GEM-60

GEM-60 — это семейство твердотопливных ракетных ускорителей (боковых ускорителей, SRB — Solid Rocket Booster), разработанных и производимых американской компанией Northrop Grumman (ранее — Alliant Techsystems, ATK). Ускорители GEM-60 предназначены для использования в составе ракет-носителей семейства Delta IV компании United Launch Alliance (ULA) и являются ключевым элементом, обеспечивающим увеличение стартовой тяги и грузоподъёмности носителя. Название «GEM» расшифровывается как Graphite-Epoxy Motor (графито-эпоксидный двигатель), а число «60» указывает на диаметр ускорителя в дюймах (60 дюймов, что составляет 1,524 метра).

История создания

Разработка ускорителей GEM-60 началась в середине 1990-х годов в рамках программы модернизации ракет-носителей, предназначенных для вывода на орбиту тяжёлых и сверхтяжёлых полезных грузов, в том числе для нужд Министерства обороны США и Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Предшественниками GEM-60 были ускорители GEM-40 (диаметр 40 дюймов, 1,016 м), применявшиеся на ракетах Delta II, и GEM-46 (диаметр 46 дюймов, 1,168 м), использовавшиеся на Delta III. Для ракеты Delta IV, которая должна была прийти на смену Delta II и Delta III, потребовался более мощный ускоритель с диаметром 60 дюймов, способный работать в связке с криогенным центральным блоком (первая ступень RS-68A на жидком водороде и кислороде).

Первый запуск Delta IV с ускорителями GEM-60 состоялся 20 ноября 2002 года (миссия Eutelsat W5). Впоследствии ускорители использовались во всех модификациях Delta IV, за исключением самой лёгкой версии Delta IV Medium (без боковых ускорителей). Наиболее массовое применение GEM-60 получили в конфигурациях Delta IV Medium+ (4,2) и Delta IV Medium+ (5,2), где устанавливались два ускорителя, а также в версии Delta IV Heavy, где к центральному блоку крепились два дополнительных ускорителя, работающих как первая ступень (в конфигурации Heavy все три блока фактически являются ускорителями GEM-60, но центральный доработан для работы в вакууме).

Конструкция и характеристики

Ускоритель GEM-60 представляет собой твердотопливный ракетный двигатель, корпус которого изготовлен из композитного материала на основе графито-эпоксидной смолы. Такая конструкция обеспечивает высокую прочность при относительно малой массе по сравнению с металлическими корпусами. Сопло двигателя — стальное, с теплозащитным покрытием, может поворачиваться для управления вектором тяги (в составе системы управления ракетой).

Основные параметры

Ускорители GEM-60 не имеют системы отделения, встроенной в корпус — они крепятся к центральному блоку ракеты с помощью пироболтов и отделяются после выгорания топлива, падая в океан. В отличие от ускорителей Space Shuttle (SRB), GEM-60 не предназначены для повторного использования.

Применение

Ускорители GEM-60 использовались исключительно в составе ракет-носителей семейства Delta IV. С 2002 по 2024 год было произведено 45 запусков Delta IV, из которых 41 — с ускорителями GEM-60 (включая 16 запусков в конфигурации Heavy). Основными заказчиками являлись Космические силы США (ранее — ВВС США) и Национальное разведывательное управление (NRO), а также коммерческие операторы спутников связи.

Наиболее известные миссии с использованием GEM-60:

• Запуски спутников системы GPS (серия IIF и III);
• Запуски разведывательных спутников NRO (серия NROL);
• Запуски спутников связи Wideband Global SATCOM (WGS);
• Запуск солнечного зонда Parker Solar Probe (2018 год, Delta IV Heavy);
• Запуск космического телескопа «Джеймс Уэбб» (2021 год, Ariane 5 — не связан с GEM-60, но упомянут для контекста).

Последний запуск Delta IV Heavy с ускорителями GEM-60 состоялся 9 апреля 2024 года (миссия NROL-70). После этого программа Delta IV была завершена, и ускорители GEM-60 больше не производятся.

Сравнение с аналогами

GEM-60 занимают промежуточное положение между более ранними ускорителями GEM-40 и более крупными твердотопливными ускорителями, такими как:

• SRB (Space Shuttle) — диаметр 3,7 м, тяга ~12 500 кН, использовались на шаттлах и SLS;
• P120C (Ariane 6) — диаметр 3,4 м, тяга ~4 500 кН;
• EAP (Ariane 5) — диаметр 3,05 м, тяга ~6 600 кН;
• Castor 120 — диаметр 2,36 м, тяга ~1 600 кН (использовался на ракетах Athena и Taurus).

По сравнению с ними GEM-60 отличаются компактностью и высокой надёжностью (100% успешных запусков без отказов ускорителей). Однако их тяга недостаточна для вывода сверхтяжёлых грузов на низкую опорную орбиту (для Delta IV Heavy она составляла около 28 тонн).

Производство и будущее

Производство GEM-60 осуществлялось на заводе Northrop Grumman в городе Магна, штат Юта (США). После завершения программы Delta IV в 2024 году производственные мощности были переориентированы на выпуск ускорителей для ракет-носителей нового поколения, в том числе для Vulcan Centaur (компания ULA) и для программы SLS (ускорители BOLE — Booster Obsolescence and Life Extension). Однако сами ускорители GEM-60 больше не выпускаются, так как их конструкция устарела, а спрос на них отсутствует.

В России аналогами GEM-60 по размерности и назначению можно считать ускорители, применявшиеся на ракетах-носителях «Союз-2» (боковые блоки первой ступени, работающие на керосине и кислороде), однако они имеют принципиально иное конструктивное исполнение (жидкотопливные, а не твердотопливные). Из отечественных твердотопливных ускорителей можно отметить блоки разгонной ступени «Бриз-М» (жидкотопливные) и твердотопливные двигатели для ракет-носителей лёгкого класса, например, «Старт-1» и «Рокот», но они не являются прямыми аналогами GEM-60.

Критика и ограничения

Основным недостатком GEM-60 считается их относительно низкий удельный импульс (около 275 с в вакууме) по сравнению с жидкостными ракетными двигателями (например, RS-68A — 410 с). Это приводит к тому, что ускорители GEM-60 эффективны только на начальном участке полёта, где важна высокая тяга, а не экономичность. Кроме того, твердотопливные ускорители создают значительные вибрации и акустические нагрузки, что требует усиления конструкции ракеты и полезной нагрузки.

Также отмечается, что программа GEM-60 была относительно дорогой из-за малой серийности (всего произведено около 100 ускорителей). Стоимость одного ускорителя оценивалась в 5–10 миллионов долларов, что делало Delta IV одной из самых дорогих ракет-носителей на рынке (стоимость запуска Delta IV Heavy достигала 400 миллионов долларов).

Источники

• Isakowitz, S. J., Hopkins, J. P., & Hopkins, J. B. (2004). International Reference Guide to Space Launch Systems (4th ed.). American Institute of Aeronautics and Astronautics.
• United Launch Alliance. (2024). Delta IV Launch Vehicle User’s Guide.
• Northrop Grumman. (2023). Solid Rocket Boosters: GEM-60 Product Sheet.
• NASA. (2022). Space Launch System Booster Obsolescence and Life Extension (BOLE) Program.
• Krebs, G. D. (2024). Gunter's Space Page: Delta IV.