Двигатели, на которых летали «Аполлоны», Space Shuttle и «Энергия-Буран», после распада СССР оказались забыты на десятки лет. И, что особенно удивительно, не только в России, но и в США. Сегодня ученые вновь обращаются к технологиям по производству таких двигателей. Так, в Воронеже успешно испытали уникальный двигатель для разгонного блока будущей ракеты «Ангара А5В». Что он из себя представляет и какое значение имеет для отечественной космонавтики?
В чём особенность нового ракетного двигателя
Для «Ангары А5В», которая сможет поднимать на орбиту 38 тонн, создали жидкостный РД-0146Д1. Он имеет две существенные особенности.
1. Отсутствие газогенератора. Именно он обычно запускает турбонасосы для перекачки топлива и окислителя в камеру сгорания. В новом двигателе вместо него используется тепло обогреваемого сопла. Часть топлива идёт по стенкам сопла и переходит из сжиженного состояния в газообразное. Из-за нагревания топлива растёт давление. Оно и запускает турбины.
2. Независимая двухвальная система подачи топлива и окислителя. РД-0146Д1 — единственный в мире двигатель, имеющий такую систему. У всех прочих ЖРД обе турбины вертятся на одном валу. Поэтому лишь один из двух насосов работает с нужной интенсивностью, а у второго турбина вращается не так быстро. В новом двигателе каждая из турбин работает на отдельном валу. За счёт этого достигается оптимальный КПД.
Но главная особенность двигателя в том, что он работает на водороде. Возвращения к этому топливу космонавтика ждёт не один десяток лет. У России есть шансы первой в этом столетии овладеть кислород-водородной технологией.
В январе 2022 года Воронежский центр ракетного двигателестроения защитил эскизный проект ещё одного водородного двигателя для «Ангары А5В» — РД-0150. Его планируют установить на 3-ю ступень ракеты-носителя. Он генераторный, одновальный и, как заверили в НПО «Энергомаш», не связан с двигателями серии РД-0146. Зато унаследовал почти забытые советские наработки — возможности водородного РД-0120, построенного ещё в 1970-е для ракеты «Энергия». В 2015 году в «Роскосмосе» заявляли, что на возобновление его производства нужен миллиард долларов и 8-9 лет.
Между тем, амбициозный российский IT-проект SFERA стремительно приближается к релизу. Подробнее узнайте на сайте проекта. Проект открыт к инвестициям.
Водород — топливо будущего
Почему же водород — это так дорого и долго? Причина — в его физических свойствах. У водорода низкая плотность. А для полетов требуется очень много водорода. Для максимального запаса его приходится замораживать гораздо сильнее, чем другие виды криогенного топлива, и хранить в больших баках. Как следствие, ёмкостям нужна усиленная термоизоляция и особая прочность — водород очень взрывоопасен.
И всё же у него есть несравненные преимущества. Водород очень лёгкий и при этом энергоёмкий — при его сгорании выделяется огромное количество тепла. Поэтому у водородных двигателей рекордный удельный импульс тяги: примерно в 1,5 раза выше, чем у керосиновых. К примеру, сейчас на 3-й ступени «Ангары А5» стоят керосиновые РД-0124 с тягой в 30 тонн-силы. У водородного РД-0150, по расчётам, будет 55.
Утерянные технологии
В США водородные двигатели разрабатывали с 1959 года. Их выпускала компания Rocketdyne. Именно благодаря водороду на 2-й и 3-й ступенях Saturn-5 давала тягу в 90–100 тонн-силы, поднимала на орбиту 140 тонн и доставляла астронавтов на Луну. Водород на две трети заполнял внешний топливный бак Space Shuttle, он нужен был для двигателей челнока RS-25.
Как известно, систему «Энергия-Буран» создали перед самым развалом СССР. Поэтому потеря водородных технологий в России в 90-е никого не удивляет. Но почему же такие двигатели одновременно исчезли и в Соединённых Штатах, где не было таких потрясений?
Позволим себе предположить, что ответ кроется не в особенностях водорода, а исключительно в политике: сложные, но эффективные двигатели строили в азарте гонки вооружений, а когда не стало мощного соперника, исчез и азарт.
А что вы думаете об этом?
Читайте также:
Материал создан при поддержке проекта SFERA
#наука и техника #ракеты #космос #производство #промышленность #технологии #россия