?

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
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.

Не дело советского человека считать деньги. Сложные проценты повергают сов. инженера в уныние.
Формулы небесной механики не повергают, а проценты повергают? Та ладно. Просто если не освоил выделенные фонды, то в следующем году они срезались. При такой системе экономить глупо, а надо грести под себя, что надо и не надо.

Edited at 2014-12-09 05:11 pm (UTC)

  • 1