Союз ( русский : Союз , что означает «союз», индекс ГРАУ 11А511 ) — семейство одноразовых российских и советских ракет-носителей, разработанных ОКБ-1 и производимых Ракетно-космическим центром «Прогресс» в Самаре , Россия. «Союз» — ракета с наибольшим количеством запусков в истории космонавтики.
В течение почти десятилетия, между последним полетом программы «Спейс шаттл» в 2011 году и первым пилотируемым полетом ракеты Falcon 9 компании SpaceX в 2020 году , ракеты «Союз» были единственными средствами выведения, которые могли и были одобрены для доставки астронавтов на Международную космическую станцию .
Ракеты «Союз» используются в качестве пусковой установки для пилотируемого космического корабля «Союз» в рамках программы «Союз» , а также для запуска беспилотных кораблей снабжения «Прогресс» на Международную космическую станцию и для коммерческих запусков, реализуемых и осуществляемых Starsem и Arianespace . Все ракеты «Союз» используют топливо РП-1 и жидкий кислород (ЖК), за исключением « Союз-У2» , в котором использовался синтин , вариант РП-1, с ЖК. Семейство «Союз» является подмножеством семейства Р-7 .
Ракета-носитель «Союз» была представлена в 1966 году, производная от ракеты-носителя «Восток» , которая в свою очередь была основана на межконтинентальной баллистической ракете 8К74 или Р-7а . Первоначально это была трехступенчатая ракета с верхней ступенью Block I. Первые четыре испытательных запуска были неудачными, но в конечном итоге она сработала. [1] Позже был создан вариант «Молния» путем добавления четвертой ступени, что позволило ей достичь высокоэллиптической орбиты «Молния» . Более поздним вариантом был « Союз-У» . [2] Хотя точные обозначения модели и варианта держались в секрете от Запада, ракета-носитель «Союз» упоминалась либо по обозначению Министерства обороны США SL-4, либо по обозначению Шелдона A-2 (разработанному Чарльзом С. Шелдоном, аналитиком Библиотеки Конгресса ). Обе системы наименования советских ракет перестали использоваться, поскольку стала доступна более точная информация. [3]
Производство ракет-носителей «Союз» достигло пика в 60 в год в начале 1980-х годов. Он стал самым используемым в мире космическим ракетоносителем, совершив более 1700 полетов, намного больше, чем любая другая ракета. Несмотря на свой возраст и, возможно, благодаря своей простоте, это семейство ракет отличалось низкой стоимостью и высокой надежностью. [4]
В начале 1990-х годов были разработаны планы по перепроектированию «Союза» с верхней ступенью «Фрегат» . Двигатель «Фрегат» был разработан НПО им. Лавочкина на основе двигательного модуля межпланетных зондов «Фобос» . Хотя в 1993 году он был одобрен Роскосмосом и Министерством обороны России и обозначен как «Русь» как русификация и модернизация «Союза», а затем переименован в «Союз-2», нехватка финансирования помешала реализации плана. Создание Starsem в июле 1996 года обеспечило новое финансирование для создания менее амбициозного варианта — «Союз-Фрегат» или «Союз-У/Фрегат». Он состоял из слегка модифицированного «Союза-У» в сочетании с верхней ступенью «Фрегат» с грузоподъемностью до 1350 кг на геостационарную переходную орбиту . В апреле 1997 года Starsem получила контракт от Европейского космического агентства (ESA) на запуск двух пар плазменных научных спутников Cluster II с использованием ракеты «Союз-Фрегат». До внедрения этой новой модели Starsem запустила 24 спутника созвездия Globalstar в 6 запусках с перезапускаемым верхним блоком Ikar в период с 22 сентября 1999 года по 22 ноября 1999 года. После успешных испытательных полетов ракеты «Союз-Фрегат» 9 февраля 2000 года и 20 марта 2000 года спутники Cluster II были запущены 16 июля 2000 года и 9 августа 2000 года. Еще одна ракета «Союз-Фрегат» запустила зонд ESA Mars Express с Байконура в июне 2003 года. Теперь ракета-носитель «Союз-Фрегат» используется Starsem для коммерческих полезных нагрузок.
В период с 1 февраля 2003 года по 26 июля 2005 года, когда прекратилась деятельность американского флота космических челноков , единственным средством транспортировки на Международную космическую станцию и обратно был «Союз». Это включало в себя перевозку грузов с помощью космического корабля «Прогресс» и смену экипажей. После вывода из эксплуатации флота космических челноков в 2011 году космическая программа США осталась без средств доставки астронавтов на орбиту, и НАСА зависело от «Союза» для отправки экипажей в космос до 2020 года. [5] НАСА возобновило полеты с экипажем из США в 2020 году в рамках программы развития коммерческих экипажей .
Длинная череда успешных запусков ракеты «Союз» была прервана 15 октября 2002 года, когда беспилотный запуск ракеты «Союз-У» спутника «Фотон-М» с космодрома Плесецк упал недалеко от стартовой площадки и взорвался через 29 секунд после старта. Один человек из наземного экипажа погиб, восемь получили ранения.
Еще одна авария произошла 21 июня 2005 года во время запуска военного спутника связи «Молния» с космодрома Плесецк, в котором использовалась четырехступенчатая версия ракеты « Молния-М» . Полет завершился через шесть минут после запуска из-за отказа двигателя третьей ступени или невыполнения приказа на разделение второй и третьей ступеней. Вторая и третья ступени ракеты, идентичные «Союзу», и ее полезная нагрузка (спутник «Молния-3К») потерпели крушение в Уватском районе Тюмени ( Сибирь ). [ необходима цитата ]
24 августа 2011 года беспилотный корабль «Союз-У», доставивший груз на Международную космическую станцию, потерпел крушение, не достигнув орбиты. 23 декабря 2011 года ракета «Союз-2.1б», запускавшая военный спутник связи «Меридиан-5», потерпела неудачу на 7-й минуте запуска из-за неполадки в работе третьей ступени. [6]
11 октября 2018 года миссия «Союз МС-10» на Международную космическую станцию не смогла выйти на орбиту из-за проблем с основным ускорителем. Система аварийного спасения была использована для того, чтобы отвести космический корабль «Союз» от неисправной ракеты. Два члена экипажа, Алексей Овчинин и Ник Хейг , следовали по баллистической траектории и благополучно приземлились на расстоянии более 400 км от космодрома Байконур .
Почтенная ракета-носитель «Союз» была постепенно заменена новой версией, названной «Союз-2» или «Союз/СТ» , которая имеет новую цифровую систему наведения и сильно модифицированную третью ступень с новым двигателем. Первая экспериментальная версия «Союза-2», названная «Союз-2-1а» , которая оснащена цифровой системой наведения, но по-прежнему приводится в движение старым двигателем третьей ступени, стартовала 4 ноября 2004 года с Плесецка в суборбитальном испытательном полете, за которым последовал орбитальный полет 23 октября 2006 года с Байконура. Полностью модифицированная ракета-носитель (версия «Союз-2-1б ») впервые полетела 27 декабря 2006 года со спутником CoRoT с космодрома Байконур .
19 января 2005 года Европейское космическое агентство (ЕКА) и Роскосмос договорились о запуске ракет «Союз»/СТ с Гвианского космического центра . [7] Экваториальная стартовая площадка позволяет «Союзу» выводить от 2,7 до 4,9 тонн на солнечно-синхронную орбиту в зависимости от используемого двигателя третьей ступени. [8] Строительство новой стартовой площадки началось в 2005 году и было завершено в апреле 2011 года. На стартовой площадке использовалась вертикальная загрузка, обычная для Французской Гвианы , в отличие от горизонтальной загрузки, используемой на космодроме Байконур . [9] Имитационный запуск был проведен в начале мая 2011 года. [10] Первый эксплуатационный запуск состоялся 21 октября 2011 года, на нем были выведены первые два спутника глобальной системы позиционирования Galileo .
Ракеты «Союз-У» и «Союз-ФГ» постепенно заменялись ракетами «Союз-2» с 2014 по 2019 год. Ракета «Союз-У» была выведена из эксплуатации в 2017 году [11] , в то время как «Союз-ФГ» доставлял экипажи астронавтов на МКС до сентября 2019 года (последний полет, «Союз МС-15» , состоялся 25 сентября 2019 года).
Ракета «Молния-М» (1964–2010) также была создана на базе ракет семейства «Союз».
Ракета собирается горизонтально в сборочно-испытательном корпусе. Собранная ракета транспортируется на стартовую площадку в горизонтальном состоянии, а затем поднимается. Это отличается от вертикальной сборки, например, Saturn V , и является одной из особенностей, которая делает подготовку «Союза» к запуску более дешевой. Сборка горизонтально расположенной ракеты относительно проста, поскольку все модули легкодоступны. Сборка ракеты в вертикальном положении потребовала бы ветронепроницаемого высотного ангара, что не считалось финансово осуществимым на момент проектирования ракеты из-за разваливающейся экономики Советского Союза .
Вся ракета подвешивается в системе запуска с помощью несущих механизмов на навесных ускорителях, где они крепятся к центральному ядру. Последнее опирается на носовые части навесных ускорителей. Такая схема напоминает условия полета, когда навесные ускорители толкают центральное ядро вперед. Концепция подвешивания ракеты была одним из новшеств, введенных с Р-7/Союз.
Поскольку стартовая площадка была ликвидирована, нижняя часть ракеты опущена. Фермы стартовой системы несут ветровые нагрузки. Устойчивость к сильному ветру является важной характеристикой стартовой системы, так как казахстанские степи , где расположен космодром Байконур, известны своими бурями .
Двигатели зажигаются электрически инициируемыми пиротехническими ракетами, установленными на березовых шестах, которые зажигаются примерно за T-20 секунд, за несколько секунд до того, как компоненты топлива вводятся в камеру сгорания. [12] Эта последовательность редко дает сбой из-за своей простоты. [13] Во время запуска опорные стрелы отслеживают движение ракеты. После того, как головки опорных стрел выходят из специальной опорной выемки в носовых секциях ремней, опорные стрелы и фермы отсоединяются от корпуса ракеты, поворачиваясь на опорных осях и освобождая путь для взлета ракеты. Во время запуска ракета и стартовая установка образуют единую динамическую систему. [ необходимо разъяснение ]
Когда двигатели навесных ускорителей останавливаются, ускорители отваливаются, обеспечивая безударное разделение. Если небо чистое, наземные наблюдатели могут видеть крест Королева, образованный падающими ускорителями.
Ракета-носитель «Союз» используется для различных российских беспилотных миссий, а также продается компанией Starsem для коммерческих запусков спутников. В настоящее время используются следующие типы обтекателей:
Прогресс — грузовой космический корабль для беспилотных миссий на МКС, а ранее на Мир . Космический корабль использует специальную платформу и обтекатель и может быть запущен либо с помощью Союз-У, либо с помощью Союз-ФГ, либо с помощью Союз-2.
Обтекатель типа А используется для коммерческих запусков.
Обтекатель типа S используется для коммерческих запусков компанией Starsem. Обтекатель имеет внешний диаметр 3,7 м и длину 7,7 м. Верхняя ступень «Фрегат» заключена в обтекатель вместе с полезной нагрузкой и адаптером/распределителем полезной нагрузки. [14] Обтекатель типа S вместе с верхней ступенью «Фрегат» использовались для запуска следующих космических аппаратов: Galaxy 14 , GIOVE A , Mars Express , AMOS-2 , Venus Express , Cluster . [15]
Обтекатель типа SL используется для коммерческих запусков компанией Starsem. Обтекатель имеет внешний диаметр 3,7 м и длину 8,45 м. Верхняя ступень «Фрегат» заключена в обтекатель вместе с полезной нагрузкой и адаптером/распределителем полезной нагрузки. [16] Обтекатель типа SL вместе с верхней ступенью «Фрегат» использовались для запуска следующих космических аппаратов: CoRoT .
Обтекатель типа ST используется для коммерческих запусков Starsem. Его внешний диаметр составляет 4,1 м, а длина — 11,4 м. Он может использоваться только с «Союзом-2», поскольку старая аналоговая система управления не может справиться с аэродинамической неустойчивостью, вносимой обтекателем такого размера. Этот обтекатель из углеродного пластика основан на проверенной конфигурации, используемой для ракет Ariane 4 компании Arianespace , с его длиной, увеличенной примерно на один дополнительный метр. [17] Обтекатель был разработан и изготавливается ЦСКБ-Прогресс в соответствии с требованиями заказчика ( Starsem ). Это единственный тип обтекателя, предлагаемый Starsem/Arianespace для запусков с космодрома Куру. [18] «Прогресс М-УМ» — единственный космический корабль «Прогресс», который был запущен, будучи заключенным в обтекатель ST.
Первая ступень ракеты «Союз» состоит из четырех одинаковых конических жидкостных ускорителей, прикрепленных к ядру второй ступени. Каждый ускоритель имеет один ракетный двигатель с четырьмя камерами сгорания, двумя верньерными камерами сгорания и одним набором турбонасосов.
Статистика (каждый из 4 усилителей)
Вторая ступень ускорителя «Союз» представляет собой одну, в целом цилиндрическую ступень с одним двигателем в основании и активируется вместе с первой ступенью. Как и каждая из ракет первой ступени, она также имеет четыре камеры сгорания и один набор турбонасосов, но четыре (вместо двух) верньерных камеры сгорания. Вторая ступень сужается к низу, чтобы позволить четырем ракетам первой ступени более плотно прилегать друг к другу.
_spacecraft.jpg/1280px-Soyuz_19_(Apollo_Soyuz_Test_Project)_spacecraft.jpg)
Используются два варианта верхних ступеней: « Блок I» и «Усовершенствованный блок I» (используется в «Союзе-2-1б »).
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )