Российские ракетные двигатели РД-180: технические характеристики

Российские ракетные двигатели РД-180 явились «яблоком раздора» между двумя американскими компаниями United Launch Alliance (ULA) и конкурирующей Orbital Sciences. Первая не дает возможности второй закупать двигатели для своих ракет Antares.

Битва титанов

Всему виной стало участие Orbital Sciences в государственных тендерных закупках. ULA незаконно мешает конкурентам закупать двигатели РД-180 у двух компаний. Это подрядчик RD Amross - СПНПО «Энергомаш» - и американский посредник Pratt & Whitney Rocketdyne. Первый производит необходимый жидкостный ракетный двигатель РД-180. Другой же поставляет комплектующие на территорию США.
Единственный жидкостный двигатель РД-180 оптимально подходит под объявленные американским правительством тендерные закупки. По оценкам экспертов, характеристики этих комплектующих идеально подходят под тяжелые ракетоносители и потребности NASA.

Что представляет собой ракетный двигатель РД-180

РД-180 – двухкамерная производная от четырехкамерного РД-170, используемого на "Зените". Жидкостные ракетные двигатели РД-180 закрытого цикла с дожиганием заключили в себе высокую производительность, удобство и возможности повторного использования РД-170 в габаритах, чтобы соответствовать требованиям моторов для Atlas V Evolved Expendable Launch Vehicle.

РД-180 – гидравлический двигатель для приведения в действие регулирующего клапана и вектора тяги отклонения в карданном подвесе, с пневматикой для приведения в действие клапана и системы продувки: упорная рама для распределения нагрузки самодостаточна как часть двигателя. Мотор на старте использует LOX свинец, с дожиганием генераторного газа и LOX, богатых газотурбинным приводом. Таким образом, установил увеличение производительности на 10 процентов по сравнению с оперативным разгоном двигателей США и при условии чистой, многоразовой операции.
Только в основной сборке турбо-насос и бустерный насос потребовали разработки к масштабу от РД-120 и РД-170. Все остальные компоненты были взяты непосредственно из РД-170.

РД-180 был разработан за 42 месяца за небольшую долю от стоимости типичного проектирования нового двигателя для США. Мотор работает на промежуточном Atlas III и стандартном ракетоносителе Atlas V.

РД-180 оснащен двумя парами камер сгорания и сопел. Движок разработан и производится российским научно-производственным объединением «Энергомаш». В качестве топлива используется керосин, окислителем является жидкий кислород. Стоимость ракетного двигателя РД-180 на 2010 год составляла 9 млн долларов.

Описание конструкции

1. LOX/Керосин ракетного топлива.
2. Две упорных камеры (карданные +8 градусов).
3. Один богатый кислородом блок перед горелкой.
4. ТНА сборка высокого давления.
5. Двухступенчатый топливный насос.
6. Одноступенчатый насос кислорода.
7. Одноместная турбина.
8. Самовоспламеняющееся зажигание.
9. Автономные гидравлические системы (клапаны, ТВЦ) с питанием керосина из топливного насоса.
10. Мониторинг состояния здоровья и система прогнозирования жизни.
11. Автоматизированная подготовка полета (после установки на транспортном средстве все операции автоматизированы посредством запуска).
12. Минимизация интерфейса со стартовой площадки и транспортных средств (пневматические и гидравлические системы, автономные, электрические объединенные панели, упорная рама для упрощения механического интерфейса).
13. Экологически чистые операции с обогащенным окислителем, запускающим возгорание предварительной горелки, а также запуск окислителя и режимов остановки, которые устраняют коксующийся и не сгоревший потенциально загрязненный керосин.
14. 50-100% непрерывного дросселирования при условии потенциальной проверки в реальном времени согласования траектории и двигателя на площадке перед запуском фиксации.
15. 80% RD-170 частей.
16. Барокамера: 256,6 бар.
17. Коэффициент площади: 36,4.
18. Тяговооружённость: 77,26.
19. Соотношение окислитель–топливо: 2,72.

Двигатель РД-180. Характеристики

• Удельная масса: 5480 кг (12080 фунтов).
• Высота: 3,6 м (11,67 футов).
• Диаметр: 3,2 м (10,33 футов).
• Удельный импульс: 337,8 с.
• Удельный импульс на уровне моря: 311,3 с.
• Время записи: 270 с.
• Первый запуск: 2000 г.

История

В ноябре 1996 года в производственном объединении «Энергомаш» провели первое испытание РД-180. Двигатель был признан победителем в тендерах для установки его в РН «Атлас» американской Lockheed Martin Corporation. Нужно это было для вывода перспективных пилотируемых кораблей. Именно с этих пор двигатели РД-180 стали наиболее востребованными.

Двигатель имеет возможность многоразового использования. Продуманный менеджмент обеспечил НПО «Энергомаш» практически легендарными надежными сделками с США. В декабре 2012 года был поставлен контракт, обеспечивающий компанию гарантией на производство движков до 2019 года. Все производство сосредоточено в России.

Создание замены РД-180 в США

Украинские события повлекли за собой санкции, ограничивающие возможность применять российские ракетные двигатели для США. РД-180 необходимо заменить аналогом американского производства. В декабре 2014 года палатой была принята поправка. Она запрещала использование русских РД-180. Двигатель продолжат закупать по уже имеющемуся договору поставок до 2019 года между «Энергомаш» и ULA.

Несмотря на продолжение сотрудничества и поставок РД-180 по имеющимся договорам, министр обороны США отдал приказ о прекращении сотрудничества с Россией и переходе на американские комплектующие. Америка обязана избавиться от российской зависимости в военно-политических сферах.

На это Фрэнк Кендалл (министр обороны по закупкам) ответил, что российские двигатели РД-180 Пентагону нечем заменить. Как альтернативу сложившейся ситуации, Америка объявила тендер на производство собственных аналогичных по характеристикам двигателей на своей территории.

Вице-премьер России Дмитрий Рогозин заявил, что готов остановить поставку ракетных двигателей РД-180 и К-33 в Америку.

Сколько стоит ракетный двигатель РД-180 для США

Поговорим о ценах. SpaceNews сообщило, что необходимо заменить двигатель РД-180. США подобная прихоть обойдется в 1,5 миллиарда долларов. Немаленькая сумма.

Сколько стоит двигатель РД-180? Весь проект по внедрению прототипа будет продолжаться не менее шести лет. По мнению экспертов, у США нет возможности полностью отказаться от применения двигателей РД-180. В короткие сроки возникшую проблему решить невозможно, так как моторы будут готовы только в 2022 году.
Несмотря на заверения американских ВВС о том, что РД-180 имеются на складах в необходимом количестве, нехватка все же присутствует. Поэтому многие запуски нужно будет отложить. Расходы в этой сфере могут увеличиться до 5 миллиардов долларов.
Пока США конкурирует и применяет санкции, Китай уже занимает очередь на производство РД-180.

Перспектива

Пентагон выделил по меньшей мере $ 162 млн Aerojet Rocketdyne и United Launch Alliance для работы в области развития ракетных двигателей AR1 и BE-4, кандидатов для замены двигателя российского производства, на котором в настоящее время летает ракетоноситель Atlas V.

ВВС США завершают первоначальные инвестиции в новые ракетные двигатели, так как военные стремятся отойти от своей зависимости от российского двигателя РД-180, используемого на Atlas V, который запускает большинство спутников правительства США для защищенных систем связи, навигации и сбора разведывательной информации.
ВВС входит в государственно-частное партнерство с Aerojet Rocketdyne и ULA, выделяя корпоративные средства на софинансирование разработки двигателя.

Президент и главный исполнительный директор ULA продолжают встречаться для достижения цели предоставления для США самых надежных пусковых систем по наиболее доступной цене, при разработке нового двигателя, который позволит внедрить совершенно новые возможности для использования космического пространства.

Соглашение с Aerojet Rocketdyne охватывает разработку и испытания ракетного двигателя AR1. Это силовой агрегат, который сжигает керосиновую смесь и жидкий кислород. Это те же компоненты ракетного топлива, что и в двигателе РД-180 для Atlas V.

Aerojet Rocketdyne стремится создать двигатель, получивший сертификат летной годности к 2019 году, но первый запуск ожидается только в 2020 году.
ВВС выделяет как минимум $ 115,3 млн на программу развития AR1, в то время как Aerojet Rocketdyne и ULA совместно инвестируют средства в размере $ 57,7 миллионов долларов - говорится в заявлении Aerojet Rocketdyne.

До испытаний правительственное решение о продолжении поддержки программы создания двигателя AR1 имеет максимальное значение в размере $ 804 млн - с $ 536 миллионов от ВВС и $ 236 млн от Aerojet Rocketdyne и ULA.

«AR1 вернет США на первые позиции по производству керосиновых ядерных ракетных двигателей, - сказал Дрейк в пресс-релизе. - Мы внедряем последние достижения в области современного производства, в то время как, спекулируя на наших богатых знаниях по производству нового поколения ракетных двигателей, делается все для внедрения моторов, которые положат конец нашей зависимости от иностранного поставщика для запуска активов национальной безопасности нашей страны".

Двигатель AR1 будет включать в себя 3D-печатные части и работать с обогащенным кислородом с дожиганием генераторного газа. Это более эффективный цикл работы двигателя, чем в настоящее время на других жидких углеводородах в ракетных двигателях США.

Двигатель BE-4 находится в центре внимания ВВС. Для его внедрения выделяются денежные вливания. ВВС обязуется выплатить по меньшей мере 46,6 миллионов долларов United Launch Alliance для следующего поколения ракеты Vulcan. Компания ULA также согласилась добавить 40,8 миллионов долларов по условиям правительственной награды.

Львиная доля первоначального финансирования - $ 45800000 - пойдет на развитие проекта по созданию двигателя BE-4, который будет генерировать 550000 фунтов тяги и потреблять криогенное сочетание сжиженного природного газа и жидкого кислорода.

Два двигателя ВЕ-4 будут форсировать первый этап ракеты Vulcan. Чиновники говорят, что BE-4 полностью финансируется компанией с помощью United Launch Alliance. Финансирование военно-воздушных сил будет способствовать прогрессу компании интеграции двигателя BE-4 с ракето-носителем Vulcan.

Aerojet Rocketdyne рекламирует AR1 как наиболее простую замену для РД-180 из-за его пороховой смеси и размера. Два двигателя AR1 необходимы для удовлетворения производительности одного двойного сопла двигателя РД-180 на Atlas V.

Руководители ULA говорят, что двигатель BE-4 от Blue Origin, предпринимательской космической фирмы, основанной компанией Amazon.com, будет готов быстрее и будет в конечном итоге легче восстанавливаться для повторного использования.

В то время как двигатель РД-180 имел преимущество более чем в 60 успешных запусках, пришло время для американских инвестиций во внутреннее производство аналогичных моторов.

ВЕ-4 должен завершить свою аттестацию в 2017 году, а ULA нацелена на первый полет ракеты Vulcan до конца 2019 года.

Также ВВС финансирует строительство в космическом пространстве для обитания космонавтов при исследовании дальнего космоса и спутникового обслуживания.

ULA продолжает работать как с Blue Origin, так и с Aerojet Rocketdyne. Она сопровождает два варианта следующего поколения американских двигателей, именно поэтому компания объединяется с двумя ведущими мировыми фирмами по космическим достижениям.

ULA держит двигатель AR1 от Aerojet Rocketdyne в качестве резервного варианта. Окончательный выбор ожидается в конце 2016 года.

Финансовые обязательства ВВС к Aerojet Rocketdyne и ULA открыты после 29 февраля 2016 года после того, как пришли аналогичные соглашения с SpaceX и Orbital АТК.
Новый проект твердотопливных ракетных ускорителей, сделанных Orbital ATK для ракеты ULA&rsquo-s Vulcan и для собственной пусковой установки, также получит финансирование Orbital ATK.

Тень в космосе от земных «облаков»

Российские двигатели РД-180 в Штатах не имеют альтернативы. Вице-президент компании Aerojet Rocketdyne Джим Мейзер считает, что США уделяют недостаточно внимания развитию собственных кислородно-керосиновых прототипов.
Он сказал, что Америка определенно отстает от русских и китайцев в создании таких двигательных систем. Также он упомянул, что в США уже разработан кислородно-керосиновый двигатель, который находится в эксплуатации Merlin 1D. Его производит компания SpaceX. Только вот по своим характеристикам очень уж он не дотягивает до РД-180.

Разумеется, это полный нонсенс, ведь земные облака не могут отбрасывать в космос никакой тени. Но в политическом смысле – увы, отбрасывают.

США: промышленники спокойны, политики встревожены

Высокопоставленный чиновник американских воздушных сил заявил, что прекратит запуск национальных спутников безопасности на борту Atlas V ракеты United Launch Alliance, если Министерство финансов считает, что импорт российского двигателя не нарушает санкции США.

Ранее сенатор Джон Маккейн попросил ВВС доказать, что недавняя реорганизация в России ее ракетно-космической отрасли не ставит покупку двигателей РД-180 под нарушение санкций США, которые ввели против российских чиновников в 2014.

Государственные учреждения США, во главе с Министерством финансов, принимают свежий взгляд на поставки РД-180. И готовы не придерживаться санкций. Заземление Atlas V создаст более серьезное препятствие для Пентагона, чем ведение боевых действий.

Маккейн провел слушания военного космодрома, где он призвал ВВС получить свежее юридическое заключение о том, что импорт РД-18O нарушает санкции США, наложенные на российских чиновников вслед за аннексией Крымского полуострова Украины.

Маккейн выделил двух высокопоставленных российских чиновников: вице-премьера России Дмитрий Рогозина и Сергея Чемезова, советника президента России Владимира Путина. Они до недавнего времени были наблюдателями в космическом секторе. Хоть они не имеют финансовой выгоды от продаж РД-180, на них были возложены санкции.

28 декабря по приказу Путина реорганизуется космический сектор России. Эта перестройка вносит коррективы в российскую космическую промышленность и космическое агентство "Роскосмос" в рамках новой государственной корпорации, также под названием "Роскосмос".Маккейн отметил, что эту организацию в настоящее время возглавляет Рогозин- Чемезов также имеет к этому отношение. Рогозин и Чемезов были в числе первых российских чиновников, получивших санкции во время украинского кризиса. Ни один, ни другой не могут въехать в США. Активы, которыми они владеют, были заморожены.