В настоящее время космонавтика стала неотъемлемой частью нашей жизни. В осуществление крупномасштабных программ изучения освоения ближнего и дальнего космоса важную роль принадлежит средствам выведения космических аппаратов на орбиты и межпланетные трассы. С разработкой и вводом в эксплуатацию ракет-носителей связаны все этапные свершения покорения космоса.
Эру освоение космоса открыла первая советская двухступенчатая ракета-носитель "Спутник". Именно она позволила вывести на орбиту первый в мире искусственный спутник нашей планеты.
Создание трёхступенчатых ракет-носителей типа "Восток" и "Союз" явилась следующим шагом в освоении космоса. Именно такой ракетой был выведен на околоземную орбиту пилотируемый космический корабль с человеком на борту.
С 1965 года ведётся эксплуатация тяжёлой многоступенчатой ракеты-носителя "Протон", которая способна выводить на околоземную орбиту более 20 т полезного груза.
Расширение масштабов человеческой деятельности в космическом пространстве-создание крупногабаритных орбитальных комплексов, полёты к планетам солнечной системы- должны привести к ближайшее время к заметному увеличению грузопотоков между Землёй и орбитами, в том числе и к увеличению грузоподъёмности ракет-носителей. Необходимость реализации перспективных задач по мирному освоению космического пространства со всей очевидностью поставила вопрос о создании нового мощного носителя.
Инженерно-конструкторские решения, базирующие на теоретических и опытных данных по аэродинамике, термодинамики и другим научным направлениям, позволили перейти к созданию мощной универсальной ракетно-космической транспортной системы "Энергия".
И это сложная задача была блестяще решена. 15 мая 1987 года в 21:30 московского времени был приведён первый старт универсальной ракетно-космической транспортной системы "Энергии" с макетом космического аппарата. А 15 ноября 1988 года в 6:00 московского времени состоялся первый старт универсальной ракетно-космической транспортной системы "Энергия "с орбитальным кораблём многоразового использования" Буран ". После двухвидкового орбитального полёта корабль" Буран "совершил автоматическую посадку на аэродром недалеко от места старта.
Двухступенчатая ракета-носитель "Энергия" выполнена по схеме "пакет" с продольным разделением ступеней. Первая ступень состоит из четырёх боковых блоков. В качестве второй ступени используется центральный моноблок. При запуске запуск двигателей второй ступени осуществлялся с некоторым опережением запуска двигателей первой ступени.
Стартовая масса ракеты-носителя "Энергии" 2.400 тонн, её высота около 60 м.
Ракета-носитель "Энергия" способна доставлять на околоземную орбиту полезный груз массой более 100 тонн. Это почти шестеро превосходит грузоподъёмность самой мощной западноевропейской ракеты-носители "Ариан" и вдвое больше, чем масса научного комплекса, включающая себя станцию "Мир", модуль "Квант", пилотируемые корабль "Союз ТМ "и "грузовик " "Прогресс".
Ракета-носитель "Энергия" может выводить в космос космические аппараты научного и народохозяйственного назначения, многоразовые орбитальные корабли и набор отдельных спутников.
Блоки первой ступени ракета работают на жидком кислороде и углеводородном горючем. Каждый блок первой ступени снабжён четырёхкамерным жидкостным ракетным двигателем РД-170 с тягой у поверхности земли 740 т (806 т в пустоте ). Это самый мощный и современных ЖРД разработаны в ГДЛ-ЛКБ под руководством академика В. П. Глушко. В этом двигателе для подачи компонентов топлива в камеры сгорания используются турбонасосный агрегат мощностью 250.000 л. с. Для сравнения: двигатель боковых ракетных блоков ракеты-носителя "Спутник" имеет турбонасосный агрегат мощностью 5200 л. с., а жидкостные ракетные двигатели F-1 первой ступени ракеты-носителя "Сатурн-5" имеет турбонасосный агрегат мощностью 60000 л.с.
Диаметр блока первой ступени около 4 м, длина 40 м. Блоки первой ступени могут оснащаться средствами возвращения и посадки. Для их размещения в блоке предусмотрены специальные отсеки.
Вторая ступень работает на жидком кислороде и жидком водороде. Она является основой носителя. С помощью узлов связи к ней крепятся боковые блоки первой ступени и полезный груз. Длина этой ступень около 60 м, диаметр около 8 м. На второй ступени установлены четыре однокамерных жидкостных ракетных двигателя. Тяга каждого из них у поверхности Земли -148 т, в пустоте-190 т.
Все двигатели ракеты-носителя "Энергия" начинают работать со старта, создавая в начале полёта суммарную тягу около 3600т. Мощность двигателя в этот момент около 132 млн кВт. Для сравнения: мощность Красноярской ГЭС-6 млн кВт.
Для силовой и функциональный связи ракетных блоков первой и второй ступеней при сборке и транспортировках служит стартово-стыковочный блок . С его помощью осуществляется механические , пневмогидравлические и электрические связи ракеты-носителя с пусковой установкой и комплексом наземного оборудования. После пуска ракеты-носителя стартовый стыковочный блок остаётся на пусковом устройстве и может использоваться повторно.
Для управления движением ракеты на участке выведения создан комплекс автоматического автономного управления на базе ЭВМ. Применение такого комплекса позволяет повысить лётные качества и улучшить управляемость, расширить область полётных режимов. Комплекс построен с поэлементным и схемным резервированием, что повышает его надёжность.
Повышение безопасности живучести ракеты-носителя "Энергии" уделялось самое пристальное внимание . в частности , на ракете установлены средства аварийной защиты , обеспечивающие диагностику состояния маршевых двигателей обеих ступеней и своевременное отключение двигателя при недопустимых отклонениях в его работе . Для обнаружение и локализации очагов возгорания на ракете установлена эффективноная система пожаро- и взрыво предупреждения.
. Благодаря принятым мерам, ракета-носитель "Энергия" при возникновении нештатной ситуации может продолжать управляемый полёт даже с одним выключенным двигателем первой или второй ступени. Это позволяет в случае невозможности выведения беспилотных грузов на орбиту увезти их в специальные зоны по трассе полёта для максимального уменьшения размеров возможного ущерба. При выведении многоразового орбитального корабля - это свойство позволяет либо обеспечить его выведение на низкую "одновитковую " траекторию полёта с последующей посадкой на аэродром, либо осуществить манёвр возврата на активном участке выведения с посадкой на полосу аэродрома близи стартового комплекса.
Ко времени первого пуска ракета-носителя "Энергия" была завершена обширная программа наземной обработки, включающий в себя и научно-исследовательские, и экспериментальные работы. Для этих целей была создана специальная стендовая база, на котороц на которой было проведено более 6.000 испытаний на более чем 200 экспериментальных установках, 34 крупногабаритных конструктивных сборках и 5 полноразмерных опытных изделиях.
Функционирование двигательных установок ракетных блоков окончательно проверялась при комплексных огневых стендовых испытаниях, а двигательной установки первой ступени- и в условиях полёта на первых ступенях ракета-носителя "Зенит".
Для подготовки и запуска такого сложного и мощного носителя потребовалось создать специальный наземный комплекс, который раскинулся на обширной территории космодрома. Он включает в себя стартовый и технический комплексы, комплекс "стенд-старт". Именно с помощью комплекса "стенд-старт" был проведён первый пуск ракеты-носителя "Энергия". Последующие пуски будут осуществляться в основном со стартового комплекса.
Транспортировка ракеты-носителя из помещений технического комплекса, где проводится сборка и проверка, осуществляется на транспортно-установочном агрегате. Он передвигается по рельсовому двухколейного пути со скоростью 3-5 км/ч с помощью двух пар тепловозов.
В процессе подготовки ракеты на пусковом устройстве необходим доступ ко всем разъёмным соединениям, которые связывают носитель с наземным оборудованием-заправочным, газоснабжение, термостатирование и тому подобное. Необходим также осмотр теплоизоляции, которым покрыты кислородной и водородные баки. Для этого служит мобильная башня обслуживания. Благодаря раскрывающимся площадкам, башня охватывает ракету со всех сторон и обеспечивают доступ практически к любому узлу. Перед пуском башня отводится на безопасное расстояние.
Заправочно-дренажная мачта предназначена для подвода коммуникаций к ракете-носителю и отвода их от ракеты в процессе её пуска.
Отвод всех площадок мачты производится автоматически. Причём одна из них, обеспечивающая термостатирование бака горючего и отвод выбросов водорода из дренажного клапана, отстыковывается после начала движения ракеты. Это связано с тем, что подаваемые в ракету водород не должен смешиваться с атмосферным кислородом - это может привести к пожару или взрыву. "Излишки "водорода, образуются образующиеся при подготовке к пуску, по специальному трубопроводу отводится от ракеты. Избыток водорода при запуске и выключение двигателя во время старта и стендовых испытаний сжигается системой дожигания.
Применение водорода в качестве горючего потребовало дополнительных мероприятий по обеспечению пожаро- и взрывопредупреждения.
Особо следует отметить полную автоматизацию при стартовом обслуживании, заправке топливом, контроля всех бортовых систем на старте и в полёте. Это стало возможным благодаря оснащению стартовой позиции мощным вычислительным комплексом, который берёт на себя управление множеством агрегатов и механизмов. Он взаимодействует с бортовыми вычислительными машинами, непрерывно контролирующими состояние всех систем ракеты на пусковом устройстве. Компьютеры контролируют более 2.000 параметров, поддерживая их на заданном уровне.
Высокая степень автоматизации позволила учесть и заложить в программы ЭВМ возможность обнаружения более 140 нештатных ситуаций и способы выхода из них. В самых сложных случаях автоматика приводит ракету в безопасное состояние, и она остаётся в нём, пока не будет принято необходимое решение. Предусмотрена возможность вмешательства человека процесс подготовки ракеты с помощью ручного управления.
Автоматическая система обеспечения безопасности работы на стартовом комплексе продемонстрировал свою работоспособность 29 октября 1988 года. В 6:22:59 , за 51 секунду до планируемого старта, она прекратила подготовку ракет-носителя "Энергия" с орбитальным кораблём "Буран" к пуску. Это произошло из-за того, что плата приборов прицеливания, корректирующих гироскопы азимутальной ориентации ракеты, отстыковалась от борта ракета со скоростью, меньше расчётной. При этом механизм отвода фермы, на которой расположена эта плата, не получил команды на отвод и "поступил строго по инструкции ", оставшись на месте. Система автоматически вывела общие отбой подготовки ракеты к пуску.
Зная , что 90% массы статующей ракеты , составляет топливо , не трудно представить , какие запасы жидкого водорода , жидкого кислорода и керосина нужно иметь в емкостях наземного комплекса для заправки ракеты-носителя "Энергии" . Криогенные компоненты топлива -жидкий водород (- 255 градусов Цельсия), жидкий кислород (-186° c)-хранятся в шаровых системах которые расположены на безопасном расстоянии от пускового устройства.
Чтобы уменьшить потери криогенных компонентов топлива при хранении, их необходимо охлаждать, что осуществляется с помощью специальных систем.
Топливные ёмкости и трубопроводы покрыты теплоизоляцией.
Была решена и проблема транспортировки крупногабаритных элементов конструкции центрального блока диаметром 8 м и массой более 40 т с заводов-изготовителей на техническую позицию космодрома. Для этого используются модификация тяжёлого самолёта. Впервые в мире начаты регулярные транспортные операции по доставке конструкции больших габаритов диаметр груза превышает (диаметр груза превышает диаметр фюзеляжа самолёта почти в 2,5 раза ) с заводов-изготовителей на космодром.
Лётные испытания универсальная ракетно-космической транспортной системы "Энергия" позволяют получить данные о работоспособности всего комплекса в реальных условиях полёта, то есть проверить саму конструкцию ракеты, её двигательные установки, многочисленные бортовые системы в условиях, которые несложно имитировать в ходе стендовых испытаний.
Успешное начало летных испытаний ракеты-носителя "Энергия" свидетельствует о правильности выбранных проектно-конструкторских решений , жизнеспособности "Энергии". Продемонстрирована высокая точность работы всех бортовых систем и наземного комплекса , правильность и логичность стратегии наземной отработки, а также её объёма.
В ходе создания новой мощной ракеты-носителя "Энергия" решен огромный комплекс научно-исследовательских и конструкторско-технологических проблем. Это новый важный этап в развитии отечественного ракетостроения.
15 мая 1987 года в 21:30 по московскому времени с космодром Байконур осуществлён первый пуск универсальной ракетно-носителя "Энергия."