Почему американцы покупают российские ракетные двигатели РД-180?

Шрифт

ракетные двигатели

Чтобы ответить на вопрос, необходимо вступление: немного теории. Единственный тип двигателей, который способен оторвать ракету от Земли и разогнать до нужнойскорости — это жидкостный ракетный двигатель (ЖРД). Да, про твердотоплиыные я помню, но серийно они применяются только в связке с жидкостными.

Характеристик у ЖРД много, однако нас в данном случае интересуют только четыре:
— Тип топлива
— Тяга
— Удельный импульс
— Цена

Начнём по порядку.
Типы топлива у ЖРД используются разные — на серийно используемых двигателях применяются три основные пары горючего и окислителя. Это водород-кислород, кислород-керосин и гептил-амил. Последняя пара — очень опасные яды, первые две при попадании в атмосферу испаряются и окружающей среде вреда не наносят. Соответственно, остаётся два варианта горючего — керосин и водород. Водород позволяет получить больший удельный импульс (об этом — ниже), но у него меньше плотность, что требует увеличения размеров топливного бака.

Двигатель проектируется только под один тип топлива, и изменить это — фактически создать новый двигатель. При этом в СССР-России водородные двигатели практически не использовались. Однако СССР-Россия лидирует по керосиновым двигателям — так, в США не создан (и не планируется) керосиновый двигатель закрытого цикла, который более эффективен, чем ЖРД с открытым циклом. Однако реализовать закрытый цикл сложнее.

Удельный импульс (УИ) — это характеристика количества движения, которое способен создать двигатель, израсходовав единицу топлива. Соответственно чем выше УИ, тем более эффективен двигатель, потому что при том же расходе топлива может создать больше тяги или работать больше времени. УИ считается также одной из главных характеристик эффективности двигателя.

Зависит он от топлива. Так, пара кислород-водород теоретически позволяет получить в вакууме импульс в 428 секунд. Кислород-керосин — 335 с, гептил-амил — 318 с. Измеряется она в секундах — т.е. сколько секунд двигатель способен создавать тягу в 1 кгс, истратив при этом 1 кг топлива. В реальной жизни УИ будет меньше, потому что идеального двигателя не бывает. Снижает импульс и открытая схема двигателя — при ней часть топлива, которая приводит в действие насосы, сбрасывается и не участвует в создании тяги.

Тяга двигателя — это сила, которую двигатель способен приложить к ракете. изменяется в ньютонах или тонн-силах (тс). Больше двигатель — больше тяга, тут всё просто. Также следует помнить, что тяга (как и удельный импульс) в вакууме больше, чем в атмосфере.

И наконец, цена. Она важна, потому что двигатели покупаются и продаются (см. заголовок)Однако нам будет важна нем абсолютная цена, а стоимость двигателя в пересчёте на тонн-силу тяги — ведь можно поставить десяток дешевых маленьких двигателей, а можно — один большой и дорогой.

Однако это и самый недоступный параметр. Секунды и тонны есть в общем доступе, точный цен — нет. Цена продажи и себестоимость могут отличаться очень сильно. А уж пересчитать цену созданного при плановой экономике полвека назад двигателя в современные доллары или рубли и вовсе нереально.

Здесь, естественно, следует учитывать и страну разработки, и массовость, и ещё кучу других факторов. Больше зарплаты конструкторов — больше стоимость двигателя, например.

С теорией разобрались, переходим к примерам.

В 60-х годах в США для полёта на Луну был создан самый мощный (на тот момент) ЖРД — однокамерный керосиновый F-1, с тягой в 690 тс на уровне моря. А вот удельный импульс — всего 265 секунд. Двигатель мощный, но не особо эффективный.

ракетные двигатели

Для лунной программы СССР был создан НК-15, а позе на его базе — НК-33. Тоже керосиновый и однокамерный, но тяга — всего 151 тс на уровне моря. Зато удельный импульс — 297 секунд. Эффективность выше, но меньшая тяга потребовала установки тридцати двигателей на первую ступень Н-1 (против пяти у Saturn-V).

В 1970-х в СССР создаётся РД-170, тоже керосиноый, но четырёхкамерный. На четыре сопла установлен общий турбонасос и другие системы. Тяга на уровне моря — 740 тс, удельный импульс — 309 с на уровне моря, 337 с в вакууме.

Почему США покупают российские ракетные двигатели РД-180?
В тех же семидесятых в США создаётся однокамерный RS-25 для Шаттла. Тяга — 181 тс, то есть примерно столько же, сколько приходится на одно сопло у РД-170. А вот УИ выше — 363 с на уровне моря, 452 с в вакууме. Причина — в другом горючем, водороде.

В 90-х по заказу США на базе РД-170 создаётся его «половинка» — РД-180. Топливо остаётся то же, удельный импульс практически не меняется — 337 и 311 с. Тяга закономерно снижается вдвое — до 390 тс. Цена — «по мнению ряда экспертов», от 11 до 15 миллионов долларов (получается 28…38 тысяч долларов за тс).

ракетные двигатели

В тех же 90-х в США создаётся однокамерный RS-68. Горючее — водород, тяга — 289 тс, удельный импульс — 359 с на уровне моря, 409 с в вакууме. Цена — порядка 20 миллионов долларов (69к$ за тс).

И наконец Merlin 1D, установленный на Falcon 9. Керосиновый, однокамерный, открытая схема. Удельный импульс — 282 с на уровне моря, тяга — 74 тс. Цена — мне встречалась оценка в 1,5 или 2,12 миллиона (20… 29 тысяч долларов за тс).

А теперь попробуем ответить на популярные вопросы.

ракетные двигатели

Потому что это было дёшево. Я не знаю, сколько именно получал конструктор или рабочий в 90-х в США и сколько в России, но думаю, что разница — примерно на порядок. Поэтому на волне мра-дружбы жвачки оплатить разработку двигателя на базе уже существующего вышло дешевле, чем использовать свои. К тому же, если использовать керосин, то тут у России преимущество — США отстают в таких двигателях.

Почему же они не летают на своих двигателях?

Опять же — потому что цена. Некоторые запуски делаются и на своих (см. Delta IV), но не все.

Почему они продолжают покупать, несмотря на санкции?

Потому что это по-прежнему дешевле и эффективнее, чем разрабатывать свой двигатель или новую ракету под существующие.
А Россия (минутка политики) эмбарго на импорт продуктов наложила, а на экспорт двигателей — почему-то нет. Вот торговля и продолжается.

А как же Маск и его замечательные двигатели?

Посмотрите на характеристики ещё раз. Эффективность ниже, тяга ниже — понадобится полная переработка ракеты (с падением полезной нагрузки), чтобы вместо одного РД-180 поставить пять Мерлинов.

А как же Маск и его замечательные ракеты?

Госконтракты — штука тонкая. А ракета довольно молодая. Поэтому тендер на разработку корабля и доставку грузов к МКС выиграли, а вот на запуск военных спутников (другие требования к надёжности и массе) не получилось. Но это чисто моё мнение, у вас может быть другое.

Итак, что мы видим в итоге?

США покупают российские ракетные двигатели, потому что это самые эффективные двигатели на керосине, и при этом дешёвые. Однако и свои двигатели у США тоже есть и используются.

Автор: konstboyarov

Смотрите также: Межконтинентальная баллистическая ракета: как это работает


Оставить комментарий
Лучшие посты
О чём говорит ваша манера вождения авто О чём говорит ваша манера вождения авто Российские знаменитости на детских фото Российские знаменитости на детских фото Как понять своего кота: Краткий человеко-кошачий словарь Как понять своего кота: Краткий человеко-кошачий словарь Безумные фото из социальных сетей Безумные фото из социальных сетей Женские перлы из социальных сетей: ой, всё! Женские перлы из социальных сетей: ой, всё! Фото, на которые нужно посмотреть как минимум дважды Фото, на которые нужно посмотреть как минимум дважды Минский пенсионер расправился с 4 нацистами Минский пенсионер расправился с 4 нацистами Неожиданные родственные связи среди звёзд Неожиданные родственные связи среди звёзд Смешные картинки и комментарии на новогоднюю и околоновогоднюю тематику Смешные картинки и комментарии на новогоднюю и околоновогоднюю тематику Окошко между ванной и кухней Окошко между ванной и кухней Яркие фотографии о событиях в мире Яркие фотографии о событиях в мире Неоднозначный подарок от мамы на Рождество Неоднозначный подарок от мамы на Рождество Советские женщины, которых приговорили к смертной казни Советские женщины, которых приговорили к смертной казни «В 2017 году» — Диафильм 1960 года «В 2017 году» — Диафильм 1960 года Когда размер имеет большое значение Когда размер имеет большое значение Интересные факты обо всем на свете Интересные факты обо всем на свете Как Вася бурундука ловил Как Вася бурундука ловил Позитив из ушедшей эпохи Позитив из ушедшей эпохи Юмор в картинках про Новый год Юмор в картинках про Новый год Веселимся вместе с социальными сетями Веселимся вместе с социальными сетями Невероятные факты, которые на самом деле чистая правда Невероятные факты, которые на самом деле чистая правда Сандра Бурмистрова ищет богатого ухажёра Сандра Бурмистрова ищет богатого ухажёра Победители фотоконкурса «Дикая природа России-2016» Победители фотоконкурса «Дикая природа России-2016» 7 важных законов, которые вступают в силу с 1 января 2017 года 7 важных законов, которые вступают в силу с 1 января 2017 года Хулиганский террор в Советской России 20-х годов Хулиганский террор в Советской России 20-х годов Убийственная сила инженерной мысли Убийственная сила инженерной мысли Кошмарные Башни молчания Кошмарные Башни молчания Забавные комментарии из интернета Забавные комментарии из интернета Премию Дарвина в студию! Премию Дарвина в студию! Случайно найденные капсулы времени Случайно найденные капсулы времени
Еще посты