Космические моторы. Главные разработки Валентина Глушко, известные на весь мир
2 сентября исполнилось 110 лет со дня рождения инженера, ученого и конструктора, занимавшегося разработкой ракетных двигателей и космических систем, — Валентина Петровича Глушко. При его непосредственном участии был разработан целый ряд двигателей, на которых до сегодняшнего дня летают космические носители «Союз» и «Протон», а также межконтинентальная баллистическая ракета «Воевода», которая известна на Западе как «Сатана». ТАСС собрал главные изобретения знаменитого конструктора ракетно-космической техники.
Первый электрический реактивный двигатель
Под руководством Глушко был разработан первый в мире электротермический реактивный двигатель. Опытный образец был создан в СССР — в Газодинамической лаборатории в Ленинграде , которой заведовал Глушко, в 1929 году.
Читайте также
Спецпроект
Просто космос
В двигателе в камеру сгорания устанавливались специальные проводники (из железа, палладия других металлов), на эти проводники подавались кратковременные, но мощные импульсы электрического тока с определенной частотой. Сам процесс назывался «электрическим взрывом» — при прохождении разряда проводники в прямом смысле разрушались, выделяя водород, который истекал из сопла двигателя и создавал тягу. Позже работы по этим двигателям были свернуты из-за низкой мощности.
Впервые в советской космической промышленности электрореактивные двигатели (ЭРД), но с иным принципом, были применены значительно позже — в 1964 году в космос был отправлен спутник «Зонд-2», с шестью установленными плазменными двигателями ориентации.
В современной космической технике применяются различные ЭРД, например, ионный (ионизированный газ разгоняется в электрическом поле). Такие модели, как и первый двигатель Глушко, имеют малую тягу, но могут работать за счет низкого расхода рабочего тела чрезвычайно долго — до нескольких лет. В качестве маршевого ЭРД был, например, установлен на японском космическом аппарате «Хаябуса», запущенном для изучения астероида Итокава. ЭРД широко применяются на спутниках в качестве двигателей коррекции траектории.
Первые в СССР жидкостные ракетные двигатели
Под руководством Глушко после завершения работ по ЭРД впервые в отечественной космической промышленности была создана целая серия опытных ракетных двигателей, работающих на жидком топливе. Серия называлась ОРМ — опытные ракетные моторы . В качестве топлива в двигателях серии использовались керосин, бензин, толуол, другие вещества.
Советские ученые экспериментировали как со смешанными унитарными, так и с двухкомпонентными топливами. Первые образцы, работавшие на унитарном топливе (ОРМ-1 тягой всего 20 кгс), были крайне несовершенны и терпели отказы, вплоть до аварийных ситуаций — двигатели взрывались на стендах во время работы. В итоге был сделан выбор в пользу более безопасной двухкомпонентной схемы — отдельные баки для горючего, отдельные для окислителя.
Читайте также
Освоение космоса в СССР началось с Петропавловской крепости
Работы над двигателями серии ОРМ Газодинамическая лаборатория начала в 1930-х годах, и к 1933-му был создан достаточно мощный образец ОРМ-52 с тягой 300 кгс. Под этот двигатель был разработан целый ряд реактивных летательных аппаратов («РЛА-1», «РЛА-2» и так далее), но их образцы «в железе» не создавались. По задумке инженеров, РЛА должны были взлетать на высоту нескольких километров и выбрасывать контейнер с метеоаппаратурой, которая затем опускалась бы на землю на парашюте. ОРМ-52 прошел официальные государственные испытания, правда, только на стенде. На одном из запусков образца двигателя в 1933 году присутствовал начальник вооружения Красной Армии маршал Михаил Тухачевский и дал работе лаборатории Глушко положительную оценку.
В 1934 году коллектив Газодинамической лаборатории из Ленинграда был объединен с московской группой изучения реактивного движения (под руководством Сергея Павловича Королева) в Реактивный научно-исследовательский институт. Ученые совместными усилиями продолжили разработку двигателей и носителей под них. Коллектив Глушко создал образцы с номерами от ОРМ-53 до ОРМ-102. В частности, двигатель ОРМ-65 разработки Глушко ставился на созданную Королевым крылатую ракету — «объект 212». В 1939 году прошли ее испытания — ракета с ОРМ-65 достигла высоты 250 м, когда преждевременно раскрылся ее парашют. Двигатель ОРМ-65 работал на азотной кислоте и керосине, развивал тягу 150 кгс и мог работать до 80 секунд.
Двигатели для баллистических и космических ракет
С 1946 года Глушко был назначен главным конструктором ОКБ-456 в Химках (сейчас НПО «Энергомаш» — главный разработчик и производитель российских ракетных двигателей — прим. ТАСС). Здесь под его руководством созданы двигатели для первых советских баллистических ракет Р-1, Р-2 и Р-5.
В 1954–1957 годах коллектив ОКБ-456 разработал жидкостные ракетные двигатели РД-107 , которые впоследствии будут устанавливаться на знаменитую ракету Р-7 , сконструированную коллективом ОКБ-1 под руководством Королева, так называемую королевскую семерку. Это была первая в мире полноценная межконтинентальная баллистическая ракета с максимальной дальностью полета 8 тыс. км и одним термоядерным зарядом мощностью 3 мегатонны. Первый запуск Р-7 состоялся 15 мая 1957 года, на вооружение Ракетных войск стратегического назначения она была принята в январе 1960-го.
На базе Р-7 был создано целое семейство ракет космического назначения. В частности, знаменитый «Восток» , на котором 12 апреля 1961 года в космос отправился Юрий Гагарин . Модификации этой ракеты используются до сих пор — с грузовыми кораблями и спутниками в космос стартуют ракеты серии «Союз-2», с пилотируемыми — «Союз-ФГ» (со следующего года запуски космонавтов будут переведены на «Союз-2»). До сих пор на этих ракетах используются модификации двигателей, разработанных Глушко: версии РД-107 для боковых и центрального блока первой ступени и варианты РД-108 — для второй ступени.
Также сотрудники ОКБ-456 под руководством Глушко создали двигатель РД-253 , который с изменениями и сейчас используется в самой массовой серии советских и российских тяжелых грузовых ракет «Протон». Последний вариант — «Протон-М» — использует на первой ступени шесть двигателей РД-276, которые являются глубокой модернизацией РД-253 Глушко.
Читайте также
«Сатане» на смену: почему утилизируют самые мощные ракеты России
Параллельно известный конструктор работал над двигателями для советских баллистических ракет, появившихся после Р-7. В частности, самая мощная на сегодняшний день и стоящая на вооружении РВСН тяжелая межконтинентальная ракета «Воевода» использует на первой ступени двигатель РД-264, разработанный при непосредственном участии Глушко.
«Энергия — Буран»
В 1974 году было создано НПО «Энергия» (сейчас Ракетно-космическая корпорация «Энергия»), в новую организацию вошло Центральное конструкторское бюро машиностроения (ОКБ-1, переименованное так после смерти Королева), а также КБ «Энергомаш» (бывшее ОКБ-456). Глушко стал главным конструктором «Энергии», название которой, по некоторым данным, он и придумал.
Несмотря на все его усилия, НПО «Энергия» не получило заказ от государства на разработку двигателей под ракету сверхтяжелого класса Н-1 для советской лунной программы. Идеи конструктора были отклонены из-за токсичности предложенных им компонентов топлива. Позже он в своих письмах не оставляет планов покорения Луны, в частности, предлагает руководству страны в течение десяти лет разработать и создать систему доставки космонавтов к естественному спутнику Земли и орбитальный лунный модуль весом 60 тонн, который обеспечит высадку на Луну трех космонавтов. Однако этим планам не суждено сбыться.
В 1976 году внимание Глушко переключается на совсем другую тему — создание челнока «Буран» как ответа на запуски американских многоразовых кораблей «Спейс Шаттл». Отечественная многоразовая система «Энергия — Буран» создавалась под непосредственным руководством Глушко и по его проекту, именно он настоял на облике сверхтяжелой ракеты «Энергия» и предложил вид двигателя первой ступени РД-170. Успешный запуск «Бурана» прошел в ноябре 1988 года в автоматическом режиме.
Кроме двигателей, под руководством Глушко был выполнен ряд ключевых работ по направлению пилотируемой космонавтики. Так, конструктор возглавлял работы по совершенствованию пилотируемых космических кораблей «Союз», им была предложена концепция многомодульной станции «Мир»: НПО «Энергия» выдвинула свои предложения по созданию новых орбитальных станций в 1976 году, эскизный проект «Мира» был готов в 1978 году.
Подготовила Валерия Решетникова
Где делают самые лучшие ракетные двигатели в мире
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 в больших камерах 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 лунныйF-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.
Выражаю благодарность Департаменту информационной политики и СМИ Объединенной ракетно-космической корпорации и пресс-службе НПО «Энергомаш», за помощь в организации съемок.
Кто в ссср придумал делать двигатели многокамерными
Я думаю, надо немного поговорить о сердце ракеты — о её двигателе.
Я уже писал некоторый исторический обзор, но это всё было в рамках общего обзора ракетно-космического развития. А надо бы поговорить о двигателях отдельно. Тем более, что я до сих пор слышу, что, мол, без российских РД-180 «пиндосы в космос не могут полететь». Ну что-ж, надо поговорить.
На заре ракетостроения, вплоть до середины 60-х годов, возможность создания ЖРД как можно большей мощности определяла уровень задач, которые можно было решить. Потом уже, после появления F-1, поставленные задачи определяли какой мощности ЖРД нужны для достижения успеха.
Есть у ЖРД пренеприятная капризность. Факел сгорающего топлива и окислителя в камере сгорания может начать вращаться с огромной частотой. Это явление называется «нестабильность горения». От этого, камера сгорания разлетается вклочья. Чем большего размера камера сгорания, чем больше критическое сечение, тем более вероятно возникновение этого явления и более страшны его последствия. Проблему можно решить, а можно обойти.
Вернер фон Браун проблему решил и сделал серию сверх могучих ЖРД: F-1, F-1A и М-1. Гигантские двигатели, огромной мощности и сумасшедших размеров.
В СССР, Валентин Павлович Глушко проблему не решил, даже не понимал, как к ней подступиться и Совет Главных Конструкторов принял решение проблему обойти.
Метод для обхода проблем, связанных с большими камерами сгорания, был известен — несколько камер объединялись в один двигатель с общими ТНА, в одной раме.
Так, например, в 1947 году был создан Reaction Motors XLR11, который использовали в первых модификациях ракетоплана Х-15. См. фото.
Аналогичные многокамерники в 40-50 гг строили в Англии и Швеции. Но как только технологически решили вопросы увеличения камеры сгорания, так от них и отказались.
На Х-15 двигатель Reaction Motors XLR11 довольно быстро заменили на однокамерный Reaction Motors XLR99. См.фото. В СССР такого перелома не произошло и Глушко был вынужден, вместо однокамерного РД-105, сделать для Семёрки 4-камерные РД-107/108, которые летают до сих пор на ракетах Союз.
По такому же принципу, через 15-20 лет, тот же Глушко создал 4-камерный РД-170, из которого, методом деления родился 2-камерный РД-180. То есть, сама многокамерность — это технологический отстой.
Главные проблемы многокамерных двигателей:
- более низкая надежность: неполадки в одной из камер ведут к аварии всего двигателя
- невозможность установки более 1 многокамерного двигателя в один корпус ступени. Как следствие, либо «пакет», как на Семерке, либо один двигатель, как на Зените (РД-170).
- из 2 вышеизложенных — отсутствие запаса по надежности (engine-out-capability).
Скрепоносцы, как обычно, ищут в куче навоза жемчужное зерно. И в данном, конкретном случае ЖРД семейства РД-170, таким «высочайшим достижением» стали называть закрытую схему, или «закрытый цикл», при котором газ, вращающий турбонасосы, также вбрасывается в камеру сгорания,чем создает дополнительное давление и увеличивает скорость истечения рабочего тела. Это увеличивает удельный импульс (УИ), который является выражением «экономичности» расхода топлива. В ЖРД открытого цикла этот газ отводится в сторону и выбрасывается вне сопла.
Вроде бы, это классно. Но имеет и недостатки: ЖРД закрытого цикла более тяжелые (более высокое давление требует больше прочности во всех компонентах) и более дорогие.
Высокий УИ очень важен для двигателей, работающих в открытом космосе или разгоняющих ракету в верхних слоях атмосферы. Но первая ступень, прежде всего, преодолевает гравитацию. И тут возникает пренеприятная коллизия. Более экономичный по расходу топлива ЖРД заставляет больше топлива поднимать на большую высоту. Двигатели же открытого цикла, быстрее сжирают топливо и, вместе с ним, вес ракеты. Кроме того, при взлете приходится постепенно уменьшать тягу двигателя. Потеря массы при сгорании топлива, при постоянной тяге, приводит к росту ускорения, то есть, к перегрузкам. Да ещё и та проблема, что ракета может просто сгореть в атмосфере, если будет разгоняться слишком быстро.
Поэтому, двигатели первой ступени дросселируют, уменьшают тягу, а вместе с тем, расход топлива. И чем быстрее ЖРД «пожирает» топливо, тем быстрее надо снижать тягу. Это делается и для двигателей закрытого, и для двигателей открытого цикла. Но двигатель открытого цикла пожирает топливо быстрее и приходится быстрее снижать тягу, что экономит горючее. В конечном счете, на первой ступени ракет, ЖРД закрытого цикла не дает преимуществ перед ЖРД открытого цикла. Выходит, как минимум баш-на-баш.
Для двигателей первых ступеней ракет большее значение имеет соотношение тяги к собственному весу. А у ЖРД закрытого цикла, при той же тяге, собственный вес несколько больше. Поэтому надо смотреть показатель Thrust-To-Weight Ratio. По русски — тяговооруженность.
- У РД-170 этот показатель 75:1.
- Модернизированный и поделенный пополам наследник РД-170 — РД-180 имеет тяговооруженность чуть лучше — 78,44:1.
- ЖРД открытого цикла Мерлин-1Д имеет тяговооруженность 190:1. Это, конечно, результат не только открытого цикла, но и более современных технологий.
Умеют ли американцы делать ЖРД закрытого цикла?
Да, умеют. Ещё в далеком 1970 году началась разработка, а в 1972 году начались испытания водородного ЖРД закрытого цикла RS-25 (SSME). В 1979 году началось его серийное производство. Это двигател спейс-шаттла и свою основную работу он выполнял, как двигатель второй ступени, имея высочайший УИ в вакууме 452,3 с. Кроме того, это был многоразовый двигатель, что нивелировало его более высокую стоимость.
Идеальной по архитектуре, по сей день считается Сатурн-5. Имея на первой ступени 5 двигателей F-1 с очень высокой тягой (695 тс) и относительно низким УИ (263 c на уровне моря), на две верхние ступени поставили водород/кислородные двигатели J-2, которые имели не такую большую тягу (104 тс), но высочайший, по тем временам, УИ (425 с в вакууме). Такое распределение обеспечило Сатурну рекордную весовую эффективность: при стартовой массе 2970 т, ракета выводила на НОО до 140 т ПН. 140/2970=4,71%
Рассмотрим этот же показатель у ракет, использующих на первой ступени ЖРД закрытого цикла РД-170 (УИ 309 на уровне моря) и РД-180 (УИ 311 с на уровне моря).
- РД-170 стоит на ракетах Зенит. Зенит-2 при стартовой массе 462,2 может поднять на НОО до 13,7 т. 13,7/462,2=2,96%
- РД-180 стоит на ракетах Atlas V. Без ТТ-ускорителей, «легкая версия» Атласа, при стартовой массе 334,5 т может поднять на орбиту до 8,25 т. 8,25/334,5=2,47%
Для сравнения, Фалькон-9 имеет двигатели Мерлин-1Д c УИ 282 с — несколько поменьше, чем у российских РД-170/180. Зато тяговооруженность рекордная, 190:1.
- Фалькон-9 при стартовой массе 549 т может вытащить на НОО до 22,8 т ПН. 22,8/549=4,15% весовой эффективности.
Вот тут спрашивали, почему СпейсХ сконструировал Фалькон аж с 9 двигателями. Может они не могут сделать помощнее? Могут. Сейчас на полигоне проходят импытания Раптора, который вчера развил тягу вдвое большую, чем Мерлин. А понадобилось бы — сделали бы и помощнее.
И вот тут мы переходим к тому, как СпейсХ определяет мощность ЖРД, исходя из поставленной задачи.
Задача: ступень должна совершать пропульсивную посадку. Минимальная тяга 1 двигателя (при максимальном дросселировании) составляет 30% от его максимальной тяги, то есть, 30% от 86 тс = 25,8 тс. Первая ступень, при посадке имеет массу около 17-18 т. Если тяга будет превышать посадочную массу более, чем на 30-35%, то полностью погасить вертикальную скорость, в момент касания поверхности, будет чрезвычайно сложно. 30% от минимальной тяги 28,8 тс = 18,06 тс.
Вот и вся, довольно простая арифметика.
Можно сделать двигатель помощнее, но тогда и ступень должна быть потяжелее. Иначе, посадка будет очень проблематичной. Таким образом, тяга двигателя выбирается по посадочному весу ступени или корабля.
К преимуществу много-двигательной схемы против одно-двигательной с многокамерным двигателем, кроме всех прочих, надо отнести возможность одновременно включать и индивидуально управлять тягой разного числа двигателей. Так, Фалькон, при входе в атмосферу, включает сразу 3 двигателя из 9. А при посадке — только 1. Если у вас один многокамерный двигатель, то вы не можете отключать отдельные камеры, я тягу можно регулировать только на всех камерах одновременно.
Если попробовать сделать Зенит многоразовым, то двигатель РД-171 развивает максимальную тягу 740 тс. На 30% (меньше нельзя — двигатели гаснут) это будет 222 тс. Посадочный вес ступени был бы около 12-14 т. Представьте, что было бы, попробуй кто-то посадить Зенит.
Почему «пиндосы покупают наши двигатели».
Это отдельная история.
В середине 90-х в дружественной, по отношению к США, молодой Российской Федерации сложилась очень тяжелая экономическая ситуация. Коммунисты развалили и разграбили страну на столько, что к зиме 91/92 гг была реальная угроза голода даже в Москве. Неимоверными усилиями, «реформаторы в коротких штанишках» вытянули страну из полной ж. но экономику пришлось поднимать долго. Тем более, что нефть на мировых рынках шла по 9-10 баксов за баррель. Зарплаты платить было нечем, а в российской авиа-космической индустрии работало большое количество специалистов с опытом создания самолетов, ракет, воздушно-реактивных и ракетных двигателей, которые просто не могли прокормить свои семьи. С другой стороны, несколько агрессивных диктаторских режимов (Иран, Ирак, Ливия, Сирия, Северная Корея и иже с ними) очень хотели заполучить ракетное вооружение и не скупились, приглашая оголодавших российских спецов. В Белом Доме приняли принципиальное решение — максимально привлекать российские организации и предприятия к авиационным и космическим проектам.
НАСА ещё в начале 70-х полностью отказалась от создания новых ракет на керосине. Но РФ не могла предложить ничего, кроме керосинок. И тогда, в НАСА сделали исключение — заказали Атлас-5, но обязательно с российскими ЖРД. РФ предложила на выбор НК-33, либо версию РД-170. Пратт и Виттней помогли Энергомашу разделить РД-170 пополам и получился РД-180. Довольно дорогой (около 8 миллионов), 2-камерный, с низкой тяговооруженностью, но это лучшее, что можно было получить от России.
Одновременно, НАСА заказала водород/кислородную ракету Дельта-4.
Так Америка бросила спасательный круг российской ракетно-космической отрасли.
Не только РД-180 — было много проектов, в которых российские компании сотрудничали с американскими на контрактной основе. Почти все эти проект умерли, не в последнюю очередь из за низкого технологического уровня, низкого качества и срывов установленных сроков со стороны российских партнеров. Например, для DC-XA в России делали кислородный бак из алюминий-литиевого сплава (под руководством академика Иосифа Наумовича Фридляндера). Завод Мк Доннел Дуглас, изготавливавший этот Дельт-Клипер, работал «с колес», без складов, получая все компоненты точно ко времени сборки.
Кислородный бак пришел с опозданием на 5 месяцев, а в сварных швах были трещины длинной до 5 метров. Вместе с баком приехал и Фридляндер, который принялся доказывать, что эти трещины не опасны. Естественно, после такого «партнерства», сотрудничество не продолжилось. Было много других случаев, но останавливаться на этом не хоцца. Стыдно и обидно.
Вобщем, из всего набора, до наших дней дожил только РД-180.
Понятно, что возникновение конкуренции, привело к постепенному вымиранию Атлас-5. Всё труднее, несмотря на мощное лобби, Юнайтед Ланч Альянсу выбивать контракты на запуски Атласа для Пентагона и НАСА. В результате, на смену Атласу в ULA делают Вулкан с двигателями ВЕ-4. Как только Вулкан войдет в эксплуатацию, Атласы умрут как класс. Вместе с отстойными РД-180.
В России любят цитировать Маска, который очень хвалил РД-170 и РД-180.
Ещё бы ему не хвалить это . На фоне российских РД, его Мерлины сияют, как бриллианты! А вот двигатель Vulcain компании afran Aircraft Engines, который стоит на Ариан-5, Маск почему-то не хвалил. Водородный LE-5 фирмы Митсубиши, который стоит на японских ракетах H-II, Маск тоже не похвалил.
- 4-камерный ЖРД для Х-15
- Однокамерный ЖРД для Х-15А
- Х-15 с 2 4-камерными двигателями. Каждый в отдельной капсуле
- Х-15А с одним однокамерным двигателем
Кто в ссср придумал делать двигатели многокамерными
Наряду с отработкой и полетами автоматических межпланетных аппаратов в СССР активно велись работы по созданию возвращаемых на Землю тяжелых пилотируемых кораблей-спутников и необходимой для этого мощной ракеты-носителя. Сначала были созданы автоматически управляемые корабли-спутники, снабженные различной аппаратурой и системами, несущие на борту до двух подопытных животных (собак) и разнообразные многочисленные биологические объекты, а также манекен космонавта.
15 мая, 19 августа и 1 декабря 1960 г., 9 и 25 марта 1961 г. на орбиты вокруг Земли было выведено пять таких кораблей-спутников, каждый массой 4540-4700 кг. При спуске кораблей-спутников с них катапультировались контейнеры с объектами, которые спускались с собаками — Белкой, Стрелкой, Чернушкой, Звездочкой — на парашюте на сушу в заданном районе.
В итоге была создана конструкция летательного аппарата для полета человека в космос и отработаны все необходимые многочисленные системы, например обеспечения жизнедеятельности и безопасности космонавта в кабине, многоканальной радиосвязи, траекторных измерений, телевизионной и телеметрической информации, систем стабилизации и ориентации кабины космонавта, тормозной двигательной установки, мягкого приземления.
Историческим достижением советской космонавтики является первый в мире полет в космос корабля-спутника «Восток» с человеком на борту 12 апреля 1961 г. Пилотом-космонавтом корабля-спутника «Восток» был
гражданин Союза Советских Социалистических Республик майор Юрий Алексеевич Гагарин. Старт состоялся с космодрома Байконур в 9 ч 7 мин по московскому времени. На протяжении всего участка выведения Ю. А. Гагарин поддерживал непрерывную радиотелефонную связь с Центром управления полетом (позывной космонавта «Кедр»), сообщал о срабатывании бортовых систем, изменении перегрузки, разделении ступеней, а после сброса головного обтекателя передал первые результаты наблюдения Земли из космоса. На Землю передавалось телевизионное изображение Ю. А. Гагарина, начиная со старта, в процессе выведения, включая выход на орбиту, после чего космический корабль отделился от последней ступени ракеты-носителя и вышел за пределы связи с наземными приемными пунктами.
Ю. А. Гагарин полностью выполнил программу полета: наблюдал за приборами и оборудованием корабля, поддерживал непрерывную радиотелефонную и телеграфную связь, наблюдал за Землей, звездами, принимал пищу и воду. В течение всего полета космонавт следил за влиянием невесомости на состояние своего организма.
После включения автоматической ориентации на Солнце реле времени выдало команду на подготовку к спуску и включение тормозного двигателя. Облетев Землю по эллиптической орбите, в начале второго витка в 10 ч 55 мин космонавт и корабль «Восток» благополучно приземлились в заданном районе Советского Союза. В память о выдающемся событии на месте приземления — вблизи села Смеловка Терновского района Саратовской области — установлен обелиск.
В Обращении ЦК КПСС, Президиума Верховного Совета СССР и правительства Советского Союза, прозвучавшем на весь мир 12 апреля 1961 г., говорилось: «Нам, советским людям, строящим коммунизм, выпала честь первыми проникнуть в космос. Победы в освоении космоса мы считаем не только достижением нашего народа, но и всего человечества. Мы с радостью ставим их на службу всем народам, во имя прогресса, счастья и блага всех людей на Земле».
В ознаменование первого в мире полета советского человека в космос Указом Президиума Верховного Совета СССР установлен празднуемый ежегодно День космонавтики — 12 апреля. С 1968 г. по решению Международной авиационной федерации (ФАИ) 12 апреля ежегодно отмечается как Всемирный день авиации и космонавтики.
Началась новая эра в истории человечества, эра непосредственного проникновения человека в космос. Экипажи численностью в один, два и три космонавта на восьми советских космических кораблях систем «Восток» и «Восход» вышли в 1961 -1965 гг. на орбиты искусственных спутников Земли.
 Ракета-носитель «Восток» на стартовой позиции |
Имена пилотировавших эти корабли одиннадцати советских героев летчиков-космонавтов, каждый из которых внес новый вклад в освоение ближнего космоса, останутся в истории навечно.
Ю. А. Гагарин — первый человек, освободившийся от власти земного тяготения и совершивший полный облет планеты по космической орбите на высоте до 327 км.
Г. С. Титов — впервые сутки летавший с космической скоростью вокруг Земли на корабле «Вос-ток-2», стартовавшем 6 августа 1961 г. (позывной космонавта «Орел»).
А. Г. Николаев («Сокол») — раньше всех четверо суток бороздил ближний космос на корабле «Восток-3», выведенном на орбиту 11 августа 1962 г. П. Р. Попович («Беркут») — трое суток летал на корабле «Восток-4» в первом групповом полете с А. Г. Николаевым. В полете поддерживалась радиосвязь между космическими кораблями и Землей. На Землю передавались телевизионные изображения космонавтов, впервые транслировавшиеся по телевизионной сети СССР и «Интервидения». Так было положено начало космовидению.
В. Ф. Быковский («Ястреб») — впервые пять суток (14-19 июня 1963 г.) жил и трудился на корабле «Восток-5», в космической бездне.
В. В. Терешкова («Чайка») — первая женщина-космонавт, летавшая трое суток на корабле «Восток-6» (16-19 июня 1963 г.) в групповом полете с В. Ф. Быковским.
В. М. Комаров, К. П. Феоктистов и Б. Б. Егоров («Рубины») — славный экипаж первого трехместного космического корабля «Восход», состоявший из летчика-космонавта и двух ученых-космонавтов (впервые без скафандров), проводивший ценнейшие эксперименты на высотах до 408 км на орбите спутника Земли (12-13 октября 1964 г.).
П. И. Беляев и А. А. Леонов («Алмазы») — экипаж первого двухместного космического корабля «Восход-2», впервые в мире совершивший в течение орбитального полета (высотой до 498 км) бесценный эксперимент по выходу человека из корабля в космос (18-19 марта 1965 г.). Выход в космос был осуществлен А. А. Леоновым через шлюз в скафандре с автономной системой жизнеобеспечения. Космонавт удалился от корабля на расстояние до 5 м. Хотя пребывание вне корабля длилось только 20 мин (вне шлюза 12 мин), было доказано, что человек может находиться и работать вне космического корабля, будучи защищенным лишь эластичным скафандром. Процесс выхода и пребывание А. А. Леонова вне корабля были засняты кинокамерами, установленными снаружи корабля и в шлюзовом отсеке. Посадка «Восхода-2» на Землю была произведена с использованием ручной системы управления.
Осваивая космическую целину, каждый из этих одиннадцати советских космонавтов впервые выполнял новые задания, не имеющие прецедентов. Центр подготовки космонавтов в Звездном городке и конструкторское бюро, возглавлявшееся С. П. Королевым, блестяще справились с возложенной на них сложной и ответственной задачей по обучению космонавтов.
Созданные для космонавтов корабли-спутники «Восток» (масса 4,7 т) и «Восход» (масса до 5,7 т) были отлично освоены их пилотами.
Корабль «Восток» имеет сферический спускаемый аппарат, являющийся одновременно кабиной космонавта, и приборный отсек с бортовой аппаратурой и тормозной двигательной установкой конструкции
А. М. Исаева. Масса корабля с последней ступенью ракеты-носителя 6,17 т, длина 7,35 м, масса без последней ступени 4,73 т, масса спускаемого аппарата 2,4 т, а его диаметр 2,3 м. Космонавт в скафандре размещался в катапультируемом кресле; управление кораблем осуществлялось автоматически, а также вручную. Система жизнеобеспечения была рассчитана на 10 сут; в полете непрерывно поддерживалась радиосвязь с Землей. Для посадки корабля включалась тормозная двигательная установка, снижавшая его скорость до перехода на траекторию спуска, затем спускаемый аппарат отделялся; после торможения спускаемого аппарата в атмосфере космонавт катапультировался из кабины на высоте 7 км и приземлялся на парашюте. Спускаемый аппарат также спускался на парашюте.
По конструкции и оборудованию многоместный корабль «Восход» отличался от кораблей серии «Восток»; он был снабжен системой мягкой посадки, имел резервную тормозную двигательную установку, новое приборное оборудование (дополнительную систему ориентации с ионными датчиками, усовершенствованную телевизионную и радиотехническую и другую аппаратуру). Масса двухместного корабля «Восход-2» 5682 кг, а масса спускаемого аппарата без шлюзовой камеры 3100 кг.
Все полеты кораблей «Восток» и «Восход» происходили по орбитам с наклонением 65°.
Вывод автоматических искусственных спутников, межпланетных аппаратов и пилотируемых кораблей на космические орбиты осуществляется в СССР мощными непрерывно совершенствуемыми ракетами-носителями.
В 1957 г. весь мир узнал об успешных полетах в Советском Союзе первой в мире межконтинентальной ракеты. Использование этой ракеты было мирным, направленным на благо человечества. Именно эта двухступенчатая пятидвигательная ракета стартовой массой 267 т вывела в 1957- 1958 гг. на орбиты поразившие мир первые три искусственных спутника Земли.
Более мощные трехступенчатые ракеты-носители стартовой массой 287 т, высотой 38,4 м и максимальным диаметром по стабилизаторам 10,3 м выводили в ближний космос славное семейство кораблей-спутников «Восток». Эта ракета на кислородно-керосиновом топливе создана в результате установки третьей ступени на межконтинентальной ракете. Она имеет продольное деление первой и второй ступеней и поперечное деление второй и третьей ступеней. Первая ступень состоит из четырех боковых блоков длиной 19,8 м и диаметром до 2,7 м с двигателем РД-107 на каждом из блоков. Вторая ступень — центральный блок ракеты длиной 28,7 м, диаметром до 2,95 м с двигателем РД-108. Длина и диаметр третьей ступени -10 и 2,58 м соответственно. Блок третьей ступени имеет однокамерный ракетный двигатель с четырьмя рулевыми соплами. Шестидвигательные установки этой ракеты развивают суммарную максимальную тягу по ступеням 600 тс и суммарную по ступеням максимальную полезную мощность в полете — 20 млн. л. с.
Определяющим фактором в осуществлении полетов в космическом пространстве является уровень развития ракетных двигателей и конструктивное совершенство ракет. Скорость, приобретаемая ракетой, в первую очередь, определяется энергетическими характеристиками ее двигателя.
Основным показателем совершенства и эффективности ракетного
двигателя является его удельный импульс (экономичность). Удельный импульс в пустоте двигателя РД-107 первой ступени ракеты-носителя «Восток», летающей с 1957 г., почти на 30 единиц больше удельного импульса усовершенствованного американского двигателя Н-1 того же класса тяги и на том же кислородно-керосиновом топливе, с 1966 г. летавшего на первой ступени ракеты «Сатурн-1Б».
Удельный импульс в пустоте двигателя РД-107 составляет 314 с при тяге 102 тс и давлении в камере сгорания 60 кгс/см 2 . Рулевые качающиеся камеры, питаемые от общего турбонасосного агрегата, снижают удельный импульс лишь на 1 с.
В специальном послании конгрессу о важнейших задачах страны от 25 мая 1961 г., в котором достижение Луны космонавтами до 1970 г. было провозглашено как национальная задача США, президент Д. Кеннеди писал: «Мы стали свидетелями того, что начало достижениям в космосе было положено Советским Союзом благодаря имеющимся у него мощным ракетным двигателям. Это обеспечило Советскому Союзу ведущую роль. ».
Двигатель РД-107 — четырехкамерной конструкции с двумя рулевыми камерами, питающимися компонентами топлива от одного турбонасосного агрегата (ТНА). Многокамерность позволяет существенно уменьшить длину двигателя, что приводит к уменьшению массы ракеты. ТНА мощностью 5200 л. с. имеет два основных центробежных насоса для окислителя и горючего и два приводимых через мультипликатор оборотов вспомогательных насоса для питания перекисью водорода газогенератора и жидким азотом системы наддува топливных баков ракеты. Для газификации жидкого азота в ТНА предусмотрен трубчатый теплообменник, обогреваемый отработанным в турбине парогазом. Привод турбины осуществляется продуктами разложения перекиси водорода твердым катализатором в газогенераторе. Отработанный в турбине парогаз выбрасывается через выхлопной патрубок за борт ракеты, создавая дополнительную тягу. Изменение тяги и соотношения компонентов топлива в полете выполняется регуляторами двигателя по командам систем управления полетом и опорожнения баков.
Конструкция двигателя РД-108 второй ступени ракеты «Восток» аналогична описанной. Основные отличия — четыре рулевые камеры, в связи с иной схемой пуска и останова — агрегаты автоматики, а также больший ресурс, так как РД-108 запускается при старте ракеты одновременно с двигателями первой ступени. Тяга РД-108 в пустоте 96 тс, а удельный импульс 316 с. При замене керосина более эффективным синтетическим углеводородом в начале 80-х годов удельный импульс двигателя в пустоте составил 323 с.
Стартовая тяга двигателей ракеты-носителя «Восток» составляла 410 тс, а после подъема в разреженные слои атмосферы достигала 504 тс.
Двигатель третьей ступени тягой 5,5 тс в пустоте обладает удельным импульсом 323 с при давлении в камере сгорания около 50 кгс/см 2 .
С начала космической эры до настоящего времени, т. е. более 30 лет, эти двигатели и их модификации надежно выводят на космические орбиты пилотируемые и грузовые корабли, автоматические аппараты.
Существенно более высокими показателями обладают ракетные двигатели, разработанные в СССР в последующие годы. Высокий удельный импульс двигателей,
установленных на советских ракетах-носителях, позволил реализовать огромные мощности при относительно умеренном расходе топлива. Создание таких двигателей является одним из основных достижений, обеспечивающих успехи Советского Союза в освоении космоса. Сочетание совершенства конструкции двигателей, систем управления и комплекса наземного стартового оборудования позволило создать ракету-носитель больших возможностей и широко ее использовать для освоения космоса. Форсированная ракета-носитель использовалась для вывода в космос кораблей «Восход» и «Союз». Более сложные четырехступенчатые модификации ракеты-носителя типа «Восток» выводили на космические орбиты автоматические аппараты «Луна-4. -14», «Марс-1», «Венера-1. -8», «Зонд-1. -3».
В то время как мощные двигатели, установленные на первых ступенях всех ракет-носителей и на вторых ступенях большинства из них, разработаны ГДЛ — ОКБ, основные двигатели, установленные на автоматических межпланетных аппаратах, космических кораблях и станциях, разработаны А. М. Исаевым в конструкторском бюро, которым он руководил.
На первых космических кораблях «Восток» применялся двигатель однокамерной конструкции с насосной подачей высококипящего самовоспламеняющегося топлива, состоящего из азотнокислотного окислителя и горючего на основе аминов. Двигатель развивал тягу 1614 кгс и удельный импульс 266 с при давлении в камере сгорания около 57 кгс/см 2 .
Этот двигатель — часть тормозной двигательной установки ТДУ-1, служившей для перевода космического корабля с орбиты искусственного спутника Земли на траекторию спуска.
Подача топлива в двигатель при его запуске на орбите в условиях невесомости обеспечивалась установленными в баках эластичными разделителями, отделяющими топливо от газа наддува (азота) в период хранения и пуска.
Автоматические станции серии «Луна», совершившие мягкую посадку на Луну и выходившие на селеноцентрическую орбиту, были снабжены корректирующе-тормозной двигательной установкой КТДУ-1, работавшей на том же топливе, что и ТДУ-1. Однокамерный двигатель с насосной подачей работал в двух режимах: на первом режиме осуществлялось регулирование тяги двигателя от 4100 до 5164 кгс, на втором режиме двигатель работал при выключенной камере и создавал тягу за счет истечения отработанных на турбине газов через систему рулевых сопел — в пределах 20-35 кгс. При тяге 5164 кгс двигатель имел удельный импульс 278 с и давление в камере 71 кгс/см 2 .
Подача топлива в двигатель без газовых включений при многократных запусках обеспечивалась установленными в баках сетчатыми разделителями, использующими свойство поверхностного натяжения жидкости в ячейках мелкой металлической сетки.
Заданное направление полета и ориентация космического аппарата обеспечивались рулевыми соплами. Эти же сопла обеспечивали (при отключенной камере) конечную скорость сближения аппарата с лунной поверхностью.
 Сборка ракеты-носителя «Союз» в МИКе космодрома |
Для обеспечения доставки на Луну луноходов, а на Землю — образцов лунного грунта в ОКБ А. М. Исаева были
созданы корректирующе-тормозной двигатель, агрегаты автоматики двигательной установки и кроме того двигатель для лунной взлетной ступени. Двигательная установка работала на высококипящем самовоспламеняющемся топливе, содержащем несимметричный диметилгидразин. Она состоит из двух автономных блоков (основного и малой тяги). Основной блок — однокамерный двигатель с насосной подачей топлива — работал при регулировании тяги в пределах 750-1920 кгс и мог многократно включаться (до 11 раз). Блок малой тяги — двухкамерный с вытеснительной подачей топлива (азотом) — работал при регулировании тяги в пределах 190-390 кгс. Удельный импульс двигателя основного блока составлял 312 с, а блока малой тяги — 252 с.
Двигатель взлетной ступени станции «Луна» развивал тягу 1920 кгс и имел удельный импульс 313 с при давлении в камере около 95 кгс/см 2 . Он имел насосную подачу того же топлива, на котором работал корректирующе-тормозной двигатель.
При полетах первых межпланетных аппаратов к Венере («Венера-2. -8»), первого запущенного к Марсу аппарата, станций «Зонд-1. -3» и спутников «Молния» использовалась корректирующая двигательная установка с вытеснительной подачей азотнокислотного окислителя и несимметричного диметилгидразина. Установленный на кардане двигатель развивал тягу 200 кгс имел удельный импульс 270 с при давлении в камере сгорания 12 кгс/см 2 .
Для последующих аппаратов этой же организацией были созданы более совершенные корректирующе-тормозные двигатели с насосной подачей топлива, способные надежно работать в условиях многомесячного космического полета.
А. М. Исаев (1908-1971) с 1934 г. работал в авиационной промышленности, был одним из создателей ракетного самолета БИ-1. В 1942 г. он занялся разработкой жидкостных ракетных двигателей, а с 1944 г. возглавил опытно-конструкторское бюро, создавшее целую серию двигателей на высококипящих компонентах топлива для ракетной и космической техники. А. М. Исаев был среди первых творцов ракетных двигателей.
Двигатели для верхних ступеней многих ракет-носителей с 1958 г. разрабатывались в ОКБ С. А. Косберга (1903-1965), с 1954 г. занимавшегося сначала вспомогательными самолетными ЖРД на унитарном топливе (изопропилнитрате), а с 1956 г.- на двухкомпонентном (жидкий кислород с керосином и др.). Однокамерный двигатель тягой 5 тс третьей ступени ракет-носителей, обеспечивших полеты первых автоматических межпланетных аппаратов к Луне и кораблей «Восток», и четырехкамерный двигатель тягой 30 тс третьей ступени ракет-носителей «Восход», «Союз» и многих других созданы ОКБ Косберга.
В освоении космоса выдающаяся роль принадлежит С. П. Королеву —
конструктору первых в мире космических кораблей, межконтинентальных и космических ракет. Эти ракеты разрабатывались им совместно с главными конструкторами двигателей, систем управления, комплекса наземного оборудования и других бортовых и наземных систем.
В результате совместного труда руководимых ими опытно-конструкторских бюро, в содружестве с рядом научно-исследовательских институтов промышленности и Академии наук СССР были разработаны и внедрены в производство многочисленные образцы ракетно-космической техники.
На массивной настольной золотой медали имени К. Э. Циолковского, присуждаемой Академией наук СССР, высечено: «За выдающиеся работы в области межпланетных сообщений». В 1958 г. первая такая медаль была вручена главному конструктору ракет и космических кораблей С. П. Королеву, вторая — главному конструктору ракетных двигателей В. П. Глушко, третья — главному конструктору системы управления Н. А. Пилюгину. В 1961-1971 гг. медали имени К. Э. Циолковского были вручены первым 23 советским космонавтам, в 1972 г.- теоретику космонавтики М. В. Келдышу за выдающийся вклад в научную разработку проблем изучения и освоения космического пространства. В 1977 г. эти медали были присуждены техническому директору программы «Союз»- «Аполлон» с советской стороны К. Д. Бушуеву, а также трем космонавтам, и в 1979-1985 гг. еще 10 космонавтам за успешное выполнение программы полетов на орбитальных станциях.
После работы в МосГИРД, РНИИ, ГДЛ — ОКБ С. П. Королев 9 августа 1946 г. был назначен главным конструктором отдела нового Научно- исследовательского института, занимавшегося проектированием мощных баллистических ракет, начиная с Р-1. Через 10 лет руководимый С. П. Королевым отдел выделился из института в опытно-конструкторское бюро.
Ракетно-космические комплексы, во главе разработки которых стоял С. П. Королев, позволили впервые в мире осуществить запуски искусственных спутников Земли и Солнца, полеты первых одиннадцати советских космонавтов на кораблях-спутниках «Восток» и «Восход», а также полеты первых автоматических аппаратов к Луне, Венере и Марсу и произвести мягкую посадку на поверхность Луны. Под его руководством был разработан проект космического корабля «Союз» и созданы искусственные спутники Земли серий «Электрон» и «Молния-1», многие спутники серии «Космос», первые три межпланетных разведчика серии «Зонд».
Под руководством Н. А. Пилюгина (1908-1982), назначенного главным конструктором в 1946 г., разработаны системы управления первых и ряда последующих ракет-носителей, космических кораблей и межпланетных автоматических аппаратов.
В создание стартовых комплексов многих ракет-носителей большой вклад сделан В. П. Барминым.
Развитие в нашей стране работ по ракетно-космической технике вызвало к жизни около 30 лет тому назад и позже новые коллективы, возглавляемые другими главными конструкторами ракет и космических кораблей, двигателей, систем управления, стартовых комплексов. Это не только увеличило мощность советской научно-технической базы в ракетно-космической области, но и позволило более объективно подойти к разработке нескольких различных направлений в развитии ракетных
систем и критически выбирать пути оптимальных решений проблем. Эти коллективы создали ряд замечательных межконтинентальных ракет, ракет-носителей и космических объектов. Так появились многочисленные спутники серии «Космос», роботы на Луне и спутники Луны «Луна-15. -24», а также межпланетные аппараты «Венера-4. -16», «Вега-1,-2», «Марс-2. -7», маневрирующие автоматические аппараты «Полет», мощный ракетно-космический комплекс «Протон» и многие другие разработки.
Одним из виднейших конструкторов — создателей советской ракетно-космической техники был М.К.Янгель (1911-1971). Выращенный им коллектив совместно с коллективами, руководимыми другими главными конструкторами — двигателей, систем управления и стартовых комплексов, внес неоценимый вклад в дело развития ракетно-космической техники и исследования околоземного космического пространства.
С 1954 г. М. К. Янгель — главный конструктор опытно-конструкторского бюро, разработавшего ряд ракет-носителей и спутников серии «Космос» и «Интеркосмос».
Для развития и совершенствования космической техники важное значение имеют работы В. Н. Челомея (1914-1984), руководившего разработкой ракеты-носителя и ИСЗ «Протон», ИСЗ «Полет» и орбитальных станций «Салют-2, -3, -5».
Г. Н. Бабакин (1914-1971) — видный конструктор и ученый в области космической техники, продолжая разработки, начатые С. П. Королевым, создал ряд автоматических аппаратов для исследования Луны и планет.
К. Д. Бушуев (1914-1978) — крупный конструктор и ученый, соратник С. П. Королева, внес значительный вклад в создание ряда автоматических космических аппаратов для исследования околоземного пространства, Луны, Венеры, Марса и пилотируемых космических кораблей «Восток», «Восход» и «Союз». Был директором международного проекта «Союз» — «Аполлон» с советской стороны.
М. С. Рязанский (1909-1987) — видный ученый, длительное время работал с С. П. Королевым. Под его руководством были разработаны системы радиоуправления ряда ракет-носителей, космических кораблей «Восток», «Восход», «Союз», межпланетных станций «Луна», «Венера», «Марс», а также системы для командно-измерительного комплекса.
Весомый вклад в разработку и реализацию советской космической программы внесен также М. В. Келдышем, Б. Н. Петровым, А. Ю. Ишлинским, Г. И. Петровым, Б. В. Раушенбахом и многими другими учеными, а в осуществление программы медико-биологических космических исследований — В. И. Яздовским, В. В. Париным, Н. М. Сисакяном и другими.
Искусственные спутники Земли серии «Космос» разных типов и назначений регулярно выводятся на различные орбиты с 16 марта 1962 г., число этих спутников уже приближается к 2000.
Обширная программа научных исследований, выполняемая с помощью спутников серии «Космос», предусматривает главным образом изучение внешних слоев атмосферы, околоземного космического пространства, а также
отработку многих элементов конструкции космических аппаратов. Значительное внимание уделено и медико-биологическим исследованиям. Научная программа предусматривает изучение концентрации заряженных частиц, корпускулярных потоков, распространения радиоволн, радиационного пояса Земли, космических лучей, магнитного поля Земли, излучения Солнца, метеорного вещества, облачных систем в атмосфере Земли, воздействия факторов космического пространства. На этих спутниках решаются также технические проблемы, связанные с космическими полетами (стыковка на орбите, вхождение космических аппаратов в атмосферу, ориентация в космосе, жизнеобеспечение, защита от излучений), отрабатываются многие элементы конструкции бортовых систем космических аппаратов.
Для выполнения обширной программы, предусмотренной для этой серии, используется несколько типов двух-, трех- и четырехступенчатых ракет-носителей различной грузоподъемности (от нескольких сотен килограммов до двух десятков тонн), запускаемых с советских космодромов Байконур, Капустин Яр, Плесецк.
Первым представителем этой серии ракет-носителей является двухступенчатая ракета «Космос» длиной 30 м, диаметром 1,65 м, успешно летавшая с 16 марта 1962 г. по 18 июня 1977 г. С 14 октября 1969 г. эта же ракета-носитель выводила на орбиты спутники Земли серии «Интеркосмос». Первая ступень снабжена двигателем РД-214 с тягой 74 тс в пустоте, работающим на азотнокислотном окислителе (раствор окислов азота в азотной кислоте) и углеводородном горючем (переработанные нефтепродукты). Последняя ступень снабжена двигателем РД-119с тягой 11 тс, работающим на жидком кислороде и несимметричном диметилгидразине. Оба двигателя с турбонасосной подачей компонентов топлива. Искусственный спутник Земли размещается на последней ступени под головным обтекателем, сбрасываемым на участке выведения после прохождения плотных слоев атмосферы. В конце участка выведения производится отделение спутника от последней ступени.
Двигатель РД-214 обладает наибольшими тягой и удельным импульсом (в пустоте 264 с) среди двигателей этого класса, работающих на азотнокислотном окислителе и углеводородном горючем. Этот двигатель установлен и летает с 1957 г. на прототипе ракеты «Космос» и относится к ранним разработкам ГДЛ — ОКБ (1952- 1957 гг.).
Двигатель РД-119 второй ступени этой ракеты, разработанный в ГДЛ-ОКБ в 1958-1962 гг., изготовлен в основном из титана, в однокомпонентном газогенераторе используется термически разлагаемое основное горючее. РД-119 обладает наивысшим удельным импульсом (в пустоте 352 с) среди кислородных ракетных двигателей, работающих на высококипящем горючем без дожигания после турбины. Удельный импульс титановой камеры сгорания 358 с, давление в ней 80 кгс/см 2 . Рулевая система двигателя предназначена для управления и ориентации второй ступени ракеты в полете; работает благодаря перераспределению между неподвижными титановыми рулевыми соплами отработанных в турбине газов.
Более 15 лет работал на ракетах-носителях «Космос» двигатель РД-119, а двигатель РД-214 летает почти 30 лет и продолжает нести службу.
Примером дальнейшего развития двигателей может служить двухкамерный двигатель РД-219 тягой 90 тс на самовоспламеняющемся
азотнокислотно-диметилгидразиновом топливе, разработанный ГДЛ-ОКБ в 1958-1961 гг. для второй ступени ракеты-носителя. Две одинаковые камеры этого двигателя питаются одним турбонасосным агрегатом, расположенным между камерами, в районе критических сечений сопел (для уменьшения габарита двигателя). Питание турбины — от газогенератора, работающего на основных компонентах топлива. Использование высокого давления газов в камере сгорания (75 кгс/см 2 ), профилированного сопла со значительной степенью расширения газов и эффективной конструкции форсуночной головки позволило достичь на долгохранимом, высококипящем топливе высокого значения удельного импульса (293 с). Камера сгорания двигателя обладает наибольшей тягой среди двигателей, работающих на азотно-кислотном окислителе.
Двигатель РД-111 с четырьмя качающимися камерами, разработанный ГДЛ-ОКБ в 1959-1962 гг. для первой ступени ракеты, работает на кислородно-керосиновом топливе. Тяга двигателя в пустоте 166 тс, удельный импульс 317 с (у земли 275 с), давление в камере 80 кгс/см 2 . Привод турбонасосного агрегата — от газогенератора, работающего на основных компонентах топлива.
Еще более высокими показателями по тяге, удельному импульсу, давлению в камере сгорания, степени расширения газа в соплах, удельной массе двигателей, чем описанные выше конструкции, обладают ракетные двигатели, разработанные ГДЛ — ОКБ в последующие годы.
Дальнейшее увеличение удельного импульса двигателей требовало роста начального давления в камере, что лимитировалось потерями на привод турбонасосного агрегата. Для разработанных в ГДЛ — ОКБ двигателей с тягой в диапазоне 11 — 177 тс и более эти потери в удельном импульсе составляли лишь 0,8-1,7% при давлении в камере 75-90 кгс/см 2 , но возрастали до неприемлемых величин при больших давлениях.
Решение проблемы было найдено в Советском Союзе в новой схеме ЖРД, в которой отработанный в турбине газогенераторный газ дожигается в основной камере сгорания при смешении с недостающим компонентом топлива. Ясно, что при этом потери на привод турбонасосного агрегата практически отсутствуют. В таких двигателях смешение компонентов топлива при поступлении в камеру происходит по схеме «газ — жидкость», в отличие от обычной «жидкость — жидкость».
Первый экспериментальный двигатель по этой схеме был разработан и испытан в РНИИ в 1958- 1959 гг., последующие двигатели по этой схеме — в опытно-конструкторских бюро. Достижение в камере сгорания давления в несколько сотен атмосфер позволило также создавать двигатели большой тяги с существенно уменьшенными габаритами. Ракеты с такими двигателями летают в Советском Союзе уже более 22 лет.
При разработке этих двигателей были использованы новейшие достижения термодинамики, гидро- и газодинамики, теплопередачи, теории прочности, металлургии высокопрочных и жаростойких материалов, химии, электронной вычислительной техники, измерительной техники, вакуумной, электронной и плазменной технологии. Создание таких двигателей является одним из основных достижений ракетно-космической техники СССР.
Одним из примеров экспериментальных двигателей, созданных по схеме с дожиганием газогенераторного газа в
основной камере, является также двигатель РД-301 на фторно-аммиачном топливе с тягой 10 тс и удельным импульсом 400 с при давлении в камере сгорания 120 кгс/см 2 и температуре 4400 К.
РД-301, разработанный ГДЛ — ОКБ в середине 70-х годов, единственный фторный ЖРД в мире, прошедший полный объем стендовых испытаний, включая официальные.
