НК-33 - NK-33

НК-33
Aerojet AJ26 на испытательном стенде Stennis E-1 - cropped.jpg
Российский НК-33 был модифицирован и переименован в AJ26-58. Аэроджет. Этот AJ26-58 показан на испытательном стенде в Космический центр Джона К. Стенниса.
Страна происхожденияСоветский союз
Дата1970-е годы
ДизайнерКонструкторское бюро Кузнецова
ПроизводительОАО Кузнецов (Машиностроитель)
Заявление1-я / 2-я ступени двигателя
ПредшественникНК-15, НК-15В
ПреемникAJ26-58, AJ26-59, AJ26-62
Жидкостный двигатель
ПропеллентLOX / керосин
ЦиклПоэтапное горение
НасосыТурбонасос
Спектакль
Тяга (вакуум)1680 кН (380 000 фунтовж)
Тяга (SL)1510 кН (340000 фунтовж)
Диапазон дроссельной заслонки50–105%
Отношение тяги к массе137
Давление в камере14,83 МПа (2151 фунт / кв. Дюйм)
язр (Vac.)331 секунды (3,25 км / с)
язр (SL)297 секунд (2,91 км / с)
Размеры
Длина3,7 м (12 футов)
Диаметр2 м (6 футов 7 дюймов)
Сухой вес1240 кг (2730 фунтов)
Используется в
Н-1, Антарес 100, Союз 2.1-в
Рекомендации
Рекомендации[1]

В НК-33 и НК-43 находятся ракетные двигатели спроектирован и построен в конце 1960-х - начале 1970-х годов Конструкторское бюро Кузнецова. Обозначение «НК» происходит от инициалов главного конструктора Николая Кузнецова. НК-33 был одним из самых мощных LOX /РП-1 ракетные двигатели, когда он был построен, с высоким удельный импульс и малая масса конструкции. Они предназначались для злополучных советских N-1 луна ракета. Ракетный двигатель НК-33А сейчас используется на первой ступени Союз-2-1в ракета-носитель.

Дизайн

Двигатели серии НК-33 - высокого давления с рекуперативным охлаждением. ступенчатый цикл горения двухкомпонентная ракета двигатели. Они используют обогащенные кислородом горелки для приведения в действие турбонасосов. Турбонасосы требуют переохлаждения. жидкий кислород (LOX) для охлаждения подшипников.[2][3] Горелки такого типа очень необычны, так как их горячий, богатый кислородом выхлоп имеет тенденцию разрушать металл, вызывая прогорание. Соединенные Штаты не исследовали технологии сжигания с высоким содержанием кислорода до Встроенный демонстратор Powerhead проект в начале 2000-х.[4] Однако Советы усовершенствовали металлургию этого метода. Сопло было изготовлено из гофрированный металл, припаянный к внешней и внутренней облицовке, что дает простую, легкую, но прочную структуру. Кроме того, поскольку в НК-33 используются LOX и РП-1 в качестве топлива, имеющего одинаковую плотность, для обоих турбонасосов может использоваться один вращающийся вал.[5][неудачная проверка ] Двигатель НК-33 имеет одно из самых высоких тяговооруженность любого ракетного двигателя, запускаемого с Земли, только НПО Энергомаш РД-253 и SpaceX Мерлин 1D двигатель добиться более высокого передаточного числа. В удельный импульс НК-33 значительно превосходит оба этих двигателя. НК-43 похож на НК-33, но предназначен для разгонной, а не первой ступени. Он имеет более длинное сопло, оптимизированное для работы на высоте, где атмосферное давление практически отсутствует. Это придает ему большую тягу и удельный импульс, но делает его длиннее и тяжелее. Его тяговооруженность составляет около 120: 1.[6]

Предшественниками НК-33 и НК-43 являются более ранние двигатели НК-15 и НК-15В соответственно.

Технология обогащения кислородом живет в РД-170 / -171 двигатели, их РД-180, и недавно разработанные РД-191 производные, но эти двигатели не имеют прямого отношения к НК-33.

История

N-1

В пусковой установке Н-1 изначально использовались двигатели НК-15 на первой ступени и высотная модификация (НК-15В) на второй ступени. После четырех неудачных запусков подряд и безуспешных попыток проект был закрыт. В то время как другие части машины были модифицированы или переработаны, Кузнецов улучшил свой вклад в НК-33 и НК-43 соответственно.[7] Автомобиль 2-го поколения должен был называться Н-1Ф. К этому моменту Лунная гонка была давно потеряна, и советская космическая программа ориентировалась на Энергия как его тяжелая пусковая установка. Ни один N-1F так и не достиг стартовой площадки.[8]

Когда программа N-1 была закрыта, все работы по проекту были прекращены. Вместо этого чиновник забрал двигатели стоимостью в миллионы долларов каждый и положил их на склад. Слухи о двигателях в конечном итоге распространились и в США. Спустя почти 30 лет после того, как они были построены, инженеров-ракетчиков привели на склад. Позднее один из двигателей был доставлен в США, и его точные характеристики были продемонстрированы на испытательном стенде.[8]

Конструкция камеры сгорания

Технология замкнутого цикла НК-33 работает за счет направления выхлопных газов вспомогательных двигателей в основную камеру сгорания. Это сделало конструкцию двигателя уникальной. Западные ракетчики считали эту технологию невозможной.[9] Полностью нагретая жидкость O2 в этой конструкции протекает через предварительную горелку в основную камеру. Чрезвычайно горячая смесь, богатая кислородом, делала двигатель опасным: было известно, что он плавил отливки толщиной 3 дюйма (76 мм) «как свечной воск». Одно из разногласий в Кремле по поводу поставки двигателя в США заключалось в том, что конструкция двигателя аналогична конструкции двигателя российской межконтинентальной баллистической ракеты. Конструкция НК-33 использовалась в более поздних РД-180 двигатель, который был вдвое больше НК-33. Двигатели РД-180 использовались (по состоянию на 2016 год) для питания Атлас V ракета. Эта компания также приобрела лицензию на производство новых двигателей.[10][11][12]

Продажа двигателей Aerojet

Как рассказали инженеры во время поездки на склад, в «Моторном лесу» уцелело около 60 двигателей. В середине 1990-х годов Россия продала 36 двигателей Аэроджет General по 1,1 миллиона долларов каждый, отправляя их на производственный объект компании в Сакраменто, Калифорния.[13] Во время испытания двигателя в Сакраменто двигатель соответствовал своим характеристикам.

Аэроджет доработал и переименовал обновленный НК-33 в AJ26-58, AJ-26-59 и AJ26-62, а НК-43 к AJ26-60.[10][11][12][14]

Кистлер К-1

Kistler Aerospace, позже названная Ракетоплан Кистлер (РПК), разработали свои К-1 ракета вокруг трех НК-33 и НК-43. 18 августа 2006 года НАСА объявило, что RpK был выбран для разработки Коммерческие орбитальные транспортные услуги для Международная космическая станция. План предусматривал демонстрационные полеты в период с 2008 по 2010 год. RpK получил бы до 207 миллионов долларов, если бы они выполнили все этапы НАСА.[15][16][17] но 7 сентября 2007 года НАСА выпустило письмо по умолчанию, предупреждая, что оно расторгнет соглашение COTS с Ракетоплан Кистлер за 30 дней, потому что РКК не выполнила несколько этапов контракта.[18]

Антарес

An Ракета Антарес выкатывается на испытания, демонстрируя два двигателя НК-33

Первоначальная версия Орбитальные науки Антарес Пусковая установка легкой и средней грузоподъемности имела на первой ступени два модифицированных НК-33, твердый Касторовое 30 -основная вторая ступень и дополнительный твердый или гиперголичный третий этап.[19] НК-33 были импортированы из России в США, модифицированы и переименованы в Aerojet AJ26. Это включало удаление некоторых электрических жгутов, добавление американской электроники, квалификацию ее для топлива США и изменение системы рулевого управления.[20]

В 2010 г. накопленные двигатели НК-33 успешно прошли испытания для эксплуатации в Орбитальные науки Антарес пусковая установка легкой и средней подъемной силы.[20] Ракета «Антарес» была успешно запущена из летного комплекса НАСА в Уоллопсе 21 апреля 2013 года. Это был первый успешный запуск традиционных двигателей NK-33, построенных в начале 1970-х годов.[21]

Компания Aerojet согласилась отремонтировать достаточное количество НК-33 для обслуживания 16-полетов НАСА Orbital Коммерческие услуги по снабжению договор. Кроме того, у него был запас из 23 двигателей 1960-х и 1970-х годов. Кузнецов больше не производит двигатели, поэтому Orbital стремилась купить РД-180 двигатели. Потому что НПО Энергомаш контракт с United Launch Alliance Чтобы предотвратить это, Orbital подала в суд на ULA, утверждая, что это нарушение антимонопольного законодательства.[22] Aerojet предложил Кузнецову возобновить производство новых двигателей НК-33, чтобы обеспечить Orbital постоянные поставки.[23] Тем не менее, производственные дефекты в жидкокислородном турбонасосе двигателя и конструктивные недостатки узла гидравлической балансировки и упорных подшипников были предложены как две возможные причины Провал при запуске Антарес в 2014 г..[24] Как было объявлено 5 ноября 2014 года, Orbital решила отказаться от первой ступени AJ-26 от Antares и поставить альтернативный двигатель. 17 декабря 2014 года Orbital Sciences объявила, что будет использовать НПО Энергомаш РД-181 на ракетах-носителях «Антарес» второго поколения и напрямую заключила контракт с НПО Энергомаш на поставку до 60 двигателей РД-181. Два двигателя используются на Начальная ступень Антарес 100-й серии.[25]

Текущее и предлагаемое использование

РКК Энергия предлагает ракету-носитель "Аврора-Л.СК", которая будет использовать НК-33 для питания первой ступени и Блок ДМ-СЛ для второго этапа.[26]

Союз-2-1в

В начале 2010-х гг. Союз семейство ракет-носителей было дооснащено двигателем НК-33 - с меньшим весом и большей эффективностью для увеличения полезной нагрузки; Более простая конструкция и использование лишнего оборудования могут фактически снизить затраты.[27] ЦСКБ-Прогресс использует НК-33 как двигатель первой ступени облегченной версии Семейство ракет Союз, то Союз-2-1в.[28] НК-33А, предназначенный для корабля "Союз-2-1в", успешно прошел огневую стрельбу 15 января 2013 г.[29] после серии огневых и системных испытаний полностью смонтированного корабля «Союз-1» в 2011–2012 годах.[30] Ракета с двигателем НК-33 получила окончательное обозначение Союз-2-1в, первый полет которого состоялся 28 декабря 2013 года. Один двигатель НК-33 заменяет центральный РД-108, без четырех ускорителей первой ступени. Вариант ракеты «Союз» с четырьмя ускорителями с двигателями НК-33 (с одним двигателем на ускоритель) не был построен, что привело к снижению полезной нагрузки по сравнению с ракетой. Ракета-носитель "Союз-2".

Версии

За прошедшие годы было выпущено множество версий этого движка:

  • НК-15 (Индекс ГРАУ 11D51): Начальная версия для N1 Начальная ступень.
  • НК-15В (Индекс ГРАУ 11D52): Модифицированный НК-15, оптимизированный для работы в вакууме, используется на N1 вторая стадия.
  • НК-33 (Индекс ГРАУ 11D111): Улучшенная версия для N1F первый этап, ни разу не летал.
  • НК-43 (Индекс ГРАУ 11D112): НК-33 вакуумно-оптимизированный для N1F второй этап, ни разу не летал.
  • AJ26-58 и AJ26-59: Доработан НК-33 на Aerojet Rocketdyne. Планируется использовать на Kistler К-1.
  • AJ26-62: Доработанный НК-33 с дополнительным карданным механизмом от Aerojet Rocketdyne. Используется на Антарес 100-серия Начальная ступень.
  • НК-33А (Индекс ГРАУ 14D15): Восстановленный НК-33. Используется на Союз-2-1в Начальная ступень.
  • НК-33-1: Модернизированный НК-33 с карданным механизмом. Планируется использовать на активной ступени "Союз-2.3".

Галерея

  • Ракетный двигатель Aerojet AJ26 доставляется в Космический центр Джона Стенниса.

  • НАСА Администратор Чарльз Болден (слева) и директор космического центра Джона К. Стенниса Патрик Шойерманн наблюдают за испытательным запуском первого летного двигателя Aerojet AJ26.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «ЖРД НЦ-33 (11Д111) и НЦ-43 (11Д112)» (на русском). Получено 1 апреля 2015.
  2. ^ «Союз 2-1в». Spaceflight101: космические новости и не только. Архивировано 13 января 2019 года.. Получено 2020-03-20.CS1 maint: неподходящий URL (связь)
  3. ^ «Орбитальный АТК готов ко второй жизни Антареса». НАСАКосмический полет. Получено 18 марта 2016.
  4. ^ Демонстрационный двигатель технологий ВВС США и НАСА для будущих ракет-носителей успешно запущен во время начальных полномасштабных испытаний.
  5. ^ Запись Astronautix NK-33 В архиве 2002-06-25 на Wayback Machine.
  6. ^ Запись Astronautix NK-43 В архиве 2007-10-28 на Wayback Machine
  7. ^ Линдроос, Маркус. Советская пилотируемая лунная программа Массачусетский Институт Технологий. Доступ: 4 октября 2011 г.
  8. ^ а б Клифтон, Дэн (2001-03-01). «Двигатели, пришедшие из холода». Канал 4. Лондон. Идеальные мировые производства. Получено 2014-01-03.
  9. ^ «Ракетный двигатель НК-33 (14Д15)». www.russianspaceweb.com. Получено 2016-09-17.
  10. ^ а б "Движение космического лифта". Аэроджет. Апрель 2011. Архивировано с оригинал на 14.08.2011.
  11. ^ а б Кларк, Стивен (19 декабря 2010 г.). «Главный двигатель Taurus 2 прошел испытание на карданном подвесе». Космический полет сейчас. Тонбридж, Кент, Великобритания. В архиве из оригинала от 03.01.2014. Получено 2014-01-03.
  12. ^ а б «НК-33». Марк Уэйд (Энциклопедия астронавтики). Архивировано из оригинал на 2002-06-25. Получено 2006-03-25.
  13. ^ "Космическая силовая установка | Разработка американского двигателя Kerolox с замкнутым контуром, застрявшего на 2-й передаче - SpaceNews.com". 2013-07-12. Получено 2016-09-17.
  14. ^ «МОДИФИКАЦИЯ И ВЕРИФИКАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ РОССИЙСКОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ НК-33 ДЛЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ И ПЕРЕЗАГРУЗОЧНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ» (PDF). Аэроджет и ГНТЦ им. Н.Д. Кузнецова. В архиве (PDF) из оригинала на 2019-03-09. Получено 2020-08-17.
  15. ^ «НАСА выбирает экипаж, партнеров по запуску грузов». Космический полет сейчас. 18 августа 2006 г.
  16. ^ «НАСА выбирает перевозку экипажа и грузов для партнеров на орбите». SpaceRef. 18 августа 2006 г.
  17. ^ Алан Бойл (18 августа 2006 г.). "SpaceX, Rocketplane выиграли конкурс космических кораблей". Новости NBC.
  18. ^ «Контракт COTS РПК расторгнут» (Пресс-релиз). Авиационная неделя. 2007-09-10. Архивировано из оригинал на 2011-05-12. Получено 2007-09-10.
  19. ^ "Антарес" (PDF). Орбитальный.
  20. ^ а б Кларк, Стивен (15 марта 2010 г.). «Aerojet подтверждает, что российский двигатель готов к работе». Космический полет сейчас. Архивировано из оригинал на 2013-08-13. Получено 2010-03-18.
  21. ^ Билл Чаппелл (21 апреля 2013 г.). «Запуск ракеты« Антарес »прошел успешно, проходит испытания орбитального корабля снабжения». ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР.
  22. ^ Дэн Леоне (24 июня 2013 г.). "Orbital предъявляет иск ULA, ищет двигатели РД-180, ущерб составляет 515 миллионов долларов". Космические новости.
  23. ^ Эми Батлер (24 июня 2013 г.). «Орбитальная компания разочарована отсутствием опций двигателя Antares». Неделя авиации и космической техники. Архивировано из оригинал 29 октября 2013 г.
  24. ^ Кларк, Стивен (1 ноября 2015 г.). «Два датчика отказа Antares дают разные результаты». Космический полет сейчас. Получено 2015-11-01.
  25. ^ Морринг, Фрэнк младший (16 декабря 2014 г.). «При модернизации Антарес будут использоваться РД-181, которые будут закупаться напрямую у Энергомаш». Авиационная неделя. Получено 28 декабря 2014.
  26. ^ «РКК« Энергия »им. С.П. Королева - ПУСКОВЫЕ». Энергия.
  27. ^ «Ракета Союз-1 (Союз 2-1в)». Российская космическая сеть. Ноябрь 2010 г.
  28. ^ Зак, Анатолий. «Ракета Союз-1». Российская космическая сеть. Получено 7 марта 2010.
  29. ^ «Испытания двигателя НК-33 прошли успешно» (на русском). Самара сегодня. Получено 3 марта, 2013.
  30. ^ http://www.kosmonavtika.com/lanceurs/soyouz/version/14A15/14A15.html

внешняя ссылка