?

Log in

No account? Create an account

Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Ну и куда теперь девать эти двигатели?
lozga
Недавняя публикация о возрождении и развитии двигателя SSME (RS-25) вызвала в ЖЖ наплыв лунных конспирологов в комментариях - судьбу двигателя шаттла они сравнивали с F-1 от Saturn V. Так что сегодня мы сыграем в игру "почувствуй себя руководителем Rocketdyne" и поговорим об извилистом жизненном пути технологий.

01.jpeg
Двигатели F-1 и J-2 ракеты Saturn V в музее

В чужой шкуре


Один из "аргументов" конспирологов звучит примерно так: "Двигатели Saturn V (F-1 и/или J-2) были плохими, нужных характеристик не достигали, и после фальсификации лунной программы от них быстро избавились". К сожалению, очень часто сторонникам конспирологических теорий банально не хватает знаний - несмотря на то, что двигатели лунной программы после ее прекращения не летали, они предлагались для множества проектов и до сих пор полностью не умерли. А для того, чтобы наиболее наглядно увидеть, почему их не получилось пристроить на другие ракеты, давайте сыграем в мысленную игру. Итак, мы - лицо, принимающее решения в компании Rocketdyne, которая производит двигатели F-1 и J-2 для Saturn V.

Представим себе, что на дворе 1970 год. В январе отменили Apollo 20, но вскоре сокращения бюджета достигли таких величин, что в сентябре пришлось отменять 18 и 19. Контракт на 15 штук Saturn V близок к выполнению, и становится очевидно, что продолжения не будет. Возникает закономерный вопрос - что делать?

Больше и лучше


Первый вариант очевиден "А давайте сделаем Saturn V еще лучше и попытаемся использовать двигатели там". Еще в середине 60-х были предложены варианты компоновки на базе Saturn V под общим названием Saturn MLV ("Modified Launch Vehicle", модифицированная ракета-носитель). С форсированием двигателей, увеличением запаса топлива, добавлением твердотопливных ускорителей или заменой двигателей на HG-3 (из него потом вырастет RS-25) разные варианты MLV могли бы вывести на низкую орбиту от 118 до 160 тонн.

02.jpeg
Разные варианты компоновки Saturn MLV, есть даже с ядерной верхней ступенью

Однако вся эта красота не вызвала никакого энтузиазма. Тем более, что в апреле 1972 Палата представителей Конгресса США окончательно принимает решение (и выделяет деньги) на разработку Спейс Шаттла. Крылатый космоплан никак не сочетается с MLV, а огромная стоимость обоих проектов означает, что деньги дадут только на один.

План Б


Хорошо, следующая идея практически очевидна - "А давайте попробуем пролезть в проект шаттла". В качестве первой ступени можно использовать первую ступень Saturn V, а второй ступенью поставить внешний топливный бак шаттла и сам шаттл сбоку. Первую ступень можно оснастить крыльями и сажать обратно на землю, чтобы система получалась полностью многоразовой. У такого варианта есть даже один очень серьезный плюс, которого не было у шаттла в его итоговом варианте - можно запускать модули орбитальной станции или другие очень тяжелые полезные нагрузки в одноразовом варианте второй ступени (грузоподъемность ~100 тонн), а обслуживать орбитальную станцию или спутники уже многоразовым шаттлом (грузоподъемность ~30 тонн). Так появился проект Saturn-Shuttle.

03.jpeg
Старт Saturn-Shuttle, рисунок NASA

Увы, и здесь нас ждет неудача. Двигатели F-1 не разрабатывались для многоразового использования, поэтому даже в случае мягкой посадки первой ступени их придется менять. А твердотопливные ускорители кажутся и проще и дешевле, к тому же, их можно будет использовать повторно. Так что наша первая ступень конкурс эскизных проектов проиграла.

Любой ценой


Итак, у нас нет "своей" ракеты и нет возможности встроиться в большой проект шаттла. А "Можно ли поставить наши двигатели на уже летающие ракеты"? Для ответа на этот вопрос давайте посмотрим, что стартует с американских космодромов в районе 1972 года.

04.jpeg
РН "Тор" в варианте Торад-Аджена

На базе баллистической ракеты "Тор" есть семейство "Тор-Бёрнер", "Тор-Аджена", "Торад-Аджена", "Тор-Дельта". Из него уже появляется семейство ракет "Дельта". Варианты различаются верхними ступенями и боковыми твердотопливными ускорителями. И, увы, для ракет с начальной массой в районе ста тонн F-1 с тягой 700 тонн не подойдет никак - даже если бы он поместился в ступень "Тора" меньшего диаметра, то уже на старте обеспечил бы перегрузку в 7 "же", сломав ракету на первых секундах полета.

05.jpeg
"Атлас-Центавр" с межпланетной станцией "Пионер-10", 1972 год

Семейство РН "Атлас" немного потяжелее. Здесь тоже все еще сохраняется разнообразие верхних ступеней - "Атлас-Аджена", "Атлас-Центавр", но даже в самом тяжелом варианте ракета имеет массу в районе 150 тонн, и наш F-1 никак на нее не влезет.

06.jpeg
Старт Titan-IIIC

Ну и, наконец, самая тяжелая ракета - Titan-III. Начальная масса в районе 600 тонн, может вывести на низкую орбиту целых 13 тонн. Однако и тут нам ловить нечего. Базовый двигатель RL-87 имеет тягу в районе 200 тонн, и заменить на 700 тонн F-1 не получится не только по причинам прочности. На центральном блоке "Титана" используется другое топливо - гидразин и тетраоксид диазота. И если RL-87 отличался всеядностью - были версии для кислорода/керосина, гидразина/АТ, даже кислорода/водорода, то про варианты F-1 под другие виды топлива ничего не известно. А на перекомпоновку ракеты под другое топливо с увеличением баков и снятием боковых твердотопливных ускорителей (иначе опять слишком большая перегрузка) нам никто средств не даст.

07.jpeg
Разгонный блок "Центавр"

J-2 в качестве двигателя верхней ступени тоже не везет. Уже создан кислородно-водородный разгонный блок Centaur, но там стоят двигатели RL-10 с тягой в десять раз меньше, при этом
более эффективные, так что менять их на J-2 нет никакого смысла. А первых водородных ступеней нет.

Что любопытно, по другую сторону океана произошла похожая история, которая, однако, имела позитивный исход - двигатель РД-170, который разрабатывали для боковых ускорителей РН "Энергия" был четырехкамерный, поэтому его сначала порезали пополам, и получившийся двухкамерный РД-180 стали продавать американцам на первую ступень подросшего и ставшего более тяжелым "Атласа". А затем еще раз пополам, поставив однокамерный РД-191 на "Ангару" и предложив почти такой же РД-193 для "Союза-2.1в".

08.jpeg
Схема развития семейства РД-170

Гибернация


Увы, F-1 с J-2 однокамерные, и снижать размеры и тягу простыми и дешевыми действиями мы не можем. Так что нам остается один вариант - положить чертежи с двигателями на склад, по возможности проводить модернизации в инициативном порядке и предлагать их в любом конкурсе на сверхтяжелые ракеты. Как показала практика, схема оказалась вполне рабочей, подарив несколько шансов (пусть и не реализовавшихся в итоге) на возвращение "скакунов Аполлона".

J-2 получил шанс первым, но в результате от него осталось только название. Двигатель J-2X, который сначала хотели сделать на базе J-2, предлагался для разгонного блока Earth Departure Stage ракеты Ares программы Constellation. Но из-за возросших требований получился фактически новый двигатель, с тягой на 30% больше, на новых материалах и заметно более тяжелый.



В 2009 программу Constellation закрыли, и с J-2X пока что повторяется история J-2. Для разгонного блока ракеты SLS он был сочтен слишком мощным, и один J-2X тягой 130 тонн решили заменить на 4 RL-10 общей тягой 44 тонны. Но если SLS потребуется двигатель с большей тягой, J-2X получит новый шанс.

F-1 пришлось ждать дольше. В Constellation он не попал, но, когда объявили конкурс на двигатели для SLS, забрезжила надежда и для него. Дошло даже до очень поучительной истории - инженеры достали со склада двигатель номер F-6049, снятый с "Сатурна-5" для "Аполлона-11" из-за глюка на испытаниях, и стали разбираться, как он работает, и как его можно улучшить. В 2013 году, спустя десятилетия хранения, испытали газогенератор (приводит в действие турбонасос, качающий топливо в двигатель).



Двигателестроение, материаловедение и способы производства ракетных двигателей не стояли на месте. Новая модификация под названием F-1B должна иметь в 50 раз меньше деталей и заметно упрощенную конструкцию. Например, выхлоп газогенератора больше не направлялся в сопло для дополнительной теплоизоляции его завесой избытка топлива, а банально сбрасывался параллельно соплу, возвращая красивые картины зари космонавтики, когда рядом с основным выхлопом хлестало пламя газогенератора.



Но пока что шанс не реализовался - конкурс на двигатели для SLS F-1B проиграл и снова отправился на склад.

Заключение


В истории космонавтики есть случай, когда двигатели десятилетиями лежат на складе а потом начинают использоваться с минимальными доработками. Сохранившийся запас советских двигателей НК-33 стали ставить на американскую РН Antares и российский "Союз-2.1в". Но производство их возобновлять не будут - доверие к двигателю подорвано аварией Antares 2014 года, похожей на аварии советской лунной ракеты Н-1, для которой изначально и делался НК-33. Antares уже перешел на РД-181, а "Союзу-2.1в" переход на родственный РД-193 предстоит после исчерпания складского запаса НК-33. Несмотря на то, что теоретически возможно возобновить производство точных копий двигателей американской лунной программы, практического смысла в этом уже нет. Технологии не стоят на месте - 3D печать заменяет множество деталей одной, а современная электроника проще и надежней "гидравлической логической машины", открывавшей и закрывавшей клапаны при запуске двигателя F-1. Но прямые потомки легендарных лунных двигателей вполне могут вернуться к активной жизни, если окажутся подходящими для будущих задач.


В качестве эксперимента запущены пуш-уведомления. Нажмите эту кнопку, и вам будет приходить сообщение, когда выйдет мой новый пост.


Я в социальных сетях:
Вконтакте, Facebook, Twitter, Instagram, YouTube

attentioneer.jpg

Записи из этого журнала по тегу «история космонавтики»

  • В тени Большого Космоса

    Широко известно, что запуск первого спутника Советским Союзом стал большим сюрпризом для всего мира. И если на орбите сделанный человеком объект…

  • «Скрытые фигуры» истории космонавтики и IT

    Давным-давно, еще до появления компьютеров, человечество все равно нуждалось в решении сложных вычислительных задач. И не было другого варианта,…

  • Печальная история «Зенита»

    Увы, успех технической системы не всегда зависит только от ее совершенства. И печальная история ракеты-носителя "Зенит" наглядно показывает, как…

  • Воспоминания о ракетной почте

    В этом месяце будет юбилей уже практически забытого события - 16 ноября 1992 года стартовал, а 22 ноября приземлился аппарат миссии доброй воли…

  • Первый спутник: альтернативная история

    Запуск первого спутника оказался большим сюрпризом, но в целом событие было ожидаемым - шел Международный геофизический год, и о намерении в его…

  • Лекция «Программа Apollo: как это было»

    На прошлой неделе громко булькнула история с сайта фейковых новостей о том, что, научный советник Трампа якобы заявил, что американцы не были на…


promo lozga november 4, 2014 17:00
Buy for 20 tokens
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…

Модели Двигателей F-1 и J-2 в одном масштабе
с русским бревенчатым домом.

https://yadi.sk/d/wp94gPFC3aNmPz





Edited at 2018-08-20 04:36 (UTC)

Филипп, спасибо , очень познавательно особенно как Рокетдайн пытался «всунуться « в новые проекты :-) , но сам попробовал, дай другим.
Думаю, история закрыта, новые материалы и технологии Сделают двигатель разработки 2020 года более эффективным и надежным ( и скорее всего многоразовым) , чем его аналог 1965 года..
Так что «старичков» в музеи :-)

Я подозреваю, что снова выйти на арену у них уже не получится, но попытаться еще могут. Если будут делать более мощный разгонный блок для SLS, J-2X может опять попытать удачи.

Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal России! Подробнее о рейтинге читайте в Справке.

Слово "конспирологов" - тоже надо в кавычки брать. То что раньше утверждали так называемые "конспирологии" - сейчас официально всякие госдепы и президенты США заявляют. Страшно твиттер Трампа читать - глядишь опубликует со дня на день, что американцы на Луну не летали, и как жить дальше?

Этот козырь против демократов которые пилили бюджеты NASA у него в рукаве ))

(Скрытый комментарий)
Закончили неконструктивную дискуссию.

---Но производство их возобновлять не будут - доверие к двигателю подорвано аварией Antares 2014 года, похожей на аварии советской лунной ракеты Н-1, для которой изначально и делался НК-33.

Если я правильно помню, ходит легенда о том, что ТНА НК-33 якобы склонен к разрушению из-за вибраций, попадания инородных тел в поток топлива и т.д. Во время взрыва Антареса в 2014 я тоже сперва подумал на ТНА НК-33. Однако затем я изменил свое мнение. Дело в том, что есть несколько видео этого старта, снятого с различных точек. И на одном из них видно кое-что интересненькое.



А именно:

1. Ракета взлетает, имея нормальное пламя бледного цвета.
2. Она начинает разгоняться и поднимается на определенную высоту. Изменение скорости плавное.
3. Затем следует период примерно в 1/8-1/6 секунды, 0:26 отметка на видео, когда пламя увеличивает яркость, появляется в пламени эдакая "кучерявость". ОДНАКО ПРИ ЭТОМ ФАКЕЛ ДВИГАТЕЛЕЙ НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ.

Если бы произошло разрушение ТНА, то в этом промежутке мы видели бы изменение струи пламени из обоих двигателей. Но мы видим, что с момента явного начала нештатного развития ситуации (начало дополнительного горения) и до самого момента взрыва струя обоих двигателей УСТОЙЧИВАЯ.

Это означает, что причиной взрыва является протечка топлива, а не разрушение ТНА.

На Антаресе стоял двигатель AJ-26, являющийся американской доработкой НК-33. При этом он стоял в карданном подвесе. А карданный подвес - это четыре шарнирных сочленения топливных магистралей. Две - горючее, и две - окислитель. На каждый двигатель.

И вот это вот шарнирное сочленение - оно по определению является стремным.

Заметим, что если предположить истечение топлива ДО ТНА, то мы получим следующую картину. ТНА, обеспечивающий давление и расход на входе в двигатель, продолжает его питать нормально, тяга двигателя стабильна и пламя струи имеет нормальный вид. Однако компоненты топлива стекают вниз, загораются от струи, и пламя их имеет яркий и "кучерявый" вид. Затем пламя проскакивает под тепловой щит, в объем, где находятся агрегаты двигательной установки, где происходит нагрев места истечения и его разрушение, вызывающее сифон компонент топлива с одновременным снижением давления в магистрали ниже критического. Нагрев магистрали окислителя приводит к снижению плотности и потока. На входе в ТНА окислитель закипает, и кавитационные пузырьки разрушают компрессор. Поступление окислителя и его давление уменьшается, тяга двигателя падает, осколки ТНА пробивают магистраль окислителя, взрыв.

Мне кажется, что катастрофа Антареса в 2014 вызвана не проблемами НК-33, а проблемами кардана, разработанного в Аэроджет Рокетдайн. Это косвенно подтверждается тем, что на ракете Союз-2.1, где стоит карданный подвес российской разработки - все в порядке.

Т.е. жвижки от Сатурна только _предлагались_, но так нигде и не взлетели. За исключением того случая, когда фактически сконструировали новый движок.
С точки зрения конспирологии, это не только опровергает идею заговора, но и подверждает её.

И что делать с куском окаменелого дерева подаренного премьер министру Нидерландов под видом лунного грунта?

Я не верю в буйно растущие зеленые луга и леса на Луне, значит ли это что я конспиролог? ))

Edited at 2018-08-20 07:58 (UTC)

Здравствуйте!
Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal. Подробнее о рейтинге читайте в Справке.

Однако факты

По факту - "чудо" двигатель нигде не использовался. Документация уничтожена (почему?) - приходится разбирать двигатель , что бы понять как. В наличии общий "захватывающий" американский трёп про почти успешные "попытки". Ещё притянутые за уши сравнения с СССР, двигатели созданные им тогда вполне себе использовались. И документацию не теряли.
Так что ещё не известно, кто тут "конспиролог".

Edited at 2018-08-20 09:16 (UTC)

Сначала по НК-33. Во-первых, американцы хватанули их у нас по дешёвке ( 1 млн дол за штуку): когда мы радушно раскрыли перед новыми друзьями все свои военные секреты, они обнаружили на складе в Куйбышеве большое число этих двигателей. Говорят, что после закрытия темы Н-1 их распорядились уничтожить, но не сделали этого. Был закуплен сначала один двигатель и его погоняли на стенде в Штатах. Не верили, что у него на самом деле в наличии такие характеристики. Я помню, что в то время по телевидению на популярном канале американцы восхищались этим двигателем. На стенде были подтверждены все его характеристики. Его и приспособили на Антарес. Надо только учесть, что ЛКИ этот двигатель у нас не прошёл и довольно долго хранился (порядка 40 лет). При ревизии всего запаса двигателей обнаружены усталостные трещины металла.
Американцы довольно прилежно использовали немецкие наработки по двигателям: низкие рабочие давления в КС, открытая схема, а на Ф-1 ещё добавилась и трубчатая конструкция КС и сопла. У нас пошли несколько другим путём:применили закрытую схему двигателя, резко подняли рабочее давление в КС, применили фрезерование для создания каналов охлаждения КС и сопла. ВСё это потребовало новых жаростойких и жаропрочных материалов и они были созданы. Поэтому наши двигатели получились более экономичными и перспективными.
И в самом деле, куда можно встроить бандуру Ф-1? Он уже при создании отставал и в характеристиках, и в технологии.Перспектив его массового использования не было в самом начале работы с ним. Им же задана "мода" на низкие рабочие давления в КС американских двигателях. Место его в музее. На смену нынешним ЖРД могут прийти более экономичные, например, детонационные.





> Американцы довольно прилежно использовали немецкие наработки по двигателям

...написал человек из страны где у основной используемой РН все еще ТНА на перекиси водорода, как в старых-добрых Фау-2.

>наплыв лунных конспирологов в комментариях

какой баттхерт, какой баттхерт!

Уважаемый lozga, у меня к вам вопрос не по теме. Что вы думаете о реорганизации журнала "Новости космонавтики" и о переименовании его в "Русский космос"? Я наткнулся в фейсбуке на пост и комментарии, полные негодования и отчаяния.

Надо радоваться камням с неба, я считаю. Кто не радуется -- тот предатель.

А сколько нк-33 уже слетало на союзах?

> F-1 с тягой 700 тонн не подойдет никак - даже если бы он поместился в ступень "Тора" меньшего диаметра, то уже на старте обеспечил бы перегрузку в 7 "же", сломав ракету на первых секундах полета.

вот она ключевая фраза!

если попытаться осмыслить её, то выходит следующее:

1. нет ни одного человека способного вносить изменения в F-1 и его можно применять только в том виде что есть, а потому он сюда не подходит и туда не подходит
2. а раз так, то возникает вопрос: а был ли такой человек
3. а если не было, то был ли F-1?

вот в чем смысл вопросов-то

упрощенно:

вот у вас вроде есть компьютерная программа. Вы можете с её помощью делать A,B,C.
но она не подходит для D и E, куда вроде идеально должна бы подходить, почему не подходит? потому что в нее нельзя вносить изменения!
почему нельзя? исходников нет итп
а есть (была) ли программа?

Edited at 2018-08-21 04:28 (UTC)

>Риторический вопрос аля ваше "зачем это им", т.е. зачем в тайне передавать отставному >голландскому пенсионеру фальшивый камень, не упомянув оный в каталогах где перечислены другие >выставленные за рубежом лунные образцы уж не буду задавать, и так все ясно.

Как зачем? Надо убедить союзника по НАТО в своем могуществе, чтобы не сомневались на какую лошадь ставить в лунной гонке. Тут можно и кусок дерьма подарить, запаяный в капсулу ... не жалко. Главное, чтобы выглядел правдоподобно. Может именно этот подарок повлиял на политика и он 24 мая 1971 года вышел из Партии труда?

Вся американская политика - ложь, пиздеж и провокация.

>Я принципиально не хожу по ссылкам коспирологов. Если вам не нравится цвет -- давайте прямо тут в комментариях своими словами обьясняйте, что там с ним не так.

Объясняю - Луна коричневая! У пиндосов, которые якобы там были - серая. Как только СМИ это стали обсуждать, вдруг откуда не возьмись возникли образцы лунного грунта, которых никто никогда не видел, ни в каких каталогах не значились, и типа 47 лет где-то лежали ... но коричневого цвета, как и положено ))) ... но ни одной фотографии, даже близко похожей на настоящий лунный пейзаж, до сих пор нет. А самое неприятное для американцев, это ихние же цветовые пробы на снимке, которые подделать теперь не получится.)))


"У пиндосов, которые якобы там были - серая" — нет ты лжёшь (впрочем конспиролухи кроме лжи ни на что не способны)! Луна рзноцветная, коричиневая в том числе. И на цветных фотографиях с миссий аполлонов всё прекрасно видно:
history . nasa . gov/alsj/a17/AS17-137-20990HR.jpg

Не говоря уже о том, что о реальном цвете можно говорить только в том случае, если на фотографии есть цветовая палитра-эталон. У американцев на некоторых фотографиях он есть. Именно там виден реальный цвет Луны.