Ту-155: начало криогенной авиации


15 апреля 1988 года совершил первый полет самолет Ту-155, силовая установка которого работала на криогенном топливе – жидком водороде. Не имевший в то время мировых аналогов двигатель НК-88 был разработан на самарском двигателестроительном предприятии «Кузнецов». Инициатива же создания самого самолета, использовавшего криогенный вид топлива вместо авиационного керосина, принадлежала конструкторскому бюро «Туполев».






В середине 1970-х годов СССР, как и весь мир, испытывал энергетический кризис из-за дефицита добычи нефти. Поэтому активно обсуждалась возможность применения альтернативных видов топлива. Пожалуй, для XXI века с его экологическими проблемами эта тема еще более актуальна. Об истории создания уникального Ту-155 и криогенном будущем авиации – в нашем материале.


Рожденный «Холодом»


Прошедший в 2019 году авиасалон МАКС, помимо презентации целого ряда новинок отечественного военного и гражданского авиастроения, предоставил отличную возможность в прямом смысле прикоснуться к прошлому отечественной авиации. На статической стоянке аэродрома Жуковский была организована историческая экспозиция легендарных советских реактивных самолетов. Одно из центральных мест там занял Ту-155 – экспериментальный самолет с двигателем на криогенном топливе.


«Криогенный» переводится как «рожденный холодом». Речь идет о топливе, охлажденном до очень низких температур, когда газ переходит в жидкое состояние. Первым газом, с которым стали работать создатели Ту-155, стал водород. После самолет успел полетать и на сжиженном природном газе (СПГ).


Самолет Ту-155 на МАКС-2019


Научные работы по конструированию Ту-155 начались еще в 1970-е годы. Тогда в мировой энергетике назревал кризис – газовое топливо стало цениться дороже, чем нефтяное. Потребление нефти продолжало снижаться. Кстати, по подсчетам геологов, потенциальные запасы газа на планете в десятки раз превосходят запасы угля и нефти. При этом наша страна занимает первое место в мире по разведанным запасам природного газа.


В 1970-е годы советская Академия наук разработала программу НИОКР по внедрению водородной энергетики в народное хозяйство. В авиапроме эта программа получила соответствующее название – «Холод». Предусматривалось создание авиационных двигательных установок на криогенном топливе. Кроме экологической составляющей, был и другой пункт в пользу чистого топлива – развитие гиперзвуковых и авиационно-космических систем. В те годы вовсю шла работа над созданием «Бурана», а топливом одной из ступеней ракеты-носителя космического челнока были жидкие кислород и водород.


В середине 1980-х годов специалисты ОКБ А.Н. Туполева приступили к созданию самолета – летающей лаборатории, работающего на криогенном топливе. Базой для экспериментального лайнера стал  пассажирский Ту-154.


В качестве авиационного топлива был использован жидкий водород – почти идеальное экологически чистое топливо выделяет при сгорании в основном воду и незначительное количество окислов азота. По теплотворной способности водород втрое превосходит традиционный авиационный керосин. Но в то же время водород взрывоопасен, хранить и транспортировать его можно только в жидком состоянии при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю (–273 °С). И это представляет собой серьезную проблему.


«При проектировании летающей лаборатории пришлось существенно изменить компоновку Ту-154 и решить целый ряд сложнейших технических задач. В хвостовой части фюзеляжа, где располагался пассажирский салон, был оборудован герметичный отсек, и в нем установлен криогенный бак на 20 куб. метров жидкого водорода с экранно-вакуумной теплоизоляцией, которая долгое время сохраняет в баке температуру ниже минус 253 градусов по Цельсию», – рассказывает заместитель генерального директора ПАО «Туполев» по проектированию, НИР и ОКР Валерий Солозобов, принимавший непосредственное участие в создании Ту-155. 


Экспериментальный турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88 на Ту-155.  Фото: Андрей Сдатчиков / Airwar.ru


Правый двигатель самолета заменили модифицированным двигателем НК-88, работающим на жидководородном топливе. Для его подачи вместо привычного насоса установили высоконапорный турбонасосный агрегат, наподобие тех, что используются в ракетных двигателях. Для обеспечения надежной взрыво- и пожаробезопасности самолета, из отсека с криогенным баком убрали почти всю электропроводку – источник возможного образования искры. Спроектировали и смонтировали дренажную систему, которая отводит из бака пары водорода на безопасное расстояние от двигателей и источников электричества. Всего было сконструировано более 30 дополнительных бортовых систем.


15 апреля 1988 года экипаж летчика-испытателя Владимира Севанькаева поднял в небо экспериментальный самолет Ту-155 с тремя двигателями, один из которых работал на жидком водороде. Это считается первым в мире полетом на криогенном топливе.


Водород и «синдром Гинденбурга»


На практике, при всех своих достоинствах, криогенная авиация оказалась не таким уж простым проектом. Водород заслужил репутацию самого взрывоопасного топлива. Довольно длительное время имела место своего рода водородная боязнь. Этот феномен даже получил имя – «синдром Гинденбурга» в память о гибели в 1937 году дирижабля «Гинденбург», наполненного водородом. Такая переоценка реальной опасности водорода сдерживала развитие водородной энергетики. При этом недооценивать опасность водорода также не стоит.


Экспериментальные полеты Ту-155 дали бесценный опыт для дальнейшего усовершенствования авиационных криогенных топливных систем. Следующим этапом проекта Ту-155 стало его переоборудование на более удобное в эксплуатации топливо – сжиженный природный газ.


Система заправки для самолета Ту-155


«Как и водород, СПГ значительно меньше загрязняет окружающую среду, его теплотворная способность на 15% выше, чем у авиационного керосина. Водород взрывоопасен, хранить и транспортировать его можно только в жидком состоянии при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, что представляет очень серьезную проблему. Хранить СПГ в жидком виде гораздо проще, температура может быть около –160 °С, что почти на 100 градусов выше, чем при хранении водорода», – поясняет Валерий Солозобов.


В январе 1989 года летающую лабораторию Ту-155 оснастили криогенным двигателем, работающим на СПГ. Первые же полеты показали, что по сравнению с керосином удельный расход топлива снижается примерно на 15%, а экономичность воздушного лайнера существенно возрастает.


Всего на Ту-155 было совершено 70 полетов: в пяти из них топливом служил водород, в остальных – сжиженный природный газ. Все полеты прошли без отказов самолетного криогенного комплекса и еще раз доказали, что расход топлива по сравнению с керосином меньше, при этом сопло двигателя остается чистым.

Люди, научившие не бояться водорода


Руководство страны высоко оценило достижение специалистов ОКБ А.Н. Туполева и смежных предприятий авиационной отрасли, участвующих в разработке Ту-155. Лауреатами премии Правительства Российской Федерации стали 15 участников работ, многие другие специалисты за участие в этой непростой работе удостоены высоких званий и правительственных наград.


Неоценимый вклад в создание и развитие отечественной авиации на криогенном топливе внесло огромное количество специалистов разного уровня. Куратором проекта в Министерстве авиационной промышленности был Леонид Михайлович Шкадов – замминистра авиапромышленности. Алексей Андреевич Туполев выступил инициатором проекта и его дальнейшего развития. В создании Ту-155 также принял участие великий инженер, академик Кузнецов Николай Дмитриевич. 


Душой Ту-155, его руководителем в ОКБ А.Н. Туполева был Владимир Александрович Андреев. За силовую установку отвечал Валентин Всеволодович Малышев, внесший огромный вклад в успех благодаря глубоким знаниям и неуемной энергии. Под руководством будущего гендиректора предприятия «Туполев» Валентина Тихоновича Климова была разработана уникальная программа обеспечения безопасности, позволившая провести все работы без серьезных происшествий. Вячеслав Дмитриевич Борисов руководил созданием наземного комплекса и испытательных стендов на летной базе в Жуковском. Валерий Иванович Солозобов отвечал за производство, подготовку летных испытаний в КБ и разработку конструкции водородного бака, который был изготовлен под руководством Рудольфа Зашляпина на криогенном производстве Уралвагонзавода. 


Владимир Александрович Андреев, руководитель проекта Ту-155 в ОКБ А.Н. Туполева 


Также в работе активно участвовал высококвалифицированный состав ученых и инженеров Минобороны РФ, к примеру специальные испытания Ту-155 проводились на базе аэродрома Чкаловский. Также нельзя не сказать о вкладе выдающихся академиков Николая Павловича Лаверова, Анатолия Петровича Александрова, Валерия Алексеевича Легасова, ученых из Дубны Александра Григорьевича Зельдовича и Леонида Голованова, научивших не бояться водорода, а навсегда полюбить эту фантастическую жидкость. Кстати, система газового контроля для самолета была разработана в московском Опытно-конструкторском бюро автоматики (ОКБА) под руководством Юрия Михайловича Лужкова, будущего мэра Москвы.



В целом сформировалась замечательная команда из разных отечественных научных и производственных структур, создавшая самолет, который, как отмечают многие эксперты отрасли, сильно опередил свое время. К сожалению, уровень технологий того времени не позволил полноценно продолжить работу над данным проектом, но этот Ту-155 стал наглядным доказательством самой возможности создания криогенной авиации.


Криогенное будущее авиации



Разработка и применение новых типов источников энергии остается важной проблемой авиации в XXI веке, над решением которой работают специалисты и энтузиасты нового поколения. Звучат различные яркие идеи. Несколько лет назад калининградский школьник Сергей Горобец рассказал о своей электронной модели двигателя на криогенном топливе во время всероссийского открытого урока, который проводил Владимир Путин на площадке форума «ПроеКТОриЯ». Тогда юным изобретателем заинтересовались специалисты, а Госкорпорация Ростех предложила ему бесплатное обучение в одном из восьми вузов страны на выбор. Сейчас Сергей учится в Московском авиационном институте по специальности «Самолетостроение», а форум «ПроеКТОриЯ» посещает уже в качестве эксперта от Ростеха.



Как, какими темпами, на каких технологических основах будет расширяться применение новых типов источников энергии в авиации – покажет время. Предстоит еще многое сделать по разработке специальных бортовых систем и в сфере развития наземной инфраструктуры.


Исследователи могут ошибаться на десятки лет, но запасы нефти в какой-то момент, вероятнее всего, будут исчерпаны. Та страна, ученые и специалисты которой первыми найдут эффективные решения в области неисчерпаемых источников энергии, получит преимущество.


Одно остается бесспорным: у России имеется уникальный опыт в этой области, и наша страна всегда была богата на талантливых ученых и изобретателей.

криогенный двигатель Авиация России

Метка: криогенный двигатель

Ту-155 для исследований двигателей на криогенном топливе. Фото © Владимир Родионов / РИА Новости Одним из основных элементов энергетической безопасности любого общества является обеспеченность топливом. В настоящее время основным энергоносителем является топливо нефтяного происхождения. Устойчивая тенденция к росту потребления нефтяного […]

Подробнее

Авиадвигатели / Гибридные силовые установки / История авиации / Новости авиации

На Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2021 Объединенная двигателестроительная корпорация объявила о старте программы по разработке энергетических установок авиационного и наземного применения на водородном топливе. Летом 2021 года была сформирована рабочая группа проекта, начаты опытно-конструкторские работы. В рабочую группу вошли специалисты предприятий […]

Подробнее

Авиадвигатели / МАКС 2021 / Новости авиации

15 апреля 1988 года экспериментальный самолёт Ту-155 впервые в мировой авиации совершил полёт, используя в качестве топлива одного из двигателей жидкий водород. Этим самолётом была доказана возможность создания криогенной авиации, а работы, выполненные в ОКБ им. А.Н. Туполева, дали бесценный […]

Подробнее

Декарбонизация / История авиации / Новости авиации / Первый полёт

Научно-практическая конференции «Технологическое развитие авиастроения: глобальные тенденции и национальные интересы России», организованная НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского», прошла в онлайн-формате, сообщили в пресс-службе Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ). Необходимость использования межведомственной площадки для выработки консолидированной позиции по экологическим вопросам с […]

Подробнее

Авиадвигатели / Новости авиации

Криогенный двигатель для автотранспорта и беспилотных летательных аппаратов, который будет использовать в качестве топлива жидкий азот или сжиженный природный газ начали разрабатывать в лаборатории криогенной техники Самарского национального исследовательского университета имени Королева, сообщили в пресс-службе СНИУ. По словам разработчиков, двигатель […]

Подробнее

Авиадвигатели / Новости авиации / Технологии

Что такое криогенный двигатель? Определение криогенного двигателя, значение криогенного двигателя

Что такое криогенный двигатель? Определение криогенного двигателя, криогенное значение двигателя — Economic Times

представлены фонды

Pro Investing By Aditya Birla Sun Vife Mutual Fund

Invest Now

Представленные фонды

★★★ ★

ICICI Prudential Fund Fund — Grow — Grow — Grow — Grow Fund — Grow Fund — . .

Возврат через 3 года

25,74 %

Инвестировать сейчас

ИЗБРАННЫЕ ФОНДЫ

★★★★★

ICICI Prudential Fund & Mid Cap Fund-R-Growth

5y return

13.24 %

Инвестиции сейчас

Поиск

+

Business News ›Определения› Космическая технология ›Криогенный двигатель

4 Предложить новое определение

Предлагаемые определения будут рассмотрены для включения в Economictimes.com

Космические технологии

  • ПРЕДЫДУЩЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

  • СЛЕДУЮЩЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Определение: Криогенный двигатель/криогенная ступень является последней ступенью космических ракет-носителей, использующих криогенику. Криогеника — это изучение производства и поведения материалов при экстремально низких температурах (ниже -150 градусов по Цельсию) для подъема и размещения более тяжелых объектов в космосе.

Описание: Криогенная ступень представляет собой технически гораздо более сложную систему по сравнению с твердотопливными или жидкостными (хранящимися на Земле) ступенями из-за использования топлива при экстремально низких температурах. Криогенный двигатель обеспечивает большую мощность с каждым килограммом используемого криогенного топлива по сравнению с другими видами топлива, такими как твердотопливные и жидкостные ракетные двигатели, и является более эффективным.

Криогенный двигатель использует жидкий кислород (LOX) и жидкий водород (Lh3) в качестве топлива, которые сжижаются при -183°C и -253°C соответственно. LOX и Lh3 хранятся в соответствующих баках. Оттуда они закачиваются в турбонасос отдельными бустерными насосами, чтобы обеспечить высокую скорость потока топлива внутри камеры сгорания / тяги. Основными компонентами криогенного ракетного двигателя являются камера сгорания / тяги, воспламенитель, топливная форсунка, топливные крионасосы, крионасосы окислителя, газовая турбина, криогенные клапаны, регуляторы, топливные баки и сопло ракетного двигателя.

Прочитайте больше новостей на

  • Криогенный ингинеликвидный оксигенкогеногеног. : ISRO Производительность двигателя соответствовала целям испытаний, а параметры двигателя полностью соответствовали прогнозам в течение всего времени испытаний в среду, сообщило космическое агентство со штаб-квартирой в Бангалоре.
  • Индия будет избегать иностранных ракет для запуска спутников связи: глава ISRO Шрихарикота (Андра-Прадеш) 5 июня (IANS) Индия намерена сжать возможности шеститонных спутников связи в четырехтонном космическом корабле и намерена использовать только свою собственную ракету для запуск спутников, глава Индийского космического агентства А.С. Киран Кумар сказал в понедельник.
  • Индийский «Бахубали» проходит испытания, запускает спутник связи (Roundup) Шрихарикота (Андхра-Прадеш), 5 июня (IANS) Индия в понедельник добилась двойного успеха, запустив свой последний и самый тяжелый на данный момент спутник связи GSAT-19со своей совершенно новой и самой тяжелой ракетой — ракетой-носителем для геосинхронных спутников-Mark III (GSLV-Mk III) с криогенным двигателем, которая успешно выполнила свой первый полет.
  • Индия запускает GSAT-19 со своей новой самой тяжелой ракеты Шрихарикота (Андра-Прадеш) 5 июня (IANS) Индия в понедельник вечером успешно запустила свой новейший спутник связи GSAT-19 с помощью своей совершенно новой и самой тяжелой ракеты — ракеты-носителя геосинхронных спутников-Mark III. (GSLV-Mk III).
  • Новая самая тяжелая индийская ракета стартует с помощью GSAT-19Шрихарикота (Андра-Прадеш), 5 июня (IANS) Новая и самая тяжелая индийская ракета — ракета-носитель для геосинхронных спутников — Mark III (GSLV-Mk III) — со спутником связи GSAT-19 массой 3136 кг на борту стартовала с космодрома Шрихарикота. космодром в понедельник.
  • Isro успешно запускает свою ракету-монстр GSLV Mk IIIРакета, которая была такой же тяжелой, как 200 взрослых азиатских слонов, или эквивалентна весу пяти полностью загруженных самолетов Boeing Jumbo Jumbo, была запущена Шрихарикота.

    • 900:45 Самая тяжелая ракета Индии с GSAT-19 сегодня готова к первому полету, идет обратный отсчетРакета GSLV MkIII-D1 должна стартовать сегодня в 17:28 со второй стартовой площадки Космического центра Сатиш Дхаван в Шрихарикоте.

  • Самая тяжелая индийская ракета с GSAT-19 готова к первому полету2 июня Комитет по проверке готовности к запуску и Совет по разрешению на запуск завершили обратный отсчет времени до запуска GSLV Mk-III D1/GSAT-19.
  • ISRO отправит людей в космос с запуском GSLV Mk III 5 июня По поводу пилотируемой миссии председатель Isro сказал: «Пока мы не получим окончательного одобрения правительства, Isro не будет работать над пилотируемой миссией».
  • Индийская ракета, которую когда-то «заземлили» США, доставит в космос спутник Isro-NasaАмериканское космическое агентство NASA объединило усилия с Isro для совместной разработки самого дорогого в мире спутника для съемки Земли, который обойдется обеим странам более чем в 1,5 миллиарда долларов.

Загрузить еще

Trending Definitions Долговые фонды Ставка репоВзаимный фондВаловой внутренний продуктСбор данныхРекламаПродуктМонополияКриптографияАмортизация

Оригинальный криогенный двигатель Still Powers Разведка, оборона, промышленность

NASA Technology

В то время, когда сотовые телефоны и автомобильные функции устаревают всего за несколько коротких лет, может показаться невозможным, чтобы какая-либо технология оставалась практически неизменной на протяжении десятилетий. Но первый в мире ракетный двигатель на криогенном топливе, разработанный НАСА, остается наиболее часто используемым ракетным двигателем верхней ступени в Соединенных Штатах более чем через 50 лет после его создания.

Ракетный двигатель RL10, первый успешный запуск которого состоялся в 1963 году, сыграл решающую роль в исследовании космоса НАСА, а также вывел на орбиту сотни коммерческих и военных грузов, обеспечивая спутниковую связь и спутниковые оборонные операции. Более того, по прошествии более чем полувека только несколько стран обладают технологиями, впервые разработанными в рамках программы, для питания ракет жидким водородом и кислородом.

RL10 был разработан в соответствии с контрактом между Исследовательским центром Льюиса НАСА, ныне Исследовательским центром Гленна, и подразделением Pratt & Whitney Aircraft, ныне входящим в состав Aerojet Rocketdyne. Обе организации ранее работали над технологией независимо друг от друга.

В 1940-х годах Льюис, в то время входивший в состав предшественника НАСА, Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA), провел обширные испытания высокоэнергетического жидкого ракетного топлива, включая жидкий водород. Передовые двигатели и криогенные технологии по-прежнему остаются двумя направлениями деятельности центра.

Работа Pratt & Whitney с жидким водородом началась в 1950-х годах, когда корпорация Lockheed заключила с ней субподряд на создание авиационного двигателя на жидком водороде в рамках сверхсекретного проекта Министерства обороны. Чтобы иметь место для испытаний шумных двигателей, Pratt & Whitney открыла завод на большом участке земли недалеко от Уэст-Палм-Бич, Флорида, где Aerojet Rocketdyne до сих пор производит RL10.

Известный как проект SUNTAN, работа в конечном итоге была прекращена, так как команда определила, что жидкий водород слишком громоздкий для использования в двигателе самолета, по крайней мере, с существующей технологией обращения с криогеникой. Однако в Льюисе была создана скромно финансируемая программа испытаний двигателей на жидком водороде в рамках SUNTAN, известная как Project Bee. Проект «Пчела» имел успех и укрепил репутацию центра как экспертного учреждения по работе с жидким водородом для двигателей.

Проект создания первой ракеты с криогенными двигателями, разгонного блока Centaur, начался в 1958 году, когда было создано НАСА. Это началось как проект Министерства обороны с целью вывода на орбиту тяжелых полезных грузов, но год спустя Космическое агентство взяло на себя работу, переместив ее в Центр космических полетов Маршалла, а Pratt & Whitney спроектировала и построила двигатели RL10, которые запустил бы его.

После взрыва «Кентавра» во время первого испытательного пуска в 1962, официальные лица Маршалла были готовы закрыть программу, но Эйб Сильверштейн, директор центра Льюиса, убедил штаб-квартиру НАСА передать ее Льюису, чьи данные испытаний и проекты, полученные много лет назад в Project Bee, сильно повлияли на команды Centaur и SUNTAN.

Одним из инженеров, выполнявших некоторые из ранних криогенных работ Льюиса, был Билл Гоетт, который работал над инжекторами для различных комбинаций топлива в Льюисе в рамках NACA, а позже десять лет возглавлял программу RL10.

Среди других выводов из раннего исследования Льюиса Pratt & Whitney в конечном итоге адаптировали конструкцию инжектора с концентрической трубкой, созданную в центре.

«Все это было основано на исследованиях — никогда не было конкретного конечного использования», — говорит Гетте о ранней работе в рамках NACA. «Роль NACA заключалась в том, чтобы работать над фундаментальными исследованиями, устранять риски и информировать компании о том, как действовать».

Даже после того, как программа Centaur была перенесена в Льюис, работа над двигателем первоначально оставалась в Marshall, поскольку RL10 также планировалось использовать на верхней ступени ракеты-носителя Saturn 1, предшественника Saturn V, который должен был запустить Apollo миссии. Но Гетте и другие сотрудники компании Lewis, а также подрядчик General Dynamics работали над тем, чтобы двигатель соответствовал требованиям Centaur.

В 1963 году работа окупилась. Centaur стартовал на вершине ракеты-носителя Atlas, что стало первым успешным полетом криогенного ракетного двигателя. Несколько лет спустя НАСА решило изменить направление развития ракеты-носителя «Аполлон», но «Кентавр» и проект RL10 продолжали жить в Льюисе, а Гетте отвечал за программу двигателей.

«Прежде чем дело дошло до Льюиса, они построили несколько двигателей и испытали их, — говорит он. «Большинство ошибок было исправлено».

Он говорит, что двигатель был и остается замечательным по своей эффективности. Высокопроизводительная комбинация жидкого водородного топлива и жидкого кислородного окислителя создает большую тягу на единицу сожженного топлива, чем любая другая комбинация топлива. Это означает, что ракета может нести меньше топлива, что снижает ее вес и позволяет доставлять на орбиту больше полезной нагрузки.

Но цикл детандера RL10 делает еще один шаг вперед в топливной экономичности и простоте, устраняя необходимость сжигать топливо для вращения турбин, приводящих в действие топливные насосы. Вместо этого криогенный жидкий водород используется для охлаждения камеры сгорания и сопла, где он нагревается и превращается в газообразный водород. Это расширение газообразного водорода приводит в действие турбину, которая питает насос.

«По сути, это свободная энергия», — говорит Гетте, сравнивая цикл детандера двигателя с использованием тепла, выделяемого автомобильным двигателем, для обогрева салона. «Я не думаю, что кто-то еще построил двигатель с таким циклом».

После успеха «Кентавра» технология движения на жидком водороде, разработанная в рамках программы RL10, также использовалась для создания двигателей верхней ступени J-2 для «Сатурн-5», что позволило Соединенным Штатам отправить астронавтов на Луну. Важнейшие технологии и знания, такие как конструкция инжектора, снижение нестабильности горения, предотвращение выплескивания топлива и отвод газообразного водорода, были необходимы для успеха Saturn V. В конце концов, жидкий водород и кислород стали популярным топливом в стране как для ракет-носителей, так и для верхних ступеней. , включая главные двигатели космического корабля «Шаттл» и самую мощную ракету-носитель ВВС «Титан IV». Планируется, что жидкий водород станет топливом как для основной, так и для верхних ступеней планируемой НАСА системы космического запуска. Centaur продолжает летать и сегодня в качестве разгонного блока для Atlas V, а RL10 также летает на Delta IV.

Одной из проблем, которая осталась, когда программа дошла до Льюиса, было то, что двигатели должны быть способны к многократным запускам в космосе для удовлетворения потребностей миссии. Но без гравитации на орбите оставшееся топливо имело тенденцию бесцельно плавать в баке. «Кентавр» уже использовал небольшие двигатели на перекиси водорода для управления своей ориентацией, и Гетте говорит, что еще несколько двигателей в задней части танка решили проблему, создав достаточный поступательный импульс, чтобы удерживать жидкое топливо на дне баков, где впускные отверстия двигателя. были расположены.

Другие изменения включали удлинение сопла двигателя и сужение горловины камеры тяги для увеличения мощности и эффективности. В течение почти 30 лет, когда Льюис руководил программой Centaur, как конструкция ракеты, так и двигатель RL10 продолжали меняться и развиваться.

Передача технологий

Pratt & Whitney в конце концов взяли на себя управление двигателем, но к тому времени двигатель, который прибыл в Льюис с проблемами перезапуска, был полностью доработан в нескольких версиях.

«Версия RL10 начала 1960-х годов, которая была разработана и усовершенствована под руководством Льюиса, была революционным прототипом. Но много дополнительных усилий было потрачено на то, чтобы довести эту раннюю модель до уровня RL10A-3-3, который стал надежной рабочей лошадкой в ​​1970-х годах», — говорит Джефф Брин, глава отдела эволюции RL10 в Aerojet Rocketdyne и ранее в Pratt & Whitney. «С тех пор мы усовершенствовали модель RL10A-3-3 еще шесть раз, чтобы добиться лучшей производительности и долговечности. Тем не менее, я бы предположил, что текущая модель RL10C-1 сохраняет большую часть наследия, которое можно отнести к партнерству в области разработки Льюиса и Пратта и Уитни».

И Centaur, и RL10 пользовались огромной популярностью с конца 1960-х до начала 90-х, когда Соединенные Штаты доминировали в коммерческих космических запусках. По оценкам Брина, двигатели RL10 помогли вывести в космос около 90 процентов крупных коммерческих спутников, запущенных в этот период. Сегодня он остается предпочтительным двигателем верхней ступени для запуска полезной нагрузки для военных США и других гражданских миссий, требующих высокой производительности. Многие спутники GPS, программа ВВС, которая сыграла огромную роль в промышленности и повседневной жизни, были выведены на орбиту с помощью двигателей RL10.

НАСА использовало Centaur для запуска бесчисленных лунных и межпланетных исследовательских миссий, от Surveyor 1, первого успешного спускаемого аппарата на Луну, до спускаемых аппаратов Viking, которые первыми исследовали поверхность Марса, до двойного космического корабля Voyager, который исследовал Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, а теперь и первые зонды, вышедшие в межзвездное пространство. Текущие миссии, запущенные RL10, включают зонд Juno на Юпитере, марсоход Curiosity на Марсе, Cassini на орбите Сатурна и космический корабль New Horizons, который долетел до Плутона и сейчас находится на пути к поясу Койпера.

Преимущества

Основной причиной популярности RL10 стала его исключительная производительность, которая со временем только увеличивалась. Измеряемая как «удельный импульс» — отношение тяги к единице массового расхода топлива — первоначальная тяга двигателя, составлявшая 424 секунды, сегодня увеличилась примерно до 465 секунд. В то время как первая модель могла развивать тягу в 15 000 фунтов, нынешние модели производят до 25 000 фунтов.

Уникальный метод откачки и другие элементы конструкции также обеспечивают надежность. «Этот двигатель зарекомендовал себя как самый надежный из когда-либо созданных», — говорит Брин. «За все полеты произошел только один отказ двигателя».

Гётт говорит, что это связано с тем, что в эпоху, когда еще не было инструментов компьютерного дизайна, подход Pratt & Whitney заключался в том, чтобы придумать консервативный дизайн, «а затем тестировать, тестировать, тестировать, а когда он сломается, исправить его». Например, во время испытаний двигатель должен был работать в 10 раз дольше, чем в космосе, а клапаны вращались во много раз чаще, чем в полете. «Он был разработан с запасом прочности, и они чертовски его протестировали и избавились от всех точек отказа», — говорит Гетте.

Учитывая стоимость и важность большинства полезных нагрузок ракет, будь то спутники или астронавты, надежность является самым важным фактором, говорит Брин. «Каждый запуск требует многого. Вот почему клиенты обращаются к вам — они знают, что двигатель может обеспечить производительность и надежно вывести полезную нагрузку на правильную орбиту. Двигатель RL10 дает клиентам уверенность в успехе миссии».

Возможность многократного перезапуска в космосе, что повышает производительность и позволяет увеличить время запуска, также является важным преимуществом, которое было нелегко достичь. По словам Брина, если трудно завести машину зимней ночью на Аляске, то еще труднее запустить двигатель в ледяной космической пустоте. Хотя есть и другие ракеты с такой возможностью, RL10 — единственная, которая перезапускалась до семи раз во время одной миссии.

Все это сделало двигатель и Centaur с двигателем RL10 главным двигателем верхней ступени и наиболее часто используемой верхней ступенью соответственно в ракетной технике США. В 2009 году был совершен 400-й полет с двигателями RL10.

Возможность использовать жидкий водород дала гражданской космической программе США, коммерческой аэрокосмической промышленности и военным явное преимущество перед другими странами. Недавнее использование в военных целях включает запуск спутниковой группировки Mobile User Objective System ВМС и космических самолетов X-37 ВВС.

С коммерческой точки зрения, в первые десятилетия космической эры практически все приложения спутникового телевидения, радио и телефонов в США, а также некоторые метеорологические спутники, спутники наблюдения Земли и навигационные спутники получали помощь от двигателя RL10.

Однако двигатель никогда не использовался в пилотируемых космических полетах, несмотря на его выдающийся послужной список. Это скоро изменится. Boeing CST-100 Starliner и Sierra Nevada Dreamchaser планируют использовать двухдвигательные верхние ступени Centaur для доставки астронавтов в космос, а система космического запуска НАСА будет выполнять миссии с экипажем с помощью четырех двигателей RL10 на своей исследовательской верхней ступени.

«Мы очень хотим, наконец, запустить космонавтов, — говорит Брин. «Добавление вехи полета человека в космос завершит наследие RL10».

Хотя он по-прежнему основан на той же конструкции, которая была разработана в Льюисе в 1960-х годах, двигатель был обновлен для 21 века. Серии RL10 A и B постепенно выводятся из эксплуатации и заменяются RL10C-1, который был завершен в 2014 году и включает в себя лучшие аспекты старых линий, говорит Брин.

А весной 2016 года компания Aerojet Rocketdyne успешно испытала двигатель RL10 с основным инжектором, напечатанным на 3D-принтере, что сократило стоимость детали и время производства примерно вдвое. К 2019 году, Брин ожидает, что около 95 процентов сложных геометрических деталей двигателя будут напечатаны на 3D-принтере.

Posted inДвигатель