Ракета-носитель «Союз» (11A511)

Ракета 11А511 «Союз», несомненно, является самой знаменитой РН семейства Р-7. Она стала первым отечественным носителем, старт которого был показан по телевидению; это было при пуске КК «Союз-3», пилотируемого Г.Т.Береговым, 26 октября 1968 г. РН легко узнаваема по четырем коническим боковым блокам первой ступени, что отличает все «семерки» от других РН, характерному головному обтекателю (ГО) с четырьмя прямоугольниками решетчатых стабилизаторов и изящной «башней» системы аварийного спасения (САС) на вершине.

Разработка этой модификации началась в середине 1963 г. К тому времени ОКБ-1 разрабатывало пилотируемый комплекс «Союз» 7К-9К-11К для облета Луны. Согласно первоначальным исходным данным (конец 1962 - начало 1963 гг.) масса корабля «Союз» на орбите должна была составить 5.8 т. Его запуск предусматривался с помощью унифицированного носителя 11А57 «Восход» на базе ракеты Р-7А.

Ракета-носитель 11А511:

 

1 - двигательная установка САС;

2 - двигатели раскрытия головного обтекателя;

3 - головной обтекатель;

4 - КК «Союз»;

5 - решетчатые стабилизаторы САС;

6 - переходной отсек;

7 — третья ступень (блок И);

8 - межступенчатый переходник;

9 - вторая ступень (центральный блок);

10 - узел подвески бокового блока;

11 - первая ступень (боковой блок);

12 - двигатель центрального блока;

13 - двигатель бокового блока;

14 - воздушный руль.

Однако к середине 1963 г., когда в ходе разработки проектная масса корабля перевалила за 6 т, а масса головного обтекателя с двигателями системы аварийного спасения приблизилась к 2 т, стало ясно, что РН 11А57 не сможет вывести его на расчетную орбиту. Начался поиск путей модернизации этой РН с целью увеличения грузоподъемности. Модернизация ступеней проводилась Куйбышевским филиалом ОКБ-1 №3 (ныне ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», г. Самара), а головного блока - совместно ОКБ-1 и филиалом №3. Внешне ступени практически не изменились, но были существенно модернизированы:

- облегчена бортовая кабельная сеть систем управления (СУ) и телеметрии;

- телеметрическая система на боковом и центральном блоках заменена новой системой, установленной на блоке А;

- снижено наклонение орбиты КК к плоскости экватора с 64.8º до 51.5°;

- повышена прочность некоторых силовых элементов первой ступени, так как при новой циклограмме их отделение предусматривалось при повышенном скоростном напоре;

- из-за разброса параметров двигатели 8Д727 (РД-108) для блока А подбирались индивидуально (удельная тяга - не менее 252 сек на земле);

- уменьшена длина блока И, облегчена его кабельная сеть;

- модернизирована СУ третьей ступени. Самым существенным отличием РН «Союз» от предыдущих носителей типа Р-7, предназначенных для пилотируемых полетов, стала САС нового типа. Она «взводилась» за 15 мин до подъема РН и обеспечивала спасение экипажа в случае аварии РН как на стартовом столе, так и на любом участке полета (кроме 4 секунд между отделением ДУ САС на 157 сек полета и сбросом ГО на 161 сек).

Для спасения экипажа до 157-й секунды РН была снабжена отделяемым головным блоком (ОГБ) САС, который представлял собой своеобразный летательный аппарат, состоящий из:

- уводимой части КК (СА и БО);

- головного обтекателя;

- двигательной установки (ДУ САС).

Твердотопливная ДУ САС представляла собой два многосопловых блока РДТТ (для разделения и увода ОГБ) и четыре небольших управляющих РДТТ. Корабль соединялся с ГО тремя опорами, которые окружали СА и «упирались» в нижний шпангоут БО. На этом шпангоуте СА как бы «висел».

При аварии РН включались РДТТ разделения и увода, которые поднимали ОГБ над аварийным носителем и уводили его на высоту не менее 850 м и в сторону не менее чем на 110м. Затем СА отделялся и совершал посадку на парашюте (при аварии в первые 26 сек полета -на запасном, после 26 сек полета - на основном). Тяга РДТТ составляла 76 тс, а время работы менее 2 сек. При срабатывании РДТТ экипаж испытывал перегрузки до 10G.

При аварии между 161 и 522 сек полета СА и БО отделялись от ПАО, затем СА отделялся от БО и спускался по штатной программе посадки.

При аварии после 522 сек и до выхода на орбиту производилось разделение отсеков КК по штатной схеме, но спуск проходил по баллистической траектории, при этом перегрузки могли превышать 10 g.

В ходе разработки САС, в 1965 г., выяснилось, что сброс ГО при аварии целиком невозможен без сильного удара по ПАО. Решили ГО разделить на две части поперечным стыком, чтобы при срабатывании ДУ САС отделять только верхнюю часть ГО. При этом его нижняя часть вместе с ПАО КК оставалась с ракетой. Для сохранения устойчивости в полете на ГО появилось четыре решетчатых стабилизатора. Такая конструктивно-компоновочная схема ОГБ САС стала базовой для всех модификаций РН серии «Союз» и КК «Союз» и сохранилась до сих пор, хотя в течение всех лет эксплуатации несколько раз модернизировалась.

Первый пуск РН 11А511 «Союз» состоялся 28 ноября 1966 г.; на орбиту был выведен беспилотный КК «Союз» («Космос-133»). Всего было произведено 32 пуска этой РН (один пуск аварийный и одна авария РН на стартовой позиции до пуска). Последний пуск состоялся 14 октября 1976 г.; на орбиту был выведен транспортный корабль 7К-Т «Союз-23».

Основные технические характеристики РН 11А511
Характеристика Значение
Длина, м 49.012
Максимальный поперечный размер, м 10.303
Стартовая масса с полезным грузом, т 307.65
в т.ч. компонентов топлива, т 273.90
сухая (с полезным грузом), т 33.75
Суммарная номинальная тяга ДУ:на Земле/в вакууме, тс  413.3/505.3

Боковые блоки 1-й ступени (Б, В, Г, Д)

Длина, м 19.825
Макс, поперечный размер, м 3.820
Максимальный диаметр, м 2,680
Масса: стартовая, т 43.325
в т.ч. компонентов топлива, т 39.475
Двигательная установка: 8Д728 (РД-107)
ном. тяга на Земле/в вакууме, тс 83.5/101.5
уд. импульс на Земле/в вакууме, сек 252/313
максимальное время работы, сек 140
сухая масса, кг 1155
Время отделения блоков Т+118 сек

Центральный блок 2-й ступени (А)

Длина с переходной фермой, м 28.465
Максимальный диаметр, м 2.950
Масса: стартовая, т 100.24
в т.ч. компонентов топлива, т 93.3
Двигательная установка: 8Д727 (РД-108)
ном. тяга на Земле/в вакууме, тс 79.3/99.3
уд. импульс на Земле/в вакууме, сек 252/315
максимальное время работы, сек 320
сухая масса, т 1.250
Время отделения блока Т+286 сек
Блок 3-й ступени (И)
Длина (без переходника), м 6.745
Диаметр, м 2.660
Стартовая масса, т 25.45
в т.ч. компонентов топлива, т 22.70
Двигательная установка: 11Д55 (РД-0110)
номинальная тяга в вакууме, тс 30.38
удельный импульс в вакууме, сек 326
сухая масса, кг 410
максимальное время работы, сек 240
Время отделения КК от блока И Т+526 сек
Головной блок с ДУ САС
Длина, м 12.913
Диаметр, м 3.000
Масса с полезным грузом, кг 8510
Масса полезного груза (объект 7К-ОК «Союз»), кг 6560
Время сброса ДУ САС Т+157 сек
Время сброса ГО Т+161 сек