Ракетный двигатель rs 25 – Реактивный двигатель RS-25, предназначенный для системы запуска следующего поколения SLS, успешно проходит первый тест

Содержание

Вторая жизнь двигательных установок RS-25 космического челнока Space Shuttle

Жидкостный ракетный двигатель компании Рокетдайн, США. Применялся на планере космической транспортной системы «Спейс шаттл», на каждом из которых было установлено три таких двигателя. Возможно более распространённое название двигателя SSME (Space Shuttle main engine — главный двигатель космического челнока) используется именно из-за его текущего применения. Основными компонентами топлива двигателя являются жидкие кислород и водород. RS-25 использует схему закрытого цикла с дожиганием топливного генераторного газа. Спейс шаттлы прекратили полеты почти ровно семь лет назад, но их двигателям SSME (RS-25) оказалась уготована более долгая жизнь.

Испытания двигателя на базе SSME, фото NASA

Воспользуйтесь нашими услугами

Сейчас они активно испытываются под разными названиями для двух проектов, причем в одном случае они модифицируются под однократное использование, а в другом, наоборот, проверяют, что двигатели сохранили возможность отправиться в космос снова с минимальными задержками.

Перезапуск производства для SLS

От шаттлов осталось шестнадцать двигателей SSME. Этого хватит на четыре полета сверхтяжелой ракеты SLS (на второй ступени стоят четыре двигателя), но для последующих пусков потребуются новые. Поэтому еще в 2015 году Aerojet Rocketdyne получила контракт на возобновление производства. Параллельно тогда же начались проверки адаптированных под новую ракету двигателей со склада. А с конца 2017 года приступили к испытаниям модификаций для новых двигателей.

Главным отличием новых RS-25 будет увеличенная тяга. В конце эксплуатации шаттлов двигатели работали на 104,5% исходной тяги. Для адаптированных двигателей со склада ее уже увеличили до 109%, и если в 2017 году планировали добавить 2 процента, то уже в феврале этого года тестовый двигатель «разогнали» до 113% исходной тяги. Кроме этого, на RS-25 поэтапно внедряются новые детали.

На этапе 1А на двигатель установили новый демпфер пого-колебаний, произведенный методом селективного лазерного спекания на 3D-принтере. Печатать деталь сложной формы будет дешевле, чем изготавливать использовавшимися ранее методами.

Этап 1B, как ожидается, начнется 4 августа, и на нем проверят 9 новых деталей, среди которых новая камера сгорания, изготовленная методом горячего изостатического прессования, и более дешевая теплоизоляция насоса топлива высокого давления.

Новая изоляция — серебряное покрытие слева. Фото NASA

Главным изменением этапа 2 будут простые гофрированные трубопроводы вместо сложных гибких соединений. В отличие от шаттла, двигатели SLS будут меньше поворачиваться в полете, что позволяет упростить конструкцию.

А на этапе 3 сопло, которое раньше изготавливалось из 37 деталей, заменят на новое, собирающееся из всего четырех.

Изготовление нового сопла, фото NASA

В итоге кроме увеличения тяги двигатель должен заметно подешеветь, потому что новые компоненты, как ожидается, будут стоить на 20-60% меньше.

Экономия на новых деталях, иллюстрация NASA

По условиям заключенного контракта шесть новых двигателей должны быть переданы NASA в июле 2024 года.

Подтверждение многоразовости для XSP

Экспериментальный космоплан XSP (или еще недавно XS-1) — это проект DARPA по созданию ракеты-носителя с крылатой многоразовой первой ступенью.

В качестве двигателя крылатой ступени выбрали один SSME. Под названием AR-22 двигатель, в отличие от первого проекта, использует уже хранящиеся на складе детали и дефорсирован с 104,5% до исходных 100% тяги, которая была в 70-х. Зато здесь двигатель успешно показал пригодность к повторному пуску через сутки — в начале июля завершилась серия испытаний с 10 пусками двигателя за 10 дней. Именно быстрота повторного использования является одной из «киллер-фич» проекта.

Конечно же, такая скорость межполетной подготовки породила новые проблемы, например, пришлось искать способы быстро просушить двигатель. Но с ними справились, и среднее время межполетной подготовки составило 18,5 часов, а лучшее — 17 часов.

Заключение

Использование удачных конструкций прошлых проектов — логичная вещь, но сейчас, с модой на многоразовость, забавно смотреть, как из многоразового двигателя шаттла делают одноразовый для SLS. И если задуматься, тут скрыта любопытная история. Те компоненты шаттла, которые могли служить десятки полетов, устарели. В начале нулевых NASA пришлось искать по чуть ли не помойкам процессоры 8086. А двигатели постоянно перебирались и заменялись — за 135 полетов шаттлов на них отработали 46 SSME (еще один был изготовлен, но не летал ни разу). В среднем один двигатель служил 8,8 полетов, и при производстве новых двигателей в них закладывали модификации, улучшающие их характеристики.

История обновлений двигателя, схема NASA

В результате двигатель пережил свою ракету, и сейчас его может ждать еще долгая жизнь в других проектах.

Источник: https://habr.com/
Автор: Филипп Терехов

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

25 — это… Что такое RS-25?

РС-25 (Ракетная система 25, англ. Rocket System 25, RS-25) — жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) компании Рокетдайн, США. Применялся на планере космической транспортной системы «Спейс шаттл», на каждом из которых было установлено три таких двигателя. Возможно более распространённое название двигателя SSME (англ. Space Shuttle main engine — главный двигатель космического челнока) используется именно из-за его текущего применения. Основными компонентами топлива двигателя являются жидкие кислород и водород. RS-25 использует схему закрытого цикла с дожиганием топливного генераторного газа.

Введение

RS-25 в своём применении на космическом челноке сжигал жидкие кислород и водород, которые поступали из центрального бака транспортной системы. МТКК «Спейс шаттл» использовал три таких двигателя при старте в космос в дополнение к тяге, обеспечиваемой твердотопливными ускорителями. Иногда при старте также использовалась система орбитального маневрирования (OMS). Каждый двигатель обеспечивал до 181,4 тс (1,8 МН) тяги при старте. Удельный импульс RS-25 составляет 453 с в вакууме и 363 с на уровне моря (4440 и 3560 м/с, соответственно). Масса двигателя составляет 3,2 т. Двигатели снимались после каждого полёта и перемещались в центр проверки SSME (англ. SSME Processing Facility, SSMEPF) для осмотра и замены всех необходимых компонентов.

ЖРД RS-25 работают при экстремальных температурах. Используемый в качестве топлива жидкий водород хранится при −253 °C, в то время как температура в камере сгорания достигает 3300 °C, что выше температуры кипения железа. Во время работы RS-24 потребляют 3917 литров топлива в секунду.

Помимо трёх главных двигателей, челнок имел 44 меньших ЖРД вокруг своей поверхности, которые входили в состав системы орбитального маневрирования и реактивной системы управления (RCS), обеспечивая возможность маневрирования на орбите.

Завершение работы двигателя происходит следующим образом: топливо и окислитель, нагнетаемое по трубопроводам из центрального бака, перестаёт поступать из-за перекрытия доступа остатков топлива в систему; топливная система, включая разветвление к трём SSME, остаётся открытой для выработки остатков топлива из трубопроводов.

Окислительно-кислородный контур

Основные компоненты двигателя.

Центробежный насос низкого давления для окислителя (англ. Low Pressure Oxidizer Turbopump, LPOTP) представляет собой шестиступенчатый осевой насос, который приводится в действие кислородом и повышает давление жидкого кислорода от 0,7 до 2,9 MPa (от 7,1 до 29,6 ат). Скорость вращения турбины LPOTP составляет примерно 85,8 об/сек. Поток из LPOTP поставляется в насос высокого давления для окислителя (англ. High-Pressure Oxidizer Turbopump, HPOTP). Во время работы двигателя, повышение давления позволяет турбине насоса HPOTP работать на высоких скоростях без кавитации. HPOTP состоит из двух одноступенчатых центробежных насосов — основного насоса и насоса камеры предварительного сгорания — которые установлены на одном валу и приводятся в действие двухступенчатой турбиной, которая, в свою очередь, приводится в действие генераторным газом.

HPOTP поднимает давление окислителя от 2,9 до 30 MPa (от 29,6 до 306 ат) и вращается со скоростью 468,7 об/с. Основная часть окислителя направляется через главный окислительный клапан в главную камеру сгорания.

Поток из насоса высокого давления частично используется для приведения в действие LPOTP, также небольшая часть используется в окислительном теплообменнике. Жидкий кислород в последнем случае проходит через клапан, который закрывает или регулирует доступ окислителя в зависимости от текущей температуры двигателя, которая используется для превращения окислителя из жидкости в газообразный кислород. Этот газ затем частично отсылается в коллектор, который отводит его обратно в топливный бак для поддержания давления в баке окислителя, а частично отводится во вторую ступень турбины HPOTP камеры предварительного сгорания, которая поднимает давление кислорода от 30 до 51 MPa (от 306 до 520 ат). В камеру предварительного сгорания кислород попадает через соответствующий клапан. Так как турбина и насос HPOTP установлены на общий вал, в данной области создаётся опасное соседство горячего топливного генераторного газа в турбине и жидкого кислорода в главном насосе. По этой причине эти две секции отделены друг от друга полостью за уплотнителями, в которую при работе двигателя подаётся гелий под давлением. Снижение давления гелия приводит к автоматическому отключению двигателя.

Топливно-водородный контур

Основная силовая установка челнока

Топливо поступает в челнок по топливной линии жидкого водорода, начиная от рассоединительного клапана, затем впадает в коллектор, где распределяется по трём топливным трубопроводам двигателей. В каждом ответвлении для жидкого водорода расположен предварительный клапан, который регулирует поступление топлива в турбонасос низкого давления.

Топливный насос низкого давления (англ. Low Pressure Fuel Turbopump, LPFTP) является осевым насосом, приводимым в действие газообразным водородом, который поднимает давление топлива от 0,2 до 1,9 MPa (от 2,0 до 19,4 ат) и направляет его к насосу высокого давления (англ. High-Pressure Fuel Turbopump, HPFTP). Турбина LPFTP вращается со скоростью 269.8 об/сек, HPFTP вращается со скоростью 589,3 об/сек. Топливный трубопровод для жидкого водорода от LPFTP до HPFTP изолирован для того, чтобы избежать сжижения воздуха на его поверхности. HPFTP является трёхступенчатым центробежным насосом, приводимым в действие двухступенчатой основной турбиной и поднимает давление жидкого водорода от 1,9 до 45 MPa (от 19,4 до 458,9 ат). Полученный поток водорода направляется через главный клапан по трём направлениям. Одна часть направляется в рубашку главной камеры сгорания, где водород используется для охлаждения стен камеры и затем направляется к LPFTP для приведения в действие его турбины. Малая часть потока от LPFTP затем направляется к общему коллектору от всех трёх двигателей к топливному баку для поддержания его давления. Оставшаяся часть проходит между внутренней и внешней стенками коллектора генераторного газа для его охлаждения и направляется в главную камеру сгорания. Вторая часть потока водорода из HPFTP направляется в рубашку охлаждения сопла и затем соединяется с потоком от охлаждения камеры сгорания. Объединённый поток затем направляется в камеру газогенератора.

Газогенератор и система управления тягой

RS-25 в процессе установки на космический челнок в Центре подготовки челнока (англ. Orbiter Processing Facilities, OPF)

Камера предварительного сгорания или газогенератор (ГГ) приварен к коллектору генераторного газа. ГГ использует электрический воспламенитель в виде камеры, расположенной в центре инжектора газогенератора. ГГ производит обогащённый топливом горячий газ, который проходит через турбину и обеспечивает работу насосов высокого давления. Управление центробежными насосами HPOTP и HPFTP на общем валу осуществляется контроллером двигателя посредством клапанов с целью поддержания массового соотношения компонентов топлива равном 6:1.

Управление системой охлаждения

Клапан управления охлаждением установлен на внешнем контуре охлаждения камеры сгорания (КС). Контроллер двигателя управляет количеством газообразного водорода, который направляется в рубашку охлаждения сопла, таким образом управляя его температурой. Клапан охлаждения КС открыт на 100 % перед запуском двигателя. Далее его положение изменяется в зависимости от степени требуемого охлаждения.

Камера сгорания и сопло

Основная камера сгорания (ОКС) получает обогащённый топливом горячий газ из коллектора рубашки охлаждения. Газообразный водород и жидкий кислород поступают в ОКС через инжектор, смешивающий компоненты топлива. Небольшая форсажная камера электровоспламенителя расположена в центре инжектора. Воспламенитель с двойным резервированием используется в ходе операций запуска двигателя для инициирования процесса горения. Главный инжектор и конус ОКС приварены к коллектору горячего газа. Кроме этого ОКС соединена с коллектором горячего газа при помощи болтовых соединений.

Внутренняя поверхность ОКС и сопла охлаждается жидким водородом, который течёт по сварным внутристенным каналам из нержавеющей стали. Сопло представляет собой колоколообразное расширение тела ОКС, которое соединено с ним болтами. Длина составляет 2,9 м, внешний диаметр у основания равняется 2,4 м. Поддерживающее кольцо, которое приварено к верхнему концу сопла, является точкой крепления внешнего теплового щита орбитера. Тепловая защита необходима для частей двигателя, подвергаемых внешнему разогреву в ходе старта, подъёма на орбиту, во время орбитального полёта и при возвращении с орбиты. Изоляция состоит из четырёх слоев металлической ватины, покрытой металлической фольгой.

Коэффициент расширения сопла в ЖРД RS-25 равный 77, является слишком большим для работы двигателя на уровне моря при давлении в ОКС равном 192,7 ат. В сопле таких размеров должен иметь место срыв потока реактивной струи, который может вызвать проблемы с управлением и даже механические повреждения корабля. Для предотвращения подобного развития событий инженеры Рокетдайна изменили угол расширения сопла, уменьшив его около выхода, что увеличило давление около внешнего кольца до 0,3-0,4 ат и в целом решило проблему.[1]

Главные клапаны

Пять топливных клапанов на RS-25 приводятся в действие гидравлически и управляются электрическими сигналами контроллера. Они могут быть полностью закрыты, используя систему подачи гелия в качестве запасной системы приведения в действие.

Главный клапан окислителя и клапан контроля давления топлива используются после отключения. Они остаются открытыми для того, чтобы сбросить остатки топлива и окислителя в топливной системе за борт челнока. После завершения сброса клапаны закрываются и остаются закрытыми до конца полёта.

Карданная подвеска

Несущий шарнирный подшипник присоединён болтами к сборке главного инжектора и обеспечивает связь между двигателем и челноком. Насосы низкого давления установлены под углом 180° от задней части фюзеляжа челнока, которая предназначена для приёма нагрузки от двигателей при старте. Линии трубопроводов от низконапорных насосов к высоконапорным предоставляют возможность и пространство для изменения положения двигателя в целях управления вектором тяги.

Параметры тяги

Дросселирование тяги SSME может производиться в диапазоне от 67 до 109 % проектной мощности. В ходе осуществляемых запусков используется уровень 104,5 %, а уровни 106—109 % — допустимо использовать в аварийных ситуациях. Тяга может быть специфицирована для уровня моря и вакуума, в котором, как правило, ЖРД имеют лу́чшие показатели по причине отсутствия эффектов от атмосферы:

  • Тяга 100,0 % (уровень моря / вакуум): 1670 кН / 2090 кН (170,3 тс / 213,1 тс)
  • Тяга 104,5 % (уровень моря / вакуум): 1750 кН / 2170 кН (178,5 тс / 221,3 тс)
  • Тяга 109,0 % (уровень моря / вакуум): 1860 кН / 2280 кН (189,7 тс / 232,5 тс)

Спецификация уровней тяги свыше 100 % означает работу двигателя выше нормального уровня, установленного разработчиками. Исследования показывают, что вероятность выхода из строя SSME возрастает при использовании тяги выше 104,5 %, что объясняет, почему дросселирование выше указанного уровня оставлено на случай аварийных ситуаций в полёте МТКК «Спейс шаттл».[2]

RS-25 после космического челнока

Первоначально двигатель предполагалось использовать в качестве основных двигателей на грузовой ракете-носителе Арес-5 и в качестве двигателя второй ступени пилотируемой РН Арес-1. Несмотря на то, что использование RS-25 в данном случае выглядело как развитие технологий МТКК после его предполагаемого ухода в 2010 году, имелись некоторые недостатки такого решения:

  • Двигатель не будет повторно используемым, так как будет использоваться на одноразовых ракетах-носителях.
  • Двигатель должен будет проходить огневые испытания, которые НАСА проводила для каждого нового челнока до полёта STS-26.
  • Преобразование запускающегося на поверхности двигателя в стартующий в воздухе двигатель РН Арес-1 было бы дорогостоящим изменением, которое должно было занять много времени.

После того, как были сделаны некоторые изменения в конструкции Арес-1 и Арес-5, было принято решение использовать модификацию ЖРД J-2X на второй ступени Арес-1 и шесть модифицированных ЖРД RS-68B на первой ступени Арес-5. Таким образом, по состоянию на 2009 год, ЖРД RS-25 или SSME станет историей вместе с флотом космических челноков МТКК «Спейс шаттл».

См. также

Примечания

Ссылки

RS-25 успешно прошел третий огневой тест

Ракетный двигатель RS-25 для будущей тяжелой ракеты-носителя Nasa под названием Space Launch System успешно отработал на испытательном стенде 8,5 минут.

Третий по счету тест был проведен 25 июля в космическом центре им. Стенниса, недалеко от залива Сент-Луис, штат Миссисипи. Огневые испытания проводились на испытательном стенде A-1 и продолжались около 500 секунд.

Данные испытания, по словам представителей Nasa приближают ракету-носитель SLS к выполнению ее первой миссии. В скором времени на вершине ракеты-носителя будет установлен пилотируемый космический аппарат Orion, которые впервые вместе с ракетой отправиться в космос в рамках миссии Exploration Mission-1.

На первой ступени будущей сверхтяжелой ракете будет установлено 4 двигателя RS-25.С их помощью будет создана тяга в 900 тонн. В дополнение к этому, будут работать два боковых твердотопливных ускорителя, которые создадут дополнительные 3 600 тонн тяги.

Четыре двигателя Aerojet Rocketdyne RS-25, которые будут использоваться в рамках миссии Exploration Mission-1 (EM-1), по сути дела являются бывшими двигателями для программы Space Shuttle, однако система управления будет абсолютно новой.

Новый контроллер, по словам инженеров Nasa является ключевой фигурой новой модификации двигателей. С их помощью будет обеспечено точное управление работой двигателя и диагностикой состояния работы его систем.

Первый новый контроллер для RS-25 был протестирован в марте месяце этого года, а второй в мае.

Nasa планирует осуществить старт миссии EM-1 в 2019 году. Цель миссии заключается в старте ракеты-носителя SLS с космическим кораблем Orion на борту для трехнедельного путешествия вокруг Луны.

В США успешно испытали модернизированный RS-25

Двигатель отработал полный цикл – восемь с половиной минут

Американские ученые сообщили об успешных испытаниях обновленного жидкостного двигателя RS-25: он отработал полный цикл, не взорвавшись. Двигатель, разработанный для пилотируемых полетов Space Launch System, на самом деле – попытка модернизировать тот, что использовался на «Шаттлах». Российские эксперты полагают, что заокеанские коллеги используют устаревшие технические решения, но пытаются их удешевить.

«Это великий день»

Американские ученые провели очередное испытание обновленного жидкостного двигателя RS-25, предназначенного для пилотируемых полетов Space Launch System (SLS).

Исследования проводились на платформе А-1 в космическом центре Джона Стенниса (штат Миссисипи) и транслировались на сайте Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА).

Обновленный двигатель был разработан компанией Rocketdyne и использовался на американских космических челноках Space Shuttle. Для использования его на создаваемой США новой сверхтяжелой ракете двигатель был модернизирован.

Тест продолжался около 8,5 минут – это время, равное продолжительности работы двигателей первой ступени во время реального пуска ракеты.

«Уже сейчас мы знаем, что испытание прошло успешно», – заявил по окончании теста сотрудник НАСА Стив Уоффорд, передает РИА «Новости». По его словам, все полученные данные будут изучены и использованы для дальнейшего совершенствования двигателя. Анализ данных, полученных в результате испытания, может занять несколько дней.

«Это великий день для НАСА и великий день для будущего космических полетов», – отметил Уоффорд.

В начале этого года обновленные RS-25 были впервые включены со времен испытания в программе Space Shuttle в 2009 году. В ходе испытания в Космическом центре им. Джона Стенниса в январе двигатели проработали 500 секунд, что позволило инженерам НАСА получить важные данные о блоке управления двигателя и давлении в нем.

Предполагается, что двигатели будут использоваться в ракетах, способных доставить людей на астероиды и Марс. В рамках первого испытательного полета ракеты Space Launch System с двигателями RS-25 должны будут вывести корабль Orion на низкую околоземную орбиту. Ожидается, что двигатель будет способен вывести в космос до 130 тонн груза.

Для создания двигателя НАСА заключило с Boeing контракт, общая сумма которого оценивается в 2,8 млрд долларов.

RS-25 производится компанией Aerojet Rocketdyne. Двигатель закрытого цикла с дожиганием топливного генераторного газа. Основными компонентами топлива являются жидкие кислород и водород.

По пути удешевления

«Абсолютно стандартный двигатель. Он просто форсирован по мощности, – рассказал газете ВЗГЛЯД конструктор ракетных двигателей Павел Булат. – То есть это не полностью новая разработка. Теоретически он может быть многоразовым. Его схема не такая, как в РД-180 была в свое время. В турбонасосный агрегат был заложен ресурс минимум на несколько десятков пусков и предусмотрен минимум качающихся подвижных частей».

РД-180 используются в первой ступени американских ракет Atlas, и пока промышленность США не производит аналогов. В прошлом году американцы заявили о планах отказаться от российской продукции, но на это им понадобятся годы. Для Space Launch System, однако, изначально планировалась установка RS-25, так что на российских поставках его ввод в строй не скажется.

По мнению экспертов, в настоящее время американцы реализуют стратегию, противоположную прежней, то есть стараются идти по пути удешевления. «Оттуда все эти Falcon, частные космические корабли, которые делают в десять раз дешевле, чем НАСА. Они закладывают банальные, пятьдесят лет уже отработанные технические решения и покупают общегражданские комплектующие. За счет этого получаются дешевые схемы», – рассказал Булат.

По его мнению, модернизация RS-25 является попыткой продлить жизнь научно-технического задела, который был. «Двигатель неплохой, но сколько в него было вложено денег в свое время. Там очень высокое давление за турбонасосными агрегатами, насколько я помню, чуть ли не 450 атмосфер. То есть очень сложная, дорогая система», – заключил он.

«Трудно делать двигатель с нуля, – сказал в интервью газете ВЗГЛЯД научный руководитель Московского космического клуба Иван Моисеев. – Всегда опираются на уже созданный образец, как-то его совершенствуют. Вообще, жидкостные двигатели достигли своего теоретического максимума. Усовершенствование идет только в сторону увеличения надежности и для многоразовых систем длительности работы. Надежность для них, видимо, будет основным улучшением».

По его словам, это первое испытание на полный цикл, то есть на все время работы. «Это, конечно, нельзя считать двигателем, который можно сразу ставить на ракету. Далее будут доводки, доработки по результатам испытания. Но то, что он отработал полный режим и не взорвался, как принято на первых испытаниях, – это успех», – заключил эксперт.

Роман Крецул

Какой ракетный двигатель самый лучший? / Habr

Ракетные двигатели — одна из вершин технического прогресса. Работающие на пределе материалы, сотни атмосфер, тысячи градусов и сотни тонн тяги — это не может не восхищать. Но разных двигателей много, какие же из них самые лучшие? Чьи инженеры поднимутся на пьедестал почета? Пришло, наконец, время со всей прямотой ответить на этот вопрос.

К сожалению, по внешнему виду двигателя нельзя сказать, насколько он замечательный. Приходится закапываться в скучные цифры характеристик каждого двигателя. Но их много, какую выбрать?

Мощнее

Ну, наверное, чем мощнее двигатель, тем он лучше? Больше ракета, больше грузоподъемность, быстрее начинает двигаться освоение космоса, разве не так? Но если мы посмотрим на лидера в этой области, нас ждет некоторое разочарование. Самая большая тяга из всех двигателей, 1400 тонн, у бокового ускорителя Спейс Шаттла.

Несмотря на всю мощь, твердотопливные ускорители сложно назвать символом технического прогресса, потому что конструктивно они являются всего лишь стальным (или композитным, но это неважно) цилиндром с топливом. Во-вторых, эти ускорители вымерли вместе с шаттлами в 2011 году, что подрывает впечатление их успешности. Да, те, кто следят за новостями о новой американской сверхтяжелой ракете SLS скажут мне, что для нее разрабатываются новые твердотопливные ускорители, тяга которых составит уже 1600 тонн, но, во-первых, полетит эта ракета еще не скоро, не раньше конца 2018 года. А во-вторых, концепция «возьмем больше сегментов с топливом, чтобы тяга была еще больше» является экстенсивным путем развития, при желании, можно поставить еще больше сегментов и получить еще большую тягу, предел тут пока не достигнут, и незаметно, чтобы этот путь вел к техническому совершенству.

Второе место по тяге держит отечественный жидкостной двигатель РД-171М — 793 тонны.

Четыре камеры сгорания — это один двигатель. И человек для масштаба

Казалось бы — вот он, наш герой. Но, если это лучший двигатель, где его успех? Ладно, ракета «Энергия» погибла под обломками развалившегося Советского Союза, а «Зенит» прикончила политика отношений России и Украины. Но почему США покупают у нас не этот замечательный двигатель, а вдвое меньший РД-180? Почему РД-180, начинавшийся как «половинка» РД-170, сейчас выдает больше, чем половину тяги РД-170 — целых 416 тонн? Странно. Непонятно.

Третье и четвертое места по тяге занимают двигатели с ракет, которые больше не летают. Твердотопливному UA1207 (714 тонн), стоявшему на Титане IV, и звезде лунной программы двигателю F-1 (679 тонн) почему-то не помогли дожить до сегодняшнего дня выдающиеся показатели по мощности. Может быть, какой-нибудь другой параметр важнее?

Эффективнее

Какой показатель определяет эффективность двигателя? Если ракетный двигатель сжигает топливо, чтобы разгонять ракету, то, чем эффективнее он это делает, тем меньше топлива нам нужно потратить для того, чтобы долететь до орбиты/Луны/Марса/Альфы Центавра. В баллистике для оценки такой эффективности есть специальный параметр — удельный импульс.

Удельный импульс показывает, сколько секунд двигатель может развивать тягу в 1 Ньютон на одном килограмме топлива

Рекордсмены по тяге оказываются, в лучшем случае, в середине списка, если отсортировать его по удельному импульсу, а F-1 с твердотопливными ускорителями оказываются глубоко в хвосте. Казалось бы, вот она, важнейшая характеристика. Но посмотрим на лидеров списка. С показателем 9620 секунд на первом месте располагается малоизвестный электрореактивный двигатель HiPEP

Это не пожар в микроволновке, а настоящий ракетный двигатель. Правда, микроволновка ему все-таки приходится очень отдаленным родственником…

Двигатель HiPEP разрабатывался для закрытого проекта зонда для исследования лун Юпитера, и работы по нему были остановлены в 2005 году. На испытаниях прототип двигателя, как говорит официальный отчет NASA, развил удельный импульс 9620 секунд, потребляя 40 кВт энергии.

Второе и третье места занимают еще не летавшие электрореактивные двигатели VASIMR (5000 секунд) и NEXT (4100 секунд), показавшие свои характеристики на испытательных стендах. А летавшие в космос двигатели (например, серия отечественных двигателей СПД от ОКБ «Факел») имеют показатели до 3000 секунд.

Двигатели серии СПД. Кто сказал «классные колонки с подсветкой»?

Почему же эти двигатели еще не вытеснили все остальные? Ответ прост, если мы посмотрим на другие их параметры. Тяга электрореактивных двигателей измеряется, увы, в граммах, а в атмосфере они вообще не могут работать. Поэтому собрать на таких двигателях сверхэффективную ракету-носитель не получится. А в космосе они требуют киловатты энергии, что не всякие спутники могут себе позволить. Поэтому электрореактивные двигатели используются, в основном, только на межпланетных станциях и геостационарных коммуникационных спутниках.

Ну, хорошо, скажет читатель, отбросим электрореактивные двигатели. Кто будет рекордсменом по удельному импульсу среди химических двигателей?

С показателем 462 секунды в лидерах среди химических двигателей окажутся отечественный КВД1 и американский RL-10. И если КВД1 летал всего шесть раз в составе индийской ракеты GSLV, то RL-10 — успешный и уважаемый двигатель для верхних ступеней и разгонных блоков, прекрасно работающий уже много лет. В теории, можно собрать ракету-носитель целиком из таких двигателей, но тяга одного двигателя в 11 тонн означает, что на первую и вторую ступень их придется ставить десятками, и желающих так делать нет.

Можно ли совместить большую тягу и высокий удельный импульс? Химические двигатели уперлись в законы нашего мира (ну не горит водород с кислородом с удельным импульсом больше ~460, физика запрещает). Были проекты атомных двигателей (раз, два), но дальше проектов это пока не ушло. Но, в целом, если человечество сможет скрестить высокую тягу с высоким удельным импульсом, это сделает космос доступней. Есть ли еще показатели, по которым можно оценить двигатель?

Напряженней

Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем больше давление давление в камере сгорания, тем больше тяга и, главным образом в атмосфере, удельный импульс. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе. И если мы отсортируем список двигателей по давлению в камере сгорания, то пьедестал будет оккупирован Россией/СССР — в нашей конструкторской школе всячески старались делать эффективные двигатели с высокими параметрами. Первые три места занимает семейство кислородно-керосиновых двигателей на базе РД-170: РД-191 (259 атм), РД-180 (258 атм), РД-171М (246 атм).

Камера сгорания РД-180 в музее. Обратите внимание на количество шпилек, удерживающих крышку камеры сгорания, и расстояние между ними. Хорошо видно, как тяжело удержать стремящиеся сорвать крышку 258 атмосфер давления

Четвертое место у советского РД-0120 (216 атм), который держит первенство среди водородно-кислородных двигателей и летал два раза на РН «Энергия». Пятое место тоже у нашего двигателя — РД-264 на топливной паре несимметричный диметилгидразин/азотный тетраоксид на РН «Днепр» работает с давлением в 207 атм. И только на шестом месте будет американский двигатель Спейс Шаттла RS-25 с двумястами тремя атмосферами.

Надежней

Каким бы ни был многообещающим по характеристикам двигатель, если он взрывается через раз, пользы от него немного. Сравнительно недавно, например, компания Orbital была вынуждена отказаться от использования хранившихся десятилетиями двигателей НК-33 с очень высокими характеристиками, потому что авария на испытательном стенде и феерический по красоте ночной взрыв двигателя на РН Antares поставили под сомнение целесообразность использования этих двигателей дальше. Теперь Antares будут пересаживать на российский же РД-181.

Большая фотография по ссылке

Верно и обратное — двигатель, который не отличается выдающимися значениями тяги или удельного импульса, но надежен, будет популярен. Чем длиннее история использования двигателя, тем больше статистика, и тем больше багов в нем успели отловить на уже случившихся авариях. Двигатели РД-107/108, стоящие на «Союзе», ведут свою родословную от тех самых двигателей, которые запускали первый спутник и Гагарина, и, несмотря на модернизации, имеют достаточно невысокие на сегодняшний день параметры. Но высочайшая надежность во многом окупает это.

Доступней

Двигатель, который ты не можешь построить или купить, не имеет для тебя никакой ценности. Этот параметр не выразить в числах, но он не становится от этого менее важным. Частные компании часто не могут купить готовые двигатели задорого, и вынуждены делать свои, пусть и попроще. Несмотря на то, что те не блещут характеристиками, это лучшие двигатели для их разработчиков. Например, давление в камере сгорания двигателя Merlin-1D компании SpaceX составляет всего 95 атмосфер, рубеж, который инженеры СССР перешли в 1960-х, а США — в 1980-х. Но Маск может делать эти двигатели на своих производственных мощностях и получать по себестоимости в нужных количествах, десятками в год, и это круто.

Двигатель Merlin-1D. Выхлоп из газогенератора как на «Атласах» шестьдесят лет назад, зато доступно

TWR

Раз уж зашла речь о спейсэксовских «Мерлинах», нельзя не упомянуть характеристику, которую всячески форсили пиарщики и фанаты SpaceX — тяговооруженность. Тяговооруженность (она же удельная тяга или TWR) — это отношение тяги двигателя к его весу. По этому параметру двигатели Merlin с большим отрывом впереди, у них он выше 150. На сайте SpaceX пишут, что это делает двигатель «самым эффективным из всех когда-либо построенных», и эта информация разносится пиарщиками и фанатами по другим ресурсам. В английской Википедии даже шла тихая война, когда этот параметр запихивался, куда только можно, что привело к тому, что в таблице сравнения двигателей этот столбец вообще убрали. Увы, в таком заявлении гораздо больше пиара, нежели правды. В чистом виде тяговооруженность двигателя можно получить только на стенде, а при старте настоящей ракеты двигатели будут составлять меньше процента от ее массы, и разница в массе двигателей ни на что не повлияет. Несмотря на то, что двигатель с высоким TWR будет более технологичным, чем с низким, это скорее мера технической простоты и ненапряженности двигателя. Например, по параметру тяговооруженности двигатель F-1 (94) превосходит РД-180 (78), но по удельному импульсу и давлению в камере сгорания F-1 будет заметно уступать. И возносить тяговооруженность на пьедестал как самую важную для ракетного двигателя характеристику, по меньшей мере наивно.

Цена

Этот параметр во многом связан с доступностью. Если вы делаете двигатель сами, то себестоимость вполне можно подсчитать. Если же покупаете, то этот параметр будет указан явно. К сожалению, по этому параметру не построить красивую таблицу, потому что себестоимость известна только производителям, а стоимость продажи двигателя тоже публикуется далеко не всегда. Также на цену влияет время, если в 2009 году РД-180 оценивался в $9 млн, то сейчас его оценивают в $11-15 млн.

Вывод

Как вы уже, наверное, догадались, введение было написано несколько провокационно (простите). На самом деле, у ракетных двигателей нет одного параметра, по которому их можно выстроить и четко сказать, какой самый лучший. Если же пытаться вывести формулу лучшего двигателя, то получится примерно следующее:

Самый лучший ракетный двигатель — это такой двигатель, который вы можете произвести/купить, при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько(удельный импульс, давление в камере сгорания), что его цена не станет неподъемной для вас.

Скучно? Зато ближе всего к истине.

И, в заключение, небольшой хит-парад двигателей, которые лично я считаю лучшими:

Семейство РД-170/180/190. Если вы из России или можете купить российские двигатели и вам нужны мощные двигатели на первую ступень, то отличным вариантом будет семейство РД-170/180/190. Эффективные, с высокими характеристиками и отличной статистикой надежности, эти двигатели находятся на острие технологического прогресса.

Be-3 и RocketMotorTwo. Двигатели частных компаний, занимающихся суборбитальным туризмом, будут в космосе всего несколько минут, но это не мешает восхищаться красотой использованных технических решений. Водородный двигатель BE-3, перезапускаемый и дросселируемый в широком диапазоне, с тягой до 50 тонн и оригинальной схемой с открытым фазовым переходом, разработанный сравнительно небольшой командой — это круто. Что же касается RocketMotorTwo, то при всем скептицизме по отношению к Брэнсону и SpaceShipTwo, я не могу не восхищаться красотой и простотой схемы гибридного двигателя с твердым топливом и газообразным окислителем.

F-1 и J-2 В 1960-х это были самые мощные двигатели в своих классах. Да и нельзя не любить двигатели, подарившие нам такую красоту:

РД-107/108. Парадоксально? Невысокие параметры? Всего 90 тонн тяги? 60 атмосфер в камере? Привод турбонасоса от перекиси водорода, что устарело лет на 70? Это все неважно, если двигатель имеет высочайшую надежность, а по стоимости приближается к «большому глупому носителю». Да, конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но эти двигатели будут жить еще лет десять минимум, и, похоже, поставят рекорд по долголетию. Не получится найти более успешный двигатель с более славной историей.

Использованные источники

  • Материал во многом базируется на вот этой сводной таблице из английской вики, там стараются на каждую цифру дать ссылку и держать материал актуальным.
  • Полная картинка КДПВ с копирайтами, которые пришлось отрезать при кадрировании — тут.

Похожие материалы по тегу «незаметные сложности».

Raptor (ракетный двигатель) — Википедия

Raptor («Раптор») — жидкостный ракетный двигатель, разрабатываемый компанией SpaceX.
Двигатель закрытого цикла с полной газификацией компонентов топлива, работающий на жидких метане[4] и кислороде[5], планируется применять на ракете-носителе BFR.

Изначальный замысел[править | править код]

18 июня 2009 года на симпозиуме «Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation» Американского института аэронавтики и астронавтики[en] Макс Возофф[en] впервые публично упомянул проект ракетного двигателя Raptor. Проект подразумевал использование топливной пары кислород-водород.[6][7]

28 июля 2010 года на 46-й конференции «Joint Propulsion Conference» Американского института аэронавтики и астронавтики директор испытательного комплекса SpaceX в МакГрегоре[en] Том Маркьюзик[en] представил информацию о начальных этапах проектирования двух семейств двухступенчатых ракет-носителей и двух новых ракетных двигателей для них. Планировалось, что двигатель Merlin 2 с топливной парой керосин / жидкий кислород для первых ступеней Falcon X, Falcon XX будет способен развить тягу 1 700 000 фунт-сил[en] [7 562 кН] на уровне моря и 1 920 000 фунт-сил [8 540 кН] в пустоте, что сделало бы его самым мощным двигателем в своем классе.[8]. Двигатель Raptor, использующий жидкий водород и жидкий кислород, имеющий в пустоте тягу 150 000 фунт-сил [667 кН], удельный импульс 470 с, предназначался для верхних ступеней сверхтяжелых ракет-носителей.[9][10][7]

В октябре 2012 года SpaceX объявила о работе над ракетным двигателем, который будет в несколько раз мощнее, чем двигатели Merlin 1, и не будет использовать топливо RP-1. Двигатель предназначался для ракеты-носителя следующего поколения под кодовым именем MCT[en], способной выводить полезную нагрузку 150—200 т на низкую околоземную орбиту, что превышает возможности SLS НАСА.[11][7]

Анонс и разработка узлов[править | править код]

16 ноября 2012 года, во время выступления в Королевском обществе аэронавтики[en] в Лондоне, Илон Маск впервые объявил о разработке двигателя Raptor, использующего в качестве топлива метан.[12][5][13][14][9][10]

В октябре 2013 года SpaceX анонсировала начало испытаний узлов метанового двигателя в Космическом центре имени Джона Стенниса.[15][16] Впервые объявлена номинальная тяга двигателя — 661 000 фунт-сил [2 942 кН].[17][7]

19 февраля 2014 года вице-президент SpaceX по разработке двигателей Томас Мюллер, выступая на мероприятии «Exploring the Next Frontier: The Commercialization of Space is Lifting Off» в Санта-Барбаре, сообщил, что разрабатываемый двигатель Raptor будет способен развивать тягу в 1 000 000 фунт-сил [4 448 кН]. Удельный импульс составит 321 с на уровне моря и 363 с в пустоте.[18][9][10][7]

9 июня 2014 года на конференции «Space Propulsion 2014» в Кёльне Томас Мюллер объявил, что SpaceX разрабатывает многоразовый двигатель Raptor для тяжелой ракеты, предназначенной для полёта на Марс. Планировалось, что тяга двигателя для первой ступени составит 705 тс [6 914 кН], что сделало бы его чуть более мощным, чем двигатель программы «Аполлон» — F-1. Высотная версия двигателя — тяга 840 тс [8 238 кН], удельный импульс 380 с. Пресс-секретарь центра Стенниса — Ребекка Стрекер сообщила, что компания испытывает узлы двигателя малого масштаба на стенде E-2 в Миссисипи.[19][20][21][7]

В конце 2014 года SpaceX завершила испытания главной форсунки. Летом 2015 года команда испытательного стенда E-2 завершила полномасштабное испытание кислородного газогенератора нового двигателя. С апреля по август было выполнено 76 огневых испытаний газогенератора с общей наработкой около 400 секунд.[22]

6 января 2015 года Илон Маск заявил, что целью является тяга двигателя чуть больше 230 тс [2 256 кН], что намного ниже заявленной ранее.[23][7]

Испытания двигателя[править | править код]

26 сентября 2016 года Илон Маск опубликовал в Twitter две фотографии первого испытательного запуска двигателя Raptor в сборе на испытательном комплексе SpaceX в МакГрегоре.[24][25][26] Маск сообщил, что целевая производительность — удельный импульс в пустоте — 382 с, при коэффициенте расширения сопла 150, тяга в 3 000 кН, давление в камере сгорания 300 бар [30 МПа].[27][28][29] 27 сентября он пояснил, что коэффициент расширения 150 — для испытательного образца, пустотная версия будет иметь коэффициент расширения 200.[30] Подробности были обобщены в статье о двигателе Raptor, опубликованной на следующей неделе.[31]

27 сентября 2016 года на 67-м ежегодном Международном конгрессе астронавтики в Гвадалахаре Илон Маск представил подробности концепции ITS.[32] Были даны характеристики двигателя Raptor: давление в камере сгорания 300 бар [30 МПа]; возможность дросселирования тяги в диапазоне 20—100%; номинальная тяга 3 050 кН, удельный импульс 334 с, степень расширения 40; для пустотной версии — тяга 3 500 кН, удельный импульс 382 с, степень расширения 200.[3][7]

К сентябрю 2017 года испытательный двигатель, в котором был применён сплав, повышающий устойчивость элементов турбонасоса кислорода к окислению, работающий с давлением в камере сгорания в 200 бар и развивающий тягу в 1 000 кН, прошёл 42 стендовых огневых испытания с общей наработкой 1200 секунд. Самое длительное испытание продолжалось 100 секунд.[2][33][7]

29 сентября 2017 года в рамках 68-го ежегодного Международного конгресса астронавтики в Аделаиде Илон Маск представил новую концепцию под кодовым названием BFR[34]. Характеристики двигателя Raptor изменились: давление в камере сгорания 250 бар [25 МПа]; тяга 1 700 кН, удельный импульс 330 с; для пустотной версии — тяга 1 900 кН, удельный импульс 375 с[2][33][7].

Илон Маск объявил, что двигатель Raptor впервые отправится в полёт как часть BFR[34]. В октябре 2017 года он пояснил, что лётные испытания начнутся на полноразмерном корабле (верхней ступени BFR), выполняющем «короткие прыжки» высотой в несколько сотен километров[35].

17 сентября 2018 года на презентации, в рамках которой был представлен первый космический турист BFR Юсаку Маэдзава, информация о ракете была обновлена[36]; озвучены характеристики двигателя Raptor: целевое значение давления в камере сгорания примерно 300 бар [30 МПа]; тяга около 200 тс [1 960 кН]; потенциально-возможный удельный импульс около 380 с.

4 февраля 2019 года было проведено первое огневое испытание лётного[уточнить] образца двигателя[37][38]. Испытание продолжалось 2 секунды при давлении 170 бар, достигнута тяга 116 тс [1 137 кН], что составляет 60 % от номинального значения[39].

7 февраля 2019 года проведено очередное огневое испытание с использованием «теплых» компонентов топлива, после которого Илон Маск сообщил, что двигатель подтвердил проектную мощность[40], достигнув уровня тяги в 172 тс [1 686 кН] при давлении в камере сгорания 257 бар [25,7 МПа]. Предполагается прирост тяги 10—20 % при использовании переохлаждённых компонентов топлива.[41]

В августе испытан при полете аппарата Starhopper[42]

С 2009 по 2015 год разработка двигателя финансировалась за счёт инвестиций SpaceX, без привлечения финансирования со стороны правительства США[43][22].

13 января 2016 года ВВС США заключили со SpaceX соглашение о разработке прототипа двигателя Raptor, предназначенного для верхних ступеней ракет-носителей Falcon 9 и Falcon Heavy, с финансированием в размере 33,7 млн долларов со стороны ВВС и не менее 67,3 млн долларов со стороны SpaceX. Ожидалось, что работа по контракту будет завершена не позднее 31 декабря 2018 года[44][45][46].

9 июня 2017 года ВВС США изменили соглашение, увеличив сумму финансирования со своей стороны на 16,9 млн долларов, не уточнив цели[44][47].

19 октября 2017 года ВВС США предоставили SpaceX на разработку прототипа ракетного двигателя Raptor дополнительное финансирование в размере 40,8 млн долларов[44][48].

22 декабря 2017 года ВВС США предоставили SpaceX на разработку прототипа ракетного двигателя Raptor дополнительное финансирование в размере 6,5 млн долларов[44].

Примерная схема работы ЖРД Raptor

Двигатель Raptor будет работать с использованием наиболее эффективной замкнутой схемы с полной газификацией компонентов, в отличие от другого двигателя SpaceX — Merlin, имеющего более простую систему газогенератора с открытым циклом[13][31]. Закрытый цикл использовался на главных двигателях «Шаттла» — RS-25[49] и в нескольких российских ракетных двигателях, например, в РД-170, РД-180, РД-191[31]. При использовании цикла с полной газификацией компонентов, где поток окислителя с небольшой частью топлива будет приводить в действие турбонасос кислорода, а поток топлива с небольшой частью окислителя будет приводить в действие турбонасос метана, оба потока — окислитель и топливо — будут полностью газифицированы в отдельных газогенераторах, прежде чем попадут в камеру сгорания. До 2016 года только два ракетных двигателя с полной газификацией достигли достаточного прогресса для проведения испытаний на стендах: советский проект РД-270 в 1960-х годах и демонстратор Integrated Powerhead Demonstrator[en] компании Aerojet Rocketdyne в середине 2000-х годов[10][31].

При использовании других циклов возникают серьезные проблемы с уплотнителями вала турбонасосного агрегата. Контакт кислорода с топливом или топливным газом при протечке вдоль вала может вызвать взрыв двигателя. Для избежания этого требуется строгий контроль уплонителей и подача между ними гелия под высоким давлением. В схеме двигателя Raptor возможна только протечка топлива в топливный газ и кислорода в кислородный газ, что не несет никаких проблем. Кроме того, двигатель обладает системой наддува баков газифицированными компонентами. Таким образом полностью исключается потребность в гелии, добыча которого на Марсе невозможна.[источник не указан 147 дней]

Двигатель использует переохлажденные компоненты топлива, что позволяет увеличить массу топлива в баках за счёт увеличения плотности, увеличивает удельный импульс, тягу, а также снижает риск кавитации в турбонасосах[31].

Воспламенение топлива при запуске всех двигателей Raptor, как на площадке, так и в полёте, будет осуществляться системой искрового зажигания, что устраняет необходимость в пирофорной смеси триэтилалюминия-триэтилборана, используемой для зажигания двигателей на Falcon 9 и Falcon Heavy[31].

В будущем возможно создание нескольких модификаций двигателя Raptor. В ускорителе Super Heavy только центральные двигатели, использующиеся при посадке, будут иметь карданный подвес и систему дросселирования. Двигатели внешнего кольца будут максимально упрощены для снижения стоимости и сухой массы ускорителя, а так же повышения тяги и надежности.[50]

Заявленные характеристики двигателя Raptor в процессе проектирования в течение 2012 — 2017 годов менялись в широком диапазоне, от высокого значения целевой пустотной тяги в 8 200 кН[21] до более поздней, гораздо более низкой тяги в 1 900 кН. С 2018 года ожидается, что рабочий двигатель будет иметь удельный импульс 380 с в пустоте и 330 с у земли[36][2].

  1. 1 2 The Annual Compendium of Commercial Space Transportation: 2018 (англ.). Federal Aviation Administration. Дата обращения 7 августа 2018.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Making Life Multiplanetary (неопр.). SpaceX (29 сентября 2017).
  3. 1 2 3 Mars Presentation (неопр.) (недоступная ссылка). SpaceX (27 сентября 2016). Архивировано 28 сентября 2016 года.
  4. ↑ SpaceX Prepared Testimony by Jeffrey Thornburg (неопр.). spaceref.com (26 июня 2015). Дата обращения 23 декабря 2018.
  5. 1 2 Todd, David. Musk goes for methane-burning reusable rockets as step to colonise Mars, seradata.com (20 ноября 2012). Архивировано 11 июня 2016 года. Дата обращения 4 ноября 2015. ««We are going to do methane.» Musk announced as he described his future plans for reusable launch vehicles including those designed to take astronauts to Mars within 15 years, «The energy cost of methane is the lowest and it has a slight Isp (Specific Impulse) advantage over Kerosene,» said Musk adding, «And it does not have the pain in the ass factor that hydrogen has».».
  6. AI AA. Part 7 — AIAA Innovations in Orbit: An Exploration of Commercial Crew and Cargo Transportation (неопр.) (1 июля 2009). Дата обращения 19 октября 2018.
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 The Evolution of the Big Falcon Rocket (англ.). NASASpaceFlight.com (9 August 2018). Дата обращения 20 октября 2018.
  8. Tom Markusic. SpaceX Propulsion (неопр.). Space Exploration Technologies (28 июня 2010).
  9. 1 2 3 SpaceX – Launch Vehicle Concepts & Designs (англ.). Spaceflight101.com. Дата обращения 20 октября 2018.
  10. 1 2 3 4 Alejandro G. Belluscio. SpaceX advances drive for Mars rocket via Raptor power (англ.). NASASpaceFlight.com (7 March 2014). Дата обращения 19 октября 2018.
  11. ↑ SpaceX aims big with massive new rocket (англ.), Flightglobal.com (15 October 2012). Дата обращения 19 октября 2018.
  12. Royal Aeronautical Society. Elon Musk lecture at the Royal Aeronautical Society (неопр.) (23 ноября 2012). Дата обращения 20 октября 2018.
  13. 1 2 Todd, David. SpaceX’s Mars rocket to be methane-fuelled, Flightglobal.com (22 ноября 2012). Дата обращения 5 декабря 2012. «Musk said Lox and methane would be SpaceX’s propellants of choice on a mission to Mars, which has long been his stated goal. SpaceX’s initial work will be to build a Lox/methane rocket for a future upper stage, codenamed Raptor. The design of this engine would be a departure from the “open cycle” gas generator system that the current Merlin 1 engine series uses. Instead, the new rocket engine would use a much more efficient “staged combustion” cycle that many Russian rocket engines use.».
  14. ↑ Mars Colony: SpaceX CEO Elon Musk Eyes Huge Settlement On Red Planet (англ.), Huffington Post (26 November 2012). Дата обращения 20 октября 2018.
  15. ↑ SpaceX to Test Rocket Engines in Hancock Co. (англ.), Mississippi Development Authority (23 October 2013). Дата обращения 19 октября 2018.
  16. ↑ SpaceX to Conduct Raptor Engine Testing in Mississippi (англ.). www.parabolicarc.com (23 October 2013). Дата обращения 19 октября 2018.
  17. ↑ SpaceX Could Begin Testing Methane-fueled Engine at Stennis Next Year (англ.), SpaceNews.com (25 October 2013). Дата обращения 19 октября 2018.
  18. ↑ SpaceX’s propulsion chief elevates crowd in Santa Barbara (англ.), Pacific Coast Business Times (20 February 2014). Дата обращения 20 октября 2018.
  19. ↑ Aerojet Rocketdyne, SpaceX Square Off For New Engine Work (англ.). aviationweek.com (12 June 2014). Дата обращения 19 октября 2018.
  20. ↑ Daily Clipsheet (неопр.). ula.lonebuffalo.com (9 июня 2014). Дата обращения 19 октября 2018. Архивировано 8 июля 2014 года.
  21. 1 2 Battle of the Heavyweight Rockets – SLS could face Exploration Class rival (англ.). NASASpaceFlight.com (29 August 2014). Дата обращения 19 октября 2018.
  22. 1 2 NASA-SpaceX testing partnership going strong (неопр.). Lagniappe, John C. Stennis Space Center. NASA (сентябрь 2015). — «this project is strictly private industry development for commercial use». Дата обращения 10 января 2016.
  23. ↑ I am Elon Musk, CEO/CTO of a rocket company, AMA! (англ.). www.reddit.com (6 January 2015). Дата обращения 19 октября 2018.
  24. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (25 сентября 2016). — «SpaceX propulsion just achieved first firing of the Raptor interplanetary transport engine». Дата обращения 19 октября 2018.
  25. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (25 сентября 2016). — «Mach diamonds». Дата обращения 19 октября 2018.
  26. ↑ SpaceX испытала ракетный двигатель Raptor для доставки людей на Марс (рус.). РИА Новости (26 сентября 2016). Дата обращения 19 октября 2018.
  27. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (25 сентября 2016). — «Production Raptor goal is specific impulse of 382 seconds and thrust of 3 MN (~310 metric tons) at 300 bar». Дата обращения 19 октября 2018. Архивировано 26 сентября 2016 года.
  28. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (25 сентября 2016). — «Chamber pressure is almost 3X Merlin, so engine is about the same size for a given area ratio». Дата обращения 19 октября 2018. Архивировано 26 сентября 2016 года.
  29. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (25 сентября 2016). — «382s is with a 150 area ratio vacuum (or Mars ambient pressure) nozzle. Will go over specs for both versions on Tues.». Дата обращения 19 октября 2018. Архивировано 26 сентября 2016 года.
  30. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (26 сентября 2016). — «Meant to say 200 AR for production vac engine. Dev will be up to 150. Beyond that, too much flow separation in Earth atmos.». Дата обращения 19 октября 2018. Архивировано 27 сентября 2016 года.
  31. 1 2 3 4 5 6 Belluscio, Alejandro G. «ITS Propulsion – The evolution of the SpaceX Raptor engine» (англ.). NASASpaceFlight.com (3 October 2016).
  32. ↑ Making Humans a Multiplanetary Species (неопр.). SpaceX (27 сентября 2016). Дата обращения 19 октября 2018.
  33. 1 2 Making Life Multiplanetary (Transcript) (неопр.). SpaceX (29 сентября 2017).
  34. 1 2 Making Life Multiplanetary (неопр.). SpaceX (29 сентября 2017). Дата обращения 2 января 2019.
  35. ↑ Musk offers more technical details on BFR system — SpaceNews.com (англ.). SpaceNews.com (15 October 2017). Дата обращения 19 октября 2018.
  36. 1 2 First Private Passenger on Lunar BFR Mission (англ.). SpaceX (17 September 2018). Дата обращения 19 октября 2018.
  37. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (3 февраля 2019). — «First firing of Starship Raptor flight engine!». Дата обращения 6 февраля 2019.
  38. Ольга Никитина. Илон Маск показал первые испытания двигателя для межпланетного корабля Starship (рус.). Взгляд (4 февраля 2019). Дата обращения 4 февраля 2019.
  39. ↑ SpaceX on Instagram (англ.) (5 February 2019). — «Completed a two-second test fire of the Starship Raptor engine that hit 170 bar and ~116 metric tons of force – the highest thrust ever from a SpaceX engine and Raptor was at ~60% power.». Дата обращения 6 февраля 2019.
  40. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (7 февраля 2019). — «Raptor just achieved power level needed for Starship & Super Heavy». Дата обращения 7 февраля 2019.
  41. ↑ Elon Musk on Twitter (неопр.) (7 февраля 2019). — «Design requires at least 170 metric tons of force. Engine reached 172 mT & 257 bar chamber pressure with warm propellant, which means 10% to 20% more with deep cryo.». Дата обращения 7 февраля 2019.
  42. ↑ Space X провела успешные испытания аппарата Starhopper // ТАСС, 28 августа
  43. Gwynne Shotwell. Statement of Gwynne Shotwell, President & Chief Operating Officer, Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) (неопр.). Congressional testimony 14–15. US House of Representatives, Committee on Armed Service Subcommittee on Strategic Forces (17 марта 2015). — «SpaceX has already begun self-funded development and testing on our next-generation Raptor engine. … Raptor development … will not require external development funds related to this engine.». Дата обращения 11 января 2016.
  44. 1 2 3 4 Agreement FA88111690001 (неопр.). Federal Procurement Data System[en]. Дата обращения 11 февраля 2019. Архивировано 11 февраля 2019 года.
  45. ↑ Contracts for Jan. 13, 2016 (неопр.). Release No: CR-008-16. US Department of Defense (13 января 2016). — «Space Exploration Technologies, Corp. (SpaceX), Hawthorne, California, has been awarded a $33,660,254 other transaction agreement for the development of the Raptor rocket propulsion system prototype for the Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) program.». Дата обращения 15 января 2016.
  46. ↑ Orbital ATK, SpaceX Win Air Force Propulsion Contracts, SpaceNews[en] (13 января 2016). Дата обращения 15 января 2016.
  47. Jeff Foust. Air Force adds more than $40 million to SpaceX engine contract (неопр.). SpaceNews[en] (21 октября 2017). — «According to government procurement documents, the Air Force modified that agreement June 9, adding nearly $16.9 million to the award, not specifying what the funding would be used for beyond it was a “supplement agreement for work within scope.”». Дата обращения 9 февраля 2019.
  48. ↑ Contracts for October 19, 2017 (неопр.). Release No: CR-203-17. US Department of Defense (19 октября 2017). — «Space Exploration Technologies Corp., Hawthorne, California, has been awarded a $40,766,512 modification (P00007) for the development of the Raptor rocket propulsion system prototype for the Evolved Expendable Launch Vehicle program.». Дата обращения 9 февраля 2019.
  49. ↑ Space Shuttle Main Engines (неопр.). NASA. Дата обращения 6 марта 2013.
  50. e^ 👁 🥧. Planning on a simplifying mod to Raptor for max thrust, but no throttling, to get to 250 mT level (англ.). @elonmusk (2019T23:26). Дата обращения 28 июля 2019.

Реактивный двигатель RS-25, предназначенный для системы запуска следующего поколения SLS, успешно проходит первый тест

Несмотря на первый успешный испытательный запуск, новый космический корабль Orion еще находится в ожидании своего звездного часа. Этот час наступит лишь тогда, когда он отправится в космос при помощи ракеты-носителя следующего поколения Space Launch System (SLS), которая сможет доставить его до Луны и еще дальше в глубины космоса. И наступление этого момента стало значительно ближе в пятницу прошлой недели, когда специалисты Центра космических исследований НАСА имени Стенниса (NASA Stennis Space Center) провели первый «горячий» испытательный запуск реактивного двигателя RS-25, которых в конструкции ракеты SLS будет установлено четыре штуки.

Двигатель RS-25 известен, прежде всего, тем, что он являлся основным двигателем программы космических Шаттлов. Он является прямым потомком криогенного реактивного двигателя RS-225, созданного для ракет Saturn V эпохи программы Apollo. Создание и дальнейшая модернизация линейки этих надежных двигателей, проверенных временем, укладывается в рамки стратегии НАСА, которая предусматривает максимально возможное использование уже имеющихся надежных технологий.

Конструкция нового варианта двигателя RS-25 существенно отличается от конструкции двигателя, использованного в программе Шаттлов. Если в последнем случае упор делался на возможность эффективного многоразового использования, то новый двигатель является простым и дешевым двигателем одноразового использования.

В ходе первого испытания двигатель RS-25 работал в специальном тестовом режиме. Двигатель работал в течение 500 секунд на неполной мощности. И это было сделано для того, чтобы специалисты получили возможность измерить уровни давления топлива на входе в двигатель, в его камере сгорания и на его выходе. Кроме этого, были проведены испытания нового варианта контроллера двигателя, компьютера, который обеспечивает выполнение полетных команд, регулируя и поддерживая режимы работы двигателя при помощи сложной системы клапанов. Новый контроллер двигателя изготовлен на базе современных аппаратных средств, а его программное обеспечение создано с прицелом на полную его интеграцию в новую систему авионики ракеты SLS.

«Мы произвели ряд кардинальных модификаций конструкции двигателя RS-25, которые должны обеспечить удовлетворение технических требований программы SLS. А теперь, в ходе программы из восьми запусков, мы проверим наши модификации в деле» — рассказывает Стив Уоффорд (Steve Wofford), сотрудник Центра космических полетов НАСА имени Маршалла, — «Двигатели SLS будут работать в условиях более низкой температуры жидкого кислорода, нежели двигатели Шаттлов. А сами ракеты с двигателями будут подвергаться более сильным перегрузкам при движении с большим ускорением. Кроме этого, расположенные рядом четыре двигателя могут нагревать друг друга, что может привести к расплавлению их сопел».

Возобновление тестовых запусков двигателя RS-25 ожидается после проведения модернизации системы подачи воды под высоким давлением на испытательном стенде, а это, согласно планам НАСА, должно произойти в апреле этого года. В результате проведения восьми испытательных запусков текущий двигатель наработает в общей сложности 3500 секунд. После этого начнутся испытания второго экземпляра двигателя, который за 10 запусков наработает 4500 секунд, практически полностью исчерпав свой ресурс.

Первоисточник

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *