Последняя информация о многоразовой ракете Амур-СПГ⁠⁠

Российские инженеры проектируют конструкцию метановой ракеты, стремясь создать многоразовую пусковую систему, которая будет конкурировать с американскими ракетами и аналогичными ракетами, появляющимися в Китае.

Данная информация является переводом статьи Анатолия Зака  http://www.russianspaceweb.com/index.html

Начало предварительного проектирования

В 2020 году, после почти двух десятилетий исследований, российская космическая промышленность приступила к разработке ракеты среднего класса нового поколения, предназначенной для замены семейства ракета-носителей «Союз». В отличие от ряда предыдущих проектов по проектированию «Союза» с опорой на традиционные двигатели с керосиновым топливом, последний проект должен перейти на недавно разработанные двигатели, работающие на жидком метане криогенной температуры, получаемом из доступного и дешевого природного газа.

Усилия России отражают технологические тенденции во всем мире. Благодаря «чистому» процессу горения, оставляющему мало копоти в основном двигателе, метан в настоящее время считается лучшим топливом для многоразовых ракет.

В июне 2020 года Роскосмос утвердил «Техническое задание на эскизный проект ракеты «Амур-СПГ», ранее известной как «Союз-5» или «Союз-СПГ». (СПГ – русское сокращение – Сжиженный Природный Газ).

5 октября 2020 г. Роскосмос подписал контракт с РКЦ «Прогресс», производителя ракеты-носителя «Союз-2», для разработки эскизного проекта ракеты-носителя «Амура-СПГ» на сумму 407 миллионов рублей (около 5,4 миллионов долларов).

Двухступенчатую ракету-носитель среднего класса обещали впервые запустить в 2026 году с модернизированного комплекса «Союз» на космодроме «Восточный». По словам главы Роскосмоса Дмитрия Рогозина, финансирование строительства заправочного и пускового комплекса для ракеты «Амур» будет реализовано в третьей фазе строительства «Восточного» после завершения второй фазы в 2023 году, которая предусматривает строительство на космодроме стартового комплекса для семейства ракет «Ангара».

Благодаря наличию стартовых площадок «Союз-2» на нескольких космодромах, включая «Байконур» и «Плесецк», а также очень низкой загрузке стартовой площадки «Союз-2» на «Восточном», Роскосмос, вероятно, мог бы вывести из эксплуатации существующий комплекс для его переоборудования в «Амурскую» стартовую площадку без особого влияния на пусковую программу ракеты «Союз-2». Кроме того, строительство «амурской» площадки может де-факто заменить гораздо более дорогостоящий план по строительству стартовой площадки для сверхтяжелой ракеты, разработка которой практически остановилась в 2020 году.

9 января 2021 года Рогозин сообщил еще несколько подробностей о ракете «Амур-СПГ».

Согласно его сообщению в Facebook, ракета будет иметь полностью автоматизированную систему подготовки к запуску, в ней будут широко использоваться легкие композитные материалы, заменяющие металлы, и будет использоваться многоразовая первая ступень, способная выполнять до 100 полетов. Поскольку метановое топливо будет закачиваться в баки в таких же криогенных условиях, как и жидкий кислород (который служит окислителем), баки топлива и окислителя могут быть объединены в единую конструкцию, разделенную тонкой переборкой, что еще больше упростит конструкцию и сэкономит массу.

В следующем посте Рогозин также подтвердил, что российский сверхтяжелый проект теперь будет основан на семействе «Амур-СПГ», а не на керосиновом «Союзе-5».

Предполагалось, что на «Амур-СПГ» будет использоваться либо стандартный обтекатель полезной нагрузки «81КС», унаследованный от семейства «Союз-2», либо недавно разработанный более широкий обтекатель диаметром 5 метров, для особо крупногабаритных полезных нагрузок. Российские специалисты также начали изучать возможность мягкой посадки и повторного использования обтекателей от ракет «Амур», сообщил источник в отрасли порталу RussianSpaceWeb.com.

Оборудование мягкой посадки

Согласно отраслевым источникам, в начале 2021 года эскизный проект «Амур-СПГ» претерпевал быструю эволюцию на чертежной доске, прежде чем его архитектура была утверждена для перехода к более детальному проектированию.

Одной из ключевых особенностей, которая оставалась неизменной в то время, были посадочные опоры первой ступени. Хотя публично обнародованные изображения «Амур-СПГ» показали, что ракета-носитель приземляется на том, что выглядело как копия посадочных опор ракеты Falcon SpaceX, на самом деле российские специалисты оценивали три различных конструкции посадочных опор. Только одна из них имела некоторое сходство с системой, используемой SpaceX, но с меньшей вероятностью, по словам отраслевого источника, была принят для полномасштабной разработки. Другое предложение, как сообщается, включало раскладываемые опоры классического вида с опорными ногами, но шире и короче, чем на ракетах Falcon, а третья конфигурация имела фиксированную конструкцию, интегрированную с конструкцией двигательного отсека.

Возможные полезные нагрузки

Имея грузоподъемность до девяти тонн для вывода на низкую околоземную орбиту, НОО, «Амур-СПГ» будет иметь хорошие возможности для выполнения всех федеральных, коммерческих и военных задач, которые ранее выполнялись ракетами «Союз-2», грузоподъемность которой ограничена восемью тоннами. Роскосмос утверждал, что проект «Амур-СПГ» ориентирован на коммерческую эксплуатацию и должен соответствовать цене на миссию не более 22 миллионов долларов. Предполагалось, что ракета будет обслуживать как легкий, так и средний сегменты рынка. В зависимости от задачи, за счет дополнительного топлива, варианты «Амур» могли иметь расходный и многоразовый вариант, а также между возвращение первой ступени на стартовую площадку или приземление на отдалении от «Восточного».

В начале 2021 года российские специалисты также начали изучать возможные пилотируемые космические корабли, которые могли бы использовать преимущества ракеты «Амур-СПГ». Одним из кандидатов была многоразовая пилотируемая капсула МТКС «Арго», предложенная компанией S7 для коммерческих миссий, и пилотируемый корабль ПТК-М «Орленок», концептуальная разработка РКК «Энергия» в 2020 году в качестве первого шага в российской программе исследования Луны.

Основной технической задачей проекта «Амур-СПГ» была разработка метанового двигателя нового поколения, получившего обозначение РД-0169. Согласно формальному заданию на двигательную установку «Амур-СПГ», серийный вариант двигателя должен иметь возможность работать не менее 10 раз или делать от 25 до 50 включений. В ходе предварительного проектирования с 2016 по 2019 год в КБ КБХА в Воронеже уже были проведены исследования процессов смешения и воспламенения горючего в метановых двигателях и даже были доведены некоторые компоненты двигателя до автономных испытаний.

В мае 2020 года Роскосмос заключил с КБХА контракт стоимостью 6,3 миллиарда рублей (83,66 миллиона долларов) на полномасштабную разработку двигателя РД-0169 до конца 2025 года. Однако из-за сложности проекта РД-0169 принято решение разработать экспериментальный демонстратор двигателя под названием РД-0177.

Контракт на разработку РД-0177 стоимостью 765,78 миллиона рублей (10,1 миллиона долларов) был присужден той же компании 29 сентября 2019 года. Этот этап работ должен быть завершен к 15 ноября 2021 года.

Несмотря на то, что тяга двигателя РД-0169 составляет 85 тонн, двухтонный прототип двигателя будет иметь экспериментальные версии газогенератора и камеры сгорания, предназначенные для тестирования ключевых процессов в этих компонентах, таких как зажигание и отключение. Это наиболее важные и трудно предсказуемые этапы работы ракетного двигателя, когда еще не откалиброванные новые системы, как правило, становятся жертвами высокочастотных вибраций.

3 июня 2020 года Роскосмос объявил, что НПО «Энергомаш» завершило огневые испытания макета генератора для РД-0177, опробовав различные конструкции форсунки. По заявлению компании, за этими испытаниями должна была последовать разработка камеры сгорания.

В августе 2020 года руководитель российской группы разработки двигательных установок, в которую входят «Энергомаш» и КБХА, заявил, что газогенератор и смесительная головка для РД-0177 прошли испытания, и промышленность переходит к производство двигателя. Однако к тому времени появление первой рабочей версии РД-0177 ожидалось не раньше 2022 или 2023 года.

Роль РД-0169 в проекте Амур-САУ

Хотя номинальная тяга двигателя РД-0169 изначально была рассчитана на 85 тонн, конструкция двигателя предусматривает возможность увеличения тяги значительно выше этого уровня. На начало 2021 года для РД-0169 был указан коэффициент дросселирования 1,33. Это означает, что наиболее мощный вариант двигателя, с тягой в 95 тонн, подойдет для первой ступени «Амур-СПГ».

Ранняя конструкция многоразовой первой ступени, концептуально разработанная в 2020 году, предполагает, что во время старта и полета работает группа из пяти двигателей. Центральный двигатель имеет возможность перезапускаться, чтобы обеспечить маневр торможения первой ступени после разделения. Затем тот же двигатель запускался в третий раз, чтобы обеспечить мягкое приземление на посадочную площадку. Разработчики также предложили вариант первой ступени одноразового использования с четырьмя двигателями, обеспечивающий более высокую полезную нагрузку для всей ракеты за счет отсутствия запасов топлива для посадки.

Режим глубокого дросселирования на отдельных двигателях позволит первой ступени осуществить успешное выведение на орбиту, даже при отказе одного из двигателей, дав команду остальным двигателям увеличить тягу.

Согласно первоначальным планам, на второй ступени ракеты «Амур-СПГ» также предполагалось использовать вакуумный вариант двигателя РД-0169 тягой от 85 до 110 т с модифицированным соплом. Однако в начале 2021 года инженеры рассматривали возможность перевода второй ступени на керосиновое топливо из-за ограничения тяги, обеспечиваемой РД-0169, сообщил источник в отрасли порталу RussianSpaceWeb.com. Это решение, вероятно, было вызвано планами использования второй ступени не только для выхода на начальную орбиту, но и для последующих маневров на орбите.

Известные технические характеристики ракеты-носителя Амур-СПГ по состоянию на 2020 год:

Демонстрационный двигатель РД-0162-Д2А с тягой 40 тонн, совершивший в декабре 2016 года 10 испытательных пусков.