«Орёл» — новый космический корабль России

Блог компании FirstVDS. Относительно недавно на Хабре была новость о том, что первый испытательный полёт нового тяжёлого космического корабля «Орёл» запланирован на конец 2024 года. Новый аппарат должен прийти на смену кораблям «Союз», выполняя роль такси для полётов к космическим станциям. Причём возить космонавтов «Орёл» будет не только на орбиту Земли, но и на орбиту Луны.

Но перед тем, как говорить о новых горизонтах, которые перед нами открываются, немного поговорим о предыстории этого корабля. Как он создавался, на какие задачи нацелен и почему он такой, какой есть.

Предпосылки

Начнём с «Союза», на котором до сих пор летают наши космонавты. Этот аппарат был разработан ещё в далёкие 60-е, во времена Лунной гонки. Тогда он строился для полёта на Луну. После ряда неудач, работы по всей лунной программе были свёрнуты, но «Союз» никуда не ушел. После множества модификаций он стал рабочей лошадкой нашей космонавтики, как и его тёзка — ракета-носитель «Союз».

1.pngПредтеча «Союза» — Лунный Орбитальный Корабль

2.png«Союз ТМА-6» — сейчас эксплуатируются такие аппараты

Тем не менее в 1985 году стартовал перспективный проект «Заря». Он должен был стать ещё одним многоразовым космическим кораблем СССР и продолжить дело Союза. Помимо повторного использования, предполагался инновационный метод посадки — с помощью двигателей. Как это ещё недавно планировалось на корабле Crew Dragon Илона Маска. Словом, машина должна была стать интересной. Но в 1989 году работы по проекту были остановлены. На это повлияли две вещи: а) коллапсирующая экономика Советского Союза, б) программа «Энергия-Буран», которая съедала основные ресурсы советской космонавтики.

В девяностые и нулевые наработки по «Заре» были использованы в попытке создать совместный космический корабль с NASA, но они потерпели неудачу. Тогда российские инженеры стали разрабатывать собственный корабль — «Клипер». Взяв всё лучшее от «Бурана» и «Союза», они использовали концепцию «несущего корпуса». Это было изделие утюговидной формы, которое приземлялось на аэродром. «Клипер» был отличным решением для орбиты Земли! А самое главное — он был многоразовым. Экономия шла на расходниках (парашюты, двигатели мягкой посадки), а также на поиске и эвакуации корабля с места приземления. К тому же ресурс корпуса был сильно больше, за счёт, опять же, посадки на ВПП. Но было две проблемы, которые и похоронили проект:

  1. Содержание наземной инфраструктуры.
  2. Посадка с орбиты Луны на крыльях была невозможной. Оперение просто не выдерживало вход в атмосферу с такой скорости.

Поэтому проект был закрыт, и вскоре Россия начала создавать новый космический корабль.

А нам остались различные красивые слайды про то, как бы он мог выглядеть:

3.pngБескрылый вариант

и макеты:

4.pngКрылатый вариант

Концепция и технические характеристики нового корабля

///Сразу сделаю небольшую сноску по названиям корабля. Первое и основное его наименование — это ПТК НП (перспективный транспортный корабль нового поколения) от разработчиков из «Энергии» (а журналисты нарекли ПТК «Русь»). Второе название — «Федерация» — выбрали на конкурсе в 2015 году. Нынешнее — «Орёл» (поменяли в 2019). Использовать в тексте буду всё вышеперечисленное.

В 2006 году корпорация «Энергия» разработала концепцию развития пилотируемой космонавтики России до 2030 года. Она предусматривала продолжение освоение околоземного пространства с полётами на Луну, а затем и на Марс. Главной задачей концепции стояло разработать новый, универсальный и многоразовый космический корабль, который мог выполнять больше задач, чем «Союз». В частности стать элементом лунно-посадочного экспедиционного комплекса для высадки на Луну.

Так какое же техническое задание стояло перед будущим «Орлом»? На самом деле, оно не сильно отличается от «Союза», «Зари» или «Клипера». Собственно, ТЗ:

• доставка на орбитальную станцию (МКС или будущую РОСС) и возвращение на Землю экипажа из 4–6 человек и полезного груза;

• возвращение со станции на Землю результатов исследований и экспериментов;

• дежурство на станции для обеспечения возвращения её экипажа на Землю в нужный момент;

• удаление со станции отработавшего свой ресурс оборудования, продуктов жизнедеятельности и т. д.;

• выполнение целевых пилотируемых полетов, предусматривающих эксперименты и исследования в автономном полете, включая отработку систем и элементов перспективных космических аппаратов;

• полёт на лунную орбиту с экипажем до 4 человек и возвращение на орбиту Земли;

• выполнение коммерческих космических полетов (например: посещение группой туристов орбитальной станции).

Для реализации универсальной концепции корабля было принято решение использовать модульную схему, то есть создавать отдельные элементы, а затем складывать их в один корабль. Например, один «конструктор» летит к Луне с экипажем, другой — на орбитальную станцию с грузом.

5.pngМодули и варианты пилотируемых кораблей

Впоследствии от многих модификаций Федерации отказались, сосредоточившись на двух вариантах — околоземной и окололунной. Как ни странно, но первым отправится в космос именно второе изделие, а первое будет создаваться позже. Чем они друг от друга отличаются? «Орёл» (а вернее, «Орлёнок»), который летит на околоземную орбиту, оснащён стандартной СЖО, в нём нет агрегатного отсека и топлива в него грузят меньше, чем для лунной экспедиции, а компоновка капсулы несколько видоизменена.

6.pngСлева направо: «Союз», «Орлёнок» и «Орёл»

7.pngИзображение «Орлёнка» и «Союза» в естественной среде обитания

Вместе с сохранением универсальности, нужно было реализовать требование многоразовости корабля. Благо, модульная схема позволяет это сделать. Какая часть пилотируемого корабля является самой дорогой? Правильно — та часть, где находятся космонавты. Помимо СЖО, там находятся основные элементы управления корабля и основная теплозащита. Это одновременно мозг, руки и тело аппарата. Именно поэтому командный отсек (вместе с агрегатным и теплозащитным экраном) является единственным многоразовым элементом всего ПТК НП (по плану одно изделие должно использоваться до 10 раз). А вот двигательный отсек, напротив, будет сбрасываться перед возвращением с орбиты.

Кстати, о возвращении с орбиты. Российские инженеры первоначально предполагали внедрить несколько другой способ посадки — реактивный. «Федерация» спускалась в атмосфере, выпускала стабилизирующий парашют и на нём снижалась до 1 км. В процессе посадки происходило несколько включений двигателей, которые и осуществляли мягкую посадку на поверхность. Её точность была в пределах 2.5 км от запланированной точки контакта. Впоследствии от реактивной схемы отказались, вернувшись к парашютной.

8.png

Что по массо-габаритным характеристикам? А они такие: длина корабля — 6,1 м, максимальный диаметр корпуса — 4,4 м, масса при околоземных орбитальных полётах — 15–17 т (при полётах на окололунную орбиту — 20–22 т), масса возвращаемой части — 4,23 т (включая системы мягкой посадки — 7,77 т).

Цифры массы аппарата на данный момент являются не окончательными, так как всё ещё идет разработка носителей, которые будут поднимать Орёл» в космос. Кстати, о них. Модификация ПТК для околоземной орбиты будет летать на РН «Союз-5» (глубокая модернизация «Зенита-2», ракеты, на которой хотели запускать «Зарю»). Ракета пока ещё проходит испытания и появится в обозримом будущем (5 лет). Что касается полётов дальше Земли, то тут нам на помощь приходит «Ангара-А5М». Модифицированный вариант А5 в количестве двух штук позволит запустить лунный вариант ПТК на траекторию к Луне, а если вы хотите высадку на поверхность, то извольте осуществить ещё два пуска А5М (с лунным посадочным модулем), либо лететь на «Енисее» (сверхтяжелый комплекс — СТК).

9.png«Союз-5»

10.png«Ангара-А5М»

11.pngКомпоновочные схемы Енисея

Теперь о том, что внутри.

Внутренний объем корпуса — 18 кубических метров, где может уместиться до 6 человек, но на практике, скорее всего, экипаж не будет превышать 4 космонавтов. Имеем на человека по 4,5 м³ (на том же Союзе ВЕСЬ внутренний объем был равен 7.5 м³). Люди будут располагаться в удобных креслах, которые будут менять своё положение для снижения перегрузок. Ещё из удобств можно отметить обеденный стол и туалет.

Управлять кораблём экипаж с помощью трёх современных компьютеров и одного стика, который предназначен, внезапно, для одного космонавта. Т. е. кораблём может управлять один пилот, в отличие от того же «Союза», коим управляли 2 человека.

Пачка слайдов с внутренней компоновкой
12.png


13.png
14.png
15.png
16.png
17.png
18.png
21.png
22.png

Касательно возможностей пребывания «Федерации» в космосе можно отметить, что она может находиться на орбите до месяца без стыковки к какой-либо станции (правда, с экипажем в 2 человека). Соответственно, для полёта на Луну и обратно ± такой же срок. А в составе орбитального комплекса ПТК может пробыть до года, без каких-либо последствий. Кроме МКС, «Орёл» может стыковаться к лунно-посадочному модулю России, а также, возможно, к американской станции Gateway. Во всяком случае такой вопрос прорабатывался между «Энергией» и Lockheed Martin. Сейчас же, я более чем уверен, никаких работ по этой теме не ведётся.

Что имеем в итоге? ПТК НП может с комфортом размещать у себя на борту 4 человека и доставлять их, вместе с полезным грузом (500 кг), до МКС, до РОСС или до Луны. Проект, безусловно, перспективный, так что давайте поговорим об истории его разработки и как там обстоят дела на сегодняшний день.

23.png

Этапы разработки Федерации

В апреле 2009 года РКК «Энергия» выиграла тендер Роскосмоса по теме «Создание перспективной транспортной системы нового поколения для транспортно-технического обслуживания орбитальных пилотируемых станций, перспективных пилотируемых космических комплексов и других объектов околоземной орбитальной группировки в части разработки эскизного проекта». Началась разработка нового корабля на базе наработок по «Клиперу». В 2010 году было закончено эскизное проектирование, а в 2011 на МАКСе были представлены полноразмерные макеты корабля с внутренним интерьером. Ход разработки внушал оптимизм и поэтому планировалось, что корабль отправится в космос к 2015 году, а в 2018 году совершит полёт с экипажем на борту. Но сроки, скажем так, несколько подвинулись.

24.png

В феврале 2013 года «Энергия» завершила технический проект ПТК, и в декабре Роскосмос заключил контракт с корпорацией на выпуск документации и производство материальной части. Но в следующем году Энергия была вынуждена полностью проверить все системы будущего корабля на предмет полной независимости от импортных агрегатов.

В этом же, 2014 году были определены новые сроки испытаний. Беспилотная версия должна отправиться в 2021 году, а экипаж сядет в «Орёл» в 2023. Даже к Луне хотели лететь в 2025. Но из-за проблем с «Ангарой» и космодромом Восточный эти сроки были такими же нереалистичными.

2015 год запомнился изготовлением пилотажно-процедурного стенда корабля для отработки космического полёта с экипажем. Тестировались режимы ручного управления, автоматического, а также прорабатывалась деятельность экипажа во время миссии.

В 2016–2017 году был построен макет корабля из углепластика. Ранее корабль предполагали делать из алюминиевых сплавов, но позже решили делать композитный материал (а в итоге вновь вернули алюминий). Началось изготовление отдельных узлов Орла.

25.pngКомпозитная версия

В 2018 году было принято решение запускать «Федерацию» на «Союзе-5». Тогда же корпус корабля прошёл аэродинамические испытания в институте Жуковского. Ну и, конечно же, вновь перенесли сроки. Теперь первый полёт сдвинули на 2024 год. Но потом сроки вновь сдвинулись, на этот раз влево (удивительно). Беспилотный полёт ожидаем на год раньше.

2019 год запомнился переименованием Федерации» в «Орла», а также началом производства двух корпусов. Один будет использован для испытаний взлёта и посадки, второй же полетит в космос. Активно шла разработка парашютной системы корабля.


26.png

27.pngФотографии из цехов «Энергии» 2020 года

В 2021 году мы увидели процесс изготовления Орла и его элементов с завода «Энергии». Фактически была завершена разработка и испытания маневровых двигателей для корабля. Именно ими он будет менять своё положение в космическом пространстве. Также прояснилась ситуация с экипажем корабля. На орбиту он может доставлять до 4 человек, а возвращать с неё до 6.

В этом году Орёл проходил вакуумные испытания уже на космодроме Восточный. От Рогозина мы вновь увидели фотографии с цехов, где запечатлены элементы корабля.

В ходе вечернего посещения Ракетно-космической корпорации «Энергия» им. С.П.Королёва сделал для вас несколько свежих снимков о ходе работ по новому пилотируемому кораблю «Орёл» и новой Российской орбитальной служебной станции (РОСС). На фото —- установка аппаратуры в одну из обитаемых капсул корабля (их изготовлено уже несколько: для прочностных и динамических испытаний, для вертолётного сброса с парашютом, для отработки аварийных ситуаций и работы ракетного блока аварийного спасения, а также для первого «боевого» корабля, который с Восточного полетит с экипажем).


28.png
29.png
30.png
31.png

Что же будет дальше? Как уже писал выше, в 2023 году ПТК НП хотят отправить в космос, тем самым завершив многолетний цикл испытаний. В 2024 году в беспилотном режиме корабль полетит на МКС, а в 2025 туда посадят людей. Загадывать полёт к Луне я бы не стал, сейчас, к сожалению, непростая экономическая ситуация и полёт к естественному спутнику выглядит неоправданно дорого. Шутка ли, строить сверхтяжелый носитель или запускать 4 «Ангары». И ради чего? Флаговтык, как сделали американцы в 1969? Нет уж, увольте, если лететь — то надолго. А для этого нужна окололунная станция, по примеру американской Gateway, или же база на поверхности Луны. А ни того ни другого в обозримом будущем Россия не сделает.

А что по деньгам? 57 млрд рублей будет потрачено на «Орёл» с 2016 по 2025 год. Сумма не маленькая, но она сильно меньше бюджета того же американского «Ориона», с 21 миллиардом долларов с 2006 по 2020 год. Да, сравнение не очень корректное ввиду паритета покупательной способности двух стран, но тем не менее.

Итог

Ну, а в заключение можно сказать, что «Орёл» является хорошим проектом для своего времени. Своим заокеанским аналогам в виде корабля Orion (для лунной миссии NASA), Boeing CST-100 (для полётов на МКС) и Crew Dragon (также для МКС) российский ни в чём не уступает. Более того, если в США тот же Orion не предназначен для полётов на МКС, а CST-100 — на Луну, то наш «Орёл» может летать и туда, и туда, при этом являясь фактически одним кораблём. На мой взгляд, это очень удачная идея, и очень интересно будет посмотреть на её реализацию.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 2.5 (6 votes)
Источник(и):

Хабр