Kodėl amerikiečiai negali pagaminti kosminių variklių?

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Geriausių pasaulyje skystojo kuro raketų variklių kūrėjas akademikas Borisas Katorginas aiškina, kodėl amerikiečiai vis dar negali pakartoti mūsų pasiekimų šioje srityje ir kaip išlaikyti sovietų pranašumą ateityje.

Birželio 21 dieną Sankt Peterburgo ekonomikos forume buvo apdovanoti Pasaulio energetikos prizo laureatai. Autoritetinga įvairių šalių pramonės ekspertų komisija iš 639 pateiktų paraiškų atrinko tris paraiškas ir įvardijo 2012 m. premijos, kuri paprastai vadinama „Nobelio energetikos inžinierių premija“, laimėtojus. Dėl to 33 milijonus papildomų rublių šiemet pasidalino garsus išradėjas iš Didžiosios Britanijos profesorius Rodney Johnas Allamas ir du mūsų iškilūs mokslininkai – Rusijos mokslų akademijos akademikai Borisas Katorginas ir Valerijus Kostjukas.

Visi trys susiję su kriogeninės technologijos kūrimu, kriogeninių produktų savybių tyrimu ir pritaikymu įvairiose elektrinėse. Akademikas Borisas Katorginas buvo apdovanotas „už labai efektyvių skystojo kuro raketų variklių, naudojančių kriogeninį kurą, sukūrimą, užtikrinančių patikimą kosminių sistemų veikimą su aukštais energetiniais parametrais taikiam kosmoso naudojimui“. Tiesiogiai dalyvaujant Katorginui, daugiau nei penkiasdešimt metų paskyrusiam įmonei OKB-456, dabar žinomai kaip NPO Energomash, buvo sukurti skysto kuro raketų varikliai (LRE), kurių veikimas vis dar laikomas geriausiu pasaulyje. Pats Katorginas užsiėmė variklių darbo proceso organizavimo, kuro komponentų mišinio formavimo ir pulsacijos pašalinimo degimo kameroje schemų kūrimu. Taip pat žinomi jo pagrindiniai darbai, susiję su branduolinių raketų varikliais (NRE), turinčiais didelį specifinį impulsą, ir pažanga kuriant galingus nuolatinius cheminius lazerius.

Sunkiausiais Rusijos mokslui imlioms organizacijoms laikais, 1991–2009 m., Borisas Katorginas vadovavo NPO „Energomash“, jungusiai generalinio direktoriaus ir generalinio dizainerio pareigas, ir sugebėjo ne tik išlaikyti įmonę, bet ir sukurti daugybę naujų. variklius. Vidaus variklių užsakymo nebuvimas privertė Katorginą ieškoti kliento išorinėje rinkoje. Vienas iš naujų variklių buvo RD-180, sukurtas 1995 metais specialiai dalyvaujant amerikiečių korporacijos „Lockheed Martin“surengtame konkurse, kuris tuo metu atnaujinamai raketai „Atlas“pasirinko skystojo kuro raketinį variklį. Dėl to NPO „Energomash“pasirašė sutartį dėl 101 variklio tiekimo ir iki 2012 m. pradžios JAV jau tiekė daugiau nei 60 raketų variklių, iš kurių 35 buvo sėkmingai eksploatuojami „Atlas“paleidžiant įvairios paskirties palydovus..

Prieš įteikiant apdovanojimą, Ekspertas kalbėjosi su akademiku Borisu Katorginu apie skystojo kuro raketinių variklių kūrimo būklę ir perspektyvas bei išsiaiškino, kodėl varikliai, sukurti remiantis keturiasdešimties metų senumo raida, vis dar laikomi naujoviškais, o RD-180. negalėjo būti atkurti Amerikos gamyklose.

– Borisai Ivanovičiau, koks tiksliai jūsų nuopelnas kuriant buitinius skystojo kuro reaktyvinius variklius, kurie dabar laikomi geriausiais pasaulyje?

– Norint tai paaiškinti pasauliečiui, tikriausiai reikia ypatingo įgūdžio. Skystojo kuro raketiniams varikliams sukūriau degimo kameras, dujų generatorius; apskritai jis prižiūrėjo pačių variklių, skirtų taikiam kosmoso tyrinėjimui, kūrimą. (Degimo kamerose degalai ir oksidatorius sumaišomi ir sudeginami, susidaro karštų dujų tūris, kurios vėliau išleidžiamos per purkštukus, sukuria tikrąją srovės trauką; dujų generatoriai taip pat degina kuro mišinį, bet jau už. turbo siurblių, kurie didžiuliu slėgiu pumpuoja degalus ir oksidatorių į tą pačią degimo kamerą, veikimas. – „Ekspertas“.)

– Kalbate apie taikų kosmoso tyrinėjimą, nors akivaizdu, kad visi NPO „Energomash“sukurti varikliai su trauka nuo kelių dešimčių iki 800 tonų buvo skirti pirmiausia kariniams poreikiams.

– Mums nereikėjo numesti nė vienos atominės bombos, į taikinį nepateikėme nė vieno savo raketų branduolinio užtaiso, ir ačiū Dievui. Visi kariniai įvykiai nuėjo į taikią erdvę. Galime didžiuotis didžiuliu mūsų raketų ir kosmoso technologijų indėliu į žmogaus civilizacijos vystymąsi. Astronautikos dėka gimė ištisi technologiniai klasteriai: kosminė navigacija, telekomunikacijos, palydovinė televizija, jutimo sistemos.

- Tarpžemyninės balistinės raketos R-9, prie kurios dirbote, variklis buvo beveik visos mūsų pilotuojamos programos pagrindas.

- Dar šeštojo dešimtmečio pabaigoje atlikau skaičiavimo ir eksperimentinius darbus, siekdamas pagerinti mišinio susidarymą variklio RD-111, skirto būtent tai raketai, degimo kamerose. Darbo rezultatai vis dar naudojami modifikuotuose tos pačios Sojuz raketos varikliuose RD-107 ir RD-108, jais buvo atlikta apie du tūkstančiai kosminių skrydžių, įskaitant visas pilotuojamas programas.

– Prieš dvejus metus kalbinau jūsų kolegą, Pasaulinės energetikos laureatą akademiką Aleksandrą Leontjevą. Pokalbyje apie plačiajai visuomenei uždarus specialistus, kuriais kažkada buvo pats Leontjevas, jis paminėjo Vitalijų Ievlevą, kuris irgi daug padarė mūsų kosmoso pramonei.

– Daugelis akademikų, dirbusių gynybos pramonėje, buvo įslaptinti – tai faktas. Dabar daug kas išslaptinta – tai irgi faktas. Labai gerai pažįstu Aleksandrą Ivanovičių: jis dirbo kurdamas skaičiavimo metodus ir įvairių raketų variklių degimo kamerų aušinimo metodus. Išspręsti šią technologinę problemą nebuvo lengva, ypač kai ėmėme maksimaliai išspausti cheminę kuro mišinio energiją, kad gautume maksimalų specifinį impulsą, be kitų priemonių padidindami slėgį degimo kamerose iki 250 atmosferų. Paimkime savo galingiausią variklį – RD-170. Degalų sąnaudos su oksidatoriumi - žibalu su skystu deguonimi, einančiu per variklį - 2,5 tonos per sekundę. Šilumos srautai jame siekia 50 megavatų kvadratiniam metrui – tai didžiulė energija. Temperatūra degimo kameroje yra 3,5 tūkstančiai laipsnių Celsijaus. Reikėjo sugalvoti specialų aušinimą degimo kamerai, kad ji veiktų apskaičiuotai ir atlaikytų šiluminę galvutę. Aleksandras Ivanovičius tai padarė ir, turiu pasakyti, atliko puikų darbą. Vitalijus Michailovičius Ievlevas - Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas, technikos mokslų daktaras, profesorius, kuris, deja, mirė gana anksti, - buvo plačiausio profilio mokslininkas, turėjo enciklopedinę erudiciją. Kaip ir Leontjevas, jis daug dirbo ties didelio įtempimo šiluminių konstrukcijų skaičiavimo metodika. Jų darbas kažkur susikirto, kai kur buvo integruotas, ir dėl to buvo gautas puikus metodas, kuriuo galima apskaičiuoti bet kokių degimo kamerų šilumos intensyvumą; Dabar, galbūt, bet kuris studentas gali tai padaryti. Be to, Vitalijus Michailovičius aktyviai dalyvavo kuriant branduolinius, plazminius raketų variklius. Čia mūsų interesai susikirto tais metais, kai „Energomash“darė tą patį.

- Pokalbyje su Leontjevu palietėme RD-180 energomash variklių pardavimą JAV, o Aleksandras Ivanovičius sakė, kad daugeliu atžvilgių šis variklis yra tobulėjimo, padaryto tik kuriant RD-170, rezultatas., ir tam tikra prasme tai pusė. Ar tai tikrai mastelio mažinimo rezultatas?

– Bet koks variklis naujoje dimensijoje, be abejo, yra naujas aparatas. RD-180 su 400 tonų trauka iš tikrųjų yra perpus mažesnis už RD-170, kurio trauka yra 800 tonų. RD-191, sukurto mūsų naujajai raketai Angara, turi 200 tonų trauką. Kas bendro tarp šių variklių? Visi jie turi vieną turbo siurblį, tačiau RD-170 turi keturias degimo kameras, „amerikietiškas“RD-180 – dvi, o RD-191 – vieną. Kiekvienam varikliui reikia savo turbo siurblio agregato – juk jei keturių kamerų RD-170 per sekundę sunaudoja apie 2,5 tonos degalų, kuriam buvo sukurtas 180 tūkstančių kilovatų galingumo turbo siurblys, tai daugiau nei du kartus. didesnė nei, pavyzdžiui, atominio ledlaužio „Arktika“reaktoriaus galia, tada dviejų kamerų RD-180 – tik pusė, 1, 2 tonos. Kuriant turbo siurblius RD-180 ir RD-191, aš tiesiogiai dalyvavau ir tuo pat metu vadovavau šių variklių kūrimui kaip visumai.

– Vadinasi, visų šių variklių degimo kamera yra vienoda, tik skiriasi jų skaičius?

– Taip, ir tai yra pagrindinis mūsų pasiekimas. Vienoje tokioje vos 380 milimetrų skersmens kameroje per sekundę sudeginama kiek daugiau nei 0,6 tonos kuro. Be perdėto, ši kamera yra unikali didelio karščio įtempimo įranga su specialiais diržais, apsaugančiais nuo galingų šilumos srautų. Apsauga atliekama ne tik dėl išorinio kameros sienelių aušinimo, bet ir dėl išradingo būdo ant jų „pakloti“kuro plėvelę, kuri išgaruoja ir vėsina sienelę. Remdamiesi šia išskirtine kamera, kuriai nėra lygių pasaulyje, gaminame geriausius variklius: RD-170 ir RD-171 „Energia“ir „Zenit“, RD-180 – Amerikos „Atlas“ir RD-191 – naujajai Rusijos raketai. "Angara".

– „Angara“turėjo pakeisti „Proton-M“prieš keletą metų, tačiau raketos kūrėjai susidūrė su rimtomis problemomis, pirmieji skrydžio bandymai buvo ne kartą atidėti, o projektas, atrodo, stringa toliau.

– Problemų tikrai buvo. Dabar priimtas sprendimas raketą paleisti 2013 m. „Angara“ypatumas yra tas, kad remiantis universaliais raketų moduliais galima sukurti visą šeimą nešančiųjų raketų, kurių naudingoji galia yra nuo 2,5 iki 25 tonų, kad būtų galima iškelti krovinius į žemos žemės orbitą. RD-191 universalus deguonies-žibalo variklis. „Angara-1“turi vieną variklį, „Angara-3“– tris, kurių bendra trauka yra 600 tonų, „Angara-5“turės 1000 tonų trauką, tai yra, galės į orbitą iškelti daugiau krovinių nei „Proton“. Be to, vietoj labai toksiško heptilo, kuris deginamas Proton varikliuose, naudojame aplinkai nekenksmingą kurą, po kurio lieka tik vanduo ir anglies dioksidas.

– Kaip atsitiko, kad tas pats RD-170, kuris buvo sukurtas dar aštuntojo dešimtmečio viduryje, iš tikrųjų išlieka inovatyviu gaminiu, o jo technologijos yra naudojamos kaip pagrindas naujiems raketiniams varikliams?

– Panaši istorija nutiko ir su lėktuvu, kurį po Antrojo pasaulinio karo sukūrė Vladimiras Michailovičius Myasiščevas (toliojo nuotolio strateginis M serijos bombonešis, sukurtas šeštojo dešimtmečio Maskvos OKB-23 – „Ekspertas“). Daugeliu atžvilgių lėktuvas savo laiką lenkė trisdešimčia metų, o jo dizaino elementus tuomet pasiskolino kiti orlaivių gamintojai. Taip yra čia: RD-170 yra daug naujų elementų, medžiagų, dizaino sprendimų. Mano vertinimu, jie nepasens dar kelis dešimtmečius. Tai visų pirma lėmė NPO „Energomash“įkūrėjas ir jos generalinis dizaineris Valentinas Petrovičius Gluško ir Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas Vitalijus Petrovičius Radovskis, kuris vadovavo įmonei po Gluškos mirties. (Atkreipkite dėmesį, kad geriausias pasaulyje energetines ir eksploatacines RD-170 charakteristikas daugiausia nulėmė Katorgino sprendimas aukšto dažnio degimo nestabilumo slopinimo problemai, sukuriant antipulsacines pertvaras toje pačioje degimo kameroje. – „Ekspertas“.) Ir pirmasis. -pakopos RD-253 variklis nešiklio raketai "Proton"? Pristatytas dar 1965 metais, jis toks tobulas, kad jo dar niekas nepralenkė. Taip Gluško mokė projektuoti – ties galimų ribomis ir visada virš pasaulio vidurkio. Taip pat svarbu atsiminti ir kitą dalyką: šalis investavo į savo technologinę ateitį. Kaip buvo Sovietų Sąjungoje? Bendrosios mašinų gamybos ministerija, kuri visų pirma buvo atsakinga už kosmosą ir raketas, 22 procentus savo didžiulio biudžeto išleido vien moksliniams tyrimams ir plėtrai – visoms sritims, įskaitant varomą. Šiandien mokslinių tyrimų finansavimas yra daug mažesnis ir tai daug ką pasako.

– Argi šių raketų variklių kai kurių tobulų savybių pasiekimas, o tai įvyko prieš pusę amžiaus, kad raketinis variklis su cheminiu energijos šaltiniu tam tikra prasme yra pasenęs: pagrindiniai atradimai buvo padaryti naujos kartos raketiniuose varikliuose., dabar daugiau kalbame apie vadinamąsias paramos inovacijas ??

- Tikrai ne. Skystojo kuro raketiniai varikliai yra paklausūs ir bus paklausūs labai ilgai, nes jokia kita technologija nesugeba patikimiau ir ekonomiškiau pakelti krovinio iš Žemės ir iškelti į žemąją Žemės orbitą. Jie yra nekenksmingi aplinkai, ypač tie, kurie veikia skystu deguonimi ir žibalu. Tačiau skrydžiams į žvaigždes ir kitas galaktikas skysto kuro raketų varikliai, žinoma, visiškai netinkami. Visos metagalaktikos masė yra nuo 10 iki 56 laipsnių gramų. Norint įsibėgėti skysto kuro varikliu bent iki ketvirtadalio šviesos greičio, reikia absoliučiai neįtikėtino degalų kiekio – nuo 10 iki 3200 gramų, tad net galvoti apie tai kvaila. Skystojo kuro raketinis variklis turi savo nišą – maitinimo variklius. Skystuose varikliuose galite pagreitinti nešiklį iki antrojo kosminio greičio, nuskristi į Marsą, ir viskas.

– Kitas etapas – branduoliniai raketų varikliai?

- Žinoma. Nežinia, ar sulauksime kai kurių etapų, tačiau jau sovietmečiu daug nuveikta branduolinių raketų variklių kūrimui. Dabar, vadovaujant Keldyšo centrui, kuriam vadovauja akademikas Anatolijus Sazonovičius Korotejevas, kuriamas vadinamasis transporto ir energetikos modulis. Projektuotojai priėjo prie išvados, kad galima sukurti dujomis aušinamą branduolinį reaktorių, kuris būtų mažiau įtemptas nei buvo SSRS, kuris veiks ir kaip elektrinė, ir kaip energijos šaltinis plazminiams varikliams keliaujant kosmose.. Toks reaktorius dabar projektuojamas N. A. Dolležalio vardu pavadintame NIKIET, kuriam vadovauja Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas Jurijus Dragunovas. Projekte, kuriame kuriami elektriniai varikliai, dalyvauja ir Kaliningrado projektavimo biuras „Fakel“. Kaip ir sovietmečiu, neapsieis ir be Voronežo cheminės automatikos projektavimo biuro, kuriame bus gaminamos dujų turbinos ir kompresoriai, siekiant varyti aušinimo skystį – dujų mišinį uždarame kontūre.

– Tuo tarpu einame prie raketos variklio?

– Žinoma, ir mes aiškiai matome šių variklių tolesnio tobulinimo perspektyvas. Yra taktinės, ilgalaikės užduotys, čia nėra ribų: naujų, karščiui atsparesnių dangų, naujų kompozitinių medžiagų įvedimas, variklių masės mažinimas, jų patikimumo didinimas, valdymo supaprastinimas. schema. Norint geriau kontroliuoti dalių nusidėvėjimą ir kitus variklyje vykstančius procesus, galima įdiegti daugybę elementų. Yra strateginės užduotys: pavyzdžiui, suskystinto metano ir acetileno kaip kuro kūrimas kartu su amoniaku arba trijų komponentų kuru. NPO Energomash kuria trijų komponentų variklį. Toks skysto kuro raketinis variklis galėtų būti naudojamas ir kaip pirmos, ir kaip antrosios pakopos variklis. Pirmajame etape naudojami gerai išvystyti komponentai: deguonis, skystas žibalas, o jei pridėsite apie penkis procentus daugiau vandenilio, tada savitasis impulsas žymiai padidės - tai viena iš pagrindinių variklio energetinių charakteristikų, o tai reiškia, kad bus daugiau naudingos apkrovos. gali būti išsiųstas į kosmosą. Pirmajame etape visas žibalas gaminamas pridedant vandenilio, o antrajame tas pats variklis persijungia iš darbo su trijų komponentų degalais į dviejų komponentų - vandenilio ir deguonies.

Jau sukūrėme eksperimentinį variklį, nors ir mažo dydžio ir tik apie 7 tonų trauką, atlikome 44 bandymus, padarėme pilno masto maišymo elementus purkštukuose, dujų generatoriuje, degimo kameroje ir išsiaiškinome, kad pirmiausia galite dirbti su trimis komponentais, o tada sklandžiai pereiti prie dviejų. Viskas veikia, pasiekiamas aukštas degimo efektyvumas, bet norint eiti toliau, reikia didesnio pavyzdžio, reikia modifikuoti stovus, kad į degimo kamerą būtų paleisti komponentai, kuriuos naudosime tikrame variklyje: skystas vandenilis ir deguonis, taip pat žibalas. Manau, kad tai labai perspektyvi kryptis ir didelis žingsnis į priekį. Ir tikiuosi, kad per savo gyvenimą turėsiu laiko ką nors nuveikti.

– Kodėl amerikiečiai, gavę teisę atgaminti RD-180, daug metų nesugeba jo pagaminti?

– Amerikiečiai labai pragmatiški. Dešimtajame dešimtmetyje, pačioje darbo su mumis pradžioje, jie suprato, kad energetikos srityje mes juos gerokai lenkiam ir šias technologijas turime perimti iš mūsų. Pavyzdžiui, mūsų RD-170 variklis vienu paleidimu dėl didesnio specifinio impulso galėjo atimti dviem tonomis daugiau naudingosios apkrovos nei jų galingiausias F-1, o tai tuo metu reiškė 20 mln. Jie paskelbė konkursą dėl 400 tonų sveriančio variklio savo atlasams, kurį laimėjo mūsų RD-180. Tada amerikiečiai sugalvojo, kad pradės dirbti su mumis, o po ketverių metų paims mūsų technologijas ir patys jas atgamins. Aš jiems iš karto pasakiau: jūs išleisite daugiau nei milijardą dolerių ir dešimt metų. Praėjo ketveri metai, sako: taip, reikia šešerių metų. Praėjo daugiau metų, sako: ne, reikia dar aštuonerių metų. Praėjo septyniolika metų, ir jie neatkūrė nė vieno variklio. Dabar jiems reikia milijardų dolerių vien suoliukų įrangai. Energomash turime stendus, kuriuose tą patį RD-170 variklį galima išbandyti slėgio kameroje, kurios reaktyvinė galia siekia 27 milijonus kilovatų.

– Gerai girdėjau – 27 gigavatai? Tai daugiau nei visų „Rosatom“AE instaliuota galia.

– Dvidešimt septyni gigavatai – tai reaktyvinio lėktuvo galia, kuri išsivysto per gana trumpą laiką. Atliekant bandymus ant stendo, srovės energija iš pradžių gesinama specialiame baseine, vėliau 16 metrų skersmens ir 100 metrų aukščio dispersiniame vamzdyje. Norint sukurti tokį bandymų stendą kaip šis, kuriame galėtų būti variklis, generuojantis tokią galią, reikia daug pinigų. Amerikiečiai dabar to atsisakė ir ima gatavą produktą. Dėl to parduodame ne žaliavas, o didžiulę pridėtinę vertę turintį produktą, į kurį investuojamas itin intelektualus darbas. Deja, Rusijoje tai yra retas tokio didelio masto aukštųjų technologijų pardavimo užsienyje pavyzdys. Bet tai įrodo, kad teisingai suformulavus klausimą, mes galime daug ką.

- Borisai Ivanovičiau, ką daryti, kad neprarastumėte pranašumo, įgyto sovietinio raketų variklio pastato? Tikriausiai, be finansavimo MTEP, labai skaudi ir kita problema – personalas?

– Kad išliktum pasaulinėje rinkoje, turi visą laiką eiti į priekį, kurti naujus produktus. Matyt, kol mūsų galas buvo prispaustas ir griaustinis trenkė. Tačiau valstybė turi suvokti, kad be naujų įvykių ji atsidurs pasaulio rinkos užribyje ir šiandien, šiuo pereinamuoju laikotarpiu, kol dar nesame priaugę iki normalaus kapitalizmo, ji pirmiausia turi investuoti į naują – valstija. Tada galite perduoti serialo išleidimo kūrimą privačiai įmonei tiek valstybei, tiek verslui naudingomis sąlygomis. Netikiu, kad neįmanoma sugalvoti pagrįstų metodų, kaip sukurti kažką naujo, be jų neverta kalbėti apie plėtrą ir inovacijas.

Yra personalo. Esu Maskvos aviacijos instituto skyriaus vedėjas, kuriame ruošiame ir variklių specialistus, ir lazerių specialistus. Vaikinai yra protingi, nori užsiimti mokomu verslu, bet reikia duoti normalų pradinį impulsą, kad neišeitų, kaip dabar daugelis daro, rašyti programas prekių platinimui parduotuvėse. Tam būtina sukurti tinkamą laboratorinę aplinką, duoti padorų atlyginimą. Sukurti teisingą mokslo ir Švietimo ministerijos sąveikos struktūrą. Ta pati Mokslų akademija sprendžia daugybę su personalo rengimu susijusių klausimų. Iš tiesų, tarp dabartinių akademijos narių, korespondentų, yra daug specialistų, vadovaujančių aukštųjų technologijų įmonėms ir mokslinių tyrimų institutams, galingiems projektavimo biurams. Jie yra tiesiogiai suinteresuoti padaliniais, priskirtais jų organizacijoms, kad išugdytų reikiamus specialistus technologijų, fizikos, chemijos srityse, kad jie iš karto gautų ne tik specializuotą universiteto absolventą, o paruoštą specialistą, turintį šiek tiek gyvenimo ir mokslo bei techninė patirtis. Taip buvo visada: institutuose ir įmonėse, kuriose egzistavo švietimo skyriai, gimdavo geriausi specialistai. Energomash ir NPO Lavochkin turime Maskvos aviacijos instituto „Kometa“filialo skyrius, kuriems vadovauju. Yra senų kadrų, kurie gali perduoti patirtį jauniems. Tačiau laiko liko labai mažai, o nuostoliai bus nepataisomi: norint tiesiog sugrįžti į esamą lygį, teks skirti daug daugiau pastangų, nei šiandien reikia jo išlaikymui.