Вулкан (ракета-носитель)

Вулкан (Vulcan Centaur) — американская двухступенчатая ракета-носитель среднего и тяжёлого класса, разрабатываемая компанией United Launch Alliance (ULA). Предназначена для выведения полезных грузов на низкую опорную (НОО), геопереходную (ГПО) и геостационарную (ГСО) орбиты, а также для межпланетных миссий. «Вулкан» призван заменить устаревшие ракеты Atlas V и Delta IV, а также составить конкуренцию частным разработкам, в первую очередь Falcon 9 компании SpaceX. Первый пуск ракеты состоялся 8 января 2024 года.

История создания

Предпосылки

United Launch Alliance (ULA) была образована в 2006 году как совместное предприятие Lockheed Martin и Boeing, объединившее их линейки ракет-носителей Atlas V и Delta IV. К началу 2010-х годов обе эти ракеты столкнулись с рядом проблем. Atlas V использовала российские двигатели РД-180, что после событий 2014 года стало политически неприемлемым для военных и разведывательных запусков США. Delta IV, хотя и была полностью американской, отличалась чрезвычайно высокой стоимостью (до 400 млн долларов за пуск). Кроме того, обе ракеты не могли конкурировать по цене с многоразовой Falcon 9 от SpaceX, которая начала доминировать на рынке коммерческих пусков.

Разработка

В 2014 году Министерство обороны США объявило конкурс на разработку нового ракетного двигателя, не зависящего от российских поставок. ULA, не желая терять контракты на запуски национальной безопасности, приступила к проектированию ракеты-носителя нового поколения. В апреле 2015 года проект получил название «Вулкан». Основными требованиями стали: использование американского двигателя на первой ступени, снижение стоимости пуска по сравнению с Atlas V и Delta IV, а также возможность частичного многоразового использования первой ступени.

В 2018 году ULA выбрала в качестве основного двигателя BE-4, разрабатываемый компанией Blue Origin. Двигатель работает на сжиженном природном газе (метане) и жидком кислороде. Параллельно рассматривался вариант с двигателем AR-1 от Aerojet Rocketdyne, но BE-4 был признан более перспективным. Разработка затянулась из-за сложностей с доводкой BE-4, что привело к переносу первого пуска с 2019 на 2024 год.

Первый полёт

Первый запуск «Вулкана» состоялся 8 января 2024 года с космодрома на мысе Канаверал (стартовый комплекс SLC-41). Ракета вывела на орбиту два основных груза: лунный посадочный модуль Peregrine компании Astrobotic Technology (в рамках программы NASA Commercial Lunar Payload Services) и экспериментальный аппарат Celestis Memorial Spaceflights с капсулами памяти. Миссия была признана частично успешной: хотя выведение на орбиту прошло штатно, у модуля Peregrine вскоре после отделения возникла нештатная ситуация с утечкой топлива, что помешало запланированной посадке на Луну.

Конструкция

Первая ступень

Первая ступень ракеты «Вулкан» оснащается двумя двигателями BE-4. Каждый двигатель развивает тягу около 2400 кН на уровне моря. Ступень имеет диаметр 5,4 метра и изготавливается из алюминиево-литиевого сплава. В качестве топлива используется сжиженный природный газ (метан), окислитель — жидкий кислород. Метан выбран из-за его меньшей склонности к коксованию (образованию нагара) по сравнению с керосином, что упрощает создание многоразового двигателя.

Первая ступень проектируется с возможностью многоразового использования. После отделения она должна совершать посадку на парашютах с последующим захватом вертолётом в воздухе (схема, аналогичная той, что использовалась для возврата обтекателей ракет Falcon 9). Однако на момент первого пуска система возврата не была реализована; ступень была одноразовой. В перспективе ULA планирует отработать технологию повторного использования, что должно снизить стоимость пуска.

Вторая ступень (Centaur V)

Вторая ступень «Вулкана» — это модернизированная версия криогенной ступени Centaur, известной по ракетам Atlas V. Centaur V имеет увеличенный диаметр (5,4 метра против 4,3 метра у предыдущих версий) и более длинные баки. Она оснащается двумя двигателями RL10C-X-1 производства Aerojet Rocketdyne, работающими на жидком водороде и жидком кислороде. Двигатели обеспечивают многократное включение, что позволяет выполнять сложные манёвры по выведению на разные орбиты.

Головной обтекатель

Головной обтекатель изготавливается из композитных материалов и имеет диаметр 5,4 метра. Доступны два варианта длины: стандартный (SHORT) и удлинённый (LONG). Обтекатель защищает полезный груз от аэродинамических нагрузок и нагрева при прохождении плотных слоёв атмосферы.

Твердотопливные ускорители

Для увеличения грузоподъёмности «Вулкан» может оснащаться от 0 до 6 твердотопливных ускорителей GEM-63XL производства Northrop Grumman. Ускорители крепятся по бокам первой ступени. Каждый ускоритель развивает тягу около 1600 кН и работает около 90 секунд. Конфигурация с ускорителями позволяет выводить более тяжёлые грузы на высокие орбиты.

Модификации

Vulcan Centaur (базовая)

Базовая версия без боковых ускорителей. Предназначена для выведения грузов средней массы на НОО и ГПО.

Vulcan Centaur с ускорителями

Версии с 2, 4 или 6 ускорителями GEM-63XL. Максимальная грузоподъёмность достигается в конфигурации VC6 (6 ускорителей). По расчётам ULA, такая версия способна выводить до 27 тонн на НОО и до 15 тонн на ГПО.

Vulcan Heavy (перспективная)

Планируемая трёхступенчатая версия с тремя первыми ступенями, соединёнными параллельно (аналогично Delta IV Heavy). Ожидается, что грузоподъёмность Vulcan Heavy составит до 50 тонн на НОО, что позволит использовать её для пилотируемых миссий к Луне и Марсу. Однако на момент первого пуска разработка этой модификации не была завершена.

Характеристики

Применение

Военные и правительственные запуски

«Вулкан» разрабатывался в первую очередь для выполнения контрактов Министерства обороны США и Национального разведывательного управления (NRO). Ракета сертифицирована для запусков спутников национальной безопасности (National Security Space Launch, NSSL). ULA имеет долгосрочный контракт на 60% таких запусков на период до 2027 года.

Коммерческие запуски

Ракета также предлагается для коммерческих заказчиков. Первым коммерческим грузом стал модуль Peregrine. В портфеле заказов ULA — запуски спутников связи, включая проекты Amazon Kuiper (конкурирующая группировка спутникового интернета). Однако из-за высокой стоимости по сравнению с Falcon 9 коммерческий рынок для «Вулкана» остаётся ограниченным.

Межпланетные миссии

Благодаря высокой энергетике второй ступени Centaur V, «Вулкан» может использоваться для отправки зондов к другим планетам. В частности, рассматривается его применение для миссий NASA к Марсу и внешним планетам.

Критика и проблемы

Задержки и перерасход средств

Разработка «Вулкана» затянулась почти на 10 лет по сравнению с первоначальными планами. Основной причиной стали проблемы с двигателем BE-4 от Blue Origin. Задержки привели к тому, что ULA потеряла часть контрактов в пользу SpaceX, которая к моменту первого пуска «Вулкана» уже выполнила сотни успешных запусков Falcon 9.

Отсутствие многоразовости

Хотя ULA заявляет о планах по возврату первой ступени, на практике система многоразового использования ещё не реализована. Это делает «Вулкан» одноразовой ракетой, что в долгосрочной перспективе ставит её в невыгодное положение по сравнению с многоразовыми носителями конкурентов.

Зависимость от Blue Origin

Использование двигателя BE-4, производимого другой компанией, создаёт риски для ULA. Blue Origin сама разрабатывает тяжёлую ракету New Glenn, которая будет использовать те же двигатели. В случае приоритетного обеспечения собственных нужд Blue Origin, поставки BE-4 для ULA могут задерживаться.

Конкуренция с SpaceX

На момент первого пуска «Вулкана» SpaceX уже доминировала на рынке коммерческих и правительственных запусков. Falcon 9 и Falcon Heavy предлагают сопоставимые или лучшие характеристики при значительно более низкой цене (около 60–90 млн долларов за пуск Falcon 9). ULA пытается компенсировать это за счёт контрактов на национальную безопасность, где цена не является единственным критерием.

Перспективы

Дальнейшая судьба «Вулкана» зависит от успешного выполнения программы полётов и внедрения многоразовости. ULA планирует провести не менее 10–15 пусков в год, начиная с 2025 года. Ракета должна стать основой космической программы США для военных и гражданских нужд, но её коммерческий успех остаётся под вопросом из-за конкуренции. В случае неудачи с многоразовостью «Вулкан» может повторить судьбу Delta IV — стать дорогим, но надёжным носителем для ограниченного круга задач.

Источники

• United Launch Alliance. Vulcan Centaur User’s Guide. 2023.
• SpaceX. Falcon 9 Launch Vehicle User’s Guide. 2022.
• NASA. Commercial Lunar Payload Services (CLPS) Overview. 2024.
• SpaceNews. «ULA’s Vulcan rocket launches on maiden flight». 8 января 2024.
• Ars Technica. «The long road to Vulcan: ULA’s new rocket finally flies». 2024.