Т.Варфоломеев,
специально для «Новостей космонавтики»

   Предлагаем вниманию читателей краткое техническое описание ракеты-носителя «Союз-У», которая была использована для запуска спутника «Фотон М1» 15 октября.

   Трехступенчатая РН «Союз-У» (11А511У) среднего класса служит для выведения на низкие круговые и эллиптические орбиты КА различного класса и типов, как автоматических, так и пилотируемых. Ее стартовые комплексы расположены на космодромах Плесецк и Байконур. РН «Союз-У», вместе с ее более поздними модификациями 11А511У-ПВБ (пожаровзрывобезопасная), 11А511У/50КС (с разгонным блоком (РБ) «Икар»), 11А511У/РБФ (с РБ «Фрегат»), 11А511У-2 (с использованием синтетического горючего «циклин» на второй ступени) и 11А511У-ФГ (с усовершенствованными форсуночными головками на двигателе второй ступени), является самой массовой из всех модификаций РН, созданных на базе МБР Р-7 и Р-7А. К настоящему времени запущено 713 РН серии 11А511У 1 (без учета 11А511У-2 и 11А511У-ФГ) при 18 аварийных пусках (еще один был частично успешным), октябрьская авария стала 19-й. Надежность РН 11А511У и ее модификаций составляет 97.5%. Очень немногие носители мира имеют столь высокие показатели надежности, если брать в расчет весь период эксплуатации, начиная с первого пуска.
   Разработанная в Филиале №3 ЦКБЭМ (так до 1974 г. назывался Самарский ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс») на базе предыдущих вариантов Р-7А, таких как 11А57, 11А511 и 11А511М, РН «Союз-У» повторяет конструктивно-компоновочную схему всех «семерок».
   Первая и вторая ступени соединены параллельно в «пакет», имеющий собственное обозначение 11С59 и состоящий из четырех боковых блоков 11С59Б, 11С59В, 11С59Г, 11С59Д и центрального блока 11С59А. При старте весь пакет 11С59 играет роль первой ступени, а после отделения боковых блоков, примерно в момент Т+118 сек после старта, центральный блок 11С59А продолжает полет до момента времени Т+285 сек, выполняя тем самым роль второй ступени (времена отделения блоков несколько отличаются для различных модификаций и мест старта).
   В хвостовых отсеках всех блоков пакета установлены 4-камерные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) открытого цикла, работающие на компонентах «жидкий кислород и керосин Т-1» с подачей от турбонасосного агрегата (ТНА). Каждый боковой блок оснащен ЖРД 11Д512 (модификация РД-107), а центральный блок – 11Д511 (модификация РД-108). Оба двигателя разработаны КБ «Энергомаш» в 1971–73 гг. на базе более ранних вариантов двигателей РД-107/108, 8Д728 и 8Д727 соответственно. Двигатель бокового блока состоит из четырех основных неподвижных камер сгорания и двух небольших качающихся рулевых камер для управления полетом на участке работы первой ступени. Двигатель центрального блока, помимо четырех основных камер, имеет и четыре рулевые камеры для управления полетом на участке работы второй ступени. Привод турбонасосного агрегата осуществляется парогазом, получаемым каталитическим разложением концентрированной (82%) перекиси водорода.
   Инерциальная система управления (СУ) РН на участке полета первой и второй ступеней расположена в приборном отсеке на вершине центрального блока 11С59А. В отличие от СУ предыдущих РН – 11А57, 11А511 и 11А511М, СУ 11А511У выполнена на более совершенной для того времени элементной базе, что позволило сделать ее более компактной и существенно уменьшить объем и массу приборного отсека блока 11С59. При отклонении (по какой-либо причине) траектории полета от расчетной более чем на 7° система выдает команду на автоматическое выключение двигателей 2 (АВД).

   При падении тяги ЖРД одного из боковых блоков более чем на 75% в полете происходит самопроизвольный отрыв дефектного бокового блока от пакета из-за нерасчетных нагрузок. Несколько таких аварий произошло в 1960-е гг. с носителями 8К72, 8К72К, 8А92 и 11А57.
   Третья ступень, 11С510 (блок И), соединяется с пакетом 11С59 по схеме «тандем», т.е. последовательно с помощью переходной ферменной конструкции. Ступень имеет собственную СУ и оснащена 4-камерным ЖРД 11Д55 (РД-0110), разработанным КБХА (г.Воронеж). Третья ступень работает до момента примерно Т+530 сек, до достижения заданной скорости. Через 3 сек после отсечки ДУ 3-й ступени происходит отделение КА.
   На третьей ступени размещается головной блок (ГБ), технологически включающий в себя цилиндрический переходник (для КА, созданных на базе спутников «Зенит», каковыми являются «Бион», «Фотон», серия «Ресурс-Ф»), полезный груз (ПГ) и сборочно-защитный блок (СЗБ), который сбрасывается на участке полета второй ступени примерно в момент Т+161…164 сек. СЗБ для спутников серии «Ресурс-Ф» имеет индекс 11С514, для спутников «Бион», «Фотон», «Фотон-М» – 11С518.
   Ракета серии «Союз-У» является не только самым массовым в мире, но и самым универсальным носителем – с ее помощью выводились и выводятся на орбиты пилотируемые корабли серий «Союз», «Союз-Т», -ТМ, -ТМА, грузовые корабли серии «Прогресс», «Прогресс М/М1» и другие КА на их базе, научные, народнохозяйственные и прикладные спутники, как по отечественным, так и по международным программам, а также КА в интересах Министерства обороны – спутники фото- и оптико-электронной разведки т.н. 3-го, 4-го, 5-го и 6-го поколений. Для всех этих аппаратов разработаны определенные СЗБ, включая ГБ с двигательными установками системы аварийного спасения (ДУ САС) пилотируемых кораблей.
   После катастрофы ракеты 8А92М на космодроме Плесецк 18 марта 1980 г. все РН на базе Р-7А были модифицированы с целью повышения их пожаровзрывобезопасности. Модификации коснулись некоторых элементов хвостовых отсеков, но главным образом стартового оборудования и правил предстартовой подготовки. Ракеты получили к своему обозначению добавку «ПВБ» (пожаровзрывобезопасная); например, полное обозначение РН «Союз-У» стало 11А511У-ПВБ. Однако, поскольку к настоящему времени эксплуатируются только ПВБ-модификации, эти буквы в обозначении обычно не пишут.
   В августе 1996 г. был образован международный консорциум STARSEM по продвижению носителей серии 11А511У на международный рынок услуг по запуску КА. Несколько таких пусков консорциум STARSEM уже осуществил с модификациями РН 11А511У/50КС и 11А511У/РБФ. Ведутся переговоры о возможности запуска модифицированного варианта РН 11А511У с космодрома Куру.
   Производство носителей серии 11А511У осуществляет Самарский ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс».

Основные технические характеристики РН 11А511У (-ПВБ) (с СЗБ 11С514 /518)
Организация-разработчик	Филиал №3 ЦКБЭМ
Годы разработки	1969–1973
Изготовитель	МЗ «Прогресс»
Количество ступеней	3
Полная теоретическая длина, мм	44430
Длина РН:
– от днища ХО блока А до вершины ГБ, мм	43628
– без головного блока, мм	33883
Максимальный поперечный размер, мм	10303
Начальная масса: топлива
и вспомогательных компонентов, т	278.5
в т.ч.: – жидкий кислород, т	191.1
– керосин Т-1, т	78.5
– перекись водорода, т	7.1
– жидкий азот, т	1.8
– конструкции (без полезного груза), т	25.1
– полностью заправленной РН, т	309.9
Стартовая масса РН:
– с ПГ для орбиты с наклонением 82.5°, т	304.7
– без ПГ, т	298.4
– без ГБ, т	297.25
в т.ч.: топлива и вспомогательных компонентов, т	273.3
Номинальная тяга ДУ (на Земле), т (кН)	414.2 (4063)
Точность выведения:
– по периоду, с	+22
– по наклонению, угловые минуты	+6
– по высоте орбиты, км	10
Боковые блоки 1-й ступени
Обозначение	11С59Б/В/Г/Д
Полная теоретическая длина, мм	19825
Максимальный поперечный размер, мм	3820
Максимальный диаметр баков, мм	2680
Начальная масса: топлива и вспомогательных компонентов, т	161.1 (40.275х4)
в т.ч.: – жидкий кислород, т	110.7 (27.675х4)
– керосин Т-1, т	44.8 (11.2х4)
– перекись водорода, т	4.4 (1.1х4)
– жидкий азот, т	1.2 (0.3х4)
– конструкции, т	15.7 (3.915х4)
– полностью заправленных блоков, т	176.8 (44.2х4)
Стартовая масса:
– блоков, т	172.2 (43.05х4)
– топлива и вспомогат. компонентов, т	156.5 (39.125х4)
Двигательная установка	11Д512х4 (РД-107х4)
Номинальная тяга ДУ в режиме
главной ступени:
– на Земле, тс (кН)	83.7х4 (821х4)
– в вакууме, тс (кН)	101.9х4 (1000х4)
Время отделения блоков от момента «контакт подъема» («кп»), Т-0, с	117…118
Центральный блок 2-й ступени
Обозначение	11С59А
Полная теоретическая длина, мм	27765
Длина блока от днища ХО до верха
переходной рамы, мм	27138
Максимальный диаметр, мм	2950
Начальная масса: топлива и вспомогательных
компонентов, т	94.8
в т.ч.: – жидкий кислород, т	64.9
– керосин Т-1, т	26.6
– перекись водорода, т	2.7
– жидкий азот, т	0.6
– конструкции, т	6.7
– полностью заправленного блока, т	101.5
Стартовая масса:
– блока, т	100.9
– топлива и вспомогательных компонентов, т	94.2
Двигательная установка	11Д511 (РД-108)
Номинальная тяга в режиме главной ступени:
– на Земле, тс (кН)	79.4 (779)
– в вакууме, тс (кН)	99.7 (978)
Время отделения блока от момента «кп», Т-0, с	285…286
3-я ступень (Блок И)
Обозначение	11С510
Длина блока от нижнего шпангоута
до плоскости стыковки с ГБ, мм	6745
Диаметр баков, мм	2660
Наибольший поперечный размер, мм	2710
Масса: топлива, т	22.6
в т.ч.: – жидкий кислород, т	15.5
– керосин РГ-1, т	7.1
– конструкции, т	2.7
– суммарная стартовая, т	25.3
Двигательная установка	11Д55 (РД-0110)
Номинальная тяга в режиме главной
ступени в вакууме, тс (кН)	30.38 (298)
Время отделения хвостового отсека
блока И от момента «кп», Т-0, с	290…292
Время отсечки ДУ блока И от момента «кп», Т-0, с	520…530
Головной блок
Полная теоретическая длина, мм	9920
Масса головного блока с ПГ, кг	7450
Масса головного блока без ПГ, кг	1150
Переходник:
– длина, мм	2610
– диаметр, мм	2660
– масса, кг	310
Сборочно-защитный блок 11С514/518:
– теоретическая длина, мм	7310
– диаметр, мм	2700
– максимальный поперечный размер, мм	3050
– масса, кг	840
Максимальный ПГ для орбиты с наклонением 82.5°, кг	6300
Примечание. Технические данные приведены для РН 11А511У-ПВБ с КА на базе спутника типа «Зенит» массой не более 6300 кг при пуске на орбиту с наклонением 82.5° с космодрома Плесецк.

   Из истории
   создания
   РН 11А511У

   Весной 1969 г. Куйбышевский филиал ЦКБЭМ разработал эскизный проект принципиально нового спутника фоторазведки нового поколения «Янтарь-2К». В том же году встал вопрос и о РН для его запуска. К началу 1970-х годов в эксплуатации находилось несколько модификаций РН на базе Р-7А. Однако 11А511 запускала только пилотируемые корабли 7К-ОК «Союз», только с космодрома Байконур и только на орбиты с наклонением 51.5°. РН 11А57 запускала только спутники-фоторазведчики всех серий, существовавшие к тому времени, но ее ПГ не мог превышать 5900 кг.
   Для нового, более тяжелого спутника фоторазведки «Зенит-4МТ» пришлось использовать модификацию РН «Союз», получившую обозначение 11А511М и ранее разрабатывавшуюся для запуска военных кораблей 7К-ВИ. В конце 1969 г. в связи с началом работ по программе ДОС (будущая орбитальная станция «Салют») началась разработка транспортного варианта «Союза», корабля 7К-Т, а также работы над новым кораблем 7К-С.
   РН 11А511 требовала существенных модификаций под эти корабли. Для испытаний лунного модуля Т2К встал вопрос о разработке еще одной специальной модификации того же носителя – 11А511Л.

Основные технические характеристики двигателей РН 11А511У (-ПВБ)
Параметры	ДУ 1-й ступени	ДУ 2-й ступени	ДУ 3-й ступени
Параметры	Боковые блоки	Центральный блок	Блок И
	11С59Б/В/Г/Д	11С59А	11С510
Обозначение	11Д512х4	11Д511	11Д55
Организация-разработчик	КБ «Энергомаш»	КБ «Энергомаш»	ОКБ-156
Годы разработки	1971–1973	1971–1973	1963–1965
Изготовитель	ОАО «Моторостроитель»	ОАО «Моторостроитель»	Воронежский Мех. завод
Окислитель	Жидкий кислород	Жидкий кислород	Жидкий кислород
Горючее	Керосин Т-1	Керосин Т-1	Керосин РГ-1
Вспомогательные компоненты	H2O2 и N2	H2O2 и N2	–
Номинальная тяга:
– у Земли, тс (кН)	83.7 (821)	79.4 (779)	–
– в вакууме, тс (кН)	101.9 (1000)	99.7 (978)	30.38 (298)
Удельный импульс:
– у Земли, с (Нс/кг)	256 (2511)	250 (2453)	–
– в вакууме, с (Нс/кг)	314.5 (3085)	316 (3098)	326 (3195)
Давление в камере сгорания, ат (мПа)	59.7 (5.86)	54.6 (5.36)	69.5 (6.82)
Мощность ТНА, мВт	3.82	3.40	1.47
Время работы, с	120	290	250
Сухая масса, кг	1155	1250	408.5

   В этих условиях руководство Куйбышевского филиала во главе с Д.И.Козловым приняло решение о разработке унифицированного носителя, способного запускать КА разных типов и большей массы, как пилотируемые, так и автоматические, на орбиты с разными параметрами, и как с космодрома Байконур, так и с Плесецка. В конце 1969 г. работы над проектом такого нового унифицированного варианта носителя «Союз» – 11А511У – начались. Однако из-за постоянных изменений и уточнений в проектах КА серии «Янтарь», кораблей 7К-Т, 7К-С разработка двигалась медленно. Тем не менее окончательный вариант эскизного проекта был готов к концу 1971 г.; одновременно шло изготовление отдельных элементов и блоков нового носителя.
   В 1971 г. КБ «Энергомаш» получило задание от Куйбышевского филиала ЦКБЭМ на разработку модификаций двигателей РД-107/108 с повышенными характеристиками и надежностью для РН 11А511У. Двигатели получили обозначение 11Д512 и 11Д511 соответственно.
   27 декабря 1971 г. с космодрома Плесецк впервые стартовала РН серии «Союз» в модификации 11А511М со спутником «Зенит-4МТ» («Космос-470»). В ходе восьми пусков 11А511М в ее составе отрабатывались некоторые новые элементы и блоки РН 11А511У.
   Осенью 1972 г. началась сборка первых летных экземпляров РН 11А511У. Как раз в это время полным ходом шла подготовка программы ЭПАС. Масса корабля 7К-ТМ, готовившегося для этого полета, превышала 6600 кг, и он не мог быть выведен на расчетную орбиту существующим носителем 11А511. Летом 1972 г. Д.И.Козлов предложил использовать для запуска корабля 7К-ТМ по программе ЭПАС новый унифицированный носитель 11А511У. Предложение было принято в ноябре 1972 г. директором программы ЭПАС с советской стороны К.Д.Бушуевым. Нагрузки на корабль при этом увеличивались, и его конструкцию доработали под носитель 11А511У. Массу корабля стало возможно увеличить до 6790 кг.
   5 января 1973 г. вышло совместное Постановление ЦК КПСС и Совмина СССР № 25-8сс о закреплении разработки, конструкторского сопровождения и испытаний РН 11А511У за Филиалом №3 ЦКБЭМ, а ее изготовление – за Куйбышевским заводом «Прогресс».
   Первый испытательный пуск РН 11А511У состоялся 18 мая 1973 г. В этот день с космодрома Плесецк на орбиту был выведен КА «Зенит-4МК» («Космос-559»). А 3 апреля 1974 г. с Байконура на борту 11А511У стартовал на орбиту первый беспилотный корабль 7К-ТМ («Космос-638») по программе ЭПАС.

   Источники:
   1. Павутницкий Ю.В., Мазарченков В.А., Шиленков М.В., Герасимов А.Б. Отечественные ракеты-носители. СПб, 1996.
   2. Информационный бюллетень пресс-центра космодрома Плесецк. №33, 8 июня 1994.
   3. Информационный бюллетень пресс-центра космодрома Плесецк. №34, 9 июня 1994.
   4. Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П.Королева. От первого спутника до «Энергии-Бурана» и «Мира». М., 1994.
   5. Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П.Королева. 1946–1996. Под ред. Ю.П.Семенова. М., 1996.
   6. Современные отечественные ракеты-носители. CD-ROM. СПб, Мегарусс, 1997.
   7. Soyuz-STARSEM. Проспект консорциума. 1997.
   8. Ракеты-носители среднего класса. Проспект ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс». Самара, 2000.
   9. Сорокин В. Янтарная история // Новости космонавтики. Том 7, №18-19, 25 августа–21 сентября 1997.
   10. НПО «Энергомаш» им. академика В.П.Глушко. Проспект организации. 1998.
   11. Russian Aerospace Facilities: Energomash Scientific Production Association (NPO Energomash) named in honor of Valentin Glushko. ANSER's Center for International Aerospace Cooperation, Arlington, VA, 1996.
   12. Конструкторское бюро химавтоматики. Жидкостные ракетные двигатели. Проспект организации. Воронеж, 1997.
   13. Двигатели 1944–2000: Авиационные, ракетные, морские, промышленные. М., АКС-Конверсалт, 2000.