17 января 2022 года Роскосмос объявил о том, что в 2022 году Центр имени Хруничева планирует произвести последние четыре «Протона». Ракета-носитель тяжелого класса, которая 55 лет выводила на орбиту космические аппараты, уходит в историю. Ей на смену придет «Ангара-А5», которая экологичнее и может взлетать не с территории Казахстана.
Большие и универсальные
Никита Хрущев был большим поклонником больших бомб и больших ракет. Второе логично вытекало из первого, поскольку очень большие бомбы не помещались в бомбардировщики. Например, самое мощное взрывное устройство в истории человечества — «Кузькина мать», или «Царь-бомба» — оказалась слишком велика даже для модифицированного специально для нее Ту-95 (который так и остался в единственном экземпляре).
Поэтому перед конструкторами была поставлена задача создать межконтинентальную баллистическую ракету, которая способна нести бомбы мощностью до 150 мегатонн. Ну и заодно выводить в космос всякие полезные штуки как военного, так и гражданского назначения.
В работу над госзаказом включились все существовавшие тогда конструкторские бюро. Бюро пионера космонавтики Сергея Королева показало проект Н-1 — ракету сверхтяжелого класса, которую предполагалось использовать для советской лунной программы, а впоследствии и для миссий на Венеру и Марс. Аналогичный проект — ракеты Р-46 и Р-56 — предложило бюро Михаила Янгеля. А вот группа конструкторов под руководством Владимира Челомея предложила целое семейство ракет УР («универсальная ракета»):
- легкую УР-100;
- среднюю УР-200;
- тяжелую УР-500;
- сверхтяжелые УР-700 и УР-900.
УР-100 и ее модификации стали стандартными малогабаритными межконтинентальными баллистическими ракетами Советского Союза в период Холодной войны. УР-200 планировалась как более крупная МБР, которая также могла бы использоваться в качестве космической ракеты-носителя. В период с 4 ноября 1963 года по 20 октября 1964 года было проведено девять испытательных запусков, после чего программа была закрыта в пользу ракеты Р-36, разработанной Михаилом Янгелем, и ее космического варианта — ракеты-носителя «Циклон».
УР-700 планировалась как тяжелая ракета-носитель для советской лунной программы. Ее расчетная грузоподъемность на низкую околоземную орбиту составляла 151 тонну. Она предназначалась для доставки космонавтов на спутник по схеме прямого полета в лунном корабле ЛК-1. Однако для миссии были выбраны ракета-носитель Н1 Сергея Королёва и связка «Союз 7К-ЛОК» + «ЛК», а УР-700 так и осталась на бумаге.
Внешне УР-700 напоминала традиционные советские ракеты-носители с центральным блоком и боковыми ускорителями. Однако ее отличительной особенностью была система перекрестной подачи топлива и окислителя: во время начальной фазы полета двигатели первой ступени получали топливо из баков боковых ускорителей. Это позволяло центральному блоку сохранять полные баки после отделения ускорителей, увеличивая возможную полезную нагрузку.
Также был предложен ядерный вариант УР-700A, который должен был обладать значительно большей грузоподъемностью — 750 тонн на низкую околоземную орбиту. В ядерном тепловом ракетном двигателе тепло от ядерной реакции заменяет химическую энергию топлива, используемого в обычных ракетах. Рабочее тело, обычно жидкий водород, нагревается до высокой температуры в ядерном реакторе, а затем расширяется через сопло ракеты, создавая тягу. Внешний источник ядерного тепла теоретически позволяет достичь более высокой эффективной скорости истечения и, возможно, удвоить или утроить грузоподъемность по сравнению с химическими ракетными двигателями, в которых энергия хранится внутри топлива. Впрочем, и сегодня подобные проекты пока остаются не реализованными.
УР-900 была по-настоящему фантастическим носителем, которую можно сравнить разве что со Starship Илона Маска. Она представляла собой максимальное развитие концепции «универсальной ракеты» — сверхтяжелую ракету-носитель для пилотируемых экспедиций на другие планеты, в первую очередь — на Марс. Проект, предложенный в 1969 году, предусматривал использование 15 двигателей РД-270 (самых мощных однокамерных двигателей, разработанных в СССР) в первой и второй ступенях, а третья и четвертая ступени базировались на элементах УР-500. УР-900 должна была достигать высоты 90 метров, обладать стартовой тягой 94 тысячи килоньютонов и выводить на низкую околоземную орбиту 240 тонн полезной нагрузки. Как и УР-700, она осталась лишь проектом
Челомей, опередивший время
Владимир Николаевич Челомей родился 30 июня 1914 года в селе Седельце (данные о точном месте рождения несколько разнятся, но традиционно указывают на этот населённый пункт), что тогда входило в состав Российской империи. С юных лет он проявлял живой интерес к технике и инженерному делу. Уже на третьем курсе Киевского автодорожного техникума Челомей работал техником-конструктором в НИИ гражданского воздушного транспорта. После окончания техникума будущий академик перешел в Институт промэнергетики конструктором в отдел двигателей внутреннего сгорания, а затем учился на авиационном факультете Киевского политехнического института и в Киевском авиационном институте.
Первые шаги в инженерном деле позволили ему накопить опыт, который особенно ценился в послевоенный период, когда СССР начинал осваивать космическое пространство. Его талант и техническое чутье быстро нашли признание в специализированных учреждениях, что открыло путь к участию в масштабных ракетно‑космических проектах. Челомей стал одним из ведущих инженеров Советского Союза в этой области. Он возглавил собственное конструкторское бюро (ОКБ‑52), в рамках которого были разработаны инновационные решения для создания ракетных комплексов.
Академик Челомей стоял у истоков разработки ряда передовых ракетных комплексов. Под его руководством были созданы автоматизированные системы управления полётами, надежные алгоритмы навигации и технологии контроля, позволяющие повысить точность вывода ракет на орбиту. Одним из ключевых его проектов стал комплекс «Алмаз» — военная орбитальная станция, изначально создаваемая для нужд противовоздушной и противоракетной обороны. Позднее технологии «Алмаза» были адаптированы для гражданского сектора, что вылилось в создание серии орбитальных станций «Салют».
Помимо систем управления, Челомей занимался экспериментальными исследованиями в области применения ядерной энергетики для космических аппаратов. Его проекты, хоть и не были воплощены в массовом производстве, открывали перспективы для межпланетных полетов и служили толчком к развитию концепций ядерного двигателя в космической технике.
С 1961 года Владимир Челомей возглавлял Совет главных конструкторов — неформальное объединений руководителей конструкторских бюро, работавших на советскую космическую программу. Хотя этот совет не был официальным, тем не менее, его наличие порождало дискуссии, так необходимые для прогресса любого проекта. И одновременно с этим — неприязнь между конструкторами, соперничество и даже подковерные интриги, хотя никто из участников не позволял себе публичной критики или недостойных выпадов в адрес оппонентов. Фактически Челомей возглавил Совет, когда после первого пилотируемого запуска взаимодействие между Королёвым и другими конструкторами сошло на нет.
Апофеозом противостояния Челомея и Королева стала лунная гонка. Политическая борьба между конструкторами обострилась из-за поддержки со стороны Никиты Хрущева, который покровительствовал Челомею. После его отставки в 1964 году позиции Челомея ослабли, а Королёв получил больше возможностей для реализации своей программы. Однако после смерти Королёва в 1966 году проект его ракеты Н-1 столкнулся с техническими трудностями и был окончательно закрыт в 1974 году.
Хотя оба конструктора были соперниками, их противостояние не было личной враждой. Они уважали друг друга как выдающихся инженеров, но каждый стремился доказать, что его путь к Луне был правильным. В итоге СССР так и не смог высадить человека на Луне.
Взлет «Протона»
Проект сверхтяжелой ракеты Челомея пошел под нож почти сразу после разработки. Она была прямым конкурентом королёвской Н-1, а что-либо противопоставить авторитету главного советского конструктора было невозможно. Королёв открыто критиковал УР-500 и другие проекты Челомея из-за использования токсичных компонентов топлива.
Однако УР-200 и унифицированную с ней УР-500 (которая по первоначальному проекту должна была состоять из четырех соединенных параллельно двухступенчатых УР-200 и третьей ступени, созданной на базе модифицированной второй ступени все той же УР-200) удалось отстоять. В 1961 году было принято решения о начале проектирования УР-200, а в 1962 и УР-500.
Ракета УР-500 изначально разрабатывалась как сверхтяжелая межконтинентальная баллистическая ракета. Она предназначалась для доставки термоядерного заряда мощностью 100 и более мегатонн на расстояние до 13 тысяч километров. Однако из-за своих огромных размеров она так и не была использована в качестве МБР и впоследствии стала ракетой-носителем для космических запусков.
В 1964 году разработка будущего «Протона» вновь оказалась под угрозой. В отставку был отправлен главный энтузиаст ракетостроения Никита Хрущев. Поскольку разработка ракеты УР-200 была прекращена в пользу Р-9 бюро Королёва, а УР-500 использовала технологические решения более легкого варианта, последняя тоже оказалась под угрозой. Но в итоге ее удалось отстоять.
Необычный внешний вид первой ступени объясняется необходимостью транспортировки компонентов по железной дороге. Центральный бак окислителя имеет максимальную ширину, допустимую для железнодорожных платформ. Шесть окружающих его баков содержат топливо и служат креплениями для двигателей. Несмотря на сходство с боковыми ускорителями, они не отделяются от центрального блока. Первая и вторая ступени соединены решётчатой конструкцией, которая позволяет газам выходить при запуске двигателя второй ступени до отделения первой. Этот метод называется «горячее разделение» и устраняет необходимость в дополнительных двигателях для стабилизации второй ступени.
Из-за спешки в разработке ракета столкнулась с многочисленными неудачами: с 1965 по 1972 год произошли десятки аварийных запусков. Государственные испытания были завершены только в 1977 году, когда надежность ракеты была оценена более чем в 90 %. Тем не менее, в 1965 году, несмотря на технические проблемы (произошла утечка окислителя из трубопровода), УР-500 впервые вывела на орбиту спутник — исследовательский аппарат «Протон-1». Именно по нему ракета и получила свое название, хотя разработчики официально планировали назвать ее «Геркулес».
Площадки
Параллельно с разработкой ракеты-носителя шло строительство стартового комплекса на «Байконуре». В 1964 году состоялся первый запуск новой ракеты. Разработка проекта заняла всего три года при том, что в ней участвовали десятки подрядчиков, делавших разные узлы.
На космодроме Байконур запуск «Протонов» производился с двух площадок — 81 и 200. Стартовая площадка для ракеты уникальна. В отличие от других, носитель на ней не подвешивается, а крепится своей хвостовой частью на опоры. После вертикализации к ракете подъезжает башня обслуживания. Ее захваты сперва разводятся и по команде сводятся и как бы обнимают ракету.
В момент старта и в первые мгновения полета ракеты шесть поворотных опор стартового стола отслеживают движения ракеты, а затем практически моментально убираются в специальную нишу. Механизм стыковки разъемов закрывается бронекрышкой, которая образует рассекатель газовой струи, вырывающейся из сопел двигателей.
Площадка 81 состоит из двух пусковых установок — 23-й и 24-й. 24-я используется для запусков «Протон-К» и «Протон-М», в то время как 23-я законсервирована. С Площадки 81 были запущены АМС для исследования Венеры, Марса и Луны. Кроме того, отсюда отправились в космос станции «Салют» 1–6, модули «Спектр» и «Природа» станции «Мир», модули «Заря» и «Звезда МКС. В 2020 году Роскосмос объявил, что Площадка 81 будет законсервирована, а оставшиеся запуски «Протонов» перенесут на Площадку 200.
Площадка 200 также состоит из двух пусковых установок — 39 и 40. С Площадки 200 были совершены запуски межпланетных зондов «Венера 13», «Венера-14», «Венера-15», «Венера 16», «Вега-1» и «Вега-2», «Фобос-1», «Марс-96» и «ExoMars. Отсюда также стартовал базовый модуль космической станции «Мир», а также модули «Квант» и «Кристалл». В 2021 году пусковая установка была модифицирована для запуска модуля «Наука» МКС.
Установка 40 на данный момент не эксплуатируется, так как планировалось ее перестроить в пусковую площадку для ракеты «Ангара». Хотя проект перестройки был перенесен на Площадку 250 (и в итоге не был осуществлен), с установки 40 успели снять все оборудование. 39-я пусковая установка в настоящее время используется для запусков «Протон-М», включая коммерческие полеты, проводимые International Launch Services.
В эпоху, когда коммерциализация космоса уже перестала быть уделом лишь национальных агентств, International Launch Services (ILS) стала одной из первых компаний, объединивших опыт западных и российских специалистов для предоставления комплексных услуг по запуску спутников и других космических аппаратов. Основанная 10 июня 1995 года и зарегистрированная в США, ILS изначально задумывалась как совместное предприятие, позволяющее использовать как американские, так и российские разработки для удовлетворения мирового спроса на надежный доступ к орбите.
Первоначально компания представляла собой партнерство между Lockheed Martin и российскими корпорациями, включая центр имени Хруничева и корпорацию «Энергия». Вместе они участвовали в продвижении и продаже услуг как американских ракет Atlas, так и российских носителей «Протон». Однако к 2006 году ILS сосредоточилась на продвижении «Протонов», а позже — и перспективной серии ракет «Ангара».
«Протон» стал «рабочей лошадкой» ILS. Благодаря своей способности выводить на орбиту тяжелые и сложные спутники, ракета зарекомендовала себя как надежное средство доступа к космосу. Ее возможности особенно ценны для глобальных операторов, которым необходимо средство выведения на орбиту крупных телекоммуникационных и научных спутников.
Несмотря на регистрацию и штаб-квартиру в штате Вирджиния, технологическая база и экспертиза ILS напрямую связаны с российскими разработками. Уже в 2008 году Центр имени Хруничева стал мажоритарным акционером ILS, что позволило компании значительно усилить свой потенциал в области ракетостроения, оставаясь при этом независимой американской корпорацией.
Модификации «Протона»
В 1960 году авиационный завод № 23 стал филиалом ОКБ-52. В следующем году его переименовали в Машиностроительный завод имени Михаила Васильевича Хруничева. Именно здесь осуществляли сборку ракет-носителей «Протон». Центр имени Хруничева отвечает за запуск «Протонов» и сегодня.
Первый вариант «Протона» был двухступенчатым, но одновременно с первым пуском началась разработка трехступенчатого варианта «Протон-К» и четырехступенчатого с так называемым блоком Д, разработанным на базе пятой ступени королёвской Н-1. Вовсю разворачивалась лунная гонка, и ракету планировалось использовать для аппаратов, запускаемых на спутник. Была спроектирована двухсекционная модификация «Союза» 7К-Л1 для пилотируемого полета к Луне. «Протон-К» впервые был запущен в 1967 году, однако впоследствии лишь один из 11 запусков 7К-Л1 был признан полностью успешным. Такая же неудача постигла упоминавшуюся Н-1, которая разрабатывалась конструкторским бюро Королёва. А когда «Аполлон-11» совершил успешную посадку, советскую лунную программу вовсе закрыли.
«Протон-К» оставался «проблемным»: за три последующих году успешными оказались только шесть пусков из 21. В итоге пройти государственную приемку удалось только на 61-м запуске в 1977 году. Впоследствии «Протон-К» использовался и в трехступенчатой, и в четырехступенчатой модификациях до 2012 года.
В 2001 году Центр имени Хруничева начал выпуск новой модификации «Протон-М». Ее сделали более экологичной, оснастили цифровой системой управления и разгонным блоком «Бриз-М». Это позволило выводить на орбиту больше полезной нагрузки. Разгонный блок «Бриз» выполняет роль завершающего звена в схеме космического запуска. После отработки первых ступеней ракеты, когда основная масса аппарата уже приблизилась к требуемой орбите, «Бриз» вступает в действие, совершая серию маневров для точного вывода полезной нагрузки. Благодаря возможности производить несколько запусковых импульсов, блок способен выполнять серию маневров с последующим перезапуском двигателя. Эта особенность крайне важна для сложных миссий, когда требуется несколько корректировок орбиты.
В середине 2010-х Центр имени Хруничева планировал расширить линейку «Протонов», добавив ракеты легкого и среднего класса. Но эти планы остались лишь планами.
Статистика надежности «Протонов», на первый взгляд, не впечатляет: 47 запусков из 426 признаны неудачными или частично неудачными. Но здесь нужно иметь в виду, что большая часть аварий пришлась на первые годы. Впоследствии технические недостатки были устранены и «Протон» стал вполне надежным устройством.
Последние старты
Причин отказа от «Протонов» несколько. Первая — токсичность его топлива. Несимметричный диметилгидразин (гептил) — высокотоксичное канцерогенное соединение, которое в больших концентрациях может привести к смерти. Кроме того, он надолго сохраняется в почве. Окислитель — тетраоксид азота — не лучше. Такую пару выбрали за то, что их смесь высокоэнергетична, самовоспламеняется, не требует охлаждения до низких температур (это упрощает конструкцию двигателя и облегчает условия хранения). Однако даже в случае успешного запуска в баках отработанных ступеней остается порядка двух тонн гептила (хотя электронная система управления «Протона-М» позволяет вырабатывать топливо более эффективно). Аварии же загрязняют большие площади и требуют дорогостоящих работ по очистке местности.
Вторая причина — «Протон» может стартовать только с Байконура, что не устраивает российские власти. Им нужна ракета, которую можно запускать с космодромов, расположенных на территории России. Поэтому запуски тяжелых спутников будет осуществлять ракета «Ангара» с космодрома Восточный.
Однако, хотя производство «Протонов» завершено, несколько ракет уже собраны и хранятся в Центре имени Хруничева. Ближайший запуск назначен на эту осень. А значит, жизнь «Протонов» еще не закончена.