Ракета-носитель

Раке́та-носи́тель (РН), также раке́та косми́ческого назначе́ния (РКН) — ракета, предназначенная для выведения полезной нагрузки в космическое пространство^[1].

Иногда термин «ракета-носитель» применяется в расширенном значении: ракета, предназначенная для доставки в заданную точку (в космос либо в отдалённый район Земли) полезной нагрузки — например, искусственных спутников Земли, космических кораблей, ядерных и неядерных боевых блоков. В такой трактовке термин «ракета-носитель» объединяет термины «ракета космического назначения» (РКН) и «межконтинентальная баллистическая ракета».

В отличие от некоторых горизонтально-стартующих авиационно-космических систем (АКС), ракеты-носители используют вертикальный тип старта и (много реже) воздушный старт.

Одноступенчатых ракет-носителей, выводящих полезную нагрузку в космос, до настоящего времени не создано, хотя имеются проекты различной степени проработки («КОРОНА», HEAT-1X и другие). В некоторых случаях как одноступенчатая может классифицироваться ракета, имеющая в качестве первой ступени воздушный носитель либо использующая в качестве таковой ускорители. Среди баллистических ракет, способных достичь космического пространства, немало одноступенчатых, в том числе и первая баллистическая ракета «Фау-2»^[2]; однако ни одна из них не способна выйти на орбиту искусственного спутника Земли.

Конструктивное исполнение ракет-носителей может быть следующим:

• продольная компоновка (тандемная), у которой ступени расположены одна за другой и работают в полёте поочерёдно (РН «Зенит-2», «Протон», «Дельта-4»);
• параллельная компоновка (пакетная), при которой несколько блоков, расположенных параллельно и относящихся к разным ступеням, работают в полёте одновременно (РН «Союз»);
  • условно-пакетная компоновка (т. н. полутораступенчатая схема), в которой используются общие топливные баки для всех ступеней, от которых питаются стартовые и маршевые двигатели, запускающиеся и работающие одновременно, по завершении работы стартовых двигателей сбрасываются только они;
  • компоновка «спаржа» (термин введён аэрокосмическим инженером Эдом Кейтом, одним из создателей этой компоновки), в которой используются насосы, перекачивающие топливо из боковых ступеней в центральную. Эта схема использовалась в первоначальном проекте ракеты-носителя Falcon Heavy, от которого впоследствии отказались из-за сложности технической реализации схемы.

В качестве маршевых двигателей могут использоваться:

• жидкостные ракетные двигатели;
• твердотопливные ракетные двигатели;
• различные комбинации на разных ступенях.

Классификация ракет по массе полезной нагрузки (ПН), выводимой на низкую опорную орбиту (НОО), меняется с развитием техники и является достаточно условной^[1][3]:

Также иногда выделяется класс сверхлёгких ракет-носителей, способных доставить на НОО полезную нагрузку массой до 500 килограмм^[7].

Наибольшее распространение получили одноразовые многоступенчатые ракеты как пакетной, так и продольной схем. Одноразовые ракеты отличаются высокой надёжностью благодаря максимальному упрощению всех элементов. Следует уточнить, что одноступенчатой ракете для достижения орбитальной скорости теоретически необходимо иметь конечную массу не более 7—10 % от стартовой, что при даже существующих технологиях делает их труднореализуемыми и экономически неэффективными из-за низкой массы полезного груза. В истории мировой космонавтики одноступенчатые ракеты-носители практически не создавались — существовали только так называемые полутораступенчатые модификации (например, американская РН «Атлас» со сбрасываемыми дополнительными стартовыми двигателями). Наличие нескольких ступеней позволяет существенно увеличить отношение массы выводимой полезной нагрузки к начальной массе ракеты. В то же время многоступенчатые ракеты требуют отчуждения территорий для падения промежуточных ступеней.

Ввиду необходимости применения высокоэффективных сложных технологий (прежде всего в области двигательных установок и теплозащиты), полностью многоразовых ракет-носителей пока не существует, несмотря на постоянный интерес к этой технологии и периодически открывающиеся проекты разработки многоразовых носителей (за период 1990—2000-х годов — такие как ROTON, Kistler K-1, АКС VentureStar и др.). Частично многоразовой являлась широко использовавшаяся американская многоразовая транспортная космическая система (МТКС)-АКС «Спейс шаттл» («Космический челнок») и советская программа МТКС «Энергия—Буран», разработанная, но так и не использованная в прикладной практике, а также ряд нереализованных бывших (например, «Спираль», МАКС и другие АКС) и вновь разрабатываемых (например, «Байкал-Ангара») проектов. Вопреки ожиданиям, «Спейс шаттл» не смог обеспечить снижение стоимости доставки грузов на орбиту; кроме того, пилотируемые МТКС характеризуются сложным и длительным этапом предстартовой подготовки (из-за повышенных требований по надёжности и безопасности при наличии экипажа).

Частично многоразовой (первая ступень и головной обтекатель) является ракета-носитель Falcon 9. Первая ступень этой ракеты-носителя может использоваться до 10 и более раз с минимальным межполётным обслуживанием^[8][9]. По состоянию на май 2024 года практический налёт ступеней достигает 20 раз (B1060, B1061, B1062), а минимальный межполётный интервал — 21 дня (B1062-6).

Ракеты для пилотируемых полётов должны обладать бо́льшей надёжностью (также на них устанавливается система аварийного спасения), допустимые перегрузки для них ограничены (обычно не более 3—4,5 g). При этом сама ракета-носитель является полностью автоматической системой, выводящей в космическое пространство аппарат (космический корабль) с людьми на борту, это могут быть пилоты, способные осуществлять непосредственное управление кораблём, специалисты (инженеры, исследователи, медики), космические туристы.

Реактивное движение использовалось человечеством со средневековья, в ракетном оружии: в Китае — с XIII века, в Индии — с XVIII века (майсурские ракеты, первые ракеты с металлическим корпусом). Однако скорости этих ракет были гораздо меньше первой космической.

10 мая 1897 года К. Э. Циолковский в рукописи «Ракета» исследует ряд задач реактивного движения, где определяет скорость, которую развивает летательный аппарат под воздействием тяги ракетного двигателя, неизменной по направлению, при отсутствии всех других сил; конечная зависимость получила название «формула Циолковского» (статья опубликована в журнале «Научное обозрение» в 1903 году).

В 1903 году К. Э. Циолковский опубликовал работу «Исследование мировых пространств реактивными приборами» — первую в мире, посвящённую теоретическому обоснованию возможности осуществления межпланетных полётов с помощью реактивного летательного аппарата — «ракеты». В 1911—1912 годах опубликована вторая часть этой работы, в 1914 году — дополнение. К. Э. Циолковский и независимо от него Ф. А. Цандер пришли к выводам, что космические полёты возможны и на известных уже тогда источниках энергии, и указали практические схемы их реализации (форму ракеты, принципы охлаждения двигателя, использование жидких газов в качестве топливной пары и др.).

Первым теоретическим проектом ракеты-носителя был «Lunar Rocket», спроектированный Британским межпланетным обществом в 1939 году. Проект представлял собой попытку разработки ракеты-носителя, способной доставить полезный груз на Луну, основанную исключительно на существующих в 1930-х годах технологиях, то есть был первым проектом космической ракеты, не имевшим фантастических допущений. Ввиду начала Второй мировой войны работы по проекту были прерваны и существенного влияния на историю космонавтики он не оказал^[10].

Первой в мире настоящей ракетой-носителем, доставившей в 1957 году груз («Спутник-1») на орбиту, была советская Р-7 («Спутник»). Далее СССР и США, а затем и ещё несколько стран стали так называемыми «космическими державами», начав использовать собственные ракеты-носители. СССР и США, а значительно позже также и Китай создали РН для пилотируемых полётов.

Наиболее мощными из эксплуатируемых в настоящее время ракет-носителей являются американские Space Launch System (выводит на низкую околоземную орбиту 95 тонн) и Falcon Heavy частной компании SpaceX, способная вывести на низкую околоземную орбиту до 64 тонн. В прошлом были созданы (в рамках проектов высадки человека на Луну) и более мощные ракеты-носители сверхтяжёлого класса — такие, как американская РН «Сатурн-5» и советская РН «Н-1», а также, позднее, советская «Энергия». Но в настоящее время они не используются. Соизмеримой мощной ракетной системой была американская МТКС «Спейс шаттл», которую можно было рассматривать как РН сверхтяжёлого класса для вывода пилотируемого корабля 100-тонной массы, или как РН тяжёлого класса, для вывода на НОО прочей полезной нагрузки (до 20—30 тонн, в зависимости от орбиты). При этом космический корабль-челнок являлся второй ступенью многоразовой космической системы, которая могла использоваться только при его участии, в отличие от советского аналога МТКС «Энергия—Буран».

Третьей ракетой-носителем сверхтяжёлого класса в России может стать РН класса «Енисей», детальный план-график создания которой был подписан в начале января 2019 года. Строительство инфраструктуры под ракету начнётся в 2026 году, первый полёт запланирован на 2028 год с космодрома Восточный. Новая российская сверхтяжелая РН будет выводить на низкую околоземную орбиту более 70 тонн груза и обеспечивать полёты в дальний космос^[11].

• Ракета-носитель многоразового применения
• Список ракет-носителей
• Хронология первых космических запусков по странам

• В. А. Александров, В. В. Владимиров, Р. Д. Дмитриев, С. О. Осипова. Ракеты-носители (рус.) / под ред. С. О. Осипова. — Москва: Воениздат, 1981. — 315 с. — 17 000 экз.
• В. И. Куренков. Часть 2. Основы проектирования ракет-носителей // Конструкция и проектирование изделий ракетно-космической техники (рус.). — электрон. учеб. пособие. — Самара: Минобрнауки России, Самарский гос. аэрокосмический университет им. С. П. Королева, 2012.
• РАКЕ́ТА-НОСИ́ТЕЛЬ : [арх. 3 декабря 2022] // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
• Техника. Современная иллюстрированная энциклопедия. — Москва: Росмэн, 2006. (недоступная ссылка с 14-09-2024 [55 дней])
• Дорнбергер В. «Фау-2». Сверхоружие Третьего Рейха. 1930—1945 = V-2. The Nazi Rocket Weapon / Пер. с англ. И. Е. Полоцка. — Москва: Центрполиграф, 2004. — 350 с. — ISBN 5-9524-1444-3.
• Ракета-носитель / Г. А. Назаров // Проба — Ременсы. — М. : Советская энциклопедия, 1975. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 21).

На русском:

• Ракетоноситель или ракета-носитель  (рус.).
• Ракеты-носители Государственного космического научно-производственного центра имени М. В. Хруничева  (рус.).
• Перспективные ракеты-носители  (рус.) (2 августа 2018).
• Сверхтяжелая российская ракета получила название "Енисей"  (рус.). ТАСС. Дата обращения: 4 января 2019.
• Архивированная копия  (рус.). ГКНПЦ имени М. В. Хруничева. Дата обращения: 1 апреля 2008. Архивировано из оригинала 22 февраля 2008 года.

На английском:

• BIS Lunar Lander (англ.).
• Block 5 Phone Presser (англ.) (10 мая 2018).
• Clark, Stephen Musk previews busy year ahead for SpaceX (англ.). Spaceflight Now (4 апреля 2017).
• Paul K. McConnaughey; Mark G. Femminineo, Syri J. Koelfgen, Roger A. Lepsch, Richard M. Ryan, Steven A. Taylor.: Draft Launch Propulsion Systems Roadmap: Technology Area 01 (англ.) (PDF). НАСА p.11 (ноябрь 2010). Дата обращения: 7 октября 2020.
• NASA Attemis  (неопр.).
• NASA evaluating schedule, launch date forecasts for Artemis 2  (неопр.).