Зенит-2

"Зенит-2" - украинская (советская) ракета космического назначения среднего класса семейства Зенит. Генеральный конструктор - В.Ф. Уткин. Главный разработчик - КБ "Южное" ( Днепропетровск), производится на днепропетровском заводе ПО "Южмаш". Индекс ГРАУ - 11К77. Первый успешный пуск ракеты-носителя "Зенит-2" без полезной нагрузки был осуществлен 21 июня 1985 с космодрома Байконур. Первая ступень "Зенита" оснащена кислородно-керосиновой двигателем РД-171. Прототипом для нее послужила первая ступень ракеты-носителя "РН Энергия".

Ракета-носитель "Зенит-2", входящего в состав космического ракетного комплекса (КРК) "Зенит", представляет собой двухступенчатую ракету на нетоксичных компонентах топлива жидкий кислород и керосин РГ-1, предназначенную для запусков космических аппаратов (КА) на низкие круговые (до 1500 км) и эллиптические околоземные орбиты различного способа. Вначале она разрабатывалась как средство вывода для быстрого развертывания и заполнения группировок КА различного назначения, а также пилотируемых космических кораблей.

Первый пуск РН "Зенит-2" состоялся 13 апреля 1985 года. Всего осуществлено 37 пусков РН, из них 32 успешных. Кроме того, доработаны блоки ее первой ступени использовались как боковые блоки ракеты-носителя "Энергия" и успешно отработали при двух ее пусках (всего 8 ракетных блоков). В настоящее время РН "Зенит-2" периодически используется для запусков КА с государственных заказов Украина и Российской Федерации.


1. Энергетические возможности

Максимальная масса космического аппарата, выводимого ракетой "Зенит-2" на околоземную орбиту высотой 200 км с территории Казахстана, составляет 13,8 т. При пусках из районов, расположенных в зоне приэкваториального, возможно выведение космических аппаратов массой до 15,7 т.

Масса космического аппарата, выводился бы "Зенитом-3" на геостационарную орбиту с Байконура, составляет около 1 т, масса, выводимая в любую точку геостационарной орбиты из районов приэкваториального зоны, составляет 2 т, на переходную к геостационарной орбиты - 4,5 т и 3 т в видльотни траектории.


2. Модификации

  • " Зенит-3SL " разработана на базе находящихся в эксплуатации ракеты-носителя Зенит-2 и космического разгонного блока ДМ-SLБ. Модернизация выполнена для возможности использования в рамках программы "Морской старт". РН и РБ получили соответственно обозначения Зенит-2S и ДМ-SLБ.
  • "Зенит-3SLБ" - модификация ракеты космического назначения "Зенит-3SL", в состав которой входят модифицированные ракета-носитель "Зенит-2SLБ" и разгонный блок ДМ-SLБ. Предназначена для запуска с космодрома "Байконур" (Проект "Наземный старт"). Первый пуск (КА "Amos-3") состоялся 28 апреля 2008.

Переходная модификация - "Зенит-2М", совершила полет с "Байконура" 29 июня 2007. От предыдущей версии ее отличает полностью цифровая система управления на базе новой бортовой ЭВМ "Бисер-3" и увеличенная масса выводимого полезного груза.

  • "Зенит-2SLБ" - ракета космического назначения, входит в семейство ракет Зенит-2, используют нетоксичные компоненты топлива (жидкий кислород и керосин РГ-1). Она разработана в рамках программы "Наземный старт" для запусков космических аппаратов с космодрома Байконур на низкие и средние круговые и эллиптические околоземные орбиты.
  • "Зенит-3SLBФ" - результат работы по дальнейшей модернизации ракеты космического назначения семейства "Зенит-2". Особенность компоновки заключается в оснащении ее новым разгонным блоком Фрегат-СБ и новым обтекателем разработки НПО им.С. А. Лавочкина

Главный обтекатель длиной 10400 мм и диаметром 4100 мм разработки НПО им.С. А. Лавочкина изготовлен из композитных материалов позволит расширить номенклатуру полезных нагрузок и повысит энергетические возможности РКП.


3. История создания

Мнение о замене морально стареющей ракеты Р-7 в начале 1970-х годов витала не только в верхних кругах ракетного направления, но и среди разработчиков космических систем. Представлялось, что новый разработан носитель должен приобрести и ряд качественно новых свойств. По примеру боевых ракет и на опыте их разработки считалось целесообразным доказать готовность к пуску в возможности применения этой ракеты в качестве спасителя на орбите. Надежность, автоматизация предпусковых проверок и пуска, точность вывода на орбиту и многие другие качества вызревали в ногу со временем. Разработали проект кислородной машины.


3.1. Первый этап проектирования

Исходные положения этого проекта основывались теперь на использовании технологии, оборудование, экспериментальной базы и опыта, накопленного при производстве ракет боевого класса. Ракета строилась по блочному принципу. Сохранили трехметровым диаметр корпуса блоков ракеты. Два блока первой ступени образовали себе ногу. Одни называли эту конструкцию "двустволкой", другие - "камбалой". Плоская ракета, сохраняла основные производственные линии Южмаша. Стартовая масса ракеты около 450 т. выведен на низкую орбиту груз около 12 т.

Кислородные двигатели РД-124, РД-125 первой и второй ступеней ракеты-носителя 11К77 были разработаны НПО "Энергомаш" в соответствии с решением Научно-технического совета Министерства общего машиностроения от 3 сентября 1974 Двигатель РД-124А состоял из трех однокамерных двигателей РД-124А. Однокамерные двигатель РД-125 для второй ступени унифицирован с двигателем РД-124. Двигатели РД-124 и 125 планировались для модульной ракеты типа РЛА-120 разработки ОКБ-1. Двигатели РД-124 и РД-125 использовали как горючее топливо РГ-1. Разрабатывались по схеме с дожиганием окислительного газа с бустерные насосами на входе в узлы подвода компонентов к основным насосов. Уровень параметров обеспечиваются двигателями при работе в номинальном режиме, характеризовался давлением в камере сгорания 225 атмосфер, тягой на Земле 337 (3х112, 5) т при удельном импульсе 302,4 с, суммарной тягой в пустоте 379,5 т при 340 с удельной импульса. Тяга двигателя РД-125 в пустоте 130,2 т при удельном импульсе 350 с.


3.2. Двигательная установка

Двигатели разрабатывались с условием обеспечения повышенной надежности, при этом они должны были позволить многократное использование первого ступени носителя. В обеспечение этого требования и в дополнение к программе доведения двигателей создавалась система диагностики состояния двигателя. Обеспечение высокого значения удельного импульса тяги для данного топлива, при ограниченных габаритах и ​​массе двигателя, можно было только при высоком значении давления в камере сгорания и отсутствия потерь удельного импульса тяги, связанных с приводом турбонасосного агрегата. Поэтому для двигателя была выбрана схема с дожиганием продуктов окислительной газогенерацию, отработанных на турбине, в камере сгорания. В условиях многократного запуска наиболее приемлемым считалось химическое зажигание. Преимущества химической системы зажигания - в высокой надежности воспламенения основных компонентов топлива. В качестве пускового горючего был избран триетилбор.


4. Конструкция

Ракета-носитель 11К77 - двухступенчатый носитель со стартовой массой 460-466 т На первой ступени двигатель РД-170, на второй - однокамерный двигатель РД-120 (работает на паливиний паре кислород + керосин) с тягой в пустоте 84 т. Ракета предназначалась для выведения автоматических космических аппаратов. Кроме того, предусмотрена возможность запуска пилотируемых кораблей.

В зависимости от решаемых задач ракета-носитель проектировалась в двухступенчатой ​​и трехступенчатой ​​вариациях. Позже ракеты этих вариантов получили наименование "Зенит-2" и "Зенит-3", по американской индексацией - СЛ-16 (SL-16).

Ракета-носитель выполнена по классической схеме тандемной с поперечным делением ступеней.

Окончательный вариант ракеты 11К77 был разработан в объеме эскизного проекта в декабре 1975 г. Постановление правительства о дальнейшей разработке этой ракеты была принята 16 марта 1976. Это постановление предусматривало разработку ракеты таким образом, чтобы первая ступень могла быть использована в качестве стартовых блоков ракеты Энергии.


4.1. Система управления

Управление в полете на участке работы двигателей первой ступени осуществляется путем поворота камер сгорания двигателя РД-170 в тангенциальной плоскости с помощью системы гидроприводов. На участке работы двигателей второй ступени управления осуществляется с помощью рулевых четырехкамерных двигателей с поворотными камерами сгорания. Суммарная тяга рулевых двигателей 8 т.

5. Летные испытания

Летные испытания начались в 1985 г. Первый пуск ракеты был назначен завершения предстартовых проверок на 12 апреля. Состоялись две попытки пуска, закончились отбоем в циклограмме подготовки пуска. Причины отбоя были установлены - они не связаны с бортовыми системами. Отбой давала "земля". Пуск перенесли на 13 апреля. 13 апреля пуск - аварийный: отказала система управления расходом топлива. Второй пуск - в июне этого же года. В результате отклонений в работе рулевых двигателей второй ступени произошел взрыв в конце активного участка. Только в октябре был запущен первый спутник - "Космос-1697".

Следующие пуски шли удовлетворительно. Были выведены на орбиту спутники из серии "Космос" - 1714, 1767, 1786, 1820, 1871, 1873, 1833, 1844, 1943, 1980, 2082, 2369, 2406, 2428.

В 1988 г., в декабре, комплекс "Зенит" с аппаратом "Целина-2" был принят на вооружение.


6. Эксплуатация

До октября 1990 было проведено 14 успешных запусков ракеты 11К77 по программе летных испытаний комплекса, два запуска в составе ракеты-носителя "Энергия" в качестве модулей первой степени - всего 8 модулей. Итого 22 ступени с двигателем РД-170 в полете без существенных замечаний. Надежность системы в принципе подтверждена.

Но 4 октября 1990 г. при плановом запуске с космодрома Байконур (площадка 45) ракеты-носителя "Зенит" на третьей секунде полета произошел взрыв двигателя первой ступени. Ракета упала на пусковую установку и взорвалась. Стартовая пусковая установка была серьезно повреждена.

Причину неудачного пятнадцатого запуска исследовала авторитетная межведомственная комиссия, через несколько месяцев работы пришла к выводу, что отказ двигателя произошел вследствие разрушения узла качания газового тракта второй камеры. Вероятной причиной возгорания стало попадание во внутреннюю полость узла качания инициатора возгорания в виде вещества органического происхождения с концентрированным выделением тепла при сгорании более 30 килоджоулей. Попадание могло произойти в процессе работ с двигателем после огневых контрольно-технологических испытаний на стенде. Был рекомендован и реализован комплекс организационных и технических мероприятий.

Шестнадцатый пуск 27 июля 1991 не состоялся из-за незапуск двигателя первой ступени, в результате за несколько секунд до старта система управления прекратила набор готовностей и вернулась в исходное состояние. Лунный разбор привел к решению вернуть этот экземпляр ракеты на завод-изготовитель - в НПО "Южное".

Семнадцатый пуск был назначен на 30 августа. Пуск состоялся. Первая ступень отработал свой запрограммированный полетное время. Однако на этапе запуска двигателя второй ступени РД-120 произошел взрыв. Авария привела к потере спутника военно-технического назначения. Работа специалистов в комиссии, привела к практически тому же выводу о чистоте трактов окислителя, но уже другого двигателя.

Ракета-носитель "Зенит" использовалась для запусков космических аппаратов только радиотехнической разведки в основном на круговые орбиты высотой 850 км с наклонением в 71 угловых градусов. В перспективе намечалось заменить "Зенитом" носители "Союз", при запуске спутников на низкие орбиты, и "Циклон", при запусках на более высокие орбиты.

Началось строительство стартового комплекса "Зенит" в Плесецке, с целью выведения космических аппаратов на приполярные орбиты. Однако впоследствии строительство заморозили и строительство продолжили уже для ракеты "Ангара".


7. Перспективы

Анализировались варианты повышения энергетических характеристик этой ракеты. По приблизительным оценкам, прирост массы полезного груза составляет 0,4 - 0,5% на один процент увеличения тяги двигателя первой ступени.

Это означает, что увеличение массы полезного груза на одну тонну приведет к увеличению тяги примерно на 20%, что нуждаются в существенной переделки двигателя. Реально возможный прирост массы - около 350 кг - был за счет увеличения тяги двигателя на 5%.

Одновременно увеличивается скоростной напор. Увеличение заправки топливных баков первой ступени дает прирост массы полезного груза до одной тонны, при заправляете на 10%. По этой схеме ракеты масса топлива первой ступени составляет 318т, второго - 80,8 m. Более высокий прирост массы полезного груза возможен при переходе на водородную вторая ступень для доставки больших масс на геостационарную орбиту, или при применении водородного третьей степени.

Естественно возникло стремление к увеличению забросов на орбиту груза за счет перемещения точки старта ближе к экватору, на плавучие средства или на другие континенты.

Велись переговоры о строительстве стартовой площадки в Австралии, однако идея провалилась. И таким образом был дан старт еще более грандиозном и амбициозному проекту - "Морской старт".

В 2012 году начаты работы по следующим направлениям модернизации ракеты космического назначения "Зенит-3SL" :

  • Повышение енергомасових характеристик ракет космического назначения за счет оптимизации конструкции блока полезной нагрузки, применение в составе носителя разгонного блока, представляющий модернизированный вариант разгонного блока ДМ-SLБ, оптимизации существующего приборного состава блока полезного груза, ракеты-носителя и разгонного блока;
  • Увеличение габаритов зоны полезной нагрузки за счет увеличения длины существующего главного обтекателя, а также применение других главных обтекателей увеличенного диаметра и длины.
  • Адаптация носителя для вывода "малых" космических аппаратов. В этом направлении ведутся работы по созданию возможности выполнения с "Морского старта" двойных и кластерных запусков через разработку специальных систем крепления и разделения спутников.

5 декабря 2012 года стало известно, что Казахстан отказывается от идеи построения стартового комплекса "Байтерек" для ракеты космического назначения Ангара и серьезно прорабатывает возможность использования другой ракеты. Такой ракетой как раз может быть Зенит-2. Поскольку он полностью соответствует требованиям казахов. Так потенциально "Байтерек" получит свой "личный" старт при готовой инфраструктуре площадки № 45. Если стороны договорятся о восстановлении правого старта на площадке № 45, то в таком случае разрешится напряженная ситуация вокруг единого стартовой площадки Зенита-2, сложившейся между Наземным стартом ", ФКП России и казахскими интересами [1].

22 марта 2013 года президент, генеральный конструктор РКК Энергия Виталий Лопота заявил, что первый испытательный пуск пилотируемого транспортного корабля нового поколения будет проведен с использованием ракеты "Зенит" с космодрома Байконур [2].


8. Инциденты и аварии

Примечания

Источники

Flag of Ukraine.svg Ракеты-носители Украины
Циклон
Zenit-3SLБ.jpg
Зенит
Днепр
Маяк
Маяк-12 ? Маяк-22 ? Маяк-23
АКС
Международные проекты