Союз (ракетное семейство)

Союз

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
Связанные ракеты
Семья	R-7
История запуска
Положение дел	Активный
Запустить сайты	Байконуре сайтов 1/5 и 31/6 Плесецк Сайты 41 , 16 и 43 Куру ЭЛС (совместно с ЕКА ) Восточный Участок 1С
Первый полет	28 ноября 1966 г.
Заметные полезные нагрузки	Союз Прогресс

Союз ( русский : Союз , что означает «союз», индекс ГРАУ 11А511 ) - семейство советских одноразовых стартовых систем, разработанных ОКБ-1 и производимых ракетно-космическим центром «Прогресс» в Самаре , Россия . С момента своего дебюта в 1966 году, совершив более 1700 полетов, "Союз" является наиболее часто используемой ракетой-носителем в мире. ^[1]

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-U2" , в котором использовался Syntin , вариант RP-1, с LOX. Семейство "Союз" - это подмножество семейства Р-7 .

История [ править ]

Космическая рабочая лошадка [ править ]

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 итоге все сработало. ^[2] Позже был создан вариант «Молния» с добавлением четвертой ступени, что позволило ему достичь высокоэллиптической орбиты Молнии . Более поздним вариантом был Союз-У . ^[3] Хотя точные обозначения модели и вариантов держались в секрете с запада, ракета-носитель «Союз» упоминалась либо Министерством обороны США.обозначение SL-4 или обозначение Шелдона A-2 (разработанное Чарльзом С. Шелдоном, аналитиком из Библиотеки Конгресса ). Обе системы обозначения советских ракет перестали использоваться по мере появления более точной информации. ^[4]

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 [ править ]

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 немного модифицированного корабля "Союз-У".совмещенный 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 год, спутники Cluster IIбыли запущены 16 июля 2000 года и 9 августа 2000 года. В июне 2003 года с космодрома Байконур был запущен еще один «Союз-Фрегат». Зонд « Марс-Экспресс» ЕКА .

Транспорт экипажа МКС [ править ]

В период с 1 февраля 2003 г. по 26 июля 2005 г., когда был остановлен флот космических кораблей 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 шаттлов 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. ^[5] НАСА возобновило полеты с экипажем с корабля. Соединенные Штаты в 2020 году через программу развития коммерческих экипажей .

Недавние инциденты [ править ]

Длинная череда успешных запусков Союза была разбита на 15 октября 2002 , когда необитаемый Союз-У запуска спутника Фотона-М с космодрома Плесецка упал возле стартовой площадки и взорвался 29 секунд после отрыва от земли. 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 кораблю "Союз", и ее полезная нагрузка (спутник "Молния-3К") потерпели крушение в Уватском районе Тюмени ( Сибирь ). ^[6]

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

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 [ править ]

На смену почтенной ракете-носителю «Союз» пришла новая версия, получившая название « 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 ракеты Союз / СТ из Гвианского космического центра . ^[8] Экваториальная стартовая площадка позволяет «Союзу» доставлять от 2,7 до 4,9 тонн на солнечно-синхронную орбиту , в зависимости от используемого двигателя третьей ступени. ^[9] 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 . ^[10] Моделируемый запуск был проведен в начале мая 2011 года. ^[11]Первый запуск в эксплуатацию состоялся 21 октября 2011 года, он был запущен с использованием первых двух спутников 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 ^[12], а "Союз-ФГ" доставлял экипажи космонавтов на МКС до сентября 2019 года (заключительный полет " Союз МС-15" 25 сентября 2019 года).

Варианты [ править ]

• Союз 11А511 (1966-1975)
• Союз-Л 11А511Л (1970-1971)
• Союз-М 11А511М (1971-1976)
• Союз-У 11А511У (1973-2017)
• Союз-У2 11А511У2 или 11А511К (1982-1995)
• Союз-ФГ 11А511У-ФГ (2001-2019)
• Союз-2 14А14 (2006-настоящее время)

Молния-М (1964-2010) был также получен из семейства Союза.

Сборка [ править ]

Сборка ракеты осуществляется горизонтально в монтажно-испытательном корпусе. Собранная ракета транспортируется к месту старта в горизонтальном состоянии и затем поднимается. Это отличается от вертикальной сборки, например, Сатурна V , и является одной из особенностей, которая удешевляет 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 разработки ракеты из-за развалившейся экономики Советского Союза .

Предстартовый [ править ]

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 толкают центральный сердечник вперед. Концепция подвески ракеты была одной из новинок, представленных в Р-7 / Союз.

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

Запустить [ редактировать ]

Двигатели зажигаются пиротехническими факелами с электрическим запуском, установленными на березовых опорах, которые зажигаются примерно при Т-20 секунд, за несколько секунд до того, как компоненты топлива попадают в камеру сгорания. ^[13] Эта последовательность редко терпит неудачу из-за ее простоты. ^[14] Во время запуска опорные стрелы отслеживают движение ракеты. After the support boom heads emerge from the special support recess in the nose sections of the strapons, the support booms and trusses disconnect from the rocket airframe, swiveling on the support axes and freeing the way for the rocket to lift off. 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 миссий без экипажа [ править ]

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

"Прогресс" - грузовой 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».

При коммерческих запусках используется обтекатель типа А.

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. ^[15] Обтекатель S-типа вместе с разгонным блоком «Фрегат» использовался для запуска следующих космических аппаратов: Galaxy 14 , GIOVE A , Mars Express , AMOS-2 , Venus Express , Cluster . ^[16]

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. ^[17] Обтекатель типа SL вместе с разгонным блоком «Фрегат» использовался для запуска следующих космических аппаратов: CoRoT .

Обтекатель типа ST используется Starsem при коммерческих запусках. Его внешний диаметр составляет 4,1 м, а длина - 11,4 м. Его можно использовать только с кораблем «Союз-2», потому что 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. ^[18] Обтекатель разработан и изготавливается на ЦСКБ-Прогресс в соответствии с требованиями заказчика ( Старсем ). Это единственный тип обтекателя, предлагаемый Starsem / Arianespace для запусков с Куру. ^[19]

Этапы [ править ]

Первый этап [ править ]

Первая ступень ракет "Союз" состоит из четырех одинаковых 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 кН тысячу двадцать-одна (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

Второй этап [ править ]

Вторая ступень ракеты-носителя "Союз" представляет собой одиночную, в основном цилиндрическую ступень с одним двигателем в основании и приводится в действие первой ступенью. 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) ^{[ требуется разъяснение ]}
• Топливо ("Союз-У2" с синтиновым ракетным топливом): 96,4 тонны (212 000 фунтов) ^{[ требуется пояснение ]}
• Сухая масса: 6875 кг (15160 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) при взлете
      • 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) при взлете
      • 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 (расчет)
      • Давление в камере 5,85 МПа (848 фунтов на кв. Дюйм)

Третий этап [ править ]

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) ^{[ требуется пояснение ]}
• 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)

См. Также [ править ]

• Сравнение семейств орбитальных пусковых установок
• Перечень пусков Р-7 , включая пуски ракет семейства Союз

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• 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 [ править ]

• Старсем
• Журнал запуска космического корабля "Союз" на Старсеме
• Союз-У / Фрегат
• Ракета-носитель "Союз": самое надежное средство космических путешествий
• Семейство ракеты-носителя "Союз"
• Руководство пользователя "Союз" - Arianespace