Авиация и космонавтика 1994 03-04

Все двигатели PH «Циклон» работают на самовоспламеняющихся компонентах ракетного топлива – азотном тетраоксиде и несимметричном диметилгидразине. Двигательные установки первой и второй ступеней состоят из маршевого (МД) и рулевого (РД) двигателей. Конструкция МД третьей ступени в зависимости от заданной схемы полета обеспечивает однократное или двукратное его включение. Управление полетом третьей ступени осуществляется с помощью восьми неподвижных выхлопных сопел газогенератора турбонасосного агрегата МД. На участке ее полета с выключенным МД управление ориентацией обеспечивается десятью ЖРД малой тяги. Чтобы обеспечить запуск МД в условиях невесомости, в топливном отсеке третьей ступени установлены специальные сетчатые разделители. А перед повторным запуском МД используется жидкостная реактивная система – блок обеспечения запуска, который создает продольное ускорение для перемещения топлива к заборным устройствам. Третья ступень стыкуется со второй с помощью специального переходника, к которому крепится и головной обтекатель.

«Циклон-3» выводит космические аппараты на заданные орбиты по «жестким» траекториям, параметры которых заложены в память системы управления в виде программ изменения скорости и угловой ориентации ракеты в зависимости от времени с момента старта. В полете система управления с помощью своих инерциальных измерителей определяет фактические значения параметров движения, сравнивает их с расчетными значениями и вырабатывает управляющие сигналы, с помощью которых изменяются текущие скорость и углы ориентации ракеты до их совпадения с расчетными. Необходимый набор программ полета по номинальным траекториям рассчитывается заранее и записывается в память бортовой аппаратуры при ее изготовлении. В ходе подготовки PH к пуску баллистиками космодрома составляется полетное задание, в котором указываются требуемая программа движения и настроечные параметры систем управления. Данные полетного задания записываются в память систем управления носителя на последних минутах предстартовой подготовки.

Стартует «Циклон-3» с неповоротной пусковой установки, после чего разворачивается вокруг продольной оси на заданный угол. Разделение первой и второй ступеней происходит по полугорячей схеме: РД второй ступени запускается до отделения первой, а МД – после отделения и ухода от первой ступени на безопасное расстояние. Головной обтекатель сбрасывается на участке работы второй ступени после прохождения плотных слоев атмосферы. Время функционирования первых двух ступеней не зависит от высоты конечной орбиты и выбирается исходя из расположения районов, выделенных для падения отделившихся ступеней и створок головного обтекателя.

Нужной орбиты КА достигает с помощью третьей ступени. В ее конструкции заложены широкие возможности по реализации энергетически оптимальных траекторий выведения КА на начальные орбиты, как круговые, так и эллиптические с любым заданным положением перигея. С этой целью предусмотрено управление временем, продолжительностью и количеством включений ее двигателя.

«Циклон-3»

Летные испытания «Циклона-3» проходили на космодроме Плесецк с 24 июня 1977 года по 12 февраля 1979 года. Всего было шесть пусков, и выполнить намеченную программу испытаний удалось досрочно. Новый ракетный комплекс был готов заменить два старых – «Космос-3» и «Восток», но только в январе 1980 года было принято постановление СМ СССР о принятии его в эксплуатацию.

Долгое время «Циклон-3» фактически «оставался без работы». Только в 1984 году на него были полностью переведены запуски КА, которые до этого осуществляли с помощью PH «Восток». И в настоящее время он используется меньше чем наполовину своих возможностей. С помощью «Циклона-3» на средневысотные приполярные орбиты выводятся космические аппараты «Метеор», «Океан», «Муссон» и автоматизированные универсальные орбитальные станции для проведения фундаментальных исследований в области гео- и гелиофизики. Кроме того, осуществляются запуски космических аппаратов и в интересах Министерства обороны. В их числе низкоорбитальные спутники связи, на базе которых сейчас разрабатываются КА «Гонец».

Каковы же перспективы использования PH «Циклон-3»? Еще в январе 1979 года совещание главных конструкторов, проходившее на космодроме Плесецк, занималось этим вопросом. Там было заявлено, что «Циклон-3» является одним из лучших в мире носителей легкого класса. При этом хотя расположение стартового комплекса в высоких широтах и препятствует его использованию для запусков КА на геостационарные орбиты, но создает благоприятные возможности для их выведения на приполярные и солнечно-синхронные.

Чем примечательны эти орбиты? Спутниковые системы на приполярных орбитах (угол между плоскостью орбиты и экватором близок к 90°) способны обеспечить связью и наблюдениями за поверхностью Земли все без исключения районы земного шара, в то время как со стационарной могут обслуживаться только регионы, находящиеся между 67-й южной и северной параллелями. С запуском на приполярные орбиты проблем не возникает, и на них планируется развернуть, например, низкоорбитальные спутниковые системы связи (типа российской «Гонец» или американской «Иридиум»).

Уникальные возможности для наблюдения за поверхностью Земли открывают солнечно-синхронные орбиты. Вот здесь и возникают трудности. Движущийся по этим орбитам спутник может длительное время сохранять неизменным угол между плоскостью своей орбиты и направлением на Солнце. Это означает, что условия освещенности подспутниковой точки будут известны заранее, что облегчит управление работой бортовой аппаратурой. Кроме того, можно таким образом выбрать положение плоскости орбиты в пространстве, что КА весь свой полет будет освещен Солнцем и ни разу на зайдет в тень Земли. Следовательно, можно будет отказаться от тяжелых химических батарей, снабжающих спутник электроэнергией во время полета в тени. На таких орбитах наиболее эффективно решают свои задачи спутники исследования природных ресурсов Земли, КА для океанографических, метеорологических и экологических наблюдений.

Благодаря энергетическим возможностям «Циклон-3» при выведении по плоским траекториям позволяет доставлять на солнечно-синхронные орбиты большинство существующих и ряд перспективных аппаратов, но при этом ракета будет пролетать над Канадой и США. Не годится старт и в юго-западном направлении, так как там расположены наши густонаселенные районы. Остается один способ – запускать ракету по существующей трассе, а затем с помощью пространственного маневра во время работы третьей ступени выводить спутник на солнечно-синхронную орбиту. Платой здесь является уменьшение массы полезного груза.