Русские ракеты: на чем они летают и будут летать в космос в будущем : sagetator

sagetator

Русские ракеты: на чем они летают и будут летать в космос в будущем

Aug 11, 2014 13:28

Оригинал взят у pegas_2013 в Русские ракеты: на чем они летают и будут летать в космос в будущем
Двигатели, на которых отправляются в космос российские ракеты-носители, были созданы в 60-70-е годы. Новые разработки создают задел еще на десятилетия вперед.

«Нет двигателя - и любая самая совершенная конструкция ракеты со всей ее начинкой мертва».
(академик Валентин Петрович Глушко)
В черте города Химки на площади в 90 га расположился гигант машиностроения НПО Энергомаш им. Академика В.П. Глушко. Именно здесь были созданы двигатели, положившие начало космической эре, и принесшие Советскому Союзу лавры победителя в космической гонке с США. Разработанные, испытанные и произведенные на «Энергомаше» РД-107/108 позволили доставить на орбиту первый искусственный спутник Земли ПС-1 и корабль «Восток-1» с Юрием Гагариным на борту.

РД-108 © Антон Тушин/Ridus.ru
«Энергомаш» представляет собой предприятие полного цикла, т.е. все этапы производства от разработки до выпуска конечного продукта проходят в рамках одного предприятия. Здесь даже есть свой стенд, на котором испытывают двигатели. Если вам доводилось бывать в Химках, вы наверняка видели уходящие из промзоны в небо мрачные красно-белые трубы - это и есть тот самый стенд (вообще, на «Энеромаше» около 70 различных стендов, но этот самый главный - на нем испытывают готовый продукт и экспериментальные модели). Если из труб начинает клубами валить белый дым - проходят испытания. Раньше жителей города об истпытании двигателя помимо дыма оповещал душераздирающий звук, который был слышен на дальних окраинах города. Благодаря бронекамере и гидрогасителю продуктов сгорания сегодня химчане избавлены от этой неприятности. Что же касается выбросов в атмосферу в ходе тестов, то это пары воды и CO2, на два порядка менее вредный, чем смог от соседней Ленинградки.

На «Энергомаше» вы не встретите гастарбайтеров, здесь работают не просто профессионалы высокого уровня, а настоящие фанаты своего дела. Многие из сотрудников предприятия работают здесь поколениями, с момента его появления.

На участке автоматической сварки © Антон Тушин/Ridus.ru

Личное клеймо сварщика, которое гарантирует высочайшее качество работы © Антон Тушин/Ridus.ru
Сегодня здесь выпускают двигатели, на которых летают российские, американские и южнокорейские ракеты. А начиналось все в 1928-1929 годах со студенческих работ и дипломного проекта будущего академика Валентина Глушко. В 1929 году в Ленинграде под его руководством была организована группа по разработке жидкостных ракетных двигателей (ЖДР) в составе Газодинамичекой лаборатории - этот момент и считается датой основания «Энергомаша». В рамках Реактивного НИИ (РНИИ) Глушко разрабатывал двигатель к летательным аппаратам Сергея Королева. К 1937 году он создал двигатель, который по своим параметрам превосходил немецкие, французские и американские аналоги. Уже прошли госиспытания на стенде, наземные испытания, все было готово к летным испытаниям. Но это был 1937 год, сначала расстреляли замнаркома обороны маршала Михаила Тухачевского, а вслед за ним та же участь постигла директора РНИИ Ивана Клейменова и главного инженера института Георгия Лангемака. В марте 1938 арестовали и Глушко, а спустя два месяца - Королева. Полтора года Глушко провел на Лубянке и в Бутырке, а потом получил приговор - 8 лет колонии. Однако его оставили работать в «шарашке», где он занимался разработкой вспомогательных двигателей для боевых самолетов, которые позволяли взлетать с более короткой полосы или ускоряться на короткое время в воздухе. В ходе войны их не использовали, хотя Сталин и подписал акт о запуске этих двигателей в серийное производство.

Летом 1944-ого нарком НКВД Берия пишет докладную Сталину с просьбой поощрить его подопечных и в конце августа 35 человек, в том числе Глушко и Королев, были досрочно освобождены со снятием судимостей.

Вспомогательные двигатели для боевых самолетов, которые разрабатывал заключенный Глушко © Антон Тушин/Ridus.ru

Двигатель РД-100 представляет собой существенно модифицированный двигатель для ФАУ-2 © Антон Тушин/Ridus.ru
Сразу после войны они были направлены в Германию для изучения военной техники. Вернувшись на Родину, Глушко сумел воссоздать "один в один" двигатель «оружия возмездия», легендарной немецкой ракеты ФАУ-2, но уже из советских материалов и руками советских рабочих. Двигатель работал на кислороде и водном растворе спирта. Вскоре конструкторы «Энергомаша» принялись за его модификацию, внося усовершенствования.

Это было время Холодной войны, поэтому двигатель первым делом приладили к баллистической ракете средней дальности Р-5. Она могла долететь до Западной Германии, Турции, Японии, но требовалось перелететь океан еще... Тогда приняли решение обратиться к технологии, предложенной Глушко еще в 1948 году, которая предполагала новую конструкцию камеры сгорания основного узла. Она позволяла довести температуру горения до 4 тысяч градусов, а давление до 90 атмосфер и даже выше. После серии испытаний технология подтвердила свою эффективность и на ее основе появилась «семерка» - РД-107/108. Как уже было сказано выше, на этих двигателях в космос были отправлены первый спутник Земли и первый человек. В несколько модернизированном виде эти двигатели востребованы и сегодня - 28 мая на нем к МКС стартовал экипаж корабля «Союз ТМА-13М».

«Сегодня «семерки» для «Союзов» серийно производит предприятие в Самаре. Конца и края жизни этой ракеты не видно. Не так давно начались ее полеты с европейского космодрома в Южной Америке «Куру», на космодроме «Восточный» будет стартовая площадка под ракету «Союз-2» с этими двигателями», - говорит начальник отдела научной информации «Энергомаша» Владимир Судаков.

Но военных двигатель не устроил, поскольку топливо довольно быстро испарялось, и долго в боевой готовности ракету держать было невозможно. В результате конструкторы были вынуждены создать двигатель, который бы работал на несимметричном диметилгидразине и азотной кислоте - токсичном топливе, которое позволяет держать ракету заправленной годами. Такие двигатели были созданы к началу шестидесятых: РД-216, РД-218 и РД-219 для первых и второй ступеней боевой ракеты Р-16 и одного из вариантов РН «Космос». Впоследствии они были существенно усовершенствованы, РД-264 применяется на МБР «Воевода», которая и сегодня стоит на боевом дежурстве.
На этом же топливе к середине 60-х был создан РД-253 для ракеты-носителя «Протон» - самый мощный в мире однокамерный ЖРД. На первый ступени «Протона» работаю шесть таких двигателей, каждый из которых имеет 150 тонн тяги в базовом варианте.Благодаря им свершились полеты космических аппаратов «Луна», «Венера», «Марс», орбитальных станций «Салют» и «Мир», а также элементов МКС.

На сегодняшний день «Протон», несмотря на серию падений, является лучшей в мире тяжелой ракетой. Иностранные заказчики выстраиваются в очередь, чтобы вывести на ней на орбиту свои спутники.

Так выглядит РД-253 сверху © Антон Тушин/Ridus.ru
В РД-253 была применена новая схема, в которой горячий газ идет на турбину, раскручивает ее, а потом не выбрасывается за борт ракеты, а по газоотводу поворачивает в основную камеру, и все топливо полностью проходит через камеру сгорания при повышенном давлении.

С середины 70-х эту же схему начали использовать в сравнительно экологически чистых кислородно-керосиновых двигателях: для «Энергии-Бурана», для РН «Зенит», американской ракеты «Атлас» и новой российской ракеты «Ангара».

«Двигатель для «Энергии-Бурана» делался как многоразовый и предполагал до десяти полетных использований. А на стенде мы один и тот же двигатель повторно включали более двадцати циклов. Но в полетах эта многоразовость не проверялась: «Энергия» летала только два раза, один раз спутник выводили, второй раз беспилотный «Буран». Но мы сохранили производство этих двигателей и используем их на ракетах «Зенит»», - говорит Владимир Судаков.

РД-171М для ракеты-носителя "Зенит", которая стартует с воды, в сборочном цехе © Антон Тушин/Ridus.ru
Мощность турбины РД-170/171 равна примерно мощности установок трех атомных ледоколов. При этом цикл работы составляет всего 145 секунд - столько длится полет ракеты на двигателе первой ступени. В секунду сгорает 2,5 тонны топлива. Двигатель обеспечивает тягу в пустоте в 806 тонн. Ближе всех к этому показателю смогли приблизиться американцы, которые в Лунной программе использовали двигатель F-1 с показателем 790 тонн.

С развалом СССР для «Энергомаша», как и для всей страны, начались тяжелые годы. Но тогда же предприятие получило право выхода на мировой рынок. Когда американцы объявили конкурс на двигатель для ракеты «Атлас», «Энергомаш» предложил свой вариант двигателя на базе РД-170/171. Для этого количество камер сократили вдвое, и сконструировали новый турбонасосный агрегат, получив мощность тяги вместо 806 тонн, в 424 тонны, при требовавшихся заказчикам 360 тоннах. В итоге в 1999 году в Америку был поставлен первый товарный двигатель РД-180, на которых «Атласы» уже 51 раз успешно выходили в космос. Ни одного падения зафиксировано не было. Всего США уже закупили около 70 таких двигателей, и каждый год «Энергомаш» отправляет за океан еще по четыре-пять РД-180. Последние санкции и громкие заявления с обеих сторон пока никак на заказах не сказались, а правительство США через суд добивается того, чтобы президентский запрет не коснулся поставок российский ракетных двигателей.

РД-180 в сборочном цехе после контрольных испытаний на стенде готовят к отправке за океан © Антон Тушин/Ridus.ru

© Антон Тушин/Ridus.ru
Сегодня «Энергомаш» собирает линейку из трех двигателей РД-171М («Зенит») , РД-180 («Атлас-5») и РД-191 («Ангара»). РД-107/108 собираются в Самаре, а РД-253 в Перми. Проектируется форсированная модификация РД-171М, получившая название РД-175, которая при тех же габаритах выдает не 806, а более 1000 тонн тяги. Это двигатель будущего, обеспечивающий конкурентные преимущества на десятилетия вперед, он будет разработан для ракет-носителей тяжелого класса.

В сборочном цеху собирают американский заказ: РД-180 для ракеты-носителя "Атлас-5" © Антон Тушин/Ridus.ru

© Антон Тушин/Ridus.ru

Большие надежды возлагаются на ракету «Ангара-5»: в июне с «Плесецка» должна стартовать легкая ракета «Ангара-1», и, если все пройдет нормально, то к концу года пройдут летные испытания и тяжелого варианта «Ангара-5». Двигатели для этих РН работают на кислороде и керосине, так что «Ангара-5» может прийти на смену токсичному и в последнее время плохо летающему «Протону». На двигателях, разработанных для «Ангары», трижды летали южнокорейские ракеты KSLV-1, но корейцы программу временно свернули и об их дальнейших планах пока ничего неизвестно.

Кроме того, американцы планируют на базе «Атласа-5» совершать коммерческие полеты, и «Энергомаш» готов сертифицировать свои двигатели для полетов человека, а также сделать форсированные модификации РД-180 с тягой до 500 тонн.

Сегодня 40% запусков с Земли в космос производятся на двигателях, разработанных на «Энергомаше». И не исключено, что в скором времени эта цифра только возрастет. Американские ракеты «Антарес» летают на модификациях российских двигателей НК-33, приобретённых у СНТК им. Н. Д. Кузнецова. НК-33 также применяются на российских ракетах «Союз 2.1в». Но этих двигателей осталось мало, а нового производства нет. «Энергомаш» готов предложить решение. В частности, РД-181 адаптирован к «Антаресу».

Аналог РД-180 американцам под силу создать, в лучшем случае, в течение пяти лет при затратах в миллиард долларов, по самым скромным подсчетам.

Новые ракетные двигатели РД-193, РД-175. РД-195, РД-192, РД-181, РД-701 создают задел на десятилетия вперед и позволяют не только «Энергомашу», но всей российской космической отрасли с уверенностью смотреть в будущее. Но главное не это. Закупается новое оборудование, в цехах идет ремонт без отрыва от производства, и на «Энергомаш» потянулась молодежь.