Космос – дело техники
О разработках предприятий Ростеха для космической отрасли
Фото: Роскосмос
12 апреля 1961 года стал историческим днем, когда Юрий Гагарин отправился в космос на корабле «Восток-1» с космодрома Байконур. Его орбитальный облет Земли стал первым в мире и открыл новую эру в истории космонавтики. Разработанные нашими инженерами и конструкторами космические аппараты смогли осуществить этот невероятный подвиг, выведя человека за пределы нашей планеты и открыв новые возможности для исследования космического пространства.
Многие технологии и образцы, разработанные в 1950-х – 60-х годах, до сих пор используются в отечественной космонавтике. Например, ракеты семейств «Союз» и «Протон» были разработаны еще в те времена и до сегодняшнего дня продолжают успешно выполнять множество космических запусков.
Ростех занимается разработкой и производством различных систем и материалов для космической отрасли. Госкорпорация поставляет комплектующие части для ракет, спутников, космических аппаратов, а также занимается разработкой новых технологий для космической отрасли и играет важную роль в развитии российской космонавтики, обеспечивая ее современными технологиями и материалами, а также продолжая участвовать в освоении космического пространства.
Ракетные двигатели РД-107А/108А и НК-33А
Сегодня «ОДК-Кузнецов» является единственным предприятием в рамках Объединенной двигателестроительной корпорации, специализирующимся на разработке как авиационной, так и ракетной техники для космических целей. С конца 1950-х здесь производятся двигатели, которые использовались для первых полетов человека в космос.
Двигательными установками типа РД-107/РД-108 оснащаются I и II ступени всех ракет-носителей типа Р-7 (в том числе и РН типа «Союз») начиная с 1958 года. Доля предприятия в сегменте ракетных двигателей на российском рынке составляет 80%, а по пилотируемым пускам – 100%.
В настоящее время данные двигатели серийно производятся в «ОДК-Кузнецов» при конструкторском сопровождении разработчика АО «НПО «Энергомаш». Каждая деталь изделий для космических программ, а затем и сам двигатель перед сдачей заказчику проходят трехступенчатый контроль качества. Статистическая надежность изделий превышает 99,9%.
Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация
Запуск ракеты-носителя «Восток-1» с Юрием Гагариным также осуществлялся с использованием в качестве двигателя второй ступени РД-108, конструктивно основанного на РД-107. Та версия двигателя отличалась большим количеством рулевых камер и была способна работать дольше силовых установок блоков первой ступени. Запуск двигателей первой и второй ступеней производился одновременно во время старта на Земле при помощи пирозажигательных устройств в каждой из 32 камер сгорания.
Двигатель РД-107/РД-108 уже поставил свой космический рекорд по долголетию. И спустя уже более 60 лет ему по-прежнему нет альтернативы во всем мире.
И хотя РД-107/108 уже заслужил все возможные почести и звание рекордсмена по долголетию среди ракетных двигателей, программа продолжает развиваться, появляются новые модификации. Всего конструкторами разработано 18 вариантов двигателей под различные проекты.
В наши дни все космонавты, не только российские, добираются до МКС благодаря этим двигателям. Когда в 2011 году эксплуатация американских шаттлов прекратилась, «Союзы» с двигателями РД-107/РД-108 остались единственным средством доставки на МКС астронавтов NASA и Европейского космического агентства.
За последние три года двигатели ОДК обеспечили 58 пусков ракет-носителей «Союз», из них 17 – в 2023 году. Также в 2023 году они обеспечили доставку к Международной космической станции экипажа 70-й и 71-й длительных экспедиций. А всего за все время серийного производства с помощью двигателей РД-107, РД-108 и их модификаций выполнено более 1900 запусков космических кораблей.
«Ангара-А5»
«Ангара-А5» – это крупнейшая ракета-носитель из семейства «Ангара», разработанная в России после распада СССР. Первый испытательный запуск «Ангары-А5» произошел 23 декабря 2014 года, за ним последовали еще два успешных запуска в 2020 и 2021 годах. За последние десять лет с космодрома Плесецк было запущено шесть ракет «Ангара» – три легкие и три тяжелые.
Фото: РКК «Энергия» / Роскосмос
Ракеты «Ангара» собираются из стандартных ракетных модулей, основанных на кислородно-керосиновых двигателях. Семейство космических ракет «Ангара» включает в себя ракеты-носители легкого и тяжелого классов с грузоподъемностью от 2,2 до 27 тонн на низкие орбиты, с возможным увеличением до 38 тонн благодаря новой водородной ступени.
В марте 2024 года Ростех подготовил новый стартовый комплекс для проведения летных испытаний «Ангары-А5». Монтажно-технологическое управление «Альтаир» холдинга «Росэлектроника» успешно завершило работы по настройке систем жизнеобеспечения и работоспособности стартового комплекса для ракеты-носителя тяжелого класса «Ангара-А5» на космодроме Восточный. Было установлено около полутора тысяч единиц различного оборудования и проложено более миллиона метров кабельных линий.
Термостойкие композиты для космоса
ОНПП «Технология» серийно производит корпус головного обтекателя для ракет-носителей «Рокот» и «Ангара», изготовленный из композиционных материалов.
Головной обтекатель – это верхняя часть ракеты-носителя, которая защищает космические аппараты и оборудование от аэродинамических и тепловых нагрузок во время пролета ракеты через плотные слои атмосферы. Поэтому корпус головного обтекателя обладает высочайшей прочностью и способен выдерживать температурное воздействие до 600 °C. Композитные материалы для космических аппаратов являются одним из ключевых направлений деятельности «Технологии».
С начала выпуска углепластиковых профилей каркасов солнечных батарей в 1979 году «Технология» принимала участие во многих проектах по созданию космических аппаратов, становясь одним из ведущих производителей легких каркасов солнечных батарей из полимерных композиционных материалов. Максимальный удельный вес каркаса составляет около 400 г/м2, а вес конструкции с фотоэлементами – менее 1,3 кг/м2. Благодаря таким характеристикам эффективность использования космической техники увеличивается на 30%: чем легче изделия, тем больше оборудования можно разместить на спутнике.
В 2023 году был представлен новый материал, разработанный совместно учеными направлений «Композит» и «Керамика». Конструкции из этого композита значительно легче алюминиевых аналогов, при этом обладают высокой прочностью и теплопроводностью. Материал, основанный на теплопроводном углепластике, способен выдерживать температуры до 400 °C, обеспечивая надежную защиту оборудования космической техники. Производство нового композита из отечественных материалов полностью локализовано на территории России.
Наземный комплекс «Орион-Ц» для космической связи
Новый продукт Ростеха обеспечивает высококачественную видеосвязь с Международной космической станцией (МКС).
Холдинг «Росэлектроника» из Госкорпорации Ростех начал поставки нового наземного комплекса «Орион-Ц» для связи с МКС и космическими кораблями. Цифровая видеосвязь с МКС и космическими кораблями играет ключевую роль в общении между земными специалистами и космонавтами. Первая установка этой системы произведена на предприятии «Решетнев» в Красноярском крае, которое является частью Госкорпорации Роскосмос. Новый комплекс позволяет одновременно осуществлять видеосвязь с космическими кораблями в режиме приема и передачи даже при сложных погодных условиях и наличии помех.
«Орион-Ц» включает в себя антенную систему, два контейнера с оборудованием и рабочие места операторов. В составе этого комплекса применены новейшие отечественные технические разработки, некоторые из которых являются уникальными для российского производителя. Благодаря этому комплекс способен передавать цифровой ТВ-сигнал на очень большие расстояния – до 2000 км. Он позволяет космонавтам во время связи с Центром управления полетами одновременно обмениваться звуковой и видеоинформацией. Благодаря использованию современных электронных компонентов система стала компактнее и удобнее в эксплуатации по сравнению со своими предшественниками.
Бортовой инфракрасный фурье-спектрометр для дистанционного зондирования Земли
В июне 2023 года на орбиту была выведена аппаратура для прогнозирования чрезвычайных ситуаций. В составе метеоспутника «Метеор-М» был установлен инфракрасный фурье-спектрометр, который помогает контролировать состояние атмосферы Земли и предсказывать природные бедствия. Этот прибор был разработан специалистами холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех совместно с учеными из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Исследовательского центра имени М.В. Келдыша.
Гидрометеорологический космический аппарат «Метеор-М». Фото: КЦ «Восточный» / Роскосмос
ИКФС-2 измеряет тепловое излучение поверхности Земли, собирая метеорологическую информацию и данные о составе атмосферы. Эти сведения полезны для метеорологии, экологии, климатологии и других областей науки. Фурье-спектрометр уже показал свою эффективность – аналогичный прибор успешно работал в течение восьми лет, превысив ожидаемый срок службы на три года.
Лампы бегущей волны различных типов и СВЧ-переключатели
Лампы бегущей волны различных типов и СВЧ-переключатели – это изделия, позволяющие в сотни раз усилить мощность радиосигнала и обеспечивающие передачу энергии с минимальными потерями.
В 2024 году холдинг «Росэлектроника» начал поставку СВЧ-приборов для установки на 30 космических аппаратах. За три года заказчики получат лампы бегущей волны различных видов и СВЧ-переключатели. НПП «Алмаз» осуществляет комплектацию космических аппаратов лампами бегущей волны (ЛБВ) и СВЧ-переключателями в рамках Федеральной космической программы России.
Фото: НПП «Алмаз»
СВЧ-переключатели соединяют сверхвысокочастотное оборудование на борту спутниковых телекоммуникационных платформ, обеспечивая передачу энергии с минимальными потерями. Лампы бегущей волны служат усилителями мощности сверхвысокочастотной радиоволны для надежной доставки радиосигнала до конечных пользователей. Использование отечественных электронных компонентов обеспечивает национальную технологическую независимость в критически важных отраслях и создает основу для дальнейшего развития СВЧ-приборов. Разрабатываемые продукты отличаются высокой надежностью и имеют длительный срок службы в условиях космоса. НПП «Алмаз» также разрабатывает и выпускает серийно сверхвысокочастотные устройства для авиационных и космических аппаратов, а также для систем различного назначения.
Корпус-терморегулятора для спутника зондирования Земли «Кондор-ФКА»
Герметичные корпуса космических аппаратов подвержены разрушениям из-за столкновений с космическим мусором и других факторов, что может нарушить температурный режим оборудования и привести к выходу из строя спутника. Корпус «Кондор-ФКА», созданный ОНПП «Технология», обеспечивает защиту оборудования от внешних воздействий и поддерживает необходимую рабочую температуру даже в негерметичных условиях.
На данный момент на орбите находится более 70 спутников, включая те, которые используют продукцию Ростеха, в том числе «Кондор-ФКА». Создание корпуса этого аппарата было осуществлено с применением уникальной технологии без аналогов как в России, так и за ее пределами. Негерметичность корпуса позволила увеличить срок службы спутника с 3-5 до 10-12 лет и разработать его за рекордно короткие сроки – менее чем за три месяца. Кроме того, благодаря этой технологии удалось значительно снизить вес спутника и увеличить его внутренние объемы на 15%.
Фото: «Росэлектроника»
Специалисты ОНПП «Технология» также создали штангу для антенно-поворотного устройства «Кондора-ФКА», которая не подвержена деформации при изменении температуры. Кроме того, на предприятии был изготовлен стабилизатор для антенны космического аппарата, работающий по принципу волчка и обеспечивающий точное позиционирование приемо-передающих устройств в условиях невесомости.
«Кондор-ФКА» является первым гражданским российским спутником радиолокационного зондирования Земли. В отличие от спутников, работающих в инфракрасном или оптическом диапазонах, он способен обнаруживать детали ландшафта и объекты размером более метра независимо от погодных условий и времени суток.
Датчик давления для ракетных двигателей
Раменский приборостроительный завод (входит в КРЭТ) производит прибор ДД-2 – датчик давления для ракетных двигателей, используемых для выведения на орбиту космических аппаратов.
Современный ракетный двигатель оснащается сложными автоматическими системами, которые должны обеспечить безопасный пуск, вывод на основной режим, поддержание устойчивой работы, изменение тяги, регулирование соотношения расхода компонентов топлива и многое другое. Датчики давления играют в этом важную роль. Они улавливают изменения данного физического параметра в камере сгорания и передают об этом информацию на узлы управления. Рабочий режим датчиков в зависимости от типа двигателя находится в пределах от 55 до 61,2 атмосферы. Это выше, чем давление в шинах самого большого в мире самосвала «БелАЗ» грузоподъемностью 450 тонн.
Вагоны-цистерны модели 15-5107 для перевозки ракетного топлива
Для обеспечения пусков ракет весомым фактором является логистика, в первую очередь, связанная с доставкой на космодром топлива. Несколько лет назад после проведения автономных испытаний элементов ракеты «Союз-2» стартовые комплексы начали переводиться на использование вместо керосина углеводородного горючего нафтила. Он получается из продуктов нефтепереработки и используется на ракетах, где в качестве окислителя применяется жидкий кислород.
Нафтил – это экологически безопасный тип углеводородного горючего с применением полимерных присадок. Использование именно этого вида топлива в космической промышленности способствует реализации государственной стратегии в области освоения космоса.
Фото: АО «Уралкриомаш»
Уралвагонзавод выпускает инновационные железнодорожные вагоны, включая специализированные для космической отрасли. Железнодорожные вагоны-цистерны модели 15-5107 предназначены как раз для перевозки нафтила для РКН «Ангара-А5».
Вагон-цистерна разработан для приема горючего через верхний слив на системе заправки нафтилом, имеет вместимость котла не менее 85 м3 и обеспечивает эксплуатационную надежность при различных температурах в диапазоне от –60 до +50 °С. Элементы оборудования, контактирующие с нафтилом, нейтральны, что обеспечивает чистоту и качество перевозимого продукта.
В рамках Федеральной космической программы в январе 2024 года компания «Уралкриомаш» успешно выполнила государственный контракт по созданию новых железнодорожных вагонов-цистерн модели 15-5107 для строительства второй очереди космодрома Восточный. Оборудование прошло испытания под руководством инженеров и предназначено для подготовки к пуску трехступенчатой ракеты-носителя тяжелого класса на космодроме.