"Бриз-М" Через терни к звездам⁠⁠

Не так давно мы обсуждали 20ти летие разгонного блока Фрегат. Настало время рассказать и о его более тяжелом собрате - Бриз-М.

Семейство разгонных блоков «Бриз» — «Бриз-М», «Бриз-КМ» — это пример аппарата, разработанного уже после распада СССР. Причин такой разработки было несколько:

На основе МБР УР-100 разрабатывалась конверсионная ракета-носитель «Рокот», для которой был бы полезен разгонный блок (РБ).

На «Протоне» для выведения на ГСО использовался РБ «ДМ», который использовал «неродную» для «Протона» пару «кислород-керосин», имел время автономного полёта всего 7 часов, да и грузоподъёмность его можно было бы увеличить.

Разработчиком разгоннных блоков семейства Бриз является ФГУП «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В.Хруничева». В 1990-1994 годах прошли испытательные пуски и, в мае-июне 2000 года состоялись полёты обеих модификаций «Бриза» — «Бриз-КМ» для «Рокота» и «Бриз-М» для «Протона». Главное различие между ними — наличие дополнительного сбрасываемого внешнего тороидального топливного бака на «Бризе-М», которые дают больший запас характеристической скорости (delta-V) и позволяют выводить более тяжелые спутники.

Первый запуск комплекса “Протон-М”– “Бриз-М” состоялся 7 апреля 2001 года.

Блоки семейства «Бриз» отличаются очень плотной компоновкой:

Особенности технических решений:

Двигатель находится внутри «стакана» и утоплен в баке, на жаргоне такие схемы называют "Утопленник"

Внутри баков  находятся баллоны с гелием для наддува

Баки горючего и окислителя имеют общую стенку, нет увеличения длины блока из-за межбакового отсека

Баки являются несущими — нет силовых ферм, которые бы требовали дополнительного веса и увеличивали длину

Сбрасываемые баки фактически являются половиной ступени, что, с одной стороны, требует лишнего веса на стенки, с другой — позволяет увеличивать запас характеристической скорости за счет сброса пустых баков

Плотная компоновка экономит геометрические размеры и массу, но она имеет и свои недостатки. Двигатель, который, работая, излучает тепло, находится очень близко к бакам и трубопроводам.

Сочетание более высокой (на 1-2 градуса, в пределах спецификации) температуры топлива с более высокой теплонапряженностью работы двигателя в процессе работы (тоже в пределах спецификации) привело к закипанию окислителя, нарушению охлаждения турбины ТНА жидким окислителем и нарушению её работы, что вызвало аварию РБ при выведении спутника «Ямал-402» в декабре 2012 года.

В качестве двигателей РБ используется комбинация из двигателей трех типов: маршевого С5.98 (14Д30) тягой 2 тонны(Как и на Фрегат), четырех двигателей коррекции , которые включаются перед пуском маршевого двигателя для осаждения топлива на дно баков, и двенадцати двигателей ориентации тягой 1,3 кг. Маршевый двигатель имеет весьма высокие параметры (давление в камере сгорания ~100 атм, удельный импульс для НДМГ+АТ 328,6 с) несмотря на открытую схему. Его «отцы» стояли на марсианских станциях «Фобос» а «деды» — на посадочных лунных станциях типа «Луна-16». Маршевый двигатель может гарантированно включаться до восьми раз, а срок активного существования блока не меньше суток.

Масса полностью заправленного блока составляет до 22,5 тонн, полезная нагрузка достигает 6 тонн. Но суммарная масса блока после отделения от третьей ступени ракеты-носителя чуть меньше 26 тонн. При выводе на геопереходную орбиту РБ недозаправляется, а полностью заполненный бак для прямого вывода на ГСО выводил максимум 3,7 тонны полезной нагрузки.Тяговооруженность блока получается равной ~0.76. Это недостаток РБ «Бриз», но небольшой. Дело в том, что после отделения РБ+ПН находятся на незамкнутой орбите, что требует импульса на довыведение, а небольшая тяга двигателя приводит к гравитационным потерям. Гравитационные потери составляют примерно 1-2%, что весьма немного. Также, длительные периоды работы двигателя повышают требования к надёжности. С другой стороны, у маршевого двигателя гарантированный срок работы до 3200 секунд (почти час!).

Тактико-технические характеристики разгонного блока “Бриз-М”

Состав - Разгонный блок, состоящий из центрального блока на базе РБ «Бриз-КМ» и окружающего его сбрасываемого дополнительного топливного бака тороидальной формы.

Применение - в составе РН “Протон-М”, ” и “Ангара-А5”

Основные особенности

предельно малые габариты;

возможность выведения тяжелых и крупногабаритных КА;

возможность длительного функционирования в полете

Начальная масса, т - до 22.5

Заправляемый запас топлива (АТ+НДМГ), т - до 20

Число включений маршевого двигателя - до 8

Максимальное время автономного полета, час. - не менее 24 (по ТТЗ)