Miks ei saa ameeriklased teha kosmosemootoreid?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Maailma parimate vedelkütusega rakettmootorite looja, akadeemik Boriss Katorgin selgitab, miks ameeriklased ei saa ikka veel korrata meie saavutusi selles vallas ja kuidas hoida nõukogude edumaa tulevikus.

21. juunil autasustati Peterburi majandusfoorumil Global Energy Prize’i võitjaid. Erinevatest riikidest pärit tööstusekspertidest koosnev autoriteetne komisjon valis 639 esitatud taotluse hulgast välja kolm ja nimetas 2012. aasta preemia laureaadid, mida tavaliselt nimetatakse "Nobeli elektriinseneride preemiaks". Selle tulemusel jagasid tänavu 33 miljonit lisatasu rubla kuulus Suurbritannia leiutaja, professor Rodney John Allam ja kaks meie silmapaistvat teadlast - Venemaa Teaduste Akadeemia akadeemikud Boriss Katorgin ja Valeri Kostjuk.

Kõik kolm on seotud krüogeense tehnoloogia loomisega, krüogeensete toodete omaduste uurimisega ja nende rakendamisega erinevates elektrijaamades. Akadeemik Boris Katorgin pälvis auhinna "krüogeensetel kütustel töötavate ülitõhusate vedelkütusega rakettmootorite väljatöötamise eest, mis tagavad kosmosesüsteemide usaldusväärse töö kõrgete energiaparameetritega kosmose rahumeelseks kasutamiseks". Rohkem kui viiskümmend aastat ettevõttele OKB-456 (nüüd NPO Energomash) pühendanud Katorgini otsesel osalusel loodi vedelkütusega rakettmootorid (LRE), mille jõudlust peetakse siiani maailma parimaks. Katorgin ise tegeles mootorite tööprotsessi korraldamise, kütusekomponentide segu moodustamise ja põlemiskambris pulsatsiooni kõrvaldamise skeemide väljatöötamisega. Tuntud on ka tema põhitöö kõrge eriimpulsiga tuumarakettmootorite (NRE) alal ja arendused võimsate pidevate keemiliste laserite loomise vallas.

Venemaa teadusmahukate organisatsioonide jaoks kõige raskematel aegadel, aastatel 1991–2009, juhtis Boriss Katorgin MTÜd Energomash, mis ühendas peadirektori ja peadisaineri ametikohad ning suutis mitte ainult hoida ettevõtet, vaid ka luua mitmeid uusi mootorid. Mootorite sisetellimuse puudumine sundis Katorginit otsima klienti välisturult. Üks uutest mootoritest oli RD-180, mis töötati välja 1995. aastal spetsiaalselt Ameerika korporatsiooni Lockheed Martini korraldatud hankel osalemiseks, mis valis toona uuendatavale kanderaketile Atlase vedelkütusel töötava rakettmootori. Selle tulemusena sõlmis NPO Energomash lepingu 101 mootori tarnimiseks ja oli 2012. aasta alguseks tarninud USA-sse juba üle 60 raketimootori, millest 35 kasutati edukalt Atlases erinevatel eesmärkidel satelliitide saatmisel..

Enne auhinna üleandmist vestles Ekspert akadeemik Boriss Katorginiga vedelkütusega rakettmootorite arendamise seisust ja väljavaadetest ning selgitas välja, miks peetakse neljakümne aasta tagustel arendustel põhinevaid mootoreid endiselt uuenduslikeks ning RD-180. ei saanud Ameerika tehastes uuesti luua.

- Boriss Ivanovitš, mis on täpselt teie teene kodumaiste vedelkütuse reaktiivmootorite loomisel, mida praegu peetakse maailma parimateks?

- Et seda võhikule selgitada, on ilmselt vaja erilisi oskusi. Vedelkütusega rakettmootorite jaoks töötasin välja põlemiskambrid, gaasigeneraatorid; üldiselt juhendas ta mootorite endi loomist kosmose rahumeelseks uurimiseks. (Põlekambrites segatakse ja põletatakse kütus ja oksüdeerija ning moodustub kogus kuumi gaase, mis seejärel läbi düüside väljutatuna loovad tegeliku joa tõukejõu; gaasigeneraatorid põletavad ka kütusesegu, kuid juba selleks ajaks. turbopumpade töö, mis pumpavad kütust ja oksüdeerijat tohutu rõhu all samasse põlemiskambrisse. - "Ekspert".)

- Räägite rahumeelsest kosmoseuuringutest, kuigi on ilmne, et kõik NPO Energomashis loodud mootorid, mille tõukejõud on mitukümmend kuni 800 tonni, olid mõeldud peamiselt sõjalisteks vajadusteks.

- Me ei pidanud heitma ainsatki aatomipommi, me ei toimetanud sihtmärgile ühtegi tuumalaengut oma rakettidel ja jumal tänatud. Kõik sõjalised arengud läksid rahulikku ruumi. Võime olla uhked meie raketi- ja kosmosetehnoloogia tohutu panuse üle inimtsivilisatsiooni arengusse. Tänu astronautikale sündisid terved tehnoloogilised klastrid: kosmosenavigatsioon, telekommunikatsioon, satelliittelevisioon ja sensorsüsteemid.

- Mandritevahelise ballistilise raketi R-9 mootor, mille kallal te töötasite, oli siis peaaegu kogu meie mehitatud programmi aluseks.

- Veel 1950. aastate lõpus tegin arvutus- ja katsetöid, et parandada segu moodustumist mootori RD-111 põlemiskambrites, mis oli mõeldud just selle raketi jaoks. Töö tulemusi kasutatakse endiselt sama Sojuzi raketi modifitseeritud mootorites RD-107 ja RD-108, nendega tehti umbes kaks tuhat kosmoselendu, sealhulgas kõik mehitatud programmid.

- Kaks aastat tagasi intervjueerisin teie kolleegi, ülemaailmse energia preemia laureaadi akadeemikut Aleksandr Leontjevit. Vestluses laiemale avalikkusele suletud spetsialistidest, kelleks Leontjev ise kunagi oli, mainis ta Vitali Ievlevit, kes samuti meie kosmosetööstuse heaks palju ära tegi.

- Paljud kaitsetööstuses töötanud akadeemikud olid salastatud - see on fakt. Nüüd on palju salastatust kustutatud – ka see on fakt. Tean Aleksander Ivanovitšit väga hästi: ta töötas arvutusmeetodite ja erinevate rakettmootorite põlemiskambrite jahutamise meetodite loomisega. Selle tehnoloogilise probleemi lahendamine polnud lihtne, eriti kui hakkasime maksimaalse eriimpulsi saamiseks maksimaalselt välja pigistama kütusesegu keemilist energiat, tõstes muuhulgas rõhku põlemiskambrites 250 atmosfäärini. Võtame meie võimsaima mootori – RD-170. Kütusekulu koos oksüdeeriva ainega - petrooleum koos mootorit läbiva vedela hapnikuga - 2,5 tonni sekundis. Soojusvood selles ulatuvad 50 megavatini ruutmeetri kohta - see on tohutu energia. Põlemiskambri temperatuur on 3,5 tuhat kraadi Celsiuse järgi. Põlemiskambrile oli vaja välja mõelda spetsiaalne jahutus, et see töötaks arvutatult ja taluks termopead. Aleksander Ivanovitš tegi just seda ja pean ütlema, et ta tegi suurepärast tööd. Vitali Mihhailovitš Ievlev - Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige, tehnikateaduste doktor, professor, kes kahjuks suri üsna varakult, - oli kõige laiema profiiliga teadlane, omas entsüklopeedilist eruditsiooni. Sarnaselt Leontjeviga töötas ta palju kõrgepingeliste soojusstruktuuride arvutamise metoodika kallal. Nende töö kuskil ristus, kuskil integreeriti ja selle tulemusena saadi suurepärane meetod, mille abil on võimalik arvutada mis tahes põlemiskambrite soojusintensiivsus; nüüd võib seda kasutades seda teha iga õpilane. Lisaks osales Vitali Mihhailovitš aktiivselt tuuma- ja plasmarakettmootorite väljatöötamises. Siin ristusid meie huvid aastatel, mil Energomash tegi sama.

- Vestluses Leontjeviga puudutasime RD-180 energomash mootorite müüki USA-s ja Aleksandr Ivanovitš ütles, et see mootor on paljuski just RD-170 loomise ajal tehtud arenduste tulemus., ja mõnes mõttes pool. Kas see on tõesti skaleerimise tulemus?

- Iga uues dimensioonis mootor on loomulikult uus aparaat. 400-tonnise tõukejõuga RD-180 on tegelikult poole väiksem kui 800-tonnise tõukejõuga RD-170. Meie uue Angara raketi jaoks mõeldud RD-191 tõukejõud on 200 tonni. Mis on neil mootoritel ühist? Kõigil neil on üks turbopump, kuid RD-170-l on neli põlemiskambrit, "Ameerika" RD-180-l kaks ja RD-191-l üks. Iga mootor vajab oma turbopumbaseadet - lõppude lõpuks, kui neljakambriline RD-170 tarbib umbes 2,5 tonni kütust sekundis, mille jaoks töötati välja turbopump võimsusega 180 tuhat kilovatti, mis on rohkem kui kaks korda suurem kui näiteks aatomijäämurdja "Arktika" reaktori võimsus, siis kahekambriline RD-180 - ainult pool, 1, 2 tonni. RD-180 ja RD-191 turbopumpade väljatöötamisel osalesin otseselt ja samal ajal juhtisin nende mootorite kui terviku loomist.

- Nii et põlemiskamber on kõigil neil mootoritel sama, ainult nende arv on erinev?

- Jah, ja see on meie peamine saavutus. Ühes sellises vaid 380-millimeetrise läbimõõduga kambris põletatakse sekundis veidi rohkem kui 0,6 tonni kütust. Ilma liialduseta on see kaamera ainulaadne kõrge kuumuse stressiga seade, millel on spetsiaalsed rihmad, mis kaitsevad võimsate kuumavoogude eest. Kaitse ei toimu mitte ainult kambri seinte välise jahutamise tõttu, vaid ka tänu geniaalsele meetodile "vooderdada" neile kütusekile, mis aurustab ja jahutab seina. Selle silmapaistva kaamera põhjal, millele maailmas pole võrdset, valmistame oma parimaid mootoreid: RD-170 ja RD-171 Energiale ja Zenitile, RD-180 Ameerika Atlasele ja RD-191 Vene uuele raketile. "Angara".

- "Angara" pidi asendama "Proton-M" mitu aastat tagasi, kuid raketi loojad seisid silmitsi tõsiste probleemidega, esimesi lennukatsetusi lükati korduvalt edasi ja projekt näib jätkuvalt takerduvat.

- Tõesti oli probleeme. Nüüd on tehtud otsus rakett välja saata 2013. aastal. Angara eripära seisneb selles, et universaalsete raketimoodulite baasil on võimalik luua terve pere kanderakette kandevõimega 2,5 kuni 25 tonni, et viia lasti madala maa orbiidile. RD-191 universaalne hapniku-petrooleumi mootor. Angara-1-l on üks mootor, Angara-3-l kolm kogutõukejõuga 600 tonni, Angara-5 tõukejõud on 1000 tonni, see tähendab, et see suudab orbiidile viia rohkem lasti kui Proton. Lisaks kasutame väga mürgise heptüüli asemel, mida Proton mootorites põletatakse, keskkonnasõbralikku kütust, mille järel jääb järele vaid vesi ja süsihappegaas.

- Kuidas juhtus, et seesama RD-170, mis loodi juba 1970. aastate keskel, jääb tegelikult ikkagi uuenduslikuks tooteks ja selle tehnoloogiaid kasutatakse uute rakettmootorite alusena?

- Sarnane lugu juhtus lennukiga, mille lõi pärast II maailmasõda Vladimir Mihhailovitš Mjaštšev (M-seeria strateegiline kaugpommitaja, 1950. aastate Moskva OKB-23 poolt välja töötatud – "Ekspert"). Lennuk oli paljuski oma ajast kolmkümmend aastat ees ja selle disainielemendid laenasid seejärel teised lennukitootjad. Nii on see siin: RD-170-s on palju uusi elemente, materjale, disainilahendusi. Minu hinnangul ei vanane need veel mitukümmend aastat. Selle põhjuseks on eelkõige MTÜ Energomashi asutaja ja selle peadisainer Valentin Petrovitš Glushko ning Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige Vitali Petrovitš Radovski, kes juhtis ettevõtet pärast Gluško surma. (Pange tähele, et RD-170 maailma parimad energia- ja tööomadused on suuresti tingitud Katorgini lahendusest kõrgsagedusliku põlemise ebastabiilsuse mahasurumiseks, töötades välja samasse põlemiskambrisse pulsatsioonivastased deflektorid. – "Ekspert".) Ja esimene -astmeline RD-253 mootor kanderaketile "Proton"? 1965. aastal kasutusele võetud on see nii täiuslik, et seda pole veel keegi ületanud. Nii õpetas Glushko disainima – võimaliku piiril ja alati üle maailma keskmise. Samuti on oluline meeles pidada teist asja: riik on investeerinud oma tehnoloogilisesse tulevikku. Kuidas oli Nõukogude Liidus? Masinaehituse ministeerium, mis vastutas eelkõige kosmose ja rakettide eest, kulutas 22 protsenti oma tohutust eelarvest ainuüksi teadus- ja arendustegevusele – kõikides valdkondades, sealhulgas tõukejõuna. Tänapäeval rahastatakse teadust palju vähem ja see ütleb palju.

- Kas pole nende rakettmootorite täiuslike omaduste saavutamine ja see juhtus pool sajandit tagasi, et keemilise energiaallikaga rakettmootor on mõnes mõttes vananenud: peamised avastused on tehtud uue põlvkonna rakettmootorites., nüüd räägime rohkem nn toetavatest uuendustest ??

- Kindlasti mitte. Vedelkütusega rakettmootorid on nõutud ja on nõudlikud veel väga pikaks ajaks, sest ükski teine tehnoloogia ei suuda usaldusväärsemalt ja ökonoomsemalt koormat Maalt tõsta ja madalale maakera orbiidile viia. Need on keskkonnasõbralikud, eriti need, mis töötavad vedelal hapnikul ja petrooleumil. Kuid lendudeks tähtedesse ja muudesse galaktikatesse on vedelkütusel töötavad rakettmootorid muidugi täiesti sobimatud. Kogu metagalaktika mass on 10–56 grammi. Selleks, et vedelkütusega mootoril kiirendada vähemalt veerandi valguse kiirusest, on vaja täiesti uskumatult palju kütust - 10 kuni 3200 grammi, nii et isegi sellele mõtlemine on rumal. Vedelkütuse rakettmootoril on oma nišš - alalhoidlikud mootorid. Vedelmootoritel saate kiirendada kanduri teisele kosmilisele kiirusele, lennata Marsile ja kõik.

- Järgmine etapp – tuumarakettmootorid?

- Kindlasti. Kas mõnda etappi ka elame, pole teada, kuid tuumajõul töötavate rakettmootorite arendamiseks on palju ära tehtud juba nõukogude ajal. Nüüd töötatakse Keldõši keskuse eestvedamisel, mida juhib akadeemik Anatoli Sazonovitš Korotejevi, nn transpordi- ja energeetikamoodul. Disainerid jõudsid järeldusele, et on võimalik luua NSV Liiduga võrreldes vähem stressi tekitav gaasijahutusega tuumareaktor, mis töötab nii elektrijaamana kui ka plasmamootorite energiaallikana kosmoses reisides.. Sellist reaktorit projekteeritakse praegu N. A. Dolležali nimelises NIKIETis Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliikme Juri Dragunovi juhtimisel. Projektis osaleb ka Kaliningradi projekteerimisbüroo "Fakel", kus luuakse elektrilisi jõumootoreid. Nagu nõukogude ajal, ei saa see läbi ilma Voroneži keemiaautomaatika projekteerimisbüroota, kus jahutusvedeliku - suletud ahelas gaasisegu - juhtimiseks hakatakse valmistama gaasiturbiine ja kompressoreid.

- Kas me läheme vahepeal raketimootori juurde?

- Muidugi ja me näeme selgelt väljavaateid nende mootorite edasiseks arendamiseks. On taktikalisi, pikaajalisi ülesandeid, siin pole piiranguid: uute kuumakindlamate katete kasutuselevõtt, uued komposiitmaterjalid, mootorite massi vähendamine, töökindluse suurendamine ja juhtimise lihtsustamine. skeem. Osade kulumise ja muude mootoris toimuvate protsesside paremaks kontrollimiseks saab kasutusele võtta mitmeid elemente. On strateegilised ülesanded: näiteks veeldatud metaani ja atsetüleeni arendamine kütusena koos ammoniaagi või kolmekomponentse kütusega. NPO Energomash arendab kolmekomponendilist mootorit. Sellist vedelkütusega rakettmootorit saaks kasutada nii esimese kui ka teise astme mootorina. Esimeses etapis kasutab see hästi väljatöötatud komponente: hapnikku, vedelat petrooleumi ja kui lisada umbes viis protsenti rohkem vesinikku, suureneb eriimpulss märkimisväärselt - see on mootori üks peamisi energiaomadusi, mis tähendab suuremat kandevõimet. saab kosmosesse saata. Esimeses etapis toodetakse kogu petrooleum vesiniku lisamisega ja teises lülitub sama mootor kolmekomponendilise kütusega töölt kahekomponendilisele - vesinik ja hapnik.

Oleme juba loonud katsemootori, kuigi väikese mõõtmega ja tõukejõuga vaid umbes 7 tonni, teinud 44 katset, teinud täismahus segamiselemendid düüsides, gaasigeneraatoris, põlemiskambris ja avastanud, et saate esmalt töötada kolme komponendiga ja seejärel sujuvalt kahele lülituda. Kõik toimib, saavutatakse kõrge põlemisefektiivsus, kuid kaugemale minemiseks vajame suuremat proovi, peame muutma aluseid, et käivitada põlemiskambrisse need komponendid, mida hakkame päris mootoris kasutama: vedel vesinik ja hapnik, samuti petrooleum. Arvan, et see on väga paljutõotav suund ja suur samm edasi. Ja ma loodan, et mul jääb elu jooksul aega millegi tegemiseks.

- Miks ameeriklased, olles saanud õiguse RD-180 reprodutseerida, pole seda aastaid suutnud teha?

- Ameeriklased on väga pragmaatilised. 1990. aastatel, meiega töötamise alguses, mõistsid nad, et energiavaldkonnas oleme neist palju ees ja peame need tehnoloogiad endalt üle võtma. Näiteks võis meie RD-170 mootor ühe käivitamisega suurema eriimpulsi tõttu välja võtta kaks tonni rohkem kandevõimet kui nende võimsaim F-1, mis tähendas sel ajal 20 miljonit dollarit kasumit. Nad kuulutasid välja oma Atlasele 400-tonnise mootori konkursi, mille võitis meie RD-180. Siis mõtlesid ameeriklased, et hakkavad meiega koostööd tegema ja nelja aasta pärast võtavad meie tehnoloogiad ja paljundavad need ise. Ütlesin neile kohe: kulutate rohkem kui miljard dollarit ja kümme aastat. Neli aastat on möödas ja öeldakse: jah, kuus aastat on vaja. Aastaid on möödas, öeldakse: ei, meil on vaja veel kaheksa aastat. Seitseteist aastat on möödas ja nad pole tootnud ühtegi mootorit. Nüüd vajavad nad ainuüksi pingiseadmete jaoks miljardeid dollareid. Energomashis on meil stendid, kus saab katsetada sama RD-170 mootorit survekambris, mille joa võimsus ulatub 27 miljoni kilovatini.

- Ma kuulsin õigesti - 27 gigavatti? See on rohkem kui kõigi Rosatomi tuumaelektrijaamade installeeritud võimsus.

- Kakskümmend seitse gigavatti on reaktiivlennuki võimsus, mis areneb suhteliselt lühikese ajaga. Stendil tehtavate katsete käigus kustutatakse joa energia esmalt spetsiaalses basseinis, seejärel 16 meetrise läbimõõduga ja 100 meetri kõrguses dispersioontorus. Sellise katsestendi ehitamine, mis mahutab sellist võimsust genereeriva mootori, nõuab palju raha. Ameeriklased on nüüd sellest loobunud ja võtavad valmistoote. Sellest tulenevalt ei müü me toorainet, vaid tohutu lisandväärtusega toodet, millesse investeeritakse kõrgelt intellektuaalset tööjõudu. Kahjuks on see Venemaal haruldane näide kõrgtehnoloogilisest müügist välismaal nii suures mahus. Kuid see tõestab, et küsimuse õige sõnastusega oleme paljuks võimelised.

- Boriss Ivanovitš, mida tuleks teha, et mitte kaotada Nõukogude raketimootorihoone edumaa? Ilmselt on peale T&A rahastamise puudumise väga valus ka teine probleem - personal?

- Maailmaturul püsimiseks tuleb kogu aeg edasi minna, uusi tooteid luua. Ilmselt kuni meie ots alla suruti ja äike lõi. Kuid riik peab mõistma, et ilma uute arenguteta satub ta maailmaturu äärealadele ja täna, sel üleminekuperioodil, mil me pole veel normaalse kapitalismini kasvanud, peab ta ennekõike investeerima uude – osariik. Seejärel saate sarja väljaandmise arenduse üle anda eraettevõttele nii riigile kui ka ettevõtlusele kasulikel tingimustel. Ma ei usu, et millegi uue loomiseks on võimatu välja mõelda mõistlikke meetodeid, ilma nendeta on mõttetu rääkida arengust ja uuendustest.

Personal on olemas. Olen osakonnajuhataja Moskva Lennuinstituudis, kus koolitame nii mootorispetsialiste kui laserspetsialiste. Poisid on targad, tahavad õpitava äriga tegeleda, kuid neile tuleb anda normaalne algimpulss, et nad ei lahkuks, nagu paljud praegu teevad, poodides kaupade jagamise programme kirjutama. Selleks on vaja luua vastav laborikeskkond, anda korralik palk. Ehitage üles teaduse ja haridusministeeriumi vahelise suhtluse õige struktuur. Seesama Teaduste Akadeemia lahendab paljusid personalikoolitusega seotud küsimusi. Tõepoolest, praeguste akadeemia liikmete, korrespondentliikmete seas on palju spetsialiste, kes juhivad kõrgtehnoloogilisi ettevõtteid ja uurimisinstituute, võimsaid disainibüroosid. Nad on otseselt huvitatud osakondadest, mis on nende organisatsioonidele määratud, et koolitada vajalikke spetsialiste tehnoloogia, füüsika, keemia valdkonnas, et nad saaksid kohe mitte ainult spetsialiseerunud ülikoolilõpetaja, vaid valmis spetsialisti, kellel on mõningane elu- ja teadus- ning tehniline kogemus. See on alati nii olnud: parimad spetsialistid sündisid instituutides ja ettevõtetes, kus olid olemas haridusosakonnad. Meil on Energomashis ja MTÜ Lavochkinis Moskva Lennuinstituudi Kometa filiaali osakonnad, mille eest vastutan. On vanu kaadreid, kes saavad kogemusi noortele edasi anda. Kuid aega on jäänud väga vähe ja kaotused on korvamatud: selleks, et lihtsalt praegusele tasemele naasta, peate kulutama palju rohkem pingutusi, kui selle säilitamiseks täna vaja on.