В каком году придумали ракетный двигатель - Автомобильный журнал
Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В каком году придумали ракетный двигатель

Ракеты и ракетные двигатели

Считается, что идею полета ракеты сформулировал чуть ли ни сам Архимед, но даже он не представлял себе, как заставить ее полететь.

«Ракета сама собой не полетит» — эту фразу приписывают многим известным ученым. И Сергею Королеву, и Вернеру фон Брауну, и Константину Циолковскому. Считается, что идею полета ракеты сформулировал чуть ли ни сам Архимед, но даже он не представлял себе как заставить ее полететь.

К настоящему времени существует много разновидностей ракетных двигателей. Химические, ядерные, электрические, даже плазменные. Впрочем, ракеты появились задолго до того, как человек изобрел первый двигатель. Слова «ядерный синтез» или «химическая реакция» едва ли говорили что-то жителям Древнего Китая. А ведь ракеты появились именно там. Точную дату назвать сложно, но, предположительно, произошло это в годы правления династии Хань (III-II вв. до н. э.). К тем временам относятся и первые упоминания о порохе. Ракета, которая поднималась вверх благодаря силе, возникшей при взрыве пороха, использовалась в те времена исключительно в мирных целях — для фейерверков. Ракеты эти, что характерно, имели собственный запас горючего, в данном случае, пороха.

Следующий шаг был сделан только в 1556 году немецким изобретателем Конрадом Хаасом, который был специалистом по огнестрельному оружию в армии Фердинанда I — Императора Священной Римской Империи. Хаас считается создателем первой боевой ракеты. Хотя, строго говоря, изобретатель не создал ее, а лишь заложил теоретические основы. Именно Хаасу принадлежала идея многоступенчатой ракеты.

Ученый подробным образом описал механизм создания летательного аппарата из двух ракет, которые разделялись бы в полете. «Такой аппарат, — уверял он, — мог бы развивать огромную скорость». Идеи Хааса вскоре развил польский генерал Казимир Семенович.

В 1650 году он предложил проект создания трехступенчатой ракеты. В жизнь, впрочем, эта идея воплощена так и не была. То есть, конечно, была, но только в ХХ веке, через несколько столетий после смерти Семеновича.

Ракеты в армии

Военные, разумеется, никогда не упустят возможность принять на вооружение новый вид разрушительного оружия. В XIX веке у них появилась возможность применить в бою ракету. В 1805 году британский офицер Уильям Конгрив продемонстрировал в Королевском Арсенале созданные им пороховые ракеты небывалой по тем временам мощности. Существует предположение, что большинство идей Конгрив «украл» у ирландского националиста Роберта Эммета, применившего некое подобие ракеты во время восстания 1803 года. Спорить на эту тему можно вечно, но тем не менее ракета, которую взяли на вооружение британские войска, называется ракетой Конгрива, а не ракетой Эммета.

Оружие многократно применялось во время Наполеоновских войн. В России пионером ракетостроения считается генерал-лейтенант Александр Засядко.

Он не только усовершенствовал ракету Конгрива, но и задумался над тем, что энергию этого разрушительного оружия можно было бы использовать и в мирных целях. Засядко, например, первым высказал идею, что с помощью ракеты можно было бы совершить полет в космос. Инженер даже точно подсчитал, сколько пороха понадобиться, чтобы ракета достигла Луны.

На ракете — в космос

Идеи Засядко легли в основу многих работ Константина Циолковского. Этот знаменитый ученый и изобретатель теоретически обосновал возможность полета в космос при помощи ракетных технологий. Правда, в качестве топлива он предлагал использовать не порох, а смесь жидкого кислорода с жидким водородом. Аналогичные идеи высказывал младший современник Циолковского Герман Оберт.

Он также разрабатывал идею межпланетных перелетов. Оберт прекрасно понимал сложность задачи, но его работы вовсе не носили фантастический характер. Ученый, в частности, предложил идею ракетного двигателя. Он даже проводил экспериментальные испытания подобных устройств. В 1928 году Оберт познакомился с молодым студентом Вернером фон Брауном. Этому юному физику из Берлина в скором времени предстояло совершить прорыв в ракетостроении и воплотить в жизнь многие идеи Оберта. Но об этом позже, ибо за два года до встречи двух этих ученых была запущена первая в истории ракета на жидком топливе.

Эра ракетостроения

Произошло это знаменательное событие 16 марта 1926 года. А главным героем стал американский физик и инженер Роберт Годдард. Еще в 1914 году он запатентовал многоступенчатую ракету. Вскоре ему удалось воплотить в жизнь идею, предложенную Хаасом почти за четыреста лет до этого. В качестве топлива Годдард предлагал использовать бензин и оксид азота. После серии неудачных запусков, он добился успеха. 16 марта 1926 года на ферме своей тетушки Годдард запустил в небо ракету размером с человеческую руку. За две с небольшим секунды она взлетела в воздух на 12 метров. Любопытно, что позднее на основе трудов Годдарда будет создана Базука.

Открытия Годдарда, Оберта и Циолковского имели большой резонанс. В США, Германии и Советском Союзе стали стихийно возникать общества любителей ракетостроения. В СССР уже в 1933 году был создан Реактивный институт. В том же году появился и принципиально новый тип оружия — реактивные снаряды. Установка для их запуска вошла в историю под именем «Катюша».

В Германии развитием идей Оберта занимался уже знакомый нам Вернер фон Браун. Он создавал ракеты для германской армии и не оставил этого занятия после прихода к власти нацистов. Более того, Браун получил от них баснословное финансирование и неограниченные возможности для работы.

При создании новых ракет использовался рабский труд. Известно, что Браун пытался протестовать против этого, но получил в ответ угрозу, что сам может оказаться на месте подневольных работников. Так была создана баллистическая ракета, появление которой предсказал еще Циолковский. Первые испытания прошли в 1942 году. В 1944-м баллистическая ракета дальнего действия «Фау-2» была принята на вооружение Вермахтом. С ее помощью обстреливали, в основном, территорию Великобритании (до Лондона с территории Германии ракета долетала за 6 минут). «Фау-2» несла страшные разрушения и вселяла страх в сердца людей. Ее жертвами стали как минимум 2700 мирных жителей Туманного Альбиона. В британской прессе «Фау-2» именовали «крылатым ужасом».

После войны

Американские и советские военные с 1944 года вели «охоту» за Брауном. Обе страны были заинтересованы в его идеях и разработках. Ключевую роль в решении этого вопроса сыграл сам ученый. Еще весной 1945 он собрал свою команду на совет, на котором решался вопрос о том, кому по окончании войны лучше сдаться в плен. Ученые пришли к выводу, что сдаваться лучше американцам. Сам Браун оказался в плену почти случайно. Его брат Магнус, увидев американского военного, подбежал к нему и сказал: «Меня зовут Магнус фон Браун, мой брат изобрел «Фау-2», мы хотим сдаться».

В США Вернер фон Браун продолжил работу над ракетами. Теперь однако он трудился в основном для мирных целей. Именно он дал колоссальный толчок к развитию американской космической отросли, сконструировав для США первые ракеты-носители (разумеется, создавал Браун и боевые баллистические ракеты). Его команда в феврале 1958 запустила в космос первый американский искусственный спутник Земли. Советский Союз опередил США с запуском спутника почти на полгода. 4 октября 1957 года на орбиту Земли был выведен первый искусственный спутник. При его запуске была использована советская ракета Р-7, созданная Сергеем Королевым.

Р-7 стала первой в мире межконтинентальной баллистической ракетой, а также первой ракетой, использованной для космического полета.

Ракетные двигатели в России

В 1912 году в Москве был открыт завод по производству авиационных двигателей. Предприятие входило во французское общество «Гном». Здесь создавались, в том числе, и моторы для самолетов Российской Империи в годы Первой мировой. Завод успешно пережил Революцию, получил новое название «Икар» и продолжил работу уже при советской власти.

Авиационные двигатели создавались тут и в 1930-е, и в 1940-е, военные, годы. Моторы, которые производились на «Икаре», ставились на передовые советские самолеты. А уже в 1950-е предприятие стало выпускать турборакетные двигатели, в том числе и для космической отрасли. Сейчас завод принадлежит ОАО «Кузнецов», которое получило свое название в честь выдающегося советского авиаконструктора Николая Дмитриевича Кузнецова. Предприятие входит в структуру госкорпорации «Ростех».

Современное состояние

«Ростех» продолжает выпуск ракетных двигателей, в том числе и для ракетной отрасли. В последние годы объемы производства растут. В прошлом году появилась информация о том, что заказов на производство двигателей «Кузнецов» получил аж на 20 лет вперед. Двигатели создаются не только для космической отрасли, но также для авиации, энергетики и грузовых железнодорожных перевозок.

В 2012-м «Ростехом» были проведены испытания лунного двигателя. Специалистам удалось возродить технологии, которые создавались для советской лунной программы. Сама программа, как мы знаем, в итоге была свернута. Но забытые, вроде бы, наработки теперь обрели новую жизнь. Ожидается, что лунный двигатель получит широкое применение в российской космической программе.

Термодинамика

Новая физическая идея — использование детонационного горения вместо обычного, дефлаграционного — позволяет радикально улучшить характеристики реактивного двигателя.

Говоря о космических программах, мы в первую очередь думаем о мощных ракетах, которые выводят на орбиту космические корабли. Сердце ракеты-носителя — ее двигатели, создающие реактивную тягу. Ракетный двигатель — это сложнейшее энергопреобразующее устройство, во многом напоминающее живой организм со своим характером и манерами поведения, которое создается поколениями ученых и инженеров. Поэтому изменить что-то в работающей машине практически невозможно: ракетчики говорят: «Не мешай машине работать. » Такой консерватизм, хотя он многократно оправдан практикой космических пусков, все же тормозит ракетно-космическое двигателестроение — одну из самых наукоемких областей деятельности человека. Необходимость изменений назрела уже давно: для решения целого ряда задач нужны существенно более энергоэффективные двигатели, чем те, которые эксплуатируются сегодня и которые по своему совершенству достигли предела.

Нужны новые идеи, новые физические принципы. Ниже речь пойдет именно о такой идее и о ее воплощении в демонстрационном образце ракетного двигателя нового типа.

Читать еще:  Учебники по тюнингу двигателей

Дефлаграция и детонация

В большинстве существующих ракетных двигателей химическая энергия горючего преобразуется в тепло и механическую работу за счет медленного (дозвукового) горения — дефлаграции — при практически постоянном давлении: P=const . Однако, кроме дефлаграции, известен и другой режим горения — детонация. При детонации химическая реакция окисления горючего протекает в режиме самовоспламенения при высоких значениях температуры и давления за сильной ударной волной, бегущей с высокой сверхзвуковой скоростью. Если при дефлаграции углеводородного горючего мощность тепловыделения с единицы площади поверхности фронта реакции составляет

1 МВт/м2, то мощность тепловыделения в детонационном фронте на три-четыре порядка выше и может достигать 10000 МВт/м2 (выше мощности излучения с поверхности Солнца!). Кроме того, в отличие от продуктов медленного горения, продукты детонации обладают огромной кинетической энергией: скорость продуктов детонации в

20-25 раз выше скорости продуктов медленного горения. Возникают вопросы: нельзя ли в ракетном двигателе вместо дефлаграции использовать детонацию и приведет ли замена режима горения к повышению энергоэффективности двигателя?

Приведем простой пример, который иллюстрирует преимущества детонационного горения в ракетном двигателе над дефлаграционным. Рассмотрим три одинаковых камеры сгорания (КС) в виде трубы с одним закрытым и другим открытым концом, которые заполнены одинаковой горючей смесью при одинаковых условиях и поставлены закрытым концом вертикально на тягоизмерительные весы (рис. 1). Энергию зажигания будем считать пренебрежимо малой по сравнению с химической энергией горючего в трубе.

Рис. 1. Энергоэффективность детонационного двигателя

Пусть в первой трубе горючая смесь зажигается одним источником, например, автомобильной свечой, расположенной у закрытого конца. После зажигания вверх по трубе побежит медленное пламя, видимая скорость которого обычно не превышает 10 м/c, то есть много меньше скорости звука (около 340 м/с). Это означает, что давление в трубе P будет очень мало отличаться от атмосферного Pa , и показания весов практически не изменятся. Другими словами, такое (дефлаграционное) сжигание смеси фактически не приводит к появлению избыточного давления на закрытом конце трубы, и, следовательно, дополнительной силы, действующей на весы. В таких случаях говорят, что полезная работа цикла с P = Pa = const равна нулю и, следовательно, равен нулю термодинамический коэффициент полезного действия (КПД). Именно поэтому в существующих силовых установках горение организуется не при атмосферном, а при повышенном давлении P Pa , получаемом с помощью турбонасосов. В современных ракетных двигателях среднее давление в КС достигает 200-300 атм.

Попытаемся изменить ситуацию, установив во второй трубе множество источников зажигания, которые одновременно зажигают горючую смесь по всему объему. В этом случае давление в трубе P быстро возрастет, как правило, в семь-десять раз, и показания весов изменятся: на закрытый конец трубы в течение некоторого времени — времени истечения продуктов горения в атмосферу — будет действовать достаточно большая сила, которая способна совершить большую работу. Что же изменилось? Изменилась организация процесса горения в КС: вместо горения при постоянном давлении P = const мы организовали горение при постоянном объеме V = const .

Теперь вспомним о возможности организации детонационного горения нашей смеси и в третьей трубе вместо множества распределенных слабых источников зажигания установим, как и в первой трубе, один источник зажигания у закрытого конца трубы, но не слабый, а сильный — такой, который приведет к возникновению не пламени, а детонационной волны. Возникнув, детонационная волна побежит вверх по трубе с высокой сверхзвуковой скоростью (около 2000 м/с), так что вся смесь в трубе сгорит очень быстро, и давление в среднем повысится как при постоянном объеме — в семь-десять раз. При более детальном рассмотрении оказывается, что работа, совершенная в цикле с детонационным горением, будет даже выше, чем в цикле V = const .

Таким образом, при прочих равных условиях детонационное сгорание горючей смеси в КС позволяет получить максимальную полезную работу по сравнению с дефлаграционным горением при P = const и V = const , то есть позволяет получить максимальный термодинамический КПД . Если вместо существующих ракетных двигателей с дефлаграционным горением использовать двигатели с детонационным горением, то такие двигатели могли бы дать чрезвычайно большие выгоды. Этот результат был впервые получен нашим великим соотечественником академиком Яковом Борисовичем Зельдовичем еще в 1940 году, однако до сих пор не нашел практического применения. Основная причина этому — сложность организации управляемого детонационного горения штатных ракетных топлив.

Мощность тепловыделения в детонационном фронте на 3-4 порядка выше, чем во фронте обычного дефлаграционного горения и может превышать мощность излучения с поверхности Солнца. Скорость продуктов детонации в 20-25 раз выше скорости продуктов медленного горения

Демонстрационный образец ДРД, установленный на испытательном стенде

Фото: Сергей Фролов

Импульсный и непрерывный режимы

До настоящего времени предложено множество схем организации управляемого детонационного горения, включая схемы с импульсно-детонационным и с непрерывно-детонационным рабочим процессом. Импульсно-детонационный рабочий процесс основан на циклическом заполнении КС горючей смесью с последующим зажиганием, распространением детонации и истечением продуктов в окружающее пространство (как в третьей трубе в рассмотренном выше примере). Непрерывно-детонационный рабочий процесс основан на непрерывной подаче горючей смеси в КС и ее непрерывном сгорании в одной или нескольких детонационных волнах, непрерывно циркулирующих в тангенциальном направлении поперек потока.

Концепция КС с непрерывной детонацией предложена в 1959 году академиком Богданом Вячеславовичем Войцеховским и долгое время изучалась в Институте гидродинамики СО РАН. Простейшая непрерывно-детонационная КС представляет собой кольцевой канал, образованный стенками двух коаксиальных цилиндров (рис. 2). Если на днище кольцевого канала поместить смесительную головку, а другой конец канала оборудовать реактивным соплом, то получится проточный кольцевой реактивный двигатель. Детонационное горение в такой КС можно организовать, сжигая горючую смесь, подаваемую через смесительную головку, в детонационной волне, непрерывно циркулирующей над днищем. При этом в детонационной волне будет сгорать горючая смесь, вновь поступившая в КС за время одного оборота волны по окружности кольцевого канала. К другим достоинствам таких КС относят простоту конструкции, однократное зажигание, квазистационарное истечение продуктов детонации, высокую частоту циклов (килогерцы), малый продольный размер, низкий уровень эмиссии вредных веществ, низкий уровень шума и вибраций.

Заданный удельный импульс в детонационном ракетном двигателе достигается при значительно меньшем давлении, чем в традиционном жидкостном ракетном двигателе. Это позволит в перспективе кардинально изменить массогабаритные характеристики ракетных двигателей

Рис. 2. Схема детонационного ракетного двигателя

В рамках проекта Минобрнауки создан демонстрационный образец непрерывно-детонационного ракетного двигателя (ДРД) с КС диаметром 100 мм и шириной кольцевого канала 5 мм, который испытан при работе на топливных парах водород—кислород, сжиженный природный газ—кислород и пропан-бутан—кислород. Огневые испытания ДРД проводились на специально разработанном испытательном стенде. Длительность каждого огневого испытания — не более 2 с. За это время с помощью специальной диагностической аппаратуры регистрировались десятки тысяч оборотов детонационных волн в кольцевом канале КС. При работе ДРД на топливной паре водород—кислород впервые в мире экспериментально доказано, что термодинамический цикл с детонационным горением (цикл Зельдовича) на 7-8% эффективнее, чем термодинамический цикл с обычным горением при прочих равных условиях.

В рамках проекта создана уникальная, не имеющая мировых аналогов вычислительная технология, предназначенная для полномасштабного моделирования рабочего процесса в ДРД. Эта технология фактически позволяет проектировать двигатели нового типа. При сравнении результатов расчетов с измерениями оказалось, что расчет точно прогнозирует количество детонационных волн, циркулирующих в тангенциальном направлении в кольцевой КС ДРД заданной конструкции (четыре, три или одну волну, рис. 3). Расчет с приемлемой точностью предсказывает и рабочую частоту процесса, то есть дает значения скорости детонации, близкие к измеренным, и тягу, фактически развиваемую ДРД. Кроме того, расчет правильно предсказывает тенденции изменения параметров рабочего процесса при повышении расхода горючей смеси в ДРД заданной конструкции — как и в эксперименте, количество детонационных волн, частота вращения детонации и тяга при этом увеличиваются.

Рис. 3. Квазистационарные расчетные поля давления (а, б) и температуры (в) в условиях трех экспериментов (слева направо). Как и в экспериментах, в расчетах получены режимы с четырьмя, тремя и одной детонационными волнами

Основной показатель энергоэффективности ракетного двигателя — удельный импульс тяги, равный отношению тяги, развиваемой двигателем, к весовому секундному расходу горючей смеси. Удельный импульс измеряется в секундах (с). Зависимость удельного импульса тяги ДРД от среднего давления в КС, полученная в ходе огневых испытаний двигателя нового типа, такова, что удельный импульс увеличивается с ростом среднего давления в КС. Основной целевой показатель проекта — удельный импульс тяги 270 с в условиях на уровне моря — достигнут в огневых испытаниях при среднем давлении в КС, равном 32 атм. Измеренная тяга ДРД при этом превысила 3 кН.

При сравнении удельных характеристик ДРД с удельными характеристиками в традиционных жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) оказывается, что заданный удельный импульс в ДРД достигается при значительно меньшем среднем давлении, чем в ЖРД. Так, в ДРД удельный импульс в 260 с достигается при давлении в КС всего 24 атм, тогда как удельный импульс 263,3 с в известном отечественном двигателе РД-107А достигается при давлении в КС 61,2 атм, которое в 2,5 раза выше. Отметим, что двигатель РД-107А работает на топливной паре керосин—кислород и используется в первой ступени ракеты-носителя «Союз-ФГ». Такое значительное снижение среднего давления в ДРД позволит в перспективе кардинально изменить массогабаритные характеристики ракетных двигателей и снизить требования к турбонасосным агрегатам.

Вот и новая идея, и новые физические принципы.

Один из результатов проекта — разработанное техническое задание на проведение опытно-конструкторской работы (ОКР) по созданию опытного образца ДРД. Основная проблема, которую планируется решить в рамках ОКР,— обеспечить непрерывную работу ДРД в течение длительного времени (десятки минут). Для этого потребуется разработать эффективную систему охлаждения стенок двигателя.

Ввиду своего прорывного характера задача создания практического ДРД, несомненно, должна стать одной из приоритетных задач отечественного космического двигателестроения.

Читать еще:  Чем вреден антифриз для двигателя

Сергей Фролов, доктор физико-математических наук, Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, профессор НИЯУ-МИФИ

Газ вместо керосина

Кадр видеосъемки огневых испытаний ДРД

Фото: Сергей Фролов

В 2014-2016 годах Министерством образования и науки РФ поддержан проект «Разработка технологий использования сжиженного природного газа (метан, пропан, бутан) в качестве топлива для ракетно-космической техники нового поколения и создание стендового демонстрационного образца ракетного двигателя». Проект предусматривает создание демонстрационного образца непрерывно-детонационного ракетного двигателя (ДРД), работающего на топливной паре «сжиженный природный газ (СПГ)—кислород». Исполнитель проекта — Центр импульсно-детонационного горения Института химической физики РАН. Индустриальный партнер проекта — Тураевское машиностроительное конструкторское бюро «Союз». В заявке на проект целесообразность использования в жидкостном ракетном двигателе (ЖРД) непрерывно-детонационного горения объяснялась более высоким термодинамическим КПД по сравнению с традиционным циклом, использующим медленное горение, а целесообразность использования СПГ объяснялась целым рядом преимуществ по сравнению с керосином: повышенным удельным импульсом тяги, доступностью и дешевизной, существенно меньшим сажеобразованием при горении и более высокими экологическими характеристиками. Теоретически замена керосина на СПГ в традиционном ЖРД сулит повышение удельного импульса на 3-4%, а переход от традиционного ЖРД к ДРД — на 13-15%.

PDF-версия

  • 26
  • 27
  • 28
  • 29

Путин говорил о ракете с ядерным двигателем. Может ли она летать?

Автор фото, kremlin.ru

Во время доклада Путина был показан пуск ракеты, которая, по его словам, оснащена ядерным двигателем

В России действительно существует проект ракеты с ядерным двигателем, сообщил американский телеканал Си-эн-би-си со ссылкой на свои источники.

Источники телеканала, по словам журналистов, изучили доклад американской разведки о российской программе вооружений. Согласно этим источникам, российские ракеты пока неспособны пролететь дальше 35 километров за две минуты — по данным телеканала, это был самый лучший результат в серии из четырех испытаний. Самый короткий полет якобы длился всего четыре секунды, за которые ракета пролетела восемь километров.

Си-эн-би-си утверждает, что всего было проведено четыре испытательных пуска с ноября 2017 по февраль 2018 года.

  • О каком «фантастическом» оружии рассказал Путин?
  • «Нас никто не слушал. Послушайте сейчас»: Путин показал новое ядерное оружие

О существовании такого проекта рассказал президент России Владимир Путин. Оглашая 1 марта свое послание Федеральному собранию, президент неожиданно много внимания и времени уделил новейшим российским вооружениям.

Автор фото, Mikhail Metzel/TASS

Значительную часть выступления Путин говорил об оружии

Всего Путин рассказал о пяти новых видах вооружений, и ракета с ядерным двигателем показалась самым невероятным оружием из всех. Его существование вызвало сомнения у многих экспертов — задача по разработке такой технологии представлялась слишком сложной и дорогостоящей.

Так, специалист в области ракетных исследований из Технического университета Мюнхена Роберт Шмукер в интервью Эй-би-си сказал, что создание подобных крылатых ракет технически сложно и по сути бесполезно. «Зачем создавать что-нибудь сложное, когда можно пойти по более простому пути?» — удивляется он.

Новая ракета

Теперь Си-эн-би-си со ссылкой на свои источники подтверждает, что такие работы в России ведутся, и более того — проводятся уже летные испытания. По информации источников телекомпании, во время тестов у ракет явно не включались ядерные двигатели — ракета просто не разгонялась до скорости, на которой происходит их включение.

Кроме того, в докладах отсутствует упоминание о том, что установка может представлять опасность для людей или окружающей среды, то есть о наличии на ее борту радиоактивных материалов.

О том, как устроена ракета с ядерной установкой, можно судить только со слов Путина.

«Одно из них [достижений российских ученых] — создание малогабаритной сверхмощной ядерной энергетической установки, которая размещается в корпусе крылатой ракеты типа нашей новейшей ракеты Х-101 воздушного базирования или американского «Томагавка», но при этом обеспечивает в десятки раз — в десятки раз! — большую дальность полета, которая является практически неограниченной» — так описал Путин ядерную ракету.

Запуск на скорости

Над созданием таких ядерных установок в СССР и США работали еще с 50-х годов прошлого века.

Принцип действия ядерных двигателей ракет объяснить довольно просто — они похожи на прямоточные реактивные двигатели. Внутрь двигателя такого типа на очень большой скорости поступает воздух, он сжимается за счет конструкции внутреннего воздушного канала, затем попадает в камеру сгорания, где воспламеняется при помощи впрыскивания топлива. Далее воздушно-топливная смесь, сгорая, устремляется на огромной скорости наружу через сопло и разгоняет аппарат еще сильнее.

В ядерной установке отличие заключается в том, что впрыск топлива и его воспламенение заменяется на нагрев воздуха в реакторе. Именно по этому принципу действовала ракета, которую в США создавали в рамках проекта SLAM (Supersonic Low-Altitude Missile — сверхзвуковая низковысотная ракета).

В Британии фирма Avro также проектировала аналогичную ракету, однако британцы остановились, не дойдя до испытаний ядерного двигателя. В США проект свернули, уже проверив работу прототипа двигателя на земле.

В СССР также работали над реактивными двигателями, был создан и испытан ядерный РД-0410 (это был не прямоточный двигатель, в нем рабочим телом был водород, поступавший из бака и разгонявшийся в реакторе).

В любом случае для крылатой ракеты, о которой говорил Путин, нужен прямоточный двигатель с ядерной установкой. Как и любой прямоточный двигатель, он может запуститься на скорости, превышающей звуковую, то есть его необходимо сначала разогнать.

Достоверность

По версии телеканала Си-эн-би-си, в ходе испытаний в России ракеты не разгонялись до скорости, на которой включался бы ядерный двигатель. По словам Путина, ракета до такой скорости разогналась, а двигатель включился.

В случае, если это так и если, как заявил Путин, ракета действительно совершила полет с работающим ядерным двигателем на Центральном полигоне Российской Федерации на архипелаге Новая Земля, то она должна была оставить за собой сильный радиоактивный след — воздух, проходя через реактор, становился бы радиоактивным.

Кроме того, на месте падения ракеты также образовался бы очаг радиоактивного заражения. Однако можно ли, находясь вне российского воздушного пространства, заметить радиационное загрязнение, неизвестно.

Проверить достоверность сведений, которые распространяет Си-эн-би-си, очень сложно. В открытых источниках нет никакой информации о возможностях современной разведки. «Что отслеживает современная разведка, что нет, и где, и когда, — это, как говорят в Англии, ground rules (основное правило) — вам этого в точности никто не скажет», — сказал военный эксперт Павел Фельгенгауэр.

Эксперт считает, что с чисто технической точки зрения создание миниреактора с дистанционно или автоматически управляемой цепной реакцией, который поместился бы в корпус крылатой ракеты (по словам Путина — Х-101), было бы уже само по себе большим техническим достижением. Однако никаких доказательств этого нет.

Другой военный эксперт — старший научный сотрудник Центра комплексных европейских и международных исследований ВШЭ Василий Кашин — считает, что заявление российского президента формально имеет больший вес, чем «анонимный слив» из специальных служб.

Он также обратил внимание на отсутствие открытых докладов западных спецслужб, которые могли бы пролить свет на эти испытания.

Нужна ли такая ракета?

Ядерный реактивный двигатель обладает одним преимуществом перед любым другим — он способен долго работать на небольшом количестве топлива.

В случае с крылатой ракетой это означает, что она не будет ограничена в дальности действия, а также ее можно будет запускать заранее, чтобы она барражировала в ожидании команды для нанесения удара. При этом прямоточный двигатель позволил бы такой ракете достичь гиперзвуковой скорости.

При нанесении удара ракета, двигаясь на небольшой высоте (в докладе Путина была показана соответствующая анимация), прорывала бы систему ПРО, нанося дополнительный ущерб противнику воздушным ударом, возникающим на сверхзвуковой скорости, а также радиоактивным загрязнением.

Однако, несмотря на столь впечатляющие достоинства, американский проект создания ядерного прямоточного реактивного двигателя и ракеты с ним в конце концов был свернут — в 1960-х годах были созданы межконтинентальные баллистические ракеты. Они были проще, дешевле и эффективней с точки зрения ядерного сдерживания. Именно они поддерживают его до сих пор.

Похожая судьба ждала и проект «Быстрого глобального удара», который был практически свернут из-за недофинансирования.

Во времена Холодной войны СССР и США тратили огромные средства на разработку вооружений, которые потом замораживались на разных стадиях. Иногда проекты сворачивались после серии неудачных испытаний, иногда, когда была политическая воля, их продолжали доводить, несмотря на неудачи.

«Советский Союз, как и Америка и другие, потратили гигантские суммы на создание бессмысленного оружия во время Холодной войны. Сейчас по новой», — сказал Павел Фельгенгауэр.

  • Стоит ли России бояться «мгновенного глобального удара» США?
  • Стратегическая «Серебряная пуля» — спасение или гибель?

Военные эксперты считают, что появление подобного боеприпаса вряд ли изменит баланс ядерного сдерживания.

«Получится еще одно оружие возмездия, которое в случае необходимости сможет быть сложным маршрутом запущено в направлении вероятного противника, даже если все остальные системы ядерные будут поражены. Сложно представить себе такую ситуацию, потому что, как и представленный ядерный беспилотник, она будет очень долго идти к цели, но, тем не менее, раз принято решение о разработке таких небаллистических систем, они будут созданы», — считает Кашин.

По словам Фельгенгауэра, подобные системы не имеют никаких преимуществ перед баллистическими ракетами, но с учетом разработки стоят гораздо дороже.

Кроме того, по его словам, это оружие было создано для того, чтобы его можно было предъявить как внешнеполитический аргумент, чтобы добиться каких-либо политических уступок (представляя это и другие вооружения, Путин произнес, обращаясь к западным странам: «Нас никто не слушал. Послушайте сейчас»).

С этой точки зрения для обеспечения сдерживания не так уж и важно, летает эта ракета или нет, считает эксперт.

Читать еще:  Что может звенеть в двигателе мотоцикла

Как производят лучшие ракетные двигатели в мире

Продолжаем экскурсию по химкинскому НПО «Энергомаш». В предыдущей серии, мы посетили их демонстрационный зал, а теперь пройдемся по самому предприятию.

В прошлый раз меня критиковали за громкий эпитет «лучшие двигатели». Я соглашусь, что правильнее было бы назвать «Лучшие кислород-керосиновые двигатели. «, но не хотелось перегружать заголовок. Может кто-то и с таким уточнением не согласится, но после первого репортажа пришла хорошая для «Энергомаша» новость — американская компания Orbital Scienses заказала 60 двигателей РД-181 для своей ракеты Antares, после того, как самарские двигатели подвели на старте. Но это тема для отдельного разговора, а пока выдвигаемся в цеха.

Надо отдать должное организаторам экскурсии: все начальники цехов были предупреждены, ждали гостей и с радостью рассказывали о вкладе своего цеха в создание сложнейших двигателей.

Сначала мы двинулись на испытательные стенды. Это многоэтажное здание, которое осталось в наследство от Советского Союза. И оно является тем «супероружием», которое позволяет «Энергомашу» создавать самые эффективные кислород-керосиновые ракетные двигатели.

В «прихожей» установлена старая камера сгорания от «Фау-2» — в память о том с чего все началось.

Поднимаемся на лифте и выходим в темный зал, напоминающий обыкновенный заводской цех, но треть всего объема занимает гигантский раструб стенда.

Когда мы пришли, на стенде не было двигателей, а сам он был закрыт тяжелой заглушкой.

Инженеры рассказывали о том, как его создавали, как испытывали на нем самые мощные в мире двигатели РД-170, потом переделывали под РД-180 для американского заказа, а потом под РД-191 для «Ангары».

А я смотрел на эту циклопическую конструкцию и думал о том, как хорошо, что ее удалось сохранить на протяжении 90-х, не попилить на металлолом или просто не оставить гнить. Сейчас строительство такого сооружения обошлось бы в сотни миллионов долларов, превратилось бы в долгострой вроде «Восточного», обросло коррупционными скандалами и протестами экологов… Но ничего этого не произошло. Завод работает, ракеты летают, испытательный стенд в деле.

Вот тут, на сайте НПО «Энергомаш» нашелся хороший фильм об РД-170, его производстве и испытаниях:

Хотя навскидку сложно разобраться в переплетении трубопроводов, но по основным функциям стенда можно понять, что к чему там нужно. Исчерпывающий нелегальный фоторепортаж с этого же места известен многим ЖЖ-юзерам.

На стенде испытывают кислород-керосиновые двигатели, поэтому вся инфраструктура вокруг него создана с этой целью. Из баков подается керосин и кислород, при этом мощная огненная струя тут же смешивается с колоссальными потоками воды, которые гасят вибрацию и связывают на химическом уровне вредные продукты горения. На случай, если «что-то идет не так», автоматика прекращает доступ горючего, а сеть форсунок заполняет испытательную камеру негорючим азотом, прерывая возможность неконтролируемого воспламенения. Азот же используют для наддува топлива и создания режимов работ, аналогичных условиям в ракете.

Система, судя по всему, эффективная, если в ней и взрывались двигатели, то последствия аварий не оставили следов.

После осмотра стенда, выбираемся на крышу, где с высоты десятиэтажного дома можно рассмотреть две огромные вытяжные трубы испытательных стендов, сопутствующие строения и окрестности Химок.

Когда, в советское время, на стендах испытывали двигатели для «Протона» и военных ракет, экологическая ситуация в окрестностях была не самая здоровая. Вообще, конечно, вызывает удивление, что испытания двигателей на таких токсичных компонентах, проводили так близко к самому крупному городу страны. Но логику тех времен сейчас понять трудно, тогда все оправдывала работа над «ядерным щитом страны», поэтому с возможными жертвами не считались.

Сейчас испытывают только кислород-керосиновые движки, и об экологии можно не переживать. У входа в испытательный корпус мне даже показывали кормушку для белок — символ чистоты окрестностей. Вообще, за время пребывания на испытательной площадке слово «экология» звучало неоднократно — видно больной вопрос для сотрудников предприятия, хотя я его даже не задавал.

— Правее не снимай, — просит меня один из технических сотрудников предприятия, указывая на недостроенный корпус, — Скажут развалины.
Второй поясняет:
— Это новый испытательный корпус, для многоразовых космических систем. Видел, как американцы собираются корабли сажать на ракетных двигателях? Вот и у нас такое делали еще в восьмидесятые. Это строили стенды для испытания посадочных ракетных двигателей, да так и не достроили…
— А достраивать не собираются?
— У предприятия денег нет, да и заказа нет. Теперь только если вы, молодые, возьметесь за такую задачу.

В раздумьях об упущенных возможностях переходим на другую сторону крыши. Оттуда видны сферические емкости для кислорода, цилиндрические — для азота, керосиновые цистерны чуть правее, в кадр не попали.

Наконец выдвигаемся на производство.
Первый по программе — сварочный цех. Молодой сварщик готовит станок. Через пару минут — он уже в работе — фото вначале текста.

В соседнем помещении — автоматический сварочный станок. На переднем плане специалисты заняты работой.

Кстати, еще одно наблюдение, по поводу возраста сотрудников. Для других космических предприятий существует проблема отсутствия специалистов среднего возраста. Как, например, на НПО Лавочкина. Проблема идет из 90-х, когда с предприятий уходили самые активные. Сейчас пришли молодые, но они только набираются опыта, и учатся мудрости у тех, кто еще помнит штурм Луны, Марса и Венеры в 70-80-е.

На «Энергомаше» возрастного пробела незаметно. Видимо сказывается контракт 90-х на поставки двигателей на Atlas-V американской космической программы. Заказ уберег предприятие от утечки мозгов и рук в трудное время, хотя и прибыльным он стал только к 2012 году.

А мозги и руки на предприятии, как и вообще в космонавтике, очень важны. Почти в каждом цехе плакаты, напоминающие о важности качества продукции, о необходимости соблюдения техники безопасности и аккуратности.

Мы проходим через разные производственные линии. Вот мастер Андрей проверяет качество сварочного шва титановых шаробаллонов:

Рядом встречаются знакомые по первой части репортажа сильфонные соединения. Уникальная конструкция «Энергомаша» применяется как для крепления камеры сгорания, на качающий карданный подвес,

так и для отдельных соединений трубопроводов.

Заходим в кузнечный цех.
Да-да, сложнейшая конструкция двигателя, с его микронными допусками, колоссальными нагрузками и высокой точностью изготовления, вырастает вот из таких болванок нержавеющей стали.

Здесь, под рев газовых печей, ее обрабатывают бодрые кузнецы,…

… которые обращаются с раскаленными пудовыми стальными кольцами, как с игрушками.

«Три кольца — премудрым эльфам — для добра их гордого. «

Затем перемещаемся в цех гидроабразивной обработки.

Струя воды режет сталь не хуже джедайских мечей.

Сувенир космоблогеру от космогидрорезчиков.

Движемся далее, заглядываем в литейный цех. Само литье не показывают, зато демонстрируют изделия после литья. Я не разобрался в технологии, поэтому не могу сказать почему это так выглядит, но смотрится забавно.

Следующий пункт программы — цех механообработки.
Меня проводят мимо нескольких поскрипывающих резцами токарных станков хрущевских времен, и с гордостью демонстрируют стройные ряды автоматических фрезерных пятикоординатных станков. В работе их снимать не интересно, через стекло виднеются только смутные контуры устройств и потеки охладительной жидкости. Но вот один створ открывается и я бросаюсь туда с камерой в руках.

О, так это наш старый знакомый — ротор бустерного насосного агрегата окислителя. Не представляю, как производили такую деталь в 80-е, когда не было современной техники. Но ведь «Энергия» летала же…

Эээм… не знаю что или кто находится за дверью… Мои сопровождающие тоже не смогли сказать.

Зато напротив нас ждут: Отдел метрологии и контроля качества.

Элементы ракетных двигателей сложно не только произвести, но и проверить точность изготовления. Тут могут.

После всех этапов обработки, доводки и проверки качества, детали попадают в громадный цех окончательной сборки. В него пройти сложнее — дополнительный паспортный контроль, халаты и бахилы на обувь.

А при входе накатывает советская космическая ностальгия.


Сразу видно — здесь помнят!

Даже скручивая новый агрегат для американской ракеты, энергомашевцы не забывают, что подняли и родной космос.

Я собирался домой, а РД-191 для «Ангары» собирался в космос.

Что же сказать в заключение?
Завод работает, и загружен делом уже годов до 20-х. Плохо, что из-за политических игр уходящего года практически останавливается производство советской гордости — непревзойденного «РД-170». Его применяли в украинских «Зенитах», но в текущей ситуации слабая надежда на продолжение совместного производства. Есть сложности и с экспортными «РД-180», на которых летает половина американской космонавтики на ракетах Atlas-5 компании United Launch Alliance — заказ завершается в 2018 году. Продлевать не собираются. Кое-кто дошутился про батуты. Теперь Пентагон готов вкладывать сотни миллионов долларов, на разработку собственного аналога, лишь бы не зависеть от российской продукции. Правда на смену ULA пришла Orbital Scienses с ракетой Antares, и заказом на «РД-181» по программе снабжения Международной космической станции. NASA не столь принципиально, как военные. Годы мирного сотрудничества в космосе не прошли даром, но для МКС им нужно гораздо меньше.

Есть еще заказ на «РД-191» — для российской «Ангары», но его объемы полностью зависят от востребованности ракеты. Пока летает «Протон», нет оснований полагать, что «Ангаре» найдется работа, кроме экспериментальных пусков.

«Энергомаш» сейчас разрабатывает перспективные метановые двигатели. Это топливо будущего, оно не оставляет нагара на элементах двигателя, что облегчает их многократное использование. Правда многоразовых ракет пока нет в ближайших российских планах, но есть надежда, что, стараниями Илона Маска и компании SpaceX наступит прозрение, и осознание необходимости таких ракет придет и в Россию.

Выражаю благодарность Департаменту информационной политики и СМИ Объединенной ракетно-космической корпорации и пресс-службе НПО «Энергомаш», за помощь в организации съемок.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector