Sojus (Raketenfamilie) - Soyuz (rocket family)

Sojus
Start von Sojus TMA-9.jpg
Eine Sojus-FG- Rakete mit einem Sojus-TMA- Raumschiff startet am 18. September 2006 vom Kosmodrom Baikonur in Kasachstan.
Funktion Startfahrzeug
Hersteller OKB-1
Progress Rocket Space Center
Ursprungsland UdSSR
Russland
Größe
Etappen 3
Zugehörige Raketen
Familie R-7
Startverlauf
Status Aktiv
Startseiten
Erster Flug 28. November 1966
Bemerkenswerte Nutzlasten Sojus-
Fortschritt

Sojus ( Russisch : , оюз , was "Gewerkschaft" bedeutet, GRAU-Index 11A511 ) ist eine Familie von entbehrlichen russischen und sowjetischen Trägerraketen, die von OKB-1 entwickelt und vom Progress Rocket Space Center in Samara , Russland, hergestellt wurden . Mit über 1.900 Flügen seit ihrem Debüt im Jahr 1966 ist die Sojus ab 2021 die meistgenutzte Trägerrakete der Welt.

Fast ein Jahrzehnt lang, zwischen dem letzten Flug des Space-Shuttle- Programms im Jahr 2011 und der ersten bemannten Mission der SpaceX - Rakete Falcon 9 im Jahr 2020 , waren Sojus-Raketen die einzigen Trägerraketen, die für den Transport von Astronauten zur Internationalen Raumstation ISS zugelassen und zugelassen waren .

Die Sojus-Fahrzeuge werden als Trägerrakete für die bemannte Sojus-Sonde im Rahmen des Sojus-Programms sowie für den Start der unbemannten Progress-Versorgungssonde zur Internationalen Raumstation ISS und für kommerzielle Starts verwendet, die von Starsem und Arianespace vermarktet und betrieben werden . Alle Sojus-Raketen verwenden RP-1 und Flüssigsauerstoff (LOX), mit Ausnahme der Sojus-U2 , die Syntin , eine Variante von RP-1, mit LOX verwendet. Die Sojus-Familie ist eine Untergruppe der R-7-Familie .

Geschichte

Sojus-Raketentriebwerke

Ein Weltraum-Arbeitspferd

Hauptartikel: Sojus (Rakete) , Sojus-U und Sojus-FG

Der Abschuß Soyuz wurde 1966 eingeführt, aus der Ableitung Vostok Abschuß, die wiederum auf die 8K74 oder basierend R-7a Interkontinentalrakete . Es war zunächst eine dreistufige Rakete mit einer Block I-Oberstufe. Die ersten vier Teststarts waren alle fehlgeschlagen, aber schließlich funktionierte es. Später wurde eine Molniya-Variante hergestellt, indem eine vierte Stufe hinzugefügt wurde, die es ihr ermöglichte, die stark elliptische Molniya-Umlaufbahn zu erreichen . Eine spätere Variante war die Sojus-U . Während die genauen Modell- und Variantenbezeichnungen aus dem Westen geheim gehalten wurden, wurde der Sojus-Träger entweder mit der Bezeichnung SL-4 des US-Verteidigungsministeriums oder der Sheldon-Bezeichnung A-2 (entwickelt von Charles S. Sheldon, ein Analyst bei der Library of Congress ). Beide Systeme zur Benennung sowjetischer Raketen wurden nicht mehr verwendet, als genauere Informationen verfügbar wurden.

Die Produktion von Sojus-Trägerraketen erreichte Anfang der 1980er Jahre einen Höchststand von 60 pro Jahr. Sie ist die meistgenutzte Trägerrakete der Welt und fliegt über 1700 Mal, weit mehr als jede andere Rakete. Trotz ihres Alters und vielleicht dank ihrer Einfachheit zeichnet sich diese Raketenfamilie durch ihre geringen Kosten und ihre hohe Zuverlässigkeit aus.

Sojus / Fregat

Hauptartikel: Fregat
Sojus-FG errichtet auf der Startrampe des Kosmodroms Baikonur 1/5 Gagarins Start (Oktober 2008).

In den frühen 1990er Jahren wurden Pläne für eine umgestaltete Sojus mit einer Fregat- Oberstufe gemacht. Das Fregat-Triebwerk wurde von NPO Lavochkin aus dem Antriebsmodul seiner interplanetaren Phobos-Sonden entwickelt . Obwohl von Roskosmos und dem russischen Verteidigungsministerium im Jahr 1993 gebilligt und als "Rus" als Russifizierung und Modernisierung von Sojus bezeichnet und später in Sojus-2 umbenannt, verhinderte ein Geldmangel die Umsetzung des Plans. Die Gründung von Starsem im Juli 1996 lieferte neue Mittel für die Schaffung einer weniger ehrgeizigen Variante, der Sojus-Fregat oder Sojus-U/Fregat. Diese bestand aus einer leicht modifizierten Sojus-U in Kombination mit der Fregat-Oberstufe mit einer Kapazität von bis zu 1350 kg auf eine geostationäre Transferbahn . Im April 1997 erhielt Starsem von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) einen Auftrag zum Start von zwei Paaren von Cluster-II-Plasma-Wissenschaftssatelliten mit der Sojus-Fregat. Vor der Einführung dieses neuen Modells startete Starsem zwischen dem 22. September 1999 und dem 22. November 1999 24 Satelliten der Globalstar- Konstellation in 6 Starts mit einer wiederaufladbaren Ikar-Oberstufe . Nach erfolgreichen Testflügen von Sojus-Fregat am 9. Februar 2000 und 20. März 2000 wurden die Cluster II-Satelliten am 16. Juli 2000 und 9. August 2000 gestartet. Eine weitere Sojus-Fregat startete im Juni 2003 die ESA- Sonde Mars Express von Baikonur aus. Jetzt wird die Sojus-Fregat-Trägerrakete von Starsem für kommerzielle Nutzlasten verwendet.

ISS-Besatzungstransport

Zwischen dem 1. Februar 2003 und dem 26. Juli 2005 mit der Begründung der Vereinigten Staaten Space Shuttle Flotte, war Sojus das einzige Mittel , den Transport zu und von der Internationalen Raumstation. Dies beinhaltete den Transfer von Lieferungen über das Progress-Raumschiff und Besatzungswechsel. Nach der Stilllegung der Space-Shuttle-Flotte im Jahr 2011 war das US-Raumfahrtprogramm ohne jegliche Mittel, um Astronauten in die Umlaufbahn zu bringen, und die NASA war auf die Sojus angewiesen, um Besatzungen bis 2020 ins All zu schicken. Die NASA nahm Flüge mit Besatzung aus den Vereinigten Staaten in United wieder auf 2020 durch das Commercial Crew Development Programm.

Aktuelle Vorfälle

Eine lange Reihe erfolgreicher Sojus-Starts wurde am 15. Oktober 2002 unterbrochen, als der unbemannte Sojus-U- Start des Photon-M-Satelliten von Plessezk in der Nähe der Startrampe zurückfiel und 29 Sekunden nach dem Abheben explodierte. Eine Person des Bodenpersonals wurde getötet und acht wurden verletzt.

Ein weiterer Fehlschlag ereignete sich am 21. Juni 2005 während einer Molnija militärischen Kommunikationssatelliten Start vom Startplatz Plesetsk, die verwendet eine vierstufige Version der Rakete genannt Molnija-M . Der Flug endete sechs Minuten nach dem Start aufgrund eines Ausfalls des Triebwerks der dritten Stufe oder eines nicht erfüllten Befehls, die zweite und dritte Stufe zu trennen. Die zweite und dritte Stufe der Rakete, die mit der Sojus identisch sind, und ihre Nutzlast (ein Molniya-3K-Satellit) stürzten in der Region Uvatsky in Tjumen ( Sibirien ) ab.

Am 24. August 2011 stürzte eine unbemannte Sojus-U mit Fracht zur Internationalen Raumstation ISS ab und erreichte die Umlaufbahn nicht. Am 23. Dezember 2011 scheiterte eine Sojus-2.1b, die einen militärischen Kommunikationssatelliten Meridian 5 startete, in der 7. Minute des Starts aufgrund einer Anomalie in der dritten Stufe.

Am 11. Oktober 2018 erreichte die Sojus- Mission MS-10 zur Internationalen Raumstation ISS nach einem Problem mit dem Hauptbooster die Umlaufbahn nicht. Das Start-Flucht-System wurde verwendet, um die Sojus-Raumsonde von der defekten Rakete wegzuziehen. Die beiden Crews , Aleksey Ovchinin und Nick Hague , folgten einer ballistischen Flugbahn und landeten sicher über 400 km Entfernung vom Weltraumbahnhof Baikonur .

Weltraumbahnhof Sojus-2 und Guyana

Hauptartikel: Sojus-2 und Sojus im Weltraumzentrum Guayana
Sojus 2 startbereit (2007)

Die ehrwürdige Sojus-Trägerrakete wurde nach und nach durch eine neue Version namens Sojus-2 oder Sojus/ST ersetzt , die über ein neues digitales Leitsystem und eine stark modifizierte dritte Stufe mit einem neuen Motor verfügt. Die erste Entwicklungsversion von Sojus-2 namens Sojus-2-1a , die mit dem digitalen Leitsystem ausgestattet ist, aber noch von einem alten Triebwerk der dritten Stufe angetrieben wird, startete am 4. November 2004 von Plessezk aus zu einem suborbitalen Testflug, gefolgt von ein Orbitalflug am 23. Oktober 2006 von Baikonur. Die vollständig modifizierte Trägerrakete (Version Sojus-2-1b ) flog erstmals am 27. Dezember 2006 mit dem CoRoT- Satelliten vom Weltraumbahnhof Baikonur .

Am 19. Januar 2005 vereinbarten die Europäische Weltraumorganisation (ESA) und Roskosmos den Start von Sojus/ST-Raketen vom Weltraumbahnhof Guayana . Der äquatoriale Startplatz ermöglicht es der Sojus , je nach verwendetem Triebwerk der dritten Stufe 2,7 bis 4,9 Tonnen in eine sonnensynchrone Umlaufbahn zu bringen . Der Bau eines neuen Pads begann 2005 und wurde im April 2011 abgeschlossen. Das Pad verwendete eine vertikale Belastung, die in Französisch-Guayana üblich ist , im Gegensatz zu der horizontalen Belastung, die beim Kosmodrom Baikonur verwendet wird . Ein simulierter Start wurde Anfang Mai 2011 durchgeführt. Der erste operative Start erfolgte am 21. Oktober 2011 mit den ersten beiden Satelliten des globalen Positionierungssystems Galileo .

Die Raketen Sojus-U und Sojus-FG werden ab 2014 schrittweise durch Sojus-2 ersetzt. Sojus-U wurde 2017 ausgemustert, während Sojus-FG bis September 2019 Astronautenbesatzungen zur ISS beförderte (letzter Flug Sojus MS-15 25. September 2019).

Varianten

Siehe auch: R-7 (Raketenfamilie)

Der Molniya-M (1964-2010) wurde ebenfalls von der Sojus-Familie abgeleitet.

Montage

Montage der Sojus-Rakete: Im Hintergrund sind die erste und die zweite Stufe bereits zusammengefügt; die dritte Stufe befindet sich in der unteren linken Ecke des Bildes. In der unteren rechten Ecke befindet sich die Sojus-Raumsonde , die von ihrer Abschusshaube bedeckt ist.

Die Rakete wird im Montage- und Testgebäude horizontal montiert. Die montierte Rakete wird im horizontalen Zustand zum Startplatz transportiert und dann angehoben. Dies unterscheidet sich von der vertikalen Montage beispielsweise des Saturn V und ist eines der Merkmale, die Sojus in der Vorbereitung für den Start billiger machen. Der Zusammenbau einer horizontal positionierten Rakete ist relativ einfach, da alle Module leicht zugänglich sind. Um die Rakete in vertikaler Position zu montieren, wäre ein winddichter Hochhaushangar erforderlich, der zum Zeitpunkt der Entwicklung der Rakete aufgrund der schwächelnden Wirtschaft der Sowjetunion nicht als finanziell machbar angesehen wurde .

Vor der Markteinführung

Sojus TMA-13 wird am 10. Oktober 2008 auf der Startrampe von Gagarin's Start errichtet .

Die gesamte Rakete wird durch die Tragmechanismen an den Strap-On-Boostern im Startsystem aufgehängt und dort am zentralen Kern befestigt. Letztere ruht auf den Nasenteilen der Strap-On-Booster. Dieses Schema ähnelt Flugbedingungen, wenn die Strap-On-Booster den zentralen Kern nach vorne schieben. Das Konzept der Aufhängung der Rakete war eine der Neuheiten, die mit der R-7/Sojus eingeführt wurden.

Da die Startrampe weggefallen ist, wird der untere Teil der Rakete abgesenkt. Die Träger des Startsystems tragen die Windlasten. Widerstand gegen starken Wind ist ein wichtiges Merkmal des Startsystems, da die Steppen Kasachstans , wo sich der Startplatz Baikonur befindet, für Stürme bekannt sind .

Start

Ein Sojus-U auf der Startrampe vor dem Start des Apollo-Sojus-Testprojekts (ASTP) am 15. Juli 1975.

Die Triebwerke werden durch elektrisch ausgelöste pyrotechnische Fackeln gezündet, die auf Birkenpfählen montiert sind und bei ungefähr T-20 Sekunden gezündet werden, einige Sekunden bevor Kraftstoffkomponenten in die Brennkammer eingebracht werden. Diese Sequenz scheitert selten an ihrer Einfachheit. Während des Starts verfolgen die Stützausleger die Bewegung der Rakete. Nachdem die Stützauslegerköpfe aus der speziellen Stützaussparung in den Nasenabschnitten der Strapons austreten, lösen sich die Stützausleger und Traversen von der Raketenzelle, schwenken um die Stützachsen und geben den Weg für das Abheben der Rakete frei. Beim Start bilden die Rakete und die Starteinrichtung ein einziges dynamisches System.

Wenn die Strapon-Booster-Motoren stoppen, fallen die Booster weg und sorgen für eine stoßfreie Trennung. Bei klarem Himmel können Bodenbeobachter ein Koroljow-Kreuz sehen, das durch die fallenden Booster gebildet wird.

Verkleidungen für unbemannte Missionen

Die Sojus- Trägerrakete wird für verschiedene russische Missionen ohne Besatzung eingesetzt und von Starsem auch für kommerzielle Satellitenstarts vermarktet. Derzeit werden folgende Verkleidungstypen verwendet:

Progress ist das Frachtraumschiff für unbemannte Missionen zur ISS und zuvor zur Mir . Das Raumfahrzeug verwendet eine spezielle Plattform und Verkleidung und kann entweder mit Sojus-U, Sojus-FG oder Sojus-2 gestartet werden.

A-Typ- Verkleidung wird für kommerzielle Starts verwendet.

Die S-Typ- Verkleidung wird von Starsem für kommerzielle Starts verwendet. Die Verkleidung hat einen Außendurchmesser von 3,7 m und eine Länge von 7,7 m. Die Fregat-Oberstufe ist mit der Nutzlast und einem Nutzlastadapter/Spender in der Verkleidung gekapselt. Die S-Typ-Verkleidung zusammen mit der Fregat-Oberstufe wurden verwendet, um die folgenden Raumfahrzeuge zu starten: Galaxy 14 , GIOVE A , Mars Express , AMOS-2 , Venus Express , Cluster .

Die Verkleidung vom Typ SL wird für kommerzielle Starts von Starsem verwendet. Die Verkleidung hat einen Außendurchmesser von 3,7 m und eine Länge von 8,45 m. Die Fregat-Oberstufe ist mit der Nutzlast und einem Nutzlastadapter/Spender in der Verkleidung gekapselt. Die Verkleidung vom Typ SL zusammen mit der Fregat-Oberstufe wurde verwendet, um das folgende Raumfahrzeug zu starten: CoRoT .

Die Verkleidung vom Typ ST wird für kommerzielle Starts von Starsem verwendet. Sein Außendurchmesser beträgt 4,1 m und seine Länge 11,4 m. Es kann nur mit der Sojus-2 verwendet werden, da ältere analoge Steuersysteme die aerodynamische Instabilität, die durch eine so große Verkleidung verursacht wird, nicht bewältigen können. Diese Carbon-Kunststoff-Verkleidung basiert auf der bewährten Konfiguration der Ariane-4- Fahrzeuge von Arianespace , wobei ihre Länge um etwa einen zusätzlichen Meter erhöht wurde. Die Verkleidung wurde von TsSKB-Progress nach Kundenwunsch ( Starsem ) entwickelt und gefertigt . Dies ist der einzige Verkleidungstyp, der von Starsem/Arianespace für Starts von Kourou angeboten wird.

Etappen

Explosionsplan der Sojus-FG-Rakete
Explosionsplan der Sojus-FG-Rakete

Erste Stufe

Die erste Etappe, die eine Besatzung zur ISS befördert, 2006.

Die erste Stufe der Sojus-Raketen besteht aus vier identischen konischen Flüssigkeitsförderraketen, die an den Kern der zweiten Stufe geschnallt sind. Jeder Booster hat einen einzelnen Raketenmotor mit vier Brennkammern, zwei Noniusbrennkammern und einem Satz Turbopumpen.

Statistik (jeder von 4 Boostern)

  • Bruttomasse : 44,5 Tonnen (98.100 lb)
  • Treibmittel: 39,2 Tonnen (86.400 lb)
  • Trockenmasse: 3784 kg (8.342 lb)
  • Durchmesser: 2,68 m (8 Fuß 10 Zoll)
  • Länge: 19,6 m (64 Fuß 4 Zoll)
  • Brenndauer: 118 Sekunden
  • Motoren:
    • Sojus- und Sojus-U-Modelle
      • RD-107
        • Schub 813 kN (183 klb f ) beim Abheben
        • Schubkraft 991 kN (223 klb f ) im Vakuum
        • Spezifischer Impuls 245 Sekunden (2,40 km/s) beim Abheben
        • Spezifischer Impuls 310 Sekunden (3,0 km/s) im Vakuum
        • Kammerdruck 5,85 MPa (848 psi)
    • Sojus-ST-Modelle
      • RD-107A (14D22)
        • Schub 838 kN (188 klb f ) beim Abheben
        • Schubkraft 1021 kN (230 klb f ) im Vakuum
        • Spezifischer Impuls 245 Sekunden (2,40 km/s) beim Abheben (geschätzt)
        • Spezifischer Impuls 310 Sekunden (3,0 km/s) im Vakuum (geschätzt)
        • Kammerdruck 5,85 MPa (848 psi)
    • Sojus-FG
      • RD-107A (14D22)
        • Schub 775 kN (174 klb f ) beim Abheben
        • Spezifischer Impuls 320,2 Sekunden (3,140 km/s) im Vakuum

Zweite Etage

Hier fallen die vier Booster der ersten Stufe weg und erzeugen ein kreuzendes Rauchmuster am Himmel, das auch als Korolev-Kreuz bekannt ist .

Die zweite Stufe des Sojus-Boosters ist eine einzelne, im Allgemeinen zylindrische Stufe mit einem Motor an der Basis und wird mit der ersten Stufe aktiviert. Wie jede der Raketen der ersten Stufe verfügt auch sie über vier Brennkammern und einen Satz Turbopumpen, jedoch vier (statt zwei) Noniusbrennkammern . Die zweite Stufe verjüngt sich nach unten, damit die vier Raketen der ersten Stufe enger zusammenpassen.

  • Bruttomasse: 105,4 Tonnen (232.400 lb)
  • Treibmittel: 95,4 Tonnen (210.000 lb)
  • Treibmittel (Sojus-U2 mit Syntin- Treibmittel): 96,4 Tonnen (212.000 lb)
  • Trockenmasse: 6875 kg (15.160 lb)
  • Länge: 28 m (91 Fuß 10 Zoll)
  • Durchmesser: 2,95 m (9 Fuß 8 Zoll)
  • Brenndauer: 290 Sekunden
  • Motoren:
    • Sojus- und Sojus-U-Modelle
      • RD-108
        • Schub 779 kN (175 klb f ) beim Abheben
        • Schub 997 kN (224 klb f ) im Vakuum
        • Spezifischer Impuls 264 Sekunden (2,59 km/s) beim Abheben
        • Spezifischer Impuls 311 Sekunden (3,05 km/s) im Vakuum
        • Kammerdruck 5,1 MPa (740 psi)
    • Sojus-U2-Modell mit Syntin-Kraftstoff
      • RD-108
        • Schub 811 kN (182 klb f ) beim Abheben
        • Schub 1009 kN (227 klb f ) im Vakuum
        • Spezifischer Impuls 264 Sekunden (2,59 km/s) beim Abheben
        • Spezifischer Impuls 311 Sekunden (3,05 km/s) im Vakuum
        • Kammerdruck 5,1 MPa (740 psi)
    • Sojus-ST-Modelle
      • RD-118 (11D512)
        • Schub 792 kN (178 klb f ) beim Abheben
        • Schubkraft 990 kN (222 klb f ) im Vakuum
        • Spezifischer Impuls 264 Sekunden (2,59 km/s) beim Abheben (est)
        • Spezifischer Impuls 311 Sekunden (3,05 km/s) im Vakuum (est)
        • Kammerdruck 5,85 MPa (848 psi)

Dritter Abschnitt

Eine der häufigsten Nutzlasten der Sojus-Raketenfamilie, ein Sojus-Raumschiff. Dieser ist für eine internationale Andockmission mit dem Apollo-Raumschiff der Vereinigten Staaten bestimmt.

Es sind zwei Varianten der oberen Stufen im Einsatz, der Block I und der verbesserte Block-I (verwendet in Sojus-2-1b ).

  • Bruttomasse: 25,2 Tonnen (55.600 lb)
  • Treibmittel: 21,4-22,9 Tonnen (47.200 – 50.500 lb)
  • Trockenmasse: 2355 kg (5190 lb)
  • Länge: 6,7 m (22 Fuß)
  • Durchmesser: 2,66 m (8 Fuß 9 Zoll)
  • Brenndauer: 240 Sekunden
  • Motor:
    • Blockieren I
      • RD-0110
      • Schub 298 kN (67,0 klb f )
      • Spezifischer Impuls 330 Sekunden (3,2 km/s)
      • Kammerdruck 6,8 MPa (986 psi)
    • Verbesserter Block I
      • RD-0124 (11D451)
      • Schub 294 kN (66 klb f )
      • Spezifischer Impuls 359 Sekunden (3,52 km/s)
      • Kammerdruck 16,2 MPa (2350 psi)

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

  • International Reference Guide to Space Launch Systems, Dritte Ausgabe , Iaskowitz, Hopkins, and Hopkins ed., 1999, Reston, Virginia, AIAA Publications. ISBN  1-56347-353-4

Externe Links