Многоразовая космическая система Байкал-Ангара
«Байкал» — проект многоразового ускорителя (МРУ) первой ступени ракеты-носителя «Ангара». Основная идея проекта состоит в том, чтобы выполнивший задачу ракетный ускоритель, отделившись от носителя, автоматически возвращался к месту старта и приземлялся на самолётную взлётно-посадочную полосу как крылатый беспилотный летательный аппарат.
Ускоритель может применяться как в составе РН семейства «Ангара» лёгкого, среднего и тяжёлого классов, так и в составе других ракетных комплексов. «Байкал» спроектирован в ОАО НПО «Молния» по заказу ГКНПЦ им. М. В. Хруничева.
«Байкал» оснащён уникальной автоматической системой управления, обеспечивающей сопровождение полёта на всех этапах с момента старта в составе РН до посадки на аэродром, входящий в состав космодрома Плесецк. Традиционная самолетная аэродинамическая схема многоразового ускорителя «Байкал» была признана наиболее эффективной по сумме показателей, главными из которых являются необходимость интенсивного торможения ускорителя после разделения для минимизации удаления от точки старта и требование высокого аэродинамического качества при дозвуковом полете к аэродрому посадки на этапе возвращения.
Применение многоразового ускорителя ракетной ступени «Байкал» позволит:
полностью или частично ликвидировать зоны отчуждения в районах падения отработавших ступеней РН.
В зависимости от класса ракеты-носителя Ангара используется разное число многоразовых ускорителей:
Легкий класс — один ускоритель
Средний класс — два ускорителя
Тяжелый класс — четыре ускорителя
При этом один и тот же экземпляр многоразового ускорителя может использоваться в составе ракет-носителей разных классов.
Сухая масса 17,8 т
Масса при посадке 18 т
Длина 28,5 м
Высота 8,5 м
Размах поворотного крыла 17,1 м
Радиус возвращаемого полёта 410 км
Тип и тяга (зем./пуст.) ракетного двигателя ЖРД РД-191М (1 шт.), 196 тс / 212,6 тс
Топливная пара — сжиженный кислород и керосин
Допустимое количество полётных использований 10 (с доведением до 25)
Тип и тяга двигателя для возвратного полёта ТРД, максимальная тяга 5 тс
Число Маха при разделении со II ст. 5,64
Посадочная скорость 280 км/ч
Пробег при посадке 1200 м
В ГКНЦ Хруничева утверждают: Практически мы завершили переговоры о разработке подобной ступени для ракеты-носителя Ариан-5 Европейского космического агентства.
Многоразовый ускоритель «Байкал» создан на базе универсального ракетного модуля, спроектированного для РН «Ангара». Он включает маршевый ракетный двигатель, топливные баки для жидкого кислорода и керосина, а также элементы системы управления РН. Для возврата к месту старта и посадки на аэродром многоразовый ускоритель «Байкал» оснащен прямым поворотным крылом, хвостовым оперением, шасси, воздушно-реактивной двигательной установкой (ВРДУ), реактивной системой управления, дополнительным оборудованием.
На этапе выведения крыло сложено вдоль корпуса многоразового ускорителя, а после разделения со второй ступенью оно поворачивается в рабочее положение для автономного полета на этапе возвращения.
Несмотря на использование ряда уникальных технических решений, ускоритель имеет минимальную стоимость изготовления и эксплуатации, что делает его создание реальным в условиях дефицита финансовых ресурсов. Значительная часть его систем и агрегатов уже отработана на других изделиях и освоено в производстве. Сюда относятся: сам универсальный ракетный модуль, воздушно-реактивные двигатели, двигатели реактивной системы управления, шасси и др.
На многоразовый ускоритель «Байкал» получен патент на изобретение в Российской Федерации.
Этой теме уже почти 20 лет, и она заглохла из-за проблем с самой ракетой Ангара. Однако недавно она снова возродилась — в виде проекта Крыло-СВ.
Крыло-СВ — многоразовая крылатая ступень ракеты лёгкого класса, аванпроект которой был подготовлен и защищён 29 мая 2019 года в Фонде перспективных исследований. Он выполнялся рабочей группой, где головным предприятием выступил АО ЭМЗ имени В.М. Мясищева. Планируется создание полнофункционального лётно-экспериментального демонстратора (ЛЭД) с ракетным двигателем, который должен будет выполнить весь цикл испытаний, начиная со старта, выхода на необходимую высоту, полёт на дозвуковых и гиперзвуковых режимах, заканчивая возвращением с автоматической посадкой. Для ступени специально разрабатывается двигатель «Вихрь». В основу «Крыла-СВ» легла конструкция крылатой ракеты «Байкал», работы над которой велись в Центре имени Хруничева.
Распоряжением главы Роскосмоса в ЦНИИмаш создается экспериментальное «Конструкторское бюро им. Бартини», первой темой которого станет разработка легких многоразовых ракет, на базе прошедшего одобрение аванпроекта «Крыло-СВ». Работать в нем будут молодые специалисты Роскосмоса, а также инженеры, уволившиеся из ПАО «Ильюшин» (входит в Объединенную авиастроительную корпорацию).
Испытание авиационного полета ракеты в режиме сброса ракеты в воздухе без вертикального старта с космодрома, предполагается выполнить в 2020 году.
Первое полноценное испытание со стартом с земли на полигоне «Капустин Яр», дальнейшим выходом на необходимую высоту и возвращением с посадкой планируется провести на рубеже 2023 года.
Система “Байкал”
Еще в 2001 году на 44-м авиакосмическом салоне в Ле Бурже был представлен технологический макет российского многоразового ускорителя «Байкал». Он представлял собой первую ступень ракеты-носителя семейства «Ангара», однако мог являться и частью иных космических систем. Перспективный «Байкал», как и множество других российских проектов, не получил продолжения. Среди аргументов, звучавших против данной системы, основной являлась мысль, что она слишком сложна и дешевле использовать проверенные одноразовые ракеты-носители. Однако успехи Илона Маска в области создания многоразовых ракет заставляют изменить свое отношение к данной разработке. Итак, что же такое многоразовый ракетный ускоритель «Байкал»?
Ракета-носитель «Ангара» и проект «Байкал»
Система “Байкал” является развитием проекта “Ангара”, и что особенно важно, данная система будет иметь значительно меньшие габариты и массу, чем одноступенчатая многоразовая система, обладающая сходными характеристиками по показателям масс выводимой на орбиту и доставляемой на Землю полезных нагрузок. Ракета-носитель «Ангара», снабженная системой «Байкал» открывает принципиально новый этап развития космонавтики. Общая стоимость разработки и эксплуатации подобной системы выгодно отличается от одноступенчатого носителя, так как отработка системы «по частям» будет дешевле, чем доведение до рабочего состояния более сложного одноступенчатого носителя. С точки зрения конструкторов, операция разделения двухступенчатой системы является хорошо отработанной в мировой практике процедурой и не должна потребовать значительных затрат.
Кроме того, применение многоразовой ступени для выведения одноразовых носителей может осуществляться в сочетании с одноразовыми ступенями, начинающими работу с поверхности Земли. Именно такая стратегия многоразовых ступеней-модулей заложена в основу разработок, проводимых ГКНПЦ совместно с НПО «Молния» в проекте «Байкал». Ступени-модули имеют ракетный двигатель для старта и разгона, воздушно-реактивный двигатель, поворотное крыло, органы управления, а также шасси для возвращения и посадки. Данная технология может использоваться как в виде первых ступеней легких ракет-носителей, так и для связок и навесных ускорителей в носителях среднего и тяжелого классов. Разработчиками было заявлено, что многоразовые ускорители могут быть применены не только в рамках проекта “Ангара”, но и для ракет американского и европейского производства.
По предварительным расчетам, применение системы «Байкал» на ракетах семейства «Ангара» позволит в 2-3 по меньшей мере на 25-50% сократить расходы по выводу полезной нагрузки на орбиту.
Летные 
испытания многоразового ускорителя “Байкал” предполагается провести в несколько этапов. На первом этапе «Байкал» устанавливается на фюзеляже специально оборудованного самолета-носителя ВМ-Т «Атлант». После взлета и набора высоты “Байкал” отделяется от носителя и в автономном режиме совершает посадку. На следующем этапе «Байкал» без второй ступени запускается со стартового комплекса ракеты-носителя «Ангара». И, наконец, на завершающем этапе предусматриваются запуски «Ангары А1-В» в штатной конфигурации: система “Байкал” плюс вторая ступень «Бриз-КМ».
Как было сказано ранее, многоразовый ускоритель «Байкал» универсален и может использоваться на ракетах носителях различного класса: американских шаттлах, французской Ariane 5 и ряде других носителей. На начальном этапе планируется применить “Байкал” в РН «Ангара» легкого класса. Система «Байкал» в ней будет являться первой ступенью. Однако рынок легких носителей в настоящее время не настолько велик, чтобы окупить создание столь дорогой многоразовой ступени. В начале 90-х годов предполагалось, что ракеты легкого класса будут чрезвычайно востребованы в связи с резким ростом числа малых космических аппаратов. Однако этого не произошло: число проектов подобных аппаратов в последние годы сократилось. В связи с данным обстоятельством, множества пусков ракет легкого класса не потребовалось, и тот большой ресурс, который закладывается в «Байкал» (50 полетов) в варианте легкой ракеты, скорее всего не выработается к моменту морального «старения» системы. Поэтому создание многоразового ракетного ускорителя будет оправдано только при его использовании в наиболее востребованных носителях среднего и тяжелого классов.
Перспективным развитием проекта “Ангара” является «Ангара-В» среднего и тяжелого классов. Речь здесь идет о замене боковых универсальных ракетных модулей на многоразовые ускорители «Байкал». В частности, на носителе среднего класса «Ангара-А3» планируется установить два ускорителя («Ангара А3-В»), а на ракете-носителе тяжелого класса «Ангара-А5» заменить четыре боковых УРМ на четыре многоразовых ускорителя («Ангара А5-В»). Рассматривается также вариант использования ускорителей на «Ангаре-А4» с кислородно-водородной второй ступенью («Ангара А4-В»). Но использование 4 многоразовых ускорителя на одной ракете-носителе вызывает ряд проблем. При компоновке «Ангара А5-В» и «Ангара А4-В» уже потребовалось сделать складными горизонтальные хвостовые стабилизаторы у двух из четырех ускорителей, что, конечно, является усложнением системы.
Многоразовые космические системы: опыт проектов «Спираль» и «МАКС»
Центр Хруничева и НПО «Молния» разрабатывают вариант проекта запуска ракеты-носителя «Ангара», оснащенной системой «Байкал», с самолета-носителя Ан-124 «Руслан». Это очень перспективное направление, поскольку позволяет применить наработки, созданные в рамках проекта “Спираль” и подобного ему проекта “МАКС”. В рамках других перспективных исследований ГКНПЦ прорабатываются полностью многоразовые системы, состоящие из «Байкала» и многоразовой второй ступени. Однако их реализация является делом отдаленного будущего. По убеждению сотрудников Центра Хруничева, развитие технологий, подобных “Байкалу”, неизбежно приведет к созданию гиперзвуковых самолетов-носителей «космических» ступеней. В дальнейшем же такие самолеты будут оснащены эффективными комбинированными двигателями и преобразованы в полноценные одноступенчатые аэрокосмические самолеты. Они будут полностью многоразовыми средствами выведения экипажей и грузов на орбиту Земли. Но для их создания, видимо, потребуются более совершенные технологии.
Новое в блогах
Система “Байкал”
Бесспорным лидером космического раздела 44-го авиакосмического салона в Ле Бурже стал технологический макет российского многоразового ускорителя (МРУ) «Байкал», представляющий собой первую ступень ракеты-носителя семейства «Ангара». «Байкал» был доставлен во Францию самолетом Ан-124-100 «Руслан» и установлен возле павильона Центра Хруничева. По мнению авторов проекта, концепция двухступенчатого средства выведения с многоразовой первой ступенью сможет обеспечить гибкость в использовании различных верхних ступеней, среди которых должны присутствовать многоразовые космические корабли.
Ракета-носитель «Ангара» и проект «Байкал»
Система “Байкал” является развитием проекта “Ангара”, и что особенно важно, данная система будет иметь значительно меньшие габариты и массу, чем одноступенчатая многоразовая система, обладающая сходными характеристиками по показателям масс выводимой на орбиту и доставляемой на Землю полезных нагрузок.Ракета-носитель «Ангара», снабженная системой «Байкал» открывает принципиально новый этап развития космонавтики. Общая стоимость разработки и эксплуатации подобной системы выгодно отличается от одноступенчатого носителя, так как отработка системы «по частям» будет дешевле, чем доведение до рабочего состояния более сложного одноступенчатого носителя. С точки зрения конструкторов, операция разделения двухступенчатой системы является хорошо отработанной в мировой практике процедурой и не должна потребовать значительных затрат.
Кроме того, применение многоразовой ступени для выведения одноразовых носителей может осуществляться в сочетании с одноразовыми ступенями, начинающими работу с поверхности Земли. Именно такая стратегия многоразовых ступеней-модулей заложена в основу разработок, проводимых ГКНПЦ совместно с НПО «Молния» в проекте «Байкал». Ступени-модули имеют ракетный двигатель для старта и разгона, воздушно-реактивный двигатель, поворотное крыло, органы управления, а также шасси для возвращения и посадки. Данная технология может использоваться как в виде первых ступеней легких ракет-носителей, так и для связок и навесных ускорителей в носителях среднего и тяжелого классов. Разработчиками было заявлено, что многоразовые ускорители могут быть применены не только в рамках проекта “Ангара”, но и для ракет американского и европейского производства.
По предварительным расчетам, применение системы «Байкал» на ракетах семейства «Ангара» позволит в 2-3 раза сократить расходы по выводу полезной нагрузки на орбиту.
Летные испытания многоразового ускорителя “Байкал” предполагается провести в несколько этапов. На первом этапе «Байкал» устанавливается на фюзеляже специально оборудованного самолета-носителя ВМ-Т «Атлант». После взлета и набора высоты “Байкал” отделяется от носителя и в автономном режиме совершает посадку. На следующем этапе «Байкал» без второй ступени запускается со стартового комплекса ракеты-носителя «Ангара». И, наконец, на завершающем этапе предусматриваются запуски «Ангары А1-В» в штатной конфигурации: система “Байкал” плюс вторая ступень «Бриз-КМ».
Как было сказано ранее, многоразовый ускоритель «Байкал» универсален и может использоваться на ракетах носителях различного класса: американских шаттлах, французской Ariane 5 и ряде других носителей. На начальном этапе планируется применить “Байкал” в РН «Ангара» легкого класса. Система «Байкал» в ней будет являться первой ступенью. Однако рынок легких носителей в настоящее время не настолько велик, чтобы окупить создание столь дорогой многоразовой ступени. В начале 90-х годов предполагалось, что ракеты легкого класса будут чрезвычайно востребованы в связи с резким ростом числа малых космических аппаратов. Однако этого не произошло: число проектов подобных аппаратов в последние годы сократилось. В связи с данным обстоятельством, множества пусков ракет легкого класса не потребовалось, и тот большой ресурс, который закладывается в «Байкал» (200 полетов) в варианте легкой ракеты, скорее всего не выработается к моменту морального «старения» системы. Поэтому создание многоразового ракетного ускорителя будет оправдано только при его использовании в наиболее востребованных носителях среднего и тяжелого классов.
Перспективным развитием проекта “Ангара” является «Ангара-В» среднего и тяжелого классов. Речь здесь идет о замене боковых универсальных ракетных модулей на многоразовые ускорители «Байкал». В частности, на носителе среднего класса «Ангара?А3» планируется установить два ускорителя («Ангара А3-В»), а на ракете-носителе тяжелого класса «Ангара-А5» заменить четыре боковых УРМ на четыре многоразовых ускорителя («Ангара А5-В»). Рассматривается также вариант использования ускорителей на «Ангаре-А4» с кислородно-водородной второй ступенью («Ангара А4-В»). Но использование 4 многоразовых ускорителя на одной ракете-носителе вызывает ряд проблем. При компоновке «Ангара А5-В» и «Ангара А4-В» уже потребовалось сделать складными горизонтальные хвостовые стабилизаторы у двух из четырех ускорителей, что, конечно, является усложнением системы.
Многоразовые космические системы: опыт проектов «Спираль» и «МАКС»
Центр Хруничева и НПО «Молния» разрабатывают вариант проекта запуска ракеты-носителя «Ангара», оснащенной системой «Байкал», с самолета-носителя Ан-124 «Руслан». Это очень перспективное направление, поскольку позволяет применить наработки, созданные в рамкахпроекта “Спираль” и подобного ему проекта “МАКС”. В рамках других перспективных исследований ГКНПЦ прорабатываются полностью многоразовые системы, состоящие из «Байкала» и многоразовой второй ступени. Однако их реализация является делом отдаленного будущего. По убеждению сотрудников Центра Хруничева, развитие технологий, подобных “Байкалу”, неизбежно приведет к созданию гиперзвуковых самолетов-носителей «космических» ступеней. В дальнейшем же такие самолеты будут оснащены эффективными комбинированными двигателями и преобразованы в полноценные одноступенчатые аэрокосмические самолеты. Они будут полностью многоразовыми средствами выведения экипажей и грузов на орбиту Земли. Но для их создания, видимо, потребуются более совершенные технологии.
Возрождение «Байкала»: что не так с российской многоразовой ракетой?
Многоразовые (вернее, частично-многоразовые ракеты) состоялись. Это железобетонный факт. Компания SpaceX за последние годы уверенно доказала, что первая ступень ракеты-носителя Falcon 9 может не просто совершать эффектную вертикальную посадку после запуска, но и быть повторно использованной для других запусков. В теории это открывает неслыханные ранее возможности по снижению цены стартов космических ракет. Но это в теории. Сейчас точки зрения на пользу от многоразовых ракет-носителей сейчас сильно разнятся. Так, глава европейской ArianeGroup Ален Шармо в интервью немецкому изданию Spiegel Online заявил следующее:
Опираясь на его слова, известный российский популяризатор науки Виталий Егоров называет главным препятствием на пути многоразовости ограниченность грузопотока на орбиту.
Но здесь нужно озвучить ряд нюансов. Во-первых, европейцы из ArianeGroup никакой многоразовой ракеты не имеют. Современные конструкторы из Европы вообще далеки от создания аналога тяжелой Falcon 9, несмотря на представленный ранее странный концепт Adeline. Не будут же в ЕС официально признавать отставание от SpaceX: тем более, в преддверии испытании новой европейской ракеты Ariane 6, которая не сможет похвастаться многоразовостью. По крайней мере, на первом этапе. Во-вторых, рынок космических запусков, как и любой другой, на месте не стоит. И что будет через десять-пятнадцать лет, никто не сможет точно спрогнозировать. Но с большой долей вероятности многоразовые ракеты смогут хорошо в него вписаться, даже если они будут обеспечивать экономию средств в 10-15% в сравнении с одноразовыми стартами. В современном мире это очень серьезная заявка на успех.
Что есть и что будет
Вообще, идея создать российскую многоразовую ракету зародилась не на пустом месте. И дело тут вовсе не в советских проектах и даже не в американской SpaceX. Достаточно вспомнить российский проект «Корона», работы в рамках которого началась еще в 1992 году. Намеревались создать многоразовую одноступенчатую ракету-носитель с вертикальным взлетом и посадкой: носитель легкого класса, который смог бы выводить на низкую опорную орбиту до семи тонн грузов. Степень многоразовости РН в целом — 100 полетов, отдельных ее элементов — не менее 25. Сейчас сложно говорить о ее перспективах, но, похоже, все в прошлом. Новостей о «Короне» давно нет, а новая стратегия Роскосмоса явно не благоволит новым-старым (уж простите за такой каламбур) отечественным разработкам. Рогозин четко обозначил несколько основных самых важных направлений и пока что не собирается их пересматривать. Сюда, в частности, входят многострадальная «Ангара», новая ракета «Союз-5» и, конечно, «Федерация» (перспективы последней, к слову, все равно очень туманны). Сейчас похоже, этот список пополнился перспективной многоразовой ракетой легкого класса.
В последние месяцы про такой носитель слышно все чаще. Сама по себе идея кажется очень богатой. Ведь сейчас отчетливо видна «мода» не столько на многоразовые ракеты, сколько на ракеты-носители легкого класса. Логика проста: они дешевые, при этом смогут выводить на орбиту какую-то часть коммерческих грузов. То есть, легкие/сверхлегкие ракеты-носители в ближайшие несколько лет имеют все шансы прочно укрепиться на рынке. Falcon 9 им не угрожает — он претендует на другую нишу. Как, впрочем, и перспективная многоразовая ракета от Blue Origin под названием New Glenn.
Со стороны все выглядело хорошо. Но вот дальше начались странности. В августе этого года на авиационном форуме в Ульяновске сын Дмитрия Рогозина генеральный директор ПАО «Ил» Алексей Рогозин заявил о работах в рамках далеко не новой, но ранее никем не реализованной и весьма неоднозначной концепции, которая сильно отличается от того, что создал Маск. Речь идет о возвращаемой ступени самолетного типа.
– добавил гендиректор ПАО «Ил».
То есть, возврат первой ступени можно будет осуществлять примерно так же, как возвращались челноки «Спейс Шаттл» и «Буран».
Сразу бросаются в глаза откровенно ошибочные формулировки. «На морскую платформу садиться некуда» нельзя назвать аргументом, ведь посадки первой ступени ракеты Falcon 9 проводили, в том числе, на площадки на земле и это не было проблемой. К тому же, по словам академика Российской академии космонавтики Александра Железнякова, у компании «Ил» нет достаточного опыта проектирования таких систем.
Академик отметил, что дороговизна описанного «самолетного» подхода была понятна экспертам еще в 80-е. Вероятно, это одна из причин, по которой «не выстрелил» проект «Байкал». Напомним, речь шла про многоразовый ускоритель первой ступени ракеты-носителя «Ангара». Основная идея проекта заключалась в том, чтобы выполнивший задачу ракетный ускоритель, отделившись от носителя, автоматически возвращался к месту старта и приземлялся по-самолетному. Разрабатывал проект ГКНПЦ имени М.В.Хруничева.
Тем не менее, отказываться от многоразовой ракеты легкого класса российские специалисты, судя по всему, не намерены. Уже в сентябре в Фонде перспективных исследований заявили, что в ближайшие четыре года российские конструкторы создадут полнофункциональный демонстратор возвращаемой ступени такого носителя. Работу непосредственно над проектом, получившим название «Крыло-СВ», начнут в первой половине 2019 года.
Источник отметил, что «полным ходом» идет подготовка техзадания. Изготовлять ступени хотят с использованием исключительно российских материалов: головным исполнителем является ЭМЗ им. Мясищева. Обратно на Землю ступень будет возвращаться на гиперзвуковой скорости. В ФПИ заявили, что для отработки автоматической посадки и дозвуковых режимов полета будут использовать дозвуковые демонстраторы, в то время как для отработки гиперзвуковых режимов, используют, соответственно, гиперзвуковые.
Реализовать проект намерены в широкой кооперации с целым рядом российских предприятий. Создание демонстратора профинансирует Фонд перспективных исследований, а затем «Крыло» намерены включить в федеральную программу.
Более детальные сроки на сегодня неизвестны, как неизвестна роль в нем Алексея Рогозина. Неприятное чувство здесь может сгладить только вышеупомянутый европейский проект Adeline, который, в принципе, при всей туманности технической формулировки, концептуально близок к тому, о чем сейчас говорят российские чиновники. Независимых экспертов, судя по всему, даже это не «греет».
– заявил недавно Виталий Егоров.
Опять же, проекты проектами, а на практике космическую ракету «самолетного» типа еще никто не реализовал. Да и не факт, что реализует. История с канувшими в лету российскими космическими проектами наглядно это демонстрирует.
