Первоначально в 1994 году РН Ангара выглядела на рисунках и моделях сообразно с первым рисунком слева. Проект был достаточно оригинален и заключался в следующем.

На первой ступени применяется тяжелый ракетный блок наподобие Блока А от РН «Энергия». К нему по бокам крепятся подвесные топливные баки. Общая масса первой ступени – 500,0т. Это больше, чем Блок А в полтора раза! Сухая масса – 40,0т; двигатель РД-171 аналогичный Зенит-1, тягой 834тс при уд.имп. 337сек. Диаметр блока – 3,9м; длина 22,5м; размах по подвесным бакам – 12м; компоненты керосин и кислород. (Судя по диаметру блока – это попытка повторить силами ГКНПЦ им. М.В.Хруничева первую ступень Зенит-1)

Вторая ступень должна была быть водородной. Общая масса =75,0т; сухая масса=9,0т; диаметр=3,9м; длина=16,0м; ЖРД РД-0120М тягой 200тс и уд.имп. 455сек.

В качестве третьей ступени планировался полномасштабный блок Бриз-М (Протон КМ-4) общей массой 17,4т; сухой массой 2,37т; двигатель С5.98М на компонентах НДМГ и АТ тягой 2,0тс при удельном импульсе 326сек

Итого при общей массе 623,6т выводится на полярную орбиту 26,0т наклонением 97град. Планировалось также, что разработчиком второй водородной ступени выступит НПО «Энергия».

Однако в 1998-99гг произошел резкий поворот в идеологии проекта. В настоящее время ГКНПЦ им. М.В.Хруничева в рамках проекта "Ангара" ведет разработку семейства РН, ключевое звено которого - универсальный ракетный модуль (УРМ). В зависимости от необходимой грузоподъемности ступени комплектуются одним, тремя или пятью такими ускорителями. (На рисунке – со второй по шестую ракету слева)

Унифицированный модуль УРМ на компонентах О2+керосин представляет собой законченную конструкцию, состоящую из баков окислителя и горючего, соединенных проставкой, и двигательного отсека. Каждый универсальный модуль оснащается одним мощным жидкостным реактивным двигателем РД 191М.

Параметры УРМ таковы: Общая масса=140,0т; сухая масса=10,0т; диаметр=2,9м; длина=25,0м; тяга 213,6тс (РД-191) при уд.имп.=338сек.

Соответственно предполагается, что модули УРМ 1-й и 2-й ступени идентичны и различаются элементами крепления. РД 191М – «четвертинка» (однокамерный ЖРД), создается на базе четырехкамерного двигателя, применявшегося на ракете-носителе «Энергия», и ныне применяемого двигателя ракеты-носителя «Зенит» (РД 171).

В составе ракет-носителей легкого класса «Ангара 1.1 и 1.2» используется один универсальный модуль, в составе ракеты-носителя тяжелого класса (5А) применяется пять универсальных модулей. Рассматривается возможность применения ракеты-носителя с тремя универсальными модулями (3А). Недавно даже говорилось о варианте Ангара-7. Вероятно, речь идет о пакете из шести «боковушек» и одном центральном модуле. При этом центральный модуль имеет увеличенный до 3,5м* в диаметре топливный бак, и как следствие, должен иметь на 30-40% больше топлива (на рисунке – крайняя справа)

Массовые характеристики семейства ракет такие (третья ступень - керосин):

(Ангара-1.1) общая масса=149т; Мпн на ИСЗ(63град)=2,0т;

(Ангара-1.2) общая масса=171т; Мпн на ИСЗ(63град)=3,7т;

(Ангара-3А) общая масса=480т; Мпн на ИСЗ(63град)=14,6т; на ГПО/ГСО=2,4т/1,0т (Бриз-М)

(Ангара-5А) общая масса=773т; Мпн на ИСЗ(63град)=24,5т; на ГПО/ГСО=5,4т/2,8т (Бриз-М)

(Ангара-7*) общая масса~1100т; Мпн на ИСЗ~34т.

*-оценка.

В качестве верхней ступени на ракете легкого класса «Ангара 1.1» применяется разгонный блок «Бриз», прошедший летные испытания в составе конверсионного носителя «Рокот». Параметры ступени: Общая масса=6,5т; сухая масса=1,6т; диаметр=2,5м; длина=2,6м; двигатель С5.98М на НДМГ и АТ («вонючие») тягой 2,0тс при удельном импульсе 326сек.

На ракете «Ангара 1.2» - третья ступень, создаваемая для модернизированного носителя «Союз-2». Ее параметры таковы: Общая масса=25,2т; сухая масса=2,35т; диаметр=2,66м; длина=6,7м. В качестве силовой установки планируется новый ЖРД РД-0124 (керосин+кислород) тягой 30тс и уд.имп. 359сек. Данный двигатель является наследником РД-0110 третьей ступени РН Союз-У. Главное отличие заключается в том, что изменена схема – с открытой на замкнутую, при этом давление в камере сгорания увеличили с 69атм до 157атм.

Есть вариант, при котором в качестве третьей ступени будет использован водородный блок КВРБ. Характеристики: общая масса 23,3т; сухая масса 3,5т; диаметр 4,1м; длина 8,6м; ЖРД РД-56М тягой 7,5тс и уд.имп. 461сек. Идеологически он является родственником разгонного водородного блока 12КРБ, успешно слетавшего недавно на индийской ракете.

В конфигурации с КВРБ ракета Ангара-5А должна выводить 28,5т на ИСЗ (63град). Возможно, что Ангара-7 в конфигурации с КВРБ сможет выводить объявленные 41т на ИСЗ высотой 200км. Но это только планы, и по всей вероятности, использование водородных блоков в обозримом будущем не планируется. Так что наиболее реальным видится ситуация, когда Ангара и Союз-2 будут иметь третью ступень на двоих.

Уже на базе этих основных вариантов Центр Хруничева рассматривает возможность создания других модификаций. Так, прорабатываются варианты установки на РН легкого класса небольших твердотопливных ускорителей по аналогии с твердотопливными ускорителями РН Ariane 4. Такие ускорители могли бы крепиться по два на первой и второй ступенях как «Ангары-1.1», так и «Ангары-1.2». (На рисунке – третья и четвертая ракета справа)

Возможна установка и четырех ускорителей на первых ступенях носителей. В качестве прообраза для ускорителей рассматриваются ракеты «Луна» разработки КБ Надирадзе. Грузоподъемность РН «Ангара» легкого класса с такими ускорителями может вырасти на 100–200 кг.

Кое что известно о неком варианте «Ангары» тяжелого класса. В настоящее время в КБ Химической автоматики (г. Воронеж) разрабатывается трехкомпонентный ракетный двигатель РД-0750 с тягой 175 тс, работающий на жидком кислороде, керосине и жидком водороде. Этот двигатель был предложен для использования в проекте «Ангара» вместо кислородно-водородного двигателя РД-0122 тягой 200 тс, разработанного тоже в КБХА для «Ангары». В связи с этим предложением появился проект нового носителя под обозначением «Ангара А-5В», состоящий из четырех универсальных модулей и центрального кислородно-керосино-водородного блока с двумя трехкомпонентными двигателями РД-0750. (На рисунке – вторая справа). Судя по наличию двух подвесных баков – это рудименты от первоначального проекта а-ля РН Ангара образца 1994г.

Прорабатываются также варианты «Ангары» легкого класса с универсальным модулем первой ступени многоразового применения и варианты РН «Ангара» среднего и тяжелого класса для запусков с морской платформы.

К настоящему моменту Центр Хруничева уже заключил договора с НПО Энергетического машиностроения им. академика В.П.Глушко (г. Химки Московской обл.) о создании для универсального ракетного модуля «Ангары» двигателя РД-191М и с КБ Химавтоматики (г. Воронеж) о создании трехкомпонентного двигателя РД-0750. Также заключен договор с НПО «Молния» (г. Москва) на разработку элементов многоразового ускорителя первой ступени.

СВЕРХТЯЖЕЛЫЙ НОСИТЕЛЬ

Собственно говоря, известно на сегодня нам не много. Известно, что ракета должна выводить 100т на низкую орбиту ИСЗ, и еще то, что на первой ступени используют РД-171, на второй – РД-180, на третьей – РД-0122.

Однако, руководствуясь общими соображениями, а также имеющейся производственной базой и доступными ЖРД, попробуем дать прогноз по данной теме. Заранее оговорюсь, что прогнозы – дело не благодарное.

Начнем с того, что ракета априори должна строится по пакетной схеме, так как изготовление баков диаметром выше 10м на сегодняшний день просто невозможно технически. Максимальный диаметр, который доступен для производственной базы – 7,6м.

Компоненты топлива нижних ступеней наверняка керосин и кислород.

Следующий этап – размерность одиночного блока в пакете. Исходя из того, что эффективность смешанной керосиново-водородной ракеты 3,5-4 % от общей массы, нам необходим носитель с общей массой в районе 2700-3000т. Уже тут видно, что размерность одиночного блока должна быть никак не меньше 300-350т, иначе количество блоков будет слишком велико.

Тогда первая ступень будет представлять из себя набор боковушек наподобие Блока А комплекса Энергия. На каждом – РД-170/171 тягой примерно 800тс.

Можно конечно сделать вторую ступень водородной большего диаметра – как у Энергии. Но боюсь, что создать бак диаметром 7,6м и длинной 60м сейчас будет не по плечу промышленности. Выход прост – в центре всунуть такую же боковушку, но с половинным двигателем – РД-180. Все дело в том, что остаток топлива второй ступени в конце работы первой – должен быть в районе 60-70%. А это значит, что двигатель нужен с как минимум в два раза меньшим расходом (половинка), плюс дросселировать  в сторону уменьшения, плюс делать заливку на 10-20% больше (больше и объем баков).

Вариант такой: шесть боковушек- первая ступень (РД-171) и одна длинная в центре- вторая ступень (РД-180) а это в сумме примерно 7*350=2450т

Сверху на вторую ступень нужно ставить третью. Это может быть как «керосинка», так и «водородник». В пресс-релизе говорилось об использовании на третьей ступени РД-0122. А это однозначно водородник, созданный на базе РД-0120. Кроме повышенной до 235,8тс тяги, данный агрегат должен еще и решать проблему управления по крену одиночным двигателем. Видимо, к нему присобачили пару рулевых камер.

Размерность третьей ступени нам неизвестна, однако масса последней ступени + полезная нагрузка не могут сильно превышать тягу двигателя. Тяговооруженность не может быть ниже 0,7-0,8 ед. Значит, масса третьей ступени должна быть в диапазоне 100-150т.

Итого: взяв шесть боковушек (РД-171) одну центральную (РД-180) и третью водородную (РД-0122) имеем массу носителя с грузом ~2700т.

Однако данное схемное решение имеет и недостаток: избыточная тяга первой ступени (в случае шести "боковушек") при недостаточной тяговооруженности второй. Это обстоятельство можно решить, например, так: четыре «боковушки» с полным ЖРД РД-171, а две «боковушки» с половинным ЖРД РД-180. Тогда разделение ступеней можно производить в следующем порядке: вначале отходят четыре «боковушки», а две остальные продолжают полет вместе с центральным блоком вплоть до штатной выработки компонентов. Верхняя (разгонная) ступень в вариации проектных данных не участвует.  

Можно попробовать скомпоновать ракету на базе четырех "боковушек" повышенной размерности (~450т). Тогда на одном РД-180 и четырех РД-170 начальная тяговооруженность будет в пределах 1,23..1,25. При этом тяговооруженность второй ступени на самостоятельном участке будет не ниже 0,8. Такой вариант более приемлем с точки зрения механики полета, но возникают вопросы технологической реализации изготовления и транспортировки "боковушек" в полтора раза превосходящих Зенит-1 по размерам.

При средней эффективности смешанной керосиново-водородной ракеты 3,5-4 % имеем оценку полезной нагрузки как 95-108т. С учетом высоких характеристик ЖРД КБХА и НПО «Энергомаш», оценка полезной нагрузки, скорее всего, будет ближе к цифре 4% от массы или около 105-108т.  

P.S.

По некоторым данным, Ангара-100 может быть скомпонована из четырех увеличенных "боковушек" массой по ~450т. Остальные параметры примерно соответствуют вышеописанным. Для любознательных могу предложить англоязычный ресурс (здесь)