RS-68

RS-68 (РС-68)
Двигатель RS-68 в ходе испытаний на стенде НАСА в период его разработки.
Тип:	ЖРД
Топливо:	водород
Окислитель:	кислород
Камер сгорания:	1
Страна:	США
Использование:
Время эксплуатации:	2002 год — используется
Применение:	Дельта-4 (первая ступень CBC, боковые блоки CBC варианта Хеви) Арес-5 Созвездие (RS-68B)
Развитие:	RS-68A, RS-68B
Производство:
Конструктор:	Рокетдайн, США
Производилось:	с 1998 года
Массогабаритные характеристики
Масса:	6747 кг
Высота:	5207 мм
Диаметр:	2438 мм
Рабочие характеристики
Тяга:	Вакуум: 348,4 тс Ур. моря: 300,7 тс
Удельный импульс:	Вакуум: 409 c Ур. моря: 359 c
Время работы:	249—259 c
Давление в камере сгорания:	10,26 MPa (101,3 ат)
Степень расширения:	22

РС-68 (англ. Rocket System 68, RS-68, Ракетная система 68) — жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) компании Рокетдайн (англ. Rocketdyne), США. По состоянию на 2009 г являлся самым мощным двигателем, который использует в качестве компонентов топлива жидкий водород (LH2) и кислород (LOX).^[1] Развитие двигателя было начато в 1990-х с целью получения более дешевого и простого в производстве двигателя для первой ступени ракеты-носителя Дельта-4, обладающего большой тягой. Во время работы РС-68 производит тягу 300,7 тонн-силы (тс) (2949 кН) на уровне моря, его модификация RS-68A обладает тягой 317,5 тс (3114 кН), что было продемонстрировано на стендовых испытаниях.^[2] Вариант двигателя RS-68B, который предполагается использовать в качестве основного двигателя в программе НАСА Созвездие, должен иметь на 80 % меньше частей по сравнению с основными двигателями шаттла SSME (RS-24) и примерно в два раза большую тягу на уровне моря.

Обзор

Двигатель РС-68 был разработан в лаборатории Propulsion and Power компании Рокетдайн, расположенной в Лос-Анджелесе, Калифорния для первой ступени одноразовой ракеты-носителя Дельта-4. В камеру сгорания подается жидкий водород и кислород под давлением 104,5 ат (10,25 MPa, уровень тяги 102 %), массовое соотношение смешивания топлива и окислителя 1:6.

При уровне тяги 102 % двигатель производит 343,6 тс (3,37 МН) в вакууме и 300,7 тс (2,95 МН) на уровне моря. Высота двигателя 2,4 м. Масса 6600 кг дает соотношение тяги к массе 51,2; удельный импульс двигателя составляет 410 c в вакууме и 365 c на уровне моря. Управление вектором тяги осуществляется гидравлической системой, диапазон дросселирования от 57 до 102 %.

Основной целью программы разработки RS-68 было создание простого двигателя, который был бы экономически выгоден при одноразовом использовании на ракете-носителе. Для того, чтобы достичь этой цели, двигатель имеет на 80 % меньше деталей по сравнению с двигателем многократного использования SSME (RS-24). Простота и дешевизна двигателя отразилась в худших показателях эффективности по сравнению с RS-24: соотношение тяги к массе RS-68 значительно ниже, удельный импульс меньше на 10 %. Преимуществом является меньшая стоимость постройки нового двигателя: для того, чтобы сделать новый RS-68 для программы Боинга ракеты-носителя Дельта-4, требуется 14 млн американских долларов, против 50 млн на новый RS-24. В то время как высокую стоимость RS-24 предполагалось распределять в ходе многоразового использования, более массивный и дешёвый, обладающий большей на 50 % тягой двигатель RS-68 является более экономически оправданным для одноразового использования.

Двигатель, в отличие от SSME и РД-0120, представляет собой двигатель открытого цикла без дожигания генераторного газа с двумя независимыми турбинами. Камера сгорания использует канально-стенной дизайн (как, например, РД-171) для сокращения стоимости. Эта конструкция, использованная впервые в СССР, включает в себя внутреннюю и внешнюю оболочку топливопроводов, сваренных через разделители, которые формируют охлаждающие каналы. Этот метод приводит к более тяжёлой конструкции, но гораздо дешевле по сравнению с трубочно-стенным дизайном (конструкции данного типа используют сотни трубок, согнутых по форме камеры сгорания и сваренных вместе), который используется в других двигателях. Нижняя часть сопла имеет коэффициент расширения 21,5 и выполнена из абляционного материала. Облицовка внутренней части сопла предназначена для выгорания в ходе работы двигателя, что имеет своей целью отвод тепла и объясняет цвет газовой струи на выходе из сопла, полученной в результате горения водорода и кислорода. Такая конструкция также имеет большую массу по сравнению с трубочно-стенным дизайном сопел, используемым другими двигателями, но также проще и дешевле в производстве.

В то время как первоначальный дизайн был разработан в лаборатории Рокетдайн в Парке Канога (Canoga Park), Калифорния, там же где был разработан SSME, первые пробные образцы двигателей были собраны в полевой лаборатории Санта Сузана, где разрабатывались и испытывались двигатели ракеты-носителя Сатурн-5 для программы Аполлон полетов на Луну. Первые стендовые испытания RS-68 производились на базе лаборатории ВВС США Эдвардс, позднее в космическом центре НАСА имени Стенниса (англ.)русск.. Первое успешное стендовое испытание на базе Эдвардс было завершено 11 сентября 1998 года, первое успешное использование двигателя и успешный запуск ракеты-носителя выполнены 20 ноября 2002 года.

Двигатель RS-68 является частью унифицированного разгонного блока (англ. Common Booster Core, CBC), используемого для создания пяти вариантов ракеты-носителя семейства Дельта-4. Самый тяжёлый вариант, использованный на 2009 год, включает в себя три блока CBC, соединённых вместе. Потенциально возможно использование семи таких блоков в одной ракете-носителе.

Будущее использование

18 мая 2006 года НАСА объявило, что пять двигателей RS-68 предполагается использовать вместо SSME на планируемой Арес-5 Созвездие. НАСА остановила свой выбор на RS-68 по причине его более низкой стоимости — около 20 миллионов долларов после произведённых НАСА усовершенствований. Модификации RS-68 для Арес-5 включают в себя другое аблятивное сопло, обеспечивающее более долгую работу двигателя, более короткую последовательность запуска, изменения в конструкции для уменьшения потерь водорода при запуске и для уменьшения использования гелия в ходе предстартового отсчёта и полёта. Увеличение тяги и удельного импульса предполагается осуществить в рамках отдельной программы модернизации ракеты-носителя Дельта-4.^[3] По имеющейся на 2009 г информации Арес-5 будет использовать шесть RS-68 на центральном блоке. Вариант этого двигателя для ракеты-носителя Арес-5 НАСА будет носить название RS-68B.^[4] Другой проект, DIRECT, также предполагает использование RS-68.

4 апреля 2008 года ВВС США заключило изменённый контракт с Боинг Лонч Сервисес (Boeing Launch Services) Калифорния на 20 млн долл. Изменение контракта дает право Боингу осуществлять демонстрационные испытания на переделанном RS-68, имеющим маркировку «10009». В рамках инициативы гарантированного доступа в космос (англ. Assured Access to Space, AAS) правительство дало право осуществлять работы по разработке оборудования, которое сократит или исключит существующие риски и увеличит надёжность двигателя RS-68.^[5]

25 сентября 2008 года модифицированный RS-68A успешно прошёл первые огневые испытания. RS-68A — усовершенствованная версия RS-68 с изменениями, которые должны обеспечить увеличенный удельный импульс и тягу выше 317,5 тс (3114 кН) на уровне моря. Сертификация двигателя запланирована в 2010 году, с возможностью первого использования в 2011 году.^[2]

Примечания

1. ↑ ATK Propulsion and Composite Technologies помогло запустить спутник Национального разведывательного офиса  (англ.). Alliant Techsystems (19 января 2009).(недоступная ссылка — история) Проверено ???.
2. ↑ ^{1 2} United Launch Alliance: первое огневое испытание RS-68A прошло успешно  (англ.). PRNewswire (???). — «На данный момент RS-68 способен обеспечить тягу 300,7 тс на уровне моря и модифицированный двигатель RS-68A обеспечит более чем 317,5 тс на уровне моря. RS-68A также улучшит удельный импульс или топливную эффективность»  Архивировано из первоисточника 29 марта 2012. Проверено 30 сентября 2008.
3. ↑ Отчёт НАСА о прогрессе исследовательских систем  (англ.). NASA (???). Архивировано из первоисточника 29 марта 2012. Проверено 30 мая 2006.
4. ↑ Обзор: транспортная грузовая система Арес-5  (англ.). NASA (???). Архивировано из первоисточника 29 марта 2012. Проверено 30 сентября 2008.
5. ↑ Boeing Launch Services заключило контракт с ВВС от 04.04.2008, заверенный военно-промышленным комплексом  (англ.). MilitaryIndustrialComplex (???). — «Boeing Launch Services, Huntington Beach, Calif., получило измененный контракт на 20 млн долл. Это изменение контракта дает право Боингу выполнять демонстрационные испытания на переделанном двигателе RS-68, имеющем маркировку 10009»  Архивировано из первоисточника 29 марта 2012. Проверено 30 сентября 2008.

Ссылки

• Rocketdyne’s RS-68 page
• RS-68 at Astronautix
• RS-68 2002 AIAA paper
• First RS-68A hot-fire engine test a success