Taevane tööhobune – Sojuz
Ülo Vaher
21.09.2014

Kanderakettidest staažikaim ja teenekaim on Sojuzi-nimeline. Sojuzide starte on olnud juba üle 1800. Praegu toimub üleminek uue põlvkonna Sojuz-2 mudelile.

Pärast USA kosmosesüstikute erruminekut on ainukeseks reaalseks võimaluseks kosmonautide saatmiseks rahvusvahelisse kosmosejaama ja nende sealt tagasi toomiseks jäänud Sojuzide kasutamine, kuigi mõned erafirmad üritavad konkurentsi pakkuda. Seda kanderaketti valivad tehiskaaslaste saatmiseks Maa-lähedasele orbiidile ka paljud kommertsfirmad nii selle töökindluse kui ka odavuse pärast.

Raketipere Sojuz väljatöötamine algas varsti pärast Teist maailmasõda ja põhieesmärgiks oli luua mandritevahelised raketid tuumapommide saatmiseks Ameerikasse. Saatuse tahtel osutus, et selleks see hästi ei kõlvanud, kuid sobis suurepäraselt tehiskaaslaste lennutamiseks orbiidile.

Juba aprillis 1945 võistlesid USA ja Nõukogude Liit Saksamaal sõja ajal väljaarendatud raketitehnika, eriti Londonit tugevasti purustanud V-2 (A4) pärast. Inglismaal paiknenud Poola armeest värvatud Briti luurajatel õnnestus kindlaks teha nende tootmise ja katsetamise kohad ja Churchill informeeris sellest ka Stalinit, et nõukogude armee spetsiaalüksused jõuaksid nendeni enne nende peitmist või hävitamist. Kuid Saksa rakettide peakonstruktoril Wernher von Braunil õnnestus pageda ja anda end USA vägede kätte koos rakettide, dokumentatsiooni ja ka arvukate spetsialistidega.

See, mida Nõukogude armeel õnnestus enda kätte saada, oli tükk maad vähem, nii tehnika, jooniste kui spetsialistide osas, kuid seda püüti maksimaalselt ära kasutada.

Salajane algus

Gorodomlja saarel Seligeri järvel rajati nii kokku tassitud tehnika kui vangis hoitavate inimeste-konstruktorite tarbeks koloonia, aga V-2 koopiaid hakati kokku monteerima endises suurtükitehases Moskva lähedal Podlipkis (praegu Koroljov). Sellest sai hiljem Sergei Koroljovi konstrueerimisbüroo OKB-1, kus lõpuks sündis ka tulevane Sojuz. Esimene V-2 koopia ristiti Venemaal R-1-ks ning selle edasiarendusi märgiti vaid suuremate numbritega.

Peaaegu nullist tuli luua terve uus tööstusharu – raketitööstus ja hiiglaslikud kosmodroomid. Rakettide arendamine ja katsetamine nõudis titaanlikku tööd, korduvaid ümbertegemisi ja täiustamisi. Eriti raske on luua töökindlat vedelkütusel töötavat rakettmootorit. Nimelt kaasnevad selles kütuse põlemisega suured ebastabiilsused, mille peamiseks põhjuseks on rõhu spontaansed muutused sissepritsefaasis ja põlemiskambris ning sellest põhjustatud vibratsioonid – peamiselt sagedusel 25 kHz. Nendega on pea võimatu võidelda ja mida suurem on mootori võimsus, seda suuremad on ka ebastabiilsused ja plahvatuste oht.

Koroljovi konstrueerimisbüroos oli mootorite alal peakonstruktoriks Valentin Gluško. Töö rakettide kallal oli ülimalt salastatud ja Koroljovi nimegi hoiti saladuses kuni tema surmani 1966. aastal.

Raketipere vaarisa sünd

Lõpuks leiti õnnelik lahendus alles 1957. aastal seitsmenda mudeli R-7 juures, mis sai raketispetsialistide hulgas hüüdnime „semjorka” (vn k seitse) ja seda võib pidada kogu raketipere vaarisaks. Selle lahenduse korral oli oluline nelja väiksema raketi paigutamine keskmise tüviraketi ümber.

Esimeste rakettide juures ilmnenud suur ebastabiilsus oli põhjuseks, miks venelased otsustasid ühe peamootori asemel, nagu V-2-l, kasutada kobarmootorit. Iga mootor koosnes omakorda neljast põlemiskambrist ja düüsist, kuid ühisest pumbasüsteemist. Peale selle oli igaüks neist varustatud spetsiaalsete kontrollmootoritega (vernjee-mootoritega). Raketi pikkus oli 34 m, diameeter 3 m ja kaal 280 tonni. Kütusena kasutati raketipetrooli ja oksüdeerijana vedelat hapnikku.

Kahe ebaõnnestumise järel toimus esimene õnnestunud katsetus Bajkongõri (Baikonuri) kosmodroomilt 21. augustil 1957, millest TASS teatas juba järgmisel päeval. Rakett suutis kanda 3megatonnise TNT lõhkejõuga laengut 8000 km kaugusele ja selle lokaliseerimise täpsus oli umbes 5 km.

Modifitseeritud rakett varustati keraja Sputnikuga ja lasti kosmosesse 4. oktoobril 1957, mille signaale kuulis kogu maailm, ning varuks toodetud Sputnik 2 veel kuu aega hiljem. Jätkus edasine moderniseerimine. Uus R-7A, mis valmis 1959, oli kergem, omas paremat navigeerimissüsteemi, võimsamaid mootoreid ja suutis 5370 kg lasti kanda 12 000 km kaugusele. Rakette modifitseeriti ka sel teel, et lisati veel üks aste ning siis pandi sellele nimeks Molnija. Selle raketiga võis saata tehiskaaslasi ka väga elliptilistele orbiitidele, sealhulgas Kuule. 1959. aastal jõudiski Luna-2 Kuu pinnale toimetada vimpli „CCCP”. See oli ka esimene kord, kui üks ese jõudis teise taevakeha pinnale.

Militaarsest kasutusest tsiviilvalda

Tollal oli armee käsutuses juba 10 raketti ja nende tulistamiseks üks stardiplatvorm Baikonuris ning 6–8 Plessetskis. Tollal olid need väga kallid. Üks stardikoht võis maksta kuni 5% venelaste kaitse-eelarvest. Suurim kosmodroom Baikonur, pindalaga mitu tuhat ruutkilomeetrit ja kaitsetsooniga üle 100 000 ruutkilomeetri, asub Kasahstani stepis, mida Venemaa peab nüüd üürima saja miljoni dollari eest aastas.

Nii suured kosmodroomid on vaenlasele kergesti nähtavad, eriti kui silmas pidada, et ka R-7 stardiks ettevalmistamine nõudis 20 tundi. Krüogeense kütuse tõttu ei saa seda jätta ka kosmodroomile valvelolekusse. Kõik see näitas, et R-7 ei kõlba militaarseteks eesmärkideks ja tuleb arendada varjatud šahtidest või allveelaevadelt tulistatavaid rakette ja R-7 suunata üksnes tsiviilkasutusse.

Seal sobis see suurepäraselt ka inimeste toimetamiseks kosmosesse. Triumf saabus 12. aprillil 1961 ja seekord kandis kanderakett nime Vostok-1. Sellega tegi esimene inimene Juri Gagarin kosmoses tiiru ümber Maa. Edaspidi saigi traditsiooniks, et R-7 sai nime selle järgi, millist kosmoselaeva või lasti see parajasti kandis, kuid lõpuks kinnistus nimi Sojuz, kuigi mitmesuguste täpsustustega.

Militaarsest kasutusest võeti see lõplikult maha 1968. Selleks ajaks olid tuumapommid muutunud suhteliselt kergekaalulisteks ja nende lennutamiseks ei vajatud enam R-7-taolisi rakette.

R-7 modifikatsioon üldnimetusega Sojuz ilmus 1966. aastal ning sellest sai lasti ja inimeste vedamisel Maa-lähedasele orbiidile tõeline veohobune. 1980ndatel sooritas see isegi üle 60 stardi. 1990ndatel varustati Sojuz Fregati-nimelise ülemise astmega, mis suutis viia geostatsionaarsele orbiidile 1350 kg. Tuntuimad variandid on: Sojuz (1966–1975), Sojuz-L (1970–1971), Sojuz-M (1971–1976), Sojuz-U (1973–tänaseni), Sojuz-U2 (1982–1995), Sojuz-FG (2001–tänaseni), Sojuz-2 (2004–tänaseni).

Sojuzide väljapaistvamate saavutuste hulka kuulub ka 400 miljoni kilomeetri pikkune lend Marsile 2003. aastal. Kaasas oli siis ESA poolt valmistatud maandumisaparaat Beagle 2 ja Marsi tehiskaaslane Mars Express. Kahjuks katkes maandumisel side Beagle’iga, kuid selle eest Mars Express töötas suurepäraselt ja kaardistas kogu Marsi. Selle tegutsemisi pikendati korduvalt ning see töötab veel praegugi.

Sojuzi startidel suletakse tema last erineva kuju ja suurusega kapslitesse, mis seda kaitsevad. SL-tüüpi kasutab Vene–Euroopa ühisettevõte Starsem. Selle läbimõõt on 3,7 m ja pikkus 8,45 m. Seda kasutati Fregati ülemise astme juures, et saata 2006. aastal kosmosesse eksoplaneetide uurija COROT. ST-tüüpi kapsel on suurem, selle läbimõõt on 4,1 ja pikkus 11,4 m. Kõiki valmistab TsSKB-Progress Starsemi tellimisel.

Kosmodroomid

Lisaks vanadele kosmodroomidele Kapustin Jar, Plessetsk ja Baikonur luuakse ka uusi. Näiteks Svobodnõi Blagoveštšenski lähedal ja Jasnõi (Dombarovsk) Orenburgi oblastis. Veelgi olulisem on, et Sojuzide jaoks loodi uus stardiplatvorm ESA kosmodroomil Prantsuse Guajaanas, mis asub 28 km kaugusel Kouroust (CSG). Selle asukoht peaaegu ekvaatoril tähendab, et tänu ekvatoriaalsete punktide suuremale pöörlemiskiirusele ümber Maa saab sealt saata geostatsionaarsele orbiidile märksa suuremat lasti (peaaegu poole võrra) või sama lasti väiksema kütusekogusega. See loodi Euroopa Liidu kuuenda raamprogrammi „Soyuz at the CSG Programme” järgi üldmaksumusega 344 miljonit eurot ja töö algas 2004. aastal.

Kosmodroom CSG hõlmab 17 ehitist 120 ha alal. Selle ehitusel osales 350 töötajat, kel tuli mullatööde käigus välja kaevata ligi miljon kuupmeetrit pinnast ‒ peamiselt leegisummutuseks rajatud tranšeest. Selle kompleksi tähtsaim ehitis on raketi koostehoone. Kui Venemaal toimus raketi kooste (ja hilisem transport) alati horisontaalasendis, siis siin lisatakse viimane aste vertikaalasendis. Lisaks on kompleksis stardi kontrollkeskus – üleni tugevast betoonist hoone, mis kaitseb starti juhtivat personali ka plahvatuse korral. Seal on ka heeliumi- ja lämmastikuladu; jõujaam ja konditsioneer; petrooliladu; vedela hapniku ladu; vesinikperoksiidiladu. Vesinikperoksiid on vajalik Sojuzi esimese ja teise astme turbopumpade toiteks. Mobiilne teenindushoone on spetsiaalselt konstrueeritud Sojuzi tarbeks Kourous, kaitsmaks seda sealsetes troopilistes keskkonnatingimustes.

1996. aastal loodi Vene–Euroopa ühisettevõte Starsem, mis hakkas organiseerima Sojuzi kasutamist kommertslendudeks. Selle kasutamise hind oli maailmaturul tunduvalt odavam kui teistel analoogsete võimetega kanderakettidel. Samuti lisati 1999. aastal Sojuzile korduvkäivitusvõimega ülemine aste Ikar ja hiljem täiuslikum Fregat. Selle abil suutis Starsem näiteks kuue stardiga toimetada orbiidile koguni 24 Globalstar satelliiti.

Moderniseeritud Sojuz-2

Praeguseid mudeleid Sojuz-U ja Sojuz-FG hakatakse välja vahetama modernsemate Sojuz-2 mudelite vastu. Sojuz-2 mudeli 1a esmalend toimus juba 8. novembril 2004. Oluline start toimus Kourou kosmodroomilt Prantsuse Guajaanas 21. oktoobril 2011, kui Sojuz 2.1b viis orbiidile kaks Euroopa satelliitnavigatsioonisüsteemi Galileo IOV tehiskaaslast korraga. Sojuz-2 baasmudel on kolmeastmeline kanderakett lasti viimiseks madalale Maa-lähedasele orbiidile. Ja just selle järele on suurim nõudlus. Nii selle esimese astme külgmised kui ka esimese ja teise põhiastme mootorid on võrreldes varasemate mudelitega tõhustatud ja omavad täiustatud pihustikomplekti. Need raketid on varustatud digitaalse lennukontrolli- ja telemeetriasüsteemiga, mis võimaldab startida ka fikseeritud platvormidelt.

Vajaduse korral võib Sojuz-2 viia lasti ka kõrgematele orbiitidele, kas elliptilistele, nagu Molnija, või geosünkroonsetele. Kõige sagedamini kasutatakse selleks juba mainitud Fregat-süsteemi. Sojuz-2st on ka nn kerge mudel 1v, mis on ilma esimese astme külgmiste kiirendusrakettideta (plokid B, V, G ja D). Selle plokk A (esimene tüvirakett) mootor on asendatud võimsama mootoriga NK-33-1 ja edaspidi asendatakse ka mootoriga RD-193 ning suudab siis viia orbiidile 2,8tonnise lasti.

Artikli märksõnad: 

Sarnased artiklid