Приветствую вас, мои космические друзья. Продолжаем рассматривать статью которая была опубликована в сборнике под названием: REMEMBERING THE GIANTS APOLLO ROCKET PROPULSION DEVELOPMENT - "ВСПОМИНАЯ ГИГАНТОВ: РАЗВИТИЕ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРОГРАММЫ АПОЛЛОН". Автор - Роберт «Боб» Биггс.
Первая часть тут:
Во время разработки двигателя F-1 возникало несколько проблем. Я думаю, что многие из тех, кто ничего не знает о конструкции двигателя F-1, слышали, что у него была проблема с нестабильностью горения. За пару лет до первого испытания считалось, что если просто сделать двигатель намного больше, его работа будет нестабильной. Она и должна была быть нестабильной. Мы провели несколько тестов на устройстве под названием «Кинг-Конг», которое представляло собой стальную камеру со сплошными стенками. Испытания проводились в течение очень короткого времени.
Этот этап испытаний заключался в запуске двигателя, включения основной ступени на полсекунды, а затем в его остановке, прежде чем у него закончится топливо. Первые несколько тестов выявили некоторую нестабильность, причину которой мы до конца так и не поняли, потому что во время демонстрационных испытаний все было нормально. Так как нестабильность во время запуска двигателя в последствии не возникала, мы продолжили реализацию плана.
В первый год испытаний — из-за ряда проблем — мы не могли проводить испытания на номинальной тяге. Это не редкость. На самом деле чаще происходит именно так: первый двигатель новой конструкции по какой-то причине не способен достичь своей номинальной тяги. Максимальная тяга, которую мог достичь первый двигатель F-1, составляла 1 миллион фунтов (454 тонн-силы); поэтому в первый год испытания ограничивались этим значением. В течение первого года у нас иногда происходили вспышки нестабильного горения, но всего семь раз. Это составляет примерно 10 процентов. Испытания, которые мы проводили, не смогли бы предсказать случайную нестабильность с какой-либо вероятностью; они могли только определить - работал ли данный двигатель нестабильно. И хотя это была низкая вероятность, она была значительной, чтобы двигатель можно было бы использовать. Нестабильность горения фиксировалась акселерометрами на камере тяги; затем двигатель выключался устройством, которое называлось "система отключения при грубом горении". Это было досадно потому, что такое испытание было неудачным. Серьезного ущерба для инфраструктуры это не причиняло, потому мы могли вновь провести новое испытание.
Во второй год испытаний, мы впервые смогли провести испытания на номинальной тяге. Уровень тяги достиг 1,5 миллиона фунтов (680 тонн-силы), и испытания продолжились. Затем, во время одного из испытаний, произошла спонтанная нестабильность в работе двигателя, которая была настолько сильной, что двигатель разрушился. Первоначальный удар был настолько сильным, что обе топливные линии оторвались от двигателя, поэтому двигатель работал на жидком кислороде без топлива. Двигатель сгорел. Это была полная потеря двигателя.
У нас было одиннадцать таких эпизодов. Все они нанесли ущерб. Во время трех инцидентов удар снес воздуховоды и полностью уничтожил двигатель. В других случаях также был нанесен значительный ущерб. Как только произошел первый инцидент уничтоживший двигатель, проблема нестабильности привлекла больше внимания. Была создана программа «Project Go», возглавляемый Джерри Томпсоном из Космического центра Маршалла и Полом Кастенхольцем из Rocketdyne, а также Бобом Левином, Дэном Клютом и Бобом Фонтейном. Они внесли изменения в конструкцию инжектора. Инжектор имел перегородки, выступающие вниз, разделяя его на тринадцать сегментов. У нас было пятнадцать различных вариантов перегородок, которые были протестированы. Также было испытано четырнадцать различных конфигураций форсунок. И в конце концов нестабильность горения исчезла. У нас больше никогда не возникало спонтанной нестабильности.
Однако мы сталкивались с вынужденными нестабильностями, поэтому, чтобы доказать стабильность инжектора, нам пришлось вставить в него бомбу*, взорвать ее и затем погасить двигатель за сорок пять миллисекунд.
*Небольшой заряд для создания импульса давления в камере сгорания с целью проверки стабильности горения
Хотя инжектор не стал работать нестабильно, нам всё равно было важно убедиться, в этом. На третьем году работы мы провели девять испытаний, когда мы использовали заряды, чтобы доказать стабильность горения. По итогам тестирования была принята именно такая конфигурация.
Затем двигатель прошел полное квалификационное тестирование и множество испытаний в ходе которых больше никогда не возникало нестабильности в работе двигателя. Эта проблема была решена задолго до первого полета.
У нас была ещё одна интересная проблема, которая имела катастрофические последствия. В насосе жидкого кислорода было шесть лопастей. Лопатки были слабыми. Я не хочу сказать, что их конструкция была недостаточно продумана, но для этого двигателя они были слабыми. У нас было четыре случая разрушения лопаток. Четыре двигателя были уничтожены из-за отказа лопаток насоса жидкого кислорода. Это произошло на 110, 110,5 110,7 секундах и один случай на 109 секунде. Статистически это выглядело крайне значимо. Происходило что-то, что зависело от времени, и на 110 секунде работы у нас возникала проблема. Мы дважды провели тщательное расследование, и пришли к выводу, что это было просто совпадением. Мы внесли некоторые изменения, чтобы устранить износ и повреждения лопастей насоса от коррозии. Мы установили лимит в 3 500 секунд для испытаний двигателя на земле. Все полётные двигатели никогда не превышали времени испытаний выше 800 секунд. Исходя из этого, мы пришли к выводу, что можно установить лимит работы двигателя в 3 500 секунд и всё будет нормально.
Одним из важных этапов в программе F-1 был переход от первого теста к первому тесту с полной длительностью работы и номинальной тягой. Проведение тестов на номинальной тяге и с полной длительностью работы заняло год, и я думаю, что это было сделано лучше, чем во многих других программах, включая некоторые недавние. Первый полет состоялся в ноябре 1967 года. Я находился в Зале №2 у окна. Я считал это вершиной своей карьеры. Я никогда не испытывал такого чувства гордости, просто наблюдая, как эта ракета стартует в космос. Это был необыкновенный опыт.
В течение всей программы мы набрали более 280 000 секунд суммарного времени работы. Было совершено двенадцать полетов по программе "Аполлон", в которых использовались двигатели F-1, затем была запущена станция "Скайлэб". Это в сумме составило тринадцать полетов или шестьдесят пять двигателей F-1. Для этих полетов все шестьдесят пять двигателей были на 100 процентов надежными. В дополнение к этому, у нас была официальная программа демонстрации надежности, в рамках которой мы заранее объявляли о запуске двигателя на наземном стенде, и затем провели 336 эквивалентных тестов без сбоев. Двигатель был весьма успешен.
Иногда меня спрашивали: «Каково это было — работать над такой программой?» Ну, это было замечательно. Это было самое важное событие в стране, и мы были в самом его центре. Об этом можно сказать много. Я хочу поделиться еще одним аспектом. В то время, когда мы занимались разработкой баллистических ракет в 1956 году, в компании Rocketdyne работало 5 000 человек. В пиковый период производства этих ракет численность сотрудников достигала 14 000. Когда Кеннеди произнес речь «Человек на Луне», численность сотрудников составляла 11 000. Потом она быстро выросла до 20 000 к 1965 году. Во время первого беспилотного полета "Сатурн-5", на раннем этапе программы, численность сократилась до 14 500. Когда состоялась первая высадка на Луну, нас осталось 9 000, а когда состоялась последняя высадка на Луну — 2 500; за несколько лет было уволено 17 500 человек. Общая численность рабочей силы на проекте «Аполлон» достигла примерно 400 000, и я предполагаю, что вся программа сократилась примерно на столько же.
Ответы на вопросы:
ВОПРОС: В период с 1961 по 1965 год, когда вы работали с топливом RP, каково было состояние технологий жидкого водорода?
БИГГС: Проект двигателя J-2 развивал водородные технологии
ВОПРОС: В 1963 году план был изменён, чтобы проводить испытания двигателей «в сборе» или испытания ступеней «в сборе». Повлияло ли это на программу F-1? Известны ли вам какие-либо изменения в программе квалификации/сертификации?
БИГГС: Ну, могу сказать, что требование проводить испытания «в сборе» вероятно спасло нас от катастрофы во время полёта из-за проблемы, выявленной во время теста. При приёмочных испытаниях ступени S-IC-11 произошла большая утечка топлива из-за неправильной установки гидравлической линии. Гидравлическая жидкость подавалась от двигателя к гидравлическим актуаторам через линию, установленную на двигателе компанией Boeing. В то время линия была уже установлена, и предполагалось, что она соответствует условиям полёта. Однако механик установил линию поверх крышки. Это вызвало утечку топлива во время теста, и пожар. Это привело и к другим проблемам во время проведения теста, что в итоге привело к списанию двух двигателей. В полёте это могло бы обернуться катастрофой. Не могу сказать, насколько серьёзной была бы ситуация, потому что на тесте были и другие проблемы, но, безусловно, это была ситуация, которую мог выявить только тест «в сборе».
ВОПРОС: Я Пит Родригес из Космического центра Маршалла, и мы проводим оценку того, какие испытательные стенды и возможности нам необходимо иметь в наличии. Какой ущерб был нанесен испытательным стендам во время сбоев и сколько времени заняло восстановление и возвращение их в рабочее состояние?
БИГГС: Испытательные стенды для двигателей, в целом, довольно прочные. Стенд может быть поврежден пожаром, но я думаю, что в большинстве случаев повреждалась в основном проводка и подобные системы. В некоторых случаях повреждения могут быть значительными. Но при нестабильности работы двигателя F-1 худшее, что происходило, это был отрыв линий подачи топлива. Это было довольно серьезно, но в основном ущерб причинялся самим двигателям.
Ну а на сегодня всё. Спасибо за внимание!
Если эта тема будет для вас интересной, то можно будет продолжить освещение и других ракетных двигателей, которые использовались в программе "Аполлон".