Фрегат (разгонный блок)

Разгонный блок «Фрегат» применяется для выведения одного или нескольких космических аппаратов на опорную, геостационарную и геопереходную орбиты, а также для ориентации и стабилизации в пространстве головного блока (в составе РБ + полезная нагрузка) на пассивном и активном участке полёта^[3].

Данный РБ также используется для разведения выводимых космических аппаратов по орбитам в случае группового запуска^[2].

Конструктивно-компоновочная схема основана на блоке баков. Он имеет торосферическую конфигурацию и состоит из шести сваренных между собой сферических обечаек, разделённых сферическими донышками. Четыре ёмкости несут окислитель и горючее. В одной из двух оставшихся сфер (герметичной) расположена система управления. В негерметичном сферическом контейнере находится система радиоконтроля орбиты. На блок баков могут быть установлены дополнительные топливные ёмкости (малые или большие) без существенной модификации остальной схемы^[4].

В РБ применён маршевый двигатель С5.92, аналогичный применённому в разгонном блоке «Бриз-М» и «Бриз-КМ». Максимальная тяга этого двигателя составляет 2030 кгс (19,9 кН), что близко к оптимуму для ракет среднего класса. Работа маршевого двигателя может осуществляться также в режиме уменьшенной тяги (1420 кгс). Двигатель использует топливную пару несимметричный диметилгидразин («гептил») + тетраоксид диазота. В усовершенствованных версиях данного РБ начиная с «Фрегат-М» применена модификация С5.92 с увеличенной длиной сопла^[5].

Кроме маршевой двигательной установки (ДУ), на данном разгонном блоке установлена также двигательная установка стабилизации, ориентации и обеспечения запуска (ДУ СОЗ), которая предназначена для:

• обеспечения условий запуска маршевой двигательной установки путём создания перегрузки для сепарации газа и жидкости в баках маршевой ДУ;

• поворотов вокруг центра масс для стабилизации РБ по трём каналам на пассивных участках полёта и по каналу крена при работе маршевой ДУ;

• обеспечения требуемой ориентации перед отделением полезной нагрузки;

• обеспечения требований теплового режима РБ и полезной нагрузки на пассивных участках траектории полёта (режим «закрутка» или трёхосная ориентация);

• управления угловым движением головного блока (в составе РБ + полезная нагрузка) по каналам курса и тангажа при работе маршевой ДУ при достижении предельного хода рулевых машинок; выдачи импульсов скорости^[4].

Разгонный блок «Фрегат» состоит из комплекса систем:

• двигательная установка в составе: маршевый двигатель (МД), двигательная установка стабилизации, ориентации и обеспечения запуска;
• система управления;
• телеметрическая система;
• передающее устройство;
• антенно-фидерные системы;
• химические источники тока;
• система обеспечения теплового режима;
• система контроля температур и давления;
• радиодальномер;
• служебные блоки^[3].

По данным на 2023 год существуют следующие модификации РБ «Фрегат»^[6]:

• Базовая, так и называемая «Фрегат». Предназначена для ракет нижнего среднего класса, таких как «Союз-2» и т. д. Прошла 3 этапа модернизации, включая один из самых существенных — замена БВК (бортового вычислительного комплекса) «Бисер-3» на «Бисер-6». Первый пуск разгонного блока «Фрегат» состоялся в 2000 году с космодрома «Байконур».
• «Фрегат-М» — «Фрегат» с рядом доработок по облегчению конструкции, включая новую компоновку приборного отсека (ПО-1) и с увеличенной несущей способностью (с 12 тс × м до 16 тс × м).
• «Фрегат-МТ» — специализированная модификация «Фрегата», предназначенная для запусков с космодрома Куру. Увеличенная заправка за счёт установки дополнительных ёмкостей (ДЕ) для топлива, доработанный ПО-1, облегчённый переходный отсек (ПхО). Вращение Земли позволяет при старте из района экватора выводить бо́льшую полезную нагрузку, чем при старте с более высоких широт, с использованием одной и той же ракеты-носителя. Кроме того, влажный экваториальный климат Гвианы существенно отличается от климата Плесецка и Байконура. Это потребовало доработки базовых моделей блока для применения в новых условиях. Первый запуск данной модификации состоялся 21 октября 2011 года^[7]. Ракета-носитель «Союз-СТ-Б» (доработанная с учётом экваториальных условий и требований ЕКА по безопасности полётов РН «Союз-2.1б») с разгонным блоком «Фрегат-МТ» вывела на орбиту 2 спутника европейской навигационной системы «Галилео».
• «Фрегат-СБ» — «Фрегат» со сбрасываемыми баками. Масса рабочего топлива в простом и усовершенствованном блоке баков — 3100 кг. Эта модификация предназначена для ракет верхнего среднего и тяжёлого классов, в первую очередь, для ракеты-носителя «Зенит-3SLБФ». Испытания модификации «Фрегат-СБ» стартовали в январе 2011 года на космодроме «Байконур» при запуске космического аппарата «Электро-Л».
• «Фрегат-СБУ» — усовершенствованный «Фрегат» со сбрасываемыми баками (СББ). Масса рабочего топлива в простом и усовершенствованном блоке баков — 4800 кг. Эта модификация предназначена для РН среднего класса «Союз-5» и запланировано, что она будет готова к запуску в конце 2025 года. Разработка конструкторской документации и наземная экспериментальная отработка РБ «Фрегат-СБУ» были назначены на 2022—2025 годы. В 2021 году было выполнено эскизное проектирование разгонного блока. Проект разрабатывается, поскольку топлива «Фрегата-СБ», который лёг в основу нового РБ, недостаточно для реализации потенциала «Союза-5». Отличаться он должен будет увеличенным размером сбрасываемого блока баков, что должно позволить использовать в два раза больше топлива (шесть тонн вместо трёх). Принципиальных изменений конструкции нового разгонного блока, его агрегатов и систем нет^[8].

Первый пуск с применением разгонного блока «Фрегат» состоялся с космодрома Байконур в 2000 году^[108].

Ракета-носитель «Союз-ФГ» с разгонным блоком «Фрегат» использовалась для запуска в 2003 году межпланетной станции «Марс-экспресс», а в 2005 году — похожей станции «Венера-экспресс»^[109].

Большая часть запусков РН «Союз-2» осуществлялась с использованием РБ «Фрегат», в частности, именно такой связкой будут выводиться все спутники «Глонасс-К» — аппараты третьего поколения системы ГЛОНАСС^[108].

19 декабря 2013 года разгонный блок «Фрегат-МТ» вывел на орбиту европейский телескоп Gaia^[110]

Ракета-носитель «Союз-СТ-Б» с разгонным блоком «Фрегат-МТ» и двумя европейскими спутниками Галилео, запущенная с экваториального космодрома Куру 22 августа 2014 года, не вывела спутники на расчётную орбиту из-за нештатной работы РБ «Фрегат-МТ»^[111], предположительно в результате ошибки в программном обеспечении, заложенном на борт и содержащем неправильное полётное задание^[112]. Спутники были выведены на орбиту позднее, 28 марта 2015 года^[113][114].

Всего с 9 февраля 2000 года по 11 августа 2023 года выполнено 117 полётов разгонных блоков «Фрегат» различных модификаций, было выведено в космос 875 космических аппаратов^[3].

Запуски осуществляются с четырёх космодромов: Плесецк, Байконур, Восточный, Куру (Французская Гвиана)^[3].

РБ «Фрегат» обладает следующими характеристиками^[115]:

• до 2 суток активного существования,

• алгоритмы управления, позволяющие преодолевать нештатные ситуации,

• многократное (до 7 раз) включение маршевой двигательной установки,

• высокая точность выведения благодаря использованию оборудования ГЛОНАСС/GPS.