СОЗДАНИЕ РАКЕТЫ НОСИТЕЛЯ СРЕДНЕГО КЛАССА С ЖРД КАК БЛИЖАЙШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ В РАКЕТОСТРОЕНИИ

CREATION OF A MEDIUM-CLASS LAUNCH VEHICLE WITH A ROCKET ENGINE AS THE NEAREST PROSPECTS IN ROCKET ENGINEERING

Nikolay Kaushan

student, Department of Aircraft Engines Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В качестве цели настоящей статьи определена необходимость отражения проблемы повышения эффективности полетных задач. В статье представлены характеристики современной ракеты-носителя, использующей жидкое ракетное топливо. В статье указано на необходимость создания ракеты-носителя среднего класса, способной вывести на низкую околоземную орбиту полезный груз. При этом, в ближайшие несколько лет самым востребованным топливом остается пара керосин+жидкий кислород.

ABSTRACT

As the purpose of this article, the need to reflect the problem of improving the efficiency of flight tasks is determined. The article presents the characteristics of a modern launch vehicle using liquid rocket fuel. The article points to the need to create a medium-class launch vehicle capable of putting a payload into low-Earth orbit. At the same time, in the next few years, the most popular fuel remains a pair of kerosene+liquid oxygen.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель; перспективные разработки; ракета-носитель, масса полезного груза.

Keywords: liquid rocket engine; promising developments; launch vehicle, payload mass.

Основными направлениями развития жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) являются, по мнению специалистов [1]:

• рационализация и упрощение конструкции, усовершенствование схем и структуры систем и агрегатов ЖРД;
• использование высокоэффективных топливных пар компонентов;
• оптимизация происходящих в них процессов [3, с.110];
• экономичность;
• точность выполнения полетных задач.

Решение задач, возникающих при совершенствовании в перечисленных направлениях, положительно отразится в важных характеристиках эффективности космических ракетных комплексов, таких как, например, стоимость выполнения космических пусков, масса полезной нагрузки, дальность полета [4, с. 98-105].

Одним из способов решения указанной задачи является реализация проекта РН «Союз-5». «Союз-5» – перспективная двухступенчатая РН среднего класса, которая будет способна вывести на НОО не менее 17 т полезного груза [8]. Данная ракета-носитель разрабатывается ракетно-космической корпорацией «Энергия» имени С.П. Королёва [2]. Реализация данного проекта предусмотрена действующей Федеральной космической программой в рамках опытно-конструкторской работы «Феникс«. Стоимость одного запуска РН «Союз-5» оценивается в 55-56 млн. долл. [7].

Начало лётных испытаний данной РН запланировано на 2022 год, а переход в стадию коммерческой эксплуатации на 2025 год. Планируется, что эксплуатацией данной РН займется российская компания International Launch Services. Стартовый комплекс ракеты планируется создать на базе российско-казахстанского ракетно-космического комплекса «Байтерек», использовавшегося ранее для запусков РН «Зенит-М» на космодроме «Байконур». Планируется, что «Союз-5» должна стать самой экономичной российской ракетой в связи с учетом сразу нескольких факторов:

Во-первых, при ее строительстве будут использовать современные технологии. В частности, предполагается, что определенное количество деталей будет произведено на 3D принтерах (аддитивные технологии).

Во-вторых, на 1-й ступени РН будут установлены самые совершенные на сегодняшний день двигатели - РД-171МВ, прообраз которых создавался еще для первой ступени ракеты сверх-тяжелого класса «Энергия». Двигатели семейства РД171/180/191 на сегодняшний день имеют самое высокое энергетическое совершенство. При тяге в 800 т показатель удельного импульса на уровне моря составляет 311секунд.

В-третьих, построение системы управления «Союза-5» с применением быстродействующей производительной бортовой вычислительной машины позволит минимизировать связи между ракетой и оборудованием технического и стартового комплексов. Это упростит процесс подготовки ракеты к пуску и удешевит наземное оборудование.

В-четвертых, материал, из которого впервые будут изготавливаться баки РН (алюминиевый сплав 1580) позволит значительно повысить технические характеристики ракеты.

В-пятых, впервые на второй ступени РН будет применяться объединенное днище баков горючего и окислителя, что позволит уменьшить габариты блока и снизить массу конструкции.

В таблице 1 представлены основные характеристики ракеты-носителя «Союз-5»

Таблица 1.

Основные тактико-технические характеристики РН «Союз-5»

РД-171МВ на сегодняшний день является самым мощным из жидкостных реактивных двигателей в мире. При этом топливная пара «керосин-кислород» является самой востребованной (табл.2).

Таблица 2

Статистика орбитальных запусков 2019-го года с топливной парой керосин+кислород [6, с.482]

Двигатель ракеты-носителя  оснащен четырьмя камерами сгорания и работает на паре кислород-керосин. Экспериментальным исследованиям на эту тему была посвящена статья специалистов, по изучению лазерного воспламенения топлива кислород-керосин. «Главной задачей экспериментов являлось проведение испытаний рулевой и основной камер двигателей РД107 и РД108 с воспламенением топлива с помощью лазерного зажигательного устройства (ЛЗУ) в условиях, приближенных к штатным условиям запуска»[9, с.113-133].

Кроме экспериментальных исследований учтен опыт эксплуатации двигателей РД-180 и РД-191, о чем отмечают в своих публикация специалисты информационного агентства RT [5].

Таким образом, анализ основных технических характеристик перспективной РН «Союз-5» позволяет сделать вывод о том, что в ближайшем будущем данная ракета-носитель сможет дополнить и заменить существующие носители среднего класса, доставляющие полезную нагрузку на различные виды орбит, при этом, в ближайшие несколько лет самым востребованным топливом остается пара керосин+жидкий кислород.

Список литературы:

1. Абдуллин М. Р. Анализ и классификация путей совершенствования жидкостных ракетных двигателей одно- и многоразового использования на углеводородных и азотосодержащих горючих и охладителях // Материалы междунар. молодёжной науч. конф.: в 6 т. Казань, 2019. Т. 2. С. 314-320
2. АО «НПО Энергомаш»: официальный сайт. г. Химки Московской области, 2021. Режим доступа: http:// engine.space (дата обращения 07.09.21)
3. Ахметшин К. Ш. Сравнительный анализ способов регулирования тяги жидкостных и твердотопливных ракетных двигателей // Решетневские чтения. – 2013. – Т. 1. – С. 110-111
4. Дронь М. М. Исследование свойств инерционного регулятора системы регулирования тяги жидкостного ракетного двигателя // Омский научный вестник. – 2021. – Т. 5. – № 2. – С. 98-105
5. Латышев А. «Самый мощный в мире»: какими характеристиками будет обладать новый российский ракетный двигатель РД-171МВ // Информационное агентство RT: [сайт]. Москва, 2021. Режим доступа: http:// russian.rt.com/russia/article/664311-kosmos-raketa- soyuz-dvigatel (дата обращения 07.09.21)
6. Осико С. М. Экологические проблемы ракетно-космической деятельности: влияние ракетного топлива на состояние окружающей среды в районах падения отработавших ступеней // Молодой ученый. – 2020. – № 23 (313). - С. 482-485
7. Ракета-носитель «Союз-5» будет запущена в 2022 году / Информационное агентство ТАСС: [сайт]. Москва, 2017 [Электронный ресурс] Режим доступа: http://tass.ru/pmef2017/articles/4299507 (дата обращения 07.09.21)
8. Роскосмос: официальный сайт. Москва, 2021. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://roscosmos.ru (дата обращения 07.09.21)
9. Экспериментальное исследование лазерного воспламенения топлива кислород-керосин в камерах ЖРД / В. К. Чванов // Труды НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко. – 2015. – № 32. – С. 113-133