?

Log in

No account? Create an account

zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
Где делают самые лучшие ракетные двигатели в мире
zelenyikot


Представилась возможность оказаться на предприятии где создавались и создаются ракетные двигатели, которые вытягивали почти всю советскую космическую программу, а теперь тянут российскую, украинскую, южнокорейскую и, частично, даже американскую. Знакомьтесь: НПО "Энергомаш", недавно вошедшее в Объединенную ракетно-космическую корпорацию России, место где делают самые лучшие и мощные жидкостные ракетные двигатели в мире.

Эти слова не пафос. Судите сами: здесь, в подмосковных Химках, разработаны двигатели для советско-российских ракет "Союз" и "Протон"; для российской "Ангары"; для советско-украинских "Зенита" и "Днепра"; для южнокорейской KSLV-1 и для американской ракеты Atlas-5. Но обо всем по порядку...

После проверки паспорта и прибытия сопровождающего, с проходной выдвигаемся в музей завода, или как тут его называют "Демонстрационный зал".



Хранитель зала Владимир Судаков - начальник Отдела информации. Судя по всему, с обязанностями он справляется неплохо - он один из всех моих собеседников знал кто такой "Zelenyikot".



Владимир провел короткую, но емкую экскурсию в музее.



Видите на столе 7 сантиметровую пшикалку? Вот с нее вырос весь советский и российский космос.
НПО "Энергомаш" развился из небольшой группы энтузиастов ракетостроения, сформированной в 1921 году, а в 1929-м названной Газодинамическая лаборатория, руководителем там был Валентин Петрович Глушко, позже он же стал генеральным конструктором НПО "Энергомаш".
Диск со сферой в центре - это не модель Солнечной системы, как я подумал, а макет электроракетного космического корабля. На диске предполагалось размещать солнечные батареи. На дальнем плане - первые модели жидкостных ракетных двигателей разработки ГДЛ.

За первыми концептами 20-30-х гг. пошли реальные работы на госфинансировании. Тут ГДЛ работало уже вместе с Королевским ГИРД. В военное время в "шарашке" разрабатывали ракетные ускорители для серийных военных самолетов. Создали целую линейку двигателей, и полагали, что являются одними из мировых лидеров жидкостного двигателестроения.

Но всю погоду испортили немцы, которые создали первую баллистическую ракету А4, более известную в России под названием "Фау-2".



Ее двигатель более чем на порядок превосходил советские разработки (25 тонн против 900 кг), и после войны инженеры принялись наверстывать упущенное.

Сначала создали полную реплику А4 под названием Р-1, но с использованием полностью советских материалов. На этом периоде нашим инженерам еще помогали немецкие. Но к секретным разработкам их старались не подпускать, поэтому дальше наши работали сами.



Первым делом инженеры принялись форсировать и облегчать немецкую конструкцию, и добились в этом немалых успехов - тяга повысилась до 51 тс.



Но дальше возникли проблемы нестабильности горения топлива в большей сферической камере сгорания. Глушко понял, что это тупик и занялся разработкой двигателей с цилиндрической камерой.



На этом поприще он преуспел. В руках хранителя музея - первый рабочий прототип, подтвердивший верность выбранной схемы. Что самое удивительное - внутренняя часть камеры сгорания - медный сплав. Кажется, что элемент где давление превышает сотни атмосфер, а температура - тысячу градусов Цельсия, надо делать из какого-нибудь тугоплавкого титана или вольфрама. Но оказалось камеру проще охлаждать, а не добиваться неограниченной термостойкости. Камера охлаждалась жидкими компонентами топлива, а медь использовалась из-за своей высокой теплопроводности.

Первые разработки с новым типом камеры сгорания были военные. В демонстрационном зале они запрятаны в самый дальний и темный угол. А на свету - гордость - двигатели РД-107 и РД-108, которые обеспечили Советскому Союзу первенство в космосе, и позволяют России лидировать в пилотируемой космонавтике по сей день.



Владимир Судаков показывает рулевые камеры - дополнительные ракетные двигатели, которые позволяют управлять полетом.



В дальнейших разработках от подобной конструкции отказалось - решили просто отклонять маршевую камеру двигателя целиком.

Проблемы с нестабильностью горения до конца решить так и не удалось, поэтому большинство двигателей конструкции КБ Глушко - многокамерные.



В зале имеется только один однокамерный гигант, который разрабатывался для лунной программы, но в серию так и не пошел - победил конкурирующий вариант НК-33 для ракеты Н1.



Разница их в том, что Н1 запускали на смеси кислород-керосин, а Глушко был готов запускать людей на диметилгидразине-тетраоксиде азота. Такая смесь эффективнее, но намного токсичнее керосина. В России на ней летает только грузовой "Протон". Впрочем, это ни сколь не мешает Китаю сейчас запускать своих тайконавтов именно на такой смеси.

Можно взглянуть и на двигатель "Протона".



А двигатель для баллистической ракеты Р-36М, до сих пор стоит на боевом дежурстве в ракетах "Воевода", широко известных под натовским названием "Сатана".



Впрочем, сейчас их, под названием "Днепр" тоже запускают с мирными целями.



Наконец добираемся до жемчужины КБ Глушко и гордости НПО "Энергомаш" - двигателю РД-170/171.



На сегодняшний день - это самый мощный кислород-керосиновый двигатель в мире - тяга 800 тс. Превосходит американский лунный F-1 на 100 тс, но достигает этого за счет четырех камер сгорания, против одной у F-1.

РД-170 разрабатывался для проекта "Энергия-Буран", в качестве двигателей боковых ускорителей. По первоначальному проекту предполагалось многоразовость ускорителей, поэтому двигатели были разработаны и сертифицированы для десятикратного использования. К сожалению, возврат ускорителей так и не был реализован, но двигатели сохраняют свои возможности. После закрытия программы "Буран", РД-170 повезло больше чем лунному F-1 - ему нашли более утилитарное применение в ракете "Зенит". В советское время ее, так же как и "Воеводу" разрабатывало КБ "Южное", которое после развала СССР оказалось за границей. Но в 90-е политика не помешала российско-украинскому сотрудничеству, а к 1995 году, совместно с США и Норвегией начал реализовываться проект "Морской старт". Хотя он так и не вышел на прибыльность, прошел реорганизацию и сейчас решается его дальнейшая судьба, но ракеты летали и заказы на двигатели поддерживали "Энергомаш" в годы космического безденежья 90-х- начала 2000-х.

Владимир Судаков демонстрирует фантастическую разработку инженеров "Энергомаша" - составной сильфон узла качания двигателя.



Как добиться подвижности узла при высоких давлениях и экстремальных температурах? Да фигня вопрос: всего лишь 12 слоев металла и дополнительные кольца бронирования, зальем меж слоев жидким кислородом и нет проблем...

Такая конструкция позволяет жестко закрепить двигатель, но управлять полетом отклонением камеры сгорания и сопла, при помощи карданного подвеса. На двигателе он виден чуть ниже и правее центра, над панелью с красными заглушками.



Американцы про свой космос любят повторять "Мы стоим на плечах гигантов". Глядя на такие творения советских инженеров понимаешь, что эта фраза всецело относится и к российской космонавтике. Та же "Ангара" хоть и детище уже российских конструкторов, но ее двигатель - РД-191 эволюционно восходит к РД-171.



Точно так же "половинка" РД-171, под названием РД-180 внесла свой вклад, и в американскую космонавтику, когда "Энергомаш" в 1995 году победил в конкурсе Lockheed Martin. Я спрашивал, не было ли в этой победе пропагандистского элемента - могли ли американцы заключить контракт с русскими, для демонстрации завершения эры соперничества и начала сотрудничества в космосе. Мне не ответили, но рассказали про офигевшие глаза американских заказчиков, когда они увидели творения сумрачного химкинского гения. По слухам, характеристики РД-180 почти вдвое превышали характеристики конкурентов. Причина в том, что в США так и не освоили ракетные двигатели с закрытым циклом. В принципе, можно и без него, тот же F-1 был с открытым циклом или Merlin от SpaceX. Но в соотношении "мощность/масса" двигатели закрытого цикла выигрывают, хоть и проигрывают в цене.

Вот тут на видео испытаний двигателя Merlin-1D видно как из трубки рядом с соплом хлещет струя генераторного газа:



В замкнутом цикле этот газ возвращается в камеру сгорания, что позволяет более эффективно использовать топливо. В музее отдельно установлен ротор бустерного насосного агрегата окислителя. Подобные роторы еще не единожды будут нам встречаться на экскурсии по НПО "Энергомаш".



Наконец, завершение экспозиции - надежда предприятия - двигатель РД-191. Это пока самая младшая модель семейства. Он создавался для ракеты "Ангара", успел поработать в корейской KSLV-1, и его рассматривает в качестве одного из вариантов американская компания Orbital Scienses, которой понадобилась замена самарского НК-33 после аварии ракеты Antares в октябре.



На заводе эту троицу РД-170, РД-180, РД-191 в шутку называют "литр", "поллитра" и "четвертинка".



Ух, что-то объемная получилась экскурсия. Давайте осмотр завода отложим на следующий день. Там тоже много интересного, а главное получилось увидеть, как такое чудо инженерной мысли создается из кучи стальных и алюминиевых болванок.



Не пропустите.

zelenyikot.

Выражаю благодарность Департаменту информационной политики и СМИ Объединенной ракетно-космической корпорации и пресс-службе НПО "Энергомаш", за помощь в организации съемок.

promo zelenyikot september 5, 2018 07:45 77
Buy for 800 tokens
Наконец-то я могу официально объявить, что в продаже появилась научно-популярная книга моего авторства об исследовании Солнечной системы автоматическими межпланетными станциями. Здесь можно найти как описание отдельных космических миссий последних лет, так и обобщенные результаты исследований…

  • 1
Не хватало мощности. Американцы сделали чудовищных размеров и прожорливости F1 на кислороде с водородом, а у нас Глушко хотел делать что-то похожее на своей любимой «высококипячке» НДМГ и NO4+HNO3 (собственно, его прототип вроде бы в посте есть), против чего был жестоко против Королёв, плюс к тому же они как раз тогда сурово побили горшки на почве того, кто из них на кого стучал в своё время чекистам (дело тёмное, но сейчас похоже, что оба). Так что в итоге дорогу Глушко перебежал Кузнецов с идеей делать много моторов средней мощности вместо одного гигантской. К тому же у Кузнецова двигатель был привычный Королёву кислородно-керосиновый. Увы, при схеме с ТРИДЦАТЬЮ движками на первой ступени справиться с резонансными модами так и не удалось, очень грубо говоря — ракета вибрировала настолько сильно, что рассыпалась в полёте, если я правильно понял описание проблемы. ИЧСХ, у американцев с Сатурном-5 была примерно та же проблема с вибрациями, но в системе с одним двигателем её оказалось значительно проще решить.

F1 вроде керосиновый.

Да, пардоньте, с SSME попутал.

F1 на керосине. Имел выдающиеся удельные показатели.

В США тоже испытывали гидразин.

Тридцать движков - это хорошо. А вот систему их питания продумали недостаточно.

Сложностей с вибрацией на ракете Saturn V не было. Использовали стенд и несколько движков. А не сотни и аварийные пуски, как Н1.

1. Угу, отметил уже — перепутал с SSME.

2. Да, испытывали, но в итоге отказались.

3. Чем сложнее система — тем вероятнее, что она сломается, ибо вероятности поломки — складываются, а нормальной работы — перемножаются. Система питания одного двигателя — однозначно проще таковой для 30, нес па?

4. Не буду настаивать, ибо читал эту историю давно и, в общем-то, в мурзилке. Но я, в общем-то, про то же — отработка на стенде оказалась много практичнее.

1. SSME до сих пор имеет наилучшие удельные показатели.

2. Нет, не отказались. Использован в WAC Corporal, Bomarc (важнейшая программа), на ускорителях Navajo, в Titan III, на луннике и вообще в верхних ступенях и спутниках.

3. Это заблуждение. Резервирование увеличивает надежность. Использование множества одинаковых элементов не увеличивает сложность сильно. Отладка малого двигателя намного дешевле. А также перевозка, монтаж...

Система питания такая же. В баке с огромным зеркалом особые сложности. Если несколько баков - то проще. В Saturn I вынуждены были сделать несколько баков. Хорошо летал.

4. Но потом стендами в СССР стали злоупотреблять. Вместо расчетов доводка на стендах. Огромное число НК-33 объясняется именно этим. Сожгли еще больше. И РД-170 доводили по-царски. Вот и не могут теперь продолжить советские успехи, только повторить.

Edited at 2014-12-09 09:55 am (UTC)

1. Ну дык.

2. WAC Corporal вообще-то летал не на гидразине, а на анилине, гидразин использовался в его более крупном собрате-ОТР. Но, да, тот же Титан у меня как-то не отложился как гидразиновый, всегда считал, что он на керосине летал, а там оказывается в поздних версиях на гидразин перешли, хех. Ну и в вакууме гидразин и как монопропеллант очень хорош, да и вообще.

3. Ну, как можно видеть на обсуждаемом примере, надёжность Н-1 резервирование повысило несильно. ;)

4. В СССР вообще в некоторых областях было не принято экономить. К сожалению.

2. WAC и на аэрозине летал. Опытовый же. И ракета с первым американским спутником Explorer.

Titan делали керосиновым, но перешли на НДМГ. И он стал основным космическим носителем США на десятилетия. Но теперь НДМГ это топливо двигателей малой тяги многократного включения.

3. Это еще ждет своего исследователя. Явно торопились. Причин у неудачи мильен. Когда успех - значит правильно сделали.

4. Да. Но, к сожалению, и теперь деньги странно считают. Счетная палата не раз это показывала, но случаев явно больше. "Зато" у нас самые дешевые движки и услуги по доставке в космос.

3. Торопились однозначно. Отсюда и схема с 30 двигателями, и пуски неотработанной ракеты, и так далее.

4. Э-э-э-э-э, у себя в кармане деньги все очень хорошо считают, это у государства в кармане считать не любят. ;) Ну, и у работодателя часто тоже не очень.

3. Еще раз. 30 двигателей это замечательно. Это даже лучше, чем восемь четырехкамерных или четыре восьмикамерных.

4. Я сомневаюсь и в том, насколько хорошо они считают деньги в карманах. Не дело советского человека считать деньги. Сложные проценты повергают сов. инженера в уныние.

У заказчика задача - выбивание натуральных фондов. Деньги не имели смысла. Слова "откат" не существовало, так как бОльшая часть любых благ сразу уходила на сторону.

F-1 всё-таки на керосине был, а не на водороде. Водородный это J-2.

P.S. Я всегда буду обновлять страницу перед написанием комментариев.


Edited at 2014-12-09 09:50 am (UTC)

ааа, точно! Вспомнил - он говорил что американцы летали на водороде, а мы на керосине.

Американцы и летали на водороде. В верхних ступенях. А еще на НДМГ и керосине. В одном носителе Saturn V.

У него разве были гидразиновые ступени на самом носителе? Вроде ж уже только на Аполлоне?

А какая разница, если летал только с Apollo? Skylab? Да, тот улетел на водороде. Но я как инженер смотрю, а не как юрист.

  • 1