Ангаре» нужна альтернатива — часть I (Россия выбрала не те ракетоносители)

Чем можно заменить предлагаемую ракету-носитель в Федеральной космической программе

12 марта 2015 года научно-технический совет (НТС) Роскосмоса единогласно рекомендовал включить в Федеральную космическую программу ФКП-2025 продолжение работ по проекту «Ангара» еще на десять лет, несмотря на то, что они ведутся уже 22 года. После доведения этого решения до общественности на страницах «Военно-промышленного курьера» развернулась ожидаемо острая дискуссия. Прозвучало немало негативных откликов на выводы, сделанные НТС. При этом никто не удивился, что за «Ангару» проголосовали все до одного члены совета.

Огрехи проекта «Ангара» были отмечены в широком ассортименте и представлены с серьезной технической аргументацией. Попробуем кратко изложить суть этих откликов-претензий к планам Роскосмоса.

В методической части это:

“ Нокаутирующие санкции из космоса обрушатся на Россию в самом начале 2020-х годов с вводом в строй американской космической системы SLS/Orion ”
изначально неправильный выбор цели, что привело сегодня к критическому отставанию от мирового уровня в области космических ракет-носителей (КРН);
замалчивание наиглавнейшей роли сверхтяжелой ракеты-носителя (РН) как гаранта нашего присутствия на орбитах и создания паритета в первую очередь в оборонной области и только потом – в исследованиях дальнего космоса;
отрицание того факта, что нокаутирующие санкции из космоса обрушатся на Россию в самом начале 2020-х годов с вводом в строй американской космической системы SLS/Orion. С этого момента проявится вся никчемность программы «Ангара» с ее многопусковой экспедицией на Луну в 2030-х годах;
наигранная уверенность в том, что США не решатся применить ракету SLS в военных целях.

Негативные моменты технической стороны:

беспомощность как «Ангары-5», так и «Ангары-5В» перед американской ракетой SLS в борьбе за информационное пространство;
слабость первой ступени «Ангары-5», как следствие – нереальность увеличения массы полезной нагрузки (ПН) до тридцати восьми тонн;
бесполезность и ненужность реализации варианта «Ангары-5В». Даже если будет создана тридцативосьмитонная РН, она никак не повлияет на соотношение сил. Пустая трата времени и средств;
мелкомасштабность конечных задач, их расплывчатые формулировки, предусмотрительно удаленные на безопасную для авторов временную дистанцию сроки исполнения. Вследствие этого ответственность за результат не персонифицирована.

Практически любой пункт из перечисленных достаточен для того, чтобы усомниться в целесообразности реализации данного проекта.

То есть по результатам общественного обсуждения проект «Ангара» не может быть рекомендован как основа ФКП-2025.

Россия сходит с дистанции

Значимость выявленных недостатков в существенной мере маскируется не вполне адекватной рекламой проекта, а также явно благосклонным отношением к нему высших государственных чиновников. Последние, не имея возможности вникнуть в техническую сторону процесса, видят его главную привлекательность в том, что появляется долгожданная возможность завершить приватизацию еще одного громадного куска отечественной промышленности и прикладной науки. И это поручение единственное из всех обещанных, которое будет выполнено до конца.

Столь скромная, если не сказать убогая задача, как создание тридцативосьмитонной ракеты за тридцать лет, никак не тянет на ранг общегосударственной. Слишком очевидны ограниченность и надуманность программы «Ангара-5В», в которой одними из главных стратегических целей являются:

доставка к 2025 году автоматического аппарата на Луну и ее пилотируемый облет;
высадка к 2030 году космонавтов на Луну в результате четырехпусковой операции.

Все это уже было. Советский луноход шагал по Луне еще в 70-х годах. В декабре 2013-го прилунился китайский «Юйту». Американские облеты Луны и высадки космонавтов начались еще в 1969 году. Смысла повторять этот путь нет. Это станет лишь наглядным подтверждением нашего шестидесятилетнего отставания от США и демонстрацией технической немощи. Применить четырехпусковую схему полета там, где соперники обошлись однопусковой, – акт самоунижения. Это все равно, что побить уникальный рекорд прыгуна с шестом Сергея Бубки на шесть метров, подскочив для этого шесть раз по метру.

Ясно, что если программу «Ангара-5В» возвести в ранг основной государственной задачи в космосе на десять предстоящих лет, это неизбежно вызовет резкое снижение рейтинга России в глазах зарубежных государств и специалистов. Сегодня РФ занимает второе место в строю космических держав. В перспективе же, выступив со своим смехотворным планом пилотируемой экспедиции на Луну к 2030 году, вперед себя придется пропустить Китай, Францию (собирается в 2018-м запустить марсоход), Индию, Японию. Что касается США, то они к этому времени планируют пилотируемую экспедицию на Марс на ракетно-космической системе SLS/Orion.

Во всех случаях появление ФКП с «Ангарой» будет для зарубежных стратегов четким сигналом того, что Россия под гнетом санкций сдулась и в борьбе за информационное пространство, за место наших космических аппаратов (КА) на орбитах сходит с дистанции.

Однако самая большая «заслуга» программы «Ангара» заключается в том, что она окончательно и безвозвратно уводит российский космос в сторону от общемирового пути развития средств выведения (СВ). Потери времени и возможностей могут оказаться непоправимыми. Поэтому надо найти «Ангаре» достойную альтернативу.

А был ли конкурс?

Бесспорной задачей любой отрасли оборонной промышленности является создание и поддержание паритета с возможностями вероятного противника. В Роскосмосе сосредоточены гигантские инженерные силы и промышленные мощности. А вот результаты их деятельности оставляют желать много лучшего. С завершением эксплуатации «Спейс Шаттла» паритет средств выведения поддерживается только за счет «Протона». Но уже в близкой перспективе, к 2020 году войдет в строй американская ракета SLS грузоподъемностью 70–130 тонн на низкую околоземную орбиту (НОО) против наших 25 тонн. Учитывая зависимость страны от космических информационных систем, этот разрыв следует считать критическим. Здравый смысл и инстинкт самосохранения требуют установления паритета в средствах выведения. Причем это задача политическая, без решения которой Россия может попасть в кабальную зависимость от угроз и капризов наших зарубежных контрпартнеров.

Логично было предположить, что все это найдет отражение в готовящейся ФКП-2025, в первую очередь в программе конкурса ракетных фирм. Под этим углом рассмотрим кратко содержание представленных на конкурс материалов.

РКК «Энергия» в 2013 году от конкурса отказалась, но позднее предложила линейку ракет «Энергия-К» грузоподъемностью на НОО от шестнадцати до восьмидесяти пяти тонн. Разработка базировалась на интеллектуально-техническом заделе от прошлой «Энергии», упрощенной за счет исключения кислородно-водородных технологий, сегодня практически утраченных. Это предложение явилось несомненным шагом вперед в сравнении с «Ангарой», так как предполагало выход на «сверхтяжелую» ракету и обещало сокращение сроков на четыре-пять лет. Но в декабре 2014-го на совещании в Роскосмосе это препятствие с дороги «Ангары» заботливо убрали.

Ракетно-космический центр (РКЦ) «Прогресс» начнет разработку ракеты-носителя «Феникс» в 2018 году. К 2025-му планируется создание РН среднего класса «Союз». Линейка включает в себя три исполнения: «Союз-5.1», «Союз-5.2», «Союз-5.3» грузоподъемностью 9,2, 16,5 и 26,5 тонны соответственно. Базовый двигатель первой ступени – двухкамерный РД-180. Заметим, что «Союз-5.3», имея стартовую массу шестьсот пятьдесят тонн (на сто десять тонн легче «Ангары»), поднимает на НОО на полторы тонны больше, чем «Ангара-5», что еще раз указывает на неоптимальность конструкции последней.

В кооперации с родственными предприятиями Государственный ракетный центр (ГРЦ) «КБ им. В. П. Макеева» представил разработку РН «Россиянка» со стартовой массой семьсот пятьдесят тонн грузоподъемностью на НОО двадцать одна с половиной тонны. Новинкой здесь стала высокоточная схема возврата отработавших двигателей первой ступени на Землю с попаданием в площадку 50х50 метров на расстоянии три – пять километров от места старта.

Всем конкурсантам было предложено разработать метановые жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) – новинку прошлого века. Пока предложение никем не реализовано, поскольку является на деле высокозатратным и малоэффективным мероприятием.

Государственный космический научно-производственный центр (ГКНПЦ) имени М. В. Хруничева вторично за свою историю выставил на конкурс двадцатидвухлетнюю РН «Ангара». Первый раз аванпроект выставлялся как конкурент готовой ракеты «Энергия-М» в 1993 году.

Из представленных материалов видно, что ТЗ, выданное конкурсантам, требовало разработки РН среднего класса с характеристиками, близкими к «Ангаре-5». Вот и встретились в финале «Союз-5.3» (26 тонн), «Россиянка» (21,5 тонны) – обе в начальной стадии проектирования, и «Ангара-5» двадцати двух лет от роду. В итоге «Ангара-5» поборолась сама с собой, победила сама себя и оказалась единственным претендентом на ФКП. Тем более что конкурентоспособное предложение РКК «Энергия» было заранее отклонено.

В результате модернизация «Ангары-5» до грузоподъемности тридцать восемь тонн рекомендована как основное содержание ФКП-2025.

Из сказанного можно сделать следующие выводы:

1. Задачи и рекомендации проведенного конкурса не соответствуют первоочередным потребностям российского космоса в сложившейся внешнеполитической обстановке, не встретили поддержки при общественном обсуждении и потому не могут стать основой ФКП-2025.

2. Материалы, представленные на конкурс, основаны на научно-технических решениях прошлого века и не учитывают современные общемировые тенденции в создании космических средств выведения.

3. Необходимо провести дополнительный конкурс по созданию отечественной сверхтяжелой РН на современном принципе комбинированной первой ступени.

Конкурс можно завершить в три-четыре месяца. Без этого невозможно выбрать правильный путь дальнейшего развития отечественного космоса и наспех сверстанная ФКП выстрелит вхолостую. Необходимо разбудить инициативу ведущих КБ и оградить их от возможного административного противодействия.

Неподъемные 38 тонн

На презентации ФКП в Роскосмосе 22 апреля 2015 года основной докладчик Игорь Комаров сообщил, что по требованию Минобороны планка модернизации «Ангары» поднимается с тридцати пяти до тридцати восьми тонн на НОО.

С этого момента, как считают специалисты, стало очевидным, что программа «Ангара-5В» похожа на авантюру, а данные ее разработчиками обещания технически невыполнимы и выдаются они в расчете на то, что отвечать за это не придется.

В качестве аргументов приведем расчеты тех же участников конкурса, проведенные в разное время. Ограничивающим фактором является низкая тяга первой ступени «Ангары-5», которая составляет 980 тс. При такой тяге масса ракеты на старте не должна превышать 830 тонн, что соответствует перегрузке на старте п = 1,18. Если ракета окажется тяжелее, то она будет медленно уходить от стартового стола, сжигая лишнее топливо и повреждая стартовую позицию. Если еще и можно отспорить какую-то добавку к 830 тоннам, то не более 10–15 тонн, а там уже предел пределов, ракета просто не взлетит.

Так что же показывают расчеты?

Несколько ранее, представляя линейку ракет семейства «Ангара», ГКНПЦ им. Хруничева в качестве тридцатипятитонника выдвигал «Ангару-7.2» со стартовым весом 1154 тонны. При этом ее тяга на старте составляла 1372 тс, что соответствует значению коэффициента массовой эффективности 0,031.

«Ангаре» нужна добавка массы (1154 – 830) = 324 тонны.

Отметим, что не «Ангара», а РН от ракетно-космической корпорации «Энергия» впервые в отечественной практике создавалась по модульному принципу. Предполагалась линейка ракет с варьируемым количеством боковых ускорителей РД-170 в виде ряда 2, 4, 6, 8. Основная «Энергия» имела четыре боковых РД-170. А «младшая» в семействе «Энергия-М» получалась за счет простейшей трансформации штатной «Энергии» – снятием двух боковых РД-170 и уменьшением количества двигателей второй ступени с четырех до одного. «Энергия-М» была готова к началу летных испытаний в 1994 году, работала на неядовитых компонентах и имела те размерности, о которых мы мечтаем сейчас: грузоподъемность на НОО – тридцать тонн, масса ракеты на старте – тысяча пятьдесят тонн. «Ангаре» и в сравнении с этой РН нужна добавка массы (1050 – 830) = 220 тонн. При этом на второй ступени «Энергии-М» стоял высокоэффективный кислородно-водородный двигатель воронежского КБ химавтоматики РД-0120 (его для «Ангары-5В» планируется воссоздать). Однако в 1993 году на уже упомянутом конкурсе аванпроект «Ангары» победил и практически готовую «Энергию-М» пустили под нож, а вместе с ней и наработанную технологию кислородно-водородных ЖРД.

Специальных расчетов на эту тему КБ ГРЦ имени Макеева не проводило, но работая над «Россиянкой», пришло к выводу, что для тридцатипятитонника размерности «Ангары» надо менять. Приведенные расчеты показывают, что речь идет об увеличении стартовой массы ракеты до тысячи пятидесяти тонн при наличии кислородно-водородной второй ступени и до тысячи ста пятидесяти четырех тонн при использовании только кислородно-керосиновых ЖРД.

Если пересчитать цифры с тридцати пяти тонн на тридцативосьмитонную ракету, то эти цифры надо поднять еще на девяносто шесть, доведя их до величин массы на старте тысяча сто сорок шесть и тысяча двести пятьдесят тонн соответственно.

Очевидно, что существующая первая ступень «Ангары» с тягой 980 тс такую ракету оторвать от пускового стола не сможет.

Значит, говоря о тридцативосьмитонной «Ангаре-5В», следует иметь в виду создание совершенно новой ракеты, начиная с увеличения тяги первой ступени до уровня 1500 тс как минимум. Это новая и более сложная, чем «Ангара-5», разработка. Но главное, что и тридцативосьмитонник стране не нужен, поскольку соотношения сил не меняет. Эти факты, а также другие расчеты РКК «Энергия» и ГКНПЦ им. Хруничева говорят о том, что «Ангара» – это тупик, а предложения по «Ангаре-5В» в ФКП-2025 не имеют под собой технических оснований.

После выступлений председателя научно-технического совета Роскосмоса доктора технических наук Юрия Коптева и доктора технических наук Юрия Кузнецова («ВПК», № 32) все точки над i вокруг проекта ракеты-носителя «Ангара», казалось, были расставлены. Но у экспертного сообщества России все же остаются вопросы. По какому пути двигаться дальше, должны ответить правительство и политическое руководство Российской Федерации.

Во времена СССР постоянное соперничество социалистического и капиталистического укладов многие годы служило мощным стимулом развития науки и техники. В частности, в космической отрасли это привело к разработке двух самых мощных в истории человечества космических ракет-носителей. Их появление стало знаковым событием в развитии мировой космонавтики.

Два мира, два пути в космос

Достигнув уровня грузоподъемности 100 тонн на низкую околоземную орбиту (НОО), СССР и США еще раз подтвердили свое лидерство в мире, к которому они пришли практически одинаковым путем – созданием сверхтяжелых ракет с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) на всех ступенях.
Однако после достижения этого рубежа дальнейшие пути развития космонавтики в СССР и США разошлись кардинально.

Соединенные Штаты Америки как уделяли серьезное внимание увеличению грузоподъемности сверхтяжелых РН, так и продолжают до сих пор.

В процессе выполнения лунной программы на примере ракеты-носителя (РН) «Сатурн» американские инженеры поняли, что достигнутые результаты близки к пределу. Дальнейшее увеличение мощности ЖРД первой ступени вело к непомерному усложнению технических задач и повышению стоимости их решения в геометрической прогрессии. Так в свое время авиаконструкторы уперлись в звуковой барьер, но нашли обходной путь. Создав воздушно-реактивный двигатель и тонкое стреловидное крыло, они вырвались на простор сверхзвуковых скоростей.

В нашем случае американские инженеры также нашли выход. Он заключался в разработке мощных твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ) с тягой 800–1600 тс, которые из-за условий транспортировки собирались из отдельных секций. Такие РДТТ, будучи интегрированы в первую ступень РН в качестве ускорителей, резко подняли тяговооруженность на старте и открыли дорогу к росту грузоподъемности РН, снижению стоимости системы доставки полезной нагрузки (ПН) на орбиты. Твердотопливные ускорители (ТТУ) внедрялись поэтапно в ракетных комплексах «Титан-4», «Спейс Шаттл», где на старте ТТУ включаются одновременно с ЖРД первой ступени (комбинированная схема), а в новейших РН SLS и Ares американцы пошли еще дальше: здесь первая ступень выполняется чисто твердотопливной.

Таким образом, зарубежная практика показала, что применение ТТУ является способом, который позволяет скачкообразно увеличить грузоподъемность РН и снизить стоимость доставки ПН на орбиты.

И начиная с «Сатурна» американцы взяли курс на повышение грузоподъемности.

Дальнейший путь с нашей стороны избирал уже не СССР, а провозглашенная 26 декабря 1991 года Российская Федерация. Руководство космосом было выведено из-под патроната Министерства общего машиностроения (МОМ). В 1992 году создано Российское космическое агентство (РКА), его руководителем был назначен Юрий Коптев.

В годы, когда рушились устои государства, у многих угасло чувство ответственности перед страной, а при смене моральных и технических ориентиров нашлись и те, кто в своих решениях руководствовался правилом «разрешено все, что не запрещено». На этой волне закрыли так успешно начавшуюся программу «Энергия» – «Буран». В 1993-м было объявлено о создании отечественной РН тяжелого класса. По конкурсу на эту роль назначили «Ангару» со стартовой массой 640 тонн и грузоподъемностью на НОО 24,5 тонны. Объяснить этот шаг вряд ли кто сегодня сумеет, но именно сейчас проявилась вся его абсурдность. Именно с этого поворотного момента отечественная космонавтика сошла с общемирового пути развития средств выведения. За прошедшие 22 года мы добились появления «Ангары-5», которую надо доделывать еще 10 лет, и все равно она будет слабее зарубежного аналога в четыре-пять раз.

У США из «Сатурна» выросли SLS и Ares, а у России из «Энергии» – недоделанная «Ангара».

Серьезные эксперты задаются вопросом, надо ли тратить время на понимание очевидного: мы заблудились и идем не туда? Остается надеяться, что точка невозврата еще не пройдена и руководство страны, объективно взвесив все «за» и «против», отдаст команду нажать на тормоза.

Десяти спокойных лет у нас не будет. Космическая экспансия начнется раньше, чем завершится ФКП-2025.

Техзадание от президента

В ходе своих публичных выступлений Владимир Путин нередко касается вопросов создания новых образцов военной техники. Выделив и обобщив эти фрагменты, можно четко понять, каким видится президенту РФ очередной этап развития нашего космоса.

Тезис первый. При вложении ресурсов пользоваться старыми разработками, повторяя уже пройденный путь, неэффективно. Нужна новая идея.

В нашем случае таковой является комбинированная схема первой ступени (ЖРД+РДТТ) сверхтяжелой КРН.

Тезис второй. При рождении нового образца военной техники необходимо предусматривать способ противодействия возможным неядерным угрозам. Это одно из главных требований новой Военной доктрины, утвержденной в декабре 2014 года.

Для нас подобной неядерной угрозой является возможность изгнания наших космических аппаратов (КА) с орбит за счет использования американских сверхтяжелых РН SLS и Ares.

Тезис третий. В особых случаях, когда требуется достижение крупной государственной политической цели и это входит в противоречие с экономикой, предпочтение отдается политической задаче.

В этом смысле достижение паритета сил в области космических ракет-носителей России и США – дело государственной важности.

Тезис четвертый. Нужны сверхтяжелая РН и космодром для нее.

Это уже не общий тезис, а созревшее решение конкретной технико-политической проблемы общегосударственного уровня.

Упорное пропихивание «Ангары» в ФКП не отвечает требованиям ни одного из перечисленных постулатов и более того – прямо противоречит им. Проследим по пунктам.

Первое. Все цели, рассмотренные на научно-техническом совете Роскосмоса, базируются на давно, еще в прошлом веке решенных задачах. Наиболее современный и перспективный вариант с комбинированной первой ступенью не рассматривался вообще. Более того, в 1994 году у России была готовая ракета «Энергия-М» на «чистых» компонентах и грузоподъемностью 35 тонн.

Второе. Опасность потерять информационное пространство возникнет в 2018–2020 годах с вводом в строй РН SLS. Но Роскосмос упорно и без аргументации утверждает, что SLS в военных целях использоваться не будет. Это крайне опасное и странное заблуждение.

Третье. Ссылка на недостаточность финансирования для разработки серьезной ракеты скрывает за собой упорное желание Роскосмоса воспрепятствовать появлению российской сверхтяжелой ракеты, поскольку его руки связаны задачей пристроить «Ангару». Это подтверждается и тем, что в предложениях в ФКП никаких заделов под сверхтяжелую не просматривается.

Четвертое. В апреле 2015 года прошло обсуждение уточненного проекта ФКП-2025. Основной докладчик Игорь Комаров сообщил, что по требованию Минфина объем ФКП урезан на 844,9 миллиарда рублей. Не дожидаясь утверждения итогов конкурса, Роскосмос перераспределил ресурсы на средства выведения, прежде всего сверхтяжелого класса. В результате проект ФКП-2025 предусматривает отказ от немедленного создания сверхтяжелого носителя, сохранив планы углубленного исследования Луны с орбиты, а также высадки на ее поверхность автоматических КА.

Итак, проект «Ангара-5В» не отвечает государственным интересам России и тезисам президента.

Подчеркнем: мы не утверждаем это в совершенно категорической форме. Но призываем еще раз все трезво взвесить, используя окно возможностей, которое пока еще открыто.

Необходим конкурс

В дискуссии на тему «Ангара» на страницах нашей газеты («ВПК», №№ 10, 14, 17, 19, 27, 32, 37) приведено достаточно фактов для того, чтобы в ситуации смог разобраться не только узкий специалист, но и рядовой читатель, интересующийся техникой.

Критики «Ангары» считают, что при проведении конкурса и подготовке проекта программы ФКП-2025 учтены не все потенциальные возможности отечественной науки и промышленности.

Вопрос о создании сверхтяжелой РН не рассматривался, во всяком случае материалов об этом не опубликовано. Мировые тенденции развития средств выведения проигнорированы.

Также легко пренебрегли и усложнившейся военно-политической обстановкой в мире. Поэтому прежде чем открыть кошелек ФКП-2025, надо ликвидировать этот пробел, объявив экспресс-конкурс на создание российской сверхтяжелой ракеты на новых принципах, то есть с комбинированной первой ступенью. Проработки на эту тему имеются в нескольких КБ, но они противоречат генеральной линии Роскосмоса. Соответственно инициативы от генеральных конструкторов ждать не приходится. В условиях развернутой тотальной реформы Роскосмоса перечить начальству чревато.

Для разрешения патовой ситуации конкурс надо провести приказным порядком. Приказ должен исходить из высокой надкорпоративной инстанции. Подобный прецедент крутого разворота событий в истории отечественного ракетостроения уже был. Тогда жесткая административно-партийная вертикаль власти обязала выдающегося конструктора академика Виктора Макеева разработать первый твердотопливный ракетный комплекс для подводного флота. Поклонник ЖРД, уже добившийся в этой области выдающихся результатов, сумел перестроиться, возглавил новую для себя кооперацию предприятий и создал одну из лучших в мире твердотопливных ракет (ЗМ65) с подводным стартом. Аналогичный разворот событий в сторону требований XXI века может состояться и сейчас, если проявится твердая политическая воля. Только после завершения этого экспресс-конкурса по сверхтяжелой РН и оценки его результатов независимой государственной комиссией можно будет считать, что рассмотрены все возможные пути развития отечественных средств выведения и найден оптимальный вариант. Этот выбор давно и далеко вышел за рамки компетенции одной отдельно взятой корпорации. Слабые стороны проекта «Ангара» выявлены, конкретные предложения о дальнейших действиях сформулированы. Ждать больше нечего.

http://vpk-news.ru/articles/27270

Большая и пространная попытка доказать, что дятел в ж.....   батут лучше Ангары.