"Energia"

Basic difference of a booster rocket of "Energia" from system " the Space the Shuttle " became ability to deliver in space not only the reusable orbital ship (in piloted and unmanned variants), but also other payloads of greater{big} weights and dimensions.
"Energia" - the first Soviet rocket using cryogenic fuel (hydrogen) at a mid-flight step, and most powerful of the rockets created in the USSR. To estimate{appreciate} it it is possible, proceeding from that "Energia" provide deducing{removing} in space of devices in weight five times more, than maintained carrier{bearer} " Proton ", and three times - than " the Space the Shuttle ".



This transport space system is created on modular blocks in such a manner that on its{her} basis various rockets of average, heavy and superheavy classes, by carrying capacity from 10 up to 200 т can be constructed, that allows to manage a minimum quantity of again developed mid-flight engines and rocket blocks for drawing up of the whole spectrum of carriers{bearers}. It has been solved, that "Energia" become base system. The base model has starting weight 2400 т in view of 2000 т fuel. The final weight 400 т includes weight of a payload. The rocket of "Energia" consists of the central block - the second step - and four peripheral blocks making the first step.



Under the project of "Energia" it is calculated on start-up on the azimuths corresponding{meeting} inclinations of orbits 51-83, 97, 101-104, 1100. Carrying capacity of a booster rocket of "Energia" into a basic orbit in height of 200 km and various inclinations for different quantity{amount} of blocks of the first step allowed to bear{take out} at two blocks of the first step a cargo in weight from 40 up to 60 т, at eight blocks - from 170 up to almost 200 т.
In the governmental order about creation of reusable space system " Buran " the expediency of development in 1979-1980 of technical offers on perspective means of deducing{removing} has been stipulated also. In November, 1977 it was entrusted to provide with the governmental order development of works on creation on the basis of reusable space system " Buran " and its{her} basic elements of a superheavy booster rocket.
In КБ НПО "Energia" and the head adjacent organizations have been developed{unwrapped} prospecting and design works on the heavy and superheavy booster rockets created on the basis of a rocket complex "Buran". The direction of development of rockets-carriers{-bearers} of a cargo variant "Buran-Ô" (it is a booster rocket) where instead of the orbital ship on the same communications{connections} the cargo container in which the payload was placed was hung was developed{produced}. The weight of a payload and the resulted{brought} part of weight of the container, that is the weight separated in the end of a site, made 102 т. Thus the structure of a rocket package did not differ from a regular variant. This scheme{plan} in the name has got an additional index - Т, that is a transport variant which allowed to deduce{remove} into a geostationary orbit devices in weight up to 18 т, to the Moon - 32 т, to Mars and Venus - nearby 28 m. The variant with two blocks And and the reduced transport container was developed under the name "Thunder-storm" or РЛА-125.
Superheavy carrier{bearer} " Vulkan " was developed on structure of a package with восемью the extended blocks And and central block TS with the increased refuelling. The cargo compartment settled down in a head part of the central block. "Vulkan" basically for programs of development of Mars and flights on other planets of Solar system was provided.
In 1984, in December, the governmental order about programs of creation of space-rocket systems for 1986-1995 were target dates of developmental works: on "Buran-Ô" - 1986-1993, to "Vulkan" - 1990-1995, to it{him; them} разгонный block " Vesuvius " - 1991-1995, "Thunder-storm" - 1986
One of the primary factors which have defined{determined} qualitative progress "Energia", - new powerful engines, first of all, the engine (on oxygen-kerosene) the first step with unknown draft for the Soviet engines up to 740 т at the Earth and the new powerful engine of the second step on hydrogen and oxygen with draft 200 т outside of an atmosphere. At burning ton of hydrogen, as is known, it is allocated three times more Energia, than from ton of kerosene. Essentially new technical decisions, absolutely new technologies and materials were necessary. Characteristics "new" and "essentially new" concern practically to all composed systems " Energia " - from a design of the rocket till ways of its{her} assembly and transportation, from a starting complex up to the concept of automatic control, reliability, safety and tests.
The rocket is executed under the two-level scheme{plan}. Constructed by a block principle, it{she} is collected in a package around of the central oxygen-hydrogen block. Engines, however, are started with engines of the first step in this connection, strictly speaking, the rocket is considered полутораступенчатой. Lateral blocks - oxygen-керосиновые. Total draft of engines in the beginning of flight, at the moment of start, nearby 3600 т is, naturally, it is much more (in one and a half time) than starting weight of all system " Energia " - "Buran". The general{common} length of a booster rocket of "Energia" - about 60 m (the twenty-storied house).



"Buran" in this rocket complex actually is the third step of a booster rocket. By the end of work of the second step of a booster rocket of "Energia" the payload and the orbital ship independently, as well as the orbital ship "Shuttle", gather additionally speed due to own engines. - the order of 60 km/s it is enough increment of speed, that to a cargo to leave into a basic orbit. The second step stops the work during that moment when the opportunity for a step is kept to return on the ground on a ballistic trajectory. The distance from start up to this point which are being water area of Pacific ocean, is approximately equal полупериметру globe. The second step is not put into an orbit to not litter space.
As the third step the satellites deduced{removed} into a geostationary orbit, or the space vehicles directed to the Moon and planets of Solar system can be used and special разгонные rocket blocks with the control system, carrying{bearing} useful loading, for example.



Rocket blocks of the first step are fastened by power{force} communications{connections} with the block of the second step in two belts{zones}. The top belt{zone} settles down on межбаковом a compartment of the block of the second step and носовых parts of blocks of the first step. In area of the top belt{zone} of power{force} communication{connection} are placed колодки electric communication{connection} between these blocks. The bottom belt{zone} of power{force} communication{connection} settles down on a tail compartment of the central block and a tank of fuel of blocks of the first step. For fastening payloads to a booster rocket on the central block there are two belts{zones} of communication{connection}, the top belt{zone} is placed on a tank of fuel. In area of the top belt{zone} of power{force} communication{connection} electric communication{connection} between a booster rocket and a payload is placed. The bottom belt{zone} of communication{connection} of a booster rocket with a payload settles down on a tail compartment of the block of the second step and coincides with the bottom belt{zone} of power{force} communication{connection} of lateral blocks.
The rocket of "Energia" refuels liquid hydrogen (102-105), liquid oxygen (1490) and kerosene РГ-1 (342-356). The maximal overload in flight of 3 units.

"Energia" as universal system which can deduce{remove} various devices, and also start the interplanetary and lunar ships, have no analogues in a world{global} practice, and its{her} comparison with " the Space the Shuttle " is lawful only for a case of deducing{removing} of the orbital ship "Buran". Here some comparative characteristics of both systems.
The weight of the payload deduced{removed} into a basic orbit in height of 200 km, approximately is identical: at "Buran" - 30 т at an inclination of an orbit 50,70, at " the Space of the Shuttle " - 29,5 т at an inclination 280. The weight of the payload returned from an orbit to the Earth, 15-20 т, can return American "Shuttle" 14,5 т. Starting weight of "Energia" above on 360 т. It is connected, first, with "малольготным" an inclination of an orbit, presence of effective system of safety of flight of crew. Duration of functioning in an orbit identical - 7-30 day. The first step of "Energia" consists of four liquid impellent installations - blocks And. At " a Space of the Shuttle " two твердотопливных the accelerator. At the second step of "Energia" - four engines, from which one - practically reserve. At "American" - 3 engines. The scheme{plan} of rescue of blocks of the first step of "Energia" - landing{planting} to a land, at " the Space of the Shuttle " - on water. Assembly " the Space of the Shuttle " is conducted vertically. At us both assembly, and transportation on start on the coupled railway track are made horizontally with the subsequent installation on start in vertical position.



Final weight before branch of the orbital ship 178,5 т at "Energia" and 153 т - at " the Space of the Shuttle ", weight after branch - 105 and 114,3 т accordingly. Excess of weight of a shuttle over the ship after branch turns out, basically because on its{his} board there is a basic power installation - mid-flight engines of the second step. At led identical conditions of start of "Buran" and " the Space of the Shuttle " - with an inclination 28,50 and height of an orbit of the order 370 km, "Energia" deduce{remove} a cargo more hard on one and a half ton. However constructive perfection is an attitude{a relation} of weight of a payload to initial weight of a rocket - at " the Space of the Shuttle " makes 1,45, while at "Energia" - 1,26. It speaks a greater{big} level of reservation of systems down to engines, in view of that, for example, the first step a specific impulse of engines " Energia " essentially above, than at твердотопливных accelerators " the Space of the Shuttle ": At "Energia" 308,6-336,2, and at a shuttle 262,2. The dry weight of the first step of "Energia" - blocks And - makes 265,2 tons, at " the Space of the Shuttle "-163,8. In recalculation on one block our design is heavier, and in losses of a payload makes 12,6 tons, thus the essential part of losses falls with support of rescue of blocks And - the order of 6 tons of a payload. The specific impulse of engines of the second step is approximately identical - 454-455 with. Constructive perfection of fuel compartments of the second steps of "Energia" and " the Space of the Shuttle " is approximately identical: dry weight of compartments 34-35 m.
Excess of weight of the second step concerning design (set by the developer) data made in percentage: on the case - 10, to the engine - 15 and a control system - 100. The Control system of "Energia" had the greater{big} weight in comparison with American.
Despite of visible affinity of many basic characteristics, it is two noticeably differing space systems. Are identical on function of the orbital ship, its{his} opportunity on weight and dimensions of a payload. It was a starting position. Developers, creating this system, did not aspire in conditions of military program counteraction to system " the Space the Shuttle " and to plans of " star wars " to develop something especially differing from a shuttle though variants were. Further all variously also speaks different technical concepts, different industrial opportunities of the parties{sides}.
But the main difference is nevertheless universality. Here developers have made exact calculation, their course later has proved a direction. Though the choice of this direction occured{happened} in the constrained frameworks of opportunities of the industry of the country, transport, carrying capacity of aircraft and... The organizations of so complex{difficult} development. As result we have received a lot of projects of carriers{bearers} on the basis of "Energia". The Another matter, this feature was used or not. Many distinctions are connected With universality in particulars. In the American complex, for example, there is a uniform control system, in ours - two independent control systems of a rocket and the ship. Oxygen-hydrogen engines " Energia " are established{installed} on the rocket block, at " the Space of the Shuttle " they by the ship. However, here "Shuttle" has advantage as reusable system: the ship comes back to the Earth with hydrogen engines and a control system. At us the glider with the systems comes back only, in essence. In this connection later there will be at us more economical reusable schemes{plans}. But, unlike " the Space of the Shuttle ", "Energia" in a supernumerary situation can continue flight even with one working engine of the first or second step. More precisely - with the failed engine and switched off in flight. Твердотопливные engines of the first step such opportunity exclude " the Space of the Shuttle ".
Defining{Determining} large scientific and technical problems which have arisen before developers of a booster rocket right at the beginning of designing, problems of a choice and a substantiation of dimension, carrying capacity of a booster rocket and its{her} layout scheme{plan}, quantity{amount} of engines and their traction characteristics, constructions of an effective control system were.

In the beginning of development the main things were:

- Problems of a choice of the layout scheme{plan} of a booster rocket on the basis of which construction of a lot of rockets-carriers{-bearers} not only various carrying capacity, but also various as useful loadings put into an orbit, including the reusable orbital ships would be possible{probable}, under condition of use of existing technical and starting complexes for Н-1 and opportunities of delivery of components (blocks) of a booster rocket from manufacturers on a technical position;

- Problems of development of the booster rocket functioning at refusal of one mid-flight engines with maintenance of problems{tasks} of a conclusion of useful loading into an orbit or performance of maneuver of return with reduction preset area of a booster rocket and landing{planting} of the orbital ship on air station.

One of the most complex{difficult} fundamental problems was creation of powerful mid-flight engines for the first and second missile stages. Unified for the first steps of rockets-carriers{-bearers} of new generation, engines RD-170 have record characteristics on draft and a specific impulse - today it{him} are not present equal the world. Significant achievement of domestic rocket production became creation of multiresource водородно-oxygen mid-flight engines of the big draft for the second step of a booster rocket of "Energia".
The special place was borrowed{occupied} with system engineering of independent onboard management by a rocket with a gyroscopic complex, system of onboard computers. Its{her} software is created. Possible{probable} variants of emergencies are analysed all and algorithms of their parrying are developed{produced}. In the control system the multilevel system of reservation, including reservation of separate elements and large units is created.
Precision electrohydraulic systems of steering drives are developed for management of movement of a rocket for mid-flight engines. They develop effort up to 50 т in each plane качания engines of the first step and more than 30 т - on the second missile stage.
To number of challenges which should be solved, indoubtedly, it is necessary to carry that are connected with application in a rocket of cryogenic components - liquid oxygen and liquid hydrogen. Use of these components of ultralow temperature (from-186 up to-255 0С) has allowed to receive not only effective power.
At manufacturing tanks, pipelines, elements of hydroautomatics the special constructional materials working at cryogenic temperatures and possessing significant specific durability have been developed and used. New marks of high-strength steel, aluminium and titanic alloys are introduced, new heat-shielding coverings are created. On a share of new materials it is necessary over 70 % of dry weight of "Energia". Progressive methods of welding - импульсно-arc and electron beam are developed.
Problems of introduction of increased requirements on safety of operation are caused by use of greater{big} stocks of fuel onboard a booster rocket, including the hydrogen, including not only design-layout actions, but also creation of special means пожаро-взрывопредупреждения.
If to generalize and describe those problems which rose before founders of a booster rocket of "Energia", large мазками the most significant in a picture of a birth and triumph will be: creation of mid-flight engines of the big draft, high-energy components of fuel and overcoming of " a hydrogen barrier ", циклопическая the scale of a design born " engineering then ", scientific problems and " concentration of brains " around of them, automation and a computerization of a board and flight, reliability, safety and ground experimental working off.
The problem of maintenance of reliability and survivability of "Energia" has led to necessity of reservation of basic elements of the vital systems and units, including mid-flight engines, steering drives, турбогенераторные sources of power supplies, pyrotechnic means.
The starting complex of "Energia" was under construction on the basis of starts of rocket Н-1. Separate systems have been dismantled, towers of service of a rocket and the ship are modified, starting starting devices are reconstructed. Starting complex Н-1 consisted of two launching pads - "left" and "right". Again universal complex "stand-start" which is on distance of several kilometers from starts Н-1 was under construction. The starting device on which there is a rocket, represents a ferro-concrete design under which is заглубленный a tray for tap{removal} of a hot gas stream from working mid-flight engines. About grandness of a starting complex speak, for example, such figures: depth of a tray of 23 m (height of the seven-story house), height молниеотводов 175 m is 55 floors of an apartment house. The tray the stand-start is profound on 40 m (тринадцатиэтажный the house). On a launching pad two technological towers closely settle down. The tower of service borrowed (with completion) at complex Н-1, moves on radius, coming nearer and leaving from start, on a rail way in length to a quarter of a circle with the center of radius on distance some tens meters. At the stand-start there is one technological tower. Technological towers as a matter of fact are constructions of communication{connection} between start and a rocket through special by-pass platforms which are located at several levels on height. The tower of service mobile, it{she} "is rolled" on a rocket, and from it{her} площадок access practically to any unit of a rocket and the ship opens. Before the beginning of process of refuelling the tower is allocated{removed} on safe distance. The stand-start the same as also starts, is sated{saturated} by a lot{plenty} of special technical and technological systems.
The decision on use before the entered starting complexes for "tsar-rocket" Н-1 was not unanimous. One proved, that start for supercarrier{superbearer} " Energia " should be built anew. Others not less actively approved{confirmed}, that reconstruction of existing objects - is unique a correct way to creation of starts for a rocket about equal a level on power. Reasons of supporters of new start were significant: first, drama results of start-up Н-1 with destruction of starts and damage of the unique монтажно-test case spoke that start should settle down far away from an industrial zone, with a view of safety; secondly, reconstruction with introduction of new systems of type of hydrogen refuelling, systems of nitric and air maintenance, management of a starting complex, safety and other means necessary for "Buran", will inevitably entail to the raised{increased} expenses and the effect of use of old starts will be uncertain. Supporters of reconstruction resulted{brought} not less essential reason: to not do{make} of ground constructions historical exhibits...
Chairman рекогносцировочной the commissions were V.P.Barmin. Long debate have led "соломонову" to the decision: to do{make} removed from the basic constructions of an industrial zone start, but, in connection with one of the main requirements of developers of "Energia" about necessity of construction of the stand for carrying out огневых tests of a package of "Energia", to combine functions of new start and the stand and to begin construction on a new, suitable place. Old starts, unfortunately, did not allow to adapt them for carrying out огневых bench tests - the power{force} scheme{plan} of start did not keep a test package on the ground. Strengthening{amplification} of starts would lead to their actual destruction up to the basis. As огневые bench tests should pass{take place} prior to the beginning of flights of tests and before flight, and the rocket should pass{take place} preflight check with inclusion of engines at this stand, the logical decision was accepted: " The stand-start " to build first of all. Simultaneously initial data on prospect of its{his} use in view of born of some the rockets-carriers{-bearers}, created on the basis of "Energia" have been given to developers of this complex, - the stand should allow works with "Vulkan". As to reconstruction of starts Н-1 too it was necessary to prepare for them for restoration and a reorganization.
Thus, works on creation of starting complexes for "Energia" have gone{send} in two parallel directions. In parallel under construction starting constructions were developed on the basis of practically full unification of systems. It was important and saved resources. The numerous design, building, assembling and constructing organizations of the Ministry of Defence and the industrial ministries have been connected to development and construction.
In the chapter{head} of interdepartmental operative group on a management{manual} of civil work under the project of "Energia" - "Buran" became general-colonel Konstantin Mikhajlovich Vertelov. A surprising Energia the person. When came on range of Spits behind it{him} the cavalcade of builders always moved. This continuously arguing group appeared that on one under construction object, on other. Scheduling all enterprises and groups has been organized. It{he} continuously reported on the government, in all to instance on a state of affairs. It{him} knew all.
K.M.Vertelov recollects on pages of " the Red Star ": " We proceeded then not only from cleanly economic reasons though, certainly, and them took in calculation. Comprehension of was important that results of the huge work spent in due time, it will be possible to use again. In fact many of those who prepared then, in the end of 1960th years, this start, continued to work on the cosmodrome, and someone from them participated even in start of the first artificial satellite of the Earth "
With 1978 the heroic epopee proceeded about eight years has begun. At the cosmodrome two managements of engineering works have been formed. To the beginning of 1980th years construction was developed{unwrapped} on all huge front. In 1980 has headed construction Alexander Alekseevich Fedorov had huge experience of organizing and practical work. In 1981 have been put into operation the first turns of монтажно-test cases, the stand. The special way for transportation of a rocket is constructed. 968 apartments by a total area 45 thousand м2 are handed over, 15 military-building groups are equipped. In 1982 have been put into operation the basic constructions of a technical position of the first turn of a booster rocket "Zenith". Per 1983-1985 in the center of the cosmodrome designs of start, the stand-start, buildings of the монтажно-test case of the orbital ship, the монтажно-refueling case, the stand of dynamic tests, a landing strip have risen...
Preparation for start of a rocket and the ship at the cosmodrome was spent separately-each on the technical complex, and in parallel with preparation of "Energia" there was a preparation of "Buran". The монтажно-test complex which has remained from rocket Н-1, with a corresponding{meeting} additional equipment was used. The case where assembly of the ship is made, was under construction again. From the case of assembly the ship on the special soil carriage is resulted{brought} in the монтажно-test case of a rocket where the package gathers.
" Perhaps, the critical moment has come{stepped}, when we have received the design documentation on the монтажно-test case for the orbital ship, - speaks A.A.Fedorov. - In it{her} the traditional decision - in precast concrete has been incorporated. And it withdrew us for admissible terms of construction for many months. Only owing to intervention and " penetrative force " Вертелова the decision to search for other ways " was accepted
Then the project of joint development of experts Минмонтажспецстроя and the Ministries of Defence was born. The industrial case of the orbital ship (MIK) have decided to build, using easy{light} panels with a heater. The building represents a hangar in length of 254 m and width 112 m - four football weeding. The case has been erected for three and a half of a year.
In the same designs the монтажно-refueling case, a ultramodern construction in height of 70 m - двадцатитрехэтажный the house has been executed.
The collected package kept within on the unit-fitter which transported a package in a монтажно-refueling complex for equipment of the ship components of workers топлив and gases and installation of pyrotechnic means of a rocket. The case was under construction again. For the first time the facilitated large-scale panels have been applied to protecting designs, is developed стыковочный unit of carrying{bearing} columns with the base. At designing large-sized откатных a gate the new method of their fixing has been developed at influence of external dynamic loading.
On a way to this case the unique, again constructed stand of dynamic tests which allowed to remove frequency characteristics full-size booster rockets and the orbital ship, separately and in a package towered. The case was equipped with the unique dynamic equipment.
On start or on the stand-start the rocket with a cargo arrives on the transport unit. The unit translates a rocket in vertical position.
Process of refuelling of "Energia" has a number{line} of the features inherent in rockets, connected with use of hydrogen and oxygen at cryogenic temperatures. All begins with active ventilation of compartments of a rocket and fuel tanks, then gradually the atmosphere from tanks is replaced with gaseous nitrogen and the tank of fuel is filled with gaseous hydrogen. The hydrogen environment is created. At last, tanks refuel liquid components. Under the regular program refuelling of tanks of a rocket by all components of fuel is conducted simultaneously. Naturally, before refuelling of a rocket all ground highways from spherical capacities pass{take place} similar procedure of consecutive replacement of the atmospheric environment on liquid components with preliminary захолаживанием.
Cryogenic components have demanded a construction and installation of special storehouses with maintenance of storage with the minimal losses on evaporation. With the purpose of increase of safety, storehouse of oxygen and hydrogen settle down on significant distance. Liquid cryogenic components - hydrogen, oxygen and nitrogen - are in special spherical capacities with vacuum isolation. Capacities are connected to a launcher pipelines which have экранно-vacuum isolation.
Works on these and other objects came to the end with military builders already under direction of A.A.Makarycheva who has accepted command in 1986
After the exotic decision of Americans on construction of a landing strip at the bottom of the dried up hydrochloric lake we can disappoint: the landing strip for "Buran" is usual "бетонка". However engineering maintenance of construction has appeared complex{difficult} business. Hundred thousand cubic metre of concrete, special, high-strength mark, have been laid in a strip. By developers of "Buran" have been made great demands very much of quality of a surface of a landing strip. On each three-meter mark the deviation{rejection} from horizontality of a surface should not exceed three millimeters. On a runway in the Sheremetyevo 7-8, even 10 mm, for example, are supposed. It was clear, that traditional road building machines{cars} such точностей will not give. " Бетонку it was necessary to grind by means of diamond disks by special machines{cars}... " - The deputy minister of defense of the USSR on construction, and at that time one of organizers of civil work under the program of "Energia" - recollects "Buran", N.V.Chekov.
Developers of space-rocket technics{technical equipment} had especially valid attitudes{relations} to builders. With them respected, first, for their hard work: both during a rain, and in a wind, both in snowstorm, and in heat - they on construction. Them respected for experience, knowledge and aspiration to carry out with the obligations. By the way, they in fact built objects of a complex of "Energia" - "Buran" not only on Baikonur, but also in the Far East, in Ukraine, Заполярье, Central Asia...

Original version of the text

"Энергия"

Принципиальным отличием ракеты-носителя "Энергия" от системы "Спейс Шаттл" стала способность доставлять в космос не только многоразовый орбитальный корабль (в пилотируемом и непилотируемом вариантах), но и другие полезные грузы больших масс и габаритов.
"Энергия" - первая советская ракета, использующая криогенное горючее (водород) на маршевой ступени, и самая мощная из ракет, созданных в СССР. Оценить это можно, исходя из того, что "Энергия" обеспечивает выведение в космос аппаратов массой в пять раз больше, чем эксплуатируемый носитель "Протон", и в три раза - чем "Спейс Шаттл".



Эта транспортная космическая система создана на модульных блоках таким образом, что на ее основе могут быть построены различные ракеты среднего, тяжелого и сверхтяжелого классов, грузоподъемностью от 10 до 200 т, что позволяет обойтись минимальным количеством вновь разрабатываемых маршевых двигателей и ракетных блоков для составления целого спектра носителей. Было решено, что "Энергия" станет базовой системой. Базовая модель имеет стартовую массу 2400 т с учетом 2000 т топлива. Конечная масса 400 т включает массу полезного груза. Ракета "Энергия" состоит из центрального блока - второй ступени - и четырех периферийных блоков, составляющих первую ступень.



По проекту "Энергия" рассчитана на пуски по азимутам, соответствующим наклонениям орбит 51-83, 97, 101-104, 1100. Грузоподъемность ракеты-носителя "Энергия" на опорную орбиту высотой 200 км и различных наклонений для разного количества блоков первой ступени позволяла при двух блоках первой ступени выносить груз весом от 40 до 60 т, при восьми блоках - от 170 до почти 200 т.
В постановлении правительства о создании многоразовой космической системы "Буран" была предусмотрена и целесообразность разработки в 1979-1980 гг. технических предложений по перспективным средствам выведения. В ноябре 1977 г. постановлением правительства поручено было обеспечить развитие работ по созданию на базе многоразовой космической системы "Буран" и ее основных элементов сверхтяжелой ракеты-носителя.
В КБ НПО "Энергия" и головных смежных организациях были развернуты изыскательские и проектные работы по тяжелым и сверхтяжелым ракетам-носителям, создаваемым на базе ракетного комплекса "Буран". Выработалось направление разработок ракет-носителей грузового варианта "Буран-Т" (это ракета-носитель), где вместо орбитального корабля на те же связи навешивался грузовой контейнер, в котором размещался полезный груз. Масса полезного груза и приведенной части массы контейнера, то есть масса, отделяемая в конце участка, составляла 102 т. При этом структура ракетного пакета не отличалась от штатного варианта. Эта схема в наименовании приобрела дополнительный индекс - Т, то есть транспортный вариант, который позволял выводить на геостационарную орбиту аппараты массой до 18 т, к Луне - 32 т, к Марсу и Венере - около 28 m. Вариант с двумя блоками А и уменьшенным транспортным контейнером разрабатывался под наименованием "Гроза" или РЛА-125.
Сверхтяжелый носитель "Вулкан" разрабатывался по структуре пакета с восемью удлиненными блоками А и центральным блоком Ц с увеличенной заправкой. Грузовой отсек располагался в головной части центрального блока. Предусматривался "Вулкан" в основном для программ освоения Марса и полетов на другие планеты Солнечной системы.
В 1984 г., в декабре, постановлением правительства о программах создания ракетно-космических систем на 1986-1995 гг. были установлены сроки опытно-конструкторских работ: по "Бурану-Т" - 1986-1993 гг., "Вулкану" - 1990-1995 гг., к нему разгонный блок "Везувий" - 1991-1995 гг., "Гроза" - 1986 г.
Один из главных факторов, определивших качественный прогресс "Энергии", - новые мощные двигатели, прежде всего, двигатель (на кислороде-керосине) первой ступени с небывалой для советских двигателей тягой до 740 т у Земли и новый мощный двигатель второй ступени на водороде и кислороде с тягой 200 т вне атмосферы. При сжигании тонны водорода, как известно, выделяется в три раза больше энергии, чем от тонны керосина. Понадобились принципиально новые технические решения, совершенно новые технологии и материалы. Характеристики "новое" и "принципиально новое" относятся практически ко всем слагаемым системы "Энергия" - от конструкции самой ракеты до способов ее сборки и перевозки, от стартового комплекса до концепции автоматического управления, надежности, безопасности и испытаний.
Ракета выполнена по двухступенчатой схеме. Построенная по блочному принципу, она собрана в пакет вокруг центрального кислородно-водородного блока. Двигатели, однако, запускаются с двигателями первой ступени, в связи с чем, строго говоря, ракета считается полутораступенчатой. Боковые блоки - кислородно-керосиновые. Суммарная тяга двигателей в начале полета, на момент старта, около 3600 т - это, естественно, значительно больше (в полтора раза) стартового веса всей системы "Энергия" - "Буран". Общая длина ракеты-носителя "Энергия" - около 60 м (двадцатиэтажный дом).



"Буран" в этом ракетном комплексе фактически является третьей ступенью ракеты-носителя. К концу работы второй ступени ракеты-носителя "Энергия" полезный груз и орбитальный корабль самостоятельно, как и орбитальный корабль "Шаттл", добирают скорость за счет собственных двигателей. Приращения скорости - порядка 60 м/с достаточно, чтобы грузу выйти на опорную орбиту. Вторая ступень прекращает свою работу в тот момент, когда сохраняется возможность для ступени вернуться на землю по баллистической траектории. Расстояние от старта до этой точки, находящейся в акватории Тихого океана, примерно равно полупериметру земного шара. Вторая ступень не выводится на орбиту, чтобы не засорять космос.
В качестве третьей ступени могут использоваться и специальные разгонные ракетные блоки со своей системой управления, несущие полезную нагрузку, например, спутники, выводимые на геостационарную орбиту, или космические аппараты, направляемые к Луне и планетам Солнечной системы.



Ракетные блоки первой ступени скреплены силовыми связями с блоком второй ступени в двух поясах. Верхний пояс располагается на межбаковом отсеке блока второй ступени и носовых частях блоков первой ступени. В районе верхнего пояса силовой связи размещаются колодки электрической связи между этими блоками. Нижний пояс силовой связи располагается на хвостовом отсеке центрального блока и баке горючего блоков первой ступени. Для крепления полезных грузов к ракете-носителю на центральном блоке имеются два пояса связи, верхний пояс размещается на баке горючего. В районе верхнего пояса силовой связи размещена электрическая связь между ракетой-носителем и полезным грузом. Нижний пояс связи ракеты-носителя с полезным грузом располагается на хвостовом отсеке блока второй ступени и совпадает с нижним поясом силовой связи боковых блоков.
Ракета "Энергия" заправляется жидким водородом (102-105 т), жидким кислородом (1490 -1544 т) и керосином РГ-1 (342-356 т). Максимальная перегрузка в полете 3 единицы.

"Энергия", как универсальная система, которая может выводить различные аппараты, а также запускать межпланетные и лунные корабли, не имеет аналогов в мировой практике, и ее сравнение со "Спейс Шаттлом" правомерно только для случая выведения орбитального корабля "Буран". Вот некоторые сравнительные характеристики обеих систем.
Масса полезного груза, выводимого на опорную орбиту высотой 200 км, примерно одинакова: у "Бурана" - 30 т при наклонении орбиты 50,70, у "Спейс Шаттла" - 29,5 т при наклонении 280. Масса полезного груза, возвращаемого с орбиты на Землю, 15-20 т, американский "Челнок" может возвратить 14,5 т. Стартовая масса "Энергии" выше на 360 т. Это связано, во-первых, с "малольготным" наклонением орбиты, наличием эффективной системы безопасности полета экипажа. Длительность функционирования на орбите одинаковая - 7-30 суток. Первая ступень "Энергии" состоит из четырех жидкостных двигательных установок - блоков А. У "Спейс Шаттла" два твердотопливных ускорителя. На второй ступени "Энергии" - четыре двигателя, из которых один - практически резервный. У "американца" - 3 двигателя. Схема спасения блоков первой ступени "Энергии" - посадка на сушу, у "Спейс Шаттла" - на воду. Сборка "Спейс Шаттла" ведется вертикально. У нас и сборка, и перевозка на старт по спаренной железнодорожной колее производятся горизонтально с последующей установкой на старте в вертикальное положение.



Конечная масса перед отделением орбитального корабля 178,5 т у "Энергии" и 153 т - у "Спейс Шаттла", масса после отделения - 105 и 114,3 т соответственно. Превышение массы челнока над кораблем после отделения получается, в основном, за счет того, что на его борту находится основная энергетическая установка - маршевые двигатели второй ступени. При приведенных к одинаковым условиях запуска "Бурана" и "Спейс Шаттла" - с наклонением 28,50 и высотой орбиты порядка 370 км, "Энергия" выводит груз тяжелее на полторы тонны. Однако конструктивное совершенство - это отношение массы полезного груза к начальной массе ракеты - у "Спейс Шаттла" составляет 1,45, в то время как у "Энергии" - 1,26. Это объясняется большим уровнем резервирования систем вплоть до двигателей, с учетом того, что, например, на первой ступени удельный импульс двигателей "Энергии" существенно выше, чем у твердотопливных ускорителей "Спейс Шаттла": у "Энергии" 308,6-336,2, а у челнока 262,2. Сухая масса первой ступени "Энергии" - блоков А - составляет 265,2 тонн, у "Спейс Шаттла" -163,8. В пересчете на один блок наша конструкция тяжелее, и в потерях полезного груза составляет 12,6 тонн, при этом существенная часть потерь падает на средства спасения блоков А - порядка 6 тонн полезного груза. Удельный импульс двигателей второй ступени примерно одинаков - 454-455 с. Конструктивное совершенство топливных отсеков вторых ступеней "Энергии" и "Спейс Шаттла" примерно одинаково: сухая масса отсеков 34-35 m.
Превышение массы второй ступени относительно проектных (заданных разработчиком) данных составляла в процентах: по корпусу - 10, двигателю - 15 и системе управления - 100. Система управления "Энергии" имела большую массу по сравнению с американской.
Несмотря на видимую близость многих основных характеристик, это - две заметно различающиеся космические системы. Одинаковы по существу функции орбитального корабля, его возможности по массе и габаритам полезного груза. Это было исходным положением. Разработчики, создавая эту систему, не стремились в условиях военного программного противодействия системе "Спейс Шаттл" и планам "звездных войн" разрабатывать что-либо особенно отличающееся от челнока, хотя варианты были. Далее все различно и объясняется разными техническими концепциями, разными промышленными возможностями сторон.
Но главное отличие - это все же универсальность. Здесь разработчики сделали точный расчет, их ход позднее подтвердил правильность направления. Хотя выбор этого направления происходил в стесненных рамках возможностей промышленности страны, транспорта, грузоподъемности авиации и ... организации столь сложной разработки. Как результат мы получили целый ряд проектов носителей на базе "Энергии". Другое дело, использовалась эта особенность или нет. С универсальностью связано много различий в частностях. В американском комплексе, например, существует единая система управления, в нашем - две независимые системы управления ракетой и кораблем. Кислородно-водородные двигатели "Энергии" установлены на ракетном блоке, у "Спейс Шаттла" они на самом корабле. Правда, здесь "Челнок" имеет преимущество как многоразовая система: корабль возвращается на Землю с водородными двигателями и системой управления. У нас же возвращается только, по существу, планер со своими системами. В этой связи позднее появятся у нас более экономные многоразовые схемы. Но, в отличие от "Спейс Шаттла", "Энергия" в нештатной ситуации может продолжать полет даже с одним работающим двигателем первой или второй ступени. Точнее - с вышедшим из строя двигателем и выключенным в полете. Твердотопливные двигатели первой ступени "Спейс Шаттла" такую возможность исключают.
Определяющими крупными научно-техническими проблемами, которые возникли перед разработчиками ракеты-носителя в самом начале проектирования, явились проблемы выбора и обоснования размерности, грузоподъемности ракеты-носителя и ее компоновочной схемы, количества двигателей и их тяговых характеристик, построения эффективной системы управления.

В начале разработки главными были:

- проблемы выбора компоновочной схемы ракеты-носителя, на базе которой было бы возможно построение целого ряда ракет-носителей не только различной грузоподъемности, но и различных по типу выводимых на орбиту полезных нагрузок, в том числе многоразовых орбитальных кораблей, при условии использования существующих технического и стартового комплексов для Н-1 и возможности доставки составных частей (блоков) ракеты-носителя с заводов-изготовителей на техническую позицию;

- проблемы разработки ракеты-носителя, функционирующей при отказе одного из маршевых двигателей с обеспечением задач вывода полезной нагрузки на орбиту или выполнения маневра возврата с приведением в заданный район ракеты-носителя и посадкой орбитального корабля на аэродром.

Одной из наиболее сложных фундаментальных проблем было создание мощных маршевых двигателей для первой и второй ступеней ракеты. Унифицированные для первых ступеней ракет-носителей нового поколения, двигатели РД-170 имеют рекордные характеристики по тяге и удельному импульсу - сегодня им нет равных в мире. Значительным достижением отечественного ракетостроения стало создание многоресурсных водородно-кислородных маршевых двигателей большой тяги для второй ступени ракеты-носителя "Энергия".
Особое место занимала разработка системы автономного бортового управления ракетой с гироскопическим комплексом, системой бортовых вычислительных машин. Создано ее математическое обеспечение. Проанализированы все возможные варианты аварийных ситуаций и выработаны алгоритмы их парирования. В самой системе управления создана многоуровневая система резервирования, включая резервирование отдельных элементов и крупных узлов.
Для управления движением ракеты для маршевых двигателей разработаны прецизионные электрогидравлические системы рулевых приводов. Они развивают усилие до 50 т в каждой плоскости качания двигателей первой ступени и более 30 т - на второй ступени ракеты.
К числу сложных проблем, которые пришлось решать, бесспорно, нужно отнести те, что связаны с применением в ракете криогенных компонентов - жидкого кислорода и жидкого водорода. Использование этих компонентов сверхнизкой температуры (от -186 до -255 0С) позволило получить не только эффективную энергетику.
При изготовлении баков, трубопроводов, элементов гидроавтоматики были разработаны и использованы специальные конструкционные материалы, работающие при криогенных температурах и обладающие значительной удельной прочностью. Внедрены новые марки высокопрочной стали, алюминиевых и титановых сплавов, созданы новые теплозащитные покрытия. На долю новых материалов приходится свыше 70 % сухой массы "Энергии". Разработаны прогрессивные методы сварки - импульсно-дуговая и электронно-лучевая.
Проблемы внедрения повышенных требований по безопасности эксплуатации обусловлены использованием больших запасов топлива на борту ракеты-носителя, в том числе водорода, включающих в себя не только конструктивно-компоновочные мероприятия, но и создание специальных средств пожаро-взрывопредупреждения.
Если обобщить и описать те проблемы, которые вставали перед создателями ракеты-носителя "Энергия", крупными мазками, то наиболее значительными в картине рождения и триумфа будут: создание маршевых двигателей большой тяги, высокоэнергетические компоненты топлива и преодоление "водородного барьера", циклопическая масштабность конструкции, рожденная "инженерным потом", научные проблемы и "концентрация мозгов" вокруг них, автоматизация и компьютеризация борта и полета, надежность, безопасность и наземная экспериментальная отработка.
Проблема обеспечения надежности и живучести "Энергии" привела к необходимости резервирования основных элементов жизненно важных систем и агрегатов, включая маршевые двигатели, рулевые приводы, турбогенераторные источники электропитания, пиротехнические средства.
Стартовый комплекс "Энергии" строился на базе стартов ракеты Н-1. Были демонтированы отдельные системы, доработаны башни обслуживания ракеты и корабля, перестроены стартовые пусковые устройства. Стартовый комплекс Н-1 состоял из двух стартовых площадок - "левой" и "правой". Строился вновь универсальный комплекс "стенд-старт", который находится на расстоянии нескольких километров от стартов Н-1. Пусковое устройство, на котором стоит ракета, представляет собой железобетонную конструкцию, под которой находится заглубленный лоток для отвода горячего газового потока от работающих маршевых двигателей. О грандиозности стартового комплекса говорят, например, такие цифры: глубина лотка 23 м (высота семиэтажного дома), высота молниеотводов 175 м - это 55 этажей жилого дома. Лоток стенд-старта углублен на 40 м (тринадцатиэтажный дом). На стартовой площадке вплотную располагаются две технологические башни. Башня обслуживания, заимствованная (с доработкой) у комплекса Н-1, перемещается по радиусу, приближаясь и уходя от старта, по рельсовому пути длиной в четверть окружности с центром радиуса на расстоянии несколько десятков метров. На стенде-старте находится одна технологическая башня. Технологические башни по сути являются сооружениями связи между стартом и ракетой через специальные отводные площадки, которые расположены на нескольких уровнях по высоте. Башня обслуживания подвижная, она "накатывается" на ракету, а с ее площадок открывается доступ практически к любому узлу ракеты и корабля. Перед началом процесса заправки башня отводится на безопасное расстояние. Стенд-старт так же, как и старты, насыщен большим количеством специальных технических и технологических систем.
Решение об использовании ранее введенных стартовых комплексов для "царь-ракеты" Н-1 не было единогласным. Одни доказывали, что старт для суперносителя "Энергия" стоит строить заново. Другие не менее активно утверждали, что реконструкция существующих объектов - единственно правильный путь в создании стартов для ракеты примерно равного по энергетике уровня. Доводы сторонников нового старта были значимы: во-первых, драматические результаты пусков Н-1 с разрушением стартов и повреждением уникального монтажно-испытательного корпуса говорили о том, что старт должен располагаться подальше от производственной зоны, в целях безопасности; во-вторых, реконструкция с внедрением новых систем типа водородной заправки, систем азотного и воздушного обеспечения, управления стартовым комплексом, безопасности и других средств, необходимых для "Бурана", неизбежно повлекут к повышенным затратам и эффект использования старых стартов будет неуверенным. Сторонники реконструкции приводили не менее существенный довод: не делать же из наземных сооружений исторические экспонаты...
Председателем рекогносцировочной комиссии был В.П.Бармин. Долгие дебаты привели к "соломонову" решению: делать удаленный от основных сооружений промышленной зоны старт, но, в связи с одним из главных требований разработчиков "Энергии" о необходимости строительства стенда для проведения огневых испытаний пакета "Энергии", совместить функции нового старта и стенда и начать строительство на новом, подходящем месте. Старые старты, к сожалению, не позволяли приспособить их к проведению огневых стендовых испытаний - силовая схема старта не удерживала испытательный пакет на земле. Усиление же стартов привело бы к фактическому их разрушению до основания. Поскольку огневые стендовые испытания должны были проходить до начала летных испытаний и до полета, а ракета должна была проходить предполетную проверку с включением двигателей на этом стенде, было принято логичное решение: "стенд-старт" строить в первую очередь. Одновременно разработчикам этого комплекса были даны исходные данные по перспективе его использования с учетом рожденного ряда ракет-носителей, создаваемого на базе "Энергии", - стенд должен был позволять работы с "Вулканом". Что касается реконструкции стартов Н-1, то их тоже надо было готовить к восстановлению и переустройству.
Таким образом, работы по созданию стартовых комплексов для "Энергии" пошли в двух параллельных направлениях. Параллельно строящиеся стартовые сооружения разрабатывались на основе практически полной унификации систем. Это было важно и экономило ресурсы. К разработке и строительству были подключены многочисленные проектные, строительные, монтажно-строительные организации Министерства обороны и промышленных министерств.
Во главе межведомственной оперативной группы по руководству строительными работами по проекту "Энергия" - "Буран" стал генерал-полковник Константин Михайлович Вертелов. Удивительной энергии человек. Когда приезжал на полигон Вертелов, то за ним всегда двигалась кавалькада строителей. Эта непрерывно спорящая группа появлялась то на одном строящемся объекте, то на другом. Было организовано планирование работ всех предприятий и групп. Сам он непрерывно докладывал правительству, во все инстанции о состоянии дел. Его знали все.
К.М.Вертелов вспоминает на страницах "Красной Звезды": "Мы исходили тогда не только из чисто экономических соображений, хотя, конечно, и их брали в расчет. Важно было осознание того, что результаты огромного труда, затраченного в свое время, можно будет вновь использовать. Ведь многие из тех, кто готовил тогда, в конце 1960-х годов, этот старт, продолжали трудиться на космодроме, а кое-кто из них участвовал еще в запуске первого искусственного спутника Земли"
С 1978 г. началась героическая эпопея, продолжавшаяся около восьми лет. На космодроме были образованы два управления инженерных работ. К началу 1980-х годов стройка развернулась по всему огромному фронту. В 1980 г. строительство возглавил Александр Алексеевич Федоров, имевший огромный опыт организаторской и практической работы. В 1981 г. были введены в эксплуатацию первые очереди монтажно-испытательных корпусов, стенда. Построен специальный путь для перевозки ракеты. Сдано 968 квартир общей площадью 45 тыс. м2, обустроены 15 военно-строительных отрядов. В 1982 г. были введены в эксплуатацию основные сооружения технической позиции первой очереди ракеты-носителя "Зенит". В 1983-1985 гг. в центре космодрома поднялись конструкции старта, стенд-старта, здания монтажно-испытательного корпуса орбитального корабля, монтажно-заправочного корпуса, стенда динамических испытаний, посадочная полоса...
Подготовка к старту ракеты и корабля на космодроме проводилась раздельно -каждый на своем техническом комплексе, и параллельно с подготовкой "Энергии" шла подготовка "Бурана". Использовался монтажно-испытательный комплекс, оставшийся от ракеты Н-1, с соответствующим дооборудованием. Корпус, где производится сборка корабля, строился вновь. Из корпуса сборки корабль на специальной грунтовой тележке приводится в монтажно-испытательный корпус ракеты, где собирается пакет.
"Пожалуй, критический момент наступил, когда мы получили проектную документацию на монтажно-испытательный корпус для орбитального корабля, - говорит А.А.Федоров. - В ней было заложено традиционное решение - в сборном железобетоне. А это уводило нас за допустимые сроки строительства на многие месяцы. Только благодаря вмешательству и "пробивной силе" Вертелова было принято решение искать другие пути"
Тогда-то и родился проект совместной разработки специалистов Минмонтажспецстроя и Министерства обороны. Производственный корпус орбитального корабля (МИК) решили строить, используя легкие панели с утеплителем. Здание представляет собой ангар длиной 254 м и шириной 112 м - четыре футбольных поля. Корпус был возведен за три с половиной года.
В тех же конструкциях был выполнен монтажно-заправочный корпус, ультрасовременное сооружение высотой 70 м - двадцатитрехэтажный дом.
Собранный пакет укладывался на агрегат-установщик, который транспортировал пакет в монтажно-заправочный комплекс для снаряжения корабля компонентами рабочих топлив и газов и установки пиротехнических средств ракеты. Корпус строился вновь. Впервые были применены облегченные крупномасштабные панели для ограждающих конструкций, разработан стыковочный узел несущих колонн с фундаментом. При проектировании крупногабаритных откатных ворот был разработан новый метод их фиксации при воздействии внешней динамической нагрузки.
На пути к этому корпусу возвышался уникальный, вновь построенный стенд динамических испытаний, который позволял снимать частотные характеристики полноразмерных ракеты-носителя и орбитального корабля, раздельно и в пакете. Корпус оснащался уникальным динамическим оборудованием.
На старт или на стенд-старт ракета с грузом прибывает на транспортном агрегате. Агрегат переводит ракету в вертикальное положение.
Процесс заправки "Энергии" имеет ряд особенностей, присущих ракетам, связанным с использованием водорода и кислорода при криогенных температурах. Все начинается с активной вентиляции отсеков ракеты и топливных баков, затем постепенно атмосфера из баков замещается газообразным азотом и бак горючего наполняется газообразным водородом. Создается водородная среда. Наконец, баки заправляются жидкими компонентами. По штатной программе заправка баков ракеты всеми компонентами топлива ведется одновременно. Естественно, перед заправкой ракеты все наземные магистрали от шаровых емкостей проходят аналогичную процедуру последовательного замещения атмосферной среды на жидкие компоненты с предварительным захолаживанием.
Криогенные компоненты потребовали сооружения и монтажа специальных хранилищ с обеспечением хранения с минимальными потерями на испарение. С целью повышения безопасности, хранилища кислорода и водорода располагаются на значительном расстоянии. Жидкие криогенные компоненты - водород, кислород и азот - находятся в специальных шарообразные емкостях с вакуумной изоляцией. Емкости соединены с пусковой установкой трубопроводами, которые имеют экранно-вакуумную изоляцию.
Завершались работы на этих и других объектах военными строителями уже под руководством А.А.Макарычева, принявшего командование в 1986 г.
После экзотического решения американцев о строительстве посадочной полосы на дне высохшего соляного озера наше может разочаровать: посадочная полоса для "Бурана" - это обычная "бетонка". Однако инженерное обеспечение стройки оказалось сложным делом. Сотни тысяч кубометров бетона, особой, высокопрочной марки, были уложены в полосу. Разработчиками "Бурана" были предъявлены очень высокие требования к качеству поверхности посадочной полосы. На каждой трехметровой отметке отклонение от горизонтальности поверхности не должно было превышать трех миллиметров. На взлетно-посадочной полосе в Шереметьево, к примеру, допускается 7-8, даже 10 мм. Было ясно, что традиционные дорожные строительные машины таких точностей не дадут. "Бетонку пришлось шлифовать с помощью алмазных дисков специальными машинами..." - вспоминает заместитель министра обороны СССР по строительству, а в то время один из организаторов строительных работ по программе "Энергия" -"Буран", Н.В.Чеков.
У разработчиков ракетно-космической техники были особо уважительные отношения к строителям. Их уважали, во-первых, за их нелегкий труд: и в дождь, и в ветер, и в пургу, и в зной - они на стройке. Их уважали за опыт, знания и стремление выполнить свои обязательства. Кстати, они ведь строили объекты комплекса "Энергия" - "Буран" не только на Байконуре, но и на Дальнем Востоке, в Украине, Заполярье, Средней Азии...