Аэроджет М-1 - Википедия - Aerojet M-1

М-1
M-1RocketEngineScale.png
Характеристики ракетного двигателя М-1
Страна происхожденияСоединенные Штаты
Первый полетРазработка прекращена на стадии предпрототипа
ПроизводительАэроджет
Положение делЗаброшен в стадии разработки.
Жидкостный двигатель
ПропеллентLOX / Жидкий водород
Циклгазогенераторный цикл
Спектакль
Тяга (вакуум)1500000 фунтов (6,67 МН)
Отношение тяги к массе60
Давление в камере1000 фунтов на кв. Дюйм
язр (Vac.)428 секунд (4,20 км / с)
Размеры
Длина7,72 м
Диаметр4,28 м
Сухой вес9068 кг

Аэроджет с М-1 был самым большим и мощным жидкий водород -заправленный жидкостный ракетный двигатель должны быть спроектированы и испытаны на компонентах. Базовая тяга М-1 составляла 6,67 м / с.MN (1.5 миллиона фунт-сила ) и 8 млн фунтов (1,8 млн фунтов) в качестве ближайшей цели роста. В случае постройки M-1 был бы больше и эффективнее знаменитого F-1 который питал первый этап Сатурн V ракета на Луну.

История

История M-1 восходит к ВВС США исследования конца 1950-х годов для его запуска в 1960-е годы. К 1961 году они превратились в Космическая пусковая установка дизайн. SLS состояла из серии из четырех ракет, каждая из которых построена на основе серии твердотопливные ускорители и жидкий водород -мощные разгонные блоки.

Самая маленькая модель, предназначенная для запуска Динасоар, использовали два твердых тела размером 100 дюймов (2500 мм) и жидкую сердцевину "А". Для питания ракеты-носителя "A" с Aerojet был заключен контракт на преобразование LR-87, используемый в Ракета Титан II, чтобы работать на жидком водороде. Опытный образец был успешно испытан в период с 1958 по 1960 год. Первоначальные исследования твердого тела диаметром 100 дюймов (2500 мм) также были переданы Aerojet, начиная с 1959 года.

SLS также предусматривал ряд гораздо более крупных проектов, предназначенных для запуска ВВС США. Люнекс Проект посадка на Луну с экипажем. Lunex был миссией прямой посадки, в которой один очень большой космический корабль должен был полететь на Луну, приземлиться и вернуться. Чтобы запустить такую ​​конструкцию, нужно низкая околоземная орбита (LEO) потребуется очень большая ракета-носитель с полезной нагрузкой 125 000 фунтов (57 000 кг). Эти большие конструкции SLS следовали той же базовой схеме, что и меньший бустер Dynasoar, но использовали гораздо более мощные 180-дюймовые (4600 мм) твердые частицы и жидкостные ступени "B" и "C". Для обеспечения требуемой мощности на жидкостных ступенях смонтирован блок из двенадцати J-2s. Чтобы уменьшить эту сложность, ВВС также поручили Aerojet начать исследования гораздо более крупной водородной конструкции, которая заменит двенадцать J-2 только с двумя двигателями. Эти первоначальные исследования в конечном итоге превратились в M-1 с тягой в 1,2 миллиона фунтов силы.

Когда НАСА сформированный в 1958 году, они также начали планировать высадку на Луну. Как и ВВС, их Проект Аполлон изначально выступал за прямое восхождение профиль, требующий большой ракеты-носителя для запуска космического корабля на НОО. До прихода НАСА Вернер фон Браун с Сатурн работать на Армия США, у них не было собственной большой конструкции ракет, и они начали программу обучения, известную как Новая звезда изучить ряд вариантов. Первоначально требования к полезной нагрузке были довольно ограничены, и предпочтительные конструкции Nova использовали первую ступень с четырьмя двигателями F-1 и полезной нагрузкой около 50 000 фунтов (23 000 кг). Эти проекты были представлены президенту Дуайт Д. Эйзенхауэр 27 января 1959 г.

Тем не менее, требования к космическим кораблям Аполлон быстро росли, ограничившись космическим кораблем массой 10 000 фунтов (4500 кг) ( CSM ) с экипажем из трех человек. Чтобы запустить такой корабль на Луну, потребовалась огромная полезная нагрузка 125 000 фунтов (57 000 кг) на НОО. Проекты Nova с этой способностью были быстро представлены с восемью двигателями F-1, а также с гораздо более мощными верхними ступенями, для которых требовался двигатель M-1. Таким образом, в течение короткого периода времени М-1 использовался в базовых проектах для лунных программ как НАСА, так и ВВС.

В 1961 году президент Джон Ф. Кеннеди объявил о цели высадить человека на Луну до конца десятилетия. После непродолжительного спора НАСА выиграло миссию над ВВС. Однако Nova потребовались бы огромные производственные мощности, которых в настоящее время не существовало, и было неясно, можно ли начать строительство ускорителя до посадки до 1970 года. К 1962 году они решили использовать ракеты фон Брауна. Сатурн V дизайн, который прошел процесс перепроектирования, чтобы произвести полезный бустер, который можно было бы встроить в существующие объекты в Мишуд, Луизиана.

С выбором Сатурна для лунных миссий работа над Новой перешла к эпохе после Аполлона. Конструкции были перенаправлены для пилотируемой планетарной экспедиции, а именно для посадки экипажа на Марс. Даже при использовании легкого профиля миссии, подобного выбранному для Аполлона, миссия на Марс требовала действительно огромной полезной нагрузки около миллиона фунтов для вывода на низкую околоземную орбиту. Это привело ко второй серии дизайнерских исследований, также известных как Nova, хотя они по сути не имели отношения к более ранним проектам.

Многие из новых проектов использовали М-1 в качестве двигателя второй ступени, хотя требовали гораздо более высокой полезной нагрузки. Для достижения этих целей проект M-1 был увеличен с 1,2 миллиона фунтов силы до номинальных 1,5 миллиона фунтов силы, и конструкторы сознательно добавили дополнительные турбонасос способность позволить ему расширяться как минимум до 1,8 миллиона фунтов силы и потенциально до 2,0 миллионов.[1] Кроме того, M-1 даже рассматривался для ряда проектов первой ступени вместо F-1 или 180-дюймовых (4600 мм) твердых тел. Для этой роли удельный импульс был резко сокращен, и, похоже, некоторое внимание было уделено различным расширяющееся сопло конструкции для решения этой проблемы.

Разработка M-1 продолжалась в течение этого периода, хотя по мере расширения программы Apollo НАСА начало сокращать финансирование проекта M-1, чтобы в первую очередь завершить разработки, связанные с Сатурном. В 1965 году другой проект НАСА изучал усовершенствованные версии Сатурна, заменив скопление из пяти J-2s на S-II вторая ступень с одним М-1, пятью J-2T (улучшенный вариант J-2 с аэроспайк сопло), или двигатель высокого давления, известный как HG-3, который впоследствии стал прямым предшественником Космический шатл с SSME.

К 1966 году стало ясно, что нынешние уровни финансирования НАСА не будут поддерживаться в эпоху после Аполлона. В том же году закончились разработки Nova и M-1. Последний контракт с M-1 истек 24 августа 1965 года, хотя испытания продолжались на имеющихся фондах до августа 1966 года. В то же время закончились исследования по J-2T. Хотя HG-3 так и не был построен, его конструкция легла в основу Главный двигатель космического челнока.

Описание

M-1 использовал газогенераторный цикл, сжигая часть своего жидкого водорода и кислорода в небольшой камере сгорания, чтобы обеспечить горячие газы для работы топливных насосов. В случае с М-1 водород и кислород турбонасосы были полностью отдельными, каждая из которых использовала свою собственную турбину, а не работала от общего приводного вала. Водородный и кислородный насосы были одними из самых мощных из когда-либо построенных в то время, производя 75000 единиц. Лошадиные силы для первого и 27 000 л.с. (20 000 кВт) для последнего.

Экспозиция ракетного двигателя М-1 на Музей авиации и космонавтики Evergreen
Турбонасос, разработанный и изготовленный для ракетного двигателя М-1.

В большинстве американских конструкций газогенераторный двигатель сбрасывал бы выхлопные газы турбин за борт. В случае с M-1 полученный выхлоп был относительно холодным и вместо этого направлялся в охлаждающие трубы в нижней части юбки двигателя. Это означало, что жидкий водород требовался для охлаждения только горячих участков двигателя - камеры сгорания, сопла и верхней части юбки, что значительно уменьшало сложность водопровода. Газ поступал в зону юбки при температуре около 700 ° F (371 ° C), нагреваясь до около 1000 ° F (538 ° C), после чего был сброшен через серию небольших сопел на конце юбки. Выхлоп добавил 28000 фунтов силы (120 кН) тяги.

Двигатель запускался путем вращения насосов до рабочей скорости с использованием гелий газ хранится в отдельном баллоне высокого давления. Это привело к подаче топлива в главный двигатель и газогенератор. Главный двигатель воспламенился от струи искр, направленной в камеру сгорания от пиротехнического устройства. Остановка была достигнута путем простого отключения подачи топлива к газогенератору, что позволило насосам замедлиться самостоятельно.

Использование отдельных турбонасосов и других компонентов позволило построить и испытать различные части М-1 индивидуально. За трехлетний срок реализации проекта было построено в общей сложности восемь камер сгорания (две из них - неохлаждаемые испытательные установки), одиннадцать газогенераторов, четыре кислородных насоса, а также четыре водородных насоса, которые находились в процессе завершения.

Рекомендации

  1. ^ Данхофф 1963, стр. 1–2.

Библиография