Какими бывают тяжёлые российские ракеты

Не «Союзом» единым: отвечаем на главные вопросы о классах российских ракет-носителей.

Материал подготовлен при поддержке Роскосмоса

Россия уже больше 60 лет совершает пилотируемые полёты в космос. Обычно для отправки космонавтов используют «Союзы», но это не единственные ракеты в отечественном арсенале. Как и на Земле, для доставки грузов на орбиту применяют грузовики — тяжёлые ракеты-носители «Протон» и «Ангара».

Да. Все ракеты можно разделить на категории — например, по типу двигателей, количеству и расположению ступеней. Каждая ступень — сама по себе как отдельная ракета со своими двигателями, в некоторых ракетах (например, SpaceX) они способны возвращаться на Землю.

Но одна из самых общих характеристик — масса полезной нагрузки. Когда ракету-носитель называют «тяжёлой», то речь идёт не о её собственном весе, а о том, сколько груза она может вывести на низкую опорную орбиту, не считая себя самой и топлива.

Деление на классы по «весу» довольно условное, и с развитием технологий границы немного сдвигаются. Сейчас по массе выводимой полезной нагрузки все ракеты разделяют на четыре класса:

• Лёгкие. Способны вывести на низкую опорную орбиту (орбита для космических аппаратов околоземного пространства) грузы массой до 5 тонн. Первой ракетой-носителем лёгкого класса считают советский «Спутник», который вывел на орбиту первый искусственный аппарат массой 1,3 тонны. Ракеты лёгкого класса до сих пор используют для вывода в космос небольших спутников, например для геологоразведки и связи.
• Средние. Могут вывести на орбиту от 5 до 20 тонн груза. К среднему классу относятся, в частности, ракеты семейства «Союз», которые доставляют космонавтов и астронавтов на Международную космическую станцию.
• Тяжёлые. Выводят на орбиту от 20 до 50 тонн. К тяжёлому классу относятся «Протон-М», китайская «Чанчжэн-5», а также Falcon 9 от SpaceX. Обычно под тяжёлым классом понимают космические грузовики, но иногда они могут доставить на орбиту и людей.
• Сверхтяжёлые. Могут вывести на орбиту свыше 50 тонн груза, но пока не применяются. Сверхтяжёлые ракеты обычно нужны для выведения более массивной ПН на более дальние от Земли расстояния или отправки людей за пределы земной орбиты. Например, в 20-м веке США использовали ракету-носитель «Сатурн-5» для своей лунной программы, а в СССР создали РН «Энергия». Однако сейчас единственной ракетой сверхтяжёлого класса остаётся Falcon Heavy от SpaceX — она может доставить на орбиту до 63,8 тонн груза при пуске без возвращения ступеней.

Все ракеты пускают со стартовых площадок на космодромах. Платформы не универсальны: каждому носителю нужна индивидуальная инфраструктура и обслуживание.

«Протоны» исторически стартуют только с Байконура: там ещё в 60-х подготовили для этого всю необходимую базу, которую слишком затратно переносить куда-то ещё. Ракеты прибывают на космодром в разобранном виде, затем блоки собирают в монтажно-испытательном корпусе незадолго до пуска. После сборки её доставляют на стартовую площадку, чтобы заправить и проверить последний раз перед пуском.

«Ангара» может взлетать пока только с космодрома Плесецк, но в скором времени пускать ракету-носитель будут и с Восточного.

«Протон» и «Ангара» — очень разные ракеты-носители. В первую очередь, они отличаются конструкцией: «Ангара» ниже (55,2 метра против 58,2 метра), но чуть шире (8,8 метра против 7,4 метра).

У обеих ракет по три ступени, но у «Ангары» меньше двигателей — семь, против двенадцати у «Протона». А ещё в перспективе с новой водородной ступенью она сможет выводить на орбиту более 35 тонн полезной нагрузки против 22,4 тонн у «Протона».

«Ангару» изначально создавали на замену эксплуатирующемуся с конца 60-х годов прошлого века «Протону». В основу конструкции был заложен принцип «модульности». В зависимости от количества модулей в составе ракеты можно варьировать грузоподъемность и, соответственно, класс РН: от лёгкого до тяжелого. Это упрощает производство и конструкцию, а также делает легче доставку ракеты до стартовой площадки.

Топливо эти ракеты также используют разное. «Протоны» всегда летали на гептиле (несимметричный диметилгидразин) — опасном и токсичном веществе, которое, если не соблюдать соответствующих мер безопасности, может вызвать отравление. Для «Ангары» предусмотрена более экологичная топливная пара — керосин и жидкий кислород, они не загрязняют прилегающие к космодрому территории и места падения отработавших ступеней.

Изначально «Протон» носил название «универсальная ракета» (УР) и проектировался для военных нужд: в СССР хотели выводить на орбиту боеголовки массой в несколько десятков мегатонн.

В Конструкторском бюро №52 Владимира Челомея собирались создать целое семейство ракет разного назначения и классов, но в итоге в эксплуатации остались лишь несколько из них, включая УР-500, которые затем модифицировали и назвали «Протонами». Они стали основой сначала советской, а потом и российской космической отрасли: на различных модификациях «Протона» вывели на орбиту все отечественные модули орбитальных станций «Салют», «Мир» и МКС.

В каком-то смысле «Ангара» — это возрождение идеи ОКБ-52 о семействе многоцелевых ракет. Как и в случае с «Протонами», главным заказчиком ракеты выступило Минобороны РФ.

Но ракету будут использовать и в гражданских целях — для этого «Ангару» модифицируют под пуск пилотируемых кораблей («Ангара-А5П»), а также планируют использовать для запусков государственных и коммерческих спутников, аппаратов для исследования Луны и дальнего космоса. Увеличенная грузоподъёмность позволит выводить более мощные и совершенные аппараты для исследований.

Другая важная деталь: «Ангара» — первая исключительно российская ракета, которую будут производить, собирать и пускать на территории РФ («Протоны», напомним, взлетают только из Казахстана). Это в перспективе (договор аренды Байконура с Республикой Казахстан действует до 2050 года) позволит России избавиться от затрат на финансирование и содержание космодрома в соседней стране и сфокусироваться на собственных проектах.

«Протон» — одна из самых надёжных ракет не только для России, но и в истории космонавтики в целом. Первый пуск её состоялся в 1965 году, а за всё время эксплуатации их было проведено более 400. При этом большая часть аварийных стартов пришлась на первые, испытательные пуски, проходившие в 60–70-х годах. Сейчас надёжность носителя не ниже, а то и выше, чем у его более молодых конкурентов (95,5 % успешных пусков без учета аварий разгонных блоков). Для сравнения — на счету Falcon 9 от SpaceX 124 пуска с двумя авариями, а европейская Ariane 5 прошла 109 стартов с 5 неудачами.

«Протон» до сих пор остаётся востребованной ракетой на мировом рынке: его нередко используют для выведения коммерческих спутников. Он продолжает успешно конкурировать с иностранными носителями: например, Viasat выбрала «Протон» вместо более дорогой европейской ракеты Ariane 5. Даже в 2021 году «Протон» превосходит многие тяжёлые ракеты-носители либо по грузоподъёмности, либо по стоимости вывода груза на орбиту, в том числе это относится к Ariane 5 и Delta IV Heavy.

Единственным сопоставимым конкурентом «Протона» по комплексу экономических и технических параметров остаётся Falcon 9, но на нём не предусмотрено использование дополнительного разгонного блока (такого как «Бриз-М» на «Протоне»), способного максимально точно вывести полезную нагрузку на заданную орбиту. Аналогичная возможность предусмотрена и на ракете-носителе «Ангара».

У «Ангары» пока не было возможности себя показать: ракета всё ещё находится в стадии испытаний и взлетала лишь дважды за последние шесть лет (оба старта прошли успешно). Всё должно измениться к 2022 году, когда начнётся её серийное производство.

Вероятно, в ближайшие годы Роскосмос выведет «Протоны» из эксплуатации. Ракета уже давно служит «рабочей лошадкой» мировой космонавтике, но, увы, может летать только с Байконура. В ближайшее время Казахстан будет усиливать требования по экологичности российских средств выведения — из-за этого эксплуатация «Протона» завершится к 2025 году.

К этому времени Роскосмос наладит серийное производство «Ангары-А5» и сможет занять собственную нишу на рынке космических пусков (в том числе благодаря модульной конструкции ракеты-носителя). Но перед тем, как это произойдёт, ракете предстоит доказать свою надёжность ещё в нескольких испытательных пусках.