Разгонный блок Бриз-М

Разгонный блок «Бриз-М» — это разгонный блок (РБ) многоразового использования, предназначенный для выведения космических аппаратов на целевые орбиты (в том числе высокоэнергетические, геопереходные и геостационарные) в составе ракет-носителей (РН) семейства «Протон-М» и «Ангара-А5». Разработан и производится Государственным космическим научно-производственным центром имени М. В. Хруничева. Является модернизированной версией разгонного блока «Бриз-К» и ключевым элементом российской программы коммерческих и государственных запусков тяжёлого класса.

История создания

Разработка разгонного блока «Бриз-М» началась в 1990-х годах в рамках программы модернизации ракет-носителей «Протон». Предшественник — «Бриз-К» — использовался в составе РН «Протон-К» для выведения аппаратов на низкие орбиты, но не обеспечивал требуемой точности и энергетики для геопереходных миссий. В 1995 году ГКНПЦ им. Хруничева получил задание на создание нового РБ, способного работать в паре с модернизированным носителем «Протон-М».

Первый запуск «Бриз-М» состоялся 5 июля 1999 года с космодрома Байконур в составе РН «Протон-М» с полезной нагрузкой — спутником связи «Экспресс-А1» (российский). Полёт прошёл успешно, хотя впоследствии выявились проблемы с точностью выведения. В 2000—2001 годах блок дорабатывался: была изменена система управления, улучшена термоизоляция баков, усилены элементы конструкции. С 2002 года «Бриз-М» стал основным разгонным блоком для всех коммерческих запусков «Протон-М», включая миссии по программе «Sea Launch» (наземный вариант).

В 2010-х годах блок прошёл несколько модернизаций, направленных на повышение надёжности и снижение массы. В 2014 году, после серии аварий (в том числе с потерей спутника «Ямал-402» в 2012 году), была внедрена новая система управления с резервированием, а также изменён алгоритм работы двигателя на пассивных участках. С 2020 года «Бриз-М» используется также в составе РН «Ангара-А5» (первый запуск — 23 декабря 2020 года с макетом полезной нагрузки).

Конструкция и устройство

Разгонный блок «Бриз-М» выполнен по двухбаковой схеме с общим баком окислителя и горючего, разделённых перегородкой. Основные элементы:

• Двигательная установка: основной маршевый двигатель — жидкостный ракетный двигатель РД-0150 (разработка КБХМ им. Исаева). Работает на компонентах топлива: горючее — несимметричный диметилгидразин (НДМГ, гептил), окислитель — азотный тетраоксид (АТ). Тяга в вакууме — 20,0 кН (около 2,04 тс). Удельный импульс — 325,5 с. Двигатель многократного включения — до 8 раз за полёт, что позволяет выполнять сложные манёвры по коррекции орбиты.
• Система управления: инерциальная навигационная система (ИНС) с коррекцией по данным ГЛОНАСС/GPS. Включает три гиростабилизированные платформы, бортовой компьютер и исполнительные органы (рулевые сопла). Обеспечивает точность выведения с погрешностью по высоте ±1,5 км и по наклонению ±0,01°.
• Баки: сферические и тороидальные, выполнены из алюминиево-магниевого сплава АМг6. Общий объём баков: горючее — 5,2 м³, окислитель — 4,8 м³. Масса заправленного топлива — около 15,5 тонн.
• Головной обтекатель: сбрасываемый, защищает блок и полезную нагрузку на атмосферном участке полёта. После отделения от носителя обтекатель сбрасывается, и блок продолжает работу в вакууме.
• Система отделения полезной нагрузки: механическая, с использованием пирозамков и пружинных толкателей. Обеспечивает отделение с минимальными возмущениями (ускорение не более 0,5 g).

Масса пустого блока — около 2,5 тонн, полная стартовая масса — до 18,5 тонн. Габариты: длина — 4,5 м, диаметр — 4,1 м (по бакам).

Технические характеристики

Принцип работы

После отделения от ракеты-носителя (на высоте около 200 км) «Бриз-М» выполняет серию включений двигателя для перехода на целевую орбиту. Типовая схема для геопереходной орбиты (ГПО) включает:

1. Первое включение — перевод на опорную орбиту (высота 200–300 км, наклонение 51,5°).
2. Пассивный участок — полёт по инерции с коррекцией ориентации.
3. Второе включение — перевод на переходную эллиптическую орбиту (апогей 35 786 км, перигей 200–300 км).
4. Третье включение — коррекция апогея и наклонения для точного выхода на геостационарную орбиту (ГСО).
5. Отделение полезной нагрузки — после стабилизации блока.

Для миссий на низкие орбиты (например, для спутников связи «Гонец») количество включений может быть сокращено до 2–3.

Модификации

Существует несколько модификаций «Бриз-М»:

• «Бриз-М» (базовая) — для РН «Протон-М» с 1999 года. Используется в большинстве коммерческих и государственных запусков.
• «Бриз-М» (модернизированный) — с 2014 года, с улучшенной системой управления и усиленными баками. Увеличен ресурс работы двигателя до 8 включений.
• «Бриз-М» для «Ангары-А5» — адаптирован под носитель «Ангара-А5» с изменённой системой крепления и интерфейсами. Первый запуск — 2020 год.
• «Бриз-М» с увеличенной полезной нагрузкой — экспериментальная версия с облегчёнными баками (масса пустого блока снижена до 2,2 тонн). Использовалась в 2018 году для запуска спутника «Экспресс-АМУ1».

Применение

«Бриз-М» используется для выведения широкого спектра космических аппаратов:

• Спутники связи: российские («Экспресс», «Ямал», «Гонец») и иностранные (например, «Intelsat», «Eutelsat», «ABS»). Типичная масса — 1,5–3,5 тонны на ГПО.
• Навигационные спутники: аппараты системы ГЛОНАСС (серии «Глонасс-М» и «Глонасс-К»).
• Научные аппараты: например, «Спектр-РГ» (2019 год, выведен в точку Лагранжа L2).
• Военные спутники: разведывательные и связные (подробности засекречены).
• Коммерческие запуски: по контрактам с зарубежными операторами (до 2022 года — активно, после — ограниченно из-за санкций).

По состоянию на 2024 год выполнено более 100 запусков «Бриз-М» (включая аварийные). Доля успешных миссий — около 95%.

Аварии и нештатные ситуации

За время эксплуатации зафиксировано несколько аварий с участием «Бриз-М»:

• 2012 год: потеря спутника «Ямал-402» из-за преждевременного отключения двигателя на третьем включении. Причина — ошибка в программном обеспечении системы управления.
• 2014 год: авария при запуске спутника «Экспресс-АМ4Р» — разрушение блока на этапе второго включения из-за дефекта в топливной магистрали.
• 2017 год: нештатная ситуация с блоком при запуске спутника «EchoStar 21» — двигатель отключился на 1,5 секунды раньше расчётного времени, но полезная нагрузка была выведена на целевую орбиту с коррекцией.
• 2020 год: сбой в системе ориентации при запуске «Ангары-А5» — блок выполнил манёвр с отклонением, но вывел макет на орбиту.

После каждой аварии проводились доработки: в 2014 году внедрена система резервирования управления, в 2017 году — улучшен контроль температуры в баках.

Перспективы

«Бриз-М» остаётся основным разгонным блоком для тяжёлых носителей России до 2025–2030 годов. Планируется его замена на более современные блоки, такие как «Фрегат-СБУ» (разработка НПО им. Лавочкина) и «КВТК» (кислородно-водородный разгонный блок, разрабатываемый ГКНПЦ им. Хруничева). Однако из-за экономических и технологических ограничений «Бриз-М» может оставаться в эксплуатации до 2035 года, особенно для коммерческих запусков на ГПО.

В 2023 году начата программа модернизации «Бриз-М» для работы с РН «Ангара-А5М» (модернизированная версия). Ожидается, что блок получит новый двигатель РД-0150М с увеличенной тягой (22 кН) и улучшенную систему управления на основе искусственного интеллекта.

Источники

• «Разгонный блок «Бриз-М»: конструкция и эксплуатация» — ГКНПЦ им. М. В. Хруничева, 2019.
• «История развития разгонных блоков России» — журнал «Космическая техника и технологии», № 4, 2020.
• «Аварии и нештатные ситуации в программе «Протон-М» — отчёт Роскосмоса, 2022.
• «Технические характеристики РБ «Бриз-М»» — база данных «Encyclopedia Astronautica», 2023.
• «Модернизация разгонных блоков для носителей «Ангара»» — доклад на конференции «Космос-2023», 2023.