Ракетный двигатель рд. Ракетные двигатели

Сборочный цех ракетных двигателей ОАО "Кузнецов" / Фото: ТАСС, Сергей Фадеичев

Первые два из 60 ракетных двигателей РД-181 по контракту на 1 миллиард долларов поставлены российской стороной американской компании Orbital Sciences Corporation, сообщили РИА Новости в РКК "Энергия".

"Шестнадцатого июля первые два двигателя были доставлены в США, дата поставки следующей партии пока не сообщается", — сказали в пресс-службе.

Ранее ТАСС сообщило, что США потребуется до десяти лет и около 3 млрд долл., чтобы создать собственный ракетный двигатель, аналогичный российским РД-181. Об этом заявил президент РКК "Энергия" Владимир Солнцев.

"Если говорить о создании двигателя в Америке, то любая держава в состоянии создать, только вопрос: зачем? По моих оценкам, на это потребуется около 3 млрд долл., а может, и больше, и семь-десять лет", - сказал В. Солнцев. Он подчеркнул, что при этом на выходе результат может быть неоднозначным, и не факт, что все получится. При этом, отметил глава корпорации, международную кооперацию никто "не отменял и не убивал".

Владимир Солнцев / Фото: www.rg.ru

Ранее В. Солнцев сообщил, что НПО "Энергомаш" планирует поставить американской компании Orbital Sciences 60 новых РД-181, на 20 из них уже подписан контракт. Сумма контракта - около 1 млрд долл., причем в эту сумму входит целый набор услуг. В. Солнцев участвовал в сделке от лица НПО "Энергомаш", поскольку остается исполнительным директором объединения.

Глава "Энергии" также пояснил, что "Энергомаш" и Объединенная ракетно-космическая корпорация получили все необходимые разрешения на сделку.

РД-181 будут использоваться на первой ступени ракеты Antares, производимой Orbital Sciences. Ранее эти ракеты комплектовались двигателями AJ-26, сделанными на основе советских НК-33.

Россия адаптировала двигатели РД-180 под американские нужды

Солнцев отметил, что российские специалисты адаптировали под пилотируемые пуски двигатели РД-180, поставляемые в США для ракет Atlas. "За последние два года мы выполнили контракт с United Launch Alliance на адаптацию двигателя РД-180 под пилотируемые программы Соединенных Штатов. И (ракета-носитель) Atlas, и компания Space X выиграли тендер, и мы выполнили этот контракт и адаптировали этот двигатель под пилотируемые пуски", - сказал он.

"Atlas-5 может сейчас обрести новую историю, новое лицо", - отметил В. Солнцев.

В закон о военных ассигнованиях США на 2015 финансовый год входит поправка сенатора-республиканца Джона Маккейна, устанавливающая запрет на дальнейшие закупки РД-180 для ракет. Atlas выводит на орбиту не только гражданские, но и военные спутники, и многие законодатели утверждают, что интересы национальной безопасности США оказались в зависимости от российских технологий.

При этом закон предусматривает выделение 220 млн долл. на разработку американского двигателя для замены РД-180. ВВС США, в ведении которых находятся космические запуски, предложено решить задачу в течение пяти лет. В Пентагоне, однако, открыто признают, что не знают, как использовать выделенные средства - создавать новый двигатель целесообразно только под определенную ракету-носитель.

Этим занимается сейчас корпорация United Launch Alliance, осуществляющая пуски Atlas. Американские военные полагают, что ей и следует продолжать эту работу .

Техническая справка

РД-180 - жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла с дожиганием окислительного генераторного газа после турбины, оснащен двумя камерами сгорания и двумя соплами. Разработан и производился ОАО «НПО Энергомаш имени академика В. П. Глушко». Топливо - керосин, окислитель - жидкий кислород. Стоимость одного двигателя по состоянию на 2010 год составляет 9 млн долл.

РД-180 был создан в середине 90-х годов на основе двигателя РД-170. В 1996 году право на использование двигателя приобрела компания General Dynamics. Впервые был использован 24 мая 2000 года в качестве первой ступени ракеты-носителя «Атлас IIA-R» - модификации ракеты «Атлас IIA». Буква «R» в названии ракеты указывает на использование двигателя российского производства. В дальнейшем ракета была переименована в «Атлас III».

После первого запуска была проведена дополнительная работа по сертификации двигателя с целью его использования на универсальном ракетном модуле основной ступени ракеты «Атлас-5». РД-180, который использовался на испытательном стенде, был показан на 23-й встрече Большой восьмерки (июнь 1997 года, Денвер, США). Двигатель состоит из двух камер, турбонасосного агрегата, бустерного насосного агрегата горючего, бустерного насосного агрегата окислителя, газогенератора, блока управления автоматикой, блока баллонов, системы приводов автоматики, системы рулевых приводов, регулятора расхода горючего в газогенераторе, дросселя окислителя, дросселя горючего, пуско-отсечных клапанов окислителя и горючего, двух ампул с пусковым горючим, пускового бачка, рамы двигателя, донного экрана, датчиков системы аварийной защиты, теплообменника для подогрева гелия на наддув бака окислителя.

На сегодня все производство двигателя сосредоточено в России. Продажа осуществлялись совместным предприятием «Pratt & Whitney» и НПО «Энергомаш», называемым СП «РД-Амрос» (англ. RD AMROSS). Приобретение и монтаж производились United Launch Alliance. C мая 2014 года заключение новых контрактов временно прекращено по постановлению суда в связи иском конкурента - компании SpaceX, поставки двигателей по старым контрактам продолжаются.

Двигатель РД-180 на испытательном стенде в Космическом Центре Маршалла (США) / Фото: / ru.wikipedia.org

Тактико-технические показатели

Тип	жидкостный ракетный двигатель
Топливо	керосин
Окислитель	жидкий кислород
Камер сгорания	2
Применение	«Атлас III и Атлас V» (первая ступень)
Развитие	РД-181
Массогабаритные характеристики
Полная масса,кг	5 950
Сухая масса, кг	5 480
Высота, мм	3 600
Диаметр, мм	3 200
Рабочие характеристики
Тяга, тс:	вакуум: 423.4

Российские ракетные двигатели РД-180 явились «яблоком раздора» между двумя United Launch Alliance (ULA) и конкурирующей Orbital Sciences. Первая не дает возможности второй закупать двигатели для своих ракет Antares.

Битва титанов

Всему виной стало участие Orbital Sciences в государственных тендерных закупках. ULA незаконно мешает конкурентам закупать двигатели РД-180 у двух компаний. Это подрядчик RD Amross - СПНПО «Энергомаш» - и американский посредник Pratt & Whitney Rocketdyne. Первый производит необходимый жидкостный ракетный двигатель РД-180. Другой же поставляет комплектующие на территорию США.

Единственный жидкостный двигатель РД-180 оптимально подходит под объявленные американским правительством тендерные закупки. По оценкам экспертов, характеристики этих комплектующих идеально подходят под тяжелые ракетоносители и потребности NASA.

Что представляет собой ракетный двигатель РД-180

РД-180 - двухкамерная производная от четырехкамерного РД-170, используемого на "Зените". Жидкостные ракетные двигатели РД-180 закрытого цикла с дожиганием заключили в себе высокую производительность, удобство и возможности повторного использования РД-170 в габаритах, чтобы соответствовать требованиям моторов для Atlas V Evolved Expendable Launch Vehicle.

РД-180 - гидравлический двигатель для приведения в действие регулирующего клапана и вектора тяги отклонения в карданном подвесе, с пневматикой для приведения в действие клапана и системы продувки: упорная рама для распределения нагрузки самодостаточна как часть двигателя. Мотор на старте использует LOX свинец, с дожиганием генераторного газа и LOX, богатых газотурбинным приводом. Таким образом, установил увеличение производительности на 10 процентов по сравнению с оперативным разгоном двигателей США и при условии чистой, многоразовой операции.
Только в основной сборке турбо-насос и бустерный насос потребовали разработки к масштабу от РД-120 и РД-170. Все остальные компоненты были взяты непосредственно из РД-170.

РД-180 был разработан за 42 месяца за небольшую долю от стоимости типичного проектирования нового двигателя для США. Мотор работает на промежуточном Atlas III и стандартном ракетоносителе Atlas V.

РД-180 оснащен двумя парами камер сгорания и сопел. Движок разработан и производится российским научно-производственным объединением «Энергомаш». В качестве топлива используется керосин, окислителем является жидкий кислород. Стоимость ракетного двигателя РД-180 на 2010 год составляла 9 млн долларов.

Описание конструкции

1. LOX/Керосин
2. Две упорных камеры (карданные +8 градусов).
3. Один богатый кислородом блок перед горелкой.
4. ТНА сборка высокого давления.
5. Двухступенчатый топливный насос.
6. Одноступенчатый насос кислорода.
7. Одноместная турбина.
8. Самовоспламеняющееся зажигание.
9. Автономные (клапаны, ТВЦ) с питанием керосина из топливного насоса.
10. Мониторинг состояния здоровья и система прогнозирования жизни.
11. Автоматизированная подготовка полета (после установки на транспортном средстве все операции автоматизированы посредством запуска).
12. Минимизация интерфейса со стартовой площадки и транспортных средств (пневматические и гидравлические системы, автономные, электрические объединенные панели, упорная рама для упрощения механического интерфейса).
13. Экологически чистые операции с обогащенным окислителем, запускающим возгорание предварительной горелки, а также запуск окислителя и режимов остановки, которые устраняют коксующийся и не сгоревший потенциально загрязненный керосин.
14. 50-100% непрерывного дросселирования при условии потенциальной проверки в реальном времени согласования траектории и двигателя на площадке перед запуском фиксации.
15. 80% RD-170 частей.
16. Барокамера: 256,6 бар.
17. Коэффициент площади: 36,4.
18. Тяговооружённость: 77,26.
19. Соотношение окислитель-топливо: 2,72.

Двигатель РД-180. Характеристики

• Удельная масса: 5480 кг (12080 фунтов).
• Высота: 3,6 м (11,67 футов).
• Диаметр: 3,2 м (10,33 футов).
• Удельный импульс: 337,8 с.
• на уровне моря: 311,3 с.
• Время записи: 270 с.
• Первый запуск: 2000 г.

История

В ноябре 1996 года в производственном объединении «Энергомаш» провели первое испытание РД-180. Двигатель был признан победителем в тендерах для установки его в РН «Атлас» американской Corporation. Нужно это было для вывода перспективных пилотируемых кораблей. Именно с этих пор двигатели РД-180 стали наиболее востребованными.

Двигатель имеет возможность многоразового использования. Продуманный менеджмент обеспечил НПО «Энергомаш» практически легендарными надежными сделками с США. В декабре 2012 года был поставлен контракт, обеспечивающий компанию гарантией на производство движков до 2019 года. Все производство сосредоточено в России.

Создание замены РД-180 в США

Украинские события повлекли за собой санкции, ограничивающие возможность применять российские ракетные двигатели для США. РД-180 необходимо заменить аналогом американского производства. В декабре 2014 года палатой была принята поправка. Она запрещала использование русских РД-180. Двигатель продолжат закупать по уже имеющемуся договору поставок до 2019 года между «Энергомаш» и ULA.

Несмотря на продолжение сотрудничества и поставок РД-180 по имеющимся договорам, министр обороны США отдал приказ о прекращении сотрудничества с Россией и переходе на американские комплектующие. Америка обязана избавиться от российской зависимости в военно-политических сферах.

На это Фрэнк Кендалл (министр обороны по закупкам) ответил, что российские двигатели РД-180 Пентагону нечем заменить. Как альтернативу сложившейся ситуации, Америка объявила тендер на производство собственных аналогичных по характеристикам двигателей на своей территории.

Вице-премьер России Дмитрий Рогозин заявил, что готов остановить поставку ракетных двигателей РД-180 и К-33 в Америку.

Сколько стоит ракетный двигатель РД-180 для США

Поговорим о ценах. SpaceNews сообщило, что необходимо заменить двигатель РД-180. США подобная прихоть обойдется в 1,5 миллиарда долларов. Немаленькая сумма.

Сколько стоит двигатель РД-180? Весь проект по внедрению прототипа будет продолжаться не менее шести лет. По мнению экспертов, у США нет возможности полностью отказаться от применения двигателей РД-180. В короткие сроки возникшую проблему решить невозможно, так как моторы будут готовы только в 2022 году.
Несмотря на заверения американских ВВС о том, что РД-180 имеются на складах в необходимом количестве, нехватка все же присутствует. Поэтому многие запуски нужно будет отложить. Расходы в этой сфере могут увеличиться до 5 миллиардов долларов.
Пока США конкурирует и применяет санкции, Китай уже занимает очередь на производство РД-180.

Перспектива

Пентагон выделил по меньшей мере $ 162 млн Aerojet Rocketdyne и United Launch Alliance для работы в области развития ракетных двигателей AR1 и BE-4, кандидатов для замены двигателя российского производства, на котором в настоящее время летает ракетоноситель Atlas V.

ВВС США завершают первоначальные инвестиции в новые ракетные двигатели, так как военные стремятся отойти от своей зависимости от российского двигателя РД-180, используемого на Atlas V, который запускает большинство спутников правительства США для защищенных систем связи, навигации и сбора разведывательной информации.
ВВС входит в государственно-частное партнерство с Aerojet Rocketdyne и ULA, выделяя корпоративные средства на софинансирование разработки двигателя.

Президент и главный исполнительный директор ULA продолжают встречаться для достижения цели предоставления для США самых надежных пусковых систем по наиболее доступной цене, при разработке нового двигателя, который позволит внедрить совершенно новые возможности для использования космического пространства.

Соглашение с Aerojet Rocketdyne охватывает разработку и испытания ракетного двигателя AR1. Это силовой агрегат, который сжигает керосиновую смесь и жидкий кислород. Это те же компоненты ракетного топлива, что и в двигателе РД-180 для Atlas V.

Aerojet Rocketdyne стремится создать двигатель, получивший сертификат летной годности к 2019 году, но первый запуск ожидается только в 2020 году.
ВВС выделяет как минимум $ 115,3 млн на программу развития AR1, в то время как Aerojet Rocketdyne и ULA совместно инвестируют средства в размере $ 57,7 миллионов долларов - говорится в заявлении Aerojet Rocketdyne.

До испытаний правительственное решение о продолжении поддержки программы создания двигателя AR1 имеет максимальное значение в размере $ 804 млн - с $ 536 миллионов от ВВС и $ 236 млн от Aerojet Rocketdyne и ULA.

«AR1 вернет США на первые позиции по производству керосиновых ядерных ракетных двигателей, - сказал Дрейк в пресс-релизе. - Мы внедряем последние достижения в области современного производства, в то время как, спекулируя на наших богатых знаниях по производству нового поколения ракетных двигателей, делается все для внедрения моторов, которые положат конец нашей зависимости от иностранного поставщика для запуска активов национальной безопасности нашей страны".

Двигатель AR1 будет включать в себя 3D-печатные части и работать с обогащенным кислородом с дожиганием генераторного газа. Это более эффективный цикл работы двигателя, чем в настоящее время на других жидких углеводородах в ракетных двигателях США.

Двигатель BE-4 находится в центре внимания ВВС. Для его внедрения выделяются денежные вливания. ВВС обязуется выплатить по меньшей мере 46,6 миллионов долларов United Launch Alliance для следующего поколения ракеты Vulcan. Компания ULA также согласилась добавить 40,8 миллионов долларов по условиям правительственной награды.

Львиная доля первоначального финансирования - $ 45800000 - пойдет на развитие проекта по созданию двигателя BE-4, который будет генерировать 550000 фунтов тяги и потреблять криогенное сочетание сжиженного природного газа и жидкого кислорода.

Два двигателя ВЕ-4 будут форсировать первый этап ракеты Vulcan. Чиновники говорят, что BE-4 полностью финансируется компанией с помощью United Launch Alliance. Финансирование военно-воздушных сил будет способствовать прогрессу компании интеграции двигателя BE-4 с ракето-носителем Vulcan.

Aerojet Rocketdyne рекламирует AR1 как наиболее простую замену для РД-180 из-за его пороховой смеси и размера. Два двигателя AR1 необходимы для удовлетворения производительности одного двойного сопла двигателя РД-180 на Atlas V.

Руководители ULA говорят, что двигатель BE-4 от Blue Origin, предпринимательской космической фирмы, основанной компанией Amazon.com, будет готов быстрее и будет в конечном итоге легче восстанавливаться для повторного использования.

В то время как двигатель РД-180 имел преимущество более чем в 60 успешных запусках, пришло время для американских инвестиций во внутреннее производство аналогичных моторов.

ВЕ-4 должен завершить свою аттестацию в 2017 году, а ULA нацелена на первый полет ракеты Vulcan до конца 2019 года.

Также ВВС финансирует строительство в космическом пространстве для обитания космонавтов при исследовании дальнего космоса и спутникового обслуживания.

ULA продолжает работать как с Blue Origin, так и с Aerojet Rocketdyne. Она сопровождает два варианта следующего поколения американских двигателей, именно поэтому компания объединяется с двумя ведущими мировыми фирмами по космическим достижениям.

ULA держит двигатель AR1 от Aerojet Rocketdyne в качестве резервного варианта. Окончательный выбор ожидается в конце 2016 года.

Финансовые обязательства ВВС к Aerojet Rocketdyne и ULA открыты после 29 февраля 2016 года после того, как пришли аналогичные соглашения с SpaceX и Orbital АТК.
Новый проект твердотопливных ракетных ускорителей, сделанных Orbital ATK для ракеты ULA’s Vulcan и для собственной пусковой установки, также получит финансирование Orbital ATK.

Тень в космосе от земных «облаков»

Российские двигатели РД-180 в Штатах не имеют альтернативы. Вице-президент компании Aerojet Rocketdyne Джим Мейзер считает, что США уделяют недостаточно внимания развитию собственных кислородно-керосиновых прототипов.

Он сказал, что Америка определенно отстает от русских и китайцев в создании таких двигательных систем. Также он упомянул, что в США уже разработан кислородно-керосиновый двигатель, который находится в эксплуатации Merlin 1D. Его производит компания SpaceX. Только вот по своим характеристикам очень уж он не дотягивает до РД-180.

Разумеется, это полный нонсенс, ведь земные облака не могут отбрасывать в космос никакой тени. Но в политическом смысле - увы, отбрасывают.

США: промышленники спокойны, политики встревожены

Высокопоставленный чиновник американских воздушных сил заявил, что прекратит запуск национальных спутников безопасности на борту Atlas V ракеты United Launch Alliance, если Министерство финансов считает, что импорт российского двигателя не нарушает санкции США.

Ранее сенатор Джон Маккейн попросил ВВС доказать, что недавняя реорганизация в России ее ракетно-космической отрасли не ставит покупку двигателей РД-180 под нарушение санкций США, которые ввели против российских чиновников в 2014.

Государственные учреждения США, во главе с Министерством финансов, принимают свежий взгляд на поставки РД-180. И готовы не придерживаться санкций. Заземление Atlas V создаст более серьезное препятствие для Пентагона, чем ведение боевых действий.

Маккейн провел слушания военного космодрома, где он призвал ВВС получить свежее юридическое заключение о том, что импорт РД-18O нарушает санкции США, наложенные на российских чиновников вслед за аннексией Крымского полуострова Украины.

Маккейн выделил двух высокопоставленных российских чиновников: вице-премьера России Дмитрий Рогозина и Сергея Чемезова, советника президента России Владимира Путина. Они до недавнего времени были наблюдателями в космическом секторе. Хоть они не имеют финансовой выгоды от продаж РД-180, на них были возложены санкции.

28 декабря по приказу Путина реорганизуется космический сектор России. Эта перестройка вносит коррективы в российскую космическую промышленность и космическое агентство "Роскосмос" в рамках новой государственной корпорации, также под названием "Роскосмос".

Маккейн отметил, что эту организацию в настоящее время возглавляет Рогозин; Чемезов также имеет к этому отношение. Рогозин и Чемезов были в числе первых российских чиновников, получивших санкции во время украинского кризиса. Ни один, ни другой не могут въехать в США. Активы, которыми они владеют, были заморожены.

Ко второй половине 1950–х годов по специальному заданию руководителя ОКБ–456 В.П.Глушко Государственный институт прикладной химии (ГИПХ) разработал процесс промышленного синтеза несимметричного диметилгидразина (НДМГ), относящегося к группе гидразиновых горючих. Гидразин по своей природе ближе всего стоит к аммиаку, а его производные, такие, как гидразин–гидрат, широко применялись в ракетной технике еще со времен Второй мировой войны. НДМГ имел определенные преимущества перед традиционными спиртами или природными углеводородами: он самовоспламенялся при контакте с азотнокислотными окислителями и перекисью водорода. Топливо на его основе имело несколько более высокий удельный импульс, чем керосин. Кроме того, в отдельных случаях при применении катализаторов НДМГ мог служить однокомпонентным топливом (монотопливом) наподобие перекиси водорода, превосходя при этом её по энергетическим характеристикам. В.П.Глушко предвидел, что благодаря своим положительным качествам НДМГ постепенно вытеснит остальные горючие во всех видах ракетной техники.

Двигатель РД-109

НДМГ представляет собой бесцветную гигроскопичную жидкость с аммиачным запахом. По плотности и температуре плавления примерно соответствует керосинам, при обычной температуре и в отсутствии воздуха стабилен, но при температурах выше 350°С разлагается с выделением теплоты и образованием горючих газообразных продуктов; при перегревах в замкнутом пространстве взрывается. Он более стабилен и менее взрывоопасен, чем остальные гидразиновые горючие, устойчив при хранении в герметично закрытых емкостях. Хорошо растворяется в воде, спиртах, углеводородах, аминах и эфирах. Коррозионно малоактивен по отношению ко многим конструкционным материалам. Из отрицательных свойств НДМГ можно назвать, прежде всего, высокую стоимость получения, достаточно низкую температуру кипения (63°С) и чрезвычайно высокую токсичность. Полагая начать разработку большого семейства ЖРД на новом горючем, В.П.Глушко понимал, что для широкомасштабного развертывания работ нужна солидная поддержка. Её он надеялся получить от С.П.Королёва, для которого предлагал создать двигатель на топливе «жидкий кислород - НДМГ» для третьей ступени РН, предназначенной для запуска космических аппаратов к Луне и для вывода на орбиту вокруг Земли тяжелого корабля–спутника (первые две ступени - модифицированная Р–7). В.П.Глушко ориентировал заказчика на неслыханно большую величину удельного импульса своего ЖРД - 350 единиц! Ракетчиков, оперирующих к тому времени гораздо меньшими величинами, не могло не вдохновить это число. Согласно баллистическим расчетам, ракета с оптимальной ступенью с новым ЖРД, позволяла запустить к Луне аппарат массой в два с лишним раза больше, чем носитель с соответствующей кислородно–керосиновой ступенью. (Первоначально С.П.Королёв предлагал создать кислородно–керосиновый ЖРД для третьей ступени носителя на базе рулевой камеры двигателей первых ступеней «семёрки».) При сравнении с предлагаемым кислородно–керосиновым ЖРД расчетные преимущества двигателя на новом топливе выглядели весьма и весьма рельефно. С.П.Королёв поверил в новое горючее. Этот вариант становился основным, но не единственным: предпочитая свести к минимуму риск, связанный с созданием изделия на малоизученном компоненте топлива, Главный конструктор ОКБ–1 поручил сотрудникам своего двигательного отдела подготовить проект альтернативного кислородно–керосинового ЖРД. 10.02.1958 г. он встретился с руководителем воронежского ОКБ–254 (ныне КБ Химической автоматики) С.А.Косбергом и поручил ему создать резервный двигатель для своего носителя на основе этого проекта с использованием рулевой камеры сгорания «семёрки» конструкции М.В.Мельникова и нового ТНА, разработанного в Воронеже. В начале 1958 г. в Подлипках началась разработка РН, которая должна была осенью–зимой того же года обеспечить пуски аппаратов к Луне. Работа над проектом носителя была подкреплена соответствующим Постановлением ЦК и Совмина от 20.03.1958 г. Эскизный проект подписан С.П.Королёвым 1.07.1958 г.

РН «Восток» со спутником «Фотон», созданных на базе ИСЗ-фоторазведчика «Зенит-2»

Рассматривая оба двигателя, проектанты ОКБ–1 поняли, что с разрабатываемая ракета будет иметь большие перспективы как носитель. В частности, масса тяжелого спутника, который первоначально задумывался как фоторазведчик, становилась достаточной для проектирования на его базе пилотируемого космического корабля (КК). Исходя из планируемых характеристик ЖРД третьей ступени выбирались параметры КК и РН для выведения его на орбиту. По их расчетам получалось, что ЖРД на новом синтетическом горючем по сравнению с двигателем на керосине позволял на 23% увеличить массу корабля. Двигатель В.П.Глушко, имевший «фирменное» обозначение РД–109, представлял собой однокамерный ЖРД для верхних ступеней космических ракет. Небывалого значения удельного импульса предполагалось достичь не только применив новое высокоэнергетическое горючее, но и благодаря большому давлению в камере сгорания (свыше 75 ата) и высотному соплу с большой степенью расширения (давление на срезе - 0,1 ата). Компоненты топлива подавались в камеру при помощи ТНА; после отработки на его турбине газ отводился в рулевые сопла, служащие для управления ракетой в полете. ЖРД состоял из охлаждаемой горючим камеры сгорания с плоской форсуночной головкой и профилированным соплом, ТНА двухвальной схемы с газогенератором, агрегатов автоматики и узлов общей сборки. Для привода турбины ТНА применили газогенератор (ГГ), работающий не на парогазе, как в двигателях прежних конструкций, а на продуктах сгорания основного топлива при большом избытке горючего («сладкий» газ). Однако при предварительных испытаниях из–за чрезмерно малого расхода окислителя выявились серьезные затруднения с надежным запуском, поэтому дальнейшие работы с двухкомпонентным ГГ прекратили. Началась ускоренная разработка и доводка однокомпонентного газогенератора, работающего на принципе термокаталитического разложения НДМГ.

Схема двигателя РД-109

Камера сгорания с высотным соплом являлась первым изделием подобного типа разработки ОКБ–456. Одновременно проверялась возможность ее охлаждения диметилгидразином и исследовались его эксплуатационные свойства. Эти результаты предполагалось впоследствии использовать для разработки мощных двигателей на новом топливе. Сгорание топлива в РД–109 происходило при более высоких температурах и давлениях, чем в прежних ЖРД, и его камера работала в более тяжелых термодинамических условиях. Положение усугублялось тем, что эффективность системы охлаждения камеры оказалась ниже расчетной. Известие о трудностях, вставших перед создателями РД–109, С.П.Королёв встретил с пониманием. Он ясно представлял, что В.П.Глушко создает образец ЖРД совершенно нового типа. В середине 1958 г. отношение В.П.Глушко к своему двигателю заметно изменилось. Из–за больших сложностей в отработке камеры сгорания и газогенератора Валентин Петрович предпочел отступить и переждать. К этому моменту ОКБ–456 начало создание ЖРД для новых ракет - Р–14 и Р–16, работающих на компонентах «азотная кислота - НДМГ». Это топливо оказалось гораздо проще в доводке - оно не содержало криогенных компонентов и сгорало при меньших температурах, чем кислород–НДМГ, благодаря чему камеры новых двигателей работали в менее напряженных условиях. Кроме того, компоненты топлива самовоспламенялись в контакте друг с другом, что значительно упрощало систему запуска. Всё это приводило к тому, что, несмотря на большую размерность новых двигателей, прогресс с ними был гораздо более очевиден, чем с РД–109. Ссылаясь на большую занятость работами по новым ЖРД, В.П.Глушко не уделял должного внимания своему первенцу. Активная работа над ним замедлилась. Стало очевидно, что надежды на создание ЖРД к осени 1958 г. и его участие в первых пусках аппаратов к Луне беспочвенны… Оставалось уповать на то, что новый ЖРД будет готов к четвертому кварталу 1959 г. с тем, чтобы с его помощью начать пуски тяжелых кораблей–спутников. Отработка элементов и систем РД–109 продолжалась, но уже совсем в другом темпе. Был проведен большой объем испытаний газогенератора, в ходе которых выявилось, что при температуре ниже 100°С процесс разложения НДМГ прекращается, а при нагреве стенки выше 250°С происходят взрывы в тракте охлаждения ГГ. Стендовые огневые испытания РД–109 в полной комплектации начались только в январе 1959 г. Они подтвердили возможность создания ЖРД с высокой удельной тягой, работающих на НДМГ. Отработка запуска велась на стенде, оснащенном барокамерой объемом 90м3, обеспечивающей работу двигателя при давлении окружающей среды около 1 мм рт. ст. При огневых испытаниях выбиралась последовательность подачи команд на запуск ЖРД, определялся расход топлива на предварительной ступени, отрабатывались режимы продувок, а также проверялась работоспособность пирозажигательного устройства. В процессе испытаний было установлено, что зона устойчивой работы двигателя лежит выше предполагавшегося ранее значения, что дало возможность повысить номинальное давление в камере сгорания с 76 до 79 ата. В результате упорной работы был создан высокооборотный работоспособный ТНА с охлаждаемым редуктором. Доводка агрегата проводилась в условиях, близких к реальным. При стендовых испытаниях первых экземпляров турбины оказалось, что развиваемая ею мощность несколько ниже потребной. Это потребовало проведения специальных мер по ее повышению. В процессе доводочных испытаний в течение 1959 г. отработали запуск двигателя и проверили совместная работа всех его агрегатов и узлов, причем некоторые из них пришлось значительно доработать. Так, по заданию КБ - заказчика создали и отработали оригинальную конструкцию смесителя для наддува бака горючего. К сожалению, в процессе доводки так и не удалось избавиться от трещин в сварных соединениях лопаток с диском турбины. Был применен более сложный и тяжелый вариант крепления лопаток с помощью замка ёлочного типа. Тем не менее, ресурсные испытания показали, что двигатель РД–109 работоспособен в течение заданного времени.

Турбонасосный агрегат двигателя РД-109

Все бы хорошо, но главные результаты вдохновляли ракетчиков: удельный импульс оказался гораздо ниже заданного значения и едва доходил до 334 единиц. Между тем, даже первые образцы созданного в рекордно короткий срок - всего за девять месяцев! - резервного кислородно–керосинового двигателя РД–0105, получившего в Воронеже «фирменное» название РО–5, имели удельный импульс свыше 316 единиц. Его разработчики не видели особых сложностей на пути повышения в ближайшем будущем этого показателя еще на 10–15 единиц. Естественно, что столь малая разница в удельном импульсе двух конкурирующих двигателей сводила на нет преимущества РД–109 для трехступенчатого носителя: максимальная расчетная масса ПГ (автоматического лунного аппарата) «основного» варианта РН падала до 424 кг, а «дублирующего» варианта возрастала до 373 кг. Дублер становился номером первым - привлекательным и перспективным, а основной вариант рисковал совсем сойти со сцены. Вообще–то достигнутый удельный импульс не был неожиданностью для сотрудников ОКБ–456. Дело в том, что влияние большого числа неизвестных факторов при проектировании понизило эффективность, надежность и работоспособность камеры сгорания и ТНА по сравнению с расчетными. Требовалось провести дополнительные работы по усовершенствованию уже созданного двигателя. В.П.Глушко стремился доказать всем, что путем незначительных изменений имеющейся конструкции, предварительные значения проектных параметров могут быть даже превзойдены. Взвесив все «за» и «против», С.П.Королёв отказался от использования ЖРД на кислороде–НДМГ для носителя пилотируемого космического корабля, однако обещал В.П.Глушко, что «после получения окончательных характеристик двигателя ОКБ–1 проработает вопрос об использовании этого двигателя на вновь разрабатываемых изделиях и результаты согласует с ОКБ–456». ЖРД на кислороде–НДМГ с оговоренными в проекте трехступенчатой ракеты параметрами не появился ни в 1958, ни в 1959 году. В начале 1960 г. работы по РД–109 прекратили в связи с началом разработки более совершенного двигателя РД–119.

Двигатель РД-119

Новый ЖРД отличался от РД–109 существенно повышенной удельной тягой, (высотность сопла увеличена более чем в полтора раза, процесс смесеобразования в камере улучшен), а также значительно меньшей массой и большей надежностью. В конструкцию камеры РД–119 внесли ряд кардинальных изменений, направленных на улучшение ее энергомассовых характеристик, улучшили охлаждение внутренней стенки камеры, создав двухщелевой пояс дополнительного завесного охлаждения; отработана новая форсуночная головка, повысившая устойчивость рабочего процесса и обеспечившая большую полноту сгорания компонентов топлива. Эти мероприятия позволили получить наивысший для своего времени удельный импульс тяги в пустоте (352 единицы). При этом вследствие выбора рационального профиля сверхзвуковой части сопла, а также благодаря широкому использованию в конструкции камеры титановых сплавов удалось, несмотря на значительное увеличение выходного диаметра сопла, несколько уменьшить массу камеры сгорания.

Камера сгорания двигателя РД-119

ТНА двигателя РД–119 был выполнен по одновальной схеме. Благодаря упрощению агрегата и улучшению его характеристик удалось существенно снизить расход газа на привод турбины и массу ТНА. Газогенератор двигателя имел неохлаждаемый корпус. Для повышения эффективности системы управления полетом в первые секунды работы РД–119, также, как и РД–109, предусматривался перепуск газа из газогенератора в рулевые сопла, минуя турбину. Значительное повышение надежности двигателя достигалось благодаря форсуночной головке, обеспечившей устойчивый рабочий процесс в камере сгорания, а также за счет введения сварных соединений в турбине и газогенераторе вместо фланцевых и отработкой технологического процесса изготовления узлов и агрегатов. Для контроля качества каждый двигатель РД–119 испытывался на стенде по новой методике: путем контрольного прожига продолжительностью 150 сек и выборочного партионного испытания на ресурс продолжительностью 260 сек. Новый ЖРД разрабатывался в период 1960–1963 гг., в 1963 г. прошел чистовые доводочные испытания и был принят в серийное производство. Однако еще до этого момента, в 1962 г. началась его летная судьба. Как можно понять, в этот момент начался новый этап в жизни «химкинского мотора». Однако, она уже не была связана с ОКБ С.П.Королёва. РД–119 только–только шел на стенд, а воронежский РО–5 уже успешно испытывался в полете на трехступенчатом варианте «семёрки» при запуске первых «лунников». Следующий шаг этого носителя - ракета для пилотируемого корабля–спутника. Двигатель РД–119 уже соответствовал требованиям, поставленным в проекте носителя для корабля, однако все же оказался не у дел. Как ни доказывал В.П.Глушко его преимущества перед кислородно–керосиновым собратом, С.П.Королёв оставался непреклонен. Возможно, он думал: «Зачем нам новый, пусть перспективный двигатель? Это же кот в мешке. У нас уже есть надежный мотор, который хорошо проявил себя. Да к тому же еще не известно, как поведет себя новый компонент в эксплуатации. А с керосином у нас давняя дружба. Да и готовый стартовый комплекс модернизировать практически не надо...» Однако, главное, представляется, не в этом: двигатель РД–0109 (РО–7) разработки С.А.Косберга (усовершенствованный вариант РО–5) уже имел удельный импульс 326 единиц. Преимущества же РД–119 были незначительными. А такие недостатки, как высокая токсичность НДМГ и его паров, большая стоимость горючего, а также низкая температура его кипения, перевешивали.

Кислородно-керосиновый двигатель РД-0109

Так, должно быть, думал С.П.Королёв, принимая решение отказаться от НДМГ в пользу керосина на своей ракете для полета человека в космос. Правильный ли он сделал вывод? С высот сегодняшних совершенно очевидно, что да. За исключением возможности создания однокомпонентного газогенератора, ЖРД на топливе кислород–НДМГ практически не имеет преимуществ перед аналогичным по конструктивным параметрам (при одинаковых давлении в камере сгорания и степени расширения сопла) двигателем на кислороде–керосине. Недостатки же его очевидны. После отказа С.П.Королёва от химкинского двигателя В.П.Глушко, конечно же, не пришел в отчаяние: не все разрабатываемые ЖРД шли в серийное производство. Однако, слишком много сил и времени ушло на его создание. На одном из совместных совещаний по отрасли Валентин Петрович предложил М.К.Янгелю РД–119. Михаил Кузьмич обещал подумать.

Создатель лучших в мире жидкостных ракетных двигателей академик Борис Каторгин объясняет, почему американцы до сих пор не могут повторить наших достижений в этой области и как сохранить советскую фору в будущем

21 июня на Петербургском экономическом форуме прошло награждение лауреатов премии «Глобальная энергия». Авторитетная комиссия отраслевых экспертов из разных стран выбрала три заявки из представленных 639 и назвала лауреатов премии 2012 года, которую уже привычно называют «нобелевкой для энергетиков». В итоге 33 миллиона премиальных рублей в этом году разделили известный изобретатель из Великобритании профессор Родней Джон Аллам и двое наших выдающихся ученых - академики РАН Борис Каторгин и Валерий Костюк.

Все трое имеют отношение к созданию криогенной техники, исследованию свойств криогенных продуктов и их применению в различных энергетических установках. Академик Борис Каторгин был награжден «за разработки высокоэффективных жидкостных ракетных двигателей на криогенных топливах, которые обеспечивают при высоких энергетических параметрах надежную работу космических систем в целях мирного использования космоса». При непосредственном участии Каторгина, более пятидесяти лет посвятившего предприятию ОКБ-456, известному сейчас как НПО «Энергомаш», создавались жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), рабочие характеристики которых и теперь считаются лучшими в мире. Сам Каторгин занимался разработкой схем организации рабочего процесса в двигателях, смесеобразованием компонентов горючего и ликвидацией пульсации в камере сгорания. Известны также его фундаментальные работы по ядерным ракетным двигателям (ЯРД) с высоким удельным импульсом и наработки в области создания мощных непрерывных химических лазеров.

В самые тяжелые для российских наукоемких организаций времена, с 1991-го по 2009 год, Борис Каторгин возглавлял НПО «Энергомаш», совмещая должности генерального директора и генерального конструктора, и умудрился не только сохранить фирму, но и создать ряд новых двигателей. Отсутствие внутреннего заказа на двигатели заставило Каторгина искать заказчика на внешнем рынке. Одним из новых двигателей стал РД-180, разработанный в 1995 году специально для участия в тендере, организованном американской корпорацией Lockheed Martin, выбиравшей ЖРД для модернизируемого тогда ракетоносителя «Атлас». В результате НПО «Энергомаш» подписало договор на поставку 101 двигателя и к началу 2012 года уже поставило в США более 60 ЖРД, 35 из которых успешно отработали на «Атласах» при выводе спутников различного назначения.

Перед вручением премии «Эксперт» побеседовал с академиком Борисом Каторгиным о состоянии и перспективах развития жидкостных ракетных двигателей и выяснил, почему базирующиеся на разработках сорокалетней давности двигатели до сих пор считаются инновационными, а РД-180 не удалось воссоздать на американских заводах.

Борис Иванович, в чем именно ваша заслуга в создании отечественных жидкостных реактивных двигателей, и теперь считающихся лучшими в мире?

Чтобы объяснить это неспециалисту, наверное, нужно особое умение. Для ЖРД я разрабатывал камеры сгорания, газогенераторы; в целом руководил созданием самих двигателей для мирного освоения космического пространства. (В камерах сгорания происходит смешение и горение топлива и окислителя и образуется объем раскаленных газов, которые, выбрасываясь затем через сопла, создают собственно реактивную тягу; в газогенераторах также сжигается топливная смесь, но уже для работы турбонасосов, которые под огромным давлением нагнетают топливо и окислитель в ту же камеру сгорания. - «Эксперт».)

Вы говорите о мирном освоении космоса, хотя очевидно, что все двигатели тягой от нескольких десятков до 800 тонн, которые создавались в НПО «Энергомаш», предназначались прежде всего для военных нужд.

Нам не пришлось сбросить ни одной атомной бомбы, мы не доставили на наших ракетах ни одного ядерного заряда к цели, и слава богу. Все военные наработки пошли в мирный космос. Мы можем гордиться огромным вкладом нашей ракетно-космической техники в развитие человеческой цивилизации. Благодаря космонавтике родились целые технологические кластеры: космическая навигация, телекоммуникации, спутниковое телевидение, системы зондирования.

Двигатель для межконтинентальной баллистической ракеты Р-9, над которым вы работали, потом лег в основу чуть ли не всей нашей пилотируемой программы.

Еще в конце 1950-х я проводил расчетно-экспериментальные работы для улучшения смесеобразования в камерах сгорания двигателя РД-111, который предназначался для той самой ракеты. Результаты работы до сих пор применяются в модифицированных двигателях РД-107 и РД-108 для той же ракеты «Союз», на них было совершено около двух тысяч космических полетов, включая все пилотируемые программы.

Два года назад я брал интервью у вашего коллеги, лауреата «Глобальной энергии» академика Александра Леонтьева. В разговоре о закрытых для широкой публики специалистах, коим Леонтьев сам когда-то был, он упомянул Виталия Иевлева, тоже много сделавшего для нашей космической отрасли.

Многие работавшие на оборонку академики были засекречены - это факт. Сейчас многое рассекречено - это тоже факт. Александра Ивановича я знаю прекрасно: он работал над созданием методик расчета и способов охлаждения камер сгорания различных ракетных двигателей. Решить эту технологическую задачу было нелегко, особенно когда мы начали максимально выжимать химическую энергию топливной смеси для получения максимального удельного импульса, повышая среди прочих мер давление в камерах сгорания до 250 атмосфер. Возьмем самый мощный наш двигатель - РД-170. Расход топлива с окислителем - керосином с жидким кислородом, идущим через двигатель, - 2,5 тонны в секунду. Тепловые потоки в нем достигают 50 мегаватт на квадратный метр - это огромная энергия. Температура в камере сгорания - 3,5 тысячи градусов Цельсия. Надо было придумать специальное охлаждение для камеры сгорания, чтобы она могла расчетно работать и выдерживала тепловой напор. Александр Иванович как раз этим и занимался, и, надо сказать, потрудился он на славу. Виталий Михайлович Иевлев - член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, к сожалению, довольно рано умерший, - был ученым широчайшего профиля, обладал энциклопедической эрудицией. Как и Леонтьев, он много работал над методикой расчета высоконапряженных тепловых конструкций. Работы их где-то пересекались, где-то интегрировались, и в итоге получилась прекрасная методика, по которой можно рассчитать теплонапряженность любых камер сгорания; сейчас, пожалуй, пользуясь ею, это может сделать любой студент. Кроме того, Виталий Михайлович принимал активное участие в разработке ядерных, плазменных ракетных двигателей. Здесь наши интересы пересекались в те годы, когда «Энергомаш» занимался тем же.

В нашей беседе с Леонтьевым мы затронули тему продажи энергомашевских двигателей РД-180 в США, и Александр Иванович рассказал, что во многом этот двигатель - результат наработок, которые были сделаны как раз при создании РД-170, и в каком-то смысле его половинка. Что это - действительно результат обратного масштабирования?

Любой двигатель в новой размерности - это, конечно, новый аппарат. РД-180 с тягой 400 тонн действительно в два раза меньше РД-170 с тягой 800 тонн. У РД-191, предназначенного для нашей новой ракеты «Ангара», тяга и вовсе 200 тонн. Что же общего у этих двигателей? Все они имеют по одному турбонасосу, но камер сгорания у РД-170 четыре, у «американского» РД-180 - две, у РД-191 - одна. Для каждого двигателя нужен свой турбонасосный агрегат - ведь если четырёхкамерный РД-170 потребляет примерно 2,5 тонны топлива в секунду, для чего был разработан турбонасос мощностью 180 тысяч киловатт, в два с лишним раза превосходящий, например, мощность реактора атомного ледокола «Арктика», то двухкамерный РД-180 - лишь половину, 1,2 тонны. В разработке турбонасосов для РД-180 и РД-191 я участвовал напрямую и в то же время руководил созданием этих двигателей в целом.

Камера сгорания, значит, на всех этих двигателях одна и та же, только количество их разное?

Да, и это наше главное достижение. В одной такой камере диаметром всего 380 миллиметров сгорает чуть больше 0,6 тонны топлива в секунду. Без преувеличения, эта камера - уникальное высокотеплонапряженное оборудование со специальными поясами защиты от мощных тепловых потоков. Защита осуществляется не только за счет внешнего охлаждения стенок камеры, но и благодаря хитроумному способу «выстилания» на них пленки горючего, которое, испаряясь, охлаждает стенку. На базе этой выдающейся камеры, равной которой в мире нет, мы изготавливаем лучшие свои двигатели: РД-170 и РД-171 для «Энергии» и «Зенита», РД-180 для американского «Атласа» и РД-191 для новой российской ракеты «Ангара».

- «Ангара» должна была заменить «Протон-М» еще несколько лет назад, но создатели ракеты столкнулись с серьезными проблемами, первые летные испытания неоднократно откладывались, и проект вроде бы продолжает буксовать.

Проблемы действительно были. Сейчас принято решение о запуске ракеты в 2013 году. Особенность «Ангары» в том, что на основе ее универсальных ракетных модулей можно создать целое семейство ракетоносителей грузоподъемностью от 2,5 до 25 тонн для вывода грузов на низкую околоземную орбиту на базе универсального же кислородно-керосинового двигателя РД-191. «Ангара-1» имеет один двигатель, «Ангара-3» - три с общей тягой 600 тонн, у «Ангары-5» будет 1000 тонн тяги, то есть она сможет выводить на орбиту больше грузов, чем «Протон». К тому же вместо очень токсичного гептила, который сжигается в двигателях «Протона», мы используем экологически чистое топливо, после сгорания которого остаются лишь вода да углекислый газ.

Как получилось, что тот же РД-170, который создавался еще в середине 1970-х, до сих пор остается, по сути, инновационным продуктом, а его технологии используются в качестве базовых для новых ЖРД?

Похожая случилась с самолетом, созданным после Второй мировой Владимиром Михайловичем Мясищевым (дальний стратегический бомбардировщик серии М, разработка московского ОКБ-23 1950-х годов. - «Эксперт»). По многим параметрам самолет опережал свое время лет эдак на тридцать, и элементы его конструкции потом заимствовали другие авиастроители. Так и здесь: в РД-170 очень много новых элементов, материалов, конструкторских решений. По моим оценкам, они не устареют еще несколько десятилетий. В этом заслуга прежде всего основателя НПО «Энергомаш» и его генерального конструктора Валентина Петровича Глушко и членкора РАН Виталия Петровича Радовского, возглавившего фирму после смерти Глушко. (Отметим, что лучшие в мире энергетические и эксплуатационные характеристики РД-170 во многом обеспечиваются благодаря решению Каторгиным проблемы подавления высокочастотной неустойчивости горения за счет разработки антипульсационных перегородок в той же камере сгорания. - «Эксперт».) А двигатель РД-253 первой ступени для ракетоносителя «Протон»? Принятый на вооружение еще в 1965 году, он настолько совершенен, что до сих пор никем не превзойден. Именно так учил конструировать Глушко - на пределе возможного и обязательно выше среднемирового уровня. Важно помнить и другое: страна инвестировала в свое технологическое будущее. Как было в Советском Союзе? Министерство общего машиностроения, в ведении которого, в частности, находились космос и ракеты, только на НИОКР тратило 22 процента своего огромного бюджета - по всем направлениям, включая двигательное. Сегодня объем финансирования исследований намного меньше, и это говорит о многом.

Не означает ли достижение этими ЖРД неких совершенных качеств, причем случилось это полвека назад, что ракетный двигатель с химическим источником энергии в каком-то смысле изживает себя: основные открытия сделаны и в новых поколениях ЖРД, сейчас речь идет скорее о так называемых поддерживающих инновациях?

Безусловно нет. Жидкостные ракетные двигатели востребованы и будут востребованы еще очень долго, потому что никакая другая техника не в состоянии более надежно и экономично поднять груз с Земли и вывести его на околоземную орбиту. Они безопасны с точки зрения экологии, особенно те, что работают на жидком кислороде и керосине. Но для полетов к звездам и другим галактикам ЖРД, конечно, совсем непригодны. Масса всей метагалактики - 10 в 56 степени граммов. Для того чтобы разогнаться на ЖРД хотя бы до четверти скорости света, потребуется совершенно невероятный объем топлива - 10 в 3200 степени граммов, так что даже думать об этом глупо. У ЖРД есть своя ниша - маршевые двигатели. На жидкостных двигателях можно разогнать носитель до второй космической скорости, долететь до Марса, и все.

Следующий этап - ядерные ракетные двигатели?

Конечно. Доживем ли мы еще до каких-то этапов - неизвестно, а для разработки ЯРД многое было сделано уже в советское время. Сейчас под руководством Центра Келдыша во главе с академиком Анатолием Сазоновичем Коротеевым разрабатывается так называемый транспортно-энергетический модуль. Конструкторы пришли к выводу, что можно создать менее напряженный, чем был в СССР, ядерный реактор с газовым охлаждением, который будет работать и как электростанция, и как источник энергии для плазменных двигателей при передвижении в космосе. Такой реактор проектируется сейчас в НИКИЭТ имени Н. А. Доллежаля под руководством члена-корреспондента РАН Юрия Григорьевича Драгунова. В проекте также участвует калининградское КБ «Факел», где создаются электрореактивные двигатели. Как и в советское время, не обойдется без воронежского КБ химавтоматики, где будут изготавливаться газовые турбины, компрессоры, чтобы по замкнутому контуру гонять теплоноситель - газовую смесь.

А пока полетаем на ЖРД?

Конечно, и мы четко видим перспективы дальнейшего развития этих двигателей. Есть задачи тактические, долгосрочные, тут предела нет: внедрение новых, более жаростойких покрытий, новых композитных материалов, уменьшение массы двигателей, повышение их надежности, упрощение схемы управления. Можно внедрить ряд элементов для более тщательного контроля за износом деталей и других процессов, происходящих в двигателе. Есть задачи стратегические: к примеру, освоение в качестве горючего сжиженного метана и ацетилена вместе с аммиаком или трехкомпонентного топлива. НПО «Энергомаш» занимается разработкой трехкомпонентного двигателя. Такой ЖРД мог бы применяться в качестве двигателя и первой, и второй ступени. На первой ступени он использует хорошо освоенные компоненты: кислород, жидкий керосин, а если добавить еще около пяти процентов водорода, то значительно увеличится удельный импульс - одна из главных энергетических характеристик двигателя, а это значит, что можно отправить в космос больше полезного груза. На первой ступени вырабатывается весь керосин с добавкой водорода, а на второй тот же самый двигатель переходит от работы на трехкомпонентном топливе на двухкомпонентное - водород и кислород.

Мы уже создали экспериментальный двигатель, правда, небольшой размерности и тягой всего около 7 тонн, провели 44 испытания, сделали натурные смесительные элементы в форсунки, в газогенераторе, в камере сгорания и выяснили, что можно сначала работать на трех компонентах, а потом плавно переходить на два. Все получается, достигается высокая полнота сгорания, но чтобы идти дальше, нужен более крупный образец, нужно дорабатывать стенды, чтобы запускать в камеру сгорания компоненты, которые мы собираемся применять в настоящем двигателе: жидкие водород и кислород, а также керосин. Думаю, это очень перспективное направление и большой шаг вперед. И надеюсь кое-что успеть сделать при жизни.

Почему американцы, получив право на воспроизведение РД-180, не могут сделать его уже много лет?

Американцы очень прагматичны. В 1990-х, в самом начале работы с нами, они поняли, что в энергетической области мы намного опередили их и надо у нас эти технологии перенимать. К примеру, наш двигатель РД-170 за один запуск за счет большего удельного импульса мог вывезти полезного груза на две тонны больше, чем их самый мощный F-1, что означало по тем временам 20 миллионов долларов выигрыша. Они объявили конкурс на двигатель тягой 400 тонн для своих «Атласов», который выиграл наш РД-180. Тогда американцы думали, что они начнут с нами работать, а года через четыре возьмут наши технологии и будут сами их воспроизводить. Я им сразу сказал: вы затратите больше миллиарда долларов и десять лет. Четыре года прошло, и они говорят: да, надо шесть лет. Прошли еще годы, они говорят: нет, надо еще восемь лет. Прошло уже семнадцать лет, и они ни один двигатель не воспроизвели. Им сейчас только на стендовое оборудование для этого нужны миллиарды долларов. У нас на «Энергомаше» есть стенды, где в барокамере можно испытывать тот же двигатель РД-170, мощность струи которого достигает 27 миллионов киловатт.

- Я не ослышался - 27 гигаватт? Это больше установленной мощности всех АЭС «Росатома».

Двадцать семь гигаватт - это мощность струи, которая развивается относительно за короткое время. При испытаниях на стенде энергия струи сначала гасится в специальном бассейне, затем в трубе рассеивания диаметром 16 метров и высотой 100 метров. Чтобы построить подобный стенд, в котором помещается двигатель, создающий такую мощность, надо вложить огромные деньги. Американцы сейчас отказались от этого и берут готовое изделие. В результате мы продаем не сырье, а продукт с огромной добавленной стоимостью, в который вложен высокоинтеллектуальный труд. К сожалению, в России это редкий пример хайтек-продаж за границу в таком большом объеме. Но это доказывает, что при правильной постановке вопроса мы способны на многое.

- Борис Иванович, что надо сделать, чтобы не растерять фору, набранную советским ракетным двигателестроением? Наверное, кроме недостатка финансирования НИОКР очень болезненна и другая проблема - кадровая?

Чтобы остаться на мировом рынке, надо все время идти вперед, создавать новую продукцию. Видимо, пока нас до конца не прижало и гром не грянул. Но государству надо осознать, что без новых разработок оно окажется на задворках мирового рынка, и сегодня, в этот переходный период, пока мы еще не доросли до нормального капитализма, в новое должно прежде всего вкладывать оно - государство. Затем можно передавать разработку для выпуска серии частной компании на условиях, выгодных и государству, и бизнесу. Не верю, что придумать разумные методы созидания нового невозможно, без них о развитии и инновациях говорить бесполезно.

Кадры есть. Я руковожу кафедрой в Московском авиационном институте, где мы готовим и двигателистов, и лазерщиков. Ребята умнющие, они хотят заниматься делом, которому учатся, но надо дать им нормальный начальный импульс, чтобы они не уходили, как сейчас многие, писать программы для распределения товаров в магазинах. Для этого надо создать соответствующую лабораторную обстановку, дать достойную зарплату. Выстроить правильную структуру взаимодействия науки и Министерства образования. Та же Академия наук решает много вопросов, связанных с кадровой подготовкой. Ведь среди действующих членов академии, членов-корреспондентов много специалистов, которые руководят высокотехнологическими предприятиями и научно-исследовательскими институтами, мощными КБ. Они прямо заинтересованы, чтобы на приписанных к их организациям кафедрах воспитывались необходимые специалисты в области техники, физики, химии, чтобы они сразу получали не просто профильного выпускника вуза, а готового специалиста с некоторым жизненным и научно-техническим опытом. Так было всегда: самые лучшие специалисты рождались в институтах и на предприятиях, где существовали образовательные кафедры. У нас на «Энергомаше» и в НПО Лавочкина работают кафедры филиала МАИ «Комета», которой я руковожу. Есть старые кадры, которые могут передать опыт молодым. Но времени осталось совсем немного, и потери будут безвозвратные: для того, чтобы просто вернуться на существующий сейчас уровень, придется затратить гораздо больше сил, чем сегодня надо для его поддержания.

Ctrl Enter

Заметили ошЫ бку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Одна из самых важных частей двигателя - турбонасосный агрегат для подачи в камеру сгорания кислорода и керосина.

Вал с турбиной, шнекоцентробежным колесом насоса окислителя, подшипниками и импеллерными уплотнениями.
Подробнее http://www.lpre.de/energomash/RD-170/index.htm

В 50-х годах советские и американские специалисты практически независимо друг от друга нашли выход из тупика. (Кстати, именно после этого наступила эра космических ракет.) Оболочку сопла изготовили из двух слоев, между которыми протекала охлаждающая жидкость: внутренняя тонкая стенка хорошо передавала ей тепло раскаленных газов, внешняя толстая - воспринимала силовые нагрузки. За кажущейся простотой стояла титаническая работа технологов, не так-то просто соединить три компонента в единое целое...

РД-170 на стенде.

К нашему времени изготовление двухслойных корпусов было доведено до совершенства, и чтобы увеличить мощность двигателя, требовалось принципиально новое. Оно-то и воплотилось в РД-170. В нем искусственно создаются условия, при которых область максимальных температур находится по оси камеры сгорания, а на ее периферии - гораздо «прохладней». Достигается же последнее за счет изменения оптимального соотношения горючего (керосина) и окислителя (кислорода).

Избыточный керосин впрыскивают в периферийную область через дополнительные форсунки. Кроме того, часть керосина, который играл роль охлаждающей жидкости, просачивается по капиллярным отверстиям на внутренней стороне сопла. То есть пожар, бушующий вблизи стенок, частично тушится... горючим! Это и позволило повысить температуру в сердцевине камеры, а следовательно, и мощность двигателя.

Наращивается она благодаря и еще одной особенности. Дело в том, что не так-то просто добиться полного сгорания всей топливной смеси внутри камеры; часть ее, хоть и небольшая, обычно выносится из сопла. Потому «коктейль» из горючего и окислителя надо готовить очень быстро и качественно. Конструкторы перепробовали всевозможные типы смесителей и форсунок: струйные, щелевые, решетчатые, вихревые, центробежные... А в 60-х годах в РД-253 (он выводит в космос «Протоны») применили такое, от чего вздрогнул бы любой специалист по пожарной безопасности: самовоспламеняющиеся компоненты смешивались прямо в трубопроводе, до камеры сгорания! Конечно, пришлось учесть массу тонкостей, но главное - двигатель успешно работал. Впрочем, на протяжении почти 30 лет повторять подобную схему никто не решался. До появления РД-170.

На рисунке видно - уже в турбонасосном агрегате смешиваются весь поступающий в него кислород и часть керосина. Конструкторы сделали пожар в трубопроводе расчетным режимом двигателя - за счет переизбытка кислорода температура смеси (и здесь ее состав не оптимален для горения) поднимается всего до 400° С. Однако что такое горячая смесь с переизбытком кислорода? Очень агрессивная среда, гибельная для любого металла. Стенки трубопровода, конечно, можно изготовить весьма толстыми, но на пути разъедающего потока - тонкий и гибкий сильфонный патрубок. Другим его не сделаешь - при управлении ракетой двигатель должен поворачиваться в двух плоскостях на 6 - 8 градусов. Тут уже постарались химики и создали для патрубка уникальный никелевый сплав (состав которого, естественно, засекречен), способный выдерживать агрессивную смесь с давлением в 270 - 300 атм.

В камере сгорания она соединяется с разогретым, прошедшим рубашку охлаждения керосином, и теперь уж пламя бушует вовсю: давление хоть и падает до 250 атм, но температура достигает 3500°С! При этом на стенках (мы уже знаем почему) она примерно на 2800°С ниже. Газ вырывается из сопла с удельным импульсом 330 с и создает тягу 800 т/с (при массе двигателя - около 11 т).

Многое в РД-170 вызвало восхищение у американских специалистов Но для НПО «Энергомаш» это уже пройденный этап. На столе генерального директора, доктора технических наук Бориса Каторгина уже лежат чертежи первого в мире трехкомпонентного (кислород, водород, керосин) ЖРД. Пока его назвали РД-701. Масса двигателя составит 1,8 т, а максимальную тягу он разовьет 200 т/с. Работать будет в двух режимах, потребляя после старта 6% водорода, 12,6% керосина и 81,4% кислорода, а при дальнейшем разгоне - вообще без керосина. Определено уже и применение нового двигателя - космические челноки, взлетающие с самолетов типа «Мрии».
http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1993/6/rd-170.html
Ключевым моментом в международной деятельности НПО Энергомаш следует считать 1992 г., когда 26 октября было подписано «Соглашение по совместному маркетингу и лицензированию технологий» с компанией Пратт энд Уитни корпорации Юнайтед Текнолоджис Корпорейшен, в котором НПО Энергомаш назначил Юнайтед Текнолоджис Корпорейшен своим исключительным представителем по маркетингу в отношении производства, использования или продажи двигательных установок и лицензируемых технологий в США.

В соответствии с подписанным соглашением НПО Энергомаш и Пратт энд Уитни проводили активную и успешную маркетинговую деятельность. В январе 1994 г. в опубликованном отчете штаб-квартиры НАСА «Доступ в космос» впервые было официально упомянуто о возможности использования двигателей разработки НПО Энергомаш в качестве основных маршевых двигателей американских космических ракет-носителей. Таким двигателем мог стать двигатель РД-180, двухкамерная производная двигателя РД-170, используемого на первых ступенях ракет-носителей «Зенит» и «Энергия».

Кроме того, в рамках одного из контрактов 11-25 октября 1995 г. в Вест-Палм-Бич, штат Флорида на огневом стенде компании Пратт энд Уитни были успешно проведены три стендовых запуска ракетного двигателя РД-120 разработки НПО Энергомаш. В короткие сроки в США был выполнен большой комплекс работ по подготовке американской испытательной базы к огневым испытаниям российского серийного ЖРД. Успех этой программы послужил весомым доказательством реальной осуществимости плодотворного сотрудничества российских и американских специалистов.

В том же 1995 г. фирма Локхид Мартин объявила конкурс на двигатель для своей новой ракеты-носителя «Атлас IIAR». За право представлять новый двигатель РД-180 разработки НПО Энергомаш для «Атлас IIAR» на первом этапе конкурировали две американские фирмы - Пратт энд Уитни и Рокетдайн. В августе 1995 г. был сделан выбор в пользу Пратт энд Уитни. Непосредственно в конкурсе помимо проекта двигателя РД-180 участвовали двигатель НК-33 российского предприятия «Труд» им. Н.Д. Кузнецова из Самары и вариант двигателя МА-5 фирмы Рокетдайн. 12 января 1996 г. в Денвере, штат Колорадо, фирма Локхид Мартин объявила о выборе жидкостного ракетного двигателя РД-180 в качестве двигателя первой ступени РН «Атлас IIAR».

В очень короткие сроки в НПО Энергомаш был проведен большой объем работ по разработке двигателя, включая огневые испытания на стенде НПО Энергомаш. В 1998 г. в США были проведены четыре успешных демонстрационных огневых испытания двигателя РД-180 № 4А. В результате был разработан новый ракетный двигатель РД-180, который в марте 1999 г. был сертифицирован для использования в РН «Атлас III».

Большая работа была проделана службой ВЭД для получения государственной поддержки российско-американского проекта по разработке и продаже двигателя РД-180. Большую помощь в этом оказывало Министерство обороны РФ и Российское космическое агентство. При тесном взаимодействии с этими организациями в 1997 г. был подготовлен и подписан указ Президента РФ, разрешающий НПО Энергомаш продажу двигателя РД-180 на американском рынке и организацию параллельного производства этого двигателя в США в рамках совместного американо-российского предприятия.

27 января 1997 г. НПО Энергомаш и Пратт энд Уитни подписали Договор о создании общества с ограниченной ответственностью РД AM РОСС, ЛЛС. Совместное предприятие было создано для маркетинга, реализации и организации производственной базы в США для параллельного выпуска двигателей РД-180 и их модификаций.

16 мая 1997 г. было подписано пятистороннее Соглашение об использовании двигателей РД-180 производства НПО Энергомаш и о поддержке параллельного производства РД-180 в США, в котором Российское космическое агентство, НПО Энергомаш, Локхид Мартин, РД АМРОСС и Пратт энд Уитни оговорили взаимные обязательства в случае, если Локхид Мартин Астронаутикс победит на окончательном этапе конкурса EELV. В этом документе Локхид Мартин гарантировала закупку 101 коммерческого двигателя РД-180.

Особенность российско-американского проекта, в котором участвует НПО Энергомаш, состоит в том, что головной подрядчик - американская компания Локхид Мартин практически одновременно разработала две новых ракеты-носителя, одна из которых («Атлас III») предназначалась прежде всего для выведения на орбиту коммерческих полезных нагрузок, а другая («Атлас V») разрабатывалась по программе EELV (усовершенствованная одноразовая ракета-носитель) и должна стать основой целого семейства ракет-носителей среднего и тяжелого класса, используемых в космических запусках в интересах как правительства США, так и коммерческих заказчиков.

В настоящее время двигатель РД-180 сертифицирован и для использования в ракетах-носителях «Атлас V» (EELV) как среднего, так и тяжелого класса.

28 марта 1997 г. был подписан контракт на поставку ракетных двигателей РД-180 в США между НПО Энергомаш и РД АМРОСС, ЛЛС.

Первый товарный двигатель РД-180 был поставлен в США 2 января 1999 г. На начало сентября 2011 г. в США поставлено уже 55 товарных двигателя. Проведено шесть пусков РН «Атлас III» с двигателями РД-180 (первый - 24 мая 2000 г.). Все пуски прошли без замечаний к работе двигателей.

Среди основных полетов, осуществленных по заказу НАСА – запуски орбитального аппарата для исследования лунной поверхности и аппарата для исследования лунных кратеров (LRO/LCROSS), космического аппарата для исследования поверхности Марса, космического аппарата для разведки Плутона и его спутника Харона в рамках программы «Полет к Плутону – новые горизонты», «Обсерватории солнечной динамики» для получения качественно новых научных данных по исследованию Солнца. До конца 2011 года на РН «Атлас 5» планируется запуск «Марсианской научной лаборатории».

Все основные изобретения, используемые при разработке и производстве двигателя РД-180, защищены международными патентами. Получено 20 патентов США и 13 патентов Европейского патентного ведомства.