ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АМЕРИКАНСКИЕ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ СЕРИИ ДЕЛЬТА-4
ЗАРУБЕЖНОЕ ВОЕННОЕ ОБОЗРЕНИЕ № 5-6/2001, стр. 49-55
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АМЕРИКАНСКИЕ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ СЕРИИ «ДЕЛЬТА-4»
Полковник В. ПАУКОВ
История ракет-носителей (РН) серии «Дельта» фирмы «Макдоннелл Дуглас» (в настоящее время входит в состав корпорации «Боинг») ведет начало с 1960 года, когда на низкую околоземную орбиту с помощью модернизированной и оснащенной дополнительными ступенями баллистической ракеты средней дальности (БРСД) «Тор» был выведен спутник связи ВВС США массой 81 кг. С тех пор РН этой серии и системы их запуска подвергались модернизации более 20 раз.
С 1989 года в эксплуатации находятся ракеты-носители серии «Дельта-2» модификаций 6925 и 7925, которые позволяют вывести на низкую околоземную орбиту груз массой 3 990 и 5 040 кг, а на переходную к геостационарной - 1 450 и 1 820 кг соответственно. Свыше 90 таких РН США вывели в космос большое количество ИСЗ разного назначения, в том числе 34 спутника космической радионавигационной системы NAVSTAR, при этом только в двух случаях в ходе запуска отмечались аварийные ситуации.
Запуски РН этих модификаций осуществляются с Восточного (космический стартовый комплекс № 17) и Западного (стартовый комплекс № 2) полигонов. В ходе эксплуатации ракета-носитель «Дельта-2» продемонстрировала высокую надежность и точность вывода полезной нагрузки на заданные орбиты, а также хороший темп запусков (до 12 в год). Стоимость одного пуска 50 - 60 млн долларов.
В настоящее время фирма «Боинг» занимается разработкой ряда модификаций своей ракеты-носителя с учетом возросших требований пользователей государственного и коммерческого секторов. При этом в основу перспективных разработок положена следующая методология: применение в качестве энергетической установки первой ступени однокамерного жидкостного ракетного двигателя с целью обеспечения высокой надежности его работы и снижения стоимости первой ступени; проектирование емкостей для компонентов жидкого топлива только несовмещенной конструкции, что должно повысить безопасность эксплуатации РН; применение в качестве твердотопливных боковых ускорителей лишь имеющих монолитный (несегментированный) заряд твердого топлива, которые дают возможность увеличить устойчивость их работы; использование принципа открытой архитектуры при проектировании бортовой системы управления и наземной электроники, позволяющего сократить стоимость доработок при изменении конфигурации РН; применение стандартизованных соединений элементов РН, обеспечивающих более полный учет требований заказчика.
В 1995 году компания «Макдоннелл Дуглас» приступила к разработке более мощной РН - «Дельта-3». Основные отличия ее от предыдущего варианта заключаются в том, что во второй ступени вместо ЖРД AJ10-118K, имеющего тягу 42,4 кН, применен жидкостной ракетный двигатель на криогенных компонентах, а также использованы баки окислителя и горючего, не имеющие общего днища (разделенных). Этот криогенный ЖРД, получивший наименование RL 10B-2, разработан компанией «Пратт энд Уитни» путем модернизации успешно эксплуатирующейся в верхней ступени«Центавр» двигательной установки RL 10A. За период с 1998 по 2000 год осуществлено три коммерческих пуска РН «Дельта-3», причем два из них неудачно.
Одновременно фирма «Боинг» на конкурсной основе с другим гигантом аэрокосмической промышленности - корпорацией «Локхид - Мартин» (РН «Атлас-5») начала разработку семейства РН «Дельта-4» по программе EELV (Evolved Expendable Launch Vehicle), финансируемой министерством ВВС США в объеме около 2 млрд долларов и направленной на создание семейства перспективных одноразовых ракет-носителей (РН) среднего и тяжелого классов (масса полезной нагрузки, выводимой на низкую околоземную орбиту, превышает 2 т).
Серия РН «Дельта-4» состоит из ракет-носителей «Дельта-4М» среднего класса, трех ракет-носителей среднего класса с улучшенными характеристиками: «Дельта-4М+» (4,2), «Дельта-4М+» (5,2) и «Дельта-4М+» (5,4), а также РН тяжелого класса «Дельта-4Н». В основу конструкции всех РН положена первая ступень диаметром 5 м с криогенным ЖРД RS-68 и вторая с ЖРД RL 10B-2, которая имеет диаметр 4 м («Дельта-4М», «Дель-та-4М+» 4,2) и 5 м («Дельта-4М+» 5,2, «Дель-та-4М+» 5,4). Кроме того, в ракетах-носителях среднего класса могут использоваться два -«Дельта-4М+» (4,2), «Дельта-М+» (5,2) или четыре - «Дельта-М+» (5,4) твердотопливных ускорителя типа GEM, а в РН тяжелого класса в качестве боковых ускорителей - криогенные, аналогичные первой ступени. Внешний вид и компоновочная схема приведены на рис. 1 и 2. Первая ступень состоит из переходного отсека, бака с жидким кислородом, межбакового отсека, бака с жидким водородом и двигательного отсека. Если ступень используется в качестве бокового ускорителя, то она дополнительно оборудуется коническим обтекателем. Переходный отсек может иметь цилиндрическую форму или форму усеченного конуса в зависимости от типа РН.
Таблица 1
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖРД RS-68
Криогенный ЖРД RS-68 (табл. 1) разработан отделением «Рокетдайн» фирмы «Боинг». Он оснащен газогенератором, турбонасос-ным агрегатом и охлаждаемой камерой сгорания. Камера сгорания совместно с соплом установлены в кардановом подвесе, поворачиваемом в двух плоскостях с помощью гидравлических приводов для обеспечения управления вектором тяги по рысканию и тангажу. Управление по вращению для РН среднего класса осуществляется за счет изменения вектора тяги газов, истекающих из турбона-сосного агрегата ЖРД, а РН тяжелого класса (на этапе работы первой ступени) - за счет соответствующего поворота сопел его криогенных боковых ускорителей.
Твердотопливный боковой ускоритель представляет собой РДТТ GEM-60 диаметром 1,55 м. Он оснащен резервированными системами воспламенения топлива и разделения. Система разделения предназначена для создания радиальной тяги с целью отвода ускорителей от первой ступени. Такая же используется и для отделения криогенных боковых ускорителей.
Вторая ступень имеет два варианта - диаметром 5 м и 4 м. В первом случае топливные баки имеют больший объем, в результате чего увеличивается продолжительность работы ЖРД, а масса топлива составляет 27 200 (во втором - 20 410 кг). Внешний вид обоих вариантов ступени показан на рис. 3.
В обоих вариантах используются криогенный ЖРД RL 10B-2 (табл. 2) , созданный фирмой «Пратт энд Уитни». По сравнению со своими предшественниками срез его сопла имеет увеличенный диаметр, что повышает энергетические характеристики этого двигателя. Двигатель рассчитан на два повторных
включения во время полета. ЖРД оснащен электромеханической системой управления вектором тяги сопла для управления по углам рыскания и тангажа, а также дополнительным гидразиновым двигателем для управления вокруг оси вращения. В этой системе управления пространственной ориентацией используются хорошо зарекомендовавшие себя и проверенные в ходе испытательных полетов технические решения, благодаря чему достигается ее высокая надежность. С целью обеспечения безопасности полезной нагрузки после отделения ступень снабжена системой обеспечения маневра увода.
По замыслу конструкторов, в состав РН тяжелого класса может входить также третья ступень в виде доразгонного твердотопливного двигателя типа STAR-48B, снабженная РДТТ продольной закрутки ступени и отделения полезной нагрузки.
С целью обеспечения выполнения требований заказчиков РН снабжена набором стандартных узлов для ее стыковки с полезной нагрузкой. Кроме того, предполагается изготовление таких узлов по специальным заказам.
РН серии «Дельта-4» имеют различные по размерам и форме обтекатели отсека с полезной нагрузкой (рис. 4).
Разработчик предусматривает модификацию обтекателей по требованию заказчика с целью оборудования при необходимости люков доступа, радиопрозрачных окон и шумоизоляции.
Ракета-носитель «Дельта-4Н» тяжелого класса сможет выводить на переходную к геостационарной орбиту две независимые полезные нагрузки общей массой около 11 000 кг, обеспечивая при этом существенную экономию по сравнению с раздельными запусками.
Все РН семейства «Дельта-4» будут иметь одинаковые усовершенствованные бортовые и наземные элементы системы управления запуском и полетом, прототипом которых являются соответствующие системы РН «Дель-та-2 и -3». К их числу относятся резервированная инерциальная система управления полетом РН, включающая все бортовые системы и узлы управления полетом, а также АСУ предстартовыми операциями. Измерение параметров движения РН осуществляется с помощью шести кольцевых лазерных гироскопов и шести акселерометров.
Ракеты-носители семейства «Дельта-4» предполагается запускать с Восточного и Западного ракетных полигонов США. С космического стартового комплекса № 37 (Восточный) азимут пуска будет составлять 42 -110°, а № 6 (Западный) -т 151 - 210°.
Таблица 2
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖРД RL 10В-2
Рис. 3. Внешний вид конструкций второй ступени РН серии «Дельта-4»
Рис. 4. Элементы обтекателей полезной нагрузки
Рис. 5. Типовая последовательность событий в ходе вывода полезной нагрузки РН «Дельта-4М+» (5,4) с Западного ракетного полигона на низкую околоземную орбиту
Рис. 6. Типовая последовательность событий в ходе вывода полезной нагрузки РН «Дельта-4Н+» с Западного ракетного полигона на низкую околоземную орбиту
Рис. 7. Типовая последовательность событий в ходе вывода полезной нагрузки РН «Дельта-4М» с Восточного ракетного полигона на переходную к геостационарной орбиту
Рис. 8. Типовая последовательность событий в ходе вывода полезной нагрузки
РН «Дельта-4М+» (5,2) с Восточного ракетного полигона
на переходную к геостационарной орбиту
Рис. 9. Типовая последовательность событий в ходе вывода полезной нагрузки РН «Дельта-4Н» с Восточного ракетного полигона на переходную к геостационарной орбиту
Вывод полезной нагрузки на заданные орбиты осуществляется по схеме, хорошо зарекомендовавшей себя в ходе эксплуатации РН «Дельта-2».
Типовые последовательности событий в ходе запусков ИСЗ для семейства РН «Дельта-4» приведены на рис. 5 - 10.
Первый старт перспективных ракет-носителей среднего класса намечен на 2001 год, а тяжелого - на 2003-й. Ожидается, что с помощью новых РН в период до 2020 года по государственному заказу будет осуществлен запуск около 200 спутников. Кроме того, ряд американских фирм планирует с их помощью осуществлять вывод на орбиту коммерческих полезных нагрузок.
Рис. 10. Типовая схема вывода полезной нагрузки непосредственно на геостационарную орбиту
С июля 1999 года корпорация «Боинг» ведет работы по дооборудованию на Восточном и Западном ракетных полигонах стартовых комплексов № 37 и № 6 для запусков своей перспективной ракеты-носителя «Дельта-4». Ее предполагается устанавливать на стартовую площадку в собранном виде. Это, по мнению американских специалистов, значительно увеличит пропускную способность комплекса и позволит выполнять до 18 запусков в год.
Подробнее см.: Зарубежное военное обозрение. - 1999. - № 6. - С. 33 - 38.
