НК-33
 Российский НК-33 был модифицирован и переименован в AJ26-58 компанией Aerojet . Этот AJ26-58 показан на испытательном стенде в Космическом центре Джона К. Стенниса . | |
| Страна происхождения |  Советский Союз |
|---|---|
| Дата | 1970-е годы |
| Дизайнер | ОКБ Кузнецова |
| Производитель | JSC Kuznetsov (Mashinostroitel) |
| Приложение | Двигатель 1/2 ступени |
| Связанный ЛВ | |
| Предшественник | НК-15 , НК-15В |
| Преемник | АДЖ26-58, АДЖ26-59, АДЖ26-62 |
| Жидкотопливный двигатель | |
| Порох | ЛОКС / РП-1 |
| Цикл | Поэтапное сжигание |
| Насосы | Турбонасос |
| Производительность | |
| Тяга, вакуум | 1680 кН (380 000 фунтов силы ) |
| Тяга, на уровне моря | 1510 кН (340 000 фунтов силы ) |
| Диапазон дроссельной заслонки | 50–105% |
| Соотношение тяги к весу | 137 |
| в камере Давление | 14,83 МПа (2151 фунт на квадратный дюйм) |
| Удельный импульс , вакуум | 331 с (3,25 км/с) |
| Удельный импульс , на уровне моря | 297 с (2,91 км/с) |
| Размеры | |
| Длина | 3,7 м (12 футов) |
| Диаметр | 2 м (6 футов 7 дюймов) |
| Сухая масса | 1240 кг (2730 фунтов) |
| Ссылки | |
| Ссылки | [1] |
НК -33 и НК-43 — ракетные двигатели , спроектированные и построенные в конце 1960-х — начале 1970-х годов ОКБ Кузнецова . Обозначение НК образовано от инициалов главного конструктора Николая Кузнецова . НК-33 был одним из самых мощных ракетных двигателей LOX / RP-1 на момент его создания, с высоким удельным импульсом и малой конструкционной массой. Они предназначались для злополучной советской ракеты Н1Ф « Луна», которая представляла собой модернизированную версию Н1. Ракетный двигатель НК-33А сейчас используется на первой ступени ракеты-носителя «Союз-2-1в» . Когда запасы двигателей НК-33 исчерпаются, Россия поставит новый ракетный двигатель РД-193 . Раньше это были двигатели первой ступени ракеты Antares 100 , хотя эти двигатели переименованы в AJ-26, а в более новых сериях ракет Antares 200 и Antares 200+ в качестве двигателей первой ступени используется РД-181 , который представляет собой модифицированную модификацию. РД-191, но имеет некоторые общие свойства, например, одну камеру сгорания, в отличие от двух камер сгорания, используемых в РД-180 Атласа V, и четырех камер сгорания, используемых в РД -191. РД-170 семейств ракет «Энергия» и «Зенит», а также ракетные двигатели РД-107 , РД-108 , РД-117 и РД-118 , используемые на всех вариантах ракеты «Союз».
Дизайн
[ редактировать ]
Двигатели серии НК-33 представляют собой двигатели высокого давления с регенеративным охлаждением и обогащенным кислородом ступенчатым циклом сгорания двухкомпонентные ракетные . Турбонасосам требуется переохлажденный жидкий кислород (LOX) для охлаждения подшипников. [2] Соединенные Штаты не исследовали технологии сжигания, богатые кислородом, до проекта Integrated Powerhead Demonstrator в начале 2000-х годов. [3] Однако Советы усовершенствовали этот метод.
Проблема в том, что горячий кислород под высоким давлением должен течь по всему двигателю. Если бы поверхности, контактирующие с этим кислородом, были голыми металлами, они бы подверглись коррозии слишком быстро. Проблема была решена путем нанесения инертного эмалевого покрытия на все металлические поверхности, контактирующие с горячим кислородом. [4]
Двигатель НК-33 имеет одну из самых высоких показателей тяговооруженности среди всех ракетных двигателей, запускаемых с Земли; только двигатели НПО Энергомаш РД-253 , SpaceX Merlin 1D и SpaceX Raptor достигают более высокого передаточного числа. НК-43 аналогичен НК-33, но предназначен для разгонного блока, а не первой ступени. Он имеет более длинное сопло, оптимизированное для работы на высоте, где давление окружающего воздуха практически отсутствует. Это придает ему более высокую тягу и удельный импульс, но делает его длиннее и тяжелее. Его тяговооруженность составляет примерно 120:1. [5]
Предшественниками НК-33 и НК-43 являются более ранние двигатели НК-15 и НК-15В соответственно.
Технология обогащения кислородом сохранилась в двигателях РД-170/-171 , их РД-180 и недавно разработанных модификациях РД-191 , но эти двигатели не имеют прямой связи с НК-33, за исключением ступенчатого сгорания с высоким содержанием кислорода. технология цикла, топливо керосин/РП-1, а в случае РД-191 и его вариантов, таких как РД-193 и РД-181, однокамерная камера сгорания вместо нескольких камер в предыдущих российских ракетных двигателях.
История
[ редактировать ]Н-1
[ редактировать ]Первоначально в пусковой установке Н-1 использовались двигатели НК-15 на первой ступени и высотная модификация (НК-15В) на второй ступени. После четырех неудачных запусков подряд и безуспешного проекта проект был отменен. В то время как другие аспекты машины модифицировались или перепроектировались, Кузнецов улучшил свой вклад в НК-33 и НК-43 соответственно. [6] Машина 2-го поколения должна была называться Н-1Ф. К этому моменту лунная гонка была уже давно проиграна, и советская космическая программа рассматривала «Энергию » как тяжелую ракету-носитель. Ни один Н-1Ф так и не достиг стартовой площадки. [7]
Когда программа Н-1 была закрыта, все работы по проекту было приказано уничтожить. Вместо этого бюрократ забрал двигатели стоимостью в миллионы долларов каждый и хранил их на складе. Слух о двигателях в конечном итоге распространился по США. Почти через 30 лет после их постройки на склад привели инженеров-ракетчиков. Позже один из двигателей был доставлен в США, и точные характеристики двигателя были продемонстрированы на испытательном стенде. [7]
Конструкция камеры сгорания
[ редактировать ]Технология замкнутого цикла с высоким содержанием кислорода НК-33 работает за счет направления выхлопов вспомогательных двигателей в основную камеру сгорания. В этой конструкции полностью нагретый жидкий O 2 проходит через предварительную горелку в основную камеру. Чрезвычайно горячая, богатая кислородом смесь делала двигатель опасным: было известно, что он плавил отливки толщиной 3 дюйма (76 мм), «как свечной воск». [ нужна ссылка ] . Поэтапное сжигание с высоким содержанием окислителя рассматривалось американскими инженерами, но не считалось возможным из-за ресурсов, которые, как они предполагали, потребуются конструкции для работы. [8] Одним из разногласий в Кремле по поводу поставок двигателя в США было то, что конструкция двигателя была аналогична конструкции двигателя российской межконтинентальной баллистической ракеты. Конструкция НК-33 была использована в более позднем двигателе РД-180 , который был вдвое больше НК-33. Двигатели РД-180 использовались (по состоянию на 2016 год) для питания Atlas V. ракеты Эта компания также приобрела лицензию на производство новых двигателей. [9] [10] [11]
Продажа двигателей Aerojet
[ редактировать ]В «Лесе моторов», по описанию инженеров, побывавших на складе, сохранилось около 60 двигателей. В середине 1990-х годов Россия продала компании Aerojet General 36 двигателей по 1,1 миллиона долларов каждый, отправив их на завод компании в Сакраменто, Калифорния. [12] Во время испытаний двигателя в Сакраменто двигатель соответствовал своим характеристикам.
Компания Aerojet модифицировала и переименовала обновленные НК-33 в AJ26-58 , AJ-26-59 и AJ26-62 , а НК-43 в AJ26-60 . [9] [10] [11] [13]
Кисты К-1
[ редактировать ]Kistler Aerospace, позже названная Rocketplane Kistler (RpK), спроектировала свою ракету К-1 на основе трех НК-33 и НК-43. 18 августа 2006 года НАСА объявило, что RpK была выбрана для разработки услуг коммерческой орбитальной транспортировки для Международной космической станции . План предусматривал демонстрационные полеты в период с 2008 по 2010 год. RpK получила бы до 207 миллионов долларов, если бы они выполнили все задачи НАСА. [14] [15] [16] но 7 сентября 2007 года НАСА опубликовало письмо по умолчанию, в котором предупредило, что оно расторгнет соглашение COTS с Rocketplane Kistler через 30 дней, поскольку RpK не выполнила несколько этапов контракта. [17]
Антарес
[ редактировать ]
Первоначальная версия Orbital Sciences Antares ракеты-носителя легкой и средней грузоподъемности имела две модифицированные НК-33 на первой ступени, твердотельную вторую ступень на базе Castor 30 и дополнительную твердотопливную или гиперголическую третью ступень. [18] НК-33 были импортированы из России в США, модифицированы и переименованы в Aerojet AJ26. Это включало удаление некоторых электрических проводов, добавление американской электроники, квалификацию для американского топлива и модификацию системы рулевого управления. [19]
В 2010 году накопленные двигатели НК-33 были успешно испытаны для использования на компании Orbital Sciences . Antares ракете-носителе легкой и средней грузоподъемности [19] Ракета «Антарес» была успешно запущена с космодрома НАСА в Уоллопсе 21 апреля 2013 года. Это стал первым успешным запуском традиционных двигателей НК-33, построенных в начале 1970-х годов. [20]
Aerojet согласилась отремонтировать достаточное количество НК-33 для выполнения контракта Orbital на 16 полетов НАСА по коммерческому снабжению . Кроме того, у него был запас из 23 двигателей 1960-х и 1970-х годов. «Кузнецов» больше не производит двигатели, поэтому «Орбитал» стремилась закупить РД-180 двигатели . Поскольку НПО «Энергомаш контракт » с United Launch Alliance препятствовал этому, Orbital подала в суд на ULA, обвинив его в нарушении антимонопольного законодательства. [21] Aerojet предложила Кузнецову возобновить производство новых двигателей НК-33, чтобы гарантировать Orbital постоянные поставки. [22] были предложены производственные дефекты турбонасоса с жидким кислородом и конструктивные недостатки в узле гидравлического баланса и упорных подшипниках Однако в качестве двух возможных причин неудачного запуска Антареса в 2014 году . [23] Как было объявлено 5 ноября 2014 года, Orbital решила снять первую ступень AJ-26 с «Антареса» и найти альтернативный двигатель. 17 декабря 2014 года компания Orbital Sciences объявила, что будет использовать НПО «Энергомаш РД-181» на ракетах-носителях второго поколения «Антарес», и заключила прямой контракт с НПО «Энергомаш» на поставку до 60 двигателей РД-181. используются два двигателя . На первой ступени Antares 100-й серии [24]
Текущее и предлагаемое использование
[ редактировать ]РКК "Энергия" предлагает ракету-носитель "Аврора-Л.СК", в которой будет использоваться НК-33 для питания первой ступени и Блок ДМ-СЛ для второй ступени. [25]
Soyuz-2-1v
[ редактировать ]В начале 2010-х годов семейство ракет-носителей «Союз» было модернизировано двигателем НК-33 - с меньшим весом и большей эффективностью для увеличения полезной нагрузки; более простая конструкция и использование избыточного оборудования может фактически снизить затраты. [26] ЦСКБ-Прогресс использует НК-33 в качестве двигателя первой ступени облегченной версии семейства ракет «Союз» — «Союз-2-1в» . [27] НК-33А, предназначенный для корабля «Союз-2-1в», был успешно запущен 15 января 2013 года. [28] после серии холодных огневых и системных испытаний полностью собранного корабля «Союз-1» в 2011–2012 годах. [29] Ракета с двигателем НК-33 получила окончательное обозначение «Союз-2-1в» , ее первый полет состоялся 28 декабря 2013 года. Один двигатель НК-33 заменяет центральный РД-108 на «Союзе» , при этом четыре ускорителя первой ступени исключены. Вариант ракеты «Союз» с четырьмя ускорителями с двигателями НК-33 (по одному двигателю на разгонный) не построен, что приводит к уменьшению полезной нагрузки по сравнению с ракетой- носителем «Союз-2» .
Версии
[ редактировать ]За прошедшие годы было выпущено множество версий этого двигателя:
- НК-15 ( индекс ГРАУ 11Д51 ): Начальная версия первой ступени Н1 .
- НК-15В (индекс ГРАУ 11Д52 ): модифицированный НК-15, оптимизированный для работы в вакууме, используемый на второй ступени Н1 .
- НК-33 (индекс ГРАУ 11Д111 ): улучшенная версия первой ступени Н1Ф , никогда не летавшая.
- НК-43 (индекс ГРАУ 11Д112 ): НК-33 с вакуумной оптимизацией для второй ступени Н1Ф , никогда не летал.
- AJ26-58 и AJ26-59 : модифицированный НК-33 компании Aerojet Rocketdyne . Планируется использовать на Кистлер К-1 .
- AJ26-62 : Модифицированный НК-33 с дополнительным карданным механизмом производства Aerojet Rocketdyne . Используется на первой ступени Antares 100-й серии .
- НК-33А (индекс ГРАУ 14Д15 ): восстановленный НК-33. Используется на первой ступени корабля «Союз-2-1в» .
- НК-33-1 : Модернизированный НК-33 с карданным механизмом. Планируется использовать на основной ступени корабля «Союз-2.3».
Галерея
[ редактировать ]-
Ракетный двигатель Aerojet AJ26 доставляется в Космический центр Джона К. Стенниса. -
НАСА Администратор Чарльз Болден (слева) и директор Космического центра Джона К. Стенниса Патрик Шойерман наблюдают за испытательным запуском первого летного двигателя Aerojet AJ26.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ЖРД НК-33 (11Д111) и НК-43 (11Д112)» (на русском языке) . Проверено 1 апреля 2015 г.
- ^ «Орбитальный АТК готов ко второй жизни Антареса» . НАСАКосмический полет . 21 января 2016 года . Проверено 18 марта 2016 г.
- ^ Двигатель-демонстратор технологий ВВС США и НАСА для будущих ракет-носителей успешно запущен во время первоначальных полноценных испытаний .
- ^ Многоразовая бустерная система: обзор и оценка . Национальная академическая пресса. Январь 2013. с. 29 . Проверено 23 июля 2024 г.
- ↑ Запись Astronautix NK-43. Архивировано 28 октября 2007 г. в Wayback Machine.
- ^ Линдроос, Маркус. Советская пилотируемая лунная программа Массачусетский технологический институт . Доступ: 4 октября 2011 г.
- ^ Перейти обратно: а б Клифтон, Дэн (1 марта 2001 г.). «Двигатели, пришедшие с мороза» . Канал 4 . Лондон. Идеальный мир производства . Проверено 3 января 2014 г.
- ↑ Канал «История космодрома» , интервью с инженерами Aerojet и Кузнецова об истории поэтапного сгорания.
- ^ Перейти обратно: а б «Космический подъемник» . Аэроджет. Апрель 2011 г. Архивировано из оригинала 14 августа 2011 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кларк, Стивен (19 декабря 2010 г.). «Главный двигатель Taurus 2 прошел испытания на рулевое управление с подвесом» . Космический полет сейчас . Тонбридж, Кент, Великобритания. Архивировано из оригинала 29 октября 2013 года . Проверено 3 января 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б «НК-33» . Марк Уэйд (Энциклопедия астронавтики). Архивировано из оригинала 25 июня 2002 года . Проверено 25 марта 2006 г.
- ^ «Космическое движение | Разработка американского двигателя Kerolox с замкнутым контуром, застрявшего на второй передаче — SpaceNews.com» . 12 июля 2013 года . Проверено 17 сентября 2016 г.
- ^ «МОДИФИКАЦИЯ И ПРОВЕРОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ РОССИЙСКОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ НК-33 ДЛЯ МНОГОРАЗОВОГО И ПЕРЕЗАПУСКАЕМОГО ПРИМЕНЕНИЯ» (PDF) . Аэроджет и ГНТЦ им. Н.Д. Кузнецова. Архивировано (PDF) из оригинала 9 марта 2019 года . Проверено 17 августа 2020 г. .
- ^ «НАСА выбирает экипаж, партнеров по запуску грузов» . Космический полет сейчас. 18 августа 2006 г.
- ^ «НАСА выбирает экипаж и транспортировку грузов для орбитальных партнеров» . КосмическаяСсылка. 18 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 26 мая 2012 г.
- ^ Алан Бойл (18 августа 2006 г.). «SpaceX и Rocketplane выиграли конкурс космических кораблей» . Новости Эн-Би-Си . Архивировано из оригинала 4 ноября 2013 года.
- ^ «Контракт COTS с РпК расторгнут» (пресс-релиз). Авиационная неделя. 10 сентября 2007 г. Архивировано из оригинала 12 мая 2011 г. . Проверено 10 сентября 2007 г.
- ^ «Антарес» (PDF) . Орбитальный .
- ^ Перейти обратно: а б Кларк, Стивен (15 марта 2010 г.). «Aerojet подтверждает, что российский двигатель готов к работе» . Космический полет сейчас. Архивировано из оригинала 13 августа 2013 года . Проверено 18 марта 2010 г.
- ^ Билл Чаппелл (21 апреля 2013 г.). «Запуск ракеты «Антарес» прошел успешно при испытании орбитального корабля снабжения» . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР.
- ^ Дэн Леоне (24 июня 2013 г.). «Orbital подает в суд на ULA, требует двигателей РД-180 и возмещения ущерба на 515 миллионов долларов» . Космические новости . Архивировано из оригинала 30 октября 2013 года.
- ^ Эми Батлер (24 июня 2013 г.). «Orbital разочарована отсутствием вариантов двигателя Antares» . Неделя авиации и космических технологий . Архивировано из оригинала 29 октября 2013 года.
- ^ Кларк, Стивен (1 ноября 2015 г.). «Два зонда отказа Antares дают разные результаты» . Космический полет сейчас . Проверено 1 ноября 2015 г.
- ^ Морринг, Фрэнк младший (16 декабря 2014 г.). «Модернизация Antares будет использовать РД-181 при прямых закупках у Энергомаша» . Авиационная неделя . Проверено 28 декабря 2014 г.
- ^ «РКК «Энергия» им. С.П. Королева – ПУСК» . Энергия. Архивировано из оригинала 27 мая 2008 года . Проверено 15 января 2008 г.
- ^ «Ракета Союз-1 (Союз-2-1в)» . Российская космическая паутина. Ноябрь 2010 г.
- ^ Зак, Анатолий. «Ракета Союз-1» . Российская космическая паутина . Проверено 7 марта 2010 г.
- ^ «Испытание двигателя НК-33 прошло успешно» . Самара сегодня. 15 января 2013 года . Проверено 3 марта 2013 г.
- ^ «Космонавтика – о Николае Пилле »
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Двигатели, пришедшие с холода! , «Равноденствие» , Телекомпания «Четвертый канал» , 2000. Документальный видеоролик о разработке российского ракетного двигателя НК-33 и его предшественников для ракеты Н1. (История НК-33 начинается в 24:15–26:00 (программа закрыта в 1974 году); возрождение 1990-х годов и возможная продажа оставшихся двигателей со склада начинается в 27:25; первое использование при запуске ракеты в США в мае 2000 года. )
- Технические характеристики НК-33
- Технические характеристики и конструкция основных узлов НК-33 (на русском языке)
НК-33 .
| Жидкость топливо |
|  | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Твердый топливо |
| |||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||