Ракеты, выводящие полезные грузы на орбиту Земли, называют ракета-носителями. Они способны отправить в космос людей (при наличие космического корабля), аппаратуру, спутники или, например, грузы на Международную космическую станцию (при наличие грузового корабля).
Ракеты-носители различаются по параметрам грузоподъемности, высоте полета, объему полезного груза, который могут вместить. Так же ракеты отличаются типами двигателей и используемым топливом, габаритами, количеством ступеней и т.д. В этой статье для HTNews рассмотрит 5 современных и наиболее часто используемых ракет-носителей.
Ракета-носитель Falcon 9
Первый и сразу успешный запуск ракеты Falcon 9 от американской компании SpaceX Илона Маска состоялся в 2010 году. 8 апреля 2016 года компания смогла посадить первую ступень ракеты на морскую платформу, а уже 30 марта 2017 года эта ступень после технического обслуживания вновь отправилась в полет. Таким образом, SpaceX сделала первый и самой значимый среди остальных компаний шаг на пути к созданию полностью многоразовой ракеты-носителя.
Возможность многократно использовать первую ступень сделала запуск Falcon 9 более дешевым чем конкурирующих установок. В “Роскосмосе” было решено снизить цены на запуск своих ракет ,чтоб сохранить конкуренцию.
Falcon 9 использует в качестве топлива керосин и жидкий кислород. Данная комбинация является экологически безопасной.
Сейчас SpaceX используют версию ракеты Falcon 9 под названием Block 5. В данной версии удалось добиться увеличения тяги, и улучшения ряда других параметров, влияющих на легкость и качество многократного использования первой ступени. Ракета способна вывести на низкую опорную орбиту (до 2000 км) 22 800 кг груза при условии одноразового применения или порядка 16 250 кг в случае если придется вернуть первую ступень на Землю.
За время эксплуатации всех версий, ракета была запущена 170 раз при этом неудачных запусков было всего 3.
Ракета-носитель Ariane 5
Ракета-носитель Ariane 5 была разработана компанией Arianespace по заказу Европейского космического агентства (ESA). Это многоразовая тяжелая ракета имеющая две основных ступени и два ускорителя по бокам.
Высота ракеты — 50.5 метров, максимальный диаметр 5.4 метра. Ariane 5 способна доставить грузы весом 21 тонну на низкую опорную орбиту.
Отличительной особенностью Ariane 5 является возможность выводить в космос сразу несколько спутников. В зависимости от размера спутника ракета может доставить на орбиту от двух (если речь идет о больших космических аппаратах) до восьми ( если речь идет о мини-спутниках).
Такая возможность позволяет лучше конкурировать на рынке коммерческих полетов, так как на одну ракету можно найти сразу несколько заказчиков которые поделят стоимость полета между собой.
Первый полет Ariane 5 состоялся еще в 1996 году. За время эксплуатации было произведено несколько модификаций ракеты: «G», «G +», «GS», «ECA», «ES». Внося изменения в конструкцию ракеты, а также изменяя тип двигателя и топливо для него удалось увеличить грузоподъемность и снизить стартовую массу ракеты.
С 1996 года ракеты-носители Ariane 5 произвели 113 запусков, 108 из которых были успешными (95.6% успешных запусков). В период с апреля 2003 года по декабрь 2017 года Ariane 5 совершила 83 полета подряд без сбоев, но в январе 2018 года был зарегистрирован частичный отказ при запуске. Для космической отрасли это весьма хороший результат и показатель надежности. За счет этого Ariane 5 доверяют много ответственных пусков. Так, например, телескоп Джеймс Уэбб стоимостью $10 млрд был запущен именно на этой ракете в конце 2021 года.
Но срок эксплуатации Ariane 5 подходит к концу, уже в 2023 году должны будут состоятся последние пуски ракеты. На смену ей должна будет придти Ariane 6, разработка которой ведется с 2010 года.
Ракета-носитель Протон
«Протон» — это целое семейство ракет-носителей: УР-500, Протон-К, Протон-М. Ракета УР-500 разрабатывалась в 60-х годах. Ее первый полет состоялся в 1964 году. В 1965-м ракета-носитель совершила полет уже с полезной нагрузкой, выведя на орбиту спутник “Протон”, что в дальнейшим привело к тому, что ракету стали называть именем первой полезной нагрузки.
Самый первый вариант ракеты “Протон” был двухступенчатый. Однако в 1965 году начались работы по проектированию трехступенчатой ракеты, а в 1967 году четырехступенчатый “Протон-К” полетел в космос.
“Протон-К” состоял из трех ступеней и одного разгонного блока (блок Д). Разгонный блок представляет собой узел ракеты, который нужен для выполнения одного или нескольких маневров в космосе, когда остальные ступени уже вывели ракету на определенную высоту.
Разгонный блок может путем интервальных включений задать направление или придать ускорение головной части ракеты. Со временем стало очевидно, что “Протон-К” морально устарел и ему на смену в 2001 году пришел “Протон-М” который в 2012 году окончательно вытеснил своего предшественника со стартовых площадок Байконура.
Ракета-носитель “Протон-М” сохранила облик прошлых ракет серии, но ученые провели работы по улучшению аппаратной части. Была изменена система управления на основе бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК). Это позволило:
- улучшить использование бортового запаса топлива за счет его более полной выработки, что повышает энергетические характеристики РН и уменьшает или даже исключает остатки вредных компонентов;
- обеспечить пространственный маневр на активном участке полета, что расширяет диапазон возможных наклонений опорных орбит;
- упростить состав бортовых электронных систем в связи с передачей вычислительных операций систем опорожнения баков и безопасности носителя на ЦБВК;
- позволить реализовать в полете ограничения по параметру «произведение скоростного напора на угол тангажа (рысканья)», что дает возможность без существенного изменения прочности конструкции РН установить головные обтекатели больших размеров;
- обеспечить оперативный ввод или изменение полетного задания;
- улучшить массовые характеристики РН.
В результате всех нововведений ракета “Протон-М” получила следующие характеристики: ее высота составляет 58.2 метра, диаметр основной части 4.1 метр, диаметр обтекателя под которым размещают полезную нагрузку 7.1 метр. Ракета способна вывести на низкую опорную орбиту 23.7 тонны полезной нагрузки. За все время эксплуатации ракет семейства Протон было совершенно более 426 пусков, из которых 379 были успешными.
Но спустя более полувека эксплуатации стало очевидно, что ракета устарела и было принято решение остановить производство. Основная причина кроется в устаревшем токсичном топливе, которое использует ракета. Его попадание в почву сильно загрязняет окружающую среду и при этом менее эффективно по сравнению с аналогами. На смену “Протон-М” придут ракеты семейства “Ангара”.
Ракета-носитель Atlas V
Atlas V — тяжелая ракета-носитель, разработанная американской компанией Lockheed Martin. Данная ракета состоит из двух ступеней, но может укомплектовываться дополнительными ускорителями, которые размещаются по бокам первой ступени. На первой ступени расположены два российских двигателя РД-180.
Разгонный блок Centaur выполняет функцию второй ступени. Помимо наличия разгонных блоков ракета может отличаться так же размером обтекателя, под которым располагается полезная нагрузка. Полезная нагрузка может быть как технического характера, так и пилотируемый корабль с людьми.
Обтекатели бывают диаметром 4.2 или 5.4 м, также они отличаются по длине. Таким образом, в зависимости от типа обтекателя ракета может быть высотой как 58.3 м так и 52.4 м. На низкую опорную орбиту Atlas V способен вывести от 8210 кг до 20520 кг в зависимости от количества ускорителей по бокам ракеты.
Каждая ракета имеет свой трехзначный код, по которому можно определить тип ракеты. Первая цифра в коде означает диаметр обтекателя. Вторая — количество дополнительный ускорителей. Третья поясняет, сколько двигателей находится на разгоном блоке. Таким образом, Atlas V версии 552 имеет обтекатель 5 метров, 5 ускорителей и 2 двигателя на разгонном блоке.
За время своей эксплуатации, которая началась в 2002 году ракета зарекомендовала себя как очень надежный носитель. Было произведено 94 запуска, из которых был только один частично неудачный, все остальные закончились успешно.
Но Atlas V нельзя назвать экономически выгодной ракетой. Цена запуска начинается от $109 млн, поэтому в основном ее используют для миссий государственных организаций США. Возможно, из-за стоимости полета, а также из за желания отказаться от российских двигателей ракету больше не будут производить. Но оставшиеся 22 ракеты не отправят в музей, а будут использованы по назначению. Ей на смену должна придти новая ракета-носитель Vulcan.
Ракета-носитель Союз-2
Разработка ракет-носителей семейства Союз начались в 60-х годах. За основу было решено взять межконтинентальную баллистическую ракету Р-7. Внешних отличий от ракеты военного назначения практически не наблюдалась, но часть систем и узлов были модернизированы.
В 1966 году первая ракета Союз с индексом 11А511 поднялась в космос. С того момента началась славная история эксплуатации ракет семейства Союз, которая продолжается и по сей день. С учетом всех различных модификаций было совершенно более 1000 запусков, что существенно больше всех остальных ракет мира и это мы не считаем запуски других ракет семейства Р-7, которые технически очень схожи с Союзами.
Но сегодня поговорим про самую новую ракету семейства Союз, которая эксплуатируется до сих пор. Союз 2 является модификацией ракеты Союз У — с улучшенной системой управления а также двигателями третей ступени. Союз-2 имеет несколько вариантов исполнения.
Но почти всех их (за исключением Союз-2.1в) отличает узнаваемый внешний вид, который не менялся со времен Р-7. Трехступенчатая ракета, в основание которой находятся 4 блока первой ступени, способна вывести в космос как полезный технический груз так и экипаж. В зависимости от типа головного обтекателя высота ракеты может достигать 51.1 метра.
Грузоподъемность Союз-2 зависит от версии ракеты и точки ее запуска, но на низкую опорную орбиту имеется возможность доставлять от 2800 кг до 9200 кг.
Начиная с 2004 года было совершенно 139 запусков ракеты Союз-2 из которых успешно 134. 2 запуска были признаны неудачными, а 3 частично неудачными. Долгое время, после того как NASA свернули свою программу шаттлов, Союз-2 был единственным вариантом попасть на МКС.
