Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
НК-33
Aerojet AJ26 на испытательном стенде Stennis E-1 - cropped.jpg
Российский НК-33 был модифицирован и переименован в AJ26-58 компанией Aerojet . Этот AJ26-58 показан на испытательном стенде в Космическом центре Джона К. Стенниса .
Страна происхожденияСоветский союз
Дата1970-е годы
ДизайнерКонструкторское бюро Кузнецова
ПроизводительОАО «Кузнецов» (Машиностроитель)
Заявление1-я / 2-я ступени двигателя
ПредшественникНК-15 , НК-15В
ПреемникAJ26-58, AJ26-59, AJ26-62
Жидкостный двигатель
ПропеллентLOX / керосин
ЦиклПоэтапное горение
НасосыТурбонасос
Спектакль
Тяга (вакуум)1680 кН (380000 фунтов е )
Тяга (SL)1510 кН (340000 фунтов е )
Диапазон дроссельной заслонки50–105%
Отношение тяги к массе137
Давление в камере14,83 МПа (2151 фунт / кв. Дюйм)
Я sp (Vac.)331 секунды (3,25 км / с)
I sp (SL)297 секунд (2,91 км / с)
Размеры
Длина3,7 м (12 футов)
Диаметр2 м (6 футов 7 дюймов)
Сухой вес1240 кг (2730 фунтов)
Используется в
Н-1, Антарес 100, Союз 2.1-в
Рекомендации
Рекомендации[1]

НК-33 и НК-43 являются ракетные двигатели , разработанные и построенные в конце 1960 - х и начале 1970 - х годов в ОКБ Кузнецова . Обозначение «НК» происходит от инициалов главного конструктора Николая Кузнецова. На момент постройки НК-33 был одним из самых мощных ракетных двигателей LOX / RP-1 с высоким удельным импульсом и малой конструктивной массой. Они предназначались для злополучной советской лунной ракеты Н-1 . Ракетный двигатель НК-33А сейчас используется на первой ступени ракеты-носителя " Союз-2-1в" .

Дизайн [ править ]

Упрощенная схема ракетного двигателя НК33

Двигатели серии НК-33 представляют собой двухтопливные ракетные двигатели ступенчатого сгорания с регенеративным охлаждением высокого давления . Они используют обогащенные кислородом горелки для приведения в действие турбонасосов. Турбонасосам требуется переохлажденный жидкий кислород (LOX) для охлаждения подшипников. [2] [3] Такие горелки очень необычны, поскольку их горячий, богатый кислородом выхлоп имеет тенденцию разрушать металл, вызывая прогорания. Соединенные Штаты не исследовали технологии сжигания, обогащенные кислородом, до проекта Integrated Powerhead Demonstrator в начале 2000-х годов. [4] Советский Союз, однако, усовершенствовал металлургию этого метода. Сопло изготовлено из гофрированного картона.металл, припаянный к внешней и внутренней облицовке, что дает простую, легкую, но прочную структуру. Кроме того, поскольку в NK-33 в качестве топлива используются LOX и RP-1 , которые имеют одинаковую плотность, для обоих турбонасосов можно использовать один вращающийся вал. [5] [ неудавшаяся проверка ] Двигатель НК-33 имеет одно из самых высоких показателей удельной тяги среди всех запускаемых с Земли ракетных двигателей, только НПО Энергомаш РД-253 и двигатель SpaceX Merlin 1D имеют более высокое отношение. Удельный импульсНК-33 значительно превосходит оба этих двигателя. НК-43 похож на НК-33, но предназначен для разгонной, а не первой ступени. Он имеет более длинное сопло, оптимизированное для работы на высоте, где атмосферное давление практически отсутствует. Это придает ему большую тягу и удельный импульс, но делает его длиннее и тяжелее. Его тяговооруженность составляет около 120: 1. [6]

Предшественниками НК-33 и НК-43 являются более ранние двигатели НК-15 и НК-15В соответственно.

Технология обогащения кислородом живет в двигателях РД-170 / -171 , их РД-180 и недавно разработанных модификациях РД-191 , но эти двигатели не имеют прямого отношения к НК-33.

История [ править ]

N-1 [ править ]

В пусковой установке Н-1 изначально использовались двигатели НК-15 на первой ступени и высотная модификация (НК-15В) на второй ступени. После четырех неудачных запусков подряд и безуспешных попыток проект был закрыт. В то время как другие части машины были модифицированы или переработаны, Кузнецов улучшил свой вклад в НК-33 и НК-43 соответственно. [7] Автомобиль 2-го поколения должен был называться N-1F. К этому моменту лунная гонка была давно проиграна, и советская космическая программа рассматривала « Энергию» как свою тяжелую пусковую установку. Ни один N-1F так и не достиг стартовой площадки. [8]

Когда программа N-1 была закрыта, все работы по проекту были прекращены. Вместо этого чиновник забрал двигатели стоимостью в миллионы долларов каждый и положил их на склад. Слухи о двигателях в конечном итоге распространились и в США. Спустя почти 30 лет после того, как они были построены, инженеров-ракетчиков привели на склад. Позднее один из двигателей был доставлен в США, и его точные характеристики были продемонстрированы на испытательном стенде. [8]

Конструкция камеры сгорания [ править ]

Технология замкнутого цикла НК-33 работает за счет направления выхлопных газов вспомогательных двигателей в основную камеру сгорания. Это сделало конструкцию двигателя уникальной. Западные ракетчики считали эту технологию невозможной. [9] Полностью нагретый жидкий O 2 течет через предварительную горелку в основную камеру в этой конструкции. Чрезвычайно горячая смесь, богатая кислородом, делала двигатель опасным: было известно, что он плавил отливки толщиной 3 дюйма (76 мм) «как свечной воск». Одно из разногласий в Кремле по поводу поставки двигателя в США заключалось в том, что конструкция двигателя аналогична конструкции двигателя российской межконтинентальной баллистической ракеты. Конструкция НК-33 была использована в более позднем двигателе РД-180 , который имел вдвое больший размер, чем НК-33.Двигатели РД-180 использовались (по состоянию на 2016 год) для питанияРакета Атлас V. Эта компания также приобрела лицензию на производство новых двигателей. [10] [11] [12]

Продажа двигателей Aerojet [ править ]

Как рассказали инженеры во время поездки на склад, в «Моторном лесу» уцелело около 60 двигателей. В середине 1990-х годов Россия продала Aerojet General 36 двигателей по 1,1 миллиона долларов каждый, отправив их на завод компании в Сакраменто, Калифорния. [13] Во время испытания двигателя в Сакраменто двигатель соответствовал своим характеристикам.

Компания Aerojet доработала и переименовала обновленный НК-33 в AJ26-58 , AJ-26-59 и AJ26-62 , а НК-43 в AJ26-60 . [10] [11] [12] [14]

Кистлер К-1 [ править ]

Компания Kistler Aerospace, позже названная Rocketplane Kistler (RpK), разработала свою ракету К-1 на базе трех НК-33 и НК-43. 18 августа 2006 года НАСА объявило, что RpK был выбран для разработки коммерческих орбитальных транспортных услуг для Международной космической станции . План предусматривал демонстрационные полеты в период с 2008 по 2010 год. RpK получил бы до 207 миллионов долларов, если бы они выполнили все этапы НАСА, [15] [16] [17], но 7 сентября 2007 года НАСА выпустило письмо по умолчанию, предупреждая, что он расторгнет соглашение COTS с Rocketplane Kistler в течение 30 дней, потому что RpK не выполнила несколько этапов контракта. [18]

Антарес [ править ]

Ракета Антареса быть развернута для тестирования, показывающих два NK-33 двигателей

Первоначальная версия ракеты -носителя малой и средней грузоподъемности Orbital Sciences Antares имела два модифицированных НК-33 на первой ступени, твердую вторую ступень на базе Castor 30 и дополнительную твердую или гиперголическую третью ступень. [19] НК-33 были импортированы из России в США, модифицированы и переименованы в Aerojet AJ26. Это включало удаление некоторых электрических жгутов, добавление американской электроники, квалификацию ее для топлива США и изменение системы рулевого управления. [20]

В 2010 году накопленные двигатели НК-33 были успешно испытаны для использования на ракете -носителе малой и средней грузоподъемности Orbital Sciences Antares . [20] Ракета «Антарес» была успешно запущена из летного комплекса НАСА в Уоллопсе 21 апреля 2013 года. Это был первый успешный запуск традиционных двигателей NK-33, построенных в начале 1970-х годов. [21]

Компания Aerojet согласилась отремонтировать достаточное количество NK-33 для обслуживания 16-полетного контракта НАСА с коммерческими службами снабжения Orbital . Кроме того, у него был запас из 23 двигателей 1960-х и 1970-х годов. Кузнецов больше не производит двигатели, поэтому Orbital стремилась купить двигатели РД-180 . Поскольку контракт НПО Энергомаш с United Launch Alliance предотвратил это, Orbital подала в суд на ULA, ссылаясь на нарушения антимонопольного законодательства. [22] Aerojet предложил работать с Кузнецовым, чтобы возобновить производство новых двигателей НК-33, чтобы обеспечить Orbital постоянные поставки. [23]Однако производственные дефекты в жидкокислородном турбонасосе двигателя и конструктивные недостатки узла гидравлического баланса и упорных подшипников были предложены в качестве двух возможных причин неудачного запуска Antares в 2014 году . [24] Как было объявлено 5 ноября 2014 года, Orbital решила отказаться от первой ступени AJ-26 от Antares и поставить альтернативный двигатель. 17 декабря 2014 года Orbital Sciences объявила, что будет использовать НПО Энергомаш РД-181 на ракетах-носителях Антарес второго поколения, и заключила прямой контракт с НПО Энергомаш на поставку до 60 двигателей РД-181. На первой ступени 100-й серии Antares используются два двигателя . [25]

Текущее и предлагаемое использование [ править ]

РКК "Энергия" предлагает ракету-носитель "Аврора-Л.СК", на первой ступени которой будет НК-33, а на второй - блок ДМ-SL . [26]

Союз-2-1в [ править ]

В начале 2010-х годов семейство ракет-носителей « Союз » было модернизировано двигателем НК-33 - с использованием меньшего веса и большей эффективности для увеличения полезной нагрузки; Более простая конструкция и использование лишнего оборудования могут фактически снизить затраты. [27] ЦСКБ-Прогресс использует НК-33 в качестве двигателя первой ступени облегченной версии семейства ракет «Союз» - « Союз-2-1в» . [28] НК-33А, предназначенный для корабля «Союз-2-1в», был успешно запущен 15 января 2013 года [29] после серии холодных и системных испытаний полностью собранного корабля «Союз-1» в 2011–2012 годах. [30] Ракета с двигателем НК-33 получила окончательное обозначение Союз-2-1в.Первый полет состоялся 28 декабря 2013 года. Один двигатель НК-33 заменяет центральный РД-108 «Союза» , при этом четыре ускорителя первой ступени не установлены. Вариант ракеты-носителя "Союз" с четырьмя ускорителями с двигателями НК-33 (с одним двигателем на ускоритель) не был построен, что привело к снижению полезной нагрузки по сравнению с ракетой-носителем "Союз-2" .

Версии [ править ]

За прошедшие годы было выпущено множество версий этого движка:

  • НК-15 ( индекс ГРАУ 11Д51 ): Начальный вариант дляпервой ступени Н1 .
  • НК-15В (индекс ГРАУ 11Д52 ): Модифицированный НК-15, оптимизированный для работы в вакууме, используется на второй ступени Н1 .
  • НК-33 (индекс ГРАУ 11Д111 ): Улучшенная версия для первой ступени Н1Ф , никогда не летал.
  • НК-43 (индекс ГРАУ 11D112 ): НК-33 с вакуумной оптимизацией для второй ступени Н1Ф , никогда не летал.
  • AJ26-58 и AJ26-59 : модифицированный НК-33, произведенный Aerojet Rocketdyne . Планируется использовать на Kistler K-1 .
  • AJ26-62 : Модифицированный NK-33 с дополнительным карданным механизмом от Aerojet Rocketdyne . Используется на первой ступени Антарес 100-й серии .
  • НК-33А (индекс ГРАУ 14Д15 ): Восстановленный НК-33. Используется на первой ступени космического корабля "Союз-2-1в" .
  • НК-33-1 : Модернизированный НК-33 с карданным механизмом. Планируется использовать на активной ступени "Союз-2.3".

Галерея [ править ]

  • Ракетный двигатель Aerojet AJ26 доставляется в Космический центр Джона Стенниса.

  • Администратор НАСА Чарльз Болден (слева) и директор космического центра Джона К. Стенниса Патрик Шойерманн наблюдают за испытательным запуском первого летного двигателя Aerojet AJ26.

См. Также [ править ]

  • Сравнение орбитальных ракетных двигателей

Ссылки [ править ]

  1. ^ "ЖРД НК-33 (11D111) и NC-43 (11D112)" (на русском языке ) . Проверено 1 апреля 2015 года .
  2. ^ "Союз 2-1в" . Spaceflight101: Космические новости и не только . Архивировано 13 января 2019 года . Проверено 20 марта 2020 .CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  3. ^ "Орбитальный АТК готов ко второй жизни Антареса" . НАСАКосмический полет . Проверено 18 марта 2016 .
  4. ^ Демонстрационный двигатель технологий ВВС США-НАСА для будущих ракет-носителей успешно запущен во время начальных полномасштабных испытаний .
  5. ^ Astronautix NK-33 запись архивации 2002-06-25 в Wayback Machine .
  6. ^ Astronautix NK-43 запись архивации 2007-10-28 в Wayback Machine
  7. ^ Линдроос, Маркус. Советская пилотируемая лунная программа Массачусетского технологического института . Доступ: 4 октября 2011 г.
  8. ^ a b Клифтон, Дэн (2001-03-01). «Паровозы, пришедшие с холода» . Канал 4 . Лондон. Идеальные мировые производства . Проверено 3 января 2014 .
  9. ^ "Ракетный двигатель НК-33 (14Д15)" . www.russianspaceweb.com . Проверено 17 сентября 2016 .
  10. ^ a b "Двигательная установка космического лифта" . Аэроджет. Апрель 2011. Архивировано из оригинала на 2011-08-14.
  11. ^ a b Кларк, Стивен (19 декабря 2010 г.). «Главный двигатель Taurus 2 прошел испытание на карданном подвесе» . Космический полет сейчас . Тонбридж, Кент, Великобритания. Архивировано 3 января 2014 года . Проверено 3 января 2014 .
  12. ^ а б «НК-33» . Марк Уэйд (Энциклопедия астронавтики). Архивировано из оригинала на 2002-06-25 . Проверено 25 марта 2006 .
  13. ^ «Космическая двигательная установка | Разработка двигателя Kerolox с замкнутым контуром в США, застрявшего на 2-й передаче - SpaceNews.com» . 2013-07-12 . Проверено 17 сентября 2016 .
  14. ^ «МОДИФИКАЦИЯ И ВЕРИФИКАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ РОССИЙСКОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ НК-33 ДЛЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ И ПЕРЕЗАГРУЗОЧНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ» (PDF) . Аэроджет и ГНТЦ им. Н.Д. Кузнецова. Архивировано (PDF) из оригинала на 2019-03-09 . Проверено 17 августа 2020 .
  15. ^ «НАСА выбирает команду, партнеров по запуску груза» . Космический полет сейчас. 18 августа 2006 г.
  16. ^ «НАСА выбирает экипаж и грузоперевозки для партнеров по орбите» . SpaceRef. 18 августа 2006 г.
  17. ↑ Алан Бойл (18 августа 2006 г.). «SpaceX, Rocketplane - победитель конкурса космических кораблей» . NBC News .
  18. ^ «Контракт COTS RpK прекращен» (пресс-релиз). Авиационная неделя. 2007-09-10. Архивировано из оригинала на 2011-05-12 . Проверено 10 сентября 2007 .
  19. ^ "Антарес" (PDF) . Орбитальный .
  20. ^ Б Кларк, Стивен (15 марта 2010). «Aerojet подтверждает, что российский двигатель готов к работе» . Космический полет сейчас. Архивировано из оригинала на 2013-08-13 . Проверено 18 марта 2010 .
  21. ^ Билл Чаппелл (21 апреля 2013 г.). «Запуск ракеты Антарес прошел успешно, проходит испытание орбитального корабля снабжения» . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР.
  22. ↑ Дэн Леоне (24 июня 2013 г.). "Orbital предъявляет иск ULA, ищет двигатели РД-180, ущерб составляет 515 миллионов долларов" . Космические новости .
  23. ↑ Эми Батлер (24 июня 2013 г.). «Орбитальная компания разочарована отсутствием опций двигателя Antares» . Неделя авиации и космической техники . Архивировано из оригинального 29 октября 2013 года.
  24. Рианна Кларк, Стивен (1 ноября 2015 г.). «Два датчика отказа Antares дают разные результаты» . Космический полет сейчас . Проверено 1 ноября 2015 .
  25. ^ Morring, Фрэнк-младший (16 декабря 2014). «В рамках модернизации Антарес будут использоваться РД-181 напрямую у Энергомаша» . Авиационная неделя . Проверено 28 декабря 2014 .
  26. ^ "РКК" Энергия "им . С.П. Королева - ПУСКОВЫЕ . Энергия.
  27. ^ "Ракета Союз 1 (Союз 2-1в)" . Российская космическая сеть. Ноябрь 2010 г.
  28. ↑ Зак, Анатолий. «Ракета Союз-1» . Российская космическая сеть . Проверено 7 марта 2010 года .
  29. ^ «Испытания двигателя НК-33 прошли успешно» . Самара сегодня . Проверено 3 марта 2013 года .
  30. ^ http://www.kosmonavtika.com/lanceurs/soyouz/version/14A15/14A15.html

Внешние ссылки [ править ]

  • Двигатели, пришедшие с холода! , Equinox , Channel Four Television Corporation , 2000. Документальный видеоролик о разработке российского ракетного двигателя НК-33 и его предшественников для ракеты Н1. (История НК-33 начинается в 24: 15–26: 00 (программа закрыта в 1974 году); возрождение 1990-х и окончательная продажа оставшихся двигателей со склада начинается в 27:25; первое использование при запуске ракеты в США в мае 2000 года. )
  • Технические характеристики НК-33
  • Технические характеристики и конструкция основных узлов НК-33 (на русском языке)