Глушко конструктор ракетных двигателей: Генеральный конструктор космической техники В.П. Глушко

Содержание

Генеральный конструктор космической техники В.П. Глушко

Валентин Петрович Глушко родился в Одессе 2 сентября 1908 года. В 1919-1924 гг. учился в профтехшколе. Одновременно в 1920-1922 гг. учился в консерватории игре на скрипке. Весной 1921 г. Валентин прочитал книги Жюля Верна «Из пушки на Луну» и «Вокруг Луны», после чего решил посвятить свою жизнь осуществлению таких полетов. Начал из астрономических наблюдений, был руководителем кружка молодых исследователей мира. Зимой 1922 г. нашел в Одесской публичной библиотеке книгу К.Э.Циолковского, стал изучать его труды. Осенью 1923 года написал Константину Эдуардовичу письмо и получил письменный ответ с несколькими работами Циолковского. Так началась их переписка, которая длилось несколько лет. В 1924 г. юный Валентин Глушко написал книгу «Проблема эксплуатации планет», которую не смог выдать, а позже опубликовал в газетах и журналах несколько научно-популярных статей, посвященных космическим полетам, в частности, «Завоевание Землей Луны» (1924 г. ), «Станция вне Земли» (1926 г.).

После окончания школы В.П. Глушко в 1925 г. уехал на учебу в Ленинградский государственный университет, но не успел сдать вступительные экзамены и первый курс прошел как свободный слушатель. В 1926 г. был зачислен на второй курс физического отделения физико-математического факультета ЛГУ. Одновременно с учебой работал сначала рабочим, а впоследствии — геодезистом.

Темой диплома В.П. Глушко выбрал проект межпланетного корабля «Гелиоракетоплан» с электрическим ракетным двигателем (ЭРД). В апреле 1929 г. часть этой работы, посвященную электрическому ракетному двигателю, В.П.Глушко сдал в Комитет по делам изобретений. Его идеями заинтересовались военные, и в мае 1929 г., после окончания ЛГУ, В.П.Глушко стал работать в Газодинамической лаборатории (ГДЛ). Он изготовил опытные образцы ЭРД, доказал их работоспособность, и … стал разрабатывать жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). Из-за малой мощности ЭРД можно применять в космических аппаратах, что уже выведены на орбиту. Впервые такие двигатели были использованы в 1964 г. для ориентации космического корабля «Восход» и коррекции орбиты станции «Зонд-2».

В ГДЛ В.П.Глушко создал первый отечественный ЖРД ОРМ-1, что имел тягу 20 кгс, а затем ряд других двигателей серии ОРМ, где применялась пара: азотная кислота — керосин. Экспериментировал он и с другими веществами.

С 1934 г. В.П.Глушко стал работать в Москве — в Ракетном НИИ, созданном путем объединения ГДЛ и московской Группы изучения реактивного движения. Здесь, в частности, он разработал ЖРД ОРМ-65 для ракетоплана РП-318 и крылатой ракеты 212 конструкции С.П. Королева.

В 1938 г. были арестованы руководители РНИИ, а впоследствии В.П. Глушко и Королев. Через год В.П. Глушко стал главным конструктором закрытого ОКБ-16 НКВД (так называемой «шараги»), где разрабатывал ракетные ускорители для самолетов. В июле 1944 г. 35 заключенных из ОКБ-16 (в том числе — В.П. Глушко и С.П. Королев) было освобождено, и они получили задание создавать боевые ракеты.

В 1945 г. В.П.Глушко, как и Королев, в группе советских специалистов изучал в Германии уцелевшие немецкие ракеты Фау-2 и оборудования для их производства. Воссозданная ОКБ С.П.Королева ракета взлетела 18 октября 1947 г. с полигона Капустин Яр. А в следующем году взлетела баллистическая ракета Р-1 С.П.Королева с двигателем В.П. Глушка РД-100.

Затем были двигатели РД-101 (для Р-2) и РД-103М (для Р-5 и Р-5М). В 1957 г. начались испытания двигателей РД-107 и РД-108 и ракеты Р-7, которая стала основой многих космических ракет-носителей. Постоянно совершенствуясь, они до сих пор надежно выводят на орбиты космические корабли. Для боевых ракет, которым надо было взлетать немедленно, КБ В.П. Глушка в 1957 г. разработало двигатели, где применялись компоненты с высокой температурой кипения.

В октябре 1953 г. В. П. Глушко был избран член-корреспондентом АН СССР, 26 октября 1957 г. решением ВАК СССР ему присуждена степень доктора технических наук без защиты диссертации, а в 1958 г. он был избран действительным членом Академии наук СССР. В.П. Глушко возглавлял Научный совет по проблеме «Жидкое топливо» при Президиуме АН СССР, был главным редактором энциклопедии «Космонавтика», ответственным редактором справочника «Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания», читал лекции в МВТУ. За выдающиеся достижения В.П. Глушко был дважды удостоен звания Героя Социалистического Труда, награжден пятью орденами Ленина, орденами Октябрьской Революции, Трудового Красного Знамени и многими медалями.

22 мая 1974 г. В.П. Глушко был назначен директором и генеральным конструктором НПО «Энергия» (объединившего ОКБ С.П. Королева, ОКБ В.П. Глушка и некоторые другие предприятия). Под его непосредственным руководством велась разработка орбитальной станции «Мир», совершенствовались космические корабли «Союз», орбитальные станции «Салют». Вершиной творчества В.П. Глушка — инженера стало создание ракеты-носителя «Энергия» с самыми мощными в мире ракетными двигателями РД-170 и многоразового космического корабля «Буран».

В.П.Глушко не оставлял работу до последних дней своей жизни и умер 10 января 1989 г. — через два месяца после успешного полета «Бурана». Именем Валентина Глушка названа малая планета № 6 357 и кратер на Луне, Федерация космонавтики России учредила Золотую медаль имени В.П. Глушка.

М.Г.Николенко, ведущий научный сотрудник ГПМ, к.т.н.

Глушко Валентин Петрович

ОТ РОДНЫХ

В 1919 году зачислен в Реальное училище имени св. Павла (переименованное в IV Профтехшколу «Металл» им.Троцкого), которое закончил в 1924 году. Одновременно с учёбой в училище руководил Кружком общества любителей мироведения при одесском отделении Русского общества любителей мироведения (РОЛМ). В эти же годы (с 1920 по1922) занимался в консерватории по классу скрипки у профессора Столярова, а затем был переведён в Одесскую музыкальную академию.

С 1923 по 1930 годы состоял в переписке с К. Э. Циолковским.

В 1924 году получает диплом об окончании Профтехшколы. В это же время он закончил работу над первой редакцией своей книги «Проблема эксплуатации планет», в газетах и журналах публикуются его научно-популярные статьи о космических полётах «Завоевание Землёй Луны» в 1924 году, «Станция вне Земли» в 1926 году и др.

По путёвке Наркомпроса УССР направляется на учёбу в Ленинградский государственный университет. Параллельно с учёбой он работает в качестве рабочего (сначала оптика, а затем механика) в мастерских Научного института им.П. Ф. Лесгафта, а в 1927 году — геодезистом Главного геодезического управления Ленинграда.

В качестве дипломной работы, состоящей из трёх частей, Глушко предложил проект межпланетного корабля «Гелиоракетоплана» с электрическими ракетными двигателями. 18 апреля 1929 года третья часть, посвящённая электрическому ракетному двигателю, была сдана в отдел при Комитете по делам изобретений.

15 мая 1929 года зачислен в штат Газодинамической лаборатории. В 1930 году разработана конструкция и начато изготовление первого отечественного жидкостного ракетного двигателя ОРМ-1. Одновременно Глушко в качестве компонентов ракетных топлив предложил азотную кислоту, растворы в ней азотного тетроксида, пероксид водорода и др. Им разработано и испытано профилированное сопло, разработана теплоизоляция камеры ракетного двигателя двуокисью циркония и другими составами.

За время работы в ГДЛ были разработаны конструкции и испытаны двигатели серии ОРМ: ОРМ-1—ОРМ-52 на азотнокислотном-керосиновом топливе. Кроме того, разработаны конструкции ракет серии РЛА-1, РЛА-2, РЛА-3 и РЛА-100.

В январе 1934 года Глушко был переведён в Москву и назначен начальником сектора РНИИ Наркомата Обороны.

В 1933—1934 годах читал курсы лекций в Военно-воздушной инженерной академии им. Н. Е. Жуковского.

В декабре 1935 года вышла в свет книга «Ракеты: их устройство и применение» под редакцией Г. Э. Лангемака и В. П. Глушко.

5 ноября 1936 года проведены официальные стендовые испытания ЖРД ОРМ-65 тягой до 175 кг на азотнокислотно-керосиновом топливе для ракетоплана РП-318 и крылатой ракеты 212 конструкции С. П. Королёва. 16 декабря 1936 года проведено первое огневое наземное испытание ЖРД ОРМ-65 на ракетоплане РП-318.

В 1937 году Глушко опубликовано 7 статей в сборниках научных работ РНИИ «Ракетная техника». Член научно-технического совета РНИИ.

Выписка из протокола с приговором:

В марте 1938 года Глушко был арестован и по август 1939 годанаходился под следствием внутренней тюрьмыНКВД на Лубянке и вБутырской тюрьме. 15 августа 1939 годаосуждён Особым совещанием при НКВД СССР сроком на 8 лет, впоследствии оставлен для работы в техбюро. До 1940 года он работает в конструкторской группе 4-го Спецотдела НКВД (т. н. «шарашке») при Тушинском авиамоторостроительном заводе № 82. За это время были разработаны проект вспомогательной установки ЖРД на самолётах С-100 и Сталь-7. В 1940 году Глушко был переведён в Казань, где он продолжает работы в качестве главного конструктора КБ 4-го Спецотдела НКВД при Казанском заводе № 16 по разработке вспомогательных самолётных ЖРД РД-1, РД-1ХЗ, РД-2 и РД-3.

27 августа 1944 года по решению Президиума Верховного Совета он был досрочно освобождён со снятием судимости. Реабилитирован в 1956 году.

В декабре 1944 годаназначен главным конструктором ОКБ-СД (Опытно-Конструкторское Бюро Специальных Двигателей), г. Казань. В 1944—1945 годах проведены наземные и летные испытания ЖРДРД-1 на самолетах Пе-2Р, Ла-7, Як-3 и Су-6. Разрабатывается трёхкамерный азотнокислотно-керосиновый ЖРД РД-3тягой 900 кг, проведены официальные стендовые испытания ЖРД РД-1ХЗ с химическим повторным зажиганием.

С июля по декабрь 1945 года и с мая по декабрь 1946 года Глушко находится в Германии, где изучает трофейную немецкую ракетную технику (в основном — Фау-2) в институте «Нордхаузен».

13 мая 1946 года выходит Постановление СМ СССР № 1017-419сс «Вопросы реактивного вооружения», В. П. Глушко в тексте Постановления прямо не упомянут, но в соответствии с этим документом его назначили на новое место работы. 3 июля 1946 года приказом МАП авиазавод № 456 в Химках был перепрофилирован под производство жидкостных ракетных двигателей с одновременным перебазированием на него коллектива ОКБ-СД из Казани. Этим же приказом он был назначен главным конструктором ОКБ-456 (ныне — НПО «Энергомаш»). Практически сразу же сложился Совет главных конструкторов, в который Глушко был включён.

10 октября 1948 года произведён успешный пуск ракеты Р-1с РД-100 (копия немецкой Фау-2). Проводятся работы над модификацией двигателя РД-100 (РД-101—РД-103). 19 апреля 1953 года осуществлен успешный пуск ракеты Р-5 сРД-103.

По результатам испытаний 2 февраля 1956 года ракетыР-5М с боевым ядерным зарядом В. П. Глушко получил звание Герой Социалистического Труда.

В дальнейшем под руководством Глушко разработаны мощные ЖРД на низкокипящих и высококипящих топливах, используемые на первых ступенях и в большинстве вторых ступеней советских ракет-носителей и многих боевых ракет. Неполный список включает: РД-107 и РД-108 для РН «Восток», РД-119 и РД-253 для РН «Протон», РД-301,РД-170 для «Энергии» (самый мощный ЖРД в мире) и многие другие.

22 мая 1974 года назначен директором и генеральным конструктором НПО «Энергия», соединившем ОКБ, основанное В. П. Глушко, и КБ, руководимое ранее С. П. Королёвым. По его инициативе были свёрнуты работы по ракете-носителю Н-1, вместо которой по его предложению и под его руководством была создана многоразовая космическая система «Энергия — Буран». Он возглавлял работы по совершенствованию пилотируемых космических кораблей «Союз», грузового корабля «Прогресс», орбитальных станций «Салют», созданию орбитальной станции «Мир».

В. П. Глушко умер 10 января 1989 года на 81-м году жизни. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.

Глушко так и не сумел преодолеть проблемы с нестабильностью процесса горения в больших ракетных двигателях, что не позволяло создавать однокамерные сверхмощные ЖРД класса F-1.
Глушко был одним из главных критиков А. Г. Костикова, с которым работал в РНИИ и которого считал главным виновником того, что подвергся репрессиям. ПрофессорМАИ Л. С. Душкин, работавший в 1930-е годы вместе сКостиковым и Глушко, считал эту критику необоснованной и отмечал ряд недальновидных действий Глушко во время работы института[10].
Глушко так и не смог вычислить величину давления насыщенных паров горючего ТГ-02 («Самин», Тонка-250) для своего справочника физико-химических свойств компонентов ракетного топлива.

В мой кабинет вошли два офицера: полковника я узнал сразу — это был Валентин Петрович Глушко, а другой — подполковник — коротко представился: «Лист». Оба были не в гимнастерках, галифе и сапогах, а в добротных кителях и хорошо отглаженных брюках.

Глушко чуть улыбнулся и сказал: «Ну, мы с вами, кажется, уже встречались». Значит, запомнил встречу в Химках. Зашёл Николай Пилюгин, и я представил его как главного инженера института. Предложил рассаживаться и выпить чаю или «чего-нибудь покрепче». Но Глушко, не присаживаясь, извинился и сказал, что сначала просит срочной автомобильной помощи:

— Мы едем из Нордхаузена, машина очень плохо тянула и сильно дымила. В салоне мы задыхались от дыма. У вас, говорят, есть хорошие специалисты в «репаратуре».

Николай Пилюгин подошёл к окну и заявил:

— Да она и сейчас дымит. Вы мотор-то выключили?

Неожиданно спокойным тихим голосом заговорил Лист, который снял фуражку, обнаружив копну совершенно седых волос, и демонстративно опустился в кресло.

— Не надо беспокоиться. Это догорают тормозные колодки ручного тормоза. Мы едем из Нордхаузена с затянутым ручным тормозом.

Мы с Пилюгиным были ошарашены:

— Так почему вы его не отпустили?

— Видите ли, Валентин Петрович поставил мне условие, что, если он за рулём, я не смею ему ничего подсказывать.

— Б. Е. Черток Ракеты и люди. Книга 1. Ракетный институт в Тюрингии. — М.: «Машиностроение», 1999

Глушко с утра встретил нас бодрым, подтянутым и отнюдь не подавленным. Как всегда одетый в хорошо сидящий на нём костюм с подобранным в тон галстуком, он демонстрировал уверенность в правоте своей линии. Снова перебирая в памятипервую шестёрку главных, я бы сказал, что Глушко выделялся гордостью и аристократизмом хорошо воспитанного человека. Он не любил переходить на «ты». Никаких намеков на панибратство не терпел.

…

Глушко всегда был подтянут, безупречно одет и корректен. В обсуждении проблемы, так же как в документах, он требовал убедительной логики, ясности, четкости формулировок. Иногда документы, которые приносились ему на подпись, перепечатывались по многу раз только потому, что исполнитель не мог совместить ясность изложения с синтаксисом русского языка или не соблюдал скрупулёзной точности в наименовании адресата. В этом отношении он был беспощаден, даже въедлив.

За внешней корректностью проглядывалась твердая воля в отстаивании своей позиции, своих убеждений. Он мог доходить, не прибегая к сильным выражениям, до очень обидных для оппонента логических построений. Иногда был бескомпромиссен там, где, казалось, жёсткая позиция вредит и ему, и делу… Глушко способен был, не повышая голоса, не прибегая к сильным выражениям, доказать человеку, что тот работает безответственно и ему нельзя доверить серьёзное дело.

…

Ни у Королёва, ни у Глушко, так по крайней мере казалось не только мне, но и другим, не было близких друзей по работе, которым можно было доверить свои сокровенные идеи и мысли.

Очень сильные и очень разные были у них характеры. Но было объединяющее общее: оба принадлежали к поколению, которое в детстве прошло через войну гражданскую — классовую, юность была отдана героическому труду во имя великой цели. Они подверглись жесточайшим испытаниям, моральным и физическим, и при всем этом не изменили своим мечтам, сохранили целеустремлённость и веру в свои силы.

— Б. Е. Черток Ракеты и люди. Книга 4. Лунная гонка. — М.: «Машиностроение», 1999

«Острый конфликт между Королёвым и Глушко возник не без помощи Василия Мишина, где-то в шестидесятом году. Но до этого со времён их работы в НИИ-3, потом в Казани, в Германии при создании всех ракет до „семерки“ включительно они были единомышленниками…

У Глушко нет ни королевского артистизма, ни таланта полководца. Если бы не его целенаправленное увлечение с молодых лет ракетными двигателями ради межпланетных полётов, он мог быть учёным, даже одиночкой: астрономом, химиком, радиофизиком, не знаю кем ещё, но очень увлечённым. Разработав новую теорию очень детально, он не отступится от своих принципов, будет их защищать со всей страстью.

В истории им обоим было суждено стать главными конструкторами. До этого они вместе прошли школу „врагов народа“. Это их сближало. Однако в Казани Королёву, даже заключённому, трудно было признавать власть тоже заключённого главного конструктора Глушко. В Германию, после освобождения, оба командируются одновременно. Но Глушко — в чине полковника, а Королёв — в чине подполковника. Потом Королёв формально становится над Глушко. Он — головной главный конструктор, он — технический руководитель всех Госкомиссий, он — глава Совета главных конструкторов. Королёв властолюбив. Глушко честолюбив. Когда хоронили Королёва, мы вместе выходили из Дома союзов. Глушко совершенно серьёзно сказал: „Я готов через год умереть, если будут такие же похороны“.

Глушко работает не щадя сил, но мечтает о славе, даже посмертной. Королёв тоже не щадил сил, но ему нужна была слава при жизни.»

А. М. Исаев

— Б. Е. Черток Ракеты и люди. Книга 4. Лунная

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

Наука —

История молодых инженеров, которые воскресили двигатель почти вдвое старше себя.

org/Person»>
Ли Хатчинсон
— 15 апреля 2013 г. 1:00 UTC

Rocketdyne возвращается

SLS НАСА, скорее всего, будет многоступенчатым транспортным средством с ускорителями, прикрепленными к его первой «основной» ступени, но НАСА проводит конкурс, чтобы определить, будут ли эти ускорители работать на твердом или жидком топливе. Соревнование Advanced Booster наконец-то вывело претендентов на жидкостное топливо в область, где на протяжении десятилетий доминировали твердотопливные ускорители, созданные компанией ATK.

Одной из компаний, выбранных для участия в конкурсе Advanced Booster, является Dynetics, компания со штатом 1300 сотрудников, штаб-квартира которой находится в Хантсвилле, недалеко от MSFC. Dynetics в основном выполняла работу для Министерства обороны, но за последние пять лет она расширилась до аэрокосмической отрасли. Это одна из трех компаний, находящихся на стадии разработки контракта, и у нее может быть секретное оружие: Dynetics сотрудничает с Pratt & Whitney Rocketdyne (PWR), и ее участие в конкурсе ракет-носителей будет обеспечиваться огромным LOX/RP. -1 под названием F-1B (основан на F-1 и его модернизированном, но никогда не летавшем варианте F-1A).

Испытания газогенератора F-1, к которым готовились Беттс, Кейс и Коутс, должны были состояться в очень подходящее время: их исследовательская работа над F-1 началась ближе к концу 2012 года, как раз в то время, когда Dynetics выбран в качестве участника контракта Advanced Booster. У Dynetics была абсолютно прекрасная возможность; Прямо по улице НАСА собиралось начать испытательный запуск газогенератора F-1, чего не делали десятилетиями.

Посредством сложного набора писем-соглашений MSFC разрешила инженерам Dynetics и PWR использовать возрожденный газогенератор и испытательные установки для двигателей. Инженерные усилия даже включали сотрудничество с инженерами Rocketdyne из Калифорнии и Хантсвилля, которые участвовали в первоначальном проектировании и тестировании F-1 и имели инженерный опыт и советы, чтобы внести свой вклад в работу. MSFC провела 11 огневых испытаний газогенератора продолжительностью от 5 до 30 секунд каждое в присутствии и помощи представителей Dynetics и PWR.

После того, как Dynetics и ее субподрядчик Pratt & Whitney Rocketdyne разработали соглашения и документы, компании нужно было провести собственную серию испытаний газогенератора F-1, чтобы собрать дополнительные данные помимо тех, что были собраны Беттсом, Кейсом и Коутсом. Это потребовало второй серии испытательных запусков газогенераторов во второй половине февраля, поэтому Арс отправился в Хантсвилл, чтобы посмотреть.

Наблюдая за тестом

Утром 20 февраля я сидел на металлических трибунах под железно-серым небом Хантсвилля, с термометром, показывающим 33ºF — немного прохладнее, чем привык терпеть этот техасский мальчик, тем более, что ветер не переставал дуть. Выгода заключалась в том, что зона наблюдения находилась недалеко от испытательного стенда газогенератора. Через поляну в ряду вечнозеленых растений и кустарников, отделенную от нас грунтовой дорожкой, я увидел сам испытательный стенд: груду металла и труб, как в джунглях, вокруг суетился персонал, чтобы внести последние коррективы.

Увеличить / Вид с трибун, глядя на испытательный стенд газогенератора.

Ли Хатчинсон

Испытательный пуск газогенератора, свидетелем которого я был, был не первым и не последним, но он все же привлек огромное количество людей — государственных служащих, членов семьи и немалое количество сотрудников Dynetics/PWR. Пока часы приближались к стрельбе, мы собрались на расшатанных трибунах, и гул разговоров постепенно стих; Я сосредоточился на том, чтобы держать камеру неподвижно и стараться не касаться открытого металла тяжелого (и замерзающего) телеобъектива.

Увеличить / Газогенератор двигателя F-6049, установленный на испытательном стенде перед стрельбой (все еще видно, как монтирует оборудование испытательный персонал). Сам газогенератор толком не виден — он установлен за красной пластиной натяжителя тяги.

Ли Хатчинсон

Когда раздался взрыв, он был громким, но не подавляющим. Мы были достаточно близко, так что между вспышкой и звуком прошло не больше четверти секунды, и я почувствовал, как на меня накатывает тепло выхлопных газов горящего керосина. Газогенератор говорил с глухим рокотом, увенчанный 9 ракетами.0037 треск-треск-треск — звук, который я всегда считал просто обрывом микрофона при прослушивании записей запусков ракет. Общий шум был впечатляющим — возможно, таким же громким, как громкий рок-концерт, — но мы были достаточно далеко, чтобы не нуждаться в средствах защиты органов слуха. Газогенератор произвел длинный горизонтальный столб пламени, который оставался устойчивым на протяжении всего испытания. Это было впечатляюще, но это было еще на больше, чем на впечатляющих, когда я напомнил себе, что в настоящем F-1 весь этот огонь, шум и дым использовались просто для приведения в действие механизмов, которые подавали топливо в двигатель для 9.0037 настоящий фейерверк .

Увеличить / Зажигание газогенератора. Из сопла виден темный, богатый топливом выхлоп, которому требуется некоторое время, чтобы полностью сгореть. Это характерно для выхлопов газогенераторов.

Ли Хатчинсон

Примерно через пятнадцать секунд выхлоп дрогнул и погас, а над испытательной площадкой поднялись огромные облака. Разбрызгиватели обрызгивали стенд на протяжении всего испытания, и вода из этих разбрызгивателей теперь с шумом превращалась в пар. Собравшаяся толпа аплодировала, приглушенные хлопки раздавались из рук, которые в основном были одеты в перчатки или рукавицы для защиты от холода.

Видео одного из вторых запусков газогенераторов, снятое 23 января (это намного короче, чем тестовые запуски, на которых мы присутствовали) — предоставлено НАСА

Второе видео одного из вторых запусков газогенераторов, снятое 23 января (это намного короче тестовых запусков, на которых мы присутствовали) — предоставлено NASA

Второе видео одного из вторых запусков газогенераторов, снятое 23 января (это намного короче тестовых запусков, на которых мы присутствовали) — предоставлено НАСА

3D-печать отправляется в космос

Сам усовершенствованный ускоритель Dynetics — предварительное кодовое название Pyrios , в честь одной из огненных лошадей, тянувших колесницу бога Аполлона, — олицетворяет конструкцию «большого немого ускорителя». Конструкция бустера будет максимально эффективной и минимальной, используя простые 3/4 дюйма (1,9 дюйма).см) алюминиевые сегменты ствола, сваренные трением с перемешиванием над топливными баками. Одним из преимуществ использования РП-1 в качестве топлива является то, что ему не нужна тяжелая теплозащита — он не будет выкипать при давлении и температуре на уровне моря, как это делает жидкий водород. (Концепция ракеты-носителя Pyrios, возможно, должна включать некоторую внешнюю тепловую защиту бака с жидким кислородом.)

Несмотря на то, что рабочие характеристики двигателя будут близки к его предшественнику, его производство будет осуществляться с помощью радикально отличающихся методов. Ребята из Dynetics поддержали Беттса, Кейса и Коутса, размышляя о конструкции F-1, делая многие из тех же замечаний о потрясающем количестве ручной работы в старой конструкции. Во имя доступности и эффективности в новой версии будут применены современные технологии производства.

Каждый ускоритель Pyrios будет оснащен парой двигателей F-1B, созданных с использованием методов, которые больше напоминают 3D-печать, чем традиционное литье или фрезерование. Основная камера сгорания и, в частности, сопло будут значительно упрощены и укреплены; количество деталей для этих двух узлов вместе будет уменьшено с 5600 изготовленных элементов в оригинальном F-1 до всего 40.

Увеличить / Фотография сравнительной таблицы F-1/F-1B испытательные стрельбы, показывающие несколько ключевых различий между F-1 и F-1B.

Lee Hutchinson

Использование современных производственных процессов там, где это возможно, на самом деле снижает затраты — даже если новый метод производства дороже, снижение затрат за счет упрощения конструкции более чем склоняет чашу весов. В частности, Dynetics и PWR используют такие методы, как селективное лазерное плавление и горячее изостатическое прессование (HIP), чтобы «вырастить» целые сложные детали двигателя из металлических порошков. Команда Dynetics максимально сосредоточена на сокращении количества сварных швов и соединений и, следовательно, на сокращении сборки и производства.

(В этом сопутствующем материале у нас есть еще много информации о Dynetics и их ракете-носителе Pyrios на базе F-1B. )

Инженеры и их двигатели

Лаборатория MSFC, где все еще продолжались работы по разборке F-1. Мы остановились, чтобы посетить двигатель F-6049, установленный на тележке с явно отсутствующим газогенератором. Я ползал по ней, пока троица инженеров говорила о большой старой машине, с которой они так хорошо познакомились.

«Эти ребята придумали, — сказал Том Уильямс, указывая на Беттс и Кейса, — что LOX/RP выглядит как что-то, над чем нам нужно снова поумнеть, так как насчет того, чтобы разобрать один из них?» Два инженера стояли рядом с F-6049 вместе с Коутсом. «Эти ребята начали думать, как это сделать, и привлекли к этому специалистов по структурному освещению, но это была всего лишь небольшая группа инженеров, которым пришла в голову идея запачкать руки».

Увеличить / Команда, которая вернула F-1 к жизни. Слева направо: Р. Х. Коутс, Эрин Беттс, Ник Кейс и менеджер Том Уильямс. За ними двигатель F-6049. Его газогенератор обычно занимал пространство чуть выше и правее головы Беттса — обратите внимание на белое покрытие в том месте, где выхлоп газогенератора попадал в турбонасос.

Lee Hutchinson

Это инженерное искусство во всей красе. Разборка и пожары дали огромное количество данных, и команда Dynetics/PWR находится в процессе превращения этих данных в практичный, пригодный для использования двигатель. Позже в этом году планируется соединить газогенератор с его насосами и турбинами, воссоздав всю «силовую установку» F-1 (весь двигатель, кроме камеры сгорания). Затем силовой агрегат будет испытан в космическом центре НАСА Стеннис в Миссисипи. После этого до готового двигателя не так уж и далеко.

Конкурс Advanced Booster продлится как минимум еще два года, а окончательное решение ожидается в 2015 или 2016 году. Твердое топливо остается основным претендентом — возможно, лидером — но у ракеты-носителя Pyrios есть реальный шанс обойти своих конкурентов. .

Когда ракета НАСА SLS летит, ее вполне может увлечь в небо огненный конь Аполлона.

Хотите узнать больше о Dynetics и двигателе F-1B? Ознакомьтесь с нашей сопутствующей статьей: «Новый ракетный двигатель F-1B модернизирует конструкцию эпохи Аполлона с тягой 1,8 млн фунтов». У нас также есть фотогалерея из 40 фотографий из нашего тура по Маршаллу прямо здесь.

Дальнейшее чтение:
Вудс, В. Дэвид. Как Аполлон летел на Луну, изд. 2011 г. ISBN 1441971785
О’Брайен, Фрэнк. Компьютер управления Apollo: архитектура и работа, 2010 г. ISBN 1441908765
Сиддики, Асиф А. Спутник и советский космический вызов, 2003 г. ISBN 081302627X
Сиддики, Асиф А. Советская космическая гонка с Аполлоном, 2003 г., ISBN 0813026288

Изображение листинга Ли Хатчинсон

Марс и наступи на него | Журнал Air & Space

Чтобы путешествовать от звезды к звезде, корабли могли бороздить волну в самом пространстве-времени. С 1990-х годов теории межзвездных полетов были сосредоточены как на гравитации, электромагнетизме и свойствах пространства-времени, так и на двигательных установках.
Пол ДиМэр

Немногие истории раскрывают вопрос о человеческой судьбе так точно, как фильм 2000 года « Изгой 9». 0038 . В нем Чак Ноланд (Том Хэнкс), единственный выживший в авиакатастрофе в южной части Тихого океана, оказывается на неизведанном острове. Когда дни превращаются в недели, он впадает в отчаяние, понимая, что за ним никто не придет. Проходят годы, и постоянство его одиночества осознается, постоянно возвращаясь к приглушенному реву прибоя, разбивающегося о окружающий остров риф.

Можно считать, что Ноланд представляет человечество на планете Земля. Сможем ли мы когда-нибудь выбраться с острова? Мы несколько раз подплывали к рифу во время программы «Аполлон», что, возможно, является нашим величайшим техническим достижением как вида. Но с тех пор мы снова на пляже. Можем ли мы построить корабль, который нам нужен, чтобы вырваться?

«Вояджер-1», запущенный в путешествие к внешней планете в 1977 году, в настоящее время является самым далеким объектом, который люди отправили в космос, покинув Солнечную систему после 32 лет путешествия со скоростью немногим более 38 000 миль в час. С такой скоростью «Вояджер» мог бы добраться из Нью-Йорка в Сан-Франциско за три минуты и 55 секунд, но не достиг бы ближайшей звезды, Проксимы Центавра, в течение 73 000 лет. (Он не направляется туда; вместо этого он направляется к созвездию Camelopardalis, где он пролетит мимо своей первой звезды примерно через 300 000 лет.) всего 4,2 года, почти вообразимое путешествие.

«Мы видим теоретические возможности того, что эти вещи происходят, но мы просто не можем получить инженерные решения», — говорит Боб Фрисби, инженер Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнии. Фрисби — один из десятков ученых и инженеров США, которые изучают, как люди могут пересечь огромные пропасти межзвездного пространства в разумные сроки. Фрисби известен своей работой над двигательной установкой, использующей энергию, высвобождаемую при столкновении материи и антиматерии. В его конструкции используется сверхпроводящий магнит в качестве сопла для направления заряженных частиц, образующихся при аннигиляции протонов и антипротонов, для создания тяги.

«Философски это своего рода мозговой штурм, которым люди занимались, чтобы добраться до Луны», — говорит Фрисби. «Какая скорость? Какой двигатель? Что нам нужно принести? И, черт возьми, они это сделали».

Фрисби, который в своей основной работе изучает, как электрический двигатель может быть использован для будущих миссий роботов, также является членом Фонда Тау Зеро, группы ученых, инженеров и непрофессионалов, которые бродят по далеким отмелям теоретических космических полетов. Марк Миллис, физик из Исследовательского центра Гленна НАСА в Кливленде, штат Огайо, создал фонд и поддерживает веб-сайт (www.tauzero.aero) для участников, которые согласились работать вместе над практическим межзвездным полетом и использовать этот поиск для учить людей науке, технологиям и нашему месту во вселенной. с 19С 96 по 2002 год Миллис руководил тем, что было для НАСА необычайно ориентированной на будущее программой под названием Breakthrough Propulsion Physics Project. Программа признавала ограничения ракетной техники в том виде, в каком мы ее знаем, и поощряла исследования путешествий со скоростью, превышающей скорость света, с использованием свойств материи — гравитации и электромагнетизма, например, — а также пространства и времени. «В целом мы становимся достаточно умными, чтобы задавать правильные вопросы, — говорит Миллис.

Эта область набрала обороты в 1990-х годах, вскоре после публикации трех статей, посвященных анализу геометрических свойств пространства-времени, системы координат, содержащей как пространственные, так и временные измерения, основанной на общей теории относительности Альберта Эйнштейна. В документах предполагалось, что посредством манипулирования пространством-временем объекты могут обойти ограничение скорости Вселенной — скорость света. В первых двух статьях предлагались математические уравнения, описывающие короткие пути для перемещения из одного места во Вселенной в другое: так называемые червоточины. Третий превратил концепцию варп-двигателя из элемента научной фантастики, ставшей известной благодаря сериалу «Звездный путь», в серьезную тему среди физиков-теоретиков.

В этой статье 1994 года мексиканский физик Мигель Алькубьерре предложил математическое доказательство того, что путешествия со скоростью, превышающей скорость света, возможны в рамках ограничений, налагаемых общей теорией относительности Эйнштейна. Космический корабль, как предположил Алькубьер, не будет летать через межзвездное пространство; вместо этого он будет кататься на волне в ткани пространства-времени, путешествуя внутри «варп-пузыря», как человек, стоящий на движущемся тротуаре. Какая-то еще не определенная сила будет работать, чтобы сжать пространство-время перед космическим кораблем и растянуть пространство-время позади него.

Миллис собрал результаты проекта Breakthrough Propulsion Physics Project и связанной с ним работы в книгу технических статей The Frontiers of Propulsion Science, и члены Фонда Tau Zero продолжают обмениваться идеями и обсуждать стратегии, хотя программа больше не существует. для финансирования экспериментов и наблюдений. «Мы общаемся между собой и поощряем друг друга запускать проекты, — говорит Миллис, — и в этом мы очень преуспели, даже без денег». Один член, например, пересматривает программу «Дедал» Британского межпланетного общества. Дедалу 1970-х годов предпринимаются попытки изобрести практичный космический корабль, работающий на ядерном синтезе — процессе, в котором экстремальные давления и температуры заставляют ядра атомов соединяться, высвобождая энергию. В этом месяце общество проводит симпозиум, чтобы пересмотреть эту идею в свете достижений в соответствующих технологиях, достигнутых за последние 30 лет.

«Я вспоминаю эпоху Дирака, Шредингера и Эйнштейна», — говорит Миллис о великих физиках-теоретиках начала 20 века Поля Дирака и Эрвина Шредингера, которые разделили Нобелевскую премию в 1933 за новаторскую работу в области квантовой механики. «Когда у них были решающие встречи и иногда жаркие дебаты, они не получали финансирования для этой работы. Они просто делали это, потому что это то, что они делали. И они добились значительных успехов.

«И я думаю про себя: «Что ж, было бы здорово, если бы мы получили финансирование, но даже если мы этого не сделаем, когда мы разговариваем между собой, обсуждаем вопросы и поощряем друг друга писать статьи, мы собираемся добиться прогресса.»

По оценкам Миллиса, исходя из потребностей в энергии, как мы их сейчас понимаем, первая настоящая межзвездная миссия состоится только через два столетия. И он посмеивается над общим парадоксом, озвученным в его области: бесполезно запускать межзвездную миссию, потому что будущие космические корабли, пользуясь технологическими достижениями, обгонят те, что были запущены ранее.
Но он далеко не циничен.

«Я вырос, наблюдая за «Аполлоном» и планомерным и продуманным маршем к нему. И они сделали это. Когда вы смотрите на новаторские темы, есть люди, которые не хотят их касаться, потому что это слишком далеко. Но если вы достаточно созрели для того, чтобы хотя бы начать задавать правильные вопросы, и вы честно выполняете свою работу, тогда вы можете стать пионером».

Пока путешествие к звездам придется отложить; проблемы рядом с домом достаточно велики. В ясную ночь мы видим невооруженным глазом пять планет: Сатурн и Юпитер, ледяные газовые гиганты с ядовитой атмосферой; Меркурий и Венера, печи, которые испепелят нас; и Марс, планета крайностей. По крайней мере, они земные крайности: бесплодная пустыня, такая же холодная зимой, как Антарктида. Он также окутан тонкой атмосферой из углекислого газа, но люди должны приносить свою собственную среду, куда бы они ни путешествовали в космосе. И это близко — примерно 36 миллионов миль при самом близком приближении.

С ракетами, работающими на жидком кислороде и жидком водороде, нам потребовалось бы чуть больше года, чтобы только добраться до Марса и обратно — 200 дней в одну сторону. Длительное воздействие радиации во время таких длительных миссий может поставить под угрозу астронавтов.

Билл Эмрих, инженер-двигатель Центра космических полетов им. Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, — один из тех, кто размышляет о том, как добраться до Марса намного быстрее. В 2003 году центр Маршалла начал работу над Исследовательской лабораторией двигателей, где Эмрих мог исследовать силовые установки, которые сократят время полета на Марс с 200 до 100 дней.0009

Ученые-ракетчики оценивают эффективность ракетных двигателей в «удельном импульсе», показателе, подобном милям на галлон, но с временным компонентом: количество секунд, в течение которых фунт ракетного топлива создает фунт тяги. Для химических двигателей лучшая цифра едва превышает 450 секунд, что ничтожно по сравнению с идеями на чертежной доске. Корабль с химическим двигателем израсходует большую часть своего топлива в начале путешествия на Марс, как дрэг-рейсер, который сбивает его с ног, а остальную часть пути движется по инерции. Чтобы замедлиться достаточно, чтобы выйти на орбиту вокруг Марса, он будет зависеть от трения с атмосферой в качестве тормоза. В отличие от земной атмосферы, толстой и пушистой, как пуховое одеяло, с некоторым пространством для ошибок, марсианская атмосфера — это простыня.

«Я бы хотел полететь на Марс, но не на этом корабле», — говорит Эмрих. «Вы спускаетесь всего на несколько тысяч футов над поверхностью. Это будет очень страшная поездка». Заходи слишком круто, говорит он, и ты врезаешься в землю. Войдите слишком поверхностно, и вы пропустите атмосферу, чтобы стать следующим Вояджером. «Очень мало права на ошибку», — говорит он. «Ты получишь один шанс».

Его решение: ядерная тепловая ракета. Он будет производить тягу так же, как это делают химические ракеты: нагревая топливо — в данном случае водород — и выбрасывая расширенный газ через сопло. Однако вместо того, чтобы нагревать водород посредством сгорания, ядерная ракета испаряет его посредством контролируемого деления или расщепления атомных ядер урана. Поскольку ядерное топливо имеет большую плотность энергии, оно служит намного дольше, чем химические вещества, поэтому вы можете поддерживать работу двигателя и продолжать разгоняться половину пути. Затем, когда спидометр отсчитывал около 15 миль в секунду — в два раза больше скорости, достигнутой вернувшимися астронавтами Аполлона, — вы поворачивали корабль, чтобы он указывал в другую сторону, и использовали тягу двигателя для торможения до конца пути. Даже с учетом веса реактора ядерный двигатель сократил бы время в пути вдвое.

В рамках программы под названием NERVA (Ядерный двигатель для ракетных транспортных средств) НАСА в 1960-х построило ядерную тепловую ракету. Его удельный импульс составлял 850 секунд — вдвое больше, чем у лучших химических ракет, — и его можно было настроить на 1000 секунд. Поскольку НАСА готовилось к полетам людей на планеты после лунных миссий, ядерная тепловая ракета была серьезным кандидатом на замену химических двигателей в верхних ступенях ракеты-носителя «Сатурн-5». Вместо этого, несмотря на более чем 20 успешных испытательных стрельб в пустыне Невада, NERVA погибла в середине 19-го70-е годы.

Тепловые ядерные ракеты ограничены термостойкостью уранового топлива и конструкцией двигателя, поэтому инженеры экспериментировали с новыми топливными элементами и термостойкими материалами. В Маршалле Эмрих сконструировал симулятор, который может тестировать компоненты ядерной ракеты, подвергая их некоторым условиям, которые могут возникнуть при делении, — температуре и давлению, но не радиоактивности. Поскольку работа над ракетой НАСА «Арес», которая доставит астронавтов на Луну, заняла двигательную лабораторию, Эмрих переносит свой симулятор на другой объект.

Недалеко от Космического центра НАСА имени Джонсона в Хьюстоне Франклин Чанг Диас, бывший астронавт НАСА и ветеран семи полетов шаттлов, разрабатывает альтернативу ядерной тепловой ракете. VASIMR, магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом, сочетает в себе характеристики химической ракеты с большой тягой и низким удельным импульсом и ядерной ракеты с малой тягой и высоким удельным импульсом. VASIMR — плазменная ракета. Вместо камеры сгорания в нем используются трехступенчатые магнитные ячейки, которые сначала ионизируют водород и превращают его в сверхгорячую плазму, а затем дополнительно заряжают его электромагнитными волнами для увеличения тяги. Чанг Диас обещает, что его ракета сможет развивать скорость до 31 мили в секунду и сократит полет на Марс в один конец с трех месяцев до одного. Его команда добилась медленного прогресса в разработке концепции с конца 19 века.80-е годы. Прошлой осенью первая ступень его прототипа ракеты VX-200, работающая на аргоне, достигла важной вехи: успешный запуск на полную мощность в его лаборатории в Вебстере, штат Техас. Потратив на данный момент около 25 миллионов долларов из нескольких государственных источников, а также получив оборудование, лабораторные помещения и персонал из НАСА, Чанг Диас приближается к летным испытаниям. НАСА рассматривает возможность испытаний ракеты на Международной космической станции, возможно, уже в 2011 или 2012 году, где она может способствовать поддержанию орбиты огромной лаборатории.

Следующим шагом после VASIMR станет ракета с ядерным синтезом. Ученые еще не воссоздали устойчивый контролируемый синтез — химический процесс, который питает звезды и обещает огромные преимущества в качестве источника энергии на Земле, но это не помешало им получить от правительств много денег, чтобы попробовать. Международный термоядерный экспериментальный реактор, строящийся на юге Франции, является совместным проектом Европейского союза, Японии, Китая, Индии, Южной Кореи, России и США. Реактор будет стоить не менее 15 миллиардов долларов, его ввод в эксплуатацию ожидается не раньше 2018 года, а его размеры будут с офисное здание, но ученые надеются, что, как только они осуществят термоядерный синтез на земле, реакторы можно будет уменьшить для космических полетов. Синтез выделяет больше энергии и меньше радиации, чем деление, и может привести в движение корабль на высокой скорости. В одном сценарии его выхлоп будет сдерживаться цепочкой сверхпроводящих магнитов в форме огромных шайб, каждая примерно 15 футов в диаметре. Цепочка магнитов будет простираться от реактора на длину нескольких футбольных полей.

«Проблема не столько в количестве энергии; у вас уйма энергии», — говорит Эмрих. «Проблема заключается в мощности, то есть в том, насколько быстро вы получаете энергию из системы. Водородная бомба мгновенно высвобождает огромное количество энергии, но плавит все, что попадается на глаза».

Напротив, сверхпроводящие магниты поглощают всю эту энергию и, по сути, выбрасывают ее наружу. «Магнитные поля не плавятся», — говорит Эмрих.

Теоретически двигатель мог выдать удельный импульс в миллион секунд. Чтобы доставить корабль на Марс за две недели, потребуется лишь 1/10 часть этого количества. Но Эмрих отмечает, что для того, чтобы сделать космический корабль с термоядерным двигателем достаточно легким, чтобы добраться до Марса за две недели, специалистам по двигателям потребуется прорыв в материаловедении.

«Марс через 30 дней?» он говорит. «Это все ближе».

Если и когда новые материалы сделают это возможным, Марс окажется слишком близко к Земле, чтобы термоядерная ракета действительно могла показать, что у нее под капотом. С другой стороны, полет к Юпитеру, находящемуся на расстоянии 366 миллионов миль при его ближайшем сближении, даст экипажу космического корабля с термоядерным двигателем ускорение почти в 183 миллиона миль до середины пути. К тому времени термоядерный двигатель, обеспечивающий около 30 000 секунд импульса, разогнался бы до скорости 50 миль в секунду — около 180 000 миль в час. После замедления в течение следующих 90 дней он выйдет на орбиту вокруг Юпитера; к тому времени путешествие продлилось бы 180 дней, что всего в шесть раз больше, чем путешествие в один конец на Марс, несмотря на то, что расстояние было в 10,5 раз больше. Правда, пока астронавты исследуют Юпитер, Земля уходит дальше, чем была в момент старта; однако при таких скоростях орбитальное разделение между планетами становится меньшей проблемой.

«Космическая программа началась в тот день, когда люди решили выйти из своих пещер», — говорит Чанг Диас. «Исследуя космос, мы делаем не что иное, как обеспечение собственного выживания». Чанг Диас считает, что люди либо вымрут на Земле, либо расселятся в космосе. Если мы выполним последнее, говорит он, наше представление о Земле изменится навсегда.

Что касается Чака Ноланда из Изгой , он в конце концов приходит к выводу, что лучше рискнуть всем и умереть, пытаясь сбежать из заточения, чем прозябать на пляже. Он строит грубый плот, прощается с островом и плывет к рифу. В панический момент, когда кажется, что он уже потерпел неудачу, он едва преодолевает рушащиеся стены прибоя. На мгновение оживившись, он бросает долгий, отрезвляющий взгляд на остров, его вершины удаляются за горизонт. Затем он поворачивается к нему спиной и плывет к Тихому океану в погоне за своей судьбой.

Майкл Клезиус — помощник редактора Air & Space/Smithsonian и поклонник идей высокоскоростных космических путешествий.

Posted inДвигатель