В этот день… №2-14 (11-20 марта)



Александр Грищенко Семьдесят лет – продолжительность жизни одного человека. Но как много изменений в течение этих семидесяти лет! И как значительно разнятся жидкостные ракетные двигатели, созданные в 20-е и в 90-е годы ХХ столетия!

 
 
 

13 марта 2004 года – второй и последний старт РН «Атлас IIIА» («Atlas IIIA») (США, Россия).

Ракета «Атлас-III» (серий А и В) использовалась в начале 2000-х годов лишь шесть раз (и все успешно). Несмотря на то, что она называлась «Атлас» в ней мало что осталось от первых РН этого семейства (обзор №1-08 16–29.02.2016). Конструкторы отказались от полутораступенчатой схемы, сверхтонких топливных баков с наддувом азотом на стадии изготовления и транспортировки и от американских двигателей на первой ступени новой РН «Атлас».

Лётные характеристики ракеты были значительно улучшены благодаря установке российского двигателя РД-180. Российский ЖРД был дальнейшей модификацией двигателей РД-170 и РД-171 (РН «Зенит» и «Энергия»). Он разрабатывался специалистами НПО «Энергомаш» в рамках сотрудничества с компанией Pratt&Whitney-РД-АМРОСС.

Испытания РД-180 в Центре МаршаллаВ начале 1996 г. «НПО Энергомаш» приступило к подготовке производства РД-180, а огневые испытания доводочных двигателей прошли в ноябре того же года. Первое огневое испытание на стенде в США было проведено 29 июля 1998 года. Первый товарный ЖРД был поставлен в США в январе 1999 года. Первый полёт американской РН «Атлас IIIА» с российским двигателем РД-180 успешно осуществлён 24 мая 2000 года.

Основные технические характеристики ЖРД РД-180: компоненты топлива – жидкий кислород и керосин; тяга двигателя в пустоте – 4152 кН, расчётная сила тяги – 3828 кН; удельный импульс в пустоте – 337,8 с, расчётный удельный импульс – 311,3 с; давление в камере сгорания – 26 МПа; угол качания камер – ±8°.

РН «Атлас III» использовалась два раза в варианте IIIA, и четыре – в варианте IIIB. Все старты были успешными. А на смену ей пришла ракета «Атлас V» (и тоже с российскими ЖРД), о которой речь пойдёт в последующих обзорах.

Принципиальная схема ЖРД РД-180

Принципиальная схема ЖРД РД-180:
1 – пусковой кран горючего; 2 – бустерный насос горючего; 3 – баллон с гелием; 4 – газогенератор; 5 – теплообменник; 6 – турбина газогенератора; 7 — бустерный насос окислителя; 8 – азотный инжектор; 9 – пусковой бак; 10 – клапан; 11 – главный насос окислителя; 12 – главный насос горючего; 13 – регулятор расхода горючего; 14 – главный клапан жидкого кислорода; 15 – клапан горючего газогенератора; 16 – клапан; 17 – клапан горючего; 18 – камера двигателя

ЖРД РД-180РД-180 на ракете «Атлас IIIА»Старт ракеты «Атлас-III»


 

15 марта 1945 года – запуск первой ракеты с ЖРД во Франции.

Руководителем и вдохновителем разработки первой французской ракеты с ЖРД был Жан-Жак Барре (Jean-Jacques Barré). После окончания Политехнической школы Барре выбрал военную карьеру и поступил в артиллерийское училище. Уже в чине лейтенанта, 8 июня 1927 года он попал на лекцию Роббера Эно-Пельтри (Robert Esnault-Pelterie, обзор №2-01 1-10.11.2016) на Генеральной Ассамблее астрономического общества Франции. Жан-Жак БарреМолодой лейтенант и известный учёный начинают переписку по проблемам ракетного двигателестроения. А уже с сентября 1931 года Барре прибыл в лабораторию Эно-Пельтри для работы по проекту ракеты, предназначенной для достижения высоты 200 км. Жан-Жак был свидетелем взрыва в лаборатории, когда Эно-Пельтри потерял четыре пальца на левой руке. Этот случай укрепил Барре в выборе окислителя для разрабатываемого двигателя – только жидкий кислород!

Продолжая военную службу, капитан Барре продолжает исследования сгорания жидких и твёрдых топлив. В 1937 году, после финансовой поддержки своих разработок, начинает испытания твердотопливных ракет.

После оккупации Франции, Барре оказался в Лионе, в зоне, управляемой правительством Виши. В ноябре он был назначен контролёром Центрального рынка в Лионе. Так своеобразно назывался подпольный артиллерийский отдел. Именно там, по приказу своего руководства, Барре начал проводить исследования ракеты с дальностью полёта 100 км.

Испытание двигателя ЕА-1941После рассмотрения доклада, в котором были изложены результаты работы группы Барре, государственное министерство по вопросам войны выделило для продолжения работ 300000 франков. В целях секретности, установки были названы газогенераторами.

Первая французская ракета с ЖРД была названа ЕА-1941. 15 ноября 1941 года было проведено первое стендовое испытание ракеты. Двигатель, проработав 42 секунды, взорвался. После дополнительного финансирования (200000 франков) стендовые испытания продолжались и в 1942 году. Правда результат всех запусков двигателя был один – взрыв на 5-й, или 4-й, или 3-й секунде. Только 24 сентября 1942 года на седьмом испытании была достигнута тяга около 6500 Н в течение 11 секунд!

Первая французская ракета с ЖРДВ ноябре, в Алжире, должны были начаться лётные испытания ракеты, но союзники высадились в Северной Африке, и всё оборудование было спрятано в одном французском замке (до лучших времён). После оккупации немцами свободной зоны Франции, на долю группы Барре остались лишь теоретические работы. В 1943 году Жан-Жак занимался исследованиями по использованию ядерной энергии в двигателях. Он также рассматривал ионные двигатели, которые он предполагал использовать в качестве рулевых устройств космических аппаратов! Кроме того, группа Барре изготавливала радиопередатчики и оружие для движения Сопротивления.

После освобождения Лиона, 3 сентября 1944 года было принято решение об испытаниях ракеты ЕА-1941. Первые пуски должны были проходить на полуострове Сен-Мандрьер, возле Тулона.

Один из пусков ЕА-1941Первый запуск состоялся 15 марта 1945 года. Ракета должна была нести 25 кг полезной нагрузки на 100 км, но через 5 секунд после старта взорвалась. 16 марта должны были стартовать две ракеты, но из-за поломки клапана одна ракета осталась на старте и через 10 секунд взорвалась. Вторую ракету запустить без стартового оборудования было невозможно.

Технические характеристики ракеты ЕА-1941: дальность полёта – 100 км; максимальная скорость полёта – 1000 м/с; максимальное ускорение – 10g; общий вес – 100 кг; полезная нагрузка – около 25 кг; топливные компоненты – жидкий кислород (35 кг) и петролейный эфир (смесь лёгких алифатических углеводородов (пентанов и гексанов), получаемая из попутных нефтяных газов и лёгких фракций нефти) (17 кг); сухой вес ракеты – 48 кг; длина – 3,13 м; диаметр – 0,26 м; давление в камере сгорания двигателя – 0,5 МПа; система подачи топлива – вытеснительная.

В 1945 году было осуществлено ещё три запуска ракеты ЕА-1941. Одна из них пролетела около 60 км. Напомним, что ни Англия, ни СССР ещё не имели таких ракет, а период творческого освоения немецкого опыта конструкторами многих стран был ещё впереди.

В 1958 году Жан-Жак Баре был удостоен премии Академии наук за работу в астронавтике и ракетной технике.


 

16 марта 1926 года – старт первой в мире ракеты с ЖРД (США).

Первый полёт ракеты, двигатель которой работал на бензине и жидком кислороде, произошёл 91 год тому назад, в полдень 16 марта 1926 года. Её создатель, доктор Роберт Хатчингс Годдард (Robert Hutchings Goddard, обзор №1-02 16-30.11.2015, обзор №1-21 1-10.08.2016), профессор физики в университете Кларка в Вустере (Массачусетс), проделал свой эксперимент втайне, что было характерно для этого исследователя.

Ракету к полёту готовили Годдард и его механик Генри Закс. Местом старта была выбрана ферма отдалённой родственницы профессора.

Роберт Годдард и его первая ракетаПервая ракета состояла из стальной трёхметровой трубы, заключавшей сопло и двигатель длиною в полметра. Желая придать аппарату дополнительную устойчивость, изобретатель расположил мотор и сопло впереди, а не позади небольших топливных баков. Он ошибочно полагал, что это сделает полёт ракеты более устойчивым. Позже он перенёс двигатель в хвостовую часть ракеты, где он и располагается поныне.

После полудня ракета была готова, и её установили на пусковой раме из труб. Отсчёта не велось. Не было и электросистемы для включения зажигания. Механик Закс просто зажёг спиртовую горелку под мотором с помощью длинной палки, а затем спрятался в импровизированное укрытие. Затем Годдард, после 20 секунд, требующихся для зажигания, отпустил стропы, удерживавшие ракету, и, едва произошло возгорание кислорода и бензина, как аппарат рванулся вверх.

Кроме Годдарда и Закса, в эксперименте участвовали Эстер К. Годдард (жена профессора) и доктор Перси М. Руп (помощник Годдарда по университету). Супруга профессора должна была запечатлеть полёт на киноплёнку, а Руп, с помощью теодолита и секундомера, должен был следить за параметрами полёта. Он и сообщил, что ракета набрала высоту 12 метров, пролетела 58 метров за две с половиной секунды, а затем упала.

По поводу этого полёта Годдард писал позднее в своём дневнике: «Это было почти похоже на чудо, когда она поднялась без сколько-нибудь значительного усиления шума или увеличения пламени, как бы говоря: «Я пробыла тут достаточно долго и готова отправиться ещё куда-нибудь».

Схема первой ракеты Р. ГоддардаВ 1916 году по должности профессора университета имени Кларка Годдард получал тысячу долларов в год. Суммы этой, конечно, было совершенно недостаточно для задуманных им экспериментов. Он обратился за помощью в Смитсоновский институт и послал туда монографию, озаглавленную «Метод достижения сверхвысот». Смитсоновский институт запросил учёного, сколько, по его мнению, может стоить создание высотной ракеты.

«Я осмелюсь назвать цифру в 250 долларов, — отвечал Годдард, — как весьма резонную для постройки одной ракеты. Возможно, впрочем, что потребуется несколько больше…»

Это был весьма и весьма неточный расчёт. Смитсоновский институт первоначально отпустил Годдарду 5000 долларов, а в конечном итоге — в два с лишним раза больше этой суммы. В период Первой мировой войны он получил скромную помощь от службы связи армии, а после войны — от военно-морского флота США. В 1930 году, по ходатайству Чарлза Линдберга, Гуггенхеймовский фонд предоставил изобретателю дотацию. За сорок лет исследований в области ракетостроения Годдард получил в общей сложности 250 000 долларов, покрывших все расходы по его изобретению: жалованье сотрудникам, покупку инструментов и приборов, оплату патентов и содержание своего домашнего хозяйства.

Необходимо заметить, что ракета была готова к полёту ещё 6 декабря 1925 года. Её двигатель проработал на стенде 27 секунд. Вес пустой ракеты был 5,4 кг. Давление в камере – 0,7 МПа. Это было первое в мире успешное огневое испытание жидкостной ракеты на стенде. Но… это была другая ракета. Первоначальный вариант был сложнее – с насосной системой подачи топлива, с охлаждением камеры сгорания. Для уменьшения риска, Годдард принял мужественное решение – упростить конструкцию.

Старт ракеты Р. ГоддардаТри месяца ушло на создание нового варианта и подготовку к пуску. Поначалу Годдард хотел оба компонента вытеснять из баков сжатым углекислым газом. Но потом решил применить газообразный кислород. Кроме того, Годдард впервые попробовал улучшить впрыск топлива в камеру, сделав не по одному входу для каждого компонента, а по четыре. Стендовые испытания нового варианта ракеты начались уже 30 декабря 1925 года – двигатель проработал 8 секунд. 20 января тяга двигателя превысила вес ракеты на 2,7 кг, и ракета поднялась на весь диапазон стенда. Первые (неудачные) попытки запустить ракету в полёт были 22 февраля и 6 марта, причём во втором случае камера прогорела у критического сечения. И только 16 марта она полетела.

Вес ракеты без топлива – 2,6 кг. Вес ракеты в заправленном состоянии – 4,65 кг. По другим данным, начальный вес ракеты – 4,75 кг, вес топлива 2,02 кг (1,68 кг кислород и 0,34 кг бензин, т.е. соотношение компонентов топлива – 5). Тяга двигателя нигде не приводится, но по косвенным данным она была чуть более 40 Н.

И на следующие попытки запуска ракет Годдард никого не приглашал. Более того, краткий отчёт о первом полёте он послал в Смитсоновский институт только 5 мая.

Сообщения о полёте первой жидкостной ракеты даже не попали в прессу. О факте полёта мир узнал только в 1936 году (из публикации самого Годдарда), когда ракетная техника в ряде стран (да и сам Годдард) были уже далеко впереди. Так что сам по себе факт первого полёта ракеты с ЖРД не смог оказать существенного влияния на развитие мировой ракетной техники.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. – М.: «Рестарт+», 2001.
  2. Двигатели 1944-2000. Авиационные, ракетные, морские, промышленные. – М.: «АКС-Конверсалт», 2000.
  3. http://epizodsspace.no-ip.org/reyt-all/005/5-34.html.
  4. Журнал «Америка», №132, сентябрь, 1967.
  5. И. Н. Бубнов. Роберт Годдард 1882-1945. – М.: «Наука», 1978.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru