Принцип работы двигателя рд 191. © Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос

Вполне очевидно, что развитие маршевых двигательных установок для средств выведения неразрывно связано, и особенно в долгосрочной перспективе, с совершенствованием самих средств выведения. В общем, можно сказать, что все будет определяться целями мировой космической деятельности. По оценкам специалистов, в 2000-2010 гг. ожидается: - почти 1000 пусков ракет-носителей (РН) различных классов, в том числе около 20 % для вывода космических аппаратов (КА) на геостационарные орбиты (ГСО); - каждый второй из выводимых 2000 КА будет коммерческим; - стоимость КА, запускаемых ежегодно, составит около $4-5 млрд. Кроме того, будет продолжена реализация крупномасштабного международного проекта МКС "Альфа" стоимостью в десятки миллиардов долларов. Пилотируемая экспедиция на Марс, создание и эксплуатация базы на Луне, энергообеспечение Земли из космоса, борьба с метеоритной опасностью, удаление особо опасных отходов и космический туризм - проекты не столь уж отдаленного будущего. Примечательно, что число стран, впервые ставших владельцами КА, за последние 15 лет увеличилось вдвое (с 15 до 30).

Дальнейшее развитие мировой космической деятельности сдерживается высокой стоимостью выведения КА ($5000…10 000 за один килограмм при выводе на низкую круговую орбиту) и недостаточной надежностью средств выведения. Так, каждый 20…30-й полет является аварийным, при этом в 50 % случаев - по вине двигательных установок (ДУ). Стоимость одной аварии РН тяжелого класса, включая потерю КА, составляет $300…700 млн, что превышает стоимость разработки мощного ЖРД (тягой 200…250 тс). Экономические потери, например, в результате катастрофы "Спейс Шаттл", превысили $2 млрд. Помимо этого аварии приводят к задержке выполнения программ до полутора-двух лет и снижению конкурентоспособности.

Таким образом, приоритетными требованиями к перспективным средствам выведения (СВ) являются повышение их надежности и уменьшение стоимости выведения КА.

Как показали исследования, проведенные в российских НИИ и КБ, основным типом двигателя для перспективных СВ на ближайшие 20-25 лет останется ЖРД. Иные ДУ, например, гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), использующие атмосферный воздух в качестве окислителя и обещающие значительное уменьшение стартовой массы, требуют решения ряда сложнейших проблем. Это проблемы, связанные в первую очередь с разработкой конструкций ДУ и летательного аппарата в целом, работающих в условиях высоких скоростных напоров и аэродинамического нагрева (1500 К и более). Эти проблемы отодвигают реализацию ГПВРД на более отдаленное будущее.

В настоящее время за рубежом ведется активная целенаправленная работа по созданию новых одноразовых систем выведения ("Ариан-5", семейства РН "Дельта-4", "Атлас-5" и Н-2А) на базе ЖРД. Характерными особенностями большинства из них являются:

• - создание ДУ центральных ступеней на новых ЖРД, использующих высокоэффективное кислородно-водородное топливо, при этом обращается особое внимание на снижение стоимости и повышение надежности ЖРД (программа IHPRT в США). В состав ДУ, как правило, включают один двигатель большой тяги (RS-68 тягой 294 тс; RS-76 тягой 373 тс; ЖРД для ВА-1 тягой 635 тс);
• - широкое использование дешевых и надежных бустерных ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), число которых варьируется от 0 до 6, что позволяет при минимальных затратах получить семейство носителей различной грузоподъемности;
• - формирование тяжелых РН из двух или трех центральных блоков.

Во всем мире признан высочайший уровень российского ракетного двигателестроения. Подтверждением этому служит разработанный в НПО "Энергомаш" в 1975-1985 гг. двигатель РД-170, работающий на кислородно-керосиновом топливе и не имеющий себе равных в мире по уровню достигнутых параметров и энерго-массовым характеристикам. Недаром активизировалась деятельность зарубежных фирм по использованию российских двигателей на модификациях ракет-носителей США. Так, двигатель РД-180, разработанный в НПО "Энергомаш" и являющийся дальнейшим развитием РД-170, предназначается для использования на ракете-носителе "Атлас-2AR" фирмы "Локхид-Мартин". Применение РД-180 позволит значительно увеличить энергетические возможности носителя. В США предполагается использовать также двигатели НК-33 и НК-43, которые были разработаны в начале 1970-х гг. для советской лунной ракеты Н1. После заключения договора с корпорацией "Аэроджет" эти ЖРД проходят доработку для последующей установки на многоразовом носителе К-1 компании "Кистлер Аэроспейс". Широкое использование этих дешевых (по мировым ценам) и высокоэффективных ЖРД, созданных в России, позволит значительно снизить стоимость выведения КА.

Большое внимание уделяется снижению стоимости изготовления ступеней РН, затрат на подготовку и проведение пусков. В результате должно быть получено примерно 1,5…2-кратное снижение стоимости выведения и повышение надежности зарубежных РН до уровня таких российских ракет, как "Союз" и "Протон" (рис. 1).

В несколько более отдаленном будущем предусматривается замена бустерных РДТТ многоразовыми ускорителями на ЖРД, а также многоразовыми одно- и двухступенчатыми системами ("Венчур Стар" и др.). Их применение должно снизить стоимость выведения еще в 5…10 раз.

Характерной особенностью подобного пути развития одноразовых систем выведения является увеличение числа потребных зон для падения отработавших ступеней. Каждый из вариантов с дополнительными ускорителями приводит к двум дополнительным зонам увеличенного размера для падения бустерной и первой ступеней. В итоге для семейства РН на базе двухступенчатого носителя вместо одной зоны требуется от двух до шести зон в зависимости от числа бустерных ускорителей.

При береговом расположении стартового комплекса, что характерно для зарубежных космодромов, это не имеет значения; для внутриконтинентального расположения космодромов России это является практически неприемлемым, особенно если учитывать требования запусков РН под различными азимутами.

Что касается высокоширотного (62,8°) российского космодрома "Плесецк", то (при равных энергетических параметрах ЖРД, что становится характерным для современного этапа) для выведения на геостационарную орбиту (ГСО) космических аппаратов одинаковой массы требуется увеличение мощности ДУ отечественных СВ на 30...40 % по сравнению с зарубежными, находящимися в основном вблизи экватора. Ранее этот неблагоприятный фактор парировался существенно большей эффективностью отечественных ЖРД (РД-170 и др.) по сравнению с зарубежными двигателями (удельный импульс больше на 30…35 с). Однако широкое применение кислородно-водородного топлива в современных зарубежных РН ("Ариан-5", "Дельта-4", Н-2А) и отсутствие его в отечественных проектах существенно ухудшило сравнительную картину.

Таким образом, для перспективных отечественных СВ однократного использования, особенно среднего и тяжелого классов, при отказе от применения бустерных РДТТ и для парирования неблагоприятного географического фактора требуется разработка маршевых ДУ с существенно большей тягой или использование в ДУ нескольких двигателей, т.е. переход к использованию многодвигательных установок на базе модульных ЖРД.

Исходя из изложенного Центром Келдыша и ЦНИИМаш была предложена "Концепция развития системы средств выведения Российской Федерации на период после 2005 г."

В основу "Концепции" положены основные принципы:

• - безусловное обеспечение гарантированного и независимого доступа в космическое пространство с территории Российской Федерации;
• - обеспечение в долгосрочной перспективе высокой конкурентной способности отечественных СВ на мировом рынке космических услуг.

Определяющим шагом при этом является разработка и последующее широкое применение двухступенчатых носителей с первой многоразовой крылатой ступенью (рис. 2), что может обеспечить:

• - снижение затрат на выведение в ~2 раза;
• - практически полное решение проблем с выделением зон под падение отработавших ступеней и снятие жестких ограничений по трассам полетов, что позволит перенести пуски носителей с космодрома Плесецк в Капустин Яр и обеспечит при этом 15…20-процентное увеличение их энергетических возможностей.

Необходимо отметить, что создание многоразовых первых ступеней не требует решения новых научных и технических проблем и может быть успешно решено на современном уровне развития отечественной авиационной и ракетной техники.

Задел, накопленный при разработке орбитального корабля "Буран", проработки возвращаемых крылатых ступеней в авиационных КБ, системы ММКС в РКК "Энергия", где в качестве первой многоразовой ступени рассматривался модифицированный ОК "Буран", а также последние проработки ГКНПЦ им. М.В. Хруничева по РН "Ангара" легкого класса с многоразовой первой ступенью показали реальность решения поставленной задачи.

Определяющим звеном при этом будет создание многоразовой и надежной ДУ на базе ЖРД, и эта задача на сегодняшний момент еще не может считаться решенной. Единственный эксплуатируемый в мире многоразовый ЖРД SSME системы "Спейс Шаттл" далеко не выполняет требования ТЗ по ресурсу (почти в 10 раз) и стоимости межполетного обслуживания. Недаром в США по программе IHPRT предусматривается создание демонстрационного образца кислородно-водородного ЖРД с кратностью использования до 100 раз и снижением стоимости обслуживания в 10 раз при одновременном снижении стоимости разработки и изготовления (рис. 3).

Переход к многоразовой первой ступени приведет к увеличению стартовой массы РН на ~30 %, что потребует увеличения тяги ДУ этой ступени. Необходим переход к многодвигательной установке. Таким образом, важнейшей задачей отечественного ракетно-космического двигателестроения на современном этапе следует считать разработку резервированной многодвигательной установки с использованием ЖРД многоразового применения. К требованиям, которым должна удовлетворять такая ДУ, можно отнести следующие:

• - отказ одного двигателя не должен приводить к срыву программы полета;
• - кратность использования ДУ на первом этапе должна составлять 10-15, в последующем - 50-100;
• - стоимость межполетного обслуживания ДУ не должна превышать 3 % стоимости ДУ с последующим снижением до 0,5 % и менее.

Одним из возможных путей решения поставленной задачи является разработка ЖРД нового поколения по схеме с восстановительным газогенератором. Для данной схемы характерна достаточно высокая вероятность неинтенсивного развития аварийных процессов (период развития которых превышает 0,1…0,5 с). При таких авариях, как правило, не происходит внешнего разрушения газового тракта (табл. 1). Все это способно обеспечить эффективную работу систем аварийной защиты с одновременным повышением коэффициента охвата аварийных ситуаций до 0,9…0,95. Открывается путь к созданию и успешной эксплуатации резервируемых ДУ, что подтверждено, в частности, опытом эксплуатации РН "Сатурн-V".

Указанная особенность ЖРД с восстановительным газогенератором, особенно в сочетании с применением открытой схемы двигателя с выбросом газогенераторного газа или перепуском его в сопло, является особенно важной для разработки новых носителей, предназначенных для доставки экипажей на международную космическую станцию и выведения перспективных пилотируемых аппаратов различного назначения.

Аварийные процессы, развивающиеся с высокой интенсивностью и имеющие взрывной характер (t = 0,001…0,002 с), практически полностью исключают возможность спасения космонавтов, поскольку осуществить аварийное отделение отсека с экипажем в этих условиях нельзя.

В настоящее время в мире существуют только два носителя, которые обеспечивают выведение экипажей в космос: это отечественная РН "Союз" и американский "Спейс Шаттл". Вялое развитие аварийных процессов в двигателях РН "Союз", для которых характерны невысокая напряженность параметров, открытая схема двигателей и применение газогенератора с восстановительным генераторным газом, позволило реализовать эффективную систему аварийного спасения экипажа, что и было неоднократно подтверждено в процессе 30-летней эксплуатации этого носителя и его прототипов. Взрывной же характер аварии носителя "Спейс Шаттл" с кораблем "Челленджер" привел к гибели всего экипажа.

Применение ЖРД с восстановительной схемой газогенерации позволяет значительно снизить остроту проблемы возгорания конструкционных материалов в среде генераторного газа с высоким окислительным потенциалом. Это создает предпосылки для отказа от применения более дорогих конструкционных материалов и технологических процессов и открывает возможности уменьшения стоимости выведения на 10…15 %, несмотря на снижение энергетических параметров ЖРД и РН из-за перехода к менее энергетически эффективной схеме ЖРД.

Как показывают расчетно-теоретические, экспериментальные и проектные исследования, ресурс работы турбомашин в определяющей степени зависит от уровня их энергонапряженности. Поэтому высокая энергонапряженность агрегатов, в первую очередь ТНА современных наиболее энергетически эффективных ЖРД РД-170, РД-180, РД-191, ставит под сомнение возможность достижения высокой кратности (до 25-30) использования подобных двигателей и низкой стоимости (менее 1…2 % стоимости изготовления) межполетного обслуживания двигателя. Об этом свидетельствует опыт эксплуатации пока единственного в мире многоразового ЖРД SSME . Важнейшую роль в ограничении кратности использования ЖРД имеет циклическая усталость материала. Известно, что при многоцикловом нагружении предельное количество циклов (соответственно и время работы) элемента конструкции зависит, в частности, от уровня динамических напряжений в степенной зависимости (уравнения Веллера). Поэтому снижение энергонапряженности в 2 раза позволяет в принципе увеличить продолжительность работы ЖРД более чем на порядок (рис. 4).

В табл. 2 показано, что с переходом к открытой схеме ЖРД с уровнем давления в камере сгорания 140…150 кгс/см2 возникает возможность в 2…2,5 раза снизить давление за насосами и потребную мощность турбины по сравнению с параметрами двигателя РД-191 из семейства РД-170. т.е. создать ЖРД с очень высоким ресурсом работы и кратностью использования до 30…40. В сочетании с использованием криогенных компонентов топлива (жидкий кислород и жидкий метан), создающих условия для минимального межполетного обслуживания ЖРД, появляется возможность снижения затрат (по линии ДУ) на один полет в 20…30 раз (см. рис. 3).

Следует отметить, что при проработках двигателей для перспективных многоразовых средств выведения разработчики США идут практически по аналогичному пути (снижение уровня напряженности агрегатов и создание ЖРД многоразового использования с переборкой после 30-40 полетов).

Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, выполненных Центром Келдыша с учетом опыта проектных разработок КБХА и НПО "Энергомаш", позволили сделать вывод о том, что поставленная задача с наибольшим эффектом может быть решена путем разработки ЖРД нового поколения, использующего топливную пару "кислород и сжиженный природный газ" (СПГ), причем в составе СПГ должно быть 98 % метана.

Применение данной топливной пары обеспечивает:

• - возможность разработки высокоэффективного ЖРД по схеме с восстановительным газогенератором;
• - создание двигателей многоразового использования с минимальным объемом межполетного обслуживания.

Пара "кислород и СПГ" имеет невысокую стоимость и широкие перспективы использования в других отраслях (авиация, железнодорожный и автомобильный транспорты). Хотя в России пока практически отсутствует инфраструктура использования сжиженного природного газа, однако имеющаяся практика эксплуатации криогенных компонентов (кислород, водород), а также богатый мировой опыт производства и транспортировки СПГ позволяют сделать вывод о возможности создания необходимой инфраструктуры при сравнительно небольших затратах.

Наиболее целесообразной схемой маршевого ЖРД для средств выведения нового поколения является открытая, незамкнутая схема с восстановительным генераторным газом (рис. 5). Для уменьшения потерь удельного импульса тяги целесообразно применить перепуск отработанного генераторного газа в сопло. В итоге выполнения научно-исследовательских, расчетно-теоретических и экспериментальных работ, в том числе и на специально разработанных модельных двигателях, получены рекомендации по организации рабочего процесса в газогенераторе и камере сгорания, подтверждена возможность достижения высокой степени совершенства процессов и эффективного охлаждения камеры сгорания, длительного ресурса работы и многократности использования. В целом показана полная реальность создания высокоэффективного ЖРД нового поколения и возможность перехода к полномасштабным конструкторским разработкам.

Создание резервируемой ДУ первой ступени на базе высоконадежных ЖРД обеспечит гарантированный и экономически эффективный запуск как пилотируемых объектов, так и уникальных дорогостоящих космических аппаратов большой массы.

В заключение необходимо отметить, что использование основных положений разработанной Центром Келдыша "Концепции" открывает перспективы создания нового поколения маршевых многоразовых двигателей, обеспечивающих:

• - высокую надежность;
• - простоту межполетного обслуживания и многократность использования;
• - формирование многодвигательных резервируемых ДУ.

На базе подобных ЖРД (табл. 3) могут быть разработаны новые, экологически безопасные, не требующие зон отчуждения, надежные и экономически эффективные РН с первой многоразовой ступенью, обеспечивающие снижение стоимости вывода КА почти вдвое.

Создатель лучших в мире жидкостных ракетных двигателей академик Борис Каторгин объясняет, почему американцы до сих пор не могут повторить наших достижений в этой области и как сохранить советскую фору в будущем

21 июня на Петербургском экономическом форуме прошло награждение лауреатов премии «Глобальная энергия». Авторитетная комиссия отраслевых экспертов из разных стран выбрала три заявки из представленных 639 и назвала лауреатов премии 2012 года, которую уже привычно называют «нобелевкой для энергетиков». В итоге 33 миллиона премиальных рублей в этом году разделили известный изобретатель из Великобритании профессор Родней Джон Аллам и двое наших выдающихся ученых - академики РАН Борис Каторгин и Валерий Костюк.

Все трое имеют отношение к созданию криогенной техники, исследованию свойств криогенных продуктов и их применению в различных энергетических установках. Академик Борис Каторгин был награжден «за разработки высокоэффективных жидкостных ракетных двигателей на криогенных топливах, которые обеспечивают при высоких энергетических параметрах надежную работу космических систем в целях мирного использования космоса». При непосредственном участии Каторгина, более пятидесяти лет посвятившего предприятию ОКБ-456, известному сейчас как НПО «Энергомаш», создавались жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), рабочие характеристики которых и теперь считаются лучшими в мире. Сам Каторгин занимался разработкой схем организации рабочего процесса в двигателях, смесеобразованием компонентов горючего и ликвидацией пульсации в камере сгорания. Известны также его фундаментальные работы по ядерным ракетным двигателям (ЯРД) с высоким удельным импульсом и наработки в области создания мощных непрерывных химических лазеров.

В самые тяжелые для российских наукоемких организаций времена, с 1991-го по 2009 год, Борис Каторгин возглавлял НПО «Энергомаш», совмещая должности генерального директора и генерального конструктора, и умудрился не только сохранить фирму, но и создать ряд новых двигателей. Отсутствие внутреннего заказа на двигатели заставило Каторгина искать заказчика на внешнем рынке. Одним из новых двигателей стал РД-180, разработанный в 1995 году специально для участия в тендере, организованном американской корпорацией Lockheed Martin, выбиравшей ЖРД для модернизируемого тогда ракетоносителя «Атлас». В результате НПО «Энергомаш» подписало договор на поставку 101 двигателя и к началу 2012 года уже поставило в США более 60 ЖРД, 35 из которых успешно отработали на «Атласах» при выводе спутников различного назначения.

Перед вручением премии «Эксперт» побеседовал с академиком Борисом Каторгиным о состоянии и перспективах развития жидкостных ракетных двигателей и выяснил, почему базирующиеся на разработках сорокалетней давности двигатели до сих пор считаются инновационными, а РД-180 не удалось воссоздать на американских заводах.

Борис Иванович, в чем именно ваша заслуга в создании отечественных жидкостных реактивных двигателей, и теперь считающихся лучшими в мире?

Чтобы объяснить это неспециалисту, наверное, нужно особое умение. Для ЖРД я разрабатывал камеры сгорания, газогенераторы; в целом руководил созданием самих двигателей для мирного освоения космического пространства. (В камерах сгорания происходит смешение и горение топлива и окислителя и образуется объем раскаленных газов, которые, выбрасываясь затем через сопла, создают собственно реактивную тягу; в газогенераторах также сжигается топливная смесь, но уже для работы турбонасосов, которые под огромным давлением нагнетают топливо и окислитель в ту же камеру сгорания. - «Эксперт».)

Вы говорите о мирном освоении космоса, хотя очевидно, что все двигатели тягой от нескольких десятков до 800 тонн, которые создавались в НПО «Энергомаш», предназначались прежде всего для военных нужд.

Нам не пришлось сбросить ни одной атомной бомбы, мы не доставили на наших ракетах ни одного ядерного заряда к цели, и слава богу. Все военные наработки пошли в мирный космос. Мы можем гордиться огромным вкладом нашей ракетно-космической техники в развитие человеческой цивилизации. Благодаря космонавтике родились целые технологические кластеры: космическая навигация, телекоммуникации, спутниковое телевидение, системы зондирования.

Двигатель для межконтинентальной баллистической ракеты Р-9, над которым вы работали, потом лег в основу чуть ли не всей нашей пилотируемой программы.

Еще в конце 1950-х я проводил расчетно-экспериментальные работы для улучшения смесеобразования в камерах сгорания двигателя РД-111, который предназначался для той самой ракеты. Результаты работы до сих пор применяются в модифицированных двигателях РД-107 и РД-108 для той же ракеты «Союз», на них было совершено около двух тысяч космических полетов, включая все пилотируемые программы.

Два года назад я брал интервью у вашего коллеги, лауреата «Глобальной энергии» академика Александра Леонтьева. В разговоре о закрытых для широкой публики специалистах, коим Леонтьев сам когда-то был, он упомянул Виталия Иевлева, тоже много сделавшего для нашей космической отрасли.

Многие работавшие на оборонку академики были засекречены - это факт. Сейчас многое рассекречено - это тоже факт. Александра Ивановича я знаю прекрасно: он работал над созданием методик расчета и способов охлаждения камер сгорания различных ракетных двигателей. Решить эту технологическую задачу было нелегко, особенно когда мы начали максимально выжимать химическую энергию топливной смеси для получения максимального удельного импульса, повышая среди прочих мер давление в камерах сгорания до 250 атмосфер. Возьмем самый мощный наш двигатель - РД-170. Расход топлива с окислителем - керосином с жидким кислородом, идущим через двигатель, - 2,5 тонны в секунду. Тепловые потоки в нем достигают 50 мегаватт на квадратный метр - это огромная энергия. Температура в камере сгорания - 3,5 тысячи градусов Цельсия. Надо было придумать специальное охлаждение для камеры сгорания, чтобы она могла расчетно работать и выдерживала тепловой напор. Александр Иванович как раз этим и занимался, и, надо сказать, потрудился он на славу. Виталий Михайлович Иевлев - член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, к сожалению, довольно рано умерший, - был ученым широчайшего профиля, обладал энциклопедической эрудицией. Как и Леонтьев, он много работал над методикой расчета высоконапряженных тепловых конструкций. Работы их где-то пересекались, где-то интегрировались, и в итоге получилась прекрасная методика, по которой можно рассчитать теплонапряженность любых камер сгорания; сейчас, пожалуй, пользуясь ею, это может сделать любой студент. Кроме того, Виталий Михайлович принимал активное участие в разработке ядерных, плазменных ракетных двигателей. Здесь наши интересы пересекались в те годы, когда «Энергомаш» занимался тем же.

В нашей беседе с Леонтьевым мы затронули тему продажи энергомашевских двигателей РД-180 в США, и Александр Иванович рассказал, что во многом этот двигатель - результат наработок, которые были сделаны как раз при создании РД-170, и в каком-то смысле его половинка. Что это - действительно результат обратного масштабирования?

Любой двигатель в новой размерности - это, конечно, новый аппарат. РД-180 с тягой 400 тонн действительно в два раза меньше РД-170 с тягой 800 тонн. У РД-191, предназначенного для нашей новой ракеты «Ангара», тяга и вовсе 200 тонн. Что же общего у этих двигателей? Все они имеют по одному турбонасосу, но камер сгорания у РД-170 четыре, у «американского» РД-180 - две, у РД-191 - одна. Для каждого двигателя нужен свой турбонасосный агрегат - ведь если четырёхкамерный РД-170 потребляет примерно 2,5 тонны топлива в секунду, для чего был разработан турбонасос мощностью 180 тысяч киловатт, в два с лишним раза превосходящий, например, мощность реактора атомного ледокола «Арктика», то двухкамерный РД-180 - лишь половину, 1,2 тонны. В разработке турбонасосов для РД-180 и РД-191 я участвовал напрямую и в то же время руководил созданием этих двигателей в целом.

Камера сгорания, значит, на всех этих двигателях одна и та же, только количество их разное?

Да, и это наше главное достижение. В одной такой камере диаметром всего 380 миллиметров сгорает чуть больше 0,6 тонны топлива в секунду. Без преувеличения, эта камера - уникальное высокотеплонапряженное оборудование со специальными поясами защиты от мощных тепловых потоков. Защита осуществляется не только за счет внешнего охлаждения стенок камеры, но и благодаря хитроумному способу «выстилания» на них пленки горючего, которое, испаряясь, охлаждает стенку. На базе этой выдающейся камеры, равной которой в мире нет, мы изготавливаем лучшие свои двигатели: РД-170 и РД-171 для «Энергии» и «Зенита», РД-180 для американского «Атласа» и РД-191 для новой российской ракеты «Ангара».

- «Ангара» должна была заменить «Протон-М» еще несколько лет назад, но создатели ракеты столкнулись с серьезными проблемами, первые летные испытания неоднократно откладывались, и проект вроде бы продолжает буксовать.

Проблемы действительно были. Сейчас принято решение о запуске ракеты в 2013 году. Особенность «Ангары» в том, что на основе ее универсальных ракетных модулей можно создать целое семейство ракетоносителей грузоподъемностью от 2,5 до 25 тонн для вывода грузов на низкую околоземную орбиту на базе универсального же кислородно-керосинового двигателя РД-191. «Ангара-1» имеет один двигатель, «Ангара-3» - три с общей тягой 600 тонн, у «Ангары-5» будет 1000 тонн тяги, то есть она сможет выводить на орбиту больше грузов, чем «Протон». К тому же вместо очень токсичного гептила, который сжигается в двигателях «Протона», мы используем экологически чистое топливо, после сгорания которого остаются лишь вода да углекислый газ.

Как получилось, что тот же РД-170, который создавался еще в середине 1970-х, до сих пор остается, по сути, инновационным продуктом, а его технологии используются в качестве базовых для новых ЖРД?

Похожая случилась с самолетом, созданным после Второй мировой Владимиром Михайловичем Мясищевым (дальний стратегический бомбардировщик серии М, разработка московского ОКБ-23 1950-х годов. - «Эксперт»). По многим параметрам самолет опережал свое время лет эдак на тридцать, и элементы его конструкции потом заимствовали другие авиастроители. Так и здесь: в РД-170 очень много новых элементов, материалов, конструкторских решений. По моим оценкам, они не устареют еще несколько десятилетий. В этом заслуга прежде всего основателя НПО «Энергомаш» и его генерального конструктора Валентина Петровича Глушко и членкора РАН Виталия Петровича Радовского, возглавившего фирму после смерти Глушко. (Отметим, что лучшие в мире энергетические и эксплуатационные характеристики РД-170 во многом обеспечиваются благодаря решению Каторгиным проблемы подавления высокочастотной неустойчивости горения за счет разработки антипульсационных перегородок в той же камере сгорания. - «Эксперт».) А двигатель РД-253 первой ступени для ракетоносителя «Протон»? Принятый на вооружение еще в 1965 году, он настолько совершенен, что до сих пор никем не превзойден. Именно так учил конструировать Глушко - на пределе возможного и обязательно выше среднемирового уровня. Важно помнить и другое: страна инвестировала в свое технологическое будущее. Как было в Советском Союзе? Министерство общего машиностроения, в ведении которого, в частности, находились космос и ракеты, только на НИОКР тратило 22 процента своего огромного бюджета - по всем направлениям, включая двигательное. Сегодня объем финансирования исследований намного меньше, и это говорит о многом.

Не означает ли достижение этими ЖРД неких совершенных качеств, причем случилось это полвека назад, что ракетный двигатель с химическим источником энергии в каком-то смысле изживает себя: основные открытия сделаны и в новых поколениях ЖРД, сейчас речь идет скорее о так называемых поддерживающих инновациях?

Безусловно нет. Жидкостные ракетные двигатели востребованы и будут востребованы еще очень долго, потому что никакая другая техника не в состоянии более надежно и экономично поднять груз с Земли и вывести его на околоземную орбиту. Они безопасны с точки зрения экологии, особенно те, что работают на жидком кислороде и керосине. Но для полетов к звездам и другим галактикам ЖРД, конечно, совсем непригодны. Масса всей метагалактики - 10 в 56 степени граммов. Для того чтобы разогнаться на ЖРД хотя бы до четверти скорости света, потребуется совершенно невероятный объем топлива - 10 в 3200 степени граммов, так что даже думать об этом глупо. У ЖРД есть своя ниша - маршевые двигатели. На жидкостных двигателях можно разогнать носитель до второй космической скорости, долететь до Марса, и все.

Следующий этап - ядерные ракетные двигатели?

Конечно. Доживем ли мы еще до каких-то этапов - неизвестно, а для разработки ЯРД многое было сделано уже в советское время. Сейчас под руководством Центра Келдыша во главе с академиком Анатолием Сазоновичем Коротеевым разрабатывается так называемый транспортно-энергетический модуль. Конструкторы пришли к выводу, что можно создать менее напряженный, чем был в СССР, ядерный реактор с газовым охлаждением, который будет работать и как электростанция, и как источник энергии для плазменных двигателей при передвижении в космосе. Такой реактор проектируется сейчас в НИКИЭТ имени Н. А. Доллежаля под руководством члена-корреспондента РАН Юрия Григорьевича Драгунова. В проекте также участвует калининградское КБ «Факел», где создаются электрореактивные двигатели. Как и в советское время, не обойдется без воронежского КБ химавтоматики, где будут изготавливаться газовые турбины, компрессоры, чтобы по замкнутому контуру гонять теплоноситель - газовую смесь.

А пока полетаем на ЖРД?

Конечно, и мы четко видим перспективы дальнейшего развития этих двигателей. Есть задачи тактические, долгосрочные, тут предела нет: внедрение новых, более жаростойких покрытий, новых композитных материалов, уменьшение массы двигателей, повышение их надежности, упрощение схемы управления. Можно внедрить ряд элементов для более тщательного контроля за износом деталей и других процессов, происходящих в двигателе. Есть задачи стратегические: к примеру, освоение в качестве горючего сжиженного метана и ацетилена вместе с аммиаком или трехкомпонентного топлива. НПО «Энергомаш» занимается разработкой трехкомпонентного двигателя. Такой ЖРД мог бы применяться в качестве двигателя и первой, и второй ступени. На первой ступени он использует хорошо освоенные компоненты: кислород, жидкий керосин, а если добавить еще около пяти процентов водорода, то значительно увеличится удельный импульс - одна из главных энергетических характеристик двигателя, а это значит, что можно отправить в космос больше полезного груза. На первой ступени вырабатывается весь керосин с добавкой водорода, а на второй тот же самый двигатель переходит от работы на трехкомпонентном топливе на двухкомпонентное - водород и кислород.

Мы уже создали экспериментальный двигатель, правда, небольшой размерности и тягой всего около 7 тонн, провели 44 испытания, сделали натурные смесительные элементы в форсунки, в газогенераторе, в камере сгорания и выяснили, что можно сначала работать на трех компонентах, а потом плавно переходить на два. Все получается, достигается высокая полнота сгорания, но чтобы идти дальше, нужен более крупный образец, нужно дорабатывать стенды, чтобы запускать в камеру сгорания компоненты, которые мы собираемся применять в настоящем двигателе: жидкие водород и кислород, а также керосин. Думаю, это очень перспективное направление и большой шаг вперед. И надеюсь кое-что успеть сделать при жизни.

Почему американцы, получив право на воспроизведение РД-180, не могут сделать его уже много лет?

Американцы очень прагматичны. В 1990-х, в самом начале работы с нами, они поняли, что в энергетической области мы намного опередили их и надо у нас эти технологии перенимать. К примеру, наш двигатель РД-170 за один запуск за счет большего удельного импульса мог вывезти полезного груза на две тонны больше, чем их самый мощный F-1, что означало по тем временам 20 миллионов долларов выигрыша. Они объявили конкурс на двигатель тягой 400 тонн для своих «Атласов», который выиграл наш РД-180. Тогда американцы думали, что они начнут с нами работать, а года через четыре возьмут наши технологии и будут сами их воспроизводить. Я им сразу сказал: вы затратите больше миллиарда долларов и десять лет. Четыре года прошло, и они говорят: да, надо шесть лет. Прошли еще годы, они говорят: нет, надо еще восемь лет. Прошло уже семнадцать лет, и они ни один двигатель не воспроизвели. Им сейчас только на стендовое оборудование для этого нужны миллиарды долларов. У нас на «Энергомаше» есть стенды, где в барокамере можно испытывать тот же двигатель РД-170, мощность струи которого достигает 27 миллионов киловатт.

Двадцать семь гигаватт - это мощность струи, которая развивается относительно за короткое время. При испытаниях на стенде энергия струи сначала гасится в специальном бассейне, затем в трубе рассеивания диаметром 16 метров и высотой 100 метров. Чтобы построить подобный стенд, в котором помещается двигатель, создающий такую мощность, надо вложить огромные деньги. Американцы сейчас отказались от этого и берут готовое изделие. В результате мы продаем не сырье, а продукт с огромной добавленной стоимостью, в который вложен высокоинтеллектуальный труд. К сожалению, в России это редкий пример хайтек-продаж за границу в таком большом объеме. Но это доказывает, что при правильной постановке вопроса мы способны на многое.

Чтобы остаться на мировом рынке, надо все время идти вперед, создавать новую продукцию. Видимо, пока нас до конца не прижало и гром не грянул. Но государству надо осознать, что без новых разработок оно окажется на задворках мирового рынка, и сегодня, в этот переходный период, пока мы еще не доросли до нормального капитализма, в новое должно прежде всего вкладывать оно - государство. Затем можно передавать разработку для выпуска серии частной компании на условиях, выгодных и государству, и бизнесу. Не верю, что придумать разумные методы созидания нового невозможно, без них о развитии и инновациях говорить бесполезно.

Кадры есть. Я руковожу кафедрой в Московском авиационном институте, где мы готовим и двигателистов, и лазерщиков. Ребята умнющие, они хотят заниматься делом, которому учатся, но надо дать им нормальный начальный импульс, чтобы они не уходили, как сейчас многие, писать программы для распределения товаров в магазинах. Для этого надо создать соответствующую лабораторную обстановку, дать достойную зарплату. Выстроить правильную структуру взаимодействия науки и Министерства образования. Та же Академия наук решает много вопросов, связанных с кадровой подготовкой. Ведь среди действующих членов академии, членов-корреспондентов много специалистов, которые руководят высокотехнологическими предприятиями и научно-исследовательскими институтами, мощными КБ. Они прямо заинтересованы, чтобы на приписанных к их организациям кафедрах воспитывались необходимые специалисты в области техники, физики, химии, чтобы они сразу получали не просто профильного выпускника вуза, а готового специалиста с некоторым жизненным и научно-техническим опытом. Так было всегда: самые лучшие специалисты рождались в институтах и на предприятиях, где существовали образовательные кафедры. У нас на «Энергомаше» и в НПО Лавочкина работают кафедры филиала МАИ «Комета», которой я руковожу. Есть старые кадры, которые могут передать опыт молодым. Но времени осталось совсем немного, и потери будут безвозвратные: для того, чтобы просто вернуться на существующий сейчас уровень, придется затратить гораздо больше сил, чем сегодня надо для его поддержания.

Ctrl Enter

Заметили ошЫ бку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Создатель лучших в мире жидкостных ракетных двигателей академик Борис Каторгин объясняет, почему американцы до сих пор не могут повторить наших достижений в этой области и как сохранить советскую фору в будущем

21 июня на Петербургском экономическом форуме прошло награждение лауреатов премии «Глобальная энергия». Авторитетная комиссия отраслевых экспертов из разных стран выбрала три заявки из представленных 639 и назвала лауреатов премии 2012 года, которую уже привычно называют «нобелевкой для энергетиков». В итоге 33 миллиона премиальных рублей в этом году разделили известный изобретатель из Великобритании профессор Родней Джон Аллам и двое наших выдающихся ученых - академики РАН Борис Каторгин и Валерий Костюк.

Все трое имеют отношение к созданию криогенной техники, исследованию свойств криогенных продуктов и их применению в различных энергетических установках. Академик Борис Каторгин был награжден «за разработки высокоэффективных жидкостных ракетных двигателей на криогенных топливах, которые обеспечивают при высоких энергетических параметрах надежную работу космических систем в целях мирного использования космоса». При непосредственном участии Каторгина, более пятидесяти лет посвятившего предприятию ОКБ-456, известному сейчас как НПО «Энергомаш», создавались жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), рабочие характеристики которых и теперь считаются лучшими в мире. Сам Каторгин занимался разработкой схем организации рабочего процесса в двигателях, смесеобразованием компонентов горючего и ликвидацией пульсации в камере сгорания. Известны также его фундаментальные работы по ядерным ракетным двигателям (ЯРД) с высоким удельным импульсом и наработки в области создания мощных непрерывных химических лазеров.

В самые тяжелые для российских наукоемких организаций времена, с 1991-го по 2009 год, Борис Каторгин возглавлял НПО «Энергомаш», совмещая должности генерального директора и генерального конструктора, и умудрился не только сохранить фирму, но и создать ряд новых двигателей. Отсутствие внутреннего заказа на двигатели заставило Каторгина искать заказчика на внешнем рынке. Одним из новых двигателей стал РД-180, разработанный в 1995 году специально для участия в тендере, организованном американской корпорацией Lockheed Martin, выбиравшей ЖРД для модернизируемого тогда ракетоносителя «Атлас». В результате НПО «Энергомаш» подписало договор на поставку 101 двигателя и к началу 2012 года уже поставило в США более 60 ЖРД, 35 из которых успешно отработали на «Атласах» при выводе спутников различного назначения.

Перед вручением премии «Эксперт» побеседовал с академиком Борисом Каторгиным о состоянии и перспективах развития жидкостных ракетных двигателей и выяснил, почему базирующиеся на разработках сорокалетней давности двигатели до сих пор считаются инновационными, а РД-180 не удалось воссоздать на американских заводах.

Борис Иванович, в чем именно ваша заслуга в создании отечественных жидкостных реактивных двигателей, и теперь считающихся лучшими в мире?

Чтобы объяснить это неспециалисту, наверное, нужно особое умение. Для ЖРД я разрабатывал камеры сгорания, газогенераторы; в целом руководил созданием самих двигателей для мирного освоения космического пространства. (В камерах сгорания происходит смешение и горение топлива и окислителя и образуется объем раскаленных газов, которые, выбрасываясь затем через сопла, создают собственно реактивную тягу; в газогенераторах также сжигается топливная смесь, но уже для работы турбонасосов, которые под огромным давлением нагнетают топливо и окислитель в ту же камеру сгорания. - «Эксперт».)

Вы говорите о мирном освоении космоса, хотя очевидно, что все двигатели тягой от нескольких десятков до 800 тонн, которые создавались в НПО «Энергомаш», предназначались прежде всего для военных нужд.

Нам не пришлось сбросить ни одной атомной бомбы, мы не доставили на наших ракетах ни одного ядерного заряда к цели, и слава богу. Все военные наработки пошли в мирный космос. Мы можем гордиться огромным вкладом нашей ракетно-космической техники в развитие человеческой цивилизации. Благодаря космонавтике родились целые технологические кластеры: космическая навигация, телекоммуникации, спутниковое телевидение, системы зондирования.

Двигатель для межконтинентальной баллистической ракеты Р-9, над которым вы работали, потом лег в основу чуть ли не всей нашей пилотируемой программы.

Еще в конце 1950-х я проводил расчетно-экспериментальные работы для улучшения смесеобразования в камерах сгорания двигателя РД-111, который предназначался для той самой ракеты. Результаты работы до сих пор применяются в модифицированных двигателях РД-107 и РД-108 для той же ракеты «Союз», на них было совершено около двух тысяч космических полетов, включая все пилотируемые программы.

Два года назад я брал интервью у вашего коллеги, лауреата «Глобальной энергии» академика Александра Леонтьева. В разговоре о закрытых для широкой публики специалистах, коим Леонтьев сам когда-то был, он упомянул Виталия Иевлева, тоже много сделавшего для нашей космической отрасли.

Многие работавшие на оборонку академики были засекречены - это факт. Сейчас многое рассекречено - это тоже факт. Александра Ивановича я знаю прекрасно: он работал над созданием методик расчета и способов охлаждения камер сгорания различных ракетных двигателей. Решить эту технологическую задачу было нелегко, особенно когда мы начали максимально выжимать химическую энергию топливной смеси для получения максимального удельного импульса, повышая среди прочих мер давление в камерах сгорания до 250 атмосфер. Возьмем самый мощный наш двигатель - РД-170. Расход топлива с окислителем - керосином с жидким кислородом, идущим через двигатель, - 2,5 тонны в секунду. Тепловые потоки в нем достигают 50 мегаватт на квадратный метр - это огромная энергия. Температура в камере сгорания - 3,5 тысячи градусов Цельсия. Надо было придумать специальное охлаждение для камеры сгорания, чтобы она могла расчетно работать и выдерживала тепловой напор. Александр Иванович как раз этим и занимался, и, надо сказать, потрудился он на славу. Виталий Михайлович Иевлев - член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, к сожалению, довольно рано умерший, - был ученым широчайшего профиля, обладал энциклопедической эрудицией. Как и Леонтьев, он много работал над методикой расчета высоконапряженных тепловых конструкций. Работы их где-то пересекались, где-то интегрировались, и в итоге получилась прекрасная методика, по которой можно рассчитать теплонапряженность любых камер сгорания; сейчас, пожалуй, пользуясь ею, это может сделать любой студент. Кроме того, Виталий Михайлович принимал активное участие в разработке ядерных, плазменных ракетных двигателей. Здесь наши интересы пересекались в те годы, когда «Энергомаш» занимался тем же.

В нашей беседе с Леонтьевым мы затронули тему продажи энергомашевских двигателей РД-180 в США, и Александр Иванович рассказал, что во многом этот двигатель - результат наработок, которые были сделаны как раз при создании РД-170, и в каком-то смысле его половинка. Что это - действительно результат обратного масштабирования?

Любой двигатель в новой размерности - это, конечно, новый аппарат. РД-180 с тягой 400 тонн действительно в два раза меньше РД-170 с тягой 800 тонн. У РД-191, предназначенного для нашей новой ракеты «Ангара», тяга и вовсе 200 тонн. Что же общего у этих двигателей? Все они имеют по одному турбонасосу, но камер сгорания у РД-170 четыре, у «американского» РД-180 - две, у РД-191 - одна. Для каждого двигателя нужен свой турбонасосный агрегат - ведь если четырёхкамерный РД-170 потребляет примерно 2,5 тонны топлива в секунду, для чего был разработан турбонасос мощностью 180 тысяч киловатт, в два с лишним раза превосходящий, например, мощность реактора атомного ледокола «Арктика», то двухкамерный РД-180 - лишь половину, 1,2 тонны. В разработке турбонасосов для РД-180 и РД-191 я участвовал напрямую и в то же время руководил созданием этих двигателей в целом.

Камера сгорания, значит, на всех этих двигателях одна и та же, только количество их разное?

Да, и это наше главное достижение. В одной такой камере диаметром всего 380 миллиметров сгорает чуть больше 0,6 тонны топлива в секунду. Без преувеличения, эта камера - уникальное высокотеплонапряженное оборудование со специальными поясами защиты от мощных тепловых потоков. Защита осуществляется не только за счет внешнего охлаждения стенок камеры, но и благодаря хитроумному способу «выстилания» на них пленки горючего, которое, испаряясь, охлаждает стенку. На базе этой выдающейся камеры, равной которой в мире нет, мы изготавливаем лучшие свои двигатели: РД-170 и РД-171 для «Энергии» и «Зенита», РД-180 для американского «Атласа» и РД-191 для новой российской ракеты «Ангара».

- «Ангара» должна была заменить «Протон-М» еще несколько лет назад, но создатели ракеты столкнулись с серьезными проблемами, первые летные испытания неоднократно откладывались, и проект вроде бы продолжает буксовать.

Проблемы действительно были. Сейчас принято решение о запуске ракеты в 2013 году. Особенность «Ангары» в том, что на основе ее универсальных ракетных модулей можно создать целое семейство ракетоносителей грузоподъемностью от 2,5 до 25 тонн для вывода грузов на низкую околоземную орбиту на базе универсального же кислородно-керосинового двигателя РД-191. «Ангара-1» имеет один двигатель, «Ангара-3» - три с общей тягой 600 тонн, у «Ангары-5» будет 1000 тонн тяги, то есть она сможет выводить на орбиту больше грузов, чем «Протон». К тому же вместо очень токсичного гептила, который сжигается в двигателях «Протона», мы используем экологически чистое топливо, после сгорания которого остаются лишь вода да углекислый газ.

Как получилось, что тот же РД-170, который создавался еще в середине 1970-х, до сих пор остается, по сути, инновационным продуктом, а его технологии используются в качестве базовых для новых ЖРД?

Похожая случилась с самолетом, созданным после Второй мировой Владимиром Михайловичем Мясищевым (дальний стратегический бомбардировщик серии М, разработка московского ОКБ-23 1950-х годов. - «Эксперт»). По многим параметрам самолет опережал свое время лет эдак на тридцать, и элементы его конструкции потом заимствовали другие авиастроители. Так и здесь: в РД-170 очень много новых элементов, материалов, конструкторских решений. По моим оценкам, они не устареют еще несколько десятилетий. В этом заслуга прежде всего основателя НПО «Энергомаш» и его генерального конструктора Валентина Петровича Глушко и членкора РАН Виталия Петровича Радовского, возглавившего фирму после смерти Глушко. (Отметим, что лучшие в мире энергетические и эксплуатационные характеристики РД-170 во многом обеспечиваются благодаря решению Каторгиным проблемы подавления высокочастотной неустойчивости горения за счет разработки антипульсационных перегородок в той же камере сгорания. - «Эксперт».) А двигатель РД-253 первой ступени для ракетоносителя «Протон»? Принятый на вооружение еще в 1965 году, он настолько совершенен, что до сих пор никем не превзойден. Именно так учил конструировать Глушко - на пределе возможного и обязательно выше среднемирового уровня. Важно помнить и другое: страна инвестировала в свое технологическое будущее. Как было в Советском Союзе? Министерство общего машиностроения, в ведении которого, в частности, находились космос и ракеты, только на НИОКР тратило 22 процента своего огромного бюджета - по всем направлениям, включая двигательное. Сегодня объем финансирования исследований намного меньше, и это говорит о многом.

Не означает ли достижение этими ЖРД неких совершенных качеств, причем случилось это полвека назад, что ракетный двигатель с химическим источником энергии в каком-то смысле изживает себя: основные открытия сделаны и в новых поколениях ЖРД, сейчас речь идет скорее о так называемых поддерживающих инновациях?

Безусловно нет. Жидкостные ракетные двигатели востребованы и будут востребованы еще очень долго, потому что никакая другая техника не в состоянии более надежно и экономично поднять груз с Земли и вывести его на околоземную орбиту. Они безопасны с точки зрения экологии, особенно те, что работают на жидком кислороде и керосине. Но для полетов к звездам и другим галактикам ЖРД, конечно, совсем непригодны. Масса всей метагалактики - 10 в 56 степени граммов. Для того чтобы разогнаться на ЖРД хотя бы до четверти скорости света, потребуется совершенно невероятный объем топлива - 10 в 3200 степени граммов, так что даже думать об этом глупо. У ЖРД есть своя ниша - маршевые двигатели. На жидкостных двигателях можно разогнать носитель до второй космической скорости, долететь до Марса, и все.

Следующий этап - ядерные ракетные двигатели?

Конечно. Доживем ли мы еще до каких-то этапов - неизвестно, а для разработки ЯРД многое было сделано уже в советское время. Сейчас под руководством Центра Келдыша во главе с академиком Анатолием Сазоновичем Коротеевым разрабатывается так называемый транспортно-энергетический модуль. Конструкторы пришли к выводу, что можно создать менее напряженный, чем был в СССР, ядерный реактор с газовым охлаждением, который будет работать и как электростанция, и как источник энергии для плазменных двигателей при передвижении в космосе. Такой реактор проектируется сейчас в НИКИЭТ имени Н. А. Доллежаля под руководством члена-корреспондента РАН Юрия Григорьевича Драгунова. В проекте также участвует калининградское КБ «Факел», где создаются электрореактивные двигатели. Как и в советское время, не обойдется без воронежского КБ химавтоматики, где будут изготавливаться газовые турбины, компрессоры, чтобы по замкнутому контуру гонять теплоноситель - газовую смесь.

А пока полетаем на ЖРД?

Конечно, и мы четко видим перспективы дальнейшего развития этих двигателей. Есть задачи тактические, долгосрочные, тут предела нет: внедрение новых, более жаростойких покрытий, новых композитных материалов, уменьшение массы двигателей, повышение их надежности, упрощение схемы управления. Можно внедрить ряд элементов для более тщательного контроля за износом деталей и других процессов, происходящих в двигателе. Есть задачи стратегические: к примеру, освоение в качестве горючего сжиженного метана и ацетилена вместе с аммиаком или трехкомпонентного топлива. НПО «Энергомаш» занимается разработкой трехкомпонентного двигателя. Такой ЖРД мог бы применяться в качестве двигателя и первой, и второй ступени. На первой ступени он использует хорошо освоенные компоненты: кислород, жидкий керосин, а если добавить еще около пяти процентов водорода, то значительно увеличится удельный импульс - одна из главных энергетических характеристик двигателя, а это значит, что можно отправить в космос больше полезного груза. На первой ступени вырабатывается весь керосин с добавкой водорода, а на второй тот же самый двигатель переходит от работы на трехкомпонентном топливе на двухкомпонентное - водород и кислород.

Мы уже создали экспериментальный двигатель, правда, небольшой размерности и тягой всего около 7 тонн, провели 44 испытания, сделали натурные смесительные элементы в форсунки, в газогенераторе, в камере сгорания и выяснили, что можно сначала работать на трех компонентах, а потом плавно переходить на два. Все получается, достигается высокая полнота сгорания, но чтобы идти дальше, нужен более крупный образец, нужно дорабатывать стенды, чтобы запускать в камеру сгорания компоненты, которые мы собираемся применять в настоящем двигателе: жидкие водород и кислород, а также керосин. Думаю, это очень перспективное направление и большой шаг вперед. И надеюсь кое-что успеть сделать при жизни.

Почему американцы, получив право на воспроизведение РД-180, не могут сделать его уже много лет?

Американцы очень прагматичны. В 1990-х, в самом начале работы с нами, они поняли, что в энергетической области мы намного опередили их и надо у нас эти технологии перенимать. К примеру, наш двигатель РД-170 за один запуск за счет большего удельного импульса мог вывезти полезного груза на две тонны больше, чем их самый мощный F-1, что означало по тем временам 20 миллионов долларов выигрыша. Они объявили конкурс на двигатель тягой 400 тонн для своих «Атласов», который выиграл наш РД-180. Тогда американцы думали, что они начнут с нами работать, а года через четыре возьмут наши технологии и будут сами их воспроизводить. Я им сразу сказал: вы затратите больше миллиарда долларов и десять лет. Четыре года прошло, и они говорят: да, надо шесть лет. Прошли еще годы, они говорят: нет, надо еще восемь лет. Прошло уже семнадцать лет, и они ни один двигатель не воспроизвели. Им сейчас только на стендовое оборудование для этого нужны миллиарды долларов. У нас на «Энергомаше» есть стенды, где в барокамере можно испытывать тот же двигатель РД-170, мощность струи которого достигает 27 миллионов киловатт.

Двадцать семь гигаватт - это мощность струи, которая развивается относительно за короткое время. При испытаниях на стенде энергия струи сначала гасится в специальном бассейне, затем в трубе рассеивания диаметром 16 метров и высотой 100 метров. Чтобы построить подобный стенд, в котором помещается двигатель, создающий такую мощность, надо вложить огромные деньги. Американцы сейчас отказались от этого и берут готовое изделие. В результате мы продаем не сырье, а продукт с огромной добавленной стоимостью, в который вложен высокоинтеллектуальный труд. К сожалению, в России это редкий пример хайтек-продаж за границу в таком большом объеме. Но это доказывает, что при правильной постановке вопроса мы способны на многое.

Чтобы остаться на мировом рынке, надо все время идти вперед, создавать новую продукцию. Видимо, пока нас до конца не прижало и гром не грянул. Но государству надо осознать, что без новых разработок оно окажется на задворках мирового рынка, и сегодня, в этот переходный период, пока мы еще не доросли до нормального капитализма, в новое должно прежде всего вкладывать оно - государство. Затем можно передавать разработку для выпуска серии частной компании на условиях, выгодных и государству, и бизнесу. Не верю, что придумать разумные методы созидания нового невозможно, без них о развитии и инновациях говорить бесполезно.

Кадры есть. Я руковожу кафедрой в Московском авиационном институте, где мы готовим и двигателистов, и лазерщиков. Ребята умнющие, они хотят заниматься делом, которому учатся, но надо дать им нормальный начальный импульс, чтобы они не уходили, как сейчас многие, писать программы для распределения товаров в магазинах. Для этого надо создать соответствующую лабораторную обстановку, дать достойную зарплату. Выстроить правильную структуру взаимодействия науки и Министерства образования. Та же Академия наук решает много вопросов, связанных с кадровой подготовкой. Ведь среди действующих членов академии, членов-корреспондентов много специалистов, которые руководят высокотехнологическими предприятиями и научно-исследовательскими институтами, мощными КБ. Они прямо заинтересованы, чтобы на приписанных к их организациям кафедрах воспитывались необходимые специалисты в области техники, физики, химии, чтобы они сразу получали не просто профильного выпускника вуза, а готового специалиста с некоторым жизненным и научно-техническим опытом. Так было всегда: самые лучшие специалисты рождались в институтах и на предприятиях, где существовали образовательные кафедры. У нас на «Энергомаше» и в НПО Лавочкина работают кафедры филиала МАИ «Комета», которой я руковожу. Есть старые кадры, которые могут передать опыт молодым. Но времени осталось совсем немного, и потери будут безвозвратные: для того, чтобы просто вернуться на существующий сейчас уровень, придется затратить гораздо больше сил, чем сегодня надо для его поддержания.

Ctrl Enter

Заметили ошЫ бку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

В РФ создан уникальный двигатель Россия начала использовать новое поколение ракет-носителей «Ангара», самых экономичных и выносливых Новый ракетный двигатель РД-191 разработки «НПО Энергомаш им. академика В.П.Глушко»

«Ангара» создана на основе универсального ракетного модуля с кислородно-керосиновым двигателем, являющимся российским ноу-хау. Семейство этих двигателей включает в себя носители от легкого до тяжелого класса и обладает уникальным диапазоном грузоподъемности от 1,5 до 25 тонн. Именно с такими ракетами специалисты связывают развитие российской космонавтики в ближайшие десятилетия. Новый ракетный двигатель РД-191 разработки «НПО Энергомаш имени академика В.П.Глушко», предназначенный для перспективных носителей «Ангара» и многоразовых ракет-ускорителей «Байкал», поставлен для установки на действующее изделие, сообщает пресс-служба Российского космического агентства. «Разработка технологии повторного использования самой дорогой части ракеты позволит сократить затраты на выведение грузов в космос» Поскольку двигатель относится к среднему классу, то кроме основного применения он может быть использован в качестве первой ступени в ракетах-носителях (РН) при запуске телекоммуникационных космических аппаратов. РД-191 представляет собой дальнейшее развитие двигателей семейства РД-170/171, которые были разработаны для универсальной транспортной системы «Энергия», а сейчас используются в составе РН «Зенит». Семейство развивалось в направлении создания более легких двигателей: если РД-170, примененный в первой ступени тяжелой РН «Энергия», был четырехкамерным, то созданный на его базе экспортный мотор для модернизированных американских носителей семейства Atlas III/IV РД-180 представляет собой как бы его «половинку» с двумя камерами сгорания. РД-191 - это и вовсе «четвертинка» двигателя «Энергии»: камера сгорания в нем всего одна. Тем не менее, он развивает рекордную в своем классе тягу - 221 тонна при собственном весе 2,2 тонны. Такой показатель достигнут сочетанием хорошо отработанного еще советским ракетостроением решения, называемого «дожиганием окислительного газа» (заключается в подаче выхлопа турбонасосных агрегатов в камеру сгорания вместо бесполезного его выбрасывания) с новой формой камеры сгорания, отработанной на трехмерных математических моделях и обеспечивающей более оптимальное использование энергии горения ракетного топлива. Схема с дожиганием окислительного газа является «визитной карточкой» «Энергомаша»: она используется на всех разработках НПО, начиная с 1965 года. Еще одна особенность двигателя, крайне редко встречающаяся в ракетостроении и делающая его характеристики уникальными, - это возможность плавного регулирования тяги от 38% до номинала. Действительно, для обеспечения необходимой динамики разгона полная тяга необходима на начальных этапах полета, когда запас топлива еще не выработан и масса ракеты близка к стартовой. По мере выгорания горючего и окислителя тяга может быть уменьшена, что позволяет экономить топливо, необходимое, например, для орбитального маневрирования. Следует отметить, что разработка двигателя идет с 1998 года. Первый массогабаритный макет РД-191, предназначенный для увязки интерфейса ракеты и двигателя был поставлен НПО «Энергия» в 1999 году, а первое огневое испытание на наземном стенде состоялось еще в июле 2001 года. С принятием в сентябре 2004 года правительственного решения об ускорении работ по программе «Ангара» были интенсифицированы и работы по двигательной установке, которые фактически свелись к большой серии наземных огневых испытаний (более 100 огневых циклов) с последующим анализом и устранением выявленных недостатков, ведь большой ресурс - один из важнейших показателей для РД-191. Дело в том, что двигатель изначально задуман как многоразовый. Традиционно при запуске ракеты отработавшая первая ступень всегда падает на Землю, чем создает определенную экологическую и физическую опасность в районе падения. Ступень же для «Ангары» под названием «Байка» сделана управляемой, возвращаемой и многоразовой. Разработка технологии возвращения и повторного использования наиболее дорогостоящих частей ракеты позволит в несколько раз сократить затраты на выведение в космос полезных грузов. В условиях ограниченных финансовых возможностей нашего предприятия разработка такой технологии представляется наиболее экономически целесообразной. Однако традиция делать заявления, приуроченные к датам, в России неискоренима. Так, о «завершении создания» РД было сообщено 2 сентября - в день 100-летней годовщины со дня рождения разработчика ракетных двигателей, академика Валентина Петровича Глушко, чье имя носит НПО «Энергомаш». Шутка Валентина Петровича, уже вошедшая в анналы истории, и до сих пор широко цитируемая многими руководителями, кстати, не только ракетно-космической отрасли, но и авиации, звучит так: «Если есть ракетный двигатель, то к нему хоть забор привяжи - он полетит!» Впрочем, двигатель существует в металле, он успешно прошел полный цикл наземных испытаний, ну а PR-акций еще никто не отменял.

Старт ракеты Antares / Фото: pics.top.rbc.ru

НПО "Энергомаш" выиграла тендер компании Orbital Sciences Corporation и теперь будет поставлять двигатели для американских ракет Antares, одна из которых ранее взорвалась во время старта, пишет в четверг газета "Известия" со ссылкой на высокопоставленный источник в Роскосмосе.

"Победу в тендере одержал двигатель РД-193 химкинского НПО "Энергомаш" ... Сейчас стороны согласовывают формат объявления результатов конкурса, тут есть тонкий политический момент. Также люди, принимающие решения в Orbital, ведут консультации относительно гарантий поставок этих двигателей в нынешних условиях", - цитирует газета слова высокопоставленного источника в Роскосмосе.

Газета поясняет, что сейчас Antares комплектуется двигателями AJ-26, сделанными на основе советских НК-33, законсервированных еще со времен незавершенной лунной пилотируемой программы. Кроме того, по данным газеты, в прошлом году Orbital вела переговоры с "Объединенной двигателестроительной корпорацией" (ОДК), контролирующей ОАО "Кузнецов", о возобновлении серийных поставок НК-33 для американских ракет.

"В конце 2013 года компания Orbital Sciences решили организовать тендер и, как это бывает в конкурсах, столкнулись две российские фирмы: "Кузнецов" и НПО "Энергомаш", - приводит издание слова исполнительного директора ОАО "Кузнецов" Николая Якушина.

В НПО "Энергомаш" предпочли не комментировать итоги конкурса до их официального объявления. Директор по медиасвязям Orbital Баррон Бенески также никак не прокомментировал итоги тендера. Издание со ссылкой на Роскосмос отмечает, что предложения на конкурс выдвигали не только конкурсанты из России, но и компании из других стран, в частности, американская ATK Aerospace.

РД-180, как и предложенный «Энергомашем» для Antares РД-193, это во многом наследие советской программы «Энергия-Буран» — новые двигатели разрабатываются на основе РД-170, самого мощного жидкотопливного двигателя из когда-либо созданных. РД-170 использовался на первой ступени «Энергии» и на ракетах «Зенит».

Однокамерный РД-193 представляет собой облегченную версию двигателя РД-191, разработанного специально для нового семейства российских ракет «Ангара». В РД-193 отсутствует узел качания камеры и связанные с ним конструктивные элементы, что позволило уменьшить габариты и снизить массу двигателя на 300 кг. Благодаря некоторому упрощению РД-193 должен быть несколько дешевле, чем РД-191. В 2012 году НПО «Энергомаш» в рамках гособоронзаказа на 2013–2015 годы заключило с Минобороны контракт на поставку 21 двигателя РД-191 для «Ангары» за 5 млрд рублей. Соответственно, один двигатель в том контракте стоил около 240 млн рублей.

Техническая справка

РД-191

Разработка двигателя РД-191 началась в конце 1998 года. Этот двигатель с дожиганием окислительного газа предназначен для семейства отечественных ракет-носителей «Ангара». Конструкция двигателя основана на конструкции двигателей РД-170/171. РД-191 представляет собой однокамерный ЖРД с вертикально расположенным турбонасосным агрегатом.

В течение 1999 года была выпущена конструкторская документация, в 2000 году начата автономная отработка агрегатов двигателя РД-191 и завершена подготовка производства. В мае 2001 года был собран первый доводочный двигатель. Первое огневое испытание РД-191 проведено в июле 2001 года.

Тактико-технические показатели

Жидкостный ракетный двигатель с дожиганием окислительного газа

Топливо – кислород+керосин

Подпись к изображению 1

На июнь 2011 года проведено 120 огневых испытаний двигателя с общей наработкой 26892,4 секунды, в том числе летом-осенью 2009 года успешно проведено три огневых испытания РД-191 в составе УРМ-1 (модуля первой ступени ракеты-носителя «Ангара») в НИЦ РКП (г. Пересвет, Московская область).