ПопулярнеРедакціяСвіже
КращеОбговорюване

Сага о потерянном времени

Этот текст также доступен на русском языке

Как известно, советская и российская космонавтика уже более полувека держится на двух основных больших ракетах-носителях – средней Р-7 (используется с 1957 года, современная версия известна под названием «Союз») и тяжелой «Протон» (она же УР-500), которая впервые стартовала еще в 1965 году. В принципе, нет ничего плохого в том, что какая-то удачная разработка может использоваться многие годы – американцы тоже прекрасно умеют целыми десятилетиями пользоваться своими наиболее удачными образцами техники. Можно легко вспомнить пару примеров в авиации, вроде стратегического бомбардировщика Boeing B-52 Stratofortress или военно-транспортного Lockheed C-130 Hercules – оба самолета стоят на вооружении ВВС США аж с 1955 года (разумеется, при этом неоднократно проходили глубокую модернизацию). Да и в космических программах США тоже можно найти пару примеров того, как какие-то особо удачные узлы или агрегаты десятилетиями использовали в различных проектах.

Та самая «Семёрка», по сути летающая до сих пор

Но была одна существенная разница между космическими проектами СССР и США – американцы всегда отличались большей гибкостью в реализации своих программ и постоянно работали в самых разных направлениях, реализовывали и проверяли множество технических решений и концепций. Достаточно только посмотреть, какая линейка ракет-носителей всех классов была у США – Vanguard, Juno, Thor, по три-четыре-пять поколений Delta, Titan, Atlas (которые зачастую не имели ничего общего со своими «папашами» и «дядюшками»), Saturn, Space Shuttle, Antares, Falcon… И это далеко не весь перечень! Общий подход к делу в США был следующим – даже в самом неудачном проекте можно найти пару хороших технических решений, которые найдут место в новых проектах. Плюс ко всему, в США не гнушаются действовать в кооперации и использовать чужие успешные наработки – доказательством чему служат американские Atlas V (с российскими двигателями РД-180) или Antares (первая ступень от украинского КБ «Южное» с российскими двигателями, сначала с НК-33/AJ-26, потом с РД-181).

Конечно, у американцев не обходилось без действий многочисленных лобби, которые весьма активно стараются продвинуть ту или иную программу и оттеснить соперника в борьбе за солидный госзаказ – конкуренция в полный рост. Но все это давало множество стимулов к дальнейшему развитию во всех мало-мальски перспективных направлениях – чем никак не могла похвалиться «машина» советского госаппарата. Есть немало примеров того, как перспективные проекты либо так и не были реализованы, либо «зарублены» на корню – и некоторые события полувековой давности аукаются даже до сих пор… Например, нынешняя неразбериха с разными версиями российских ЖРД – во многом вызвана как раз теми процессами, которые имели место еще в 60-70 годах прошлого века. Именно тогда СССР заметно отстал от США в области однокамерных мощных ЖРД, несмотря на отдельные успешные проекты.

С проектами однокамерных ЖРД (и не только их) в СССР вообще интересная история получается. Когда в начале 50-х годов шла разработка большой межконтинентальной баллистической ракеты (МБР), которая впоследствии получила индекс Р-7, то первоначально техническое задание звучало следующим образом – доставка головной части весом 3000 кг на расстояние до 8000 км. Под эти требования была разработан двигатель РД-105 – однокамерный, выдавал тягу до 56 тонн. Таким образом, стартовый «пакет» из пяти таких ЖРД должен был обеспечить суммарную тягу до 280 тонн. Но потом все изменилось… Во-первых, возникли проблемы с РД-105 – при работе в нем часто возникала высокочастотная вибрация, которая разрушала камеру сгорания. Во-вторых, в 1953 году техническое задание было существенно изменено – дальность МБР осталась прежней (8000 км), а вот масса головной части возросла до 5500 кг (фактически удвоилась). Все это потребовало гораздо более мощного ЖРД, но с однокамерным РД-105 реализовать эту задачу не очень-то получалось. Пришлось идти другим путем – заняться проектом четырехкамерного ЖРД, в двух вариантах, которые получили обозначения РД-107 (для первой ступени, тяга 83 тонны) и РД-108 (для второй ступени, тяга 76 тонн).

РД-105. Credit: Журнал «Новости космонавтики»

Фактически, с тех пор большинство маршевых ЖРД для советских ракет-носителей были как раз в многокамерном исполнении – Р-7 уже шесть десятилетий использует четырехкамерные РД-107/108, легкие «Космосы» летали на гептиловых РД-214 (четыре камеры сгорания) и РД-216 («связка» из двух двухкамерных РД-215), на «Циклонах» стояли гептиловые РД-251/261 («связка» из трех двухкамерных РД-250). Фактически, за всю историю советской космонавтики был только один успешный и массовый однокамерный ЖРД – гептиловый РД-253/275 закрытого цикла для «Протона», тяга которого составляла 165-180 тонн. А вот с таким же мощным криогенным ЖРД (керосин плюс жидкий кислород) как-то не складывалось – тот же РД-107/108 для Р-7 не особенно поддавался форсировке (за шесть десятилетий его тяга увеличилась где-то на 3-5%, до 80-86 тонн). Правда, в начале 60-х годов в КБ Валентина Глушко удалось создать мощный четырехкамерный «керосиновый» РД-111, который выдавал тягу в 140 тонн и устанавливался на МБР Р-9А. И были предложения разработать отдельную версию космической Р-7 как раз для установки более мощных РД-111 – даже если бы его установить только на вторую, центральную ступень Р-7, суммарная тяга ракеты могла бы достичь где-то 470 тонн (вместо прежних 410-420 тонн). А уж «пакет» из пяти таких ЖРД – мог бы выдать до 700 тонн! Но этот проект так и не был реализован.

Потом началась эпическая эпопея с проектом ракеты Н-1, когда СССР пытался как-то догнать США в той знаменитой «лунной гонке», но потерпел сокрушительное поражение. Проект американского Saturn V с уникальными однокамерными двигателями Rocketdyne F-1 (тяга 690 тонн!) оказался фантастически успешным – 13 запусков без единой осечки (конечно, можно придраться и вспомнить о приключениях миссии «Аполлон-13», но Saturn V тут точно ни при чем). Зато СССР оказался в жутком цейтноте – проект гигантской ракеты-носителя Н-1 был, а вот двигателей, подобных F-1, вообще не существовало… В итоге, пришлось опять идти путем «умножения» – раньше было «Много камер сгорания вместо одной», а в случае с лунной Н-1 стало «Много маленьких двигателей вместо нескольких больших». Вот в этом случае наконец-то вплотную занялись вопросом создания мощного однокамерного криогенного ЖРД – причем эту задачу взяло на себя КБ Кузнецова, которое в основном занималось авиационными реактивными двигателями. Сначала был проект НК-15, потом появилось его развитие НК-33 (оба с тягой до 154 тонн).

НК-33. Credit: журнал «Новости космонавтики»

Однако проект ракеты-«монстра», у которой на первой ступени стоял умопомрачительный «пакет» из 30 двигателей НК-15/33 (это против пяти ЖРД у Saturn V), завершился полным провалом – четыре запуска в 1969-1972 годах, четыре неудачи (самый «успешный» полет продлился менее двух минут, Н-1 достигла высоты 40 км, после чего разрушилась из-за проблем с двигателями). После этого весь проект Н-1 был полностью закрыт – причем под «раздачу» попали также двигатели НК-33, несмотря на весь их отличный потенциал. В итоге, КБ Кузнецова больше не занималось проектами ЖРД, все готовые экземпляры НК-33 были законсервированы. То есть направление однокамерных криогенных ЖРД попросту «прихлопнули». Фактически, после этого в СССР удалось как-то реализовать только один проект мощного криогенного однокамерного двигателя – кислородно-водородного РД-0120 (тяга 146 тонн на уровне моря). Но эти ЖРД за всю историю были использованы лишь дважды – на запусках ракеты-носителя «Энергия» в 1987 году (со спутником «Полюс») и 1988 году (с многоразовым космическим кораблем «Буран»).

Об законсервированных НК-33 успешно забыли почти на тридцать лет. И только где-то в 2007 году вдруг вспомнили о них, когда предложили глубокую модернизацию ракеты-носителя «Союз» (которая должна была получить индекс «Союз-2-3»). Первый вариант модернизации предполагал установку НК-33 на вторую ступень вместо прежнего РД-108А – в этом случае суммарная тяга на старте «Союз-2-3» составила бы минимум 490-495 тонн (против нынешних 420-425). Второй вариант был радикальнее – заменить все четыре РД-107А первой ступени на НК-33 (это уже фактически новая ракета, которую придется заново проектировать), благодаря чему можно было бы получить суммарную тягу порядка 680-690 тонн!

Но, в конечном итоге, остановились на проекте легкой ракеты-носителя «Союз-2.1в» – тот же «Союз-2», только без четырех боковых блоков первой ступени (получился тонкий «карандаш», в котором вторая ступень стала первой). Вот как раз на бывшей второй ступени вместо прежнего РД-108А был установлен НК-33. Первый запуск «Союз-2.1в» состоялся 28 декабря 2013 года, после чего состоялись еще три запуска – в 2015, 2017 и 2018 годах. В принципе, когда изучаешь основные характеристики «Союз-2.1в» (а также проекта «Союз-2-3»), понимаешь, что СССР такие проекты мог без особого труда реализовать еще в середине 70-х годов. В целом, получилась «Сага о том, как профукать сорок лет просто так!»

Надо полагать, «отдача» от тех событий и нереализованных проектов 60-70-х годов мощно докатилась до настоящего времени. Фактически, жесткая привязка к «Союзам» и «Протонам» привела к тому, что в категории средних и тяжелых ракет-носителей практически нет каких-то новых концепций и проектов, которые получили массовое применение и способны в полной мере заменить проекты Р-7 и УР-500 (с некоторой натяжкой можно вспомнить «Зенит»). И нынешняя сумятица с разными двигателями (кстати, с отличными характеристиками) лишь подчеркивает общее состояние дел в советской и российской космонавтике. Можно долго перечислять примеры – чаще всего возникает ситуация, когда к отличному ЖРД (советского/российского производства) попросту нет своей соответствующей ракеты-носителя…

Взять тот же НК-33. Даже после почти сорокалетней консервации эти двигатели оказались достаточно эффективными – сначала они появились на американско-украинской ракете-носителе Antares (AeroJet приобрел партию НК-33, которые после модернизации получили индекс AJ-26). Было четыре успешных запуска в 2013-2014 годах, но после взрыва Antares 28 октября 2014 года от «консервов» отказались. К этому еще можно добавить четыре запуска российского «Союз-2.1в». Можно только развести руками – какой потенциал в этом направлении был самым бездарным образом профукан еще в 70-х годах…

РД-171. Credit: Журнал «Новости Косомнавтики»

Двигатель РД-170/171 – четырехкамерный криогенный, самый мощный ЖРД в истории (740 тонн). Но сейчас банально «завис» без ракеты-носителя. Проект «Энергия» просто прикрыли почти тридцать лет назад. Были ракеты-носители «Зенит», но без кооперации с украинским КБ «Южное» «Зениты» почти не летают (за пять последних лет только три запуска, а программа «Морской старт» вообще полностью встала). Сейчас в срочном порядке под РД-170 разрабатывают новую ракету-носитель «Иртыш» (ранее носила условное обозначение «Союз-5»), но первые пробные запуски состоятся не раньше 2024 года. Причем, судя по всему, «Иртыш» будет представлять собой примерно тот же доработанный «Зенит», только полностью российского производства. То есть РД-170 будут стоять «на приколе» еще пять лет…

Двигатель РД-180 – двухкамерный (своего рода «половинка» РД-170), тяга 390 тонн. Производится исключительно для США, в качестве маршевого двигателя для ракеты-носителя Atlas V. В России не используется, поскольку для него полностью отсутствует соответствующая ракета-носитель, хотя были какие-то попытки что-то создать – существовал проект ракеты-носителя «Русь-М» с РД-180, но его дважды закрывали на стадии проектирования (сначала в 2011 году, а потом окончательно в 2015 году). Причина закрытия – «Роскосмос» посчитал, что возможностей «Союз» и «Протон» вполне достаточно, «будем летать на том, что есть». Сейчас появились сообщения, что в «Роскосмосе» рассматривают проект новой ракеты-носителя «Союз-7» («Волга»), который и получит РД-180. Вот только ожидается, что первый старт состоится не раньше 2028 года. То есть РД-180 ждут почти десять лет «на приколе»…

И, на «закуску», однокамерный (наконец-то!) ЖРД с целой пачкой индексов – РД-181/191/193, который фактически оказался «четвертушкой» от РД-170. То есть спустя более чем три десятилетия после НК-33 наконец приступили к созданию мощного криогенного ЖРД – его тяга составила 196 тонн. И вот тут-то начинается самое интересное – его до сих пор не могут в полной мере задействовать в российских проектах! Первые три запуска с двигателем РД-191 в 2009-2013 годах состоялись в… Южной Корее, на ракете-носителе Naro-1 (первая ступень которой является экспортной версией российской «Ангары»)!

Затем последовали полтора запуска российской «Ангары» с Плесецка в 2014 году – легкая Ангара-1.2ПП (один РД-191) 9 июля совершила суборбитальный полет до Камчатки, тяжелая Ангара-А5 (пять РД-191 на первой ступени) стартовала 23 декабря и вывела груз-макет на орбиту. После этого наступила гигантская пауза, которая затянулась уже почти на пять лет – по предварительным планам, следующие запуски Ангара-1.2ПП и Ангара-А5 планируются где-то в конце 2019 года. Время же уходит стремительно…

Планируется, что версия этого двигателя под индексом РД-193 будет установлена на легкий «Союз-2.1в» вместо прежнего НК-33. Но когда будет запуск этой ракеты-носителя с новым двигателем – неизвестно. Зато экспортная версия этого ЖРД (под индексом РД-181) сразу оказалась востребованной за океаном – на новой версии американско-украинской ракеты-носителя Antares 230 (уже четыре успешных запуска «грузовика» Cygnus к Международной Космической Станции в 2016-2018 годах). Настоящий парадокс!

Страница автора в Facebook

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

48

Це користувацький матеріал, який було написано учасником спільноти, що не входить до складу редакції чи адміністрації. Підтримуючи авторів оцінками, ви допомагаєте нашій спільноті розвиватися.

Увійдіть, щоб читати ще 40 коментарів, брати участь в обговореннях та не бачити рекламу.
Початковий Джеф Бізнес
Вечность назад

Очень информативно, плотно, без лишней "воды". Спасибо!

Осяйний HAL 9000
Вечность назад

Касаемо украинских реалий, узнать-бы хоть какие подробности, из открытых? РД-120, его ЮМЗ только собирал... Проскакивала инфа, что камеру сгорания к 120-ке делают в Самаре. Якобы 4 камерный рулевик РД8 к РД-120 - ЮМЗ делал сам полностью. Обещается и давно 1 камерная версия РД-8, закрытый цикл с дожиганием "кислого" газа. На "вязанке" из 8 х РД8 ~ 640kN и уже вполне возможна легкая РН по мотивам 63С1, на второй ступени 1 х РД8 Но... КБЮ/ЮМЗ по мелочам не размениваются и обещают свой клон РД-120

Корисний Марк Уотні
Вечность назад

Спасибо, Павел! Очень информативная статья, здорово помогает разобраться, что из чего растёт.

Показать скрытые комментарии

Загружаем комментарии...

Повідомити про помилку

Текст, який буде надіслано нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Зареєструйтесь на сайті щоб не бачити рекламу, створювати та відслідковувати теми, зберігати статті в особисті закладки і брати участь в обговореннях
Якщо не виходить увійти тут, спробуйте за посиланням.