Универсальный ракетный модуль

Универсальный ракетный модуль (сокр. УРМ) — это семейство типовых унифицированных составных частей (ступеней) ракет-носителей, разработанных в рамках программы создания ракетного комплекса «Ангара». УРМ представляет собой законченную конструкцию, включающую топливные баки, двигательную установку, систему управления и вспомогательные системы, которая может использоваться как в качестве первой (боковой или центральной), так и второй ступени ракеты-носителя в зависимости от компоновки.

История создания

Разработка универсального ракетного модуля началась в 1990-х годах в Государственном космическом научно-производственном центре имени М. В. Хруничева (ГКНПЦ им. Хруничева). Основной предпосылкой для создания УРМ стало стремление заменить устаревшие и экологически опасные ракеты-носители «Протон-М» (использующие гептил) на более современные, модульные и экологически чистые носители.

Проект «Ангара» был официально начат в 1994 году, однако из-за экономических трудностей 1990-х годов и последующего реформирования космической отрасли работы велись с перерывами. Первый лётный образец УРМ был изготовлен к 2014 году. Первый пуск ракеты-носителя «Ангара-1.2ПП» (лёгкий класс, состоящий из одного УРМ) состоялся 9 июля 2014 года с космодрома Плесецк. Второй пуск — 23 декабря 2014 года, когда была запущена тяжёлая ракета «Ангара-А5» (состоящая из трёх боковых УРМ, одного центрального УРМ и разгонного блока). В 2020-х годах программа вышла на этап серийного производства и регулярных пусков.

Конструкция и характеристики

Универсальный ракетный модуль представляет собой цилиндрический корпус диаметром 2,9 метра и длиной около 25 метров. Масса заправленного модуля — около 150 тонн (в зависимости от модификации). Корпус изготавливается из алюминиево-магниевых сплавов с применением сварных и клёпаных соединений.

Основные элементы УРМ

• Топливные баки: баки окислителя (жидкий кислород, O₂) и горючего (керосин РГ-1) расположены последовательно, разделены межбаковым отсеком. Баки выполнены несущими, то есть воспринимают нагрузки от всей конструкции.
• Двигательная установка: на УРМ устанавливается один жидкостный ракетный двигатель РД-191, разработанный НПО «Энергомаш» имени В. П. Глушко. Двигатель работает на компонентах «жидкий кислород + керосин» и имеет тягу в вакууме около 212 тонн-сил (2,08 МН). РД-191 является однокамерным модификацией двигателя РД-171, используемого на ракетах «Зенит».
• Система управления: включает в себя бортовой вычислительный комплекс, инерциальную навигационную систему, а также исполнительные органы (рулевые машинки, сопла управления). Система управления обеспечивает стабилизацию полёта, коррекцию траектории и отделение ступеней.
• Система разделения: для отделения отработавших УРМ (боковых блоков, первой ступени) используются пиротехнические замки и пружинные толкатели. Разделение происходит в два этапа: сначала срабатывают замки, затем пружины отталкивают модуль от остальной ракеты.
• Вспомогательные системы: система наддува баков (газификация кислорода и керосина), система термостатирования, система аварийной защиты двигателя, система сброса остатков топлива.

Типы УРМ

В зависимости от назначения и места в составе ракеты-носителя выделяют несколько модификаций УРМ:

• УРМ-1: боковой модуль (используется в первой ступени тяжёлых вариантов «Ангара-А5» и «Ангара-А5В»). Оборудован аэродинамическими стабилизаторами (решетчатыми рулями) для управления по крену и тангажу.
• УРМ-2: центральный модуль (вторая ступень для тяжёлых вариантов и первая ступень для лёгких «Ангара-1.2»). Отличается от УРМ-1 отсутствием аэродинамических рулей и несколько иной конфигурацией системы управления.
• УРМ-3: модификация для ракет-носителей среднего класса (например, «Ангара-А3»). Отличается укороченной длиной и уменьшенной массой топлива.

Применение

Универсальные ракетные модули используются в составе семейства ракет-носителей «Ангара»:

• «Ангара-1.2» (лёгкий класс) — состоит из одного УРМ-2 (первая ступень) и разгонного блока «Бриз-М» или «УРМ-2» (вторая ступень). Выводит на низкую опорную орбиту (НОО) до 3,5 тонн полезной нагрузки.
• «Ангара-А3» (средний класс) — состоит из трёх боковых УРМ-1 и одного центрального УРМ-2 (первая ступень) и разгонного блока. Выводит на НОО до 7,5 тонн. Проект находится в стадии разработки.
• «Ангара-А5» (тяжёлый класс) — состоит из четырёх УРМ-1 (боковые блоки) и одного УРМ-2 (центральный блок) в первой ступени, а также разгонного блока «Бриз-М» или «КВТК» (кислородно-водородный разгонный блок). Выводит на НОО до 24,5 тонн, на геостационарную орбиту (ГСО) — до 3,5 тонн (с разгонным блоком «Бриз-М»).
• «Ангара-А5В» (тяжёлый класс повышенной грузоподъёмности) — модификация с увеличенным до 37 тонн выводимым грузом на НОО за счёт использования кислородно-водородной третьей ступени. Планируется к запуску после 2025 года.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Унификация: использование одного типового модуля для разных типов ракет-носителей (лёгкого, среднего, тяжёлого классов) позволяет снизить стоимость производства, сократить номенклатуру деталей и упростить логистику.
• Экологичность: компоненты топлива (жидкий кислород и керосин) значительно менее токсичны, чем гептил (несимметричный диметилгидразин), используемый в ракетах «Протон».
• Модульность: возможность сборки ракет различной конфигурации на одном заводе, что повышает гибкость производства и позволяет быстро адаптироваться под конкретные задачи.
• Надёжность: двигатель РД-191 имеет высокий ресурс (до 10 включений в полёте) и подтверждённую многолетними испытаниями надёжность.

Недостатки

• Сложность сборки и транспортировки: УРМ имеют большие габариты (длина 25 метров, диаметр 2,9 метра), что требует специальных транспортных средств и железнодорожных платформ для доставки на космодром.
• Зависимость от одного двигателя: на каждом УРМ установлен только один двигатель РД-191, что при отказе двигателя на боковом блоке может привести к несимметричной тяге и потере ракеты. В конструкции «Протона» используются многокамерные двигатели, что обеспечивает частичную резервированность.
• Ограниченная грузоподъёмность: по сравнению с зарубежными аналогами (например, Falcon 9 от SpaceX) «Ангара-А5» имеет меньшую полезную нагрузку при большей стартовой массе, что связано с использованием менее эффективного керосина вместо метана или водорода.

Перспективы развития

В 2020-х годах ГКНПЦ им. Хруничева ведёт работы по модернизации УРМ. В частности, разрабатывается версия УРМ с увеличенным диаметром (до 3,6 метра) для ракет-носителей сверхтяжёлого класса. Также рассматривается возможность использования УРМ в составе многоразовых ракетных систем, хотя на данный момент модули являются одноразовыми.

Кроме того, УРМ может быть адаптирован для использования в качестве первой ступени перспективных ракет-носителей среднего класса, таких как «Союз-5» (Иртыш), однако на 2024 год проект «Ангара» остаётся основным носителем для запусков с космодрома «Восточный» и Плесецк.

Интересные факты

• Первый пуск «Ангары-А5» (23 декабря 2014 года) был признан частично успешным: разгонный блок «Бриз-М» вывел макет полезной нагрузки на орбиту, но из-за сбоя в системе управления он был выведен на более низкую, чем расчётная, орбиту.
• В 2021 году была запущена «Ангара-А5» с разгонным блоком «Персей» (модификация «Бриз-М»), которая успешно вывела на геостационарную орбиту спутник «Электро-Л» № 3.
• В 2023 году началось серийное производство УРМ на Омском заводе «Полет» (филиал ГКНПЦ им. Хруничева). Планируется выпуск до 10 модулей в год.
• УРМ является одним из самых крупных унифицированных ракетных модулей в мире по диаметру (2,9 метра) среди носителей, использующих керосин-кислородное топливо.

Источники

• «Ракета-носитель „Ангара“» — официальный сайт ГКНПЦ им. М. В. Хруничева.
• «Универсальный ракетный модуль: конструкция и характеристики» — журнал «Космическая техника и технологии», 2015.
• «История создания семейства ракет-носителей „Ангара“» — сборник докладов конференции «Космонавтика XXI века», 2018.
• «РД-191: двигатель для УРМ» — технический отчёт НПО «Энергомаш», 2012.
• «Ангара-А5: первый полёт» — статья в журнале «Новости космонавтики», № 2, 2015.