Space Exploration Technologies

Двигатели АМС "ЛУНА", "ВЕНЕРА", "МАРС"

Успешные полеты советских автоматических межпланетных станций для исследования планет Солнечной системы были обеспечены двигательными установками с ЖРД.

Запуски АМС к Луне были начаты еще в 1959 г. Вначале решалась задача попадания в Луну. В связи с этим полет первых трех АМС типа "Луна" происходил по баллистической траектории, и они не были снабжены собственными двигателями. Решение более сложных задач по исследованию Луны, которые встали перед наукой, потребовало создания для АМС специальных двигательных установок и запуска аппаратов с орбиты искусственного спутника Земли путем включения двигателя последней ступени космической ракеты.

АМС, совершившие впервые в мире (в 1966 г.) мягкую посадку на Луну и выход на окололунную орбиту, были снабжены корректирующе-тормозной двигательной установкой КТДУ-1. В нее входил однокамерный ЖРД с насосной подачей того же топлива, что применялось в двигателе космического корабля "Восток". При давлении в камере сгорания около 64 атм ЖРД развивал тягу 4640 кг и удельный импульс 2720 м/с.

Подача топлива в ЖРД без газовых включений при его запуске обеспечивалась установленными в баках сетчатыми разделителями, использующими свойство поверхностного натяжения жидкости в ячейках мелкой металлической сетки. В полете двигатель включался дважды. Первое включение ЖРД обеспечивало коррекцию траектории движения АМС к Луне, второе - торможение для перевода АМС на орбиту искусственного спутника Луны или для гашения скорости сближения АМС с Луной до безопасной величины.

Заданное направление полета и определенное положение АМС в пространстве обеспечивались рулевыми соплами, в которые поступал отработанный газ турбины. Эти же сопла обеспечивали (при неработающей камере) конечную скорость сближения АМС с лунной поверхностью.

Последние варианты АМС типа "Луна" доставили на Землю образцы лунного грунта и на поверхность Луны автоматические самоходные аппараты "Луноход-1" и "Луноход-2". Успешное осуществление этих сложных задач было обеспечено созданием новой унифицированной корректирующе - тормозной двигательной установки и, кроме того. ЖРД для взлетной ступени АМС ("Луна-16" и "Луна-20"). Двигательная установка работала на высококипящих самовоспламеняющихся топливах, содержащих несимметричный диметилгидразин, и состояла из двух автономных блоков (основного и малой тяги). Основной блок состоит из однокамерного ЖРД с насосной подачей топлива и рассчитан на работу в трех различных режимах тяги (от 1930 до 750 кг) и многократное включение (до 11 раз). Блок малой тяги содержит двухкамерный ЖРД одноразового действия с вытеснительной подачей топлива (гелием); он рассчитан также на работу в трех различных режимах тяги (от 210 до 350 кг). Для ЖРД основного блока удельный импульс составляет 3080 м/с, а суммарное время работы - 650 с; для ЖРД блока малой тяги эти параметры равны соответственно 2490 м/с и 30 с.

Двигательная установка выполнена цельносварной, причем камера ЖРД основного блока является силовым элементом, к которому крепятся все другие элементы.

Двигатель взлетной ступени АМС "Луна" представляет собой ЖРД с насосной подачей того же топлива, на котором работает ЖРД блока малой тяги. Двигатель развивает тягу 1920 кг при давлении в камере сгорания около 94 атм. На последней странице обложки изображен старт взлетной ступени АМС "Луна-16".

Корректирующая двигательная установка первых АМС <Венера"

Советской науке принадлежит ведущая роль в изучении Венеры. Запуски АМС к этой планете были начаты в СССР в 1961 г. Первоначально схемы полетов предусматривали вход АМС в атмосферу Венеры со второй космической скоростью, с отделением от АМС спускаемых аппаратов, тормозящихся за счет аэродинамического сопротивления. Траектория полета АМС к Венере обеспечивалась при помощи корректирующей двигательной установки с ЖРД. Этот ЖРД (рисунок) представлял собой двигатель с вытеснительной подачей топлива, работающий на азотнокислотном окислителе и несимметричном диметилгидразине. ЖРД был установлен в карданном подвесе; при давлении в камере сгорания 12 атм развивал тягу 200 кг и удельный импульс 2670 м/с.

Описанный двигатель обеспечил полет станций "Венера", спускаемые аппараты которых впервые произвели плавное снижение в атмосфере Венеры (1967 г.) и осуществили передачу информации с поверхности этой планеты (1970 г.). Аналогичные ЖРД использовались в программе исследования космоса с помощью АМС серии "Зонд", последние варианты которых совершили облет Луны с последующим возвращением на Землю. Такие же двигатели применялись на спутниках связи "Молния-1" и первой АМС, запущенной к Марсу.

Последние достижения науки и техники в исследовании планет Солнечной системы связаны с разработкой более совершенных двигательных установок с ЖРД. Так, например, для АМС "Марс" были созданы корректирующе-тормозные двигатели с насосной подачей топлива, способные надежно работать в условиях многомесячного космического полета в различных режимах тяги (примерно от 1000 до 1900 кг) и при многократном включении (до семи раз). Давление в камерах сгорания этих ЖРД превышает 95 атм, а удельный импульс достигает 3090 м/с.