Системы подводного старта: как попасть из-под воды на орбиту? Окончание09.03.2017 17:52

Продолжение первой части:

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

Морская ракетно-космическая система «Прибой»

Для более полного охвата рынка низкоорбитальных аппаратов была проведена проработка новых схем ракет-носителей. Одной из них стала ракета-носитель, создаваемая по проекту «Прибой».
Ракета «Прибой» использует технологии ранее разработанных БРПЛ: на первой ступени — двигатель ракеты РСМ-52, вторая и третья ступени используют двигательные установки ракеты РСМ-54 (Р-29РМУ2 «Синева» (код СНВ РСМ-54, по классификации НАТО — SS-N-23 Skiff)), четвертая маршевая ступень и пятая доводочная создаются также на основе технологии ракеты РСМ-54.

Видеоклип, посвященный лучшей в мире (по энергомассовым характеристикам) баллистической ракете РСМ-54 «Синева». Основной носитель: подводные лодки проекта 667 БДРМ.

Видео пуска ракеты БРПЛ «Синева» / Missile launch R-29RMU «Sineva»

Энергетические возможности ракеты «Прибой» удовлетворяют верхнему диапазону низкоорбитальных полезных нагрузок. По предварительным оценкам, при старте из районов экватора она выводит полезную нагрузку, масса которой (в кг) в зависимости от высоты орбиты приведена в таблице.

Указанные возможности ракеты-носителя «Прибой» делают перспективной ее разработку.
В 1993 году в работах по «Прибою» появился новый импульс, который, во-первых, ускорил ход работ и, во-вторых, дополнил рассматриваемые ранее варианты старта с наземного стенда и подвижного плавсредства. Таким импульсом стало предложение американской компании «Инвесторы в морские пуски, Инк» (президент — адмирал Томас Х. Мурер) о разработке в весьма сжатые сроки коммерческой ракеты-носителя, стартующей непосредственно с водной морской поверхности, для вывода в космос аппаратов массой до 2000 — 2500 кг. Водная поверхность является универсальной стартовой площадкой, которая со многих точек зрения обеспечивает наилучшие параметры стартовых систем. Однако практическая реализация такого способа старта связана с серьезными техническими трудностями.

В основу совместного российско-американского коммерческого проекта была положена ракета-носитель «Прибой», в связи с чем и проект сохранил название «Прибой» («Surf»). Была достигнута договоренность о разработке в течение трех месяцев концептуального инженерного проекта по ракете и системе в целом. Перед КБ встала задача решения в сжатые сроки сложных технических проблем по ракете-носителю, по ее транспортировке к месту старта, сборке ракеты и ее пуску с водной поверхности. Поскольку ракету невозможно эксплуатировать в наземных условиях в собранном виде, было предложено загружать ее по частям на корабль и уже на корабле производить окончательную сборку и проверку всех систем, т. е. корабль надо было превратить в сборочный цех. В результате предварительных исследований были выбраны два типа кораблей: десантный корабль типа «Иван Рогов» или контейнеровоз типа «Севморпуть» (рис. 2, 3).

Эти корабли с необходимыми доработками способны будут принять на борт комплектующие части нескольких ракет, аппаратуру комплекса и необходимое технологическое и сборочное оборудование ракет.

Для реализации предложенной технологии пришлось разработать уникальный агрегат — транспортно-пусковую платформу, которая имеет специальные устройства для погрузки отдельных частей ракеты и последующей их сборки. Каждое из устройств, кроме элементов крепления и амортизации, имеет три степени свободы, что необходимо для центровки отдельных частей ракеты друг относительно друга при сборке в единые конструкции.

Общее представление о транспортно-пусковой платформе дает рис. 4. Собранная на этой платформе ракета может транспортироваться кораблем практически в любую точку Мирового океана.

При исследованиях было рассмотрено большое количество вариантов обеспечения необходимой положительной плавучести ракеты: от наддуваемых эластичных шар-баллонов до специальных раздвижных катамаранных устройств. В итоге нашлось достаточно простое решение: поскольку полезную нагрузку в любом случае необходимо было защищать обтекателем, он частично решил и эту проблему (свободный воздушный объем под обтекателем). С другой стороны, обеспечивая запуск двигателя ракеты в воде, КБ пришло к необходимости установки в хвостовой части ракеты специального поддона, который в совокупности с передним защитным обтекателем, гарантировал необходимую положительную плавучесть ракеты.

Необходимо было выбрать оптимальный способ эвакуации подготовленной ракеты с корабля на водную поверхность. Из многих вариантов для дальнейшего анализа и выбора оставили два.

Первый способ — для корабля «Севморпуть» (рис. 5). Собранная ракета на транспортно-пусковой платформе подавалась на кантователь, установленный в кормовой части корабля, платформа на кантователе раскреплялась. Кантователь переводил платформу из горизонтального положения в вертикальное и затем опускал платформу специальным лифтом до уровня естественного положения ракеты «Прибой» на воде. В дальнейшем производилось отделение ракеты от платформы для свободного плавания по водной поверхности.

Второй способ — использование шлюзовой камеры корабля типа «Иван Рогов». Шлюзовая камера, в которой располагается транспорта-пусковая платформа с собранной и подготовленной ракетой, затапливается морской водой. При достижении определенного уровня затопления шлюзовой камеры ракета отделяется от платформы (всплывает), после чего производится ее эвакуация с корабля на свободную морскую поверхность при помощи плавякоря.

Второй способ был выбран в качестве основного.

Российский и зарубежный опыт разработки ракетных комплексов с подводным стартом показывает, что запуск энергетического средства ракеты при старте осуществляется в некоторый воздушный объем (или полость). Этот объём организовывался ранее (при предстартовой подготовке) или создавался непосредственно при старте, т. е. при запуске отдельных элементов двигательной установки. Это обстоятельство привело к необходимости установки на кормовую часть ракеты специального поддона (рис. 6), о котором уже говорилось выше. Для нормального горизонтального плавания ракеты и последующего перевода ее из горизонтального положения в вертикальное достаточен объём поддона 8 — 15 м³.

Для обеспечения запуска двигателя пришлось серьезно усложнить поддон. В итоге на ракете «Прибой» он выполняет несколько функций:

— совместно с передним обтекателем обеспечивает горизонтальное плавание ракеты на свободной водной поверхности,
— путем заполнения балластной цистерны обеспечивает перевод ракеты из горизонтального положения в вертикальное,
— за счет задействования газогенератора после отделения определенных частей поддона организовывает необходимый газовый объем, в который запускается основной двигатель ракеты.
Решения по стартовой системе и организации старта ракеты «Прибой» с воды иллюстрируются рис. 7, 8.

Значительное число проблемных вопросов было решено собственно по ракете-носителю «Прибой». Проблемы эти обусловлены как особенностями компоновочной схемы ракеты, так и оригинальностью схемы ее прохождения и, главное, старта. Достаточно ограничиться перечнем этих вопросов:

— разработка системы наддува ступеней ракеты и межступенчатого (1 и 2) отсека, обеспечивающей безопасность ракеты, работоспособность двигателей второй и третьей ступеней и прочность конструкции;
— обеспечение герметичности бортовой кабельной сети;
— создание герметичного головного обтекателя и системы отделения его, обеспечивающих требуемые акустические нагрузки на полезную нагрузку;
— решение вопросов обеспечения работоспособности бортовой системы управления ракеты при проведении операций, ранее отсутствовавших в логике функционирования (эвакуация ракеты из шлюзовой камеры корабля, приведение ракеты в вертикальное положение), выполняемых в автономном плавании и составляющих по времени до 10 минут;
— разработка системы дистанционного пуска ракеты.

В ходе разработки концептуального инженерного проекта удалось решить главные технические проблемы и показать возможность создания коммерческой морской ракетно-космической системы с принципиально новыми схемами элементов ракеты-носителя, пусковой системы и организации старта.

В дальнейшем программу создания РН «Прибой» пришлось закрыть из-за отсутствия финансирования.

По той же причине прекращено переоборудование под космические зада­чи НСК на полигоне Нёнокса, где ранее испытывались новые модификации БРПЛ.

Примечание: по ОКР «Прибой» был разработан и оформлен патент Российской Федерации RU2543436 «Псевдо имитатор стартового комплекса».

Псевдоимитатор стартового комплекса, далее именуемый комплекс, относится к ракетной технике, а именно к военным ракетным стартовым комплексам морского базирования. Комплекс автономный, скрытный, подвижный и подводный, обеспечивает старт баллистическим или крылатым ракетам, способным нести ядерный заряд или поражающие элементы для подавления систем противоракетной обороны (ПРО). Комплекс может служить маяком для ориентации подводных лодок и имитировать подводную лодку.

К недостаткам прототипа («Прибой») относится то, что корабль «Иван Рогов» является военным надводным десантным кораблем, и возможность нахождения на его борту баллистических ракет предполагает, что за его местоположением ведется наблюдение, и, следовательно, этот корабль будет атакован в первую очередь. Эвакуация ракеты и подготовка ее к старту занимает длительное время, при этом ракета будет сравнительно близко к кораблю и, скорей всего, при атаке на корабль станет невозможным старт ракеты.

Сущность изобретения состоит в том, что конструкция комплекса состоит из водонепроницаемого модуля с размещенным в нем транспортно-пусковым контейнером с ракетой. Модуль перемещается грузовым, рыболовецким или любым другим, в т.ч. подводной лодкой, далее именуемым кораблем-транспортом, в подводном и надводном положениях, на палубе или внутри корпуса корабля-транспорта. В требуемый момент времени модуль отделяется от корабля-транспорта и становится автономным. При этом создается имитация подводной лодки, все остальное: стартовый комплекс, пуск ракеты, ракета с головной частью — реальные. Головная часть может нести не только ядерный заряд, особенностью изобретения является способность нести поражающие элементы для уничтожения элементов ПРО потенциального противника для защиты других боеголовок, например, несущих ядерный заряд и выпущенных другими стартовыми комплексами

На фиг.5 — сухогруз или любое другое, преимущественно невоенное, судно 20 транспортирует модули 21 разными способами: на палубе, буксирует за крепежные узлы 22 на корпусе судна или за трос 23.

На фиг.12 — модуль с раскрытым (надутым) имитатором подводной лодки 27, развернутыми антеннами 28, открытым люком 2. Комплекс в предстартовом положении.

Боеприпасы имитатора:

На фиг.16 — схема, где комплексы с имитаторами подводных лодок 27 обеспечивают защиту боеголовки 32 с ракеты, запущенной подводной лодкой в подводном положении из точки 33, координаты которой определены по координатам имитаторов 27. Боеголовка 32 летит к цели 34. Комплексы запускают ракеты так, чтобы головные части ракет подлетали и барражировали на парашюте 29, планере 30 и воздушном шаре 31 над соответствующими участками 35, 36, 37 зоны действия ПРО в момент пролета над этими участками боеголовки 32 для защиты ее и противодействия ПРО.

Воистину:

У русских, вот хоть запчасти от «Мерседеса» дай –
как начнут собирать, всё равно выходит автомат Калашникова или танк.

/Бородатый советский анекдот.

Надо заметить, что в СССР аналогичная программа была начата в августе 1964 года — ракетный корабль, проектировавшийся на базе судна ледового плавания проекта 550 «Агуэма», получил рабочее название «Скорпион» (проект 909).

На его борту должны были находиться восемь ПУ ракет Р-29, а внешний вид отличался только наличием дополнительных антенн. Согласно проведенным расчетам, патрулируя арктические воды Советского Союза, такое судно могло поразить своими ракетами объекты практически на всей территории США.

Кроме того, ЦКБ-17, уже в инициативном порядке, спроектировало еще и ракетовоз, замаскированный под гидрографическое судно (проект 1111, «четыре кола»). Первые в серии суда этих проектов в ценах 1964 года обошлись бы госбюджету соответственно в 18,9 и 15,5 миллиона рублей.

Забавно, но и «миролюбивые» американцы уже в 1963 г. предлагали странам НАТО создать целую флотилию таких «судов с сюрпризом» на базе транспортов типа «Маринер».

Морская ракетно-космическая система «Рикша»

С расчетом на долговременную перспективу ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева» совместно с НПО «Энергомаш», КБ общего машиностроения, НПО автоматики и приборостроения и ГП «Красноярский машиностроительный завод» приступил к разработке ракетно-космического комплекса «Рикша», предназначенного для запуска космических аппаратов малого класса — это третье направление нашей космической деятельности.

Анализ перспективного рынка космических услуг показывает, что в зарубежных и российских космических программах преобладают малые космические аппараты, предназначенные для низкоорбитальных систем связи, зондирования Земли, исследования околоземного космического пространства, реализации космических технологий. Рост интереса к малым космическим аппаратам в значительной степени объясняется такими их преимуществами, как низкая стоимость, оперативность создания и развертывания, возможность быстрой реакции на новейшие научно-технические достижения и потребности рынка.

Для того, чтобы наиболее полно быть востребованной на рынке средств выведения (10 — 15 пусков в год), ракета-носитель должна обеспечить выведение спутников связи (передача речевых сообщений) массой около 800 кг на орбиты высотой до 800 км, спутников наблюдения массой 350 — 500 кг на орбиты высотой 500 — 800 км, возвращаемых спутников массой около 1000 кг на орбиты высотой 350 км.

Космические аппараты малого класса в силу разнообразия решаемых задач требуют выведения на орбиты от экваториальных до солнечно-синхронных. Охватить такой широкий спектр наклонений орбит стационарными комплексами с территории России проблематично. Задачу может решить транспортабельный комплекс на базе ракеты-носителя легкого класса. Кроме того, необходимо отметить возросшие в последнее время требования к экологической безопасности ракетно-космической техники, стоимости ее создания и эксплуатации. С этой точки зрения весьма перспективным является использование для ракет-носителей в качестве горючего сжиженного природного газа в паре с жидким кислородом в качестве окислителя, что позволяет:

— обеспечить минимальную экологическую нагрузку на окружающую среду при падениях отработанных ступеней и при аварийных ситуациях;
— добиться высоких энергетических и габаритно-массовых характеристик ракеты;
— использовать сжиженные природные газы других стран — потенциальных потребителей, что повысит рыночную привлекательность коммерческой ракеты-носителя.

Комплекс «Рикша» разрабатывается как средство выведения на околоземные орбиты и суборбитальные траектории космических аппаратов легкого класса различного назначения из любых заранее оговоренных районов суши и моря.

Основной замысел разработки комплекса «Рикша» — максимальное удовлетворение потребностей заказчиков пусков. Исходя из этого, комплекс строится в транспортабельном исполнении, что позволяет реализовывать широкий диапазон наклонений орбит при оптимальных энергетических затратах на выведение полезных нагрузок и использовать территорию стран-заказчиков (по их желанию) для проведения пусков. Для комплекса «Рикша» предусматриваются два варианта пусковых систем с унифицированными подсистемами (рис. 2):

— стационарный быстровозводимый стартовый комплекс с максимальной заводской готовностью систем и с использованием инфраструктуры существующих полигонов России (Свободный, Плесецк) и полигонов зарубежных стран;
— морской комплекс с использованием дооборудованных больших рыбоперерабатывающих траулеров проекта 1288.

Ракета-носитель имеет в своем составе две маршевые ступени. В зависимости от решаемых задач она может оснащаться апогейной двигательной установкой. На маршевых ступенях используются модификации одного и того же ЖРД. На первой ступени собран пакет из шести двигателей, на второй ступени установлен один двигатель. Топливные баки первой и второй ступеней — цельносварные вафельной конструкции из алюминиево-магниевого сплава. Разделительные днища однослойные. Изготовление таких конструкций освоено Красноярским машиностроительным заводом. Бортовая аппаратура системы управления размещается в герметичном приборном отсеке с возможностью его замены на стартовой позиции. Система управления ракеты — инерциальная с коррекцией по внешним ориентирам (системы «Навстар» и «Глонасс»). Полезная нагрузка находится под обтекателем, конструкция которого обеспечивает ее пылевлагозащиту и имеет люки для подвода пневмо- и гидромагистралей к системам полезной нагрузки и осуществления электрических связей с наземной аппаратурой. Объем зоны полезной нагрузки 9 м³.

В конструкцию ракеты, длина которой 24,5 м, диаметр 2,4 м, стартовая масса 64 т, внедрен ряд оригинальных технических решений (отсутствие межбаковых и межступенчатых отсеков, размещение двигателей в баках горючего), которые оправдали себя в баллистических ракетах подводных лодок нескольких поколений и позволяют: снизить пассивную массу ракеты и тем самым повысить ее энерговооруженность; упростить процесс захолаживания двигателей перед запуском; улучшить жесткостные параметры ракеты как объекта стабилизации; использовать существующие транспортные средства для перевозки ракеты-носителя; сократить габариты ракеты и транспортных средств.

На рис. 3 показаны энергетические возможности ракеты-носителя.

Ракета-носитель «Рикша-1» может выводить как зарубежные космические аппараты, так и значительную часть современных и перспективных аппаратов российкого производства. При создании ракеты-носителя «Рикша-1» закладываются модернизационные возможности. Так, оснащение ракеты двумя боковыми ускорителями на основе баков первой ступени обеспечивает выведение на околоземную орбиту полезной нагрузки массой до 4 тонн.

Послесловие:
Очень жаль (с инженерной и экономической точек зрения), что эти ракетно-космические системы не были реализованы в полном объёме.

На это были три причины:

1. Экологическая составляющая:
«Сага о ракетных топливах-обратная сторона медали»
Могу предположить, что » Беллона«и «Гринпис» просто бы взвыли от такой перспективы. Всё-же «мокрый старт» БРПЛ это достаточно не экологично.

2. Развал СССР и снижение потребности в выводе на орбиту большого числа военных и гражданских спутников.

3. Некоторые спутники и комплектующие могут быть запущены исключительно с территории производителя/заказчика пусков.

— Закон условий экспорта высоких технологий от 1979 году;
— Товары военного назначения, контролируемые Списком вооружений США (US Munitions List)
— Товары двойного назначения, перечень которых определен Списком торгового контроля США (Commercial Control List).

А готовят РН к старту, как известно, исключительно специалисты завода-изготовителя.
«Дать в руки» спецов одного из самых грозных предприятий ВПК СССР высокие технолологии-на это решится не каждый.
4.Большая конкуренция со стороны российских и украинских производителей ракетной техники.

Всё выше поясняет, почему «ГРЦ Макеева» празднует не только дни: рождения современного отечественного ракетостроения, машиностроителя, ракетных войск и артиллерии, моряка-подводника и день химика, но и вполне заслуженно 12 апреля миасские ракетостроители считают своим профессиональным праздником.

С чем их сердечно и поздравляю.

*Перековеркивать технические термины и хороший текст-нет смысла

© Geektimes