Продолжаем разбираться...
По официальным данным первый полёт на Луну - "Аполлон-11", прошёл с 16 по 24 июля 1969 года. Ракета-носитель "Сатурн V" стартовала 16 июля, а 20 июля 1969 года астронавты Нил Армстронг и Эдвин "Базз" Олдрин высадились на поверхность Луны.
По теме:
Собака Лайка - первое живое существо, которое полетело в космос. Как это произошло? Об этом в нашей статье:
В 1964 году стартовала советская космическая программа "Зонд". В ходе программы, к Луне было запущено четыре автоматических станции с черепахами. За время эксперимента черепахи слетавшие к Луне потеряли 10% веса, а органы пришли в негодность! Подробнее:
Наблюдение за обезьянами в космосе на низкой околоземной орбите: Космическая программа Бион. Подробнее...
Общие характеристики ракеты-носителя "Сатурн V"
Высота 110,6 м, диаметр 10,1 м, масса при старте около 2,8 млн. кг.
Полезная нагрузка на низкую околоземную орбиту (НОО): 140 тонн.
Полезная нагрузка на траекторию полёта к Луне: 47 тонн.
Состояла из трёх основных ступеней:
Первая ступень - 5 двигателей F-1, с задачей поднять ракету на высоту около 68 км и скорость около 2,76 км/с.
Вторая ступень - 5 двигателей J-2, с задачей поднять ракету на высоту около 185 км и скорость около 6,95 км/с.
Третья ступень - 1 двигатель J-2, который завершит выход на низкую околоземную орбиту и обеспечит отправку к Луне.
Когда мы начинаем сомневаться в высадке американцев на Луну, первое, что приходит на ум, – проверить, существовали ли тогда технологии, которые позволяли это осуществить.
Конечно, каждый хотя бы раз слышал версию о том, что у американцев просто не было двигателя, способного доставить астронавтов на Луну и вернуть их обратно. Более того, есть основания полагать, что с тех пор человечество так и не потоптало лунную поверхность. Выходит, до сих пор нет такого двигателя?
Первая ступень "Сатурн V" состояла из пяти однокамерных керосин-кислородных ракетных двигателей F-1. Поэтому загуглим, какая на сегодняшний день самая мощная камера для керосин-кислородных двигателей?
И гугл бодро отвечает:
"Самая мощная камера на сегодняшний день используется в двигателе Раптор от SpaceX".
Правда, он работает на метане и жидком кислороде (LOX), а не на керосине, однако, не будем придираться к гуглу. Значит - Аллилуйя! Двигатель есть, может мы отстали и пропустили момент высадки космонавтов на Луну в 2024 году?
Радостно задаем гуглу следующий вопрос: А сколько же раз Raptor от SpaceX выводил на околоземную орбиту ракету?
И тут наш гугл забулькал, захрюкал и стыдливо отвел окуляры:
"На июль 2024 года, двигатель Raptor от SpaceX еще не использовался для вывода ракеты на околоземную орбиту. Двигатели Raptor проходят интенсивные испытания и используются в прототипах Starship во время тестовых полетов, но полноценные орбитальные запуски еще не состоялись".
И получается, что на данный момент самой мощной камерой сгорания для керосин-кислородных ракетных двигателей является камера, установленная в двигателе РД-170 и его модификациях, таких как РД-171 и РД-180.
Так что же это за двигатели, давайте разбираться... Начнем с самого последнего - РД-180.
Основные характеристики РД-180:
- Тяга в вакууме: 4152 кН (килоньютонов). Для конвертации тяги из килоньютонов в тонны можно использовать следующую формулу: 1 кН ≈ 0.10197 тонн. (4152 кН × 0,10197 = примерно 423 тонн)
- Тяга на уровне моря: 3830 кН (килоньютонов) × 0,10197 = примерно 390 тонн
- Удельный импульс на уровне моря: 311 секунд
- Удельный импульс в вакууме: 338 секунд
- Время работы: 270 c
- Давление в камере сгорания: 261,7 кгс/см² / 25 МПа / 253,3 атм
две камеры сгорания
- Степень расширения: 36,87:1
- Тяговооружённость: 77,3
- Массогабаритные характеристики: Полная масса 5950 кг. Сухая масса 5480 кг. Высота 3600 мм. Диаметр 3200 мм
- Расход топлива: около 1140 кг/с или 1,14 тонн в секунду (включая как керосин, так и жидкий кислород).
РД-180 состоит тз двух камер сгорания, является мощным и надежным двигателем, который применяется в современных ракетах для выведения полезных нагрузок на орбиту.
Двигатель РД-180 используется в первой ступени ракеты Atlas V, которая выпускается компанией United Launch Alliance (ULA). Способность ракеты Atlas V выводить полезную нагрузку на орбиту зависит от её конфигурации. Atlas V существует в нескольких вариантах, различающихся числом твердотопливных ускорителей и другими характеристиками.
Примеры полезной нагрузки, которую может вывести на орбиту ракета Atlas V в различных конфигурациях:
- Atlas V 401 (без твердотопливных ускорителей): Низкая околоземная орбита (LEO): до 9 800 кг
Геопереходная орбита (GTO): до 4 750 кг - Atlas V 551 (с пятью твердотопливными ускорителями): Низкая околоземная орбита (LEO): до 18 850 кг
Геопереходная орбита (GTO): до 8 900 кг - Atlas V 431 (с тремя твердотопливными ускорителями): Низкая околоземная орбита (LEO): до 15 200 кг
Геопереходная орбита (GTO): до 6 810 кг
Продолжаем разбираться. А что же с двигателем Раптор от SpaceX?
Основные характеристики Raptor от SpaceX:
Двигатель Raptor от SpaceX представляет собой современный метановый двигатель, который используется в ракете Starship. Заявлено, что он обладает выдающимися характеристиками. Вот основные данные о двигателе Raptor:
- Тяга на уровне моря: 2200 кН (× 0,10197 = примерно 225 тонн)
- Тяга в вакууме: 2500 кН (примерно 255 тонн)
- Удельный импульс (в вакууме): около 380 секунд
- Удельный импульс (на уровне моря): около 330 секунд
- Размеры: Высота 3100 м, Диаметр 1300 м.
- Топливо: жидкий метан (CH4), окислитель: жидкий кислород (LOX).
- Расход топлива: около 1000 кг/с (оценка).
- Давление в камере сгорания: 350 кгс/см² / 35 МПа / 345,42 атм
Что касается полезной нагрузки, которую ракета Starship, оснащенная двигателями Raptor, может вывести на орбиту:
- Низкая околоземная орбита (LEO): До 100 000 кг (в полностью многоразовой конфигурации)
До 150 000 кг (в одноразовой конфигурации)
Для ракеты Starship, оснащенной двигателями Raptor, точные данные о полезной нагрузке на геопереходную орбиту (GTO) могут варьироваться в зависимости от конфигурации миссии и других факторов. Однако ориентировочные данные таковы:
2. Геопереходная орбита (GTO): До 21 000–25 000 кг (в полностью многоразовой конфигурации)
До 45 000–50 000 кг (в одноразовой конфигурации)
Эти цифры демонстрируют значительные заявленные возможности ракеты Starship для вывода полезной нагрузки на геопереходную орбиту, что делает её одним из самых мощных и многообещающих решений в современной космонавтике.
Однако, на момент июля 2024 года, двигатель Raptor от SpaceX еще не использовался для вывода ракеты на околоземную орбиту. Двигатели Raptor проходят интенсивные испытания и используются в прототипах Starship во время тестовых полетов, но полноценные орбитальные запуски еще не состоялись. Ожидается, что в ближайшие годы произойдут первые орбитальные запуски этой системы.
Таким образом для ракетных двигателей на керосине и жидком кислороде, наиболее мощным и активно используемым на данный момент является двигатель РД-180.
Двигатель Raptor от SpaceX, использующий метан и жидкий кислород, является одним из наиболее перспективных двигателей и находится в стадии активных испытаний и тестовых полетов. Ожидается, что Raptor будет использоваться для вывода на орбиту ракет Starship в ближайшие годы.
А теперь перейдем к мифам Древней Греции, ой, тьфу ты, США...
По данным Википедии, самая мощная камера сгорания для ракетных двигателей на сегодняшний день принадлежит двигателю F-1, использовавшемуся в ракете Saturn V, разработанной NASA для программы Apollo.
Основные характеристики двигателя F-1:
- Тяга (на уровне моря): 6770 кН (× 0,10197 = примерно 690 тонн)
- Тяга (в вакууме): 7740 кН (790 тонн)
- Удельный импульс (на уровне моря): 263 секунд
- Удельный импульс (в вакууме): 304 секунд
- Время работы 165 с
- Давление в камере сгорания 71,38 кгс/см² / 7 МПа / 69,1 атм
- Степень расширения 16
- Отношение окислитель/топливо 2,27
- Топливо: RP-1 (очищенный керосин)
- Окислитель: Жидкий кислород (LOX)
- Расход топлива: примерно 2,500 кг/с.
Согласно общемировому мифу: F-1 был и остается самым мощным однокамерным жидкостным ракетным двигателем, когда-либо созданным и успешно использованным.
Полезная нагрузка
Ракета Saturn V с пятью двигателями F-1 на первой ступени могла выводить на орбиту:
- Низкая околоземная орбита (LEO): около 140 000 кг
- Транслунная орбита: около 48 600 кг (для миссий Apollo)
Википедия: "Эти двигатели сыграли ключевую роль в успехе программы Apollo, позволив доставить астронавтов на Луну и вернуть их обратно.
В настоящее время на стадии испытаний и предстоящих запусков находится двигатель Raptor от SpaceX. Хотя он не использует керосин, а работает на метане и жидком кислороде, он также представляет собой важное достижение в области ракетных технологий. Однако, в контексте двигателей, работающих на керосине и кислороде, F-1 остается самым мощным двигателем, эксплуатировавшимся на практике".
Двигатель РД-170 до сих пор является одним из самых мощных жидкостных ракетных двигателей, работающих на керосине и жидком кислороде. Этот двигатель используется в первой ступени ракеты-носителя "Энергия" и "Зенит".
Основные характеристики РД-170:
Тяга на уровне моря: по моим данным 7904 кН или 7904 кН × 0,10197= примерно 806 тонн. По данным Википедии 7257 кН (740 тонн)
Тяга в вакууме: по моим данным 8307 кН (846 тонн). По данным Википедии 7906 кН (806 тонн)
- Удельный импульс на уровне моря: 309 секунд
- Удельный импульс в вакууме: 337 секунд
4 камеры сгорания, 4 сопла
- Два газогенератора, работающие на одну турбину
- Энергомассовое совершенство/ тяговооружённость (отношение тяга/вес): 82
- Массогабаритные характеристики: Полная масса 9750 кг. Ширина 3600 мм. Высота 4000 мм. Диаметр 3600 мм
- Время работы 150 с
- Давление в камере сгорания 250 кгс/см2 / 24.5 МПа / 241,8 атм
- Степень расширения 36,87
- Отношение окислитель/топливо 2,6
Тепловая нагрузка и охлаждение
РД-170 сжигает значительное количество топлива. Точный расход топлива можно оценить по соотношению удельного импульса и тяги. Примерный расход топлива РД-170 составляет около 2,500 кг/с или 2.5 тонн в секунду (в зависимости от точного режима работы).
Охлаждение камеры сгорания
Двигатели РД-170 и РД-180 используют регенеративное охлаждение, при котором топливо (керосин) проходит через рубашку охлаждения вокруг камеры сгорания, эффективно отводя тепло.
Эта система охлаждения разработана для эффективного управления тепловыми нагрузками, возникающими при сжигании топлива с высоким расходом. Современные материалы и конструкции камеры сгорания позволяют выдерживать экстремальные тепловые нагрузки, возникающие при сжигании топлива с высоким расходом.
Далее попробуем проанализировать пригодность двигателей F-1, Raptor, РД-170 и РД-180 для полетов на Луну.
Мы собрали все материалы, касающиеся «Лунной аферы», в отдельную подборку: