Rakieta Sojuz 2.1v

0

Sierpień 2012 oprócz emocji związanych z lądowaniem łazika Curiosity na Marsie dla osób zainteresowanych lotami kosmicznymi będzie kojarzył się z prezentacją nowej rakiety kosmicznej Sojuz 2.1v (dawniej zwanej Sojuz-1), będącej kolejną wersją prawdziwego konia roboczego światowego przemysłu rakietowego. Prawdopodobnie 25 sierpnia zobaczymy Sojuza 2.1v na wyrzutni kosmodromu w Plesiecku.

Rakiety Sojuz, napędzane naftą z ciekłym tlenem jako utleniaczem, wywodzą się w prostej linii z rakiet balistycznych R-7, stworzonych pod kierownictwem Siergieja Korolowa. Przez wiele lat na bazie rakiet Sojuz opierał się program kosmiczny Związku Radzieckiego a obecnie Rosji. Warto zauważyć, że wszystkie loty załogowe przeprowadzone przez te kraje były z wykorzystaniem tej rodziny rakiet. Opracowano wiele wariantów, przez dekady powstawały kolejne wersje rakiet opartych na wspólnym schemacie rakiety opartej o stopień centralny napędzany silnikiem RD-108, z 4 rakietami dodatkowymi napędzanymi silnikiem RD-107. Wymieniając jedynie daje nam to rakiety: Sputnik, Łuna, Wostok, Woschod, Mołnia i Sojuz. Oczywiście najbardziej znaną jest rakieta Sojuz, będąca najdłużej w użyciu i dzierżąca rekord ilości startów orbitalnych.

Rakieta Sojuz z racji wieloletniego użytkowania doczekała się licznych wariantów, z najistotniejszych warto wymienić wersje Sojuz-FG, Sojuz-U. Oddzielną historią są rakiety Sojuz-2, które stopniowo zastępują starsze wersje. Najważniejszą zmianą jest wprowadzenie sterowania cyfrowego, co m. in. umożliwia pełną kontrolę trajektorii lotu, bez konieczności obracania rakiety na platformie startowej. Mimo dość niedawnego, jak na przemysł rakietowy, opracowania nowej wersji, doczekała się ona także kilku wariantów. Możemy tutaj wyróżnić wersję Sojuz-2.1a, z silnikiem RD-0110 w górnym stopniu rakiety, kolejnym wariantem jest Sojuz-2.1b z nowo opracowanym silnikiem RD-0124 dla górnego stopnia, co zwiększyło osiągi rakiety. Aktualnie rakiety Sojuz-2 są głównie wykorzystywane do wynoszenia ładunków na wysokie orbity, z wykorzystaniem dodatkowego stopnia rakietowego Fregat.

Niejako obok nurtu poprawy osiągów rakiety Sojuz powstała koncepcja lekkiej rakiety do wynoszenia niewielkich satelitów na niskie orbity okołoziemskie. W celu optymalizacji kosztów miała ona być zbudowana na bazie sprawdzonej przez dekady rakiety. W ten sposób powstał projekt rakiety Sojuz-1, obecnie zwanej Sojuz-2.1v, która właśnie teraz zaczyna swoją karierę, nie jako projekt, ale faktycznie zbudowana rakieta.

Rakieta Sojuz-2.1v czerpie wiele z innych wersji Sojuza-2. Drugi stopień rakiety jest identyczny, napędzany silnikiem RD-0124 (Blok-I). Największe zmiany dotyczą stopnia pierwszego, który będzie zawierał słynny z rakiety N-1 silnik NK-33, mający zdecydowanie lepsze osiągi od RD-108. Konstrukcyjnie jest to powiększony Blok-A z Sojuza, nie ma on jednak zwężenia w dolnej części, posiada średnicę 2 660 mm (zwężona wersja ma 2 050 mm) na całej długości. Najbardziej istotną zmianą jest brak odrzucanych w początkowej fazie lotu stopni dodatkowych (Blok-B,V,G,D). Oprócz głównego silnika (NK-33) w dolnym stopniu znalazł się także nowo skonstruowany silnik RD-0110R, który będzie odpowiedzialny za sterowanie rakiety. Jest on wyposażony w 4 dysze, które umożliwią kontrolę położenia rakiety w początkowej fazie lotu. Główny silnik ma ciąg 1 545 kN na poziomie morza, 1 720 kN w próżni, impuls właściwy 297,6 s na poziomie morza i 331,2s w próżni. Natomiast RD-0110R ma ciąg 24,28 kN na poziomie morza, 27,81 kN w próżni a impuls właściwy odpowiednio 260,5 s i 298,3 s. Do precyzyjnego umieszczania ładunków na orbicie ma służyć górny stopień Wołga (napędzany silnikiem RD-0162), który ma być tańszy (szacuje się, że czterokrotnie) i prostszy w budowie od stopnia Fregat. Standardowa owiewka ładunku ma średnicę 3 metrów. Taka konstrukcja ma umożliwić wynoszenie do 2 800 kg na LEO.

Pierwsze prace nad nową rakietą firma TsSKB Progress, będąca producentem rakiet Sojuz, zapowiedziała w 2007 roku, jako pomysł na integrację silnika NK-33 do rakiet z rodziny Sojuz. Rakieta miała być oparta na 1 silniku NK-33 (za oceanem firma Orbital pracuje nad rakietą zawierającą 2 silniki NK-33) oraz operować z tych samych stanowisk co inne wersje Sojuza-2. Na wystawie lotniczej ILA Berlin w roku 2008 ogłoszono, że Sojuz-1 będzie dwustopniową rakietą o masie ok. 136 ton, mogącą wynieść do 2400 kg na LEO startując z Plesiecka. Nieco później masa rakiety rosła, w 2009 podawano niecałe 159 ton, w 2010 TsSKB Progress podawał zakres 157-160 ton i 44 metry wysokości. W międzyczasie przemianowano rakietę z Sojuz-1 na Sojuz-2.1v, zapewne aby zwrócić uwagę na współczesne konotacje nowej konstrukcji. Po anulowaniu programu rakiety Ruś-M producent opisywanej rakiety ogłosił, że Sojuz-2.1v może także startować z kosmodromu Bajkonur oraz kosmodromu Wostocznyj.

Faktyczne prace nad nową rakietą ruszyły po próbnym odpaleniu silnika NK-33, które miało miejsce w czerwcu 2008 roku, co pozwoliło uzyskać zgodę od władz centralnych Rosji na prowadzenie prac. Mimo postępujących opóźnień przedstawiciele TsSKB Progress w 2009 roku uznawali za konieczność, aby pierwszy lot rakiety odbył się przed długo zapowiadanym debiutem rakiety Angara, której lekkie wersje mają wręcz identyczne osiągi do Sojuza 2.1v. Debiut planowano zatem na 2011 rok. W połowie 2010 roku lekko przesunięto termin pierwszego startu na koniec 2011 roku. Na początku 2011 ponownie nastąpiła zmiana planów, uznano, że start w 2011 jest nierealny ze względu na brak potencjalnego ładunku, jednak później skorygowano to stwierdzenie, ogłaszając, że nowy lekki Sojuz wyniesie satelitę Aist. W połowie 2011 start przesunięto na początek 2012 roku, podczas paryskiej wystawy lotniczej Le Bourget w czerwcu 2011 roku (gdzie zaprezentowano model rakiety) ogłoszono, że start nastąpi w kwietniu 2012 roku. W sierpniu 2011 roku ogłoszono, że wszelka dokumentacja rakiety jest opracowana i trwa produkcja podzespołów. Pod koniec 2011 pierwszy stopień rakiety trafił do ośrodka testowego, na początku 2012 roku stopień został ustawiony na stanowisku testowym. W kwietniu 2012 przeprowadzono tankowanie zbiorników paliwem i utleniaczem, jednocześnie potwierdzono zakończenie produkcji egzemplarza górnego stopnia Wołga. 9 sierpnia 2012 roku przekazano informację, że wszelkie komponenty rakiety znajdują się już w Plesiecku a testowy wyjazd rakiety na stanowisko startowe nastąpi 25 sierpnia. Start ma nastąpić w 4 kwartale 2012 roku. Taki harmonogram nie zniweczy celu, jakim był debiut przed Angarą, która to rakieta nadal zalicza opóźnienie i jej debiut nastąpi prawdopodobnie w 2013 r.

Jednym z założeń dla konstruktorów nowej rakiety było, aby mogła ona startować z platform startowych przeznaczonych dla innych wersji Sojuzów. Założenie oczywiście nie było trudne do spełnienia, jednak ze względu na zasadnicze różnice w budowie rakiety Sojuz-2.1v zmiany wymagały punkty mocowania, które muszą znaleźć się na rakiecie, a normalnie byłyby na 4 dodatkowych rakietach bocznych. oraz pewna modyfikacja wyrzutni u jej podnóża, gdzie ustawiana ma być, zdecydowanie węższa u dołu, rakieta. Tutaj głównie chodzi o przedłużenie kabli i węży zasilających rakietę na wyrzutni.

Testy Sojuza-2.1v mają zakończyć się w 2014 po odbyciu 5 startów. Docelowo rakieta ma zastąpić rakiety Dniepr (napędzanej toksycznym paliwem) oraz także Rokot. W drugim starcie Sojuz-2.1v wyniesie prawdopodobnie satelitę „Michaił Łomonosow” nazwaną na cześć sławnego rosyjskiego naukowca.

Plany związane z Sojuzem-2.1v są bogate, w planach jest dalszy rozwój rodziny rakiet Sojuz w oparciu o nową konstrukcję dolnego stopnia. Proponowaną opcją jest doczepienie do dolnego stopnia rakiet wspomagających (Blok-B,V,G,D). Powstałaby w ten sposób rakieta (Sojuz-2-3) z silnikiem NK-33 w stopniu centralnym i RD-107A w 4 dodatkowych stopniach mogłaby wynieść ok. 11 ton na LEO, co daje wyraźny wzrost osiągów w porównaniu z obecnie podstawowymi wersjami Sojuza mogącymi wynieść ok. 7 ton na LEO. Kolejnymi modyfikacjami jest możliwa zamiana silników w stopniach dodatkowych z RD-107A na RD-0155 co prawdopodobnie zwiększyłoby nośność do 13 ton na LEO. Kolejnym silnikiem mogącym służyć jako zamiennik jest RD-120. Kolejną opcją (potwierdzoną w sierpniu 2011 r.) jest zastosowanie silnika RD-193 (wersja silnika RD-191 z rakiety Angara), co zapewne patrząc na osiągi silnika RD-191 znacznie zwiększyłoby osiągi. Oprócz modyfikacji w obrębie stopni odpalanych podczas startu, pojawiają się także sugestie, aby silnik górnego stopnia rakiety zastąpić jednostką napędzaną paliwem kriogenicznym (ciekły wodór z ciekłym tlenem). Proponowanym silnikiem jest RD-0146, stworzony w kooperacji z firmą Patt & Whitney. W nowym górnym stopniu Sojuza znalazłyby się 4 silniki RD-0146. Zastosowane nowego górnego stopnia zasilanego nowym paliwem Sojuz 2-3 prawdopodobnie uzyskałby zdolność do wyniesienia ok. 18 ton na LEO.

W ten sposób, dzięki systematycznym pracom modernizacyjnym, przez dziesięciolecia rakieta Sojuz służy do wynoszenia rozmaitych ładunków na różne orbity, jest wykorzystywana do wynoszenia ludzi na orbitę okołoziemską, a wkrótce może objąć kolejny kawałek „tortu kosmicznego” wynosząc małe (do 2 ton) ładunki na orbitę.

Schemat stopnia Wołga (źródło: TsSKB Progress)

Dolny stopień Sojuza 2.1v na stanowisku testowym (źródło: TsSKB Progress)

Dolny stopień Sojuza 2.1v po przyjeździe na testy (źródło: Roskosmos)

Dolny stopień Sojuza 2.1v podczas wyjazdu na stanowisko testowe (źródło: Roskosmos)

Share.

Comments are closed.