Через тернии на орбиту: как разработчики первой в России частной ракеты-носителя повторяют путь первопроходцев советской космонавтики.
Первая в России частная ракета-носитель: как это сделано

Полет продолжался несколько секунд. Ракета не успела скрыться из виду, когда топливо выгорело, и она, потеряв тягу, стала валиться к земле. Из-под носового обтекателя высвободился парашют: испытания прошли успешно. Все выдохнули.

«Сейчас я другими глазами перечитываю воспоминания отцов-основателей советской космонавтики, всю эту классику, — говорит Александр Ильин. — Раньше мне казалось: ну разве можно что-то забыть, что-то доделывать уже в последние минуты перед стартом… Теперь понятно, что это даже естественно. Ведь технологии еще не были отработаны, да и производственных цепочек часто не существовало».

Александр Ильин, генеральный конструктор, Алексей Калтушкин, генеральный директор, Андрей Суворов, главный конструктор СУ. На Александре: сорочка, галстук и брюки — Uomo Collezioni; очки Persol. На Алексее: пиджак, сорочка, галстук и брюки — Uomo Collezioni; очки 9Five. На Андрее: пиджак, сорочка, галстук и брюки — Uomo Collezioni. Причёски: Городская парикмахерская Noir

Пару лет назад команда Ильина с проектом двухступенчатой ракеты-носителя легкого класса «Адлер» получила финансирование и пробилась в резиденты космического кластера «Сколково». В самом деле, идея выглядела на редкость своевременной. При стремительно растущем интересе к микро-, мини-, нано- и даже пикоспутникам увеличивается потребность и в небольших, дешевых ракетах для вывода их на орбиту — желательно на экологически безопасных топливных компонентах.

Однако «Адлер» с грузоподъемностью до 700 кг оказался команде «Лин Индастриал» не по силам. «"Таймыр» — тоже хорошее название, в нем два слога и есть буква «Р». К тому же так назывался планетолет у Стругацких, — объясняет Александр. — Эта ракета стала результатом нескольких попыток «ужаться», чтобы вместиться и в бюджет, и в наши собственные возможности. Теперь во главе угла стоит дешевизна разработки и серийного выпуска. Например, нам пришлось отказаться от надежных, но явно избыточных для нас двигателей РД-108, на которых летают «большие» ракеты".

«РД-108 планировались для первой ступени, — поправляет разработчик из «Лин Индастриал» Андрей Суворов, — а на второй мы думали использовать просто «голую» камеру от РД-108 со снятым турбонасосным агрегатом. Но этого упрощения оказалось мало. Поэтому появилась вторая ракета, «Алдан». Ее двигатель мы думали собрать просто из четырех малых рулевых камер от РД-108». При собственной массе 9−10 т «Алдан» мог бы поднимать на орбиту до 100 кг. Но и этого было недостаточно.

Окончательно уменьшенная ракета — уже под именем «Таймыр» — будет иметь грузоподъемность от 10 до 150 кг в конфигурации из семи модулей. А двигатели команда «Лин Индастриал» поставит свои. «Подходящих в продаже просто нет, — говорит Андрей Суворов, — как нет в России вообще коммерческого рынка ЖРД».

Стандартные модули «Таймыр»: универсальный ракетный блок первой ступени (УРБ-1), универсальный ракетный блок третьей ступени (УРБ-2), ракетные блоки второй и третьей ступеней (РБ-1 и РБ-2).

Цены и требования, которые выдвигают подрядчики, так высоки, что для «Лин» бывает проще сделать ту же работу самостоятельно. «Само по себе это даже неплохо, но требует дополнительного времени и сил, причем чем дальше — тем больше», — говорит Александр. Не найдя подходящего двигателя, в «Лин Индастриал» спроектировали свой, крайне нехитрый и недорогой.

Работающий на паре керосин-пероксид водорода, он вовсе лишен сложного турбонасосного агрегата: топливо подается за счет вытеснения из баков сжатым гелием. Сами же баки будут сделаны из углеродного композита. «Увы, пока нам не удалось найти в России производство, где способны обеспечить достаточное качество намотки углеволокна по приемлемой стоимости. Как бы не пришлось и эту сферу осваивать самостоятельно», — замечает Ильин.

Так уже получилось с аэродинамической трубой: она оказалась «Лин» не по карману, и полноценную «продувку» пришлось заменить серией дополнительных летных экспериментов. Так происходит с огневыми испытаниями двигателя, стенды для которых инженеры готовят самостоятельно. Многие компоненты, спроектированные для тяжелых ракет-носителей, «Таймыру» попросту не по плечу — и их приходится изобретать заново, находя все более и более простые решения. Небольшая команда «Лин» вынужденно повторяет путь, который прошли пионеры космических полетов. Частный космический носитель, пускай и самый простой, требует совершенно нового опыта и новой организации производства.

Простыми словами Сверхлегкие ракеты семейства «Таймыр» проектируют, чтобы добиться минимальной стоимости доставки груза на орбиту. Для этого используется модульная схема носителей, экологически безопасное и некриогенное топливо, простая вытеснительная система его подачи, а также инновационная система управления, которая на порядок легче и дешевле традиционных аналогов. В диапазоне полезных нагрузок от 10 до 150 кг стоимость выведения составит около $60 000 за килограмм. Время готовности к старту — три месяца.

«Взять хотя бы привычный окислитель — жидкий кислород, — поясняет Андрей Суворов. — Когда мы заполняем им бак, он испаряется. Для «больших» ракет с их огромными баками это не так существенно. Но если вы уменьшаете ракету до наших размеров, отношение площади поверхности бака к объему растет, и потеря кислорода становится проблемой. Это заставило нас обратиться к не совсем обычному для космических ракет компоненту — перекиси водорода». Она не требует криогенных условий хранения и сверхдорогих композитов для баков. Ее можно просто перевозить к месту старта в канистрах: дешево и просто.

Несмотря на все упрощения, создание космической ракеты-носителя остается невероятно сложной технической задачей. Недаром даже на куцем российском рынке частной космонавтики действуют несколько разработчиков спутников, но ракетами занимаются только в «Лин». И денежный, и технологический «порог входа» в эту отрасль слишком велик. Лишь постоянный поиск простых решений позволяет команде Ильина продолжать работу — и проводить испытания новых систем.

«Легко понять: если у нас грузоподъемность 10 кг, мы не можем поставить обычную систему управления, которая сама весит примерно столько же, — объясняет Андрей Суворов. — Поэтому мы обязаны уложиться в килограмм, а лучше — еще меньше». Подходящих систем не существует нигде в мире: никому и в голову не приходило, что когда-нибудь понадобится разрабатывать ракету такой малой грузоподъемности. «Поэтому я и пытаюсь взять обычные твердотельные гироскопы и датчики, которые имеются в свободной продаже, и использовать их в системе управления космической ракеты», — продолжает Андрей.

Фото

Производители этих датчиков не подозревали, как высоко может подняться их продукция, и не тестировали ее на работу в условиях космического полета. Команде «Лин» приходится самостоятельно выяснять их незадокументированные возможности. «Перегрузки, вибрации — мы проводим уже девятые испытания летающей модели, пишем телеметрию на флешки, которые спускаются на парашюте, — говорит Андрей Суворов. — Пока летаем на дозвуковой скорости, но скоро начнем и сверхзвук».

В целом блок управления уже готов: три акселерометра, три МЭМС-гироскопа и вся необходимая электроника заключены в устройство весом меньше килограмма. «Получается, что обычные промышленные датчики мы научились использовать в космонавтике. Их разработчики вряд ли предполагали такой вариант, — не без гордости замечает Андрей. — Нам остается только слегка исправлять возникающие неточности». Систематическое отклонение, которое накапливается примерно к середине полета, разработчики будут корректировать благодаря еще одной простой идее.

Модуль управления дополнится датчиком положения Солнца. Это потребует ввести перед запуском данные о его движении, и после взлета ракета «поймает» свет небольшим фотоэлементом и сориентируется по нему, скорректировав показания датчиков. Такая система управления обещает стать уникальным продуктом и, по словам Суворова, к ней уже проявили интерес потенциальные заказчики, готовые покупать такие устройства для своих ракет.

На Андрее: пиджак, сорочка, галстук, брюки и туфли — Uomo Collezioni; очки RETROSUPERFUTURE. На Александре: сорочка, галстук, брюки и туфли — Uomo Collezioni; очки Ray Ban По самым оптимистическим оценкам, первый полет прототипа «Таймыра» может состояться в конце 2018 года, а полноценный подъем до орбиты запланирован на 2020-й. Но в «Лин» готовы к тому, что эти сроки выдержать не удастся. Команда обходится минимальным числом подрядчиков, самостоятельно вникая в разработку каждой детали и задерживаясь на каждом шагу. Медленно формируется цепочка поставщиков и подрядчиков — но разработчики не унывают и прицеливаются гораздо дальше орбиты.

«На Луне побывало шесть экспедиций, и лет за пять мы можем отправить седьмую», — рассказывает Александр Ильин. Его проект «Луна семь» отталкивается от тех же принципов простоты, дешевизны и реалистичности. Такой пилотируемый полет не потребует разработки и производства невероятно дорогих сверхтяжелых носителей и может быть реализован на базе уже существующих элементов: ракеты «Ангара», разгонных блоков «Фрегат», кораблей «Союз-ТМА».

По плану за три перелета к Луне будут доставлены спутник связи и луноход, развернуты солнечная электростанция и легкая углепластиковая «крыша», отсыпанная местным грунтом. Наконец, прибудут основные модули базы: служебный, научный, складской и два жилых. Оснащенные колесами, они въедут под укрытие крыши и состыкуются друг с другом, готовые принять экспедицию из двух человек…

Судя по сложностям, с которыми сталкиваются разработчики «Таймыра», проект «Луна семь» вряд ли ждет скорая реализация. Но Ильина это не смущает: «Я для себя решил — что там ни будет дальше, а до космоса я доберусь обязательно».

«Отдельные события, эпизоды… тогда казались повседневными буднями. Теперь, разглядывая себя и своих товарищей в этих эпизодах, убеждаюсь, что мы участвовали в великих свершениях». Борис Черток «Ракеты и люди

Статья «Простые решения» опубликована в журнале «Популярная механика» (№8, Август 2016).