Испытание огнем: США испытали двигатели на замену российским РД-180

В настоящее время американские Blue Origin и Aerojet Rocketdyne создают замену российскому двигателю РД-180. Компании конкурируют между собой, каждая планирует сертифицировать свой агрегат не позднее 2019 года. Молодая Blue Origin представила рабочий образец BE-4 (Blue Engine-4) в марте, однако стендовые испытания, проведенные в мае, завершились неудачей. Создавшая двигатели для американской лунной ракеты и проверенная временем Aerojet Rocketdyne, казалось бы, отстает: лишь в мае она провела первые огневые испытания предкамеры агрегата AR1, рабочего образца которого до сих пор нет. Стоит ли ожидать скорого отказа США от РД-180 — выясняла «Лента.ру».

Сегодня один двухкамерный жидкостный ракетный двигатель РД-180 устанавливается на первую ступень американской тяжелой ракеты Atlas V. Горючее — керосин, окислитель — кислород. Двигатель разрабатывался в 1994-1999 годах на основе четырехкамерных РД-170, устанавливаемых на боковые ускорители советской сверхтяжелой ракеты «Энергия» (по сути они представляют собой первые ступени российско-украинского носителя «Зенит»). Контракт на создание двигателя для США между Pratt & Whitney (сегодня ее подразделение Rocketdyne входит в состав Aerojet Rocketdyne) и НПО «Энергомаш» был заключен в июне 1996 года. Между заключением соглашения и запуском первой ракеты прошло четыре года.

Огневые испытания РД-180 начались в «Энергомаше» в ноябре 1996 года. В США первый серийный двигатель был отправлен в январе 1999 года, где через три месяца был сертифицирован для средней ракеты Atlas III. Первый раз американский носитель с российским двигателем полетел в мае 2001 года, всего было совершено шесть пусков Atlas III, и все они были успешными. Для Atlas V агрегат РД-180 сертифицирован в августе 2001 года, первый пуск нового носителя произошел через год. По состоянию на 18 апреля 2017 года ракета Atlas V была запущена 71 раз, из которых один раз — частично удачно (российский двигатель тут ни при чем: произошла утечка жидкого водорода из бака разгонного блока Centaur, в результате чего полезная нагрузка была выведена на нерасчетную орбиту).

Сегодня Atlas V фактически является основной американской тяжелой ракетой. Пуски другого тяжелого американского носителя — Delta IV (на нем нет российских двигателей) — слишком дороги, так что Boeing, из-за конкуренции со среднетяжелой ракетой Falcon 9 компании SpaceX, решил свести их к минимуму. С 2007 года Boeing и Lockheed Martin, производитель Atlas V, управляют пусками своих носителей через совместное предприятие ULA (United Launch Alliance). В США у этой компании большие проблемы. Во-первых, даже более дешевая по сравнению с Delta IV ракета Atlas V сегодня не выдерживает конкуренции с Falcon 9 в коммерческих, государственных и военных пусках; во-вторых, в связи с ухудшением российско-американских отношений в 2014 году ULA должна к 2019 году отказаться от покупки РД-180.

Топливная система BE-4 на испытательном стенде в западном Техасе

У компании есть несколько способов сохранить бизнес. Первый — отказаться от ракеты и построить новую, уже без российских двигателей. Второй — попробовать установить в Atlas V новый двигатель вместо РД-180. Blue Origin реализует первый подход, Aerojet Rocketdyne — второй. Вариант, согласно которому на территории США можно было бы развернуть производство РД-180, не выдерживает никакой критики: это настолько дорого и долго, что проще создать новый агрегат. К тому же лицензионное соглашение на передачу в США технологии производства российских двигателей РД-180 заканчивается в 2030 году — не имеет смысла разворачивать дорогостоящее производство всего на десять лет.

«Американцы думали, что они начнут с нами работать, а года через четыре возьмут наши технологии и будут сами их воспроизводить. Я им сразу сказал: вы затратите больше миллиарда долларов и десять лет. Четыре года прошло, и они говорят: да, надо лет шесть. Прошли еще годы, они говорят: надо еще восемь лет. Прошло уже семнадцать лет, и они ни один двигатель не воспроизвели. Им сейчас только на стендовое оборудование для этого нужны миллиарды долларов», — говорил еще в 2012 году по этому поводу создатель двигателя РД-180 академик РАН Борис Каторгин.

Компании Blue Origin и Aerojet Rocketdyne слишком разные, что не может не отражаться в подходах к ракетному двигателестроению. За плечами Aerojet Rocketdyne, претерпевшей множество реорганизаций, создание в 1950-х и 1960-х агрегатов F-1, устанавливаемых на первую ступень сверхтяжелой ракеты ракеты Saturn V лунной миссии Apollo. Ее AR1, как и РД-180, является жидкостным ракетным двигателем закрытого цикла, в качестве топлива используется керосин, окислитель — кислород. Это позволяет заменить российский агрегат на американский без принципиальной доработки носителя Atlas V.

В мае 2017 года Aerojet Rocketdyne провела первые огневые испытания предкамеры (в ней топливо частично сгорает и затем поступает в камеру сгорания) двигателя AR1. «Прохождение этого важного этапа позволяет заключить, что AR1 будет готов к полету в 2019 году, — сказала генеральный директор и президент Aerojet Rocketdyne Эйлин Дрейк. — В деле замены двигателей российского производства на текущих ракетах-носителях успех миссии должен быть национальным приоритетом номер один».

Испытания предкамеры AR1

Дрейк отметила конкурентные особенности AR1. Во-первых, при создании отдельных элементов американского двигателя используется трехмерная печать. Во-вторых, применяется специальный сплав на основе никеля, позволяющий отказаться «от экзотических металлических покрытий, в настоящее время используемых в производстве РД-180». Для разработки AR1 компания использует методологию, ранее применявшуюся при создании других своих агрегатов (RS-68, J-2X, RL10 и RS-25). В компании планируют создать рабочий прототип (и почти сразу же сертифицировать) AR1 уже в 2019 году.

Blue Origin в создании замены РД-180, по оценкам ULA, опережает Aerojet Rocketdyne на два года. Работу над BE-4 компания начала еще в 2011 году в рамках работы над собственной тяжелой ракетой New Glenn; первый рабочий образец двигателя представлен в марте 2017 года. В Blue Origin признают, что РД-180 «работает на максимуме производительности», тем не менее два однокамерных BE-4, устанавливаемых на первую ступень носителя Vulcan (фактически Atlas VI), в совокупности позволят развить большую тягу, чем два AR1 и один РД-180 на первой ступени Atlas V. В отличие от AR1 и РД-180, в качестве горючего в BE-4 используется метан. В Blue Origin называют BE-4 самым мощным двигателем в мире, работающем на метане.

Первые стендовые испытания BE-4 прошли неудачно. «Вчера мы потеряли набор тестового оборудования для топливной системы на одном из наших испытательных стендов BE-4», — сообщает Blue Origin, уточняя, что на процесс разработки двигателя инцидент не повлияет. Топливная система включает множество турбонасосов и клапанов, которые обеспечивают подачу топливо-окислительной смеси к инжекторам и камерам сгорания жидкостного ракетного двигателя.

В компании пообещали, что скоро вернутся к тестированию. Из сообщения, опубликованного Blue Origin, как отмечает Ars Technica, неясен масштаб аварии, однако «тот факт, что Blue Origin, относительно скрытная компания (по сравнению с той же SpaceX — прим. «Ленты.ру») вообще поделилась этой информацией, показателен». Скорее всего, на самом деле ничего страшного не произошло: в распоряжении Blue Origin имеются как минимум два испытательных стенда, а ранее компания заявляла, что планирует создать сразу три рабочих образца ВЕ-4.

Стоимость двигателя ВЕ-4 неизвестна. В Blue Origin ничего не говорят об этом, однако нельзя не отметить, что компания принадлежит американскому миллиардеру Джеффу Безосу, владелец который считается пятым богатейшим человеком в мире (помимо членов королевских семей и глав отдельных государств): его состояние оценивается в 71,8 миллиарда долларов. Главный актив выпускника Принстонского университета, инженера-электротехника Безоса — крупнейший (по обороту средств) интернет-магазин в мире Amazon. Безос признает, что инвестирует в Blue Origin собственные средства.

На производстве двигателей BE-4 в городе Кент (штат Вашингтон)

Официально известно, что глава ULA Тори Бруно отмечал, что одна только разработка (проектирование, тестирование и сертификация) двигателя уровня РД-180 не может стоить меньше одного миллиарда долларов, а на работы по ВЕ-4 ВВС США через ULA выделили всего 46 миллионов долларов. От военных Aerojet Rocketdyne на создание AR1 получила 115 миллионов долларов, к 2019 году эта сумма может быть увеличена до 501 миллиона долларов. России США за РД-180 заплатили более одного миллиарда долларов (за использованные и вновь поставленные двигатели).

У Blue Origin и ULA особые отношения. В 2015 году Aerojet Rocketdyne хотела купить ULA за два миллиарда долларов, в этом случае РД-180, скорее всего, заменяли бы на AR1. Ситуацию изменила Blue Origin, подписавшая соглашение с ULA о сотрудничестве по производству BE-4 и фактически перехватившая инициативу у проверенной временем Aerojet Rocketdyne. Сегодня BE-4 является наиболее вероятным кандидатом для установки на ракету Vulcan, а AR1 рассматривается в качестве запасного варианта. В любом случае, AR1 найдут применение, его можно установить, например, на первую ступень тяжелой ракеты, разрабатываемой компанией Orbital ATK.

Сравнение ракет

Ожидается, что в 2020-х годах Vulcan сможет осуществлять до десяти пусков в год. Носитель должен собираться по модульному принципу и будет включать 12 ракет среднего и тяжелого классов с различными возможностями по выводу полезной нагрузки на орбиту. Двигатели первой ступени (BE-4 или AR1) могут быть повторно использованы после их приземления при помощи защитных щитов (для предотвращения перегрева от трения при падении в атмосфере) и парашютов. В качестве космодромов для Vulcan компания ULA собирается использовать площадки на мысе Канаверал во Флориде или базу ВВС США Ванденберг в Калифорнии. Первый пуск ракеты Vulcan, которая придет на смену Atlas V с российским РД-180, запланирован на конец 2019 года.

Андрей Борисов

Источник