WikiSort.ru - Космос

RS-68
Двигатель RS-68 в ходе испытаний на стенде НАСА в период его разработки.
Тип	ЖРД
Топливо	водород
Окислитель	кислород
Камер сгорания	1
Страна	США
Использование
Время эксплуатации	2002 год — используется
Применение	Дельта-4 (первая ступень CBC, боковые блоки CBC варианта Хеви) Арес-5 Созвездие (RS-68B)
Развитие	RS-68A, RS-68B
Производство
Конструктор	Рокетдайн, США
Производилось	с 1998 года
Массогабаритные характеристики
Масса	6747 кг
Высота	5207 мм
Диаметр	2438 мм
Рабочие характеристики
Тяга	Вакуум: 3314 кН Ур. моря: 2891 кН
Удельный импульс	Вакуум: 409 c Ур. моря: 359 c
Время работы	249—259 c
Давление в камере сгорания	9,7 MPa (96,0 ат)
Степень расширения	21,5
Тяговооружённость	44,4
RS-68 на Викискладе

RS-68 (англ. Rocket System 68, RS-68, Ракетная система 68) — жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) компании Рокетдайн (англ. Rocketdyne), США. По состоянию на 2009 г являлся самым мощным однокамерным двигателем, который использует в качестве компонентов топлива жидкий водород (LH2) и кислород (LOX).^[1] Развитие двигателя было начато в 1990-х с целью получения более дешевого и простого в производстве двигателя для первой ступени ракеты-носителя Дельта-4, обладающего большой тягой. Во время работы RS-68 производит тягу 300,7 тонн-силы (тс) (2949 кН) на уровне моря, его модификация RS-68A обладает тягой 317,5 тс (3114 кН), что было продемонстрировано на стендовых испытаниях.^[2] Вариант двигателя RS-68B, который предполагается использовать в качестве основного двигателя в программе НАСА Созвездие, должен иметь на 80 % меньше частей по сравнению с основными двигателями шаттла SSME (RS-24) и примерно в два раза большую тягу на уровне моря.

Обзор

Двигатель RS-68 был разработан в лаборатории Propulsion and Power компании Рокетдайн, расположенной в Лос-Анджелесе, Калифорния для первой ступени одноразовой ракеты-носителя Дельта-4. В камеру сгорания подается жидкий водород и кислород под давлением 104,5 ат (10,25 MPa, уровень тяги 102 %), массовое соотношение смешивания топлива и окислителя 1:6.

Основной целью программы разработки RS-68 было создание простого двигателя, который был бы экономически выгоден при одноразовом использовании на ракете-носителе. Для того, чтобы достичь этой цели, двигатель имеет на 80 % меньше деталей по сравнению с двигателем многократного использования SSME (RS-24). Простота и дешевизна двигателя отразилась в худших показателях эффективности по сравнению с RS-24: соотношение тяги к массе RS-68 значительно ниже, удельный импульс меньше на 10 %. Преимуществом является меньшая стоимость постройки нового двигателя: для того, чтобы сделать новый RS-68 для программы Боинга ракеты-носителя Дельта-4, требуется 14 млн американских долларов, против 50 млн на новый RS-24. В то время как высокую стоимость RS-24 предполагалось распределять в ходе многоразового использования, более массивный и дешёвый, обладающий большей на 50 % тягой двигатель RS-68 является более экономически оправданным для одноразового использования.

Двигатель, в отличие от SSME и РД-0120, представляет собой двигатель открытого цикла без дожигания генераторного газа с двумя независимыми турбинами. Камера сгорания использует канально-стенной дизайн (как, например, РД-171) для сокращения стоимости. Эта конструкция, использованная впервые в СССР, включает в себя внутреннюю и внешнюю оболочку топливопроводов, сваренных через разделители, которые формируют охлаждающие каналы. Этот метод приводит к более тяжёлой конструкции, но гораздо дешевле по сравнению с трубочно-стенным дизайном (конструкции данного типа используют сотни трубок, согнутых по форме камеры сгорания и сваренных вместе), который используется в других американских двигателях. Нижняя часть сопла имеет коэффициент расширения 21,5 и выполнена из абляционного материала. Облицовка внутренней части сопла предназначена для выгорания в ходе работы двигателя, что имеет своей целью отвод тепла и вызывает яркое свечение газовой струи на выходе из сопла, которое не возникает в случае других ЖРД, работающих на водороде и кислороде. В целом данная конструкция имеет большую массу по сравнению с трубочно-стенным дизайном сопел, используемым другими двигателями, но проще и дешевле в производстве.

В то время как первоначальный дизайн был разработан в лаборатории Рокетдайн в Парке Канога (Canoga Park), Калифорния, там же где был разработан SSME, первые пробные образцы двигателей были собраны в полевой лаборатории Санта Сузана, где разрабатывались и испытывались двигатели ракеты-носителя Сатурн-5 для программы Аполлон полетов на Луну. Первые стендовые испытания RS-68 производились на базе лаборатории ВВС США Эдвардс, позднее в космическом центре НАСА имени Стенниса (англ.)русск.. Первое успешное стендовое испытание на базе Эдвардс было завершено 11 сентября 1998 года, первое успешное использование двигателя и успешный запуск ракеты-носителя выполнены 20 ноября 2002 года.

Двигатель RS-68 является частью унифицированного разгонного блока (англ. Common Booster Core, CBC), используемого для создания пяти вариантов ракеты-носителя семейства Дельта-4. Самый тяжёлый вариант, использованный на 2009 год, включает в себя три блока CBC, соединённых вместе. Потенциально возможно использование семи таких блоков в одной ракете-носителе.

Будущее использование

18 мая 2006 года НАСА объявило, что пять двигателей RS-68 предполагается использовать вместо SSME на планируемой Арес-5 Созвездие. НАСА остановила свой выбор на RS-68 по причине его более низкой стоимости — около 20 миллионов долларов после произведённых НАСА усовершенствований. Модификации RS-68 для Арес-5 включают в себя другое аблятивное сопло, обеспечивающее более долгую работу двигателя, более короткую последовательность запуска, изменения в конструкции для уменьшения потерь водорода при запуске и для уменьшения использования гелия в ходе предстартового отсчёта и полёта. Увеличение тяги и удельного импульса предполагается осуществить в рамках отдельной программы модернизации ракеты-носителя Дельта-4.^[3] По имеющейся на 2009 г информации Арес-5 будет использовать шесть RS-68 на центральном блоке. Вариант этого двигателя для ракеты-носителя Арес-5 НАСА будет носить название RS-68B.^[4] Другой проект, DIRECT, также предполагает использование RS-68.

4 апреля 2008 года ВВС США заключило изменённый контракт с Боинг Лонч Сервисес (Boeing Launch Services) Калифорния на 20 млн долл. Изменение контракта дает право Боингу осуществлять демонстрационные испытания на переделанном RS-68, имеющим маркировку «10009». В рамках инициативы гарантированного доступа в космос (англ. Assured Access to Space, AAS) правительство дало право осуществлять работы по разработке оборудования, которое сократит или исключит существующие риски и увеличит надёжность двигателя RS-68.^[5]

25 сентября 2008 года модифицированный RS-68A успешно прошёл первые огневые испытания. RS-68A — усовершенствованная версия RS-68 с изменениями, которые должны обеспечить увеличенный удельный импульс и тягу выше 317,5 тс (3114 кН) на уровне моря. Сертификация двигателя запланирована в 2010 году, с возможностью первого использования в 2011 году.^[2]

Примечания

Ссылки

• Rocketdyne’s RS-68 page (недоступная ссылка)  (недоступная ссылка с 23-08-2013 [2003 дня])
• RS-68 at Astronautix
• RS-68 2002 AIAA paper
• First RS-68A hot-fire engine test a success