Союз (ракетное семейство) - Soyuz (rocket family)

Союз
Запуск корабля "Союз ТМА-9" .jpg
Союз-ФГ ракеты , перевозящих Союз ТМА космических аппаратов запуски с космодрома Байконур , Казахстан 18 сентября 2006 года .
Функция Ракета-носитель
Производитель ОКБ-1
Ракетно-космический центр "Прогресс"
Страна происхождения СССР
Россия
Размер
Этапы 3
Сопутствующие ракеты
Семья R-7
История запуска
Статус Активный
Сайты запуска
Первый полет 28 ноября 1966 г.
Заметная полезная нагрузка Союз
Прогресс

Союз ( русский : Союз , что означает «союз», индекс ГРАУ 11A511 ) - семейство расходных российских и советских ракет-носителей, разработанных ОКБ-1 и производимых Ракетно-космическим центром «Прогресс» в Самаре , Россия . С момента своего дебюта в 1966 году, совершив более 1900 полетов, по состоянию на 2021 год "Союз" является наиболее часто используемой ракетой-носителем в мире.

В течение почти десяти лет, между последний полет из Шаттла программы в 2011 году и 2020 первый пилотируемом миссии в SpaceX «s Falcon 9 ракеты, ракеты Союз были единственными ракеты - носители могут и одобрены для транспортировки астронавтов на Международную космическую станцию .

Корабли "Союз" используются в качестве пусковой установки для пилотируемого космического корабля "Союз" в рамках программы " Союз" , а также для запуска беспилотных космических кораблей "Прогресс" на Международную космическую станцию ​​и для коммерческих запусков, реализуемых и эксплуатируемых Starsem и Arianespace . Все ракеты "Союз" используют РП-1 и жидкое кислородное топливо (LOX), за исключением корабля "Союз-У2" , в котором использовался Syntin , вариант RP-1, с LOX. Семейство "Союз" - это подмножество семейства Р-7 .

История

Ракетные двигатели Союз

Космическая рабочая лошадка

Основные статьи: Союз (ракета) , Союз-У и Союз-ФГ

Ракета-носитель "Союз" была представлена ​​в 1966 году на базе ракеты-носителя " Восток" , которая, в свою очередь, была основана на межконтинентальной баллистической ракете 8К74 или Р-7а . Изначально это была трехступенчатая ракета с разгонным блоком I. Все первые четыре тестовых запуска были неудачными, но в конечном итоге это сработало. Позже был создан вариант "Молния" с добавлением четвертой ступени, что позволило ему выйти на высокоэллиптическую орбиту "Молния" . Более поздним вариантом был Союз-У . В то время как точное обозначение модели и варианта держалось в секрете с запада, ракета-носитель Союз упоминалась либо Министерством обороны США как обозначение SL-4, либо как обозначение Шелдона для A-2 (разработанное Чарльзом С. Шелдоном, аналитик Библиотеки Конгресса США ). Обе системы обозначения советских ракет перестали использоваться по мере появления более точной информации.

Пик производства ракет-носителей "Союз" пришелся на начало 1980-х годов - 60 штук в год. Она стала самой используемой космической ракетой в мире, пролетев более 1700 раз, что намного больше, чем любая другая ракета. Несмотря на свой возраст и, возможно, благодаря своей простоте, это семейство ракет отличалось невысокой стоимостью и высокой надежностью.

Союз / Фрегат

Основная статья: Фрегат
"Союз-ФГ" установлен на стартовой площадке космодрома Байконур 1/5 " Гагаринский старт" (октябрь 2008 г.).

В начале 1990-х годов планировалось создать модернизированный «Союз» с разгонным блоком «Фрегат» . Двигатель «Фрегат» был разработан НПО «Лавочкин» на базе двигательного модуля его межпланетных станций «Фобос» . Хотя этот план был одобрен Роскосмосом и Министерством обороны России в 1993 году и обозначен как «Русь» как русификация и модернизация «Союза», а затем переименован в «Союз-2», нехватка финансирования помешала реализации плана. Создание " Старсем" в июле 1996 года обеспечило новое финансирование для создания менее амбициозного варианта - "Союз-Фрегат" или "Союз-У / Фрегат". Он состоял из слегка модифицированного корабля «Союз-У», совмещенного с разгонным блоком «Фрегат», грузоподъемностью до 1350 кг на геостационарную переходную орбиту . В апреле 1997 года Starsem получил контракт от Европейского космического агентства (ESA) на запуск двух пар научных спутников Cluster II с использованием космического корабля "Союз-Фрегат". Перед представлением этой новой модели Starsem запустил 24 спутника группировки Globalstar в 6 запусках с перезапускаемым разгонным блоком Ikar в период с 22 сентября 1999 г. по 22 ноября 1999 г. После успешных испытательных полетов корабля «Союз-Фрегат» 9 февраля 2000 г. и 20 марта. 2000 г., спутники Cluster II были запущены 16 июля 2000 г. и 9 августа 2000 г. Еще один "Союз-Фрегат" запустил зонд " Марс-Экспресс" ЕКА с космодрома Байконур в июне 2003 г. В настоящее время ракета-носитель "Союз-Фрегат" используется Starsem для коммерческих грузов.

Транспорт экипажа МКС

В период с 1 февраля 2003 г. по 26 июля 2005 г., когда был остановлен флот космических челноков США , Союз был единственным средством передвижения на Международную космическую станцию ​​и обратно. Это включало переброску припасов на космическом корабле "Прогресс" и смену экипажа. После вывода из строя флота космических челноков в 2011 году космическая программа Соединенных Штатов была лишена каких-либо средств для вывода астронавтов на орбиту, и НАСА зависело от Союза для отправки экипажа в космос до 2020 года. НАСА возобновило полеты с экипажем из Соединенных Штатов в 2020 через программу развития коммерческих экипажей .

Недавние инциденты

Длинная череда успешных запусков "Союз" была прервана 15 октября 2002 г., когда беспилотный запуск спутника " Союз-У" из Плесецка спутника "Фотон-М" упал рядом со стартовой площадкой и взорвался через 29 секунд после старта. Один человек из наземного экипажа погиб, восемь получили ранения.

Еще одна авария произошла 21 июня 2005 года во время запуска спутника военной связи « Молния » с космодрома Плесецк с использованием четырехступенчатой ​​версии ракеты « Молния-М» . Полет закончился через шесть минут после пуска из-за отказа двигателя третьей ступени или невыполнения приказа о разделении второй и третьей ступеней. Вторая и третья ступени ракеты, идентичные «Союзу», и ее полезная нагрузка (спутник «Молния-3К») потерпели крушение в Уватском районе Тюмени ( Сибирь ).

24 августа 2011 года беспилотный корабль «Союз-У», перевозивший груз на Международную космическую станцию, потерпел крушение, не сумев выйти на орбиту. 23 декабря 2011 г. космический корабль «Союз-2.1б», запускавший спутник военной связи « Меридиан-5 », вышел из строя на 7-й минуте пуска из-за аномалии на третьем этапе.

11 октября 2018 года космический корабль "Союз МС-10" на МКС не смог выйти на орбиту из-за проблемы с главным ускорителем. Система аварийного покидания использовалась для отвода космического корабля «Союз» от неисправной ракеты. Два экипажа, Алексей Овчинин и Ник Хейг , следовали по баллистической траектории и благополучно приземлились на расстоянии более 400 км от космодрома Байконур .

Союз-2 и космодром Гвиана

Основные статьи: Союз-2 и Союз в Космическом центре Гвианы
Союз-2 готов к запуску (2007 г.)

Почтенная ракета-носитель "Союз" постепенно заменялась новой версией, названной " Союз-2" или " Союз / СТ" , которая имеет новую цифровую систему наведения и сильно модифицированную третью ступень с новым двигателем. Первый опытный вариант космического корабля "Союз-2" под названием " Союз-2-1а" , оснащенный цифровой системой наведения, но все еще оснащенный старым двигателем третьей ступени, стартовал 4 ноября 2004 года с космодрома Плесецк в суборбитальном испытательном полете, за которым последовал испытательный полет. орбитальный полет 23 октября 2006 г. с космодрома Байконур. Полностью модифицированная ракета-носитель (версия " Союз-2-1б" ) впервые поднялась в воздух 27 декабря 2006 года со спутником CoRoT с космодрома Байконур .

19 января 2005 года Европейское космическое агентство (ЕКА) и Роскосмос договорились о запуске ракет Союз / СТ с космодрома Гвианы . Экваториальная стартовая площадка позволяет «Союзу» выводить на солнечно-синхронную орбиту от 2,7 до 4,9 тонн в зависимости от используемого двигателя третьей ступени. Строительство новой площадки началось в 2005 году и было завершено в апреле 2011 года. На площадке использовалась вертикальная нагрузка, обычная во Французской Гвиане , в отличие от горизонтальной нагрузки, применяемой на космодроме Байконур . Смоделированный запуск был проведен в начале мая 2011 года. Первый эксплуатационный запуск состоялся 21 октября 2011 года, когда были запущены первые два спутника глобальной системы позиционирования Galileo .

С 2014 года ракеты « Союз-У» и « Союз-ФГ » постепенно заменяются на « Союз-2» . "Союз-У" был списан в 2017 году, а "Союз-ФГ" доставлял экипажи космонавтов на МКС до сентября 2019 года (заключительный полет " Союз МС-15" 25 сентября 2019 года).

Варианты

Смотрите также: Р-7 (ракетное семейство)

Корабль « Молния-М» (1964–2010) также произошел от семейства «Союз».

сборка

Сборка ракеты «Союз»: первая и вторая ступени на заднем плане, уже соединены; третий этап находится в левом нижнем углу изображения. В правом нижнем углу космический корабль "Союз" , прикрытый стартовой крышкой.

Сборка ракеты осуществляется горизонтально в монтажно-испытательном корпусе. Собранная ракета транспортируется к месту старта в горизонтальном состоянии, а затем поднимается. Это отличается от вертикальной сборки, например, Saturn V , и является одной из особенностей, которые удешевляют подготовку "Союза" к запуску. Сборка горизонтально расположенной ракеты относительно проста, поскольку все модули легко доступны. Для сборки ракеты в вертикальном положении потребовался бы ветрозащитный многоэтажный ангар, что не считалось финансово целесообразным во время проектирования ракеты из-за несостоятельности экономики Советского Союза .

До запуска

Установка "Союз ТМА-13" на стартовой площадке Гагарина , 10 октября 2008 года.

Вся ракета подвешена в системе запуска с помощью силовых механизмов на накладных ускорителях, где они прикреплены к центральному ядру. Последний опирается на носовые части накладных бустеров. Эта схема напоминает условия полета, когда накладные ускорители выталкивают вперед центральный сердечник. Концепция подвешивания ракеты была одной из новинок, представленных в Р-7 / Союз.

Поскольку стартовая площадка удалена, нижняя часть ракеты опускается. Фермы пусковой системы несут ветровые нагрузки. Устойчивость к сильному ветру - важная особенность стартовой системы, так как казахстанские степи , где находится космодром Байконур, известны своими ураганами .

Запуск

Корабль " Союз-У" на стартовой площадке перед запуском космического корабля "Аполлон-Союз" 15 июля 1975 года.

Двигатели зажигаются пиротехническими факелами с электрическим возбуждением, установленными на березовых опорах, которые зажигаются примерно при Т-20 секунд, за несколько секунд до того, как компоненты топлива попадают в камеру сгорания. Эта последовательность редко выходит из строя из-за ее простоты. Во время запуска опорные стрелы отслеживают движение ракеты. После выхода головок опорных стрел из специальной опорной выемки в носовых частях ремней опорные стрелы и фермы отсоединяются от планера ракеты, поворачиваясь на осях опор и освобождая путь для отрыва ракеты. При запуске ракета и стартовый комплекс образуют единую динамическую систему.

Когда двигатели со страпоном останавливаются, ускорители падают, обеспечивая безударное разделение. Если небо чистое, наземные наблюдатели могут увидеть крест Королева, образованный падающими ускорителями.

Обтекатели, используемые для беспилотных миссий

Ракета-носитель " Союз" используется для различных российских миссий без экипажа, а также продается компанией Starsem для коммерческих запусков спутников. В настоящее время используются следующие типы обтекателей:

"Прогресс" - грузовой космический корабль для беспилотных полетов на МКС, а ранее - на " Мир" . Космический корабль использует специальную платформу и обтекатель и может запускаться с кораблями «Союз-У», «Союз-ФГ» или «Союз-2».

Обтекатель А-типа используется при коммерческих запусках.

Обтекатель S-типа используется Starsem для коммерческих запусков. Обтекатель имеет внешний диаметр 3,7 м и длину 7,7 м. Разгонный блок «Фрегат» заключен в обтекатель с полезной нагрузкой и адаптером / дозатором полезной нагрузки. Обтекатель типа S вместе с разгонным блоком «Фрегат» использовался для запуска космических аппаратов: Galaxy 14 , GIOVE A , Mars Express , AMOS-2 , Venus Express , Cluster .

Обтекатель типа SL используется Starsem для коммерческих запусков. Обтекатель имеет внешний диаметр 3,7 м и длину 8,45 м. Разгонный блок «Фрегат» заключен в обтекатель с полезной нагрузкой и адаптером / дозатором полезной нагрузки. Обтекатель типа SL вместе с разгонным блоком «Фрегат» использовался для запуска космических аппаратов CoRoT .

Обтекатель типа ST используется Starsem для коммерческих запусков. Его внешний диаметр составляет 4,1 м, а длина - 11,4 м. Его можно использовать только с кораблем «Союз-2», поскольку устаревшая аналоговая система управления не может справиться с аэродинамической нестабильностью, вызванной таким большим обтекателем. Этот углеродно-пластиковый обтекатель основан на проверенной конфигурации, используемой для автомобилей Ariane 4 Arianespace , его длина увеличена примерно на один дополнительный метр. Обтекатель разработан и изготавливается на ЦСКБ-Прогресс в соответствии с требованиями заказчика ( Старсем ). Это единственный тип обтекателя, предлагаемый Starsem / Arianespace для запусков с Куру.

Этапы

Схема ракеты Союз ФГ в разобранном виде
Схема ракеты Союз ФГ в разобранном виде

Первая ступень

Первый этап доставки экипажа на МКС, 2006 г.

Первая ступень ракет "Союз" состоит из четырех идентичных конических жидкостных ракет-носителей, прикрепленных к активной зоне второй ступени. Каждый ускоритель имеет один ракетный двигатель с четырьмя камерами сгорания, двумя нониусными камерами сгорания и одним комплектом турбонасосов.

Статистика (каждый из 4 бустеров)

  • Полная масса: 44,5 тонны (98100 фунтов)
  • Топливо: 39,2 тонны (86400 фунтов)
  • Сухая масса: 3784 кг (8342 фунта)
  • Диаметр: 2,68 м (8 футов 10 дюймов)
  • Длина: 19,6 м (64 фута 4 дюйма)
  • Время горения: 118 секунд
  • Двигатели:
    • Модели Союз и Союз-У
      • РД-107
        • Тяга 813 кН (183 KLB е ) при взлете
        • Тяга 991 кН (223 KLB е ) в вакууме
        • Удельный импульс 245 секунд (2,40 км / с) на старте
        • Удельный импульс 310 секунд (3,0 км / с) в вакууме
        • Давление в камере 5,85 МПа (848 фунтов на кв. Дюйм)
    • Модели Союз-СТ
      • РД-107А (14Д22)
        • Тяга 838 кН (188 KLB е ) при взлете
        • Упорный 1021 кН (230 KLB е ) в вакууме
        • Удельный импульс 245 секунд (2,40 км / с) на взлете (расчетный)
        • Удельный импульс 310 секунд (3,0 км / с) в вакууме (расчетно)
        • Давление в камере 5,85 МПа (848 фунтов на кв. Дюйм)
    • Союз-ФГ
      • РД-107А (14Д22)
        • Упорный 775 кН (174 KLB е ) при взлете
        • Удельный импульс 320,2 секунды (3,140 км / с) в вакууме

Вторая стадия

Здесь четыре ускорителя первой ступени падают, создавая в небе перекрестный дымовой узор, также известный как крест Королева .

Вторая ступень ракеты-носителя "Союз" представляет собой одиночную, в основном цилиндрическую ступень с одним двигателем в основании и активируется с помощью первой ступени. Как и каждая из ракет первой ступени, она также имеет четыре камеры сгорания и один комплект турбонасосов, но четыре (вместо двух) камеры сгорания с нониусом . Вторая ступень сужается к низу, чтобы четыре ракеты первой ступени могли более плотно прилегать друг к другу.

  • Полная масса: 105,4 тонны (232 400 фунтов)
  • Топливо: 95,4 тонны (210 000 фунтов)
  • Топливо ("Союз-У2" с синтиновым ракетным топливом): 96,4 тонны (212000 фунтов)
  • Сухая масса: 6875 кг (15 160 фунтов)
  • Длина: 28 м (91 фут 10 дюймов)
  • Диаметр: 2,95 м (9 футов 8 дюймов)
  • Время горения: 290 секунд
  • Двигатели:
    • Модели Союз и Союз-У
      • РД-108
        • Тяга 779 кН (175 KLB е ) при взлете
        • Тяга 997 кН (224 KLB е ) в вакууме
        • Удельный импульс 264 секунды (2,59 км / с) на старте
        • Удельный импульс 311 секунд (3,05 км / с) в вакууме
        • Давление в камере 5,1 МПа (740 фунтов на кв. Дюйм)
    • Модель "Союз-У2" на синтиновом топливе
      • РД-108
        • Тяга 811 кН (182 KLB е ) при взлете
        • Упорный 1009 кН (227 KLB е ) в вакууме
        • Удельный импульс 264 секунды (2,59 км / с) на старте
        • Удельный импульс 311 секунд (3,05 км / с) в вакууме
        • Давление в камере 5,1 МПа (740 фунтов на кв. Дюйм)
    • Модели Союз-СТ
      • РД-118 (11Д512)
        • Упорный 792 кН (178 KLB е ) при взлете
        • Тяга 990 кН (222 KLB е ) в вакууме
        • Удельный импульс 264 секунды (2,59 км / с) на взлете (расчет)
        • Удельный импульс 311 секунд (3,05 км / с) в вакууме (расчетная)
        • Давление в камере 5,85 МПа (848 фунтов на кв. Дюйм)

Третий этап

Одна из распространенных полезных нагрузок в семействе ракет "Союз" - космический корабль "Союз". Это для международной стыковки с космическим кораблем Apollo в Соединенных Штатах.

Используются два варианта верхних ступеней: Блок I и Улучшенный Блок-I (используется в Союзе-2-1б ).

  • Полная масса: 25,2 тонны (55600 фунтов)
  • Топливо: 21,4-22,9 тонны (47 200 - 50 500 фунтов)
  • Сухая масса: 2355 кг (5190 фунтов)
  • Длина: 6,7 м (22 фута)
  • Диаметр: 2,66 м (8 футов 9 дюймов)
  • Время горения: 240 секунд
  • Двигатель:
    • Блок I
      • РД-0110
      • Тяга 298 кН (67,0 KLB е )
      • Удельный импульс 330 секунд (3,2 км / с)
      • Давление в камере 6,8 МПа (986 фунтов на кв. Дюйм)
    • Улучшенный блок I
      • РД-0124 (11Д451)
      • Тяга 294 кН (66 KLB е )
      • Удельный импульс 359 секунд (3,52 км / с)
      • Давление в камере 16,2 МПа (2350 фунтов на кв. Дюйм)

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Международное справочное руководство по системам космического запуска, третье издание , изд. Ясковица, Хопкинса и Хопкинса, 1999 г., Рестон, Вирджиния, AIAA Publications. ISBN  1-56347-353-4

внешние ссылки