Программа SLI. Разработка двигательных установок
Одной из важнейших проблем создания новой МТКС является разработка высокоэффективной силовой установки. Поэтому значительная часть бюджета программы SLI была отведена на эти цели. -К концу 2002 г., то есть за два года реализации программы, расходы NASA на НИОКР по перспективным двигателям составили около 220 млн долл. Дополнительные ассигнования на данную тематику были выделены после решения о детальной проработке вариантов использования в составе будущей МТКС ракетных блоков на углеводородном горючем.
Несмотря на то что NASA практически прекратило работы по криогенным ЖРД, подготовленные в рамках программы SLI проекты могут представлять не только чисто исторический интерес. Если для обеспечения лунной экспедиции новая ракета-носитель будет проектироваться на базе МТКС «Спейс Шаттл», то в ее составе, вероятнее всего, найдут применение либо сами двигатели SSME, либо их модификации.
При подготовке задания на разработку криогенного ЖРД по программе SLI NASA определило следующие основные требования: высокая надежность, безопасность, экономичность и простота в эксцлуатации. В частности, требовалось обеспечить периодичность проведения технического обслуживания не менее чем через 50 стартов (для сравнения: профилактический ремонт двигателей SSME проводится в настоящее время после каждого полета МТКС). При этом NASA допускало некоторое ухудшение массово-энергетических характеристик для нового ЖРД в сравнении с двигателем SSME.
Поэтому оба подрядчика по криогенным ЖРД — компания «Rocketdyne» и объединение фирм «Pratt and Whitney» и «Aerojet» — в качестве образца для своих изделий приняли двигатель SSME. Проектировавшиеся ими ЖРД работали по замкнутой схеме с дожиганием восстановительного (с избытком горючего) газогенераторного газа. Таким образом, компании попытались реализовать «старую» концепцию на более высоком технологическом уровне с использованием новейших конструкционных материалов, механических устройств, электроники и т.п.
Участие вышеназванных компаний в проекте SSME естественно повлияло на их выбор нового изделия. Но в то же время обозреватели отмечали то обстоятельство, что подобные ЖРД могли бы потребоваться и для МТКС «Спейс Шаттл», если было бы принято решение о ее качественной модернизации.
Компания «Rocketdyne», являющаяся головным разработчиком ЖРД SSME, проектировала двигатель RS-83 тягой 294 т на уровне моря. В изделии предполагалось использовать технологии, освоенные фирмой при разработке ЖРД RS-68 для первой ступени ракеты «Дельта-4» и двигателя XRS-2200 экспериментального аппарата Х-33. Основные узлы ЖРД RS-83 изготавливаются методом порошковой металлургии, что уменьшило число сборочных элементов и массу изделия до 4,53 т. Важными компонентами ЖРД высотой 4,8 м являются новые турбонасосные агрегаты с гидростатическими подшипниками.
Двигатель «Cobra» («Кобра») тягой 272 т в вакууме, разрабатывавшийся фирмами «Pratt and Whitney» и «Aerojet», должен был комплектоваться модернизированными ТНА с двигателя SSME (первая компания является их поставщиком). Фирма «Aerojet» отвечала за компоновку камеры сгорания; освоенный ею метод диффузионной сварки намечалось применить при сборке форсуночной головки.
В отличие от двигателя SSME оба новых ЖРД оснащались одним газогенератором и цельными соплами с фрезерованными каналами охлаждения (на базовом изделии рабочая смесь для турбонасосных агрегатов подается от отдельных газогенераторов, а сопло имеет сложную наборную конструкцию из трубок). Кроме того, обе компании предполагали отказаться от гидравлических силовых приводов, заменив их электромеханическими.
По сравнению с ныне применяемыми устройствами электромеханические приводы имеют ряд важных преимуществ, которые позволят существенно улучшить некоторые технико-экс-плуатационные показатели новых ЖРД. В частности, гидравлические приводы предполагают наличие вспомогательной энергетической установки для обеспечения давления в рабочих магистралях (на орбитальном корабле МТКС «Спейс Шаттл» эти функции выполняют три агрегата, работающие на токсичном гидразинном горючем). Кроме того, требуется дополнительная система обогрева гидравлического оборудования и магистралей во время орбитального полета. Также к недостаткам ги драв л и-ческих приводов относят высокую чувствительность к чистоте рабочей жидкости и относительно низкую надежность из-за возможных утечек и загрязнения внутренних отсеков корабля, что неоднократно происходило в полетах МТКС «Спейс Шаттл». Но их бесспорными достоинствами являются низкая стоимость и лучшие массовые характеристики.
Наиболее существенными отличиями проектировавшихся ЖРД стали схемы размещения ТНА. В двигателе «Cobra», как и на базовом изделии, турбонасосы устанавливаются параллельно с раздельной подачей газогенераторного газа, тогда как в двигателе RS-83 эти агрегаты питаются от одной магистрали. При этом каждый из разработчиков считает свой вариант наиболее безопасным.
|
