же самую концепцию одновременного включения всех двигателей, и отличается только тем, что стартовые двигатели имеют собственные баки горючего и окислителя, и сбрасываются вместе с двигателями.

Апогей развёртывания ракет SM-65 Atlas был достигнут в 1962 году, когда на позициях в боевой готовности находились 129 ракет. К этому же моменту РВСН СССР располагали всего несколькими десятками ракет Р-7 и Р-7А, и лишь пятью готовыми пусковыми площадками. К счастью, пиндосы об этом тогда не знали.

В 1963 году, после принятия на вооружение ракеты LGM-30 «Минитмен», старые жидкотопливные ракеты «Атлас» начали постепенно сниматься с вооружения. Снятые с вооружения «Атласы» передавались НАСА и переделывались в ракеты-носители, являвшиеся основой пускового флота США до появления ракет семейства «Сатурн». На этой ракете совершил первый американский орбитальный полет Джон Гленн, 20 февраля 1962 года.

Атлас V является последним по времени членом семейства Атлас и является развитием ракеты-носителя Атлас II и Атлас III. Большинство силовых установок, авионики и структурных элементов идентичны или являются непосредственным развитием использованных ранее на ракетах-носителях семейства. Наиболее заметное внешнее отличие состоит в баках первой ступени — больше не используются баки диаметром 3,1 м из нержавеющей стали, постоянно находящиеся под давлением, также произошел отказ от идеологии «1,5 ступени».

Первая ступень ракеты-носителя являет собой универсальный ракетный модуль Атлас (Common Core Booster), высотой 32,46 м, диаметром 3,81 м, с сухим весом 21 054 кг. На ступень установлен один двухкамерный жидкостный ракетный двигатель РД-180 производства российской компании НПО Энергомаш. Стабилизация содержимого топливных баков во время полёта осуществляется повышением давления при помощи сжатого гелия, который находится в баллонах под высоким давлением, расположенных внутри топливных баков с керосином.

Двигатель РД-180 развивает тягу 390 тонн на уровне моря. Самый мощный из американских двигателей, RS-68A, развивает тягу около 315 тонн на уровне моря — именно поэтому и приходится использовать российский двигатель.

Исходно МБР SM-65 Atlas летала на одном двигателе Rocketdyne XLR105-NA-5 тягой в 36 тонн и двух боковых двигателях Rocketdyne XLR89-NA-5 тягой по 75 тонн, итого 186 тонн — это очень мало для ракеты-носителя. Применение мощного российского двигателя позволило отказаться от концепции сбрасываемых боковых двигателей и значительно улучшить ТТХ ракеты-носителя.

При необходимости к УРМ присоединяются твердотопливные ускорители AJ-60A (тягой по 170 тонн каждый) в количестве до 5 штук включительно. Ракета в минимальной конфигурации (без ускорителей) выглядит вот так:

Вторая ступень (Атлас-5 «XX1» или «XX2») присоединяется при необходимости — это разгонный блок «Центавр». Он бывает двух типов — с одним двигателем RL-10A-4-2 или с двумя такими же двигателями. Эти двигатели имеют тягу около 10 тонн в вакууме.

Все старые МБР SM-65 Atlas давно использованы для пусков, поэтому Атлас-5 это чистый новодел, строящийся с нуля.

Теперь давайте поговорим про ракету Дельта-4. Delta — это семейство ракет-носителей, которое обеспечивает космические запуски в США с 1960 года. С этого времени было произведено более 300 запусков, 95% из которых были успешны.

Сейчас летает только Дельта-4, которая является модульной ракетой, построенной на концепции УРМ (универсального ракетного модуля). Дельта IV состоит из двух ступеней и, в отличие от керосинового Атласа, использует криогенные компоненты топлива: жидкий водород и жидкий кислород.

Ракета-носитель используется в пяти версиях: Medium (англ. Medium — средний), Medium+ (4,2), Medium+ (5,2), Medium+ (5,4) и Heavy (англ. Heavy — тяжелый).

Из-за высокой стоимости (от 164 до 400 млн $ в зависимости от версии), Дельта IV используется в первую очередь для запуска спутников Министерства обороны (DoD) и Национального управления военно-космической разведки США (NRO). Дельта IV Heavy, по состоянию на 2016 год, обладает наибольшей выводимой полезной нагрузкой среди всех эксплуатируемых ракет-носителей в мире (почти 29 тонн на низкую орбиту). В 2015 году стоимость запуска ракеты-носителя Дельта IV Heavy составляла около 400 млн. $ — именно поэтому в такой конфигурации ее запускали всего 9 раз.

В 2015 году компания ULA приняла решение отказаться от всех модификаций Дельты IV, кроме Heavy, уже к 2018 году — стало очевидным, что керосиновый Atlas-V значительно выгоднее, особенно с российским двигателем.

Более того — технически керосиновый Atlas может быть собран в такую же связку из трех УРМ, как Delta-4 Heavy, в результате чего его параметры по выводимой нагрузке приблизятся к тем же 29 тоннам на НОО. Этому мешает только то, что тогда придется покупать у русских втрое больше двигателей.

Поэтому в дальнейшем предполагается полный вывод из эксплуатации как Атласа V, так и Дельты IV, их заменит новая ракета-носитель Vulcan, первый запуск которой планируется не ранее 2019 года.

Первой ступенью Дельта IV является универсальный ракетный модуль (УРМ, англ. Common Booster Core, CBC), общий для всех модификаций ракеты-носителя. Модуль использует один двигатель RS-68 производства фирмы Rocketdyne. Двигатель RS-68 — первый большой ЖРД, который был разработан в США после разработки основного двигателя для космического челнока SSME (англ. Space Shuttle Main Engine, или RS-25) в 1970 годах, и самый мощный из тех, какими располагают США — его тяга достигает 315 тонн на уровне моря.

Сейчас двигатель RS-68A обходится НАСА около 20 миллионов долларов (для сравнения — РД-180 русские продают по 11-15 миллионов долларов, при более высоких характеристиках).

В качестве замены РД-180 рассматривался новый двигатель AR1, на разработку которого Пентагоном выделено 160 млн долларов. Без того же успеха. В сентябре 2014 года ULA заявили, что вступят в партнёрство с Blue Origin для разработки BE-4 — кислородно-метанового двигателя для замены РД-180 на новой первой ступени. И снова результаты не обнадеживают. Они и не могут обнадеживать — целью проекта BE-4 является достижение тяги 240 тонн на уровне моря, против 390 тонн у РД-180. Вот такая вот ситуация.

На модификациях Дельта IV Medium+ используются твердотопливные ускорители GEM-60 компании Orbital ATK. Для модификации Дельта IV Heavy используются 2 универсальных ракетных модуля CBC, закреплённые по бокам центрального модуля CBC первой ступени. На верхнем конце ускорителей устанавливаются конические обтекатели из композитных материалов.

Кроме этих ракет, у США имееются еще некоторый клоунский зверинец — Falcon-9 от Ололона Маска (с девятью работающими параллельно двигателями в первой ступени эта ракета имеет очевидные проблемы с надежностью и дальнейшим масштабированием), еще более дурацкая многоразовая ракета-носитель New Glenn от Blue Origin, легкая ракета «Пегас» воздушного старта и так далее.