Илон, мы всё предвидели: у СССР был свой «Starship»
В 1960-х годах, в самый разгар холодной войны, США и СССР развернули невиданную по масштабам космическую гонку. После того, как Юрий Гагарин стал первым человеком в космосе, Советский Союз поставил перед собой новую амбициозную цель — высадить человека на Луну.
Советский лунный модуль в сравнении с американским. Но одного модуля мало, его надо как-то туда доставить
Но для этого требовалась мощная ракета-носитель, которая могла бы доставить на орбиту тяжёлый космический корабль. Так родился проект Н-1 («Носитель 1») — наш ответ Чемберлену американской программе «Аполлон».
От чертежей к металлу
Разработку Н-1 поручили Сергею Королёву, легендарному конструктору, которого часто называют «отцом советской космонавтики». Команда Королёва столкнулась с множеством трудностей: пришлось создавать новые, более мощные двигатели, которые смогли бы отправить огромную ракету к Луне.
Н-1 была настоящим гигантом — 105 метров в высоту, с 30 двигателями, которые располагались в основании первой ступени. Впечатляет и грузоподъёмность: ракета могла вывести на орбиту 95 тонн груза.
Габаритно-весовой макет Н-1 на стартовой площадке. 1967 год
Преодолевая преграды
Для создания Н-1 потребовались колоссальные усилия и ресурсы: тысячи инженеров, учёных и рабочих трудились над проектом, который должен был продемонстрировать всему миру превосходство советской науки и техники.
Не обошлось и без серьёзных проблем: одной из них стала нехватка мощных и надёжных двигателей. Есть задача, есть и решение — советские инженеры создали двигатель НК-33, который превзошёл американские аналоги.
Двигатель, опередивший свое время
Итак, НК-33 — это жидкостный ракетный двигатель, который разработали в 1960-х годах в Советском Союзе специально для сверхтяжёлой ракеты-носителя Н-1. Примечательно, что он до сих пор считается одним из самых совершенных ракетных двигателей, когда-либо созданных.
Технические характеристики:
- Тип: Жидкостный ракетный двигатель
- Топливо: Керосин и жидкий кислород
- Тяга: 1540 кН (на уровне моря)
- Удельный импульс: 331 секунда (на уровне моря)
- Масса: 1222 кг
НК-33, ну разве не красавец?
НК-33 — это двигатель замкнутого цикла с дожиганием генераторного газа. Это означает, что топливо и окислитель сначала сжигаются в газогенераторе, а затем полученный газ используется для вращения турбины, которая приводит в действие насосы, которые подают топливо и окислитель в камеру сгорания.
Чем же он так хорош? Во-первых, НК-33 отличается высокой степенью надёжности и эффективности. Во-вторых, он сравнительно мало весит, что делает его привлекательным для использования в ракетах-носителях.
Некоторые экземпляры НК-33 наработали в общей сложности до 3 часа 53 минут и 20 секунд. Для того чтобы это доказать, Николай Дмитриевич Кузнецов провёл в свое время длительные испытания, вплоть до отказа устройства. НК-33 отработал без съёма со стенда 16 пусков и наработал 4 часа 10 минут непрерывно. Двигатель имеет чрезвычайно высокую надежность — 999,4.
После закрытия проекта Н-1 производство НК-33 было прекращено. Однако, в 1990-х годах несколько десятков двигателей были проданы американской компании Aerojet Rocketdyne.
Aerojet Rocketdyne модифицировала НК-33 и разработала на его основе двигатель AJ26, который планировали использовать в ракете-носителе Antares. Но после аварии Antares в 2014 году от этой идеи отказались.
Модифицированный НК-33 был переименован в AJ26-58 компанией Aerojet. Этот AJ26-58 показан на испытательном стенде в Космическом центре имени Джона С. Стенниса
Увы, сейчас этот двигатель нигде не используется. Но этот «зверь» стал первым, кто достиг удельного импульса более 330 секунд, и был при этом одним из самых лёгких и надёжных.
Другая проблема — аналоговая система управления Н-1, которая была сложной, громоздкой и не всегда работала должным образом.
Система управления
Система управления Н-1 — одна из самых сложных и амбициозных систем управления, которую когда-либо разрабатывали для ракет-носителей. Она была предназначена для управления 30 двигателями первой ступени, 8 двигателями второй ступени и 4 двигателями третьей ступени.
Система была аналоговой, то есть для управления двигателями и другими системами ракеты использовались аналоговые сигналы. Из-за сложности проекта эта штука была очень объёмной и требовала большого количества электронных компонентов.
Управление таким количеством двигателей было задачей нетривиальной, особенно с учётом несовершенства аналоговой электроники того времени, — современные цифровые системы гораздо надежнее.
Разработка системы управления Н-1 была разделена между несколькими конструкторскими бюро, что не пошло на пользу проекту. Это в свою очередь привело к проблемам с координацией и совместимостью.
Были у разработки Н-1 и другие трудности:
- Вибрация: Большое количество двигателей на первой ступени вызывало сильную вибрацию, которая могла повредить ракету.
- Недостаточное финансирование: Проект Н-1 страдал от нехватки финансирования, что привело к задержкам и компромиссам в конструкции.
- Спешка: Советское руководство давило на разработчиков Н-1, чтобы они как можно скорее завершили проект и обогнали США в «лунной гонке».
Одно из оригинальных решений для ракеты Н-1: на её первой ступени были установлены четыре таких решетчатых стабилизатора. SpaceX для своих возвращаемых ступеней тоже использует такое
Из-за этих трудностей и возникли будущие проблемы проекта.
Испытания огнём
Первый пуск Н-1 состоялся 21 февраля 1969 года, но закончился неудачно — из-за отказа системы управления ракета взорвалась вскоре после старта. К сожалению, три последующие попытки также ни к чему хорошему не привели.
Второй пуск был 3 июля 1969 года. На этот раз причиной аварии стал пожар в одном из двигателей первой ступени.
© Взлёт ракеты Н-1
В третий раз попробовали 27 июня 1971 года: эта попытка была успешнее, но ракета всё же не смогла выйти на орбиту из-за проблем с системой управления.
Четвёртый и последний пуск состоялся 23 ноября 1972 года. Увы, но ракета взорвалась вскоре после старта и опять из-за отказа системы управления.
Все четыре пуска Н-1 были, конечно же, беспилотными.
Ракета на стартовой площадке, которую поймал американский разведывательный спутник KH-8 Gambit, 19 сентября 1968 года
Закат проекта
Из-за всех этих неудач ракету отправили на доработку. Следующий пуск с беспилотными лунным орбитальным кораблём 7К-ЛОК и лунным посадочным кораблём Т2К-ЛК был запланирован на август 1974 года. Предполагалось, что вся программа полёта к Луне и обратно будет выполнена в автоматическом режиме.
В качестве резерва для следующей миссии (первой советской пилотируемой экспедиции на Луну) на лунной поверхности должен был остаться посадочный модуль. Затем собирались осуществить ещё до 5 пусков носителя с пилотируемыми кораблями.
1 — балансировочный груз системы аварийного спасения, 2 — основной твердотопливный двигатель системы аварийного спасения, 3 — уводимая часть головного обтекателя, 4 — обтекатели РДТТ сброса створок конической части головного обтекателя, 6 — обтекатели РДТТ сброса створок цилиндрической части головного обтекателя, 7 — узлы крепления створок цилиндрической части головного обтекателя, 8 — обтекатели трубопроводов, 9 — силовое кольцо, 10 — обтекатель кабеля, 11 — хвостовая юбка, 12 — переходная ферма, 13 — обтекатель кабеля, 14 — обтекатели трубопроводов, 15 — силовое кольцо, 16 — хвостовая юбка, 17 — обтекателя РДТТ разделения хвостовой юбки, 18 — переходная ферма, 19 — обтекатели кабелей, 20 — обтекатели трубопроводов, 21 — силовое кольцо, 22 — средняя часть хвостового отсека, 23 — решетчатый стабилизатор, 24 — люки доступа к двигателям, 25 — нижняя часть хвостового отсека, 26 — 24 двигателя НК-15 периферийной двигательной установки, 27 — 6 двигателей НК-15 центральной двигательной установки, 28, 29 — узлы переноски блоков ракеты-носителя на земле, 30 — 4 сопла управления по крену, 31 — 4 двигателя НК-9В, 32 — 4 сопла управления по крену, 33 — 8 двигателей НК-15В, 34 — пламеотражатели, 35 — кольцо установки носителя на стартовый стол, 36 — 6 сопел управления по крену
Однако «лунная гонка» закончилась. К тому времени были подготовлены технические предложения по лунной орбитальной станции Л4 и новому комплексу, которые должны были обеспечить долговременные экспедиции на Луну к 1979 году, а затем и строительство советской лунной базы «Звезда» в 1980-х годах. Однако, новый генеральный конструктор советской космической программы и руководитель НПО «Энергия» академик В. П. Глушко не стал отстаивать развитие пилотируемой лунной программы и её носителя Н-1.
С молчаливого согласия Политбюро и Министерства общего машиностроения он приказал прекратить все работы сначала по программе, а затем и по носителю.
И вот, в 1974 году проект Н-1 закрыли. Два уже изготовленных экземпляра и ещё две заготовки носителей Н1Ф были уничтожены — Советский Союз так и не смог высадить человека на Луну.
© Компьютерное моделирование пусков ракеты
Н-1 vs Starship
Когда обсуждают разработку Илоном Маском ракеты Starship (ранее BFR), часто вспоминают про неудачи ракет Королёва. Мол, не боишься повторить? Но важно понимать, что эти ракеты создавались в разные эпохи и технологические подходы также поменялись.
Логичнее сравнивать Н-1 со своим современником — «Сатурном 5», но таких сравнений и так полно в интернетах (и не только). Так что приступим к нашему обзору.
Двигатели:
Н-1: 30 двигателей НК-33 (первая ступень), 8 двигателей НК-43 (вторая ступень), 4 двигателя НК-31 (третья ступень), 1 двигатель НК-19 (четвёртая ступень), 1 двигатель РД-58 *пятая ступень);
Starship: 33 двигателя Raptor V2 (первая ступень), 6 двигателей Raptor V2 (вторая ступень).
Двигатели Raptor, которые используют в Starship, мощнее и эффективнее, чем двигатели НК. Кроме того, Raptor работает на метане, который считается более экологичным и перспективным топливом, чем керосин, который использовался в Н-1.
Очевидна и разница в компоновке:
- Н-1: пятиступенчатая ракета с последовательным расположением ступеней;
- Starship: двухступенчатая ракета с многоразовыми ступенями.
Многоразовая конструкция Starship — одно из ключевых преимуществ, поскольку она позволяет значительно снизить стоимость запусков.
Что до габаритов, то
- Н-1: Высота — 105 метров, диаметр — 17 метров;
- Starship: Высота — 120 метров, диаметр — 9 метров.
Другими словами, Starship выше, но уже, чем Н-1.
В целом, все различия можно свести к такой табличке:
| Характеристика | Н-1 | Starship/Superheavy |
|---|---|---|
| Страна-разработчик | СССР | США |
| Период разработки | 1960-е годы | 2010-е годы — настоящее время |
| Статус | Проект закрыт | В стадии разработки |
| Высота | 105 метров | 120 метров |
| Диаметр | 17 метров | 9 метров |
| Масса | 2735 тонн | 5000 тонн |
| Количество ступеней | 5 | 2 |
| Тип двигателя | НК (керосин/жидкий кислород) | Raptor (метан/жидкий кислород) |
| Многоразовость | Нет | Да |
| Грузоподъемность (на НОО) | 95 тонн | 100+ тонн |
При разработке у Starship тоже есть проблемы, но тут и подход иной — делают кучу прототипов, испытывают, меняют что-то на ходу. И так до успеха (ну или там видно будет). Прототипы испытали уже 4 раза, и с каждым пуском результаты всё лучше.
Сам же Маск уверен в успехе своей затеи. На вопрос, не боится ли он, что его ракету постигнет та же участь, что и советскую, Маск ответил: «Нет».
В случае с Н-1 были проблемы с зажиганием двигателей, это был в основном отказ авионики. Это похоже на то, как устроены современные компьютерные системы. В Google или Amazon есть большое количество маленьких компьютеров, так что если один из них выйдет из строя, это никак не повлияет на ваше использование Google или Amazon. Это отличается от старой модели подхода к мэйнфреймам, когда у вас есть один большой мэйнфрейм, и если он выходит из строя, вся система выходит из строя.
Таким образом, Starship — более современная, эффективная ракета-носитель, чем Н-1, к тому же многоразовая У неё есть ряд преимуществ, которые делают её более перспективной для будущих космических миссий.
Н-1 и Starship — две ракеты, разделённые временем и идеологией, но объединяет их общая цель — открыть человечеству дорогу к звёздам.
© третий тестовый полёт системы Starship/Superheavy
Starship тоже сталкивается с техническими трудностями в процессе разработки. Однако, учитывая накопленный опыт и современные технологии, у Starship есть все шансы стать той ракетой, которая позволит человечеству сделать следующий шаг в освоении космоса.
История Н-1 — это напоминание о том, что путь к звёздам тернист и непредсказуем. Но это не должно стать препятствием в стремлении к новым открытиям.