Во вступительной части этой статьи внимание читателей было обращено на ступеньки на диаграмме изменения силы тяги ракетных двигателей F-1 во время их запуска.
Было отмечено, что: «В принципе, в этом нет ничего удивительного. Подобные ступеньки есть на диаграммах тяги многих жидкостных ракетных двигателей».
Однако американские источники информации, освещающие причину появления вторых ступеней тяги, приводят в изумление.
При очень беглом взгляде на первую и вторую ступени тяги на вышеприведённой диаграмме у меня сначала возникла мысль, что они были нужны для смягчения запуска самых мощных в мире однокамерных ЖРД (ступенчатый запуск, рис. 87).
Однако эта версия была тут же отброшена, так как при запуске центрального двигателя №5 вторая ступень тяги почему-то отсутствует.
Центральный двигатель обошёлся без неё.
На самом деле плавность запуска двигателей F-1 обеспечивалась с помощью только первой ступени тяги и постепенной самораскрутки турбонасосного агрегата с последующим плавным нарастанием расхода компонентов ракетного топлива через камеру сгорания.
Тогда зачем потребовались вторые ступени тяги при запуске периферийных двигателей первой ступени ракеты-носителя «Сатурн-5»?
Может, они были нужны специально для запуска двигателей по схеме 1-2-2 (сперва запускался центральный двигатель, затем два диаметрально противоположных и в завершение оставшиеся два также диаметрально противоположных двигателя)?
Пожалуй, так могли делать, для того чтобы исключить возникновение критически большого момента сил, способного накренить ракету перед стартом.
Взяли американцы да и сделали выдержку на ещё безопасном уровне тяги для уменьшения разнотяга диаметрально противоположных двигателей при дальнейшем выводе их на номинальный режим.
Похожие мысли относительно второй ступени тяги при запуске двигательной установки первой ступени ракеты-носителя «Сатурн-5» возникли не только у меня.
Кто есть кто в космонавтике и лунной афере:
"По "схеме 1-2-2" также обеспечена возможность НЕ ЗАВАЛИТЬ РН до отрыва от пускового стола."
Алексей Душичев:
"Они могли по всякому бороться с гидроударами и провалами давления в питающих магистралях. Равно как и размазывать нагрузки на конструкцию при запуске".
Однако придётся отложить в сторону и эту мысль, ибо при запусках двигателей F-1 в миссиях «Аполлон-4» и «Аполлон-6» эти вторые ступени отсутствовали напрочь.
А при запуске миссии «Аполлон-15» случился такой разнотяг диаметрально противоположных двигателей №1 и №3, что...
ничего страшного с ракетой-носителем «Сатурн-5» на старте не произошло.
Выходит, что эти вторые ступеньки были не нужны ни для плавного запуска двигателей F-1, ни для спасения американских «лунных» ракет от заваливания до «отрыва от пускового стола».
Поэтому, наверно, придётся согласиться с Робертом «Бобом» Биггсом, сказавшим, что вторые ступеньки тяги появлялись из-за того, что рубашки охлаждения и коллекторы горючего двигателей F-1 заполнялись перед их запуском антифризом.
Версия специалиста фирмы «Рокетдайн»
Вот что можно узнать из доклада американского двигателиста Роберта «Боба» Биггса.
«Примерно на 80-ти процентах тяга на некоторое время уменьшилась, а затем продолжила увеличиваться с другой скоростью (т. е. темпом роста). Причина была в том, что камера сгорания была заполнена этиленгликолем, поэтому первоначальным топливом, сжигаемым в течение этого переходного периода запуска двигателя, была смесь этиленгликоля и воды. Это не обеспечивало такого же высокого давления в камере, как при использовании в полной мере горючего RP-1, поэтому, когда она закончилась, давление в камере продолжило своё повышение и достигло 100-процентного значения. (см. слайд 10, Приложение C)»
Данный доклад сопровождался иллюстрациями. Среди них есть картинка, на которой упрощенная диаграмма тяги совмещена с упрощенной циклограммой запуска двигателя F-1.
По этой картинке вроде всё логично.
Первая ступень тяги реализуется в режиме воспламенения топлива.
Рост тяги во время зажигания останавливается на уровне не выше десяти процентов от номинальной величины.
Горючее на этой стадии поступает в камеру сгорания двигателя только через открытый клапан зажигания: «Igniter Fuel Valve Opens».
Прекращается этот этап запуска с началом открытия главных клапанов горючего: «Fuel Valves Open».
Почти сразу, согласно данным из Руководства по эксплуатации двигателя F-1, начинается выход на режим максимальной тяги (главная ступень).
Также в это время горючее начинает вытеснять смесь этиленгликоля с водой из рубашки охлаждения двигателя.
В момент полного открытия главных клапанов горючего и возникает вторая ступень тяги.
Вполне возможно, что за время открытия главных клапанов горючего керосин не успевал полностью вытеснить этиленгликоль из рубашки охлаждения. А так как смесь этиленгликоля с водой обладает меньшей теплотой сгорания, чем керосин, то в процессе догорания её остатков и появлялась вторая ступень тяги.
Вроде бы Роберт «Боб» Биггс дал нормальное объяснение причины появления второй ступеньки во время запуска двигателя F-1.
Однако есть всё то же «но», упомянутое раньше.
Почему отсутствует вторая ступень тяги при запуске центрального двигателя №5?
Почему совсем отсутствуют эти вторые ступени при запусках всех двигателей F-1 в миссиях «Аполлон-4» и «Аполлон-6»?
Разве в те двигатели не была залита смесь этиленгликоля с водой?
Согласно Руководству по эксплуатации, она обязательно должна быть в каждом двигателе F-1.
А может, не стоит торопиться с принятием на веру высказываний двигателиста фирмы «Рокетдайн»?
Ведь кроме него есть иное сказание о совсем другой причине появления вторых ступеней тяги при запуске периферийных двигателей F-1.
Объяснение от НАСА
Вот что американцы вещали в прямом эфире по поводу появления этих ступеней во время старта «Аполлон-11».
"Подвесные двигатели имеют сбои в работе из-за попадания гелия из системы подавления POGO, установленной в каждом из них.
В центральном двигателе этого нет.
На центральном двигателе она не установлена."
В этом объяснении нет указания на то, что речь идёт именно о второй «ступеньке», поэтому приведу другую уточняющую выдержку на этот счёт уже из отчёта НАСА об оценке полёта ракеты-носителя «Сатурн-5» миссии «Аполлон-11.
На рисунке 5-2 изображено нарастание тяги каждого двигателя, что свидетельствует об успешном запуске по схеме 1-2-2. Изменение характера нарастания тяги на подвесных (периферийных) двигателях вблизи отметки 5 250 000 Ньютонов (1 180 000 фунтов силы) вызвано попаданием гелия из предварительных клапанов жидкого кислорода во время запуска. На центральном двигателе такого изменения нет, поскольку на нём не применяется система подавления POGO с гелиевым аккумулятором.
Совсем немного информации о системе подавления колебаний POGO.
И так сказано почти во всех отчётах об оценке полётов ракет-носителей «Сатурн-5».
Как видите, в этом объяснении от НАСА нет ни единого слова об этиленгликоле, залитом в рубашки охлаждения двигателей F-1. Хотя об этом веществе есть упоминание не где-нибудь, а в руководстве по эксплуатации чудо-двигателя.
Итак, сведения о причине появления второй ступени тяги во время запуска двигателей F-1 в авторитетных американских источниках не совпадают.
То ли это антифриз (смесь этиленгликоля с водой) в камерах сгорания догорает, то ли это гелий из демпфирующих полостей системы подавления колебаний POGO пробулькивает в трубопроводы окислителя.
Обе американские трактовки событий при запуске легендарных двигателей похожи только тем, что объясняют возникновение рассмотренного явления каким-то побочным эффектом.
И всё.
Относительно же сути причин возникновения вторых ступеней тяги во время запуска периферийных двигателей F-1 американские «свидетели» свято почитаемого «Аполлона» путаются в показаниях.