Space Exploration Technologies

ЖРД на высококипящем топливе

Наряду с кислородно-керосиновым и кислородно-водородным топливами, содержащими сжиженные газы и называемыми криогенными, в космических ракетах широко используются высококипящие топлива, компоненты которых являются жидкостями при обычных внешних условиях. Эти топлива уступают кислородно-керосиновой паре по удельному импульсу, но превосходят ее по плотности. Начало применению в ракетной технике высококипящих топлив в больших масштабах было положено созданием в конце 50-х - начале 60-х годов баллистических ракет дальнего действия, работающих на этих топливах. Были успешно решены проблемы эксплуатации ракет и совместимости топлив с конструкционными материалами, связанные с токсичностью и химической агрессивностью высококипящих топлив.

Одним из первых космических ЖРД, в которых использовались высококипящие топлива, был двигатель РД-214, применяющийся с 1962 г. на Первой ступени ракеты серии "Космос". РД-214 развивает тягу 74 т и работает на азотнокислотном окислителе (АК) - смеси окислов азота с азотной кислотой - и продукте переработки керосина. Более эффективны современные высококипящие топлива, в которых окислителем является азоттетроксид (АТ), а горючим - несимметричный ди-метилгидразин (НДМГ) либо его смесь с гидразином под названием аэрозин (топливо АК-НДМГ занимает промежуточное положение).

К достоинствам высококипящих топлив, содержащих НДМГ и аэрозин, относится также их самовоспламеняемость при контакте топливных компонентов. Наличие этих топлив позволяет создавать ЖРД, простые по конструкции, надежные в работе, с малым удельным весом. К двигателям, работающим на топливе АК-НДМГ, относятся однокамерный ЖРД тягой 7,3 т американской фирмы Белл, применяющийся с 1959 г. на универсальной высотной ракетной ступени "Аджена", и ЖРД РД-216, разработанный ГДЛ-ОКБ в 1958-1960 гг. и применяющийся на первой ступени одной из ракет серии "Космос". РД-216 состоит из двух идентичных ЖРД, имеющих общую систему запуска. ЖРД - двухкамерные, с турбонасосными агрегатами, расположенными между камерами, в области их минимального сечения. Каждый ЖРД развивает тягу 88 т и имеет удельный импульс 2860 м/с при давлении в камерах 74 атм.

Из многочисленных космических ЖРД, работающих на азоттетроксидных топливах, укажем здесь только мощные двигатели американской фирмы Аэроджет, использующиеся на первой и второй ступенях уже упомянутой ракеты "Титан-3" (на второй и третьей ступенях соответственно в варианте ракеты со стартовыми РДТТ).

Двигатель первой ступени космической ракеты "Титан-3" состоит из двух однокамерных ЖРД LR87-AJ-9, развивающих суммарную тягу 215 т и удельный импульс около 2810 м/с при давлении в камерах 55 атм. Этот двигатель является лучшим среди зарубежных ЖРД по удельному весу - 6,9 кг/т. На второй ступени "Титан-3" установлен однокамерный ЖРД 1..LR91-AJ-9 с тягой около 45 т и удельным импульсом 3040 м/с, работающий при давлении 58 атм. В этом ЖРД отработанные газы турбины сбрасываются в поворотное сопло, обеспечивающее управление положением ракеты относительно продольной оси. При запуске рассмотренных двигателей раскрутка турбонасосных агрегатов производится пороховыми газами от пиростартеров, установленных на корпусах турбин.

Описанные ЖРД фирмы Аэроджет применялись, в частности, в 1965-1966 гг. на модифицированной межконтинентальной баллистической ракете "Титан-2", обеспечившей запуск десяти кораблей "Джемини".