«Союз-2» — семейство трёхступенчатых ракет-носителей среднего класса, созданное на основе ракеты-носителя «Союз-У» путём глубокой модернизации. Разработку произвело ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (Самара). Масса полезной нагрузки выводимой на низкую орбиту Земли — от 2 800 кг до 9 200 кг в зависимости от модификации и точки запуска. Является частью семейства ракет-носителей Р-7. Проектное название — «Русь».

Назначение

Ракеты предназначены для выведения космических аппаратов на низкие, средние, высокие, солнечно-синхронные, геопереходные и геостационарные орбиты с существующих стартовых комплексов. В том числе предусматривается запуск пилотируемых и грузовых космических кораблей по программе Международной космической станции. После ввода в эксплуатацию «Союз-2» ракеты «Союз-У», «Союз-ФГ» и «Молния-М» могут быть заменены на одну универсальную ракету-носитель «Союз-2.1б».

Обтекатели, используемые для непилотируемых запусков

РН «Союз-2» используется для различных непилотируемых запусков, в том числе продвигается Старсем для коммерческих запусков спутников. При этом используются следующие типы головных обтекателей:

• Грузовой космический корабль Прогресс (КА) используется для доставки различных грузов на МКС (как прежде использовался для доставки на станцию Мир). Корабль использует специализированный головной обтекатель (одинаковый для Союз-У, Союз-ФГ и «Союз-2»);

• тип обтекателя А используется для коммерческих запусков. Кроме «Союз-2» используется на Союз-У, Союз-ФГ;

• тип обтекателя С используется для коммерческих запусков Старсем. Обтекатель имеет внешний диаметр 3,7 м и длину 7,7 м. РБ Фрегат спрятан под обтекателем вместе с полезной нагрузкой;

• тип обтекателя СЛ используется для коммерческих запусков Старсем. Обтекатель имеет внешний диаметр 3,7 м и длину 8,45 м. РБ Фрегат спрятан под обтекателем вместе с полезной нагрузкой. Этот тип обтекателя был использован для запуска КА Corot;

• тип обтекателя СТ используется для коммерческих запусков Старсем. Обтекатель имеет внешний диаметр 4,1 м и длину 11,4 м. Данный тип обтекателя может быть использован только вместе с «Союз-2», так как аналоговые системы управления не способны стабилизировать полёт, парируя аэродинамические возмущения, возникающие при полёте с обтекателем такого размера. Этот углепластиковый обтекатель адаптирован с РН Ариан-4^[2]. Это единственный тип обтекателя, предлагаемый Старсем и Arianespace при запуске из Куру^[3]. Этот тип обтекателя был использован для запуска КА MetOp-A.

Стартовые площадки

Так как, с точки зрения конструкции, РН Союз-2 является модификацией РН Союз-У его запуск возможен с любого стартового комплекса, предназначенного для запуска ракет-носителей семейства Р7 после установки специфического для Союз-2 оборудования и прокладки соответствующих кабельных связей.

На сегодня переоборудованы под запуск РН Союз-2 следующие стартовые комплексы:

• Плесецк, площадка 43 / старт № 4 (оборудование для более старых РН демонтировано, поэтому запускать с данного стартового комплекса можно только Союз-2).
• Байконур, площадка 31 (на 2011 год в МИК и на стартовом комплексе установлено оборудование как для проверки и запуска Союз-У/Союз-ФГ, так и для Союз-2, поэтому с данной площадки возможны и производятся запуски всех вышеперечисленных РН).

Планируется доработка под запуск РН Союз-2 следующих стартовых комплексов:

• Плесецк, площадка 43 / старт № 3 (МИК используется общий для площадки 43, поэтому его доработка не требуется)
• Плесецк, площадка 16
• Байконур, площадка 1 (так называемый «Гагаринский старт», откуда осуществляются (совместо с площадкой 31) российские пилотируемые запуски)

Кроме вышеперечисленных площадок для запуска Союз-2 (модификаций СТА, СТБ) специально построен стартовый комплекс в Гвианском космическом центре (ГКЦ), технология запуска с которого кардинально отличается от запусков из Плесецка и Байконура:

• В монтажно-испытательном комплексе (МИК) собирается только собственно РН, без её стыковки с космической головной частью (состоит из космического аппарата, обтекателя и, опционально, разгонного блока «Фрегат»). Ракета вывозится и устанавливается на стартовый комплекс «без головы». На российских космодромах РН вывозится из МИК в сборе с головной частью.

• Головная часть собирается, вывозится и устанавливается на РН в вертикальном положении. Это связано с тем, что многие европейские космические аппараты не переносят искривляющих боковых нагрузок, неизбежных при стыковке аппарата к РН и перевозки собранной конструкции в горизонтальном положении.

• Установка головной части и операции по подготовке РН к пуску производятся в прямом смысле под крышей — после установки РН на неё накатывают по рельсам специальную конструкцию — мобильную башню обслуживания, которая закрывает от экваториальной погоды работающий с РН персонал и содержит площадки, лифты и другие средства удобного доступа к различным частям ракеты.

• В отличие от российских космодромов управление пуском осуществляется не из сравнительно близко расположенных к стартовому столу подземных бункеров, а из обычного здания, расположенного на расстоянии более 1 км от стартового стола. Большие длины связей потребовали дополнительной адаптации систем стартового комплекса.

• По предварительной информации операции подключения и отключения заправочного оборудования будут автоматизированы благодаря тому, что стартовый стол для Союз-СТ не вращается и точки подключения заправочного оборудования находятся всегда в одном месте. В Плесецке и Байконуре Союз-2 запускается с вращающегося по азимуту стартового стола, что затрудняет автоматизацию заправочных операций.

Модификации ракеты

Семейство состоит из нескольких модификаций РН (ранее предполагалось, что это будут последовательные этапы модернизации одной ракеты):

«Союз-2.1а»

Первая модификация предусматривала замену двух^[10] аналоговых систем управления на единую цифровую российского производства, что позволило значительно повысить точность выведения, устойчивость и управляемость ракеты, кроме того снизило зависимость от импортных комплектующих при производстве РН. Применение новой системы управления позволило использовать увеличенные головные обтекатели и соответственно увеличить габариты полезной нагрузки. Новая система управления распределена по всей ракете: на третьей ступени установлены БЦВМ, навигационные приборы и оборудование преобразования информации с датчиков и формирования команд для элементов управления третьей ступени, оборудование преобразования информации с датчиков и формирования команд для элементов управления остальных блоков (центрального и боковых) размещены непосредственно в этих блоках, преобразовательное оборудование связано с БЦВМ по кодовым линиям связи.

На этом этапе предусмотрено также использование модернизированных (относительно Союз-У) двигателей на блоках первой и второй ступеней — с целью повышения эффективности двигателей применены новые форсуночные головки, обеспечивающие более эффективное смесеобразование, что приводит к увеличению выводимой полезной нагрузки (на низкую орбиту) примерно на 300 кг. Конструкция третьей ступени рассчитана на применение обоих типов двигателей, как РД-0110, использовавшийся и на предыдущих модификациях, так и на РД-0124. Соотношение объёмов баков О и Г изменено с учётом требований для двигателя РД-0124, в результате чего бак керосина приобрёл слегка «чечевицеобразную» форму.

Данная модификация может применяться как самостоятельно, так и с использованием разгонного блока Фрегат.

«Союз-2.1б^[11]»

По сравнению с вариантом «Союз-2.1а» в качестве двигателя третьей ступени используется РД-0124 разработки КБ Химавтоматики с повышенным удельным импульсом до 359 с и улучшенной управляемостью за счёт возможности изменения вектора тяги основных камер вместо применения малоэффективных рулевых сопел на затурбинном («мятом») газе. Применение другого типа горючего (керосин РГ-1 вместо керосина Т-1) привело к изменению соотношения объёмов заправляемых компонентов и, как следствие, к переработке конструкции блока И.

Данная модификация может применяться как самостоятельно, так и с использованием разгонного блока Фрегат.

Данная модификация проще (содержит меньше элементов) чем 1а, из-за применения более совершенного двигателя и способна заменить 1а во всех вариантах применения. Её недостатки проистекают из её преимуществ: новый двигатель делает модификацию дороже из-за необходимости окупания затрат на ОКР, он заметно более материалоёмок, и он же не позволяет распространить статистику успешных пусков Союз-У и Союз-ФГ на данную модификацию ракеты, что пока не позволяет применять её в особо ответственных областях, например, в пилотируемой космонавтике.

«Союз-СТ-А»

Для обеспечения коммерческих запусков с космодрома Куру на базе ракеты-носителя «Союз-2.1а» создаётся модифицированная ракета-носитель «Союз-СТ» (Союз-СТА). Основные отличия ракеты от базового варианта — доработка системы управления под приём телекоманд с земли на прекращение полёта и доработка телеметрии под европейские наземные станции приёма телеметрической информации.

Основные отличия между СТА и 1а лежат в технологии подготовки и запуска РН из Куру относительно применяемых в Плесецке и Байконуре.

Первый запуск «Союз-СТ» состоялся 17 декабря 2011 года^[12]. Первая партия российского оборудования для стартового комплекса ракет-носителей «Союз» прибыла в Куру в 2008 г. В начале 2011 года проведены комплексные испытания старта.

Предполагавшаяся по завершении комплексных испытаний пусковая кампания отложена из-за отсутствия или неготовности полезной нагрузки.

«Союз-СТ-Б»

Вариант «Союз-СТ» для запуска с космодрома Куру на базе «Союз-2.1б», отличия аналогичны отличиям между СТА и Союз-2.1а. Первый запуск «Союз-СТБ» произведён с космодрома Куру 21 октября 2011 года^[13].

«Союз-2.1в»

Является ракетой лёгкого класса, с грузоподъёмностью порядка 2800 кг на низкую (200 км) околоземную орбиту. Модификация ранее была известна как Союз-1.

По сравнению с вариантом «Союз-2.1б» в качестве двигателя центрального блока используется жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла НК-33-1 разработки СНТК им. Н.Д. Кузнецова, обладающий более чем вдвое большей тягой, по сравнению с используемым на Союз-2.1а и Союз-2.1б РД-108А. Эскизный проект доработан в плане использования в качестве маршевого двигателя первой ступени двигателя НК-33-1 без форсирования, установки узла качания и рулевых машин. В апреле 2013 года Владимир Солнцев (НПО «Энергомаш») сообщил, что производство НК-33 возобновляться не будет: по исчерпанию запаса старых двигателей (около 20 штук) на носитель будет устанавливаться новый двигатель РД-193, разрабатываемый на основе РД-191 и планируемый к серийному выпуску в 2014 году.^[16] В качестве рулевого двигателя будет использована специальная версия двигателя РД-0110 с третьей ступени РН Союз, при этом 4 камеры РД-0110Р (Р — «рулевой») будут расположены вокруг двигателя центрального блока. Кроме того, исключаются боковые блоки.

Данная модификация будет использовать унифицированные с остальными вариантами ракет-носителей «Союз-2.1» стартовый комплекс и систему управления.

«Союз-2.1в» может использоваться с блоком выведения «Волга», разрабатываемым «ЦСКБ-Прогресс». Блок имеет двигательную установку на компонентах НДМГ/АТ, развивающую тягу 2,94 кН (0,3 тс) и обеспечивающую удельный импульс 307 с. Длина блока 1,025 м, диаметр 3,200 м. Стартовая масса 1140—1740 кг, сухая — 840 кг. Масса выводимой полезной нагрузки на ССО — 1500 кг^[7].

В случае успешных испытаний и введения в эксплуатацию будет конкурировать с ракетами Ангара-1 и Вега.

По состоянию на октябрь 2010 года велось изготовление некоторых элементов конструкции (блока баков) ракеты для стендовых испытаний.

По состоянию на июнь 2013 года успешно завершились огневые испытания блока первой ступени.^[17]

Первый запуск РН «Союз-2.1в», запланированный^[18] на 4-й квартал 2012 года с космодрома «Плесецк», был перенесён. 18 июня 2013 года генеральный директор «ЦСКБ-Прогресс» Александр Кирилин сообщил^[19], что пуски «Союз-2.1в» будут произведены в сентябре и октябре 2013 года.

Фотографии модели РН «Союз-2.1в»

• Общий вид РН Союз-2.1в.

• Вид головной части РН Союз-2.1в.

Схожие носители

Сравнение «Союз-2.1в» и схожих ракета-носителей:

Преимущества и недостатки

Союз-2, являясь модернизацией РН Союз-У имеет свой набор преимуществ и недостатков относительно других РН своего класса.

Преимущества:

• отработанная конструкция (вместе с Союз-У и Союз-ФГ налетала на начало 2011 года почти 800 пусков^[22]), являясь при этом одной из самых низкоаварийных РН в мире
• низконапряженные двигатели (давление в двигателях этапа 1а не более 70 атмосфер, для 1б не более 160 атмосфер), что дает большой запас по надежности
• освоенное производство (отлаженный техпроцесс), что означает низкий процент брака, отработанные технологии контроля, низкую себестоимость продукции

Недостатки:

• наличие ряда атавизмов в конструкции приводящих к меньшему массовому совершенству (отношению массы полезной нагрузки к стартовой массе), чем то, которого можно было бы достичь, используя более современные технические решения:
  • использование перекиси водорода для работы турбонасосных агрегатов двигателей первой и второй ступени, вместо использования тех же компонентов, что использует сам ЖРД;
  • использование тяжелого азота (а не гелия) для наддува баков. При этом на первой и второй ступени РН Союз-2.1в, а также на третьей ступени РН Союз-2.1б и Союз-СТ-Б реализован гелиевый наддув баков;
  • использование ЖРД открытого цикла, имеющих меньший КПД, чем ЖРД закрытого цикла. При этом ЖРД открытого цикла считаются более безопасными из-за более медленного развития аварийных ситуаций, что является несомненным преимуществом при использовании РН для пилотируемых миссий;
• из-за исторического использования поворотного стартового стола отсутствие автоматизации операций по заправке РН, ручная стыковка электро- и пневмосоединений при установке РН на старт, что требует большое количество обслуживающего персонала и увеличивает влияние человеческих ошибок при подготовке к запуску РН. При этом наличие поворотного круга для РН Союз-2 не требуется, поскольку Союз-2 совершает поворот на начальном участке траектории выведения. Стартовый комплекс ГКЦ лишён поворотного круга, что позволило максимально автоматизировать процесс подготовки;
• из-за подвески РН за верхнюю часть первой ступени, а не установки РН «на днище», требуется сравнительно сложный стартовый комплекс (характерная форма — «тюльпан»). Это не недостаток как таковой, а всего лишь особенность всех РН семейства Р-7, поскольку за многие десятилетия использования конструктивные и технологические особенности подобных стартов хорошо известны, а постройка нового старта при отсутствии производственного брака теоретически может занять всего лишь 9 месяцев. Фактически постройка старта в ГКЦ заняла 4 года, что по современным меркам сравнительно недолго.

Испытания

Испытания РН модификации 1а начались в октябре 2004 года и завершены пуском КА Меридиан-3 в ноябре 2010 года.

Испытания модификации 1б начались в декабре 2006 года и продолжаются по настоящее время (март 2011 года).

Испытания модификации СТА начались в мае 2010 года с испытаний на технической позиции. На настоящий момент (март 2011 года) на ТП проведены испытания двух РН СТА. Начало комплексных испытаний на стартовом комплексе запланировано на апрель 2011 года, летных — лето 2011 года.

Начало испытаний модификации 1в запланировано на 3-й квартал 2011 года.

Всего на начало 2011 в рамках испытаний произведено 10 пусков (6 — модификации 1а, 4 — модификации 1б). Все пуски в рамках летных испытаний, за исключением первого пуска модификации 1а, производились с выведением коммерческой полезной нагрузки.

Ожидаемый объём летных испытаний — не менее чем по 5 пусков для каждой модификации.

Список состоявшихся запусков в рамках испытаний

Предстоящие запуски^[41]

См. также

• Список космических запусков России
• Союз-У
• Союз-ФГ
• Союз-2-3
• Фрегат

Примечания