+7 (495) 720-06-54
Пн-пт: с 9:00 до 21:00, сб-вс: 10:00-18:00
Мы принимаем он-лайн заказы 24 часа*
 

Мощность двигателя ракеты: Самый крупный ракетный двигатель

0

Самый крупный ракетный двигатель

Самый крупный ракетный двигатель

Foto: Publicitātes foto

Американский однокамерный двигатель SaturnV — cамый крупный ракетный двигатель и самый большой силовой агрегат в мире, когда-либо созданный человечеством. Его высота — 5,64 метров, высота в ракетоносителе — 110,65 метров, мощность — 190,000,000 л.с.

Тяга силы на старте составляла 34500000 Н.м. и мощность 190,000,000 л.с. Двигатель производил столько энергии, которой бы хватило бы на освещение всего Нью-Йорка в течении 75 минут. Эта сила способна отправить на орбиту 130000 кг груза. Двигатель при полете ракеты на лунную орбиту расходовал столько топлива, сколько хватило бы автомобилю объехать весь земной шар 800 раз.

Это была самая мощная ракета из когда-либо построенных. Она служила платформой для запуска пилотируемых лунных экспедиций «Аполлон». Значок «V» в названии означал, что ракета снабжена пятью двигателями типа F1.

Лунная экспедиция была, фактически, проверкой на износ. За считаные секунды до взлета заработали турбонасосы мощностью в 30 дизельных локомотивов. Они закачивали по 15 тонн керосина и жидкого кислорода в секунду во все пять двигателей F-1. Первая ступень сгорела примерно за 2,5 минуты, прижимая астронавтов к сидениям примерно в 4,5 раза сильнее, чем естественная гравитация. На высоте 60 километров первая ступень, длиной 42 метра и диаметром 10 метров, отключилась, затем отделилась и сгорела во время падения сквозь атмосферу.

Вторая ступень, на базе пяти двигателей J-2, за 6 минут сожгла 1000 кубических метров жидкого водорода и 300 кубических метров жидкого кислорода, подняв космический корабль на высоту 185 километров. Затем она тоже отделилась.

Третья ступень состояла из единственного двигателя типа J-2, который горел в течение 2,75 минуты и создавал тягу в 100 тонн (1 МН). Она сообщила кораблю орбитальную скорость в 28 тысяч километров в час. Но отделилась она не сразу. Вся структура крутилась вокруг Земли до момента принятия окончательного решения — лететь к Луне или не лететь. К моменту получения разрешения ракета третьей ступени, известная как S-IVB, была вновь запущена и достигла «лунной» скорости. Как только была достигнута вторая космическая скорость, ракета S-IVB также отделилась.

Во время всей экспедиции куски конструкции так и продолжали отделяться. Нижняя часть посадочного модуля осталась на Луне. А к моменту приводнения трех астронавтов от грандиозной и дорогостоящей конструкции, которая стартовала с Земли, осталась маленькая капсула. Всего, включая испытания, было запущено 13 ракет SaturnV.

Из-за сокращения бюджетных расходов программа «Аполлон» (1967-1973) была закрыта раньше, чем планировалось, и три оставшиеся ракеты SaturnV так и остались неиспользованными. Из остатков лунной программы была собрана и запущена орбитальная станция Skylab. Это была первая, хоть и недолговечная американская орбитальная станция. А сами ракеты стали музейными экспонатами в трех космических центрах — имени Кеннеди во Флориде и имени Джонсона в Хьюстоне и Хантсвилле.

Мощность ракетного двигателя. Ракетные двигатели

Мощность ракетного двигателя

Мощность, развиваемая двигателем, т. е. механическая работа, совершаемая им в единицу времени (секунду), является важнейшей характеристикой любого двигателя. Это и естественно, если иметь в виду, что именно совершение этой механической работы за счет израсходования определенного количества энергии другого вида — тепловой, электрической или еще какой-либо — и является назначением всякого двигателя. В соответствии с этим двигатели подразделяются на электрические, тепловые и т. д.

Обычно мощность, развиваемая каким-либо двигателем, может быть использована самыми разнообразными способами. Для этого вал двигателя связывают с тем или иным потребителем механической работы. Так, например, поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть установлен на электростанции и вращать ротор динамомашины, тогда мощность двигателя будет преобразовываться в электрическую энергию; он может вращать трансмиссию в цехе и приводить таким образом в движение станки; может быть установлен на автомобиле для привода его ведущих колес; наконец, может вращать пропеллер самолета и т. д. Во всех этих случаях мощность двигателя будет неизменной, она будет только по-разному расходоваться. В частности, для нас очень важно, что мощность такого двигателя, установленного, допустим, на самолете, будет также одинаковой, вне зависимости от того, неподвижен ли самолет, стоящий на аэродроме, или летит со скоростью в сотни километров в час.

Именно этим свойством обычного поршневого авиационного двигателя объясняется то, что он перестал удовлетворять требованию непрерывного роста скорости полета, характерному для современной авиации.

Действительно, мощность, потребная для полета данного самолета, очень быстро растет при увеличении скорости полета, пропорционально кубу этой скорости. Значит, при увеличении скорости полета в два раза потребная мощность вырастет соответственно в восемь раз. Еще значительнее становится рост потребной мощности при приближении скорости полета к скорости звука, т. е. скорости, с которой звук распространяется в воздухе (немногим более 1200 

км/час вблизи земли), что объясняется дополнительным сопротивлением, связанным с явлением сжимаемости воздуха при этих скоростях.

Установка на самолетах все более мощных двигателей приводит лишь к незначительному увеличению скорости полета. Более мощные двигатели оказываются и более тяжелыми (вес двигателя увеличивается почти пропорционально его мощности), а также большими по размерам, вследствие чего для их установки требуются и большие по размерам самолеты. Но это в свою очередь увеличивает мощность, потребную для полета с данной скоростью.

Выход из этого заколдованного круга был найден применением двигателей принципиально иного типа — двигателей прямой реакции в частности, ракетных. Поэтому не без основания говорят что применение реактивных двигателей в авиации представляет собой настоящую техническую революцию.

Ракетный двигатель в смысле развиваемой им мощности ведет себя совсем иначе, чем, например, поршневые двигатели внутреннего сгорания.

B этом легко убедиться.

Как известно, мощность — это работа, произведенная за секунду, работа же есть действие силы на некотором пути. Поэтому величина работы определяется произведением силы на пройденный в направлении ее действия путь, а мощность соответственно равна произведению силы на скорость. Если мощность измерять в лошадиных силах, то, как известно, величину секундной работы в килограммометрах нужно еще разделить на 75, так как 1 л. с. = 75 кгм/сек; таким образом:

Чему же равна мощность ракетного двигателя? Так как реактивная сила, т. е. тяга, развиваемая двигателем, от скорости передвижения не зависит, то мощность ракетного двигателя оказывается прямо пропорциональной скорости полета.

Когда двигатель неподвижен — например, испытывается на станке, — его мощность равна нулю, несмотря на то, что тяга, развиваемая двигателем, может быть при этом очень велика. Мощность становится значительной лишь при больших скоростях передвижения.

Это свойство ракетного двигателя характеризует его как двигатель специфически транспортный; мало того, как двигатель для аппаратов, передвигающихся с очень большими скоростями, возможными лишь в воздухе и вне пределов атмосферы, т. е. двигатель для самолетов, снарядов, ракет.

На малых скоростях ракетный двигатель развивает весьма незначительную мощность, но зато при увеличении скорости мощность возрастает и может достигать значений, недосягаемых для других тепловых двигателей. Это обстоятельство позволяет получить с помощью ракетного двигателя скорость полета значительно большую, чем с помощью обычных (поршневых) авиационных двигателей.

Как велика может быть мощность ракетного двигателя, видно из следующего примера, относящегося к одной дальнобойной ракете.

На этой ракете установлен ракетный двигатель (он будет описан подробно в разделе о жидкостно-реактивных двигателях), развивающий тягу в 25 тонн. При запуске ракеты, когда скорость ее равна нулю, мощность двигателя также равна нулю. Но когда ракета, примерно через 1 мин. после старта, достигает высоты около 40 км, ее скорость становится очень большой, порядка 1500 м/сек (около 5500 км/час). Подсчитаем по нашей формуле мощность, которую развивает двигатель в этот момент:

Конечно, такую колоссальную мощность (полмиллиона лошадиных сил!) не в состоянии развить ни один тепловой двигатель при тех размерах и весе, которые имеет двигатель этой ракеты.

Ракетный двигатель совершает полезную работу за счет израсходования скоростной энергии газов, вытекающих из двигателя в атмосферу.

Доля тепловой энергии топлива, переходящей в скоростную энергию газов и, следовательно, величина этой скоростной энергии, от скорости полета не зависит.

В то же время мощность двигателя при изменении скорости полета меняется.

Это означает, что в зависимости от скорости полета скоростная энергия вытекающих из двигателя газов по-разному используется для совершения полезной работы[3].

Преобразование скоростной энергии газов в полезную работу двигателя полностью определяется скоростью полета. Некоторые характерные в этом отношении (режимы полета ракеты или самолета с ракетным двигателем представлены на фиг. 8. Верхний рисунок на этой фигуре соответствует режиму взлета — двигатель работает, но ракета неподвижна, скорость полета равна нулю. При этом полезная работа, т. е. мощность двигателя, тоже равна нулю. Куда же расходуется скоростная энергия струи газов, с большой скоростью вытекающих из двигателя? Очевидно газы, которые в этом случае мчатся относительно земли со скоростью, равной скорости истечения, уносят с собой эту скоростную энергию, которая затем бесполезно рассеивается в атмосфере.

Но вот ракета взлетела и начинает полет со все увеличивающейся скоростью. При этом разность между скоростью истечения и скоростью полета становится все меньше. Поэтому молекулы газа движутся относительно земли в сторону, противоположную направлению полета, со все меньшей скоростью. Это значит, что скоростная энергия, уносимая с собой молекулами, становится все меньшей. Следовательно, все большая часть скоростной энергии струи преобразовывается в полезную работу, сообщается ракете.

Весьма характерным является момент, когда увеличивающаяся скорость полета становится равной скорости истечения газов из двигателя, что соответствует среднему рисунку на фиг. 8. Очевидно что при этом скорость газов относительно земли становится равной нулю, т. е. относительно неподвижного наблюдателя газы будут неподвижными. Но это означает, что скоростная энергия этих газов равна нулю и, следовательно, вся скоростная энергия струи переходит в полезную работу. Однако следует иметь в виду, что это отвечает очень большой скорости полета, так как скорость истечения газов из ракетного двигателя равна 1500–2500 

м/сек, т. е. примерно 5000-10000 км/час. Следовательно, этот случай может иметь место только при полете в самых верхних слоях атмосферы и вне ее. При скоростях полета до 1000–1200 км/час в полезную работу переходит менее четверти скоростной энергии струи.

Фиг. 8. Характерные режимы полета ракеты (точками условно обозначены молекулы газа, стрелками — направление их скорости относительно неподвижного наблюдателя).

При дальнейшем увеличении скорости полета молекулы газа, как это показано на нижнем рисунке фиг. 8, движутся относительно неподвижного наблюдателя в том же направлении, что и ракета, со скоростью, равной разности скорости полета и скорости истечения. При этом энергия, отдаваемая струей ракете, т. е. совершаемая ракетой полезная работа, даже превышает скоростную энергию струи. Противоречие здесь, конечно, лишь кажущееся, что становится очевидным, если рассматривать не только тепловую, но и скоростную энергию сжигаемого топлива, приобретенную им в результате ускорения ракеты в течение предшествующего полета.

Для уменьшения потерь скоростной энергии отходящих газов на малых скоростях полета на выходе из ракетного двигателя могут быть установлены специальные насадки, расположенные с некоторым зазором вокруг выходного сечения реактивного сопла[4]. При полете в атмосфере через кольцевую щель между таким насадком и соплом подсасывается воздух, который примешивается к струе отходящих газов, уменьшая их скорость, но зато увеличивая массу. Это может привести к существенному повышению тяги и, следовательно, мощности; например, когда двигатель неподвижен, т. е. скорость полета равна нулю, то такой, как говорят, эжекционный подсос воздуха, увлекаемого струей выходящих газов, увеличивает тягу двигателя на 1/3. Но когда скорость полета увеличивается, этот выигрыш в тяге резко падает: так, при скорости полета, составляющей всего 5 % от скорости истечения, выигрыш в тяге уменьшается наполовину. При еще больших скоростях вместо выигрыша может получиться даже уменьшение тяги.

Сколько лошадиных сил у самого мощного ракетного двигателя? | Amazing Science

Источник — яндекс картинки

Источник — яндекс картинки

А вы никогда не задумывались какими мощностями обладают ракеты? Я задался этим вопросом буквально вчера, а уже сегодня рассказываю об этом вам.

В этом году Роскосмос не перестает нас радовать, поставлена новая глобальная цель — создать самый мощный ракетный двигатель в мире. И его уже создали.

Двигатель получил название РД-171МВ, нам с вами этого конечно не понять, но если кто-то знает как это расшифровывается буду рад узнать об этом в комментариях.

Двигатель в первую очередь создавался для новых сверхтяжелого носителя Енисей и среднего Союз-5. На эти носители большие надежды в освоении Луны возможно в будущем и Марса тоже.

Роскосмос показал небольшой видеоролик о новом двигателе, если вам интересно переходите по ссылке нажав на слово ВИДЕО.

Ракета-носитель «Союз-5»

Союз-5 это новинка для Роскосмоса. Ракета будет двухступенчатой, и ее главной целью будет автоматический запуск аппаратов на различные орбиты спутников и планет в пределах Солнечной системы, но также возможно, что ракета пригодится и для пилотируемых кораблей.

Также не будет исключением, что на базе Союз-5 могут собрать и многоразовую ракету, Роскосмос уже давно задумывается об таком проекте.

Источник — яндекс картинки

Источник — яндекс картинки

Основные технические характеристики «Союз-5»

Количество ступеней -2

Длина — 63 метра

Компоненты топлива:

  • Окислитель
  • Жидкий кислород
  • Горючее
  • Нафтил

Масса -17,0 т

«Енисей» — первая сверхтяжелая

Первая сверхтяжелая ракета для Российского космоса.

Ракету можно ожидать готовой ближе к 2028 году, ведь в этот год хотят провести первое летное испытание для Енисея.

Концепт ракеты Дон — яндекс картинкиЕнисей — яндекс картинки

Концепт ракеты Дон — яндекс картинки

На базе ракеты-носителя «Енисей» путём добавления ещё одного разгонного блока разрабатывается ракета-носитель «Дон» .Основная ракета-носитель второго этапа Российской лунной программы.

Сколько лошадиных сил?

Мощность нового двигателя составит 246 000 лошадиных сил, а тяга будет больше 800 тонн.

Первый тестовый двигатель уже создан и прошел почти 1000 испытаний, а это значит, что уже в скором будущем его будут использовать для ракеты Союз-5.

Другие интересные статьи на канале Популярная НАУКА

Ракетный двигатель РД‐171МВ — мощь, побеждающая гравитацию

Самый мощный в мире двигатель – 246 тысяч лошадиных сил. Это в пять раз больше, чем мощность двигателей атомного ледокола. При массе в 10 тонн тяга двигателя превысит 800 тонн. Эта огромная мощь спрессована в одном ракетном двигателе – РД-171МВ. Именно он позволит вывести ракету «Союз-5» («Иртыш») с полезной нагрузкой к Луне и к Марсу. В НПО «Энергомаш» полным ходом идет разработка нового космического двигателя.

Характеристики двигателя:

Масса: 10 300 кг.

Высота: 4150 мм.

Диаметр: 3565 мм.

Тепловая мощность, выделяемая камерой сгорания — 7 млн киловатт, что сравнимо с мощностью крупной гидроэлектростанции

Комментирует Игорь Арбузов, генеральный директор НПО «Энергомаш»:

 — Сегодня основное внимание госкорпорации «Роскосмос» сконцентрировано на создании ракеты среднего класса «Союз-5» и разработке на ее основе ракеты-носителя сверхтяжелого класса. Руководством госкорпорации поставлена задача создания космического ракетного комплекса сверхтяжелого класса (КРК СТК) на базе тех конструкций, которые прошли летную практику и имеют высокий уровень статистики и надежности. Это вполне обоснованное и рациональное решение, которое позволит, во-первых, повысить надежность ракеты, во-вторых — создать эффективное средство выведения.

На первой ступени ракеты «Союз-5» будет установлен двигатель РД-171МВ. На второй — использоваться модернизированный РД-0124М разработки «Конструкторского бюро химавтоматики». В каждом из этих двигателей будет применен ряд технологических усовершенствований.

Характеристики ракеты «Союз-5» («Иртыш»):

Длина с ГЧ: 61,8 м.

Диаметр: 4,1 м.

Стартовая масса: 530 т.

Двигатель 1-й ступени: РД-171МВ

Двигатель 2-й ступени: 2 РД-124МС

Масса выводимой полезной нагрузки:

На НОО – 17т.

На ГСО – 25т.

Дмитрий Баранов, генеральный директор АО «РКЦ «Прогресс»»:

– В РКЦ «Прогресс» разрабатывается ракета-носитель среднего класса «Союз-5», на первой ступени которой установлен двигатель РД-171 – самый мощный из используемых сегодня в мире жидкостных ракетных двигателей. Ракетные блоки с РД-171 будут также входить в состав ракеты-носителя сверхтяжелого класса, разрабатываемой в соответствии с указом президента.

Рис. 1. РД-171

Петр Лёвочкин, главный конструктор НПО «Энергомаш»:

 – Обеспечение надежной работы ракетного двигателя — задача колоссальной сложности, поэтому мы подошли к его проектированию и созданию модификации двигателя с таких позиций: мы знаем особенности его работы, владеем апробированными методиками и технологиями. После того как был создан двигатель РД-170, НПО «Энергомаш» на его основе разработало РД-180, РД-191 и другие модификации. Эти двигатели по схеме повторяли предыдущие, но в них применялись другие, более совершенные системы регулирования, новые способы защиты от возгорания, повышения устойчивости и так далее. И эти элементы хорошо себя зарекомендовали в двигателях последующих разработок НПО «Энергомаш».

РД-171МВ – модифицированная версия двигателя РД-171М по программе «Энергия» — «Буран», который успешно отработал при запусках ракеты-носителя «Зенит». И сейчас на основании проверенного, надежного двигателя с применением новейших технологий в НПО «Энергомаш» разрабатывают самый мощный российский двигатель.

Двигатели семейства:

Один экземпляр РД-171 был испытан без съема со стенда более 20 раз.

Двигатели РД-171 прошли 900 огневых испытаний общей наработкой более 100 000 секунд.

Рис. 2. РД-171М

Рис. 3. РД-171МВ

Игорь Арбузов:

 — Двигатель РД-171МВ действительно будет самым мощным в мире, потому что уже базовая версия, которая создавалась нашими предшественниками — и РД-170, и РД-171М, — не имела аналогов в мире по своей тяге и всем остальным характеристикам. Кроме этого, благодаря тем возможностям, которыми сегодня обладает КБ, применение современных технологий позволяет создать еще более совершенную версию двигателя. И это будет, на наш взгляд, одно из лучших решений по двигателям такой тяги.

Рис. 4 и рис. 5. Двигатели в процессе сборки в НПО «Энергомаш»

Для реализации программы в НПО «Энергомаш» применяются самые современные технологии. На предприятии проводится глобальная реконструкция. Происходит масштабное техническое переоснащение предприятия и повышение квалификации рабочих – в НПО «Энергомаш» при создании нового двигателя идут к новым целям.

«Иртыш» будет выводить в космос как пилотируемые миссии, так и коммерческую полезную нагрузку с космодромов Байконур и Восточный.

Василий Чарыков, заместитель генерального директора, директор по производству НПО «Энергомаш»:

 — Эффективно использовать ресурсы, производить агрегаты и детали с большей точностью, применять новейшие материалы, разрабатывать системы регулирования, усовершенствовать способы защиты от возгорания – вот к чему стремятся на всех этапах создания двигателя.

Петр Лёвочкин:

 – Сегодня для ускорения новых разработок мы внедряем трехмерное моделирование, для снижения стоимости и повышения конкурентоспособности — самые современные технологии, композитные материалы, оборудование. Идет техническое перевоооружение предприятия с точки зрения станочного парка. Все это направлено на то, чтобы новый продукт был конкурентоспособен и востребован на рынке не только внутри страны, но и за рубежом.

Самый мощный в мире двигатель– 246 тысяч лошадиных сил.

При массе в 10 тонн тяга двигателя превысит 800 тонн.

Турбонаддувочный агрегат развивает мощность 180 тысяч киловатт, что соответствует мощности трех атомных силовых установок крупных ледоколов

Впервые этот двигатель создается полностью в цифровом формате: от конструкторской документации в 3D-моделировании до первых проработок испытаний. Применение цифровых технологий существенно снизит риски и временные затраты.

Игорь Арбузов:

— Все мы понимаем, что создание такого рода конструкции – это локомотив не только конструкторской мысли, но это еще и технологический локомотив, который стимулирует нас к созданию новых современных технологий. Технологий не только в изготовлении отдельных элементов конструкции, но и в проектировании, и в управлении, и в целом ряде других процессов, которые позволяют сохранять лидерство в космической отрасли.

Первый шаг к реализации программы сделан. Впереди — два года напряженной работы и постоянного контроля. Первый двигатель будет поставлен заказчику в 2021 году. А первый полет ракеты «Союз-5» запланирован на 2022 год.

Рис. 6. Ступень ракеты-носителя «Союз» с двигателями НПО «Энергомаш

Игорь Арбузов:

— Сегодня команда управления работает на выполнение единой цели и живет выполнением этой цели. Общая культура, понимание задач, отношение к делу — это залог успеха. Кроме того, высокие профессиональные навыки, компетентность, интеллектуальный потенциал предприятия являются дополнительными гарантиями того, что наш двигатель долгие годы будет оставаться лучшим среди тех, которые сегодня создаются в этом классе тяги.

Рис. 7. Испытательная база

Мир не стоит на месте, и наше лидерство — это не только почетное звание. Быть лидером в современном ракетостроении значит быть первым в области технических и конструкторских решений. Мы понимаем, что без этого останавливается развитие нашего персонала, развитие нашей отрасли, да и вообще технологический прогресс.

Петр Лёвочкин:

 — Надо всегда лететь на Марс, а Луны достигнем – ведь она ближе. Строить далекие и амбициозные планы, смотреть за горизонт. Тогда люди будут экспериментировать, будут создавать новые конструкции. А что такое новые конструкции, новые разработки? Это сохранение не только нашей ракетно-космической отрасли, но и авторитета России как космической державы. А еще это работа для людей, счастье для их семей — начиная от высокого чувства гордости и заканчивая простыми житейскими радостями, которые способен дать космос человеку.

Развиваться необходимо еще и потому, что человечеству придется искать новое место обитания. Мы живем в лучах светила, которое понемногу гаснет. И нужно уже сейчас задумываться, где человечество обретет свой новый дом после того, как через пару миллиардов лет водород на Солнце закончится.

Техническое развитие предприятия сравнимо с профессиональным ростом спортсмена: чем больше он тренируется, тем лучше его результат. Чем больше предприятие проектирует, чем больше оно создает, тем лучше изделие, его потребительские качества.

Более того, существуют вопросы национальной безопасности, которые необходимо решать, обеспечивая пуски ракет-носителей с двигателями нужных характеристик. Новые разработки также привлекают молодежь, способную создать что-то новое и в перспективе обрести славу не только для себя и своего предприятия, но и для своей Родины.

 

© Бурцева Н.Л., 2019

История статьи:

Поступила в редакцию: 21.04.2019

Принята к публикации: 09.05.2019

Модератор: Гесс Л.А.

Конфликт интересов: отсутствует

Для цитирования:

Бурцева Н.Л. Ракетный двигатель РД-171МВ – мощь, побеждающая гравитацию // Воздушно-космическая сфера. 2019. №2. С. 20-25.

«Преемник «Энергии»: на что способен ракетный двигатель РД-171МВ» в блоге «Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения»

 © im6.ezgif.com

Двигатель РД-171МВ — характеристики этого агрегата намного лучше западных аналогов

Работы над РД-170/171 начались в 1976 году в подмосковных Химках, где сейчас расположено головное предприятие НПО «Энергомаш». Речь шла о создании самого мощного в мире жидкостного ракетного двигателя с тягой 800 т (для сравнения: однокамерный двигатель F-1 от ракеты Saturn V имел тягу 680 т).

«Дело шло непросто, — рассказывает Петр Левочкин. — У этого двигателя мощность турбины, которая приводит в действие насосы, составляет 246 тыс. л. с. (что сравнимо с мощью пяти атомных ледоколов „Ленин“ — по 44 тыс. л. с.), а весит агрегат всего 300 кг. И это при общей массе двигателя 10 т. Задачей конструкторов было не дать вырваться гигантской мощности наружу, и задача решалась очень тяжело. Основной проблемой стало обеспечение работы турбонасосного агрегата (ТНА).

В СССР был накоплен большой опыт работы с мощными двигателями, где в качестве топлива использовался несимметричный диметилгидразин, а окислителем выступал азотный тетраоксид. Но когда перешли с высококипящих компонентов на пару „кислород-керосин“, выяснилось, что в кислороде горит буквально все. Понадобилась новая культура производства. Именно она и позволила изготовить двигатель РД-171МВ, характеристики которого сегодня поражают. Нельзя, например, было допускать попадания жировых пятен в кислородный тракт: наличие органики приводило к мгновенному окислению, а дальше — пожар. У некоторых конструкторов даже появилось мнение, что надо бросить бесплодные попытки достраивать постоянно горящий двигатель (вместе с которым горели и сроки), и перейти к созданию силовой установки меньшей мощности. Эта точка зрения дошла до коллегии Министерства общего машиностроения СССР, где Валентин Глушко и министр Сергей Афанасьев пообщались на высоких тонах. В итоге НПО „Энергомаш“ получило задание на проектирование силовой установки половинной мощности — на 400 т тяги. К счастью, это не означало полного прекращения работ над большим двигателем — работы по его доводке были продолжены. И к тому самому моменту, как 400-тонный РД-180 был воплощен пока лишь в эскизном проекте, РД-170 гореть перестал. Решение было найдено. Более того, в процессе отработки двигатель был сертифицирован на 10-кратное полетное использование».

 © im6.ezgif.com

Серийный выпуск двигателей РД-170/171, а затем и РД-171МВ предполагалось организовать на базе омского ПО «Полет». Ракета «Энергия» слетала два раза. У «Зенита» оказалась более счастливая судьба. Ее запускали с Байконура, затем использовали в проекте «Морской старт». «В своем классе „Зенит“ является одной из лучших ракет в мире, — говорит Петр Левочкин. — „Зенит“ стал квинтэссенцией умения и опыта советских двигателистов и управленцев. На „Морском старте“ ракета демонстрировала полностью автоматизированный пуск: сама выезжает, заправляется, прицеливается и улетает».

В 1990-е, в сложный для российской промышленности период в НПО «Энергомаш» пришлось вспомнить о разработке, которую готовили для замены упрямого РД-170. О том самом 400-тонном ракетном двигателе РД-171МВ. В те времена правительство России разрешило НПО «Энергомаш» выйти на конкурс, который проводила компания Lockheed Martin (США) по модернизации ракеты-носителя Atlas. Предложения российской компании оказались конкурентоспособными и по цене, и по качеству, и с тех пор — с 1996 года — началось сотрудничество с американскими ракетчиками.

В 1997 году ГКНПЦ имени М. В. Хруничева начал проект по созданию ракеты-носителя на замену «Протону» — старой надежной ракете, работающей на токсичных высококипящих компонентах, а также целой линейки ракет меньшей грузоподъемности — речь идет о носителях «Ангара». Сразу был предложен модульный принцип: каждая из ступеней ракеты в зависимости от грузоподъемности собиралась из универсальных ракетных модулей (УРМ). Для первой и второй ступени должны применяться УРМ-1 на базе двигателя РД-191 (это уже четверть от РД-170 с тягой 200 т). В самом легком варианте используется только один УРМ-1, в тяжелом носителе A-5 — уже 5. Двигатель разработан и производится, осталось только дождаться, когда программа «Ангара» все-таки выйдет на стабильный график. После этого планировалось наладить выпуск и двигателей РД-171МВ.

«Стоит отметить, что технологии, заложенные в РД-170, транслировались и в РД-180, и в РД-191, — объясняет Петр Левочкин. — Но происходила и эволюция. В РД-180 проще система управления, там использованы цифровые приводы. На РД-191 они тоже есть, при этом они меньше и легче в два раза. Эволюционировала также система защиты от возгорания». Но что же с перспективным ракетным двигателем РД-171МВ?

 © im6.ezgif.com

Ракеты-носители, в которых применяется или будет применяться двигатель РД 171МВ и его производные

Один из самых перспективных проектов ракеты средней грузоподъемности (около 17 т полезного груза на околоземную орбиту) — это «Союз-5» (известный также как «Иртыш»), создаваемый РКК «Энергия». Именно для него НПО «Энергомаш» разработало двигатель первой ступени РД-171МВ. Ракета считается отчасти более современной и технологичной заменой «Зениту», однако в перспективе может стать модулем первой ступени новой ракеты сверхтяжелого класса (пока известной как «Енисей», или РН-СТК).

«Енисей», первые испытания которого начнутся на рубеже 2020-2030-х годов, откроет российской пилотируемой космонавтике дорогу к Луне, Марсу, позволит отправлять в далекий космос тяжелые исследовательские аппараты.

«В модернизированную версию, — говорит Петр Левочкин, — мы внедрили весь опыт, который получили при создании РД-180 и РД-191, а также продвинулись дальше. Это и повышенная защита от возгорания, новые фильтры, покрытия, самые современные материалы и технологии их обработки, новая система управления, более быстродействующая система аварийной защиты, видящая проблему на более ранней стадии и мгновенно отключающая двигатели.

Характеристики РД-171МВ

  • Масса: 10300 кг
  • Высота: 4,15 метра
  • Диаметр: 3,565 метра
  • Время работы: 180 секунд
  • Тяга в вакууме: 806,2 тс
  • Тепловая мощность: 27 000 МВт

Источник: Журнал «Популярная механика»

Страшны ли ракеты над Якутией? — Новости Якутии

YAKUTIA.INFO. Доктор технических наук, профессор Московского авиационного университета (МАИ) Василий Семенов о мифах и реальности окасательно воздействия отделяемых частей ракет.

Я являюсь одним из разработчиков жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), в частности, в настоящее время я принимаю участие в модернизации ракетных двигателей 14Д21 (2-ая ступень) ракеты «Союз-2» и РД-191 (1-ая ступень) ракеты «Ангара». Для увеличения массы полезного груза, доставляемого на орбиту ракетой «Союз-2», сопла этих двигателей будут снабжены круглыми насадками, что увеличит их мощность.

С космодрома «Восточный», который строится в Амурской области, будут стартовать семейство ракет «Ангара» и «Союз-2». Их двигатели работают на экологически безопасном топливе: керосин и кислород.

Я прочел статьи и другие документы о вредном воздействии на окружающую среду в районах падения (РП) отделяемых частей ракет-носителей (ОЧ РН) в республиканских газетах «Вечерний Якутск», «Наше время», «Туймаада» и на сайте «Sakhalife». Все статьи имеют громкие названия, например: «Выступим единым фронтом против строительства космодрома «Восточный»!», «Якутии следует решительно расторгнуть Договор с Роскосмосом», «Запуск ракет с космодрома «Восточный» — геноцид народа». В этих статьях авторы высказывают свои опасения по поводу падения ОЧ РН на территорию Республики Саха (Якутия). Мифические проблемы, поднимаемые в статьях, в основном, одни и те же, кочуют из статьи в статью. Остановимся на них подробнее.

Миф первый В качестве топлива будут использованы специальный керосин РГ-1 с жидким азотом, состав окислителей более 50% неизвестен. Вероятнее всего будут применяться агрессивные и токсичные фтор и бериллий.

Ответ В ракетах «Союз» и «Ангара» в качестве окислителя используется только кислород. Фтор ввиду сильной токсичности в качестве окислителя не используется, хотя по своей химической активности превосходит кислород.

Бериллий – твердое вещество, в качестве окислителя никак не может использоваться. Оксиды алюминия (бериллия) рассматривались в качестве добавок к керосину. В свое время (в 70-х годах) я тоже участвовал в исследовании суспензий, состоящих из керосина и оксида алюминия. Чем привлекают конструкторов металлизированные топлива? А тем, что металлы, как известно, имеют большую плотность и, следовательно, они компактны и использование их приведет к увеличению мощности двигателя. В настоящее время металлизированные топлива в двигателях не используются из-за трудностей подачи суспензии в камеру сгорания двигателя. Забиваются тангенциальные каналы (диаметр 1 мм) центробежных форсунок, установленных в смесительной головке камеры сгорания ракетного двигателя.

Миф второй В качестве 4-ой ступени в головной части ракетоносителя «Союз-2» планируется использовать разгонный блок «Фрегат», где в качестве топлива в двигательной установке используются: окислитель — азотный тетраксид (амил) и горючее – несимметричный диметилгидразин (гептил) до 3 тонн.

Ответ Почему гептил (НМГД) используется в качестве топлива? Гептил это жидкость, которая имеет большую плотность, следовательно, занимает мало объема, что позволяет взять на борт ракеты больше топлива. Он хорош еще и тем, что при взаимодействии с азотным тетраксидом (АТ) самовоспламеняется, что в условиях вакуума является единственным способом воспламенения топлива в камере двигателя. Кроме того, он в заправленном виде в ракете может храниться длительное время, что очень важно для ракет, установленных на боевое дежурство. Пара НДМГ+АТ как основное топливо используется в тяжелых ракетах «Протон». Их заменит мощная ракета «Ангара-5А», работающая на экологически безопасном топливе: керосин + кислород.

Да, в двигателе разгонного блока используется НДМГ, но эта ступень остается в космосе, на Землю не падает. В настоящее время разработан компактный лазерный воспламенитель. Поэтому пара НДМГ+АТ скоро будет заменена экологически чистой парой: водород кислород.

Миф третий … и по всей трассе сброса ступеней остатки топлива рассеиваются в воздухе, а также различные компоненты ракетного топлива из радиоактивного бериллия, брома, фтора, хлора и других. В связи с этим, в экологическом плане, опасными для жизни живого существа являются не только места падения «фрагментов» во время запуска, а вся трасса пролета, начиная с места запуска ракеты-носителя.

Ответ По всей трассе пролета компоненты ракетного топлива не могут рассеиваться, хотя бы потому, что трасса делится на два участка: активный участок траектории полета ракеты, когда двигатели работают и пассивный участок траектории, когда двигатели больше не работают. Во-вторых, баки выполнены герметично и если будет утечка, то при взаимодействии НДМГ и АТ произойдет взрыв.

Ракета – не самолет, а ракетный двигатель – не авиационный двигатель, постоянно работать не может, т.к. на борт берет не только горючее, но и окислитель. Двигатель 1-ой ступени ракеты «Союз» работает всего около 200 секунд и выключается по достижении расчетной скорости ракеты на высоте, примерно 67 км, а двигатель 2-ой ступени – на высоте примерно 200 — 250 км. Если даже ракета полетит горизонтально (вдоль поверхности Земли), то по достижении вышеуказанных расстояний ступени отделятся и полетят по инерции с пустыми баками. Никакого пролива топлива по трассе не будет.

Здесь уместно заметить, что вторая ступень ракеты после отделения разрушается при вхождении в плотные слои атмосферы на высоте, примерно, 80 км из-за ее высокой скорости, топливо выбрасывается в верхние слои атмосферы и рассеивается, не попадая на земную поверхность.

Миф четвертый Разработчики забывают о влиянии запуска ракет на климат: изменяется состав облачности (появляются облака, состоящие из частиц алюминия) и при запуске ракет происходит уничтожение озонового слоя.

Особенно это тревожно для Вилюйских улусов, где над кратерами происходит образование озоновых дырок. Кроме того, для Якутии характерно естественное истощение озонового слоя (до 45%).

Ответ Озоновый слой расположен в стратосфере, на высотах от 7 ÷ 8 км до 40 ÷ 50 км над Землей. Гуще всего озон в слое на высоте 22 ÷ 24 км.

Мероприятия по прекращению производства озон разрушающих веществ (ОРВ) проводятся в соответствии с Венской конвенцией и Монреальским протоколом по ОРВ, подписанным ~ 190 странами, включая Россию.

Причины ослабления озонового слоя:

Во-первых, – это хлор и его соединения с кислородом. Огромное количество (до 700 тысяч тонн в год) этого газа поступает в атмосферу, прежде всего от разложения фреонов. Поскольку при их расширении снижается их температура, фреоны широко используют в холодильной промышленности.

Во-вторых, самолеты. Тысячи самолетов летают над Землей. Оптимальная их высота полета: 10 – 11 км. Истекающие из сопел двигателя горячие продукты сгорания керосина разрушают озон.

В- третьих – окислы азота. Больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

В – четвертых, это запуски ракет. Продукты сгорания топлива разрушают озоновый слой. Над Якутией от падения ОЧ РН озоновых дыр образоваться не может, так как двигатели при спуске уже не работают. Климат в вилюйских районах изменился, как я считаю, из-за образования водохранилища для Вилюйской ГЭС, а не от полета ракет.

Миф пятый Возможно, изменения кро­ви носят от воздействия электромагнитного импульса (ЭМИ), ультразвука или токсического действия.

Ответ ЭМИ – обычно расшифровывается как электромагнитное излучение, а не импульс. ЭМИ возникает только в районах размещения радиотехнических средств и командно-измерительных пунктов. Отделяемые части ракет-носителей ничего не излучают, так как их двигатели уже не работают.

Тяга и полезная мощность ракеты

ТЯГА И ПОЛЕЗНАЯ МОЩНОСТЬ РАКЕТЫ  [c.46]

Назовем отношение полезной мощности, переданной ракете, к кинетической энергии рабочего газа, расходуемого в единицу времени, внешним к. п. д. т]а- При этом следует иметь в виду, что располагаемая механическая энергия топливной смеси состоит не только из кинетической энергии струи, образующейся за счет сгорания и последующего расширения, но и из кинетической энергии топливной смеси, запасенной в течение предшествующего ускорения ракеты. Полезная мощность пропорциональна произведению m We тяги m we на скорость полета с. Располагаемая мощность топливной смеси, расходуемой в единицу  [c.278]


Как видно из уравнения (3), для минимизации изменения массы аппарата и, следовательно, расхода топлива в случае двигателей большой тяги с постоянной скоростью истечения необходимо минимизировать интеграл по времени от реактивного ускорения. Из уравнения (4) следует, что для минимизации расхода топлива в случае двигателей малой тяги с постоянной мощностью на выходе необходимо минимизировать интеграл по времени от квадрата реактивного ускорения. Уравнения (3) и (4) позволяют при постановке оптимальных задач рассматривать только параметры движения космического аппарата вне зависимости от его массы, мощности на выходе или скорости истечения. Можно показать, что даже для многоступенчатых ракет минимизация правых частей уравнений (3) и (4) ведет к максимизации полезной нагрузки при условии, что величина тяги может произвольно изменяться.  [c.164]

Некоторые современные летательные аппараты, например, зенитные управляемые ракеты и ракеты дальнего действия, движутся в несколько раз быстрее, чем распространяется звук. С ростом скорости аэродинамическое сопротивление быстро увеличивается, а вместе с ним растет и потребная сила тяги. Например, для продвижения одноместного самолета, весящего около 3 т, со скоростью около 600 км час, равной половине скорости звука, необходима сила тяги около 500 кг для продвижения этого же самолета со звуковой скоростью потребовалась бы тяга более 4000 кг. Если принять, что при М=1 коэффициент полезного действия воздушного винта равен 0,8, то мощность двигателя, развивающего подобную тягу, будет  [c.9]



Силовая установка

Есть четыре основных компоненты к любой полномасштабной ракете; в структурная система, или рама, система полезной нагрузки, система наведения и двигательная установка . Двигатель ракеты включает в себя все детали, из которых состоит ракетный двигатель; танки насосы, топливо, силовая головка и сопло ракеты. Функция двигательной установки заключается в создании тяги.

Тяга – это сила, которая перемещает ракета по воздуху и через космос.Тяга создается за счет силовая установка ракеты. Различные двигательные установки развивают тягу в разными способами, но вся тяга создается за счет некоторых Применение третьего закона Ньютона движение. На каждое действие есть равное и противоположное противодействие. В любой двигательной установке используется рабочая жидкость . ускоряется системой и реакция на это ускорение создает силу в системе. А общий вывод уравнения тяги показывает, что величина создаваемой тяги зависит от массовый поток через двигатель и выходная скорость газа.

В ракетном двигателе топливо и источник кислорода, называемый окислителем, смешиваются и взрываются в камере сгорания. горение производит горячий выхлоп, который проходит через сопло ускорить течение и производить тягу. Для ракеты ускоренный газ или рабочее тело, — горячий выхлоп, образующийся при сгорании. Это другая рабочая жидкость, чем вы найдете в газотурбинный двигатель или винтовых самолетов.Турбинные двигатели и винты используют воздух из атмосферы в качестве рабочего тела, но ракеты используют горение выхлопных газов. В открытом космосе атмосферы нет, поэтому турбины и пропеллеры не может там работать. Это объясняет, почему ракета работает в космосе. а вот турбинный двигатель или пропеллер не работает.

Есть две основные категории ракетных двигателей; жидкостные ракеты и твердотопливные ракеты . В жидкая ракета, топливо , горючее и окислитель, хранятся отдельно в виде жидкостей и перекачиваются в камера сгорания форсунки где происходит горение.В твердотопливная ракета, пропелленты смешаны вместе и упакован в прочный цилиндр. В нормальных температурных условиях, топливо не горит; но они сгорают при воздействии источник тепла, обеспечиваемый воспламенителем. Как только начнется горение, это продолжается до тех пор, пока все топливо не будет исчерпано. С жидкостной ракетой можно остановить тягу, отключив поток пропелленты; а вот с твердотопливной надо разрушить обшивку чтобы остановиться двигатель.Жидкостные ракеты, как правило, тяжелее и больше сложный из-за насосов и накопительных баков. Пропелленты загружается в ракету непосредственно перед запуском. Твердотопливная ракета намного проще в обращении и может простоять годами перед стрельбой.

На этом слайде мы показываем изображение Saturn 1B. слева и фото испытания ракетного двигателя на право. На картинке справа мы видим только вне сопла ракеты, при этом горячий газ выходит из низ. первый этап «Сатурн-1В» был оснащен восемью жидкостными ракетными двигателями, сжигающими углеводородное топливо с жидким кислородом. Используется второй этап единый двигатель, работающий на жидком водороде и жидком кислороде, и использовался для вывода космического корабля «Аполлон» на низкую околоземную орбиту.


Экскурсии с гидом
Виды деятельности:
Ракетный двигатель Занятие: 9-10 класс

Связанные сайты:
Индекс ракет
Главная страница
Руководство для начинающих

Фотографии ракетных двигателей | Исторический космический корабль

Двигатель F-1

Разработанный компанией Rocketdyne двигатель F-1 произвел почти 1.5 миллионов фунтов тяги. Двигатели F-1 были сгруппированы в группы по пять на первой ступени (ступени S-IC) ракет Saturn V. В совокупности пять двигателей потребляли 15 тонн керосина и жидкого кислорода в секунду.

F-1 в Мичиганском космическом и научном центре

(Фото: Ричард Круз, 2002 г.)

 

Двигатель F-1 на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

Двигатель F-1 на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

Двигатель F-1 на выставке в Центре Удвар-Хейзи

(Фото: Ричард Крузе, 2008 г.)

Двигатель Н-1

H-1 был разработан Rocketdyne и использовал керосин и жидкий кислород в качестве топлива.На первой ступени ракет Saturn I и IB использовалось восемь двигателей H-1.

Двигатель

H-1 на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

Двигатель

H-1 на выставке в Центре Удвар-Хейзи

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

 

Двигатель

H-1 на выставке в Музее авиации и космонавтики Нила Армстронга

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

Двигатель J-2

J-2 был разработан Rocketdyne и использовал жидкий водород и жидкий кислород в качестве топлива.На второй ступени Saturn 5 (S-II) использовалось пять двигателей J-2, а на третьей ступени (SIV-B) использовался один J-2.

фотографий J-2 были сделаны в Мичиганском космическом и научном центре

(Фото: Ричард Круз, 2002 г.)

 

Двигатель J-2 на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

Двигатель LR-87

Ракета LR-87 использовалась на ракетах «Титан» и космических пусковых установках.

Двигатель

LR-87 на выставке в Национальном музее ВВС США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

Двигатель LR-87 на выставке в Центре Удвар-Хейзи

(Фото: Ричард Крузе, 2008 г.)

Двигательная камера LR-87 на хранении в Мичиганском центре космических исследований

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

Ракетный двигатель Навахо

Ракетный двигатель Навахо на выставке в Центре Удвар-Хейзи

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

Редстоун Двигатель

Двигатель

Redstone на выставке в Мичиганском космическом и научном центре

(Фото: Ричард Круз, 2002 г.)

 

Двигатель

Redstone на выставке в Мичиганском центре космических исследований

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

 

Двигатель

Redstone на выставке в Центре Удвар-Хейзи.

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

 

Двигатель

Redstone на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

Двигатель РЛ-10

RL-10 на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

Ракетный двигатель RL-10 на выставке в Чикагском музее науки и промышленности

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

С-3 (LR-79) Ракетный двигатель

Ракета С-3 применялась на ракетах «Тор» и «Юпитер».Военное обозначение С-3 было LR-79.

Двигатель

S-3 на выставке в Национальном музее ВВС США.

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

S-3 на выставке в Центре Удвар-Хази.

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

Главный двигатель космического корабля «Шаттл» (SSME)

Главный двигатель космического корабля «Шаттл» (SSME) был разработан в Хантсвилле, штат Алабама, в Центре космических полетов им. Маршалла.SSME использует жидкий водород и жидкий кислород в качестве топлива. Space Shuttle использует три SSME.

Фотографии SSME, выставленные на наблюдательном портале стартового комплекса 39, Космический центр Кеннеди

(Фото: Кевин Рейнольдс, 2000 г.)

 

SSME на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

SSME Powerhead на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

Двигатель

SSME на выставке в Центре Удвар-Хейзи

(Фото: Ричард Крузе, 2008 г.)

Двигатель В-2

Двигатель

V-2 на выставке в Национальном музее ВВС США недалеко от Дейтона, штат Огайо

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

Двигатель

V-2 на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

Двигатель

V-2 на выставке в Музее ракетно-космической техники ВВС

(Фото: Ричард Круз, 2009 г.)

 

Упорная камера V-2 на выставке в Центре Удвар-Хейзи

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

 

Тяговая камера V-2 на выставке в Мичиганском центре космических исследований

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

Двигатель XLR-11

XLR-11 был разработан для пилотируемых ракетопланов.Этот четырехкамерный ракетный двигатель использовал в качестве топлива спирт и жидкий кислород.

XLR-11 выставлен в Национальном музее ВВС США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

Двигатель XLR-99

XLR-99 использовался в гиперзвуковом ракетоплане X-15. XLR-99 использовал аммиак и жидкий кислород в качестве топлива.

Ракетный двигатель XLR-99 выставлен в Национальном музее ВВС США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

Двигатель для спуска лунного модуля «Аполлон»

Двигатель спускаемого аппарата лунного модуля на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

Подъемный двигатель лунного модуля «Аполлон»

Подъемный двигатель лунного модуля на выставке в Космическом и ракетном центре США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

 

Подъемный двигатель лунного модуля в хранилище Мичиганского центра космических исследований

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

Двигатель сервисного модуля Apollo

Двигатель сервисного модуля Apollo (без удлинителя сопла) на выставке в Центре Удвар-Хейзи

(Фото: Ричард Крузе, 2008 г.)

Двигатель Agena

Ракетный двигатель Bell Model 8048 на выставке в Национальном музее ВВС США

(Фото: Ричард Круз, 2007 г.)

Двигатель НЕРВА

Фотографии сопла ракеты NERVA на выставке в Мичиганском космическом и научном центре

(Фото: Ричард Круз, 2002 г.)

Маршевый ракетный двигатель Atlas

Фотографии маршевого двигателя Atlas, который в настоящее время восстанавливается в Мичиганском центре космических исследований

(Фото: Ричард Круз, 2008 г.)

Двигатель Викинг

Фотографии ракетного двигателя «Викинг», выставленного в центре Удвар-Хейзи

(Фото: Ричард Крузе, 2008 г.)

Изображения Ричарда Крузе находятся под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial 3.0 Лицензия США.

Наш двигатель — Ракетная компания Ad Astra

В настоящее время вокруг Земли на очень высоких скоростях вращается более полумиллиона объектов.

Столкновение с космическим мусором — одна из самых больших угроз для членов экипажа и космического корабля на орбите. Если один из этих кусков космического мусора столкнется с крупным спутником, это может привести к финансовой катастрофе, а в некоторых случаях поставить под угрозу благополучие целых сообществ.Механизм VASIMR® может помочь решить эту и многие другие проблемы, связанные с космической логистикой.

В нашей современной космической экономике преобладают химические двигатели с небольшой нишей на рынке маломощных электрических двигателей (также известных как ионные двигатели). Химическая тяга — единственный способ, которым мы можем подняться с Земли в космос, но в космосе этот тип тяги теряет большую часть своей эффективности.

Химические двигатели по-прежнему будут абсолютно необходимы для поддержки растущей космической экономики, однако, если мы хотим создать устойчивое и эффективное присутствие в космосе, нам необходимо разработать и внедрить мощные электрические двигатели.

Двигатель VASIMR® предлагает эффективное, экономичное, устойчивое и надежное решение для наших потребностей в космических перевозках и логистике. Это помогает открыть пространство, предоставляя больше возможностей и потенциала для будущего присутствия и исследования.

В качестве мощного электрического двигателя масштабируемость VASIMR® позволяет ему хорошо работать как с солнечными, так и с ядерными источниками электроэнергии, обеспечивая широкую универсальность миссии от роботизированных солнечных-электрических грузовых полетов до быстрой атомно-электрической транспортировки людей в дальний космос. направления, такие как Марс и за его пределами..

После нашего дебютного космического полета двигатель VASIMR® будет готов поддерживать роботизированные солнечно-электрические логистические миссии между низкой околоземной орбитой и Луной. По мере развития ядерно-электрических технологий мы сможем масштабироваться, чтобы соответствовать им с двигателями мощностью в несколько мегаватт, что будет иметь решающее значение для открытия человеком освоения дальнего космоса.

Для нашего выживания важно научиться жить в новых условиях. У всех видов, дошедших до этого момента, есть одна общая черта: они приспосабливаются.С растущим населением в 8 миллиардов человек мы перерастаем нашу планету и вызываем большую нагрузку на окружающую среду.

Мы зашли так далеко, потому что, как и другие виды, мы адаптировались, мы эволюционировали. Мы должны продолжать делать это, чтобы обеспечить наше выживание.

Как НАСА вернуло к жизни чудовищный двигатель «лунной ракеты» F-1

Никогда не было ничего подобного «Сатурн-5» — ракете-носителю, который в конце 1960-х — начале 1970-х годов позволил Соединенным Штатам обойти Советский Союз и совершить ряд пилотируемых посадок на Луну.Ракета переосмыслила понятие «массивная», имея высоту 363 фута (110 метров) и производя смехотворную тягу в 7,68 миллиона фунтов (34 меганьютона) от пяти чудовищных, поглощающих керосин ракетных двигателей Rocketdyne F-1, которые составляли ее первую ступень.

В то время F-1 был самым большим и мощным двигателем на жидком топливе из когда-либо созданных; даже сегодня его конструкция остается непревзойденной (хотя см. врезку «Советы» для получения дополнительной информации о двигателях, которые соперничали с F-1). Энергия, генерируемая пятью из этих двигателей, была лучше всего описана автором Дэвидом Вудсом в его книге «Как Аполлон полетел на Луну — » «Выходная мощность первой ступени Сатурна составляла 60 гигаватт.Это очень похоже на пиковый спрос на электроэнергию в Соединенном Королевстве».

Несмотря на ошеломляющий успех «Сатурн-5», направление НАСА изменилось после завершения проекта «Аполлон»; Космическая транспортная система — космический челнок и связанное с ним оборудование — вместо этого была разработана с совершенно другими двигателями. В течение тридцати лет отряд астронавтов НАСА выходил на орбиту на борту космических челноков, оснащенных двигателями на жидком водороде РС-25 и твердотопливными ускорителями. С прекращением производства шаттлов НАСА в настоящее время занимается космическими полетами с русскими.

Но есть шанс, что в ближайшем будущем гигантская ракета с модернизированными двигателями F-1 снова может прогреметь в небе. И в немалой степени это заслуга группы молодых и талантливых инженеров НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, которые хотели извлечь уроки из прошлого, разбирая бесценные музейные реликвии… и поджигая их.

Увеличить / Двигатель F-1 на выставке в Центре космических полетов НАСА им. Маршалла. Жена автора справа для масштаба.

Lee Hutchinson

Введите наших молодых ученых-ракетчиков

Том Уильямс — именно такой начальник вам нужен.Конечно, он умен — это обязательное условие для его работы директором отдела двигательных систем Центра космических полетов им. Маршалла (MSFC) НАСА. Но он не против отступить и поставить перед своей командой интересные задачи, а затем отпустить их, чтобы проработать детали. Показательный пример: система космического запуска НАСА (SLS), предназначенная для создания огромной системы тяжелого подъема, которая будет конкурировать с Saturn V по размеру и возможностям. Размышляя о силовой установке для SLS, НАСА впервые за тридцать лет рассматривает нечто иное, чем твердотопливные ракетные ускорители.

Решение использовать пару твердотопливных ускорителей для космического корабля «Шаттл» вместо двигателей на жидком топливе, как у F-1, было отчасти техническим, а отчасти политическим. Твердое топливо обладает огромной плотностью энергии и обеспечивает отличный толчок для отрыва космического корабля от земли; Кроме того, выбор твердотопливных ракет-носителей позволил правительству направить часть имеющихся контрактных долларов компаниям, занимающимся созданием межконтинентальных баллистических ракет, используя этот опыт и предоставив этим компаниям дополнительную работу.

Но у твердотопливных ускорителей есть несколько недостатков, в том числе невозможность остановить горение. Без насосов, которые нужно выключить, или клапанов, которые нужно закрыть, твердые ускорители работают во многом так же, как бенгальские огни «утренней славы», которые мой отец покупал на Четвертое июля: однажды зажженные, они горят до тех пор, пока не закончатся. Конструктивные решения твердотопливного ракетного ускорителя, особенно в отношении сдерживания горения, способствовали разрушению космического корабля «Челленджер » и гибели его экипажа (хотя уничтожение «Челленджер » было скорее ошибкой руководства НАСА, чем технологии).

Реклама

Тем не менее, по мере того, как программа космических шаттлов подходила к концу, а потенциальные преемники приходили и уходили, инерция твердотопливных ускорителей, оборудования и людей, которые их производили, гарантировала, что они останутся частью планов.

SLS дал НАСА возможность полностью переосмыслить. Когда начались проектные исследования, Уильямс понял, что может быть хорошей идеей повторно ознакомить отдел двигательных систем MSFC с огромными керосиновыми газогенераторными двигателями, такими как F-1 (сокращенно называемыми «LOX / RP-1» или просто « двигателей LOX/RP», после их окислительно-топливной смеси жидкого кислорода и керосина РП-1).Помимо масштабирования, F-1 концептуально представляет собой относительно простую конструкцию, и эта простота может привести к снижению затрат. Снижение затрат на доступ в космос является ключевым приоритетом — возможно, даже первостепенным приоритетом — помимо безопасности.

Однако возникла проблема. Конструктивные параметры SLS требовали транспортного средства Saturn V-scale, способного поднимать 150 метрических тонн на низкую околоземную орбиту. Ни у кого из сотрудников MSFC не было реального опыта работы с гигантскими двигателями LOX/RP-1; сегодня ни одна из имеющихся в мире ракет-носителей не работает в таком масштабе.Так как же стать экспертом в области технологий, которых никто полностью не понимает?

Ник Кейс и Эрин Беттс, два инженера по жидкостным двигателям, работающие в Williams, нашли способ. Хотя ракет-носителей с двигателями F-1 до сих пор нет, настоящие F-1 существуют. Пятнадцать экземпляров прикреплены к трем стекам Saturn V, выставленным на объектах НАСА, включая MSFC; еще десятки разбросаны по стране на обозрение или на хранение. Команда Уильямса проверила имеющиеся двигатели и вскоре нашла свою цель: готовый к полету F-1, который был снят с ракеты-носителя, предназначенной для миссии «Аполлон-19», которая должна была быть отменена, и вместо этого хранился на складе в течение десятилетий.Он был в отличном состоянии.

Кейс и Беттс возглавили интенсивную работу с документами, чтобы реквизировать F-1 со склада и доставить его в свою мастерскую. Им помогал Р. Х. Коутс, более старший член команды Уильямса и ведущий инженер отдела перспективных разработок SLS. Уильямс предложил поддержку и помощь со стороны руководства, но в остальном команде была предоставлена ​​полная свобода действий. После некоторого изучения они обратились к Williams с чисто инженерной просьбой: «Почему бы нам просто не разобрать эту штуку и посмотреть, как она работает?»

Уильямс сказал да.«Это позволило некоторым из наших молодых инженеров получить некоторый практический опыт работы с оборудованием, — сказал он мне, — то, что мы назвали бы подходом к обучению «грязными руками». были ребенком, или газонокосилкой вашего отца, или его радиоприемником. Один из лучших способов научиться работать инженером или кем-то еще — это разобрать его, изучить и задать вопросы».

А потом, надеюсь, построим лучше.

Планы! Планы!

Разборка F-1 началась относительно скромно.Когда команда копалась в двигателе, стало очевидно, что внутренние компоненты в хорошем состоянии. На самом деле, хотя были некоторые признаки повреждения дождевой водой, двигатель в целом был в отличной форме.

Сначала команда хотела построить точную компьютерную модель каждого компонента двигателя, чтобы можно было моделировать и симулировать его поведение, но вскоре начала обретать форму другая цель: может быть, просто возможно, они могли бы установить некоторые компоненты двигателя на испытательный стенд и заставить Ф-1 снова заговорить через 40 лет.

Реклама

Почему НАСА работало с древними двигателями вместо того, чтобы строить новый F-1 или полноценный Saturn V? Одна городская легенда гласит, что от ключевых «планов» или «чертежей» давным-давно избавились из-за небрежности или бюрократического надзора. Нет ничего более далекого от правды; каждый клочок документации, созданной в ходе проекта «Аполлон», включая проектную документацию двигателей «Сатурн-5» и F-1, остается в деле. Если бы воссоздание двигателя F-1 было просто вопросом копирования некоторых чертежей 1960-х годов, НАСА уже сделало бы это.

Типичный проектный документ для чего-то вроде F-1, тем не менее, был создан в условиях жестких сроков, и в нем не было даже самых элементарных форм компьютеризированных средств проектирования. Такой документ просто не может рассказать всю историю оборудования. Каждый двигатель F-1 был собран вручную, и у каждого есть свои недокументированные особенности. Кроме того, процесс проектирования, использовавшийся в 1960-х годах, обязательно был итеративным: инженеры проектировали компонент, изготавливали его, тестировали и смотрели, как он работает. Затем они изменяли дизайн, создавали новую версию и снова тестировали ее.Это будет продолжаться до тех пор, пока дизайн не станет «достаточно хорошим».

Кроме того, хотя принципы, лежащие в основе F-1, хорошо известны, некоторые аспекты его работы просто не были полностью поняты в то время. Прекрасным примером является проблема нестабильности тяги. По мере создания F-1 ранние образцы имели тенденцию взрываться на испытательном стенде. Повторные испытания показали, что проблема была вызвана вращением горящего шлейфа пороха при его сгорании в сопле. Эти вращения будут увеличиваться в скорости, пока не будут происходить тысячи раз в секунду, вызывая сильные колебания тяги, которые в конечном итоге разорвут двигатель на части.Эта проблема могла сорвать программу «Сатурн» и поставить под угрозу крайний срок посадки президента Кеннеди на Луну, но инженеры в конце концов использовали набор коротких барьеров (перегородок), торчащих из большой изрешеченной дырами пластины, которая распыляла топливо и жидкий кислород в камеру сгорания. пластина форсунки»). Эти перегородки гасили колебания до приемлемого уровня, но никто не знал, была ли точная компоновка оптимальной.

Увеличить / Деталь пластины форсунки двигателя F-1 на переднем конце сопла.Топливо и жидкий кислород выбрасываются из этих отверстий под огромным давлением, при этом в каждом кольце чередуются топливо и окислитель. Фотография с двигателя F-1 F-6045, выставленного на всеобщее обозрение в Космическом и ракетном центре США в Хантсвилле.

Lee Hutchinson

Устройство перегородки «было просто методом проб и ошибок», — объяснил старший инженер по движению Р. Х. Коутс. «Но мы хотели бы смоделировать это и сказать: а что, если убрать одну из этих перегородок?» Поскольку перегородки установлены непосредственно на пластине форсунки, они занимают площадь поверхности, которая в противном случае была бы занята большим количеством отверстий форсунки, распыляющих больше топлива и окислителя; следовательно, они лишают двигатель мощности.«Поэтому, если вы хотите повысить производительность этой штуки, мы можем оценить это с помощью современных аналитических методов и посмотреть, как это повлияет на стабильность вашего горения».

Но до того, как можно было провести какие-либо «горячие» испытания, команда должна была взять физически реальный двигатель F-1 и каким-то образом смоделировать его. Превратить набор файлов САПР в реальный продукт несложно — ну, относительно просто. Однако превращение реального продукта в набор файлов САПР требует некоторой изобретательности, особенно когда этот продукт представляет собой гигантский ракетный двигатель.

Для решения этой задачи НАСА привлекло компанию Shape Fidelity, которая специализируется на методе, называемом «сканирование структурированного света». Если у вас нет доступа к лазеру из TRON , сканирование структурированным светом — это почти следующий лучший способ втиснуть что-нибудь внутрь компьютера.

Как измерить тягу ракетного двигателя?

Кредит: Б.Хейс/NIST

Краткий ответ

Инженеры используют специальные весы, называемые тензодатчиками, которые чем-то напоминают весы в ванной комнате, которые есть у вас дома, для измерения силы, создаваемой ракетой — достаточной, чтобы поднять десятки тысяч килограммов.

Ракеты, запускаемые в космос, должны иметь большой вес. Им приходится преодолевать безжалостное притяжение, перенося себя и свой груз на орбиту или за ее пределы. Исследователи, разрабатывающие ракетные двигатели, должны иметь возможность испытывать их, не запуская ракеты, чтобы убедиться, что они производят достаточную тягу для выполнения своей задачи.

Машина NIST дедвейтом 4,45 миллиона ньютонов (один миллион фунтов) в полностью собранном виде. Кредит: НИСТ

Так как же они их проверяют? Проще говоря, они переворачивают ракетный двигатель на бок и прикрепляют его корпус к большой неподвижной подставке, чтобы удерживать его на месте. В ключевых местах вокруг стенда расположены устройства, называемые тензодатчиками. Когда ракетный двигатель сжигает свое топливо, он создает силу, противоположную направлению тяги. Эта сила давит на тензодатчики, которые сжимаются, как пружины, чтобы измерить эту силу и дать показания.

Эти тензодатчики имеют много разных конструкций, но все они в значительной степени основаны на одной и той же простой идее: они содержат устройства, известные как тензометрические датчики, которые приклеены к металлу. Тензометрические датчики преобразуют механические усилия, воздействующие на тензодатчик, в электрический сигнал.

Во время испытаний двигатель воздействует на металл в тензодатчике. Когда металл растягивается, он становится более устойчивым к потоку электричества, а когда его сжимают, он становится менее устойчивым.В любом случае это изменяет электрическое напряжение цепи в тензодатчике. Тензодатчик может с высокой точностью измерять изменения электрического напряжения и использовать эти знания для определения силы, прикладываемой к тензодатчику.

Но откуда вы знаете, что тензодатчики точны? Несмотря на то, что свойства тензодатчиков были хорошо измерены перед их первым использованием, эти устройства все же необходимо периодически калибровать, чтобы убедиться, что они работают должным образом и дают правильные показания.Для этого вам нужны известные веса, которые вы можете поставить на весы, то есть тензодатчик. Но где взять гири, достаточно большие, чтобы откалибровать что-то, предназначенное для измерения тяги ракетного двигателя? Не много мест. Одним из мест, где действительно есть такие веса, является Национальный институт стандартов и технологий (NIST) и его дедвейт на 4,45 меганьютона (1 миллион фунтов силы) в Гейтерсберге, штат Мэриленд.

Построенная в 1965 году грузоподъемная машина состоит из стопки из 20 дисков из нержавеющей стали диаметром около 3 метров (чуть менее 10 футов), которые находятся в яме для утяжеления и имеют высоту около 10 метров (около 35 футов) в собранном виде. .Их средняя масса составляет около 22 696 кг (чуть более 50 000 фунтов) каждый. Грузы поднимаются по цепочке с помощью гидравлического домкрата для создания толкающего и тянущего усилия.

Используя эту гигантскую машину, NIST калибрует тензодатчики для клиентов, которые, в свою очередь, используют их для измерения больших сил, например, создаваемых ракетами и реактивными двигателями. Поскольку NIST является национальным измерительным институтом Соединенных Штатов и отвечает за то, чтобы измерения точно восходили к Международной системе единиц (также известной как СИ или метрическая система), наши клиенты знают, что калибровки, которые они получают, тщательно точны, гарантируя, что их инструменты дают им правильные измерения и дают им уверенность, что они могут добраться до звезд.

Смогут ли SpaceX и Blue Origin превзойти старую российскую конструкцию ракетного двигателя?

Решающее различие между двигателями ступенчатого сгорания, такими как РД-180, и газогенераторными двигателями, такими как F-1 Сатурна, заключается в том, что происходит с выхлопом этих предкамер. В то время как газогенераторные двигатели выбрасывают его за борт, двигатели ступенчатого сгорания повторно впрыскивают его в основную камеру сгорания. Одной из причин этого является то, что выхлоп содержит неиспользованное топливо и кислород — предварительные горелки не могут сжечь все это.Выбрасывать его — это пустая трата, что важно для ракеты, которая также должна поднимать каждый фунт топлива и кислорода, которые она собирается использовать. Но повторный впрыск выхлопных газов влечет за собой деликатную балансировку соответствующих давлений и расходов, чтобы двигатели не взорвались. Для его работы требуется целая серия турбонасосов. Команде экспертов обычно требуется десятилетие или больше моделирования и тестирования, чтобы выяснить, как все сделать правильно.

У РД-170 и РД-180 есть еще одно преимущество. Они богаты кислородом, что означает именно то, на что это похоже: они вводят дополнительный кислород в систему.(Главный двигатель космического челнока, напротив, является двигателем с высоким содержанием топлива.) Двигатели с высоким содержанием кислорода, как правило, сгорают чище и легче воспламеняются. Они также обеспечивают более высокое давление в камере сгорания и, следовательно, лучшую производительность, но они более склонны к взрыву, поэтому в течение десятилетий в США не предпринималось никаких серьезных усилий, чтобы заставить их работать. «В шаттл было вложено так много, что никто в НАСА не хотел говорить о разработке двигателя с многоступенчатым сгоранием, богатого кислородом», — говорит Андерсон. «Кислород сожжет большинство вещей, если дать искру.Это требует большой осторожности в отношении материалов, используемых для изготовления двигателя, и еще большей осторожности в том, чтобы в него не попали посторонние материалы, такие как частички металлического мусора. «Чем больше мы узнаем о физике того, что происходит внутри камеры сгорания, тем больше мы понимаем, насколько она нестабильна на самом деле», — говорит Андерсон.

Если РД-170 был, возможно, лучшим ракетным двигателем своего поколения, то главный двигатель космического челнока был, возможно, вторым лучшим (и был значительно дороже в производстве).Ни один из них не реализовал свой потенциал. Двигатель космического челнока был застрял в лимоне транспортного средства, которое оказалось гораздо более громоздким, чем надеялись его разработчики. С другой стороны, РД-170 летал только дважды: один раз в 1987 году и один раз в 1988 году. Хотя его разработка была национальным приоритетом, к тому времени, когда Глушко доказал, что он работает, Советский Союз был на грани распада.

1990-е годы были неспокойным временем в России, особенно для космической программы. Чтобы выжить без государственного финансирования, недавно приватизированные аэрокосмические компании обратились к коммерческому рынку.

Именно тогда в Москву переехал Джим Сакетт, инженер, работавший на Lockheed в Космическом центре имени Джонсона НАСА в Хьюстоне. Lockheed заинтересовалась использованием ступенчатого сжигания с высоким содержанием кислорода для питания ракет Atlas следующего поколения, с которыми она планировала конкурировать за контракты ВВС и НАСА.

Сакетту, который был назначен руководителем московского офиса Lockheed, удалось связаться с Энергомашем, постсоветской компанией космической промышленности, которая стала владельцем РД-170 и связанных с ним технологий двигателей.Энергомаш с энтузиазмом воспринял интерес Lockheed. Но РД-170 был слишком мощным: ракеты «Атлас», которые «Локхид» собиралась отправить в космос, были значительно меньше «Энергии», для которой был разработан РД-170. Поэтому «Энергомаш» фактически урезал двигатель пополам — фирма подготовила предложение о двухкамерной модификации четырехкамерного РД-170, которую можно было бы использовать в «Атласе». Это было рождение РД-180.

Отношения требовали заметной интеграции между российскими и американскими военно-промышленными подрядчиками.Lockheed открыла офис на Энергомаше в Подмосковье. Это была грандиозная операция, вспоминает Сакетт. «У них там металлургический завод, поэтому они сами куют металлы, — говорит он. «У них есть все свои собственные механические мастерские, все свои собственные испытательные лаборатории. Много всего, и все под одной крышей. И в конце концов все это превращается в ракетный двигатель».

Потребовалось около года ежедневных обстоятельных технических совещаний между командой Сакетта и руководителями и инженерами Энергомаша, чтобы понять, будут ли работать предлагаемые закупки двигателей РД-180.Lockheed хотела заключить небольшую сделку без каких-либо обязательств. Энергомаш настаивал на долгосрочной договоренности. По словам Сакетта, контракт был подписан в конце шестичасового марафона в 1996 году. Результат: сделка на 101 двигатель на миллиард долларов.

ВВС США, основной заказчик Lockheed, потребовали доступ к 10 ключевым технологиям, необходимым для производства РД-180, на случай, если отношения с Россией когда-либо рухнут и Америке придется самой производить двигатели. Это была большая просьба. США охотились за жемчужиной советских космических технологий, и российское правительство не было в восторге.«Но они не видели альтернативы, — говорит Сакетт, — потому что страна не просто изменила свое мнение, они разорились. Они просто разорились. Так они спасли компанию».

Хотя больше внимания уделялось американо-российскому сотрудничеству на Международной космической станции, сотрудничество по РД-180 во многих отношениях стало более глубоким. Ведь космическая станция не имеет решающего значения для национальной безопасности ни той, ни другой страны, в отличие от спутников разведки и связи.

Теперь, когда отношения между двумя странами испортились, утверждает Сакетт, США могут просто производить РД-180 внутри страны. Критики двигателя говорят, что это было бы астрономически дорого. Но стоимость «не должна быть астрономической!» — говорит Сакет. «У нас здесь есть умные люди, и у нас есть рецепт! Именно поэтому мы определили и согласовали эти 10 ключевых производственных технологий, чтобы мы могли взять чертежи и заметки, а затем приступить к их созданию».

Вряд ли это произойдет, отчасти потому, что после десятилетий застоя американские компании наконец-то работают над двигателями, которые могут быть лучше РД-180.

Характеристики двигателя сильно влияют на конструкцию ракеты над ним. Поэтому, когда Конгресс потребовал от ВВС прекратить использование РД-180, это спровоцировало конкуренцию не только за новый двигатель, но и за совершенно новую ракету. Такая конкуренция была неизбежна — в конце концов, дизайн не вечен. Но поскольку разработка новых двигателей и ракет требует больших затрат времени и денег, выбор времени для перехода всегда является политически спорным вопросом. Запрет РД-180, введенный Конгрессом, усугубил проблему.

Есть четыре серьезных претендента на создание этой новой ракеты: SpaceX, Blue Origin, United Launch Alliance (совместное предприятие Boeing и Lockheed Martin, известное под инициалами ULA) и Northrop Grumman. Будут выбраны двое из них, исходя из теории, что наличие двух победителей создает постоянную конкуренцию, а выбор одного приведет к монополии, которая затем может развернуться и нанести ущерб ВВС. На карту поставлены тысячи рабочих мест: если ULA проиграет, она может выйти из бизнеса.

Первое испытание двигателя BE-4 компании Blue Origin в октябре 2017 года.В начале 2019 года Blue Origin открыла завод в Алабаме, где планирует построить сотни двигателей.

Courtesy image

Новый Glenn, участник конкурса Blue Origin, использует BE-4, новейший и самый мощный двигатель Blue Origin. (Как и ракета ULA — эти две фирмы одновременно являются конкурентами и деловыми партнерами.) Проекты как BE-4, так и SpaceX Raptor в решающей степени зависят от RD-180. БЕ-4 — это двигатель ступенчатого сгорания, обогащенный кислородом, такой же, как РД-170 и РД-180.В то же время Raptor напоминает РД-180 тем, что он подает выхлопные газы предкамеры сгорания в камеру сгорания, благодаря чему почти все топливо и окислитель, хранящиеся в баках ракеты, используются для создания тяги. Тем не менее, Raptor полагается на корректировку подхода Глушко: его турбонасосы питаются потоками как с высоким содержанием топлива, так и с высоким содержанием окислителя, что теоретически приводит к максимальной эффективности.

Первый испытательный запуск двигателя SpaceX Raptor в 2016 году. Ранее в этом году Илон Маск похвастался в Твиттере, когда Raptor впервые превзошел давление в камере РД-180.

Courtesy image

В некотором смысле BE-4 и Raptor подобны попытке создать лучшую скрипку, чем Страдивари, используя современные методы. У Blue Origin и SpaceX есть доступ к более качественной диагностике и более сложным методам моделирования, чем у Глушко. У них также есть еще одна конструктивная особенность, важная для американских ВВС: они сделаны в США.

Возможно, самым большим техническим преимуществом этих новых двигателей по сравнению с РД-180 является то, что они используют в качестве топлива метан, а не керосин, как РД-180.Керосин может испортить работу двигателя после многократного использования. Метан имеет более высокий удельный импульс и сгорает чище. Также намного проще (в принципе) синтезировать на Марсе, что Маск и стремится сделать.

Ни один новый двигатель еще не вышел на орбиту. Этим летом SpaceX планирует испытательные полеты своей ракеты Starhopper, которая в конечном итоге будет оснащена тремя Raptor. Эти полеты будут короткими, на высоте нескольких тысяч футов над испытательным полигоном SpaceX в Техасе. Blue Origin также тестирует BE-4 в Техасе и начала строительство завода в Алабаме, где будет производить двигатели.Стартовый комплекс 36, где впервые поднялся в воздух РД-180, он арендовал у ВВС и планирует запустить там New Glenn в 2021 году. двигатели. По словам аналитика российской космической отрасли Павла Лузина, в последние годы около 90% ее производства приходится на США. Как и его американские коллеги, «Энергомаш» теперь рискует быть устаревшим из-за Маска и Безоса, которые благодаря своей свободе от устаревших конструктивных ограничений и готовности тратить деньги и рисковать наконец вырвали разработку ракетного двигателя из десятилетия застоя.

 

Мэтью Боднер — московский журналист, пишущий об аэрокосмической и военной сферах.

Получить помощь с моделью ракетных двигателей/моторов.


Пожалуйста, выберите один из следующих вариантов: Что означает код двигателя? Код ракетных двигателей выглядит как B6-4 или F25-4W.
Первая буква — это диапазон общего импульса (или полной мощности), производимого двигателем. Каждая следующая буква имеет до удвоенного общего импульса. Цифра перед буквой «А» говорит о том, что импульс равен половине или четверти «А» мотора.
Первое письмо Тотал Импульс N Полный импульс, фунт силы
А 1,26 — 2,50 0,29 — 0,56
Б 2,51 — 5 0,57 — 1,12
С 5.01 — 10 1,13 — 2,24
Д 10.01 — 20 2.25 — 4.48
Е 20.01 — 40 4,49 — 8,96
Ф 40.01 — 80 8,97 — 17,92
Г 80.01 — 160 17,93 — 143,83

Первое число, следующее за первой буквой, говорит нам о средней тяге в ньютонах. Итак, в случае нашего двигателя B6 теперь мы можем сказать, что двигатель будет гореть меньше секунды, так как общий импульс равен 5, а средняя тяга равна 6.Мы также можем сказать, что двигатель A8 имеет большую среднюю тягу, чем B6, однако ракета будет лететь выше на двигателе B, потому что он будет гореть дольше.
Число после тире представляет собой задержку от выгорания двигателя до срабатывания метательного заряда в секундах. Задержка необходима, потому что ракета еще какое-то время будет лететь вверх по инерции. Затем метательный заряд вытолкнет парашют и позволит ракете красиво приземлиться на землю. Двигатели

Aerotech имеют еще одну букву справа от последней цифры, эта буква указывает, какой тип топлива используется.Пожалуйста, смотрите объяснение кода здесь.

Нужно ли покупать двигатель или он входит в комплект ракеты? В большинстве случаев двигатели не входят в комплект или ракету и их нужно покупать отдельно. Единственным исключением являются комбо, включающие в себя все необходимое для запуска.

В описании сказано, что я могу использовать несколько разных движков, какой мне выбрать? В наших списках мы располагаем двигатели от менее мощных к наиболее тяговитым.Выберите тот, который стоит первым в списке рекомендуемых двигателей для первого полета. Если первый полет пройдет успешно, можно попробовать более мощные двигатели. Мы рекомендуем попробовать двигатели с другой первой цифрой. Например: возьмите этот список рекомендуемых двигателей: А8-3,В4-4,В6-4,С6-5. Выберите A8-3 для первого полета. Затем вы можете запустить C6-5, чтобы увидеть, как далеко улетит ваша ракета. Однако стоит попробовать B4-4, чтобы насладиться более медленными взлетами.

Мне также нужны воспламенители или вата? Вам всегда нужны зажигалки.Хорошая новость — они всегда идут в комплекте с двигателями. Вам могут понадобиться дополнительные, если вы их сломаете, но это случается не часто. Упаковки Estes содержат больше воспламенителей, чем вам нужно, и в итоге у вас будет немного дополнительных воспламенителей. Мы рекомендуем покупать дополнительные воспламенители для двигателей Aerotech.
Да, необходимо приобрести вату или теплозащитный экран *. Вата представляет собой огнеупорную бумагу, которая служит барьером между горячим метательным зарядом и парашютом или косой. Теплозащитный экран — это кусок огнестойкой ткани, который можно использовать повторно.Вам нужна вата или теплозащитный экран, если только вы не запускаете ракеты Aerotech средней мощности. Имеют встроенную систему охлаждения газа. Никогда не заменяйте восстановительную вату любым другим несертифицированным материалом.
* Все пакеты Engine Bulk включают в себя вату.


В чем разница между всеми этими моторами? На этом сайте вы найдете 2 разных марки моторов. Эстес и Аэротек Двигатели

Estes, продаваемые на этом веб-сайте, работают на сжатом черном порохе.

Аэротех производит двигатели совершенно другого типа, работающие на смесевом топливе.Этот метательный заряд в среднем в 3 раза мощнее дымного пороха. Зажигание и запуск ракеты с композитным двигателем больше похож на настоящую ракету, сопровождающуюся громким грохотом. Для запуска ракет с композитным двигателем нужен более мощный 12-вольтовый пусковой контроллер.

Aerotech также производит перезаряжаемые двигатели, чтобы снизить стоимость. Чтобы использовать перезаряжаемый мотор, вам нужно купить корпус мотора и перезарядить.

Могу ли я запустить свою ракету с двигателями, отличными от рекомендуемых? Только когда у вас есть опыт запуска ракет средней мощности, вы знаете тягу двигателя и аэродинамику, у вас есть стартовая площадка, достаточно большая для более крупных двигателей, вы можете рассмотреть возможность использования двигателей, отличных от рекомендуемых.
Ни мы (Denau Hobby Supplies Ltd.), ни производитель ракет или двигателей не одобряем использование двигателей, отличных от рекомендуемых, в любой продаваемой нами ракете.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2019 © Все права защищены. Карта сайта