Семейство разгонных блоков Д

Блок Д

Семейство разгонных блоков Д — семейство разгонных блоков (верхних ступеней), происходящих от блока «Д» — пятой ступени космического ракетного комплекса Н1-Л3, предназначенного для полёта на Луну советских космонавтов. Используют в качестве топлива пару жидкий кислород — керосин, при этом допускается заправка «синтином» без переделки конструкции.

История создания

В составе штатного комплекса блок «Д» отвечал за перевод связки ЛК-ЛОК с траектории перелёта на окололунную орбиту, за перевод ЛК с окололунной орбиты на посадочную траекторию, а также за коррекции при перелёте (блоки «А», «Б» и «В» — первые три ступени ракеты Н-1, выводившие комплекс на низкую опорную орбиту, блок «Г» разгонял экспедицию к Луне). Поэтому максимальное число запусков двигателя блока «Д» (он имеет индекс 11Д58, или РД-58 в некоторых источниках) было равно семи, а время жизни блока «Д» было равно 7 суткам. Для этого кислородный бак имел форму сферы и был снабжён теплоизоляцией. Кроме того, он заправлялся охлаждённым до −200 °C кислородом (температура кипения −183 °C), что позволяло дополнительно уменьшить потери на испарение, и, вдобавок, увеличивало плотность жидкого кислорода, экономя необходимый объём бака. Бак керосина имел тороидальную форму и был наклонён на 3 градуса, для упрощения конструкции топливозаборника. Тяга двигателя 11Д58 составляла 8,5 тс.

Применение

В связи с неготовностью ракеты Н-1 было принято решение о программе облёта Луны без высадки с помощью ракеты УР-500К. Для этого был разработан космический корабль 7К-Л1, заимствовавший часть систем с орбитального корабля 7К-ОК, известного как «Союз». Чтобы придать кораблю необходимую скорость, трёхступенчатая УР-500К была снабжена четвёртой ступенью — блоком «Д», заимствованным с ракеты Н-1.

Под названиями «Зонд-5»…«Зонд-8» корабль 7К-Л1 четырежды облетал Луну, но без космонавтов («Зонд-4» был запущен в противоположную от Луны сторону на высокоэллиптическую орбиту с высотой апогея около 330 000 км).

Ракета УР-500К, получившая имя «Протон», вместе с блоком Д и дальше использовалась для запуска лунных станций «Луна-15»…«Луна-24», и межпланетных станций «Венера-9»…«Венера-16», «Марс-2»…«Марс-7», «Вега» и «Фобос». В 1974 году начались полёты и на геостационарную орбиту для вывода спутников связи «Горизонт», «Радуга», «Экран».

Требования к блоку Д в составе лунного комплекса не вполне подходили для АМС и спутников связи, потому проект модифицировали для повышения грузоподъёмности и снижения стоимости. Новый блок назвали ДМ. Он имел время работы всего до 9 часов, а количество перезапусков двигателя было ограничено тремя. Это позволило избавиться от теплоизоляции на баке кислорода, и части блоков системы обеспечения запуска.

Для разнообразия полезных нагрузок были разработаны ДМ-2, ДМ-03. Для работы в составе комплекса «Зенит-3SL» была разработана модификация ДМ-SL. Вместо керосина, блок ДМ может использовать в качестве горючего синтетический углеводород «синтин», что увеличивает удельный импульс его двигателя с 358 до 361 с.

Использование блока ракеты «Протон» подходит к концу — он заменяется блоком «Бриз-М», но в программе «Морской старт» блок ДМ-SL (в программе «Наземный старт» используется ДМ-SLБ) будет использоваться и дальше. Это связано с тем, что «Бриз-М» использует те же компоненты топлива, что и ракета «Протон», а блок ДМ, наоборот, соответствует ракете «Зенит». Интересно, однако, что для выведения спутников «Глонасс-М» («Ураган-М») на круговые орбиты высотой около 20 000 км блок ДМ обеспечивает более высокую точность выведения, чем «Бриз-М», и поэтому его использование на ракете «Протон-М» прекратится, видимо, только после окончательной замены спутников «Глонасс-М» на новые негерметичные аппараты «Глонасс-К», лётные испытания которых начались в феврале 2011 года. Тем не менее, 5 декабря 2010 года был осуществлён первый запуск новой модификации блока ДМ (11С861-03) с увеличенной заправкой и большей грузоподъёмностью. Блок ДМ-03 был использован для запуска тройки спутников «Глонасс-М», при этом вывод на орбиту завершился неудачно.

Отношение к выводу из эксплуатации блока ДМ несколько изменилось после аварий РБ «Бриз-М» в 2006 году при запуске «Арабсат-4А» и в 2008 году при запуске АМС-14, и, возможно, блок ДМ останется в эксплуатации для подстраховки и как опция для коммерческих заказчиков.

19 августа 2012 года разгонный блок ДМ-SL установил рекорд по точности выведения при запуске.

Модификации

Блок Д (11С824)

Прототипом данного блока, является блок «Д», разработанный ОКБ-1, в качестве пятой ступени комплекса Н1-Л3, части советской лунно-посадочной пилотируемой программы и межпланетных станций «Венера-9»…"Венера-16", «Марс-2»…"Марс-7", «Вега» и «Фобос». В этом варианте блок Д не имел собственной системы управления, управление осуществлялось из СУ космического аппарата.

На блоке «Д» комплекса Л3 устанавливался двигатель 11Д58 разработки ОКБ-1. Двигатель 11Д58, выполненный по замкнутой схеме, впервые должен был обеспечивать многократный запуск в условиях космического пространства и невесомости с помощью раскрутки бустерного бакового турбонасосного агрегата окислителя сжатым газом из автономной газобаллонной секции пневмогидросистемы пуска блока «Д». В процессе пневмозапуска насос окислителя создавал значительный напор (около 10 кг/см²), что обеспечивало надёжное заполнение неохлажденного тракта окислителя жидким кислородом и начальный уровень расхода газогенераторного газа через турбину основного ТНА, необходимые для выхода двигателя на нормальный режим. Такая схема обеспечивала минимальные потери кислорода на захолаживание ДУ. Для уменьшения теплового притока к окислителю (переохлажденный кислород с температурой до −193 °C) была принята сферическая форма бака окислителя с экранно-вакуумной теплоизоляцией, а все соединения выполнены с помощью тепловых мостов. Бак горючего, внутри которого располагался двигатель, имел форму тора. На блоке впервые были применены технические решения, которые впоследствии стали классическими в ракетной технике (например, использование баковых преднасосов, входящих в состав двигателя, и хранение гелия в баллонах, погруженных в жидкий кислород, и др.)

Блок ДМ (11С86)

Двигатель 11Д58М

Модификация блока Д, разработанная для выведения на геостационарную орбиту спутников связи и телевидения, разработки КБ ПМ (Главный конструктор М. Ф. Решетнёв).

Спутники связи не имели аппаратуры управления ракетным блоком, поэтому блок Д был оснащен самостоятельной системой управления, расположенной в герметичном приборном отсеке тороидальной формы, в котором также размещалась аппаратура телеметрии и командной радиолинии. Приборный отсек был установлен на специальной ферме над баком окислителя и имел систему терморегулирования. На блоке Д был установлен двигатель 11Д58М, разработанный в НПО «Энергия» под руководством Б. А. Соколова. Данный двигатель серийно изготавливается на Воронежском механическом заводе.

Модифицированный разгонный блок имел время активного существования 9 часов, и количество запусков двигателя было ограничено тремя. В настоящее время^{[когда?]} используются разгонные блоки моделей ДМ-2, ДМ-2М и ДМ-03 производства РКК «Энергия», у которых количество включений было увеличено до 5.

Разработка

Разработка блока ДМ началась в 1969 году. Блок этой модификации с 3 августа 1973 года по 30 июля 1975 года прошёл шесть огневых испытаний, в процессе которых блок заправлялся по два-три раза, а двигатель включался по 4—5 раз. Эксплуатируется с РН «Протон» с 1974 года.

Характеристики

• Масса блока ДМ сухая: 3420 кг
• Масса элементов, отделяемых в полёте: 1090 кг
• Масса КА, выводимых на ГСО: до 2600 кг
• Заправляемый запас компонентов топлива: 15 050 кг
• Длина: 6280 мм
• Ширина (диаметр): 3700—4100 мм
• Тяга двигателя 11Д58М (в пустоте): 8550 кгс
• Удельная тяга (в пустоте): 361 с

Блок ДМ состоит из: маршевого двигателя; двух двигательных установок стабилизации и ориентации; сферического бака окислителя; тороидального бака горючего; приборного отсека; аппаратуры командно-измерительного комплекса; отделяемых в полете нижнего и среднего переходников.

Подтвержденная надежность двигателя 0,997 при доверительном уровне 0,9. Каждый двигатель проходит контрольные испытания без переборки с использованием прогрессивных средств диагностирования технического состояния.

Коммерческие блоки

Разработка коммерческих блоков на базе блока ДМ началась в 1993 году. Коммерческие блоки получили обозначение в виде двух исходных букв ДМ и номера модификации, связанных с необходимостью доработки под конкретную иностранную коммерческую нагрузку В конструкторской документации этот номер пишется сразу после букв ДМ без пробела, в отличие от официальных названий блоков 11С861-01, принятых военно-космическими силами (ВКС). В официальных названиях исходные буквы и номер модификации пишутся через дефис (Д-2, ДМ-2, ДМ-2М). Существование двух систем похожих обозначений породило немало путаницы.

Первоначально каждый разгонный блок проектировался под конкретную полезную нагрузку. Это объяснялось небольшим количеством контрактов на коммерческие запуски с помощью РН «Протон-К», ограниченных квотой в пять пусков. В порядке заключения контрактов блоки получили обозначения: для КА Inmarsat 3 — ДМ1, для трёх пусков КА Iridium — ДМ2, для КА Astra IF — ДМ3 и для КА Tempo FM1 — ДМ4. В связи с тем, что крепление семи КА Iridium требовало установки диспенсера большого диаметра, в качестве прототипа блока ДМ2 был взят не 11С861-01, а ещё не использовавшийся тогда РБ 17С40. На этом блоке верхняя силовая ферма, на которой крепится адаптер системы разделения, имеет больший диаметр, чем на блоках серии 11С861.

ДМ3

ДМ3 — коммерческий вариант блока ДМ, изначально предназначавшийся для вывода КА типа Astra IF. Разгонным блоком ДМ3 было успешно выведено множество иностранных коммерческих спутников. 25 декабря 1997 года КА Asiasat-3 не был выведен на заданную орбиту из-за неисправности РБ.

ДМ4

ДМ4 — коммерческий вариант блока ДМ, изначально предназначавшийся для вывода КА типа Tempo FM1.

Блок ДМ-2 (11С861)

Блок ДМ-2 использует однокамерный двигатель 11Д58M на компонентах топлива жидкий кислород — керосин. Первый запуск блока ДМ-2 состоялся 12 октября 1982 года, когда на близкую к круговой орбиту были выведены два первых спутника серии «Ураган» и габаритно-весовой макет третьего спутника.. Разгонный блок ДМ-2 успешно вывел международную астрофизическую обсерваторию «Интеграл».

Блок ДМ-2М (ДМ-2-01, 11С861-01)

Блок ДМ-2М имеет повышенные энергетические характеристики и использует двигатель 11Д58С. Эта модификация ДУ в качестве горючего использует синтетический керосин («синтин»). Новая модификация блока 11С861-01 впервые использовалась 20 января 1994 года. Этот блок отличается от своего предшественника уменьшением в некоторых местах числа слоев теплоизоляционного покрытия, изменениями в системе управления и пр. За счет этого масса блока снизилась на 120 кг. Массу же выводимых на стационарную орбиту аппаратов удалось поднять до 2500 кг. Разгонный блок 11С861-01 использовался для выведения российских спутников «Экспресс».

Блок ДМ-03 (11С861-03)

Блок ДМ-03 — один из основных российских разгонных блоков, предназначенных для проведения запусков космических аппаратов с низкой околоземной на высокоэнергетические орбиты, включая геостационарную, высококруговые и высокоэллиптические орбиты, а также отлетные траектории к Луне и планетам Солнечной системы.

Блок 14С48 («Персей»)

14С48 — модернизированный вариант разгонного блока 11С861-03 с двигателем 11Д58М, который создавался в рамках ОКР «Двина-ДМ» по заказу Роскосмоса для РН «Протон-М» с последующей адаптацией его к «Ангаре-А5» и другим перспективным РН тяжелого класса. Но поскольку эксплуатация «Протонов» должна завершиться в 2026 году, работы по ОКР «Двина-ДМ» были прекращены, и дальнейшая модернизация разгонного блока проводится уже в рамках ОКР «Персей-КВ» только для РН «Ангара-А5». Так, ОКР «Персей-КВ» предполагает создание комплекса разгонного блока для «Ангары-А5» на космодроме Плесецк. В перспективе, согласно Федеральной космической программе России на 2016—2025 годы, аналогичный комплекс (ОКР «Орион») будет строиться на космодроме Восточный.

При создании базового модуля разгонного блока 14С48 были использованы наработки с РБ 11С861-03, 452ГК и 314ГК.А18. Так, в новом «разгоннике» увеличены топливные баки, изменилась пневмогидросистема. Его отработкой изначально занимался ОАО «Красмаш», но впоследствии производство было передано Воронежскому механическому заводу.

В начале декабря 2018 года «Красмаш» отгрузил первый летный образец 14С48. В 20-х числах декабря в РКК «Энергия», которая является разработчиком 14С48, с завода «Красмаш» был доставлен базовый модуль первого разгонного блока. В 2019 году в ЦНИИмаш намечаются вибропрочностные испытания макета нового разгонного блока. В течение 2019 года году специалистам РКК «Энергия» предстоит дооборудовать и испытать РБ 14С48 перед предстоящим в четвёртом квартале 2019 года использованием в ходе второго пуска ракеты «Ангара-А5». В декабре 2020 года стало известно, что запуск «Ангары-А5» с РБ «Персей» состоится в 2021 году.

27 декабря 2021 года с космодрома Плесецк состоялся третий испытательный пуск тяжёлой ракеты-носителя «Ангара-А5» с разгонным блоком «Персей». РБ «Персей» с макетом полезной нагрузки штатно отделился от ракеты-носителя, но не вышел на заданную геостационарную орбиту высотой 36 тыс. км. По данным Командования воздушно-космической обороны Северной Америки (NORAD) на низкой околоземной орбите высотой 179 × 201 км появился объект 50505/2021-133A, элементы орбиты которого соответствуют времени запуска «Ангары-А5». Спустя двое суток после запуска «Ангары» на сайте celestrak.com, отслеживающем околоземные объекты, фиксируемые NORAD, присутствовали уже 4 объекта.

Блок ДМ-УЗ (14С49)

14С49 — дальнейшая модернизация разгонного блока 14С48 с двигателем 11Д58МФ с улучшенными энергетическими характеристиками и увеличенной заправкой топливом для использования в пусках «Ангары-А5» (не ранее третьего пуска в рамках летно-конструкторских испытаний данной РКН).

Характеристики

• Масса блока ДМ сухая: 3140 кг,

в том числе сбрасываемые отсеки:

• средний переходный отсек 700 кг
• съемный отсек 250 кг
• нижний переходник 290 кг
• Заправляемый запас компонентов топлива: 18 900 кг
• Компоненты топлива: жидкий кислород и нафтил
• Длина: 6160 мм
• Ширина (диаметр): 4100—4350 мм
• Тяга двигателя 11Д58МФ (в пустоте): 5000 кгс
• Удельная тяга (в пустоте): 372 с

Блок ДМ-5 (17C40)

Блок ДМ-5 — модификация блока ДМ, разработанная для выведения на орбиту тяжёлых космических аппаратов серии «Аракс».

Блок ДМ-SL

Блок ДМ-SL — модификация блока ДМ, предназначавшаяся в качестве разгонного блока РН «Зенит-3SL», которая используется для запусков по проекту Sea Launch. Считается^[кем?] одним из самых «точных» разгонных блоков.

Блок ДМ-SL создан на основе РБ 315ГК, разработанного в РКК «Энергия» в 1980-х годах для РН «Зенит-3». Первый лётный блок ДМ-SL успешно выполнил свою задачу во время демонстрационного запуска РН «Зенит-3SL». Блоки ДМ-SL выпускаются с 1997 года параллельно с РБ ДМ3. В будущем невостребованные блоки серии ДМ3 тоже могут быть переделаны в РБ ДМ-SL.

Характеристики

• Масса конструкции полностью собранного блока: 3,5 т
• Заправляемый запас топлива: 15,1 т
• Тяга маршевого двигателя 11Д58М в вакууме: 8,0 тс
• Количество включений маршевого двигателя: до 5
• Масса ПГ, выводимого на ГСО: 2,5 т

Блок ДМ-SLБ

Блок ДМ-SLБ — модификация ДМ-SL, переработанная специально для РН «Зенит-3SLБ», используемой для запусков с космодрома «Байконур» по проекту «Наземный старт». Впервые был использован при запуске спутника «Амос-3» в 2008 году.

Характеристики

• Масса конструкции полностью собранного блока: 3,22 т
• Заправляемый запас топлива: 14,58 т
• Тяга маршевого двигателя в вакууме: 8,103 тс
• Количество включений маршевого двигателя: до 3

Характеристики

Характеристики семейства разгонных блоков Д
Название	Индекс ГУКОС	Масса РБ		Топливо	Запас топлива, т	Маршевый двигатель	Тяга в вакууме, тс	Кол-во включений двигателя	Масса ПГ на ГСО, т			Начало эксплуатации
		на Земле	в космосе						Протон-К	Протон-М (3-го этапа)	Зенит-2S
ДМ-2	11С861	3,2	2,3	керосин + жидкий кислород	15,1	11Д58М	8,5	до 5	2,4			1982
ДМ-2М	11С861-01		2,2	керосин + жидкий кислород	15,1	11Д58С	8,5	до 5	2,5			1994
ДМ-03	11С861-03	3,245	2,35	керосин + жидкий кислород	18,7	11Д58М	8,5	до 5	2,95	3,44		2007
ДМ-SL		3,5		керосин + жидкий кислород	15,1		8,0	до 5			2,5
ДМ-SLБ		3,22		керосин + жидкий кислород	15,58		8,103	до 3				2008

Литература

• Гудилин В. Е., Слабкий Л. И. Разгонные блоки. Ядерные энергетические установки космических аппаратов. Ядерные ракетные двигатели // Ракетно-космические системы (История. Развитие. Перспективы). — М., 1996. — 326 с.
• Уманский С. П. Ракеты-носители. Космодромы. — М.: «Рестарт», 2001.
• Лантратов К. Новый разгонный блок ДМ-2М // «Новости космонавтики» : журнал. — 1994. — 18 ноября (№ 23). — С. 36—37.

Ссылки

• Разгонный блоки ДМ, ДМ-SL  (неопр.). РКК «Энергия».
• Разгонные блоки  (неопр.). «Красноярский машиностроительный завод».
• Gunter Dirk Krebs. Blok-D (англ.). Gunter's Space Page.
• Anatoly Zak. Block D upper stage (англ.). RussianSpaceWeb.com.