Ракета-носитель «Протон-К»

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)