Ну і куди тепер подіти ці двигуни?

Недавня публікація про відродження і розвиток двигуна SSME (RS-25) викликала в ЖЖ наплив місячних конспірологів в коментарях — долю двигуна шаттла вони порівнювали з F-1 від Saturn V. Так що сьогодні ми зіграємо в гру «відчуй себе керівником Rocketdyne» і поговоримо про складний життєвий шлях технологій.


Двигуни F-1 і J-2 ракети Saturn V в музеї

В чужій шкурі

Один з «аргументів» конспірологів звучить приблизно так: «Двигуни Saturn V (F-1 і/або J-2) були поганими, потрібних характеристик не досягали, і після фальсифікації місячної програми від них швидко позбулися». На жаль, дуже часто прихильникам конспірологічних теорій банально не вистачає знань — незважаючи на те, що двигуни місячної програми після її припинення не літали, вони пропонувалися для безлічі проектів і досі повністю не померли. А для того, щоб наочно побачити, чому їх не вийшло прилаштувати на інші ракети, давайте зіграємо в уявну гру. Отже, ми — особа, яка приймає рішення в компанії Rocketdyne, яка виробляє двигуни F-1 і J-2 для Saturn V.

Уявімо собі, що на дворі 1970 рік. У січні скасували Apollo 20, але незабаром скорочення бюджету досягли таких розмірів, що у вересні довелося скасовувати 18 і 19. Контракт на 15 штук Saturn V близький до виконання, і стає очевидно, що продовження не буде. Виникає закономірне питання — що робити?

Більше і краще

Перший варіант очевидний «А давайте зробимо Saturn V ще краще і спробуємо використовувати двигуни там». Ще в середині 60-х були запропоновані варіанти компонування на базі Saturn V під загальною назвою Saturn MLV («Modified Launch Vehicle», модифікована ракета-носій). З форсуванням двигунів, збільшенням запасу палива, додаванням твердопаливних прискорювачів або заміною двигунів на HG-3 (з нього потім виросте RS-25) різні варіанти MLV могли б вивести на низьку орбіту від 118 до 160 тонн.


Різні варіанти компонування Saturn MLV, є навіть з ядерної верхньою сходинкою

Проте вся ця краса не викликала ніякого ентузіазму. Тим більше, що в квітні 1972 Палата представників Конгресу США остаточно приймає рішення (і виділяє гроші) на розробку Спейс Шаттлу. Крилатий космоплан ніяк не поєднується з MLV, а величезна вартість обох проектів означає, що гроші дадуть тільки на один.

План Б

Добре, наступна ідея практично очевидна — «А давайте спробуємо пролізти в проект шаттла». В якості першої ступені можна використовувати першу сходинку Saturn V, а другий щаблем поставити зовнішній паливний бак шаттла і сам шаттл збоку. Першу сходинку можна оснастити крилами і садити назад на землю, щоб система виходила повністю багаторазової. У такого варіанту є навіть один дуже серйозний плюс, якого не було у шатла в його підсумковому варіанті — можна запускати модулі орбітальної станції або інші тяжкі корисні навантаження в одноразовому варіанті другого ступеня (вантажопідйомність ~100 тонн), а обслуговувати орбітальну станцію або супутники вже багаторазовим шатлом (вантажопідйомність ~30 тонн). Так з’явився проект Saturn-Shuttle.

Читайте також  Реалізація BottomAppBar. Частина 1: Material компоненти для Android


Старт Saturn-Shuttle, малюнок NASA

На жаль, і тут нас чекає невдача. Двигуни F-1 не розроблялися для багаторазового використання, тому навіть у разі м’якої посадки першого ступеня їх доведеться міняти. А твердопаливні прискорювачі здаються і простіше і дешевше, до того ж, їх можна буде використовувати повторно. Так що наша перша щабель конкурс ескізних проектів програла.

Будь-якою ціною

Отже, у нас немає «своєї» ракети і немає можливості вбудуватися у великий проект шаттла. А «Можна поставити наші двигуни на вже літаючі ракети»? Для відповіді на це питання давайте подивимося, що стартуватиме з американських космодромів в районі 1972 року.


РН «Тор» у варіанті Торад-Аджена

На базі балістичної ракети «Тор» є сімейство «Тор-Бернер», «Тор-Аджена», «Торад-Аджена», «Тор-Дельта». З нього вже з’являється сімейство ракет «Дельта». Варіанти різняться верхніми ступенями і бічними твердопаливними прискорювачами. І, на жаль, для ракет з початковою масою в районі ста тонн F-1 з тягою 700 тонн ніяк не підійде — навіть якщо б він помістився в ступінь «Тора» меншого діаметру, то вже на старті забезпечив би перевантаження 7 «ж», зламавши ракету на перших секундах польоту.


«Атлас-Центавр» з міжпланетної станцією «Піонер-10», 1972 рік

Сімейство РН «Атлас» трохи важче. Тут теж все ще зберігається різноманітність верхніх щаблів — «Атлас-Аджена», «Атлас-Центавр», але навіть в самому важкому варіанті ракета має масу в районі 150 тонн, і наш F-1 ніяк на неї не влізе.


Старт Titan-IIIC

Ну і, нарешті, сама важка ракета — Titan-III. Початкова маса в районі 600 тонн, може вивести на низьку орбіту цілих 13 тонн. Однак і тут нам ловити нічого. Базовий двигун RL-87 має тягу в районі 200 тонн, і замінити на 700 тонн F-1 не вийде не тільки з причин міцності. На центральному блоці «Титану» використовується інше паливо — гідразин і тетраоксид діазота. І якщо RL-87 відрізнявся всеїдністю — були версії для кисню/гасу, гідразину/АТ, навіть кисню/водню, то про варіанти F-1 під інші види палива нічого не відомо. А на перекомпонування ракети під інше паливо з збільшенням баків і зняттям бічних твердопаливних прискорювачів (інакше знову занадто велика перевантаження) нам ніхто коштів не дасть.

Читайте також  Як розробити дизайн і код персонального веб-сайту


Розгінний блок «Центавр»

J-2 в якості двигуна верхнього ступеня теж не щастить. Вже створено киснево-водневий розгінний блок Centaur, але там стоять двигуни RL-10 з тягою в десять разів менше, при цьому
більш ефективні, так що міняти їх на J-2 немає ніякого сенсу. А перше водневих ступенів немає.

Що цікаво, по іншу сторону океану сталася схожа історія, яка, однак, мала позитивний результат — двигун РД-170, який розробляли для бічних прискорювачів РН «Енергія» був чотирикамерний, тому його спочатку розрізали навпіл, і вийшов двокамерний РД-180 стали продавати американцям на першу сходинку підросла і став більш важким «Атласу». А потім ще раз навпіл, поставивши однокамерний РД-191 на «Ангару» і запропонувавши майже такий же РД-193 для «Союзу-2.1».


Схема розвитку сімейства РД-170

Гібернація

На жаль, F-1 з J-2 однокамерні, та знижувати розміри і тягу простими і дешевими діями ми не можемо. Так що нам залишається один варіант — покласти креслення з двигунами на склад, по можливості проводити модернізації в ініціативному порядку і пропонувати їх у будь-якому конкурсі на надважкі ракети. Як показала практика, схема виявилася цілком робочої, подарувавши кілька шансів (нехай і не реалізувалися в підсумку) на повернення «скакунів Аполлона».

J-2 отримав шанс першим, але в результаті від нього залишилася тільки назва. Двигун J-2X, який спочатку хотіли зробити на базі J-2, пропонувався для розгінного блоку Earth Departure Stage ракети Ares програми Constellation. Але з-за збільшених вимог вийшов фактично новий двигун, з тягою на 30% більше, на нових матеріалах і помітно більш важкий.

У 2009 програму Constellation закрили, і з J-2X поки що повторюється історія J-2. Для розгінного блоку ракети SLS він був визнаний занадто потужним, і один J-2X тягою 130 тонн вирішили замінити на 4 RL-10 загальною тягою 44 тонни. Але якщо SLS буде потрібно двигун з більшою тягою, J-2X отримає новий шанс.

Читайте також  Суд заборонив вільне розповсюдження зброї CAD-файлів, тому творець почав продавати їх

F-1 довелося чекати довше. У Constellation він не потрапив, але, коли оголосили конкурс на двигуни для SLS, зажевріла надія і для нього. Дійшло навіть до дуже повчальної історії — інженери дістали зі складу двигун номер F-6049, знятий з «Сатурна-5» для «Аполлона-11» із-за глюка на випробуваннях, і стали розбиратися, як він працює, і як його можна поліпшити. В 2013 році, через десятиліття зберігання, випробували газогенератор (приводить в дію турбонасос, гойдає паливо в двигун).

Двигунобудування, матеріалознавство та способи виробництва ракетних двигунів не стояли на місці. Нова модифікація під назвою F-1B повинна мати в 50 разів менше деталей і помітно спрощену конструкцію. Наприклад, вихлоп газогенератора більше не направлявся в сопло для додаткової теплоізоляції, а банально скидався паралельно сопла, повертаючи красиві картини зорі космонавтики, коли поряд з основним вихлопом хлестало полум’я газогенератора.

Але поки що шанс не реалізувався — конкурс на двигуни для SLS F-1B програв і знову вирушив на склад.

Висновок

В історії космонавтики є випадок, коли двигуни десятиліттями лежать на складі а потім починають використовуватися з мінімальними доробками. Зберігся запас радянських двигунів НК-33 стали ставити на американську РН Antares і російський «Союз-2.1». Але виробництво їх відновлювати не будуть — довіра до двигуна підірвано аварією Antares 2014 року, схожою на аварії радянської місячної ракети Н-1, для якої спочатку і робився НК-33. Antares вже перейшов на РД-181, а «Союзу-2.1 у» перехід на споріднений РД-193 належить після вичерпання складського запасу НК-33. Незважаючи на те, що теоретично можливо відновити виробництво точних копій двигунів американської місячної програми, практичного сенсу в цьому вже немає. Технології не стоять на місці — 3D друк замінює безліч деталей однієї, а сучасна електроніка простіше і надійніше «гідравлічної логічної машини», що відкривала відому гучним і затуляла клапани при запуску двигуна F-1. Але прямі нащадки легендарних місячних двигунів цілком можуть повернутися до активного життя, якщо виявляться придатними для майбутніх завдань.

Степан Лютий

Обожнюю технології в сучасному світі. Хоча частенько і замислююся над тим, як далеко вони нас заведуть. Не те, щоб я прям і знаюся на ядрах, пікселях, коллайдерах і інших парсеках. Просто приходжу в захват від того, що може в творчому пориві вигадати людський розум.

You may also like...

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *