Space Exploration Technologies

Двигатель UA-1205

Этот РДТТ, созданный фирмой Юнайтед Текнолоджи Сентер, используется с 1965 г. для начального разгона различных РН семейства "Титан-3". Как и в МТКК "Спейс Шаттл", в них также устанавливаются два РДТТ по параллельной схеме, которые работают от старта до высоты 45 км.

Двигательная установка с РДТТ УА 1205

UA-1205 является самым крупным из эксплуатировавшихся до настоящего времени РДТТ (кроме, как мы уже знаем, SRM). В его стальном цилиндрическим корпусе диаметром 3,05 м содержится около 193 т твердого топлива, при сгорании которого создается тяга, достигающая 5,3 МН. Продолжительность работы двигателя 125 с, развиваемый полный импульс тяги - около 500 МН·с. UA-1205 (рисунок) имеет секционную конструкцию и работает на смесевом топливе, близкой по составу к тому, которое используется в двигателе SRM. Конфигурация заряда сходна с используемой в SRM, но задние торцы отдельных секций (всего их 7) не бронированы. Благодаря этому в начале работы РДТТ его "тяга достигает максимального значения (которое указано выше), затем постепенно снижается до ~ 70% и в последние 20 с резко спадает до нуля.

В отличие от SRM в UA-1205 установлено обычное, а не "утопленное" сопло. В его конструкции предусмотрены графитовые кольцевые вкладыши (в горловине) и аблирующие материалы (фенопласты, армированные кремнеземными и другими тканями). Продукты сгорания, разгоняясь в сопле, сообщают двигателю удельный импульс 2610 м/с (в вакууме).

С целью управления полетом РН в каждом двигателе UA-1205 предусмотрена система управления вектором тяги, основанная на несимметричном вводе вспомогательного рабочего тела - жидкой четырехокиси азота в сверхзвуковой поток газа в сопле. Для этого предусмотрены электроуправляемые форсунки, расположенные вокруг сопла примерно на середине расширяющейся части. На каждый квадрант поперечного сечения приходится шесть сблокированных форсунок, при включении которых в соответствующем месте сопла возникает боковая управляющая сила. Она обусловлена динамическим и химическим взаимодействием потоков, а также импульсом силы, создаваемым струёй вспомогательного рабочего тела.

Хотя при этом осевая составляющая тяги возрастает, результирующий удельный импульс РДТТ все же уменьшается. Такой способ обеспечивает управление полетом ракеты по тангажу и курсу при использовании одного двигателя, а в случае двух двигателей (т. е. как в РН семейства "Титан-3") - и по крену. В UA-1205 четырехокись азота содержится в специальном баке, из которого вытесняется сжатым азотом. В течение полета расходуется около 80% запаса жидкости, составляющего ~ 4 т.

С учетом РДТТ системы отделения двигательная установка на основе UA-1205 имеет высоту 26 м и массу, 230 т.

РН семейства "Титан-3" являются наглядным примером эффективности использования "навесных" РДТТ с целью увеличения грузоподъемности серийных ракет, находящихся в эксплуатации. История этих РН .началась с двухступенчатой межконтинентальной ракеты "Титан-2", приспособленной для вывода полезных грузов в космос. Разгон этой ракеты, использовавшейся в 1965-1966 гг. для запуска пилотируемых кораблей "Джемини", обеспечивался при помощи двух последовательно включавшихся ЖРД. Первый из них развивал тягу 1913 кН (на Земле) и работал 150 с, второй - тягу 445 кН за время 180 с.

После того как на "Титан-2" установили сверху еще одну жидкостную ступень, а с двух сторон корпуса прикрепили "навесные" твердотопливные двигатели UA-1205, стартовая масса РН возросла с 147 до 630 т, а грузоподъемность (масса полезного груза, выводимого на низкую околоземную круговую орбиту) увеличилась примерно с 3,5 до 13 т. Указанная модернизация РН была осуществлена в сжатые сроки и при денежных затратах, намного меньших тех, которые потребовались бы для создания совершенно новой РН равной мощности.

Суммарной тяги двух двигателей UA-1205 оказывается вполне достаточно, чтобы оторвать РН от земли и поднять ее на высоту в несколько десятков километров (ЖРД включаются после окончания работы РДТТ). Если подсчитать тяговооруженность для различных вариантов РН семейства "Титан-3", то, окажется, что этот показатель возрос после модернизации PН с 1,3 до 1,7 g. Таким образом,, разгон РН стал производиться быстрее, а следовательно, и снизились потери скорости, связанные с воздействием земного притяжения (что касается потерь на преодоление аэродинамического сопротивления, то они возросли ненамного),

Образно говоря, "навесные" РДТТ вдохнули в ракеты "Титан" новую жизнь, обеспечив им широкое использование при осуществлении американских космических программ. С их применением связаны многие достижения космонавтики. Так, в 1977 г. при помощи "Титанов" осуществлены запуски двух межпланетных станций "Вояжер. С целью сокращения времени полета указанным КА была сообщена третья космическая скорость, и они выйдут за пределы Солнечной системы.

Разгон "Вояжеров" производился при помощи пятиступенчатых РН семейства "Титан-3": на первой ступени устанавливались твердотопливные двигатели UA-1205, на последующих трех - ЖРД и на верхней (так называемом разгонном блоке) - РДТТ. Об этом твердотопливном двигателе рассказывается далее, а здесь мы обратимся к РДТТ, которые применяются в другой РН, получившей широкое использование при осуществлении космических программ.