РД-180: могут ли США делать ракетные движки?

   Эта фотография отлично иллюстрирует нелепость вопроса, звучащего в названии статьи. Однако энтузиазм, с которым конспирологи «разоблачают обман NASA», соответствует невежеству их аргументов. В этой статье обсуждается один из них. Согласно которому США зависят от российских ЖРД, вследствие чего американцы не могли быть на Луне (совершив 6 посадок на поверхность + еще 3 облета) и даже вовсе не летали в космос до спейс-шаттлов. Хотя есть супер-бдительные луноборцы, которые уже добрались и до них ))    

   Возникает естественный вопрос: коль скоро мы не считаем шаттлы снятыми в Голливуде, то на каких двигателях корабли Challenger, Discovery, Endeavour, Columbia и Atlantis совершили 134 полета в сумме (катастрофа Challenger-а на старте и опытный Enterprise не в счет) ? А между тем, помимо пары твердотопливных ускорителей с чудовищной тягой по 1 225 тонн каждый, шаттл выводился в космос тремя своими ЖРД RS-25, созданными легендарной Roketdyne.

   На всякий случай стоит пояснить: к этому ЖРД Россия не имеет никакого отношения. В XXI веке РФ вообще не производит и не использует водород/кислородные двигатели, хотя СССР сумел создать такой движок. Это был РД-0120, разработанный Воронежским НПО Химавтоматика и успешно испытанный на второй ступени сверхмощной ракеты Энергия. Технология, которая потеряна за годы путинизма! Следуя «логике» луноборцев, которые отрицают факт существования ракеты Сатурн-5 на том основании, что она не производится сегодня, можно было бы усомниться и в реальности Энергии. Однако, та и другая все-таки существовали, хотя судьба Сатурна-5 оказалась более удачной. Заметим также, что все права на водородный двигатель малой мощности РД-0146, совместно разработанный НПО Химавтоматика и Pratt & Whitney, принадлежат американской фирме.  К тому же  он не производится в России.

RS-25 и РД-180

     Для корректного сравнения с РД-180 нужно разделить последний пополам. По существу он представляет собой пару двигателей в одной «упряжке». Наиболее критичный и  технологически сложный узел в ЖРД есть камера сгорания + сопло. Они должны выдерживать нагрев от раскаленных газов, в также их давление на стенки. Если эта, весьма нетривиальная проблема решена, то все остальное сделать относительно несложно. Нужен еще турбонасосный агрегат (ТНА), подающий топливо с предварительной прокачкой через рубашку охлаждения. В двигателе F-1, стоявшем на 1-й ступени Сатурна-5, контура охлаждения не было. Сама его камера сгорания была набрана из трубок, по которым подавался керосин. Это смелое решение позволило компании Roketdyne построить уникальный по мощности, однокамерный двигатель, во многом предопределивший успех программы Аполлон. Учитывая потуги луноборцев оспаривать реальность F-1 http://extremal-mechanics.org/archives/23662 уместно заметить, что он появился еще в конце 50-х и создавался с прицелом на US Air Force, но не нашел там применения. Зато отлично пригодился NASA!         

    РД-180 имеет один турбонасосный агрегат на две камеры сгорания, что дает формальное основание считать его одним движком. Но ничто не мешает разделить эту сборку на два ЖРД, оснастив каждую камеру отдельным ТНА. Что и было сделано, когда из одного РД-180 получили два РД-181, поделив тягу пополам. Интересно, что РД-180, в свою очередь, был подобным образом получен в результате «деления пополам» двигательной установки РД-170, которую в России считают самым мощным ЖРД в истории. С тягой около 800 т он превосходит даже  F-1 с его ~700 т на уровне земли, но РД-170 состоит из четырех камер сгорания. Этот агрегат собрали специально для носителя Энергия (2 запуска в 1987). После добровольного отказа России от этой великолепной ракеты и многоразового корабля Буран (ставшего необратимым в начале «вставания с колен») встал вопрос о применении РД-170.  Вот, откуда появились РД-180 и 181.  

  Теперь можно корректно сравнивать RS-25 и РД-180. Последний развивает на одну камеру сгорания 187 т тяги в то время, как RS-25 дает 182 т на уровне земли. Однако, в вакууме этот водородный ЖРД несколько опережает керосиновый РД-180 (223 т против 203 т). Естественно, что у RS-25 удельный импульс больше (452 сек в вакууме и 366 сек на уровне земли против 338 сек и 311 сек у РД-180). По отношению тяги к весу российский ЖРД выглядит лучше (78.4 против 73.1), что, очевидно, связано с экономией массы за счет единого ТНА на две камеры сгорания. 

Система Энергия-Буран и РД-170

   Итак, сравнения РД-180 с RS-25 уже достаточно, чтобы опровергнуть бред о неспособности США делать мощные ЖРД. У американского движка есть принципиальное отличие — он многоразовый (reusable). RS-25 можно многократно включать/выключать на полную тягу, что и происходило при запусках спейс-шаттлов. При этом РД-180, как и любой другой российский ЖРД, рассчитан только на один космический полет. В рунете можно встретить утверждения о том, что РД-170 и 180 являются многоразовыми, но основания для таких заявлений не приводятся. 

     На фоне столь эффектного превосходства смешно звучат претензии по поводу того, что регламентные работы при подготовке RS-25 к полету слишком дороги. Если бы рабочие, инженеры и ученые в США получали такие же нищенские подачки, как в России, стоимость шаттлов и их запусков была бы значительно ниже. Этим же частично объясняется дешевизна РД-180, которые обошлись США в 10 млн. $ за штуку (RS-25 стоит в 5 — 6 раз дороже). Другая причина связана с тем, что Россия почти ничего не тратила на разработку ЖРД, торгуя тем, что ей досталось даром от СССР.

   Поставками РД-180 в США занималось совместное предприятие RD-Amross со штаб-квартирой во Флориде, учрежденное НПО Энергомаш и Pratt & Whitney. Еще в 2002 оно купило 101 двигатель, уплатив за них вперед. По-видимому, так были скуплены запасы этих ЖРД, оставшиеся после 90-х. Тем самым Штаты не только надолго обеспечили себя дешевым, надежным и мощным двигателем, но и лишили российскую космонавтику развития под его возможности. РД-180 не стоит на наших ракетоносителях, а под него можно было бы разработать более мощную и современную ракету, чем Протон-М. В том, что этого не произошло, мы можем винить лишь свое бездарное правительство.

    Двигатель РД-180 ставят на 1-ю ступень носителя Atlas-V. Это — продукт эволюции семейства Atlas-Centaur, которое NASA применяло с начала 70-х (зонды Pioneer 10 и 11, которые первыми достигли Юпитера и Сатурна, после чего покинули Солнечную систему, были запущены ракетами Atlas-Centaur в 1972 и 1973). В 1977 над эпическими миссиями Voyager 1 и 2 потрудился Titan-III с тем же разгонным модулем Centaur.

   С начала эксплуатации по настоящее время компания United Launch Aliance (ULA) провела 79 запусков ракеты Atlas-V https://www.wikiwand.com/ru/Атлас-5#/Запуски_ракеты-носителя_Атлас_V. Почти половина из них — 38 пришлись на военные нужды: спутники раннего предупреждения, спутники-шпионы и т.д. Ближайший — 80-й по счету запуск запланирован на 17 июля 2019 … также для военных целей. За все за это «энергетическая сверхдержава» получила 1 млрд. $, включая откаты «эффективным менеджерам». Стоит заметить, что свою собственную, спутниковую группировку системы раннего предупреждения Россия потеряла в процессе вставания с колен http://extremal-mechanics.org/archives/14681

Слева Atlas-V, справа Atlas-II (на 100% американская ракета)   

   Похоже это на зависимость США от РФ, вдохновляющую наших ура-патриотов ?  Следует также иметь ввиду, что у NASA не было насущной потребности в модификации своего Atlas-II (в Atlas-III и почти сразу в Atlas-V). Установка РД-180 на 1-ю ступень повысила стартовую массу и размеры ракеты на ~20%, грузоподъемность возросла несколько больше. Однако, тяжелые версии Atlas-V взлетают за счет не столько РД-180, сколько твердотопливных ускорителей. И если кто-то полагает, что без нашего движка NASA бы не построила тяжелую ракету, то мне придется его разочаровать.

    Носитель Delta-4 Heavy, летающий на своих двигателях RS-68, значительно превосходит по грузоподъемности не только (самый мощный) Atlas-V 551, но и наш Протон-М. Размеры полезных нагрузок, выводимых этими ракетами на геостационарную орбиту, равны 6.6 т, 3.85 т и 3.7 т соответственно. При этом на низкую, околоземную орбиту они способны вывести 28.4 т, 18.85 т и 23.7 т.

   Видно, что самая мощная ракета в 21 веке - это Delta-4 Heavy. На пятки ей уже наступает Falcon Heavy, но он пока еще в стадии испытаний (хотя и весьма успешных). Эта ракета, грубо говоря, втрое сильней Протона-М. Она летает на собственных двигателях Merlin-1D компании Space-X. Merlin-1D развивает около 90 т тяги, но, как видно, тяга двигателя 1-й ступени не является критическим показателем при создании тяжелых ракет. Хотя и 90 тонн — это не так уж мало в свете вопроса о том, умеют ли США делать ЖРД. Кроме того Merlin-1D работает на керосине, поэтому не стоит тешиться фантазиями о том, что, по крайней мере, двигатели на керосине они делать не умеют. Еще как умеют, просто водород — это самое эффективное топливо! 

   Таким образом, имея с начала 21 века носитель Delta-4, NASA не нуждалась в тяжелой, одноразовой ракете, если не учитывать экономику. А она у Atlas-V лучше вследствие дешевизны двигателя RD-180 (RS-68 оценивают в 15 — 20 млн. $, на Delta-4 Heavy их 3 штуки), а также потому, что эксплуатация водород/кислородного RS-68 обходится дороже, чем керосин/кислородного РД-180. Помимо этого, более тяжелая Delta-4 естественно дороже, чем более легкий Atlas-V.  С экономической точки зрения модификация ракеты Atlas-II с установкой на 1-ю ступень двигателя РД-180 себя оправдала. Америка сберегла деньги на космосе, не снижая частоты полетов и не теряя качества, а Россия осталась со старыми ракетами, отдав свой самый мощный ЖРД заокеанскому партнеру. На самом деле в 21 веке РФ утратила самостоятельность в космосе и превратилась в младшего партнера США, а по существу в извозчика на чужую МКС.   

Delta-4 Heavy и ее двигатель RS-68

    А что из себя представляет RS-68, созданный все той же Aerojet Roketdyne ? Этот водородный ЖРД есть ни много ни мало, а самый мощный двигатель сегодня, если не заниматься фокусами с суммированием тяги от нескольких камер сгорания. RS-68 развивает 289 т на уровне моря и 307 т в вакууме. Но он не является многоразовым, поэтому значительно дешевле, чем RS-25. Миф о том, что РД-180 и РД-170 — самые мощные ЖРД окончательно разрушен вместе с мифом о том, что США зависят от российских двигателей.

   В 2012 году Roketdyne предложила NASA установить на перспективный, сверхтяжелый носитель SLS модифицированный двигатель F-1 (тот самый, которого «не было»). В варианте F-1B он должен был развить 800 т тяги на уровне моря. При этом предполагалось радикально переделать систему охлаждения сопла выхлопными газами от ТНА. С целью восстановить навыки обращения с этим ЖРД в 2013 были даже проведены его пуски на малой тяге. Однако, NASA не поддержала эту идею, которая могла бы подарить вторую жизнь пламенному мотору Сатурна-5. 

   В 2005 году Roketdyne предлагала NASA построить керосиновый движок RS-84 с тягой 470 т, но также не нашла поддержки. В настоящий момент Roketdyne по своей инициативе разработала двигатель AR-1, способный развить около 250 т тяги. Установка из двух спаренных AR-1 могла бы заменить РД-180 на ракете Atlas-V, но конкуренция среди производителей ЖРД мешает сделать окончательный выбор, поэтому двигатель все еще в стадии испытаний.

    Последний штрих к картине, на которой «CША зависят от РФ». Компания Blue Origin создала метановый двигатель Bluе Engine-4 c тягой 240 т, чтобы парой таких ЖРД заменить РД-180. Space-X испытывает метановый же Raptor.  Проблема не в том, что нечем заменить РД-180, а в том, что трудно выбрать один из нескольких вариантов, на что именно его менять. Ясно, что, при всех бюрократических затяжках времени, в ближайшее время США избавятся от РД-180, поскольку этого настойчиво требует конгресс.

Д.Б. Зотьев

РД-180: могут ли США делать ракетные движки?: 3 комментария

  1. Примерно все так но нужно дополнить цена РД180 недорого и надёжно на сегодняшнее время конкурента нет.
    ВЕ 4 еще только на стенде отлично работает а Раптор пока устраивает пожары на старчипе Маска . Смысла в керосинках и гептилках уже нет так как они не подходят для многоразового использования из за сажи и отравления воздуха ну а твердотопливные это удел военых Водородно шатловский RS 25 отличный надёжный но малоэфективен на первой ступени в связи с полезной нагрузкой и геморроя водорода на поверхности земли это без воздушный двигатель в вакууме его лучшие свойства та и вода на которой он летает в космосе есть везде. Я бы сделал так поместил пилотируемый корабль внутрь цистерны которая в космосе заправлялась водой благо веса в вакууме нет это бы защитило астронавтов от радиации а по пути к планетам вода от ядерного реактора разлогалась давая кислород для дыхания и горючее для двигателя Попрошу знающих прокомментировать мою идею на реализм.

    Поэтому резюмируя получаем такую картину в 2020 году.
    Первая ступень это метанки От Безовса RЕ 4
    Вторая ступень или первая с подъем марса луны водородный Безовса RЕ 3 отлично работает на Шепардах
    По ходу времени их усилят и улучшат Все эти двигателя наследники RS 25 и могут использоваться до 150 раз
    Безовсу осталось сделать только ракету
    Ну а Маску и то и другое его ракеты Хеви по большому смыслу уже устарели и двигателя мерлины тоже но отточено программное обеспичение и выпуск движков на 3д печати
    Слс я думаю построена не будет не интересный дорогой и не перспективный проект Зачем её вообще делать тогда лучше улучшить и восстановить Сатурн 5 как временный интервал если такая ракета действительно была

    Жаль что после 2020 Россия далеко отстанет от технологий космоса но зачем переживать за то есть подлодки твердотопливные балистики и корабли вмф Вот только как воевать с тем кто будет сидеть на луне и марсе с возможностью испипеления всего живого на земле

    • Вы статью, видимо, не читали и комментируете только заголовок. Что значит конкурента нет? Самый надежный ЖРД — это RS-25, потому что он — многоразовый. Но и RS-68 вполне надежен. Каждый из них мощнее РД-180, если считать на одну камеру сгорания. Дальше, чтобы в течении максимум года отладить более мощный, также спаренный, керосиновый AR-1 Рокетдайну нужен только контракт с NASA или ULA. И он будет дешевле, чем РД-180. Его цена уже далеко выходит за 20 млн $. Дешевым он был в начале 2000-х, но с тех пор цена выросла.
      А вообще пора уже понять, что сегодняшняя Россия — не конкурент Штатам в космосе. Не тешьте себя призраками великого прошлого, которое Путин спустил в унитаз истории

  2. России нужно сделать …

    На базе РД 170 создать и построить метановый двигатель.
    Востановить Энергию как первую ступень.
    Научится ее возвращать и садить на землю.
    Создать большой пилотируемый или грузовой корабль для энергии.

    Отправить это химическое убивающие все живое гавно Протон на свалку истории ну и Ангару как уже устаревшую модель тудаже