Секреты российского космоса: испытатели ракетных двигателей рассказали об их надежности
Прежде всего стоит отметить, что успехам в космической отрасли страна обязана гению инженерной мысли одного из основателей пилотируемой космонавтики Валентину Глушко и коллективу ученых, который работал под его руководством.
Двигатели РД-107 и РД-108, разработанные Глушко, были успешно испытаны в том числе и на межконтинентальной баллистической ракете. Именно они обеспечили первый успешный пуск МБР 21 августа 1957 года.
Советский академик Александр Ишлинский в 1977 году писал: «До сих пор вызывает восхищение исключительная надежность двигателей конструкции академика Валентина Петровича Глушко».
Так в чем же заключается такая надежность, что двигатели позволяют и во втором десятилетии XXI века успешно осуществлять запуск пилотируемых кораблей «Союз» с тремя космонавтами на борту?
Двигатель как человек
Специалисты самарского завода ПАО «Кузнецов» сравнивают создание ракетного двигателя с рождением человека, ведь процесс его технологической сборки и проверки занимает девять месяцев.
После изготовления всех деталей он поступает на сборку, где также проходит проливку всех изделий, чтобы обеспечить герметичность. После этого он поступает на стенд, где проходит испытания. После них он снова отправляется в цех, где опять разбирается. Детали промываются, консервируется в сборке и отправляется на «Прогресс».
При этом специалисты подчеркивают, что рождение двигателя происходит не после сборки, а именно во время испытаний. Только после них ему присваивается своеобразное «свидетельство о рождении» - паспорт, с которым он отправляется на «Прогресс» для установки уже на ракету-носитель «Союз».
В состав ракеты входят пять больших двигателей и 12 рулевых агрегатов. Поэтому пакет для «Союза» состоит из 17 двигателей. В начале октября прошли испытания 15-го пакета. Всего же по программе завод в год должен выпустить 21 пакет. Таким образом, в год завод производит 105 больших двигателей и 252 рулевых агрегата. То есть по одному изделию в день!
Самара космическая
Сборка двигателей РД-107 и РД-108 происходит на заводе ПАО «Кузнецов» в Самаре, а испытания – на самом отдаленном обособленном подразделении завода в поселке Винтай. В 70 км от города был построен испытательный комплекс. Работы, которые проводились там, были засекречены, поэтому предприятие в советские годы везде значилось как «Химзавод». Первые огневые испытания на новеньком стенде прошли уже 31 августа 1961 года.
«Территория комплекса уникальна. Она выбиралась с учетом всех особенностей технологического процесса. Поскольку по технологии имеет место выброс пламени, местность овражистая, а шум моторов «гасит» окружающий лес», - рассказал руководитель обособленного подразделения производственной площадки «Винтай» Владимир Карповский.
На основном стенде проводят испытания двигателей РД-107, РД-108, а также испытания, связанные с совершенствованием двигателей. На площадке работают около 1000 человек. Само объединение полностью обеспечивает себя всем необходимым, закупая лишь топливо.
Стенд имеет угловатый и не очень красивый вид, но его уникальность в другом. По словам Карповского, советские строители заложили такой запас прочности, что стенд уже работает 56 лет и может прослужить на благо космоса еще лет 50.
По словам Карповского, за почти 60 лет работы стенд претерпел множество внутренних технологических изменений, и сегодня система испытаний автоматизирована.
«Если раньше после испытаний нужно было составлять протокол и ждать до трех-четырех суток результатов испытаний, то сегодня экспресс-анализ работы двигателя готов через 5 минут после проверки», - рассказал Карповский.
Испытания двигателя
Испытания проходят следующим образом. После монтажа двигателя на стенде к нему стыкуют все коммуникации, по которым подходят кислород, топливо, жидкий азот.
Цикл испытаний длится порядка 14 часов, а само огневое испытание длится всего лишь 60 секунд. При этом есть определенные тонкости в его работе. Первые 10-12 секунд идет розжиг, а при выходе на основной режим раздается сильный хлопок. Специалисты даже рекомендуют закрыть уши и приоткрыть рот, чтобы выровнять давление.
«Некоторым бывает страшновато. У нас были случаи, что и в лес убегали», - рассказал Карповский.
Во время огневых испытаний специалисты снимают главные параметры - расход топлива, тягу, параметры пульсации и вибрации.
Двигатель РД-107 сначала поднимал одного космонавта, потом за счет нового топлива его мощность увеличилась, и он смог поднимать трех космонавтов. Сегодня, по словам специалистов, керосин такой плотности заканчивается и работники космоса переходят на новую топливную программу, которая предполагает новые добавки. Скорее всего, тяга увеличится еще больше.
Интересный факт. Такой параметр, как экономичность неуместен для ракетного двигателя в отличие от авиационного. Только на одно испытание уходит около 15 тонн топлива. При этом мощность двигателя РД-107 в среднем 75-80 тонн, и он относится к легкой серии ракет. Поэтому на испытаниях на топливе не экономят. Главное для двигателя – выполнить программу, то есть поднять как можно больше груза и отправить его как можно дальше.
Ждать своего часа
Однако двигатель РД-107 и РД-108 не единственные двигатели, которые произвел самарский завод. Также на нем под руководством ученого и инженера Николая Кузнецова были изготовлены двигатели НК-33. Их предполагалось использовать на 1-й ступени ракеты-носителя Н-1 программы «Лунник». После полета американце на Луну ее свернули, и двигатели пролежали на складах 35 лет. Однако спустя столько времени склады были вскрыты, а двигатели доведены до полетного состояния.
Один двигатель из той партии было решено испытать таким образом, чтобы довести до разрушения. Это позволило определить его предельный ресурс работы. Тогда двигатель НК-33 смог отработать 2,5 ресурса - без съема со стенда 16 пусков, наработав 15 тысяч секунд. Двигатель НК-33 имеет чрезвычайно высокую надежность — 999,4.
Сегодня этот двигатель используется в ракете легкого класса «Союз-2-1в», которая поднимает порядка 2,8 тонн на низкую околоземную орбиту около 200 км. Планируется его применение в РН «Союз-2-3».
Кроме того, этот двигатель применялся и американцами в первой ступени РН «Антарес». До сих пор около 30 двигателей находятся в США.
