Сверхлегкая ракета «Анива»

На юге Сахалина, у залива,
Где Лютога заканчивает бег,
Есть городок с названием Анива.
Милей на Сахалине места нет!
Е. Алексеев

Разработку ракеты-носителя «Анивы», которая сможет выводить на низкую околоземную орбиту груз около 90 кг, и использующую в качестве топлива сжиженный природный газ (СПГ), «Лин Индастриал» начал по просьбе КБХМ им. А.М.Исаева — знаменитого космического предприятия, чьи двигательные установки сейчас стоят на корабле «Союзе», Международной космической станции, ракетах GSLV Mk.I, «Союз» и «Протон», а также на многих других космических аппаратах и ракетах.

Зачем ракете работать на том же газе, что и кухонная плита?

В России многие государственные космические центры в 1990-х и 2000-х разрабатывали жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) на СПГ и даже ракеты на основе таких ЖРД.

У СПГ, как у ракетного топлива, множество преимуществ как перед керосином, который сейчас в основном используется, так и перед жидким водородом, который является одним из самых эффективных горючих.

Во-первых, большинство современных ракет в качестве окислителя используют жидкий кислород, кипящий при температуре -183 градуса Цельсия, то есть в конструкции ракет и заправочного комплекса уже используется криогенное оборудование, а значит не будет принципиальных сложностей в замене бака керосина на бак СПГ при -160 градусах Цельсия.

Во-вторых, СПГ, хотя и уступает по эффективности жидкому водороду, но превосходит керосин. Удельный импульс (мера эффективности ЖРД — отношение создаваемого двигателем импульса к расходу топлива) топливной пары жидкий водород + жидкий кислород равняется 4462 м/с, СПГ + жидкий кислород — 3615 м/с, а керосин + жидкий кислород — 3510 м/с.

В-третьих, СПГ в 1,5-2 раза дешевле керосина и намного доступнее. Дело в том, что Россия покрыта обширной сетью газопроводов с природным газом. Достаточно отвести ветку к космодрому и построить небольшой комплекс по сжижению газа. Также в России построен завод по производству СПГ на Сахалине и два малотоннажных комплекса по сжижению в Санкт-Петербурге. Планируется постройка еще пяти заводов в разных точках РФ.

При этом для производства ракетного керосина нужны особые сорта нефти, добытые на строго определенных месторождениях, запасы которых в России истощаются. Что уж говорить о жидком водороде — он промышленно производился в республиках СССР, а в современной России осталось только производство жидкого водорода малыми партиями.

И, наконец, в-четвертых, в отличие от керосиновых в двигателях на СПГ отсутствует коксование, то есть, проще говоря, образование трудно удаляемого нагара. А, значит, такие двигатели удобнее использовать в многоразовых системах.

Однако Роскосмос регулярно отклоняет проекты ракет на СПГ, разработанные госпредприятиями, поскольку, по его мнению, переход российской космонавтики с керосина на СПГ может занять много времени.

В таких условиях государственное Конструкторское бюро химического машиностроения им. Исаева и частная компания «Лин Индастриал» решили объединить усилия и разработать дешевую и востребованную рынком ракету-носитель на СПГ.

Конструкция «Анивы»

Вклад КБХМ им. Исаева в проект «Анивы» — ЖРД С5.86.1000-0. У этой двигательной установки тяга в 8,95 тонн на уровне моря и пять камер — одна маршевая и четыре рулевые. Ее начали разрабатывать в 1994 году, а 29 сентября 2010 года состоялось успешное ресурсное огневое испытание. Двигатель проработал на стенде 19,5 минут.

«Анива» — двухступенчатая. На первой ступени расположен С5.86.1000-0 с маршевой и четырьмя рулевыми камерами. На второй используется ЖРД, представляющий собой одну рулевую камеру С5.86.1000-0 с высотным (удлиненным) соплом. Тяга двигателя второй ступени в вакууме — 500 кг.

Двигательные установки РН «Анива»

Ракета (масса на старте вместе с топливом — 7,3 т, длина — 11,06 м, диаметр — 1,25 м) сможет выводить на орбиту около 90 кг полезной нагрузки.

Управление первой ступенью осуществляется рулевыми камерами, которые качаются в тангенциальной плоскости (плоскости, касательной к корпусу ракеты), а также решетчатыми рулями. Управление второй ступенью по крену осуществляется газовыми соплами (газ для них отбирается за турбонасосным агрегатом), а по тангажу и рысканью — качанием камеры ЖРД второй ступени. Разделение ступеней холодное, то есть сначала отделяется первая ступень, а потом включается двигатель второй ступени.

Технические параметры «Анивы»

Перспективы

Текущий вариант «Анивы» — это самый первый прикидочный расчет, который был проведен «Лин Индастриал». Мы даем в данной статье только его выводы, которые в общих чертах демонстрирует отличные технические характеристики ракеты-носителя.

Кроме того, интерес представляет создание трехступенчатого носителя на основе двигателя С5.86.1000-0. Например, ракета с четырьмя С5.86.1000-0 на первой ступени, одним С5.86.1000-0 с высотным соплом на второй и одним ЖРД на основе рулевой камеры – на третьей ступени способна вывести на низкую околоземную орбиту 710-715 кг.

Таким образом, у ракеты, названной в честь залива и города на Сахалине, где построен первый российский завод по производству у СПГ, есть большие перспективы постепенно развиться из сверхлегкой в легкую и тем самым закрыть значительную часть рынка запусков.

На рисунках выше: ракета «Анива» выводит на орбиту микроспутник