Что остановило российскую космонавтику? Часть 1.

[показать]Первоначально этот материал планировалось опубликовать к 23 февраля, в День защитника отечества. Поскольку имеет отношение к теме безопасности страны. Однако настроение он создаёт совсем не праздничное, и я решил задержать публикацию одновременно добавив фактического материала. Речь пойдёт о развитии космонавтики, точнее о том потенциале развития, который мог бы быть использован нами, но который, в конечном итоге, более успешно использовали американцы. В частности американская ракета Atlas V, которая вывела на орбиту новейший секретный орбитальный самолёт ВВС США X-37B, летает на российских двигателяхРД-180 с тягой 423 тс. Беспилотный аппарат был запущен 22 апреля 2010 года и, после 244 суток на орбите, 3 декабря прошлого года успешно совершил запланированную посадку на базе ВВС США Ванденберг в Калифорнии. Пентагон держит в строжайшем секрете возможности и функциональность этого аппарата, но некоторые эксперты предполагают, что "изначальная идея этого космического аппарата заключалась в том, чтобы уничтожать спутники противника".

Однако, ввиду наличия грузового отсека, можно предположить, что аппарат этот более универсален и может служить не только истребителем, но и бомбардировщиком. И это очень логично, поскольку время подлёта ядерной боеголовки, запущенной с орбиты в 200 км будет значительно меньше, чем с самых ближайших к России баз США или даже позиций ядерных АПЛ. Любая ПРО в этом случае будет бессильна - она просто не успеет среагировать. А если учесть успехи американцев в создании боевого лазера, то можно предполагать использование автоматического орбитального самолёта и как элемента ПРО. В любом случае военные возможности применения аппарата настолько широки, что вряд ли США будут ограничивать их какой-то одной функцией. Маневрирующий на орбите и недостижимый для средств ПВО беспилотный стратегический бомбардировщик - чем не мечта для военных стратегов США? Единственный крупный недостаток - большая стоимость запуска и привязка к космодрому. Такова плата за неуязвимость. Но этот момент мы ещё обсудим...

[показать]Как бы там ни было, но получается, что новейшая военная техника США летает на двигателях, произведённых в России и может использоваться против неё самой. Что, в свою очередь, означает, что Россия сама вооружает своего потенциального противника. А это значит, что

продажа российских двигателей РД-180 американцам становится предметом экспортного контроля, который "является важным элементом обеспечения национальной безопасности". Сам руководитель "Отдела политики экспортного контроля Департамента по вопросам безопасности и разоружения МИД РФ" Валерий Валентинович ФОМИН в своей лекции студентам МФТИ несколько лет назад заявил, что Россия в 1993 году "после ожесточённых дискуссий" вступила в " Режим контроля за ракетной технологией" (РКРТ), созданный странами большой семёрки ещё в 1987 году. Соответственно должна руководствоваться её принципами. Понятно, что эта организация (РКРТ) собиралась контролировать распространение ракетных технологий за пределы организации, но не между странами, входящими в неё. Сейчас в формулировках принципов организации говорится только о том, что стороны "обязаны учитывать возможность попадания контролируемых предметов в руки террористических групп или отдельных террористов". И перечислены страны, которые по мнению США имеют отношение к террористам. По этой причине, кстати, Иран не получил российские С-300. Но всё же забота о собственной безопасности страны должна стоять на первом месте вне зависимости от направления экспорта. В конечном итоге каждое государство должно иметь свои правила по торговле оружием и технологиями, влияющими на её собственную безопасность. 

Конечно, по вопросу экспорта ракетных двигателей именно в США может возникнуть возражение, что де, США и сами имеют эти технологии. Это верно. Имеют. Но тут есть некоторые тонкости. Речь идёт об экспорте технологий особо мощных ракетных двигателей, позволяющих выводить на орбиту большую массу полезной нагрузки. И эта полезная масса может быть весьма "неполезна" для экспортёра двигателей, позволивших вывести её на орбиту. Сам РД-180 создавался на базе РД-170, созданного для нашей ракеты "Энергия" - самой мощной ракеты в мире. Ракета создавалась как альтернатива H-1, целью которой был полёт на Луну. И "Энергия" первоначально имела такую же цель (по официальной версии проект Н-1 закрыли из-за ненадёжности двигателя). Двигатель РД-180 получился простым усечением четырёхкамерного двигателя РД-170 в два раза - их отличие лишь в том, что РД-170 имеет 4 камеры сгорания, а РД-180 - две. Получили двухкамерный двигатель, который на 11% менее эффективен (энергомассовое совершенство), но легче в два раза и может быть использован для средних ракет. Более того, его ещё раз уполовинили и получили уже однокамерный РД-191, который разрабатывается для семейства новых отечественных ракет-носителей «Ангара» и «Байкал».
[показать]РД-170 имел рекордную тягу 740 тс на уровне моря и это рекордная тяга, больше, чем у заявленной НАСА тяги знаменитого двигателя F-1 (690 тс) для первой ступени "Сатурна-5", отправлявшего "Аполлоны" на Луну. Сама лунная программа НАСА вызывает сомнения по части реальности её осуществления ещё и потому, что анализ конструктивных особенностей двигателя F-1 говорит, что этот двигатель в принципе не мог развить заявленную тягу. Основная причина - непропорциональное увеличение тепловых нагрузок на внутреннюю поверхность камеры сгорания при увеличении размеров двигателя. Увеличение мощности ракетного двигателя простым масштабированием менее мощного не получается. Приходится бороться с резким ростом тепловых нагрузок. 

Как пишет С.Г.Покровский (один из наиболее квалифицированных противников официальной версии лунной программы), американцы якобы использовали в качестве жаропрочного сплава "инконель Х-750" - никелевый сплав при том, что "физика жаропрочности никелевых сплавов разрабатывается по сей день":

"До этого времени все, что делалось, могло делаться только на основе практически неосмысленного перебора вариантов или каких-то туманных интуитивных догадок. В частности, как свидетельствует советский и российский металлофизик директор ВИАМ, разработчик и исследователь физики жаропрочности акад. Е.Н.Каблов, жаропрочные сплавы первого поколения были неоптимальны по составу, содержали элементы, которые выделяясь при тех или иных изменениях, ухудшали эффект жаропрочности, обнуляли его, создавали предпосылки для образования микротрещин и преждевременного разрушения сплавов."

Иначе говоря, американцы не могли использовать инконель X-750 без соответствующего теоретического задела по изучению поведению этого сплава при высоких температурах. И, как предполагает Покровский, использовали лишь жаропрочную сталь с никелевым покрытием. Это возможно при снижение температуры в камере сгорания на 15%. Но тогда и тяга упадёт на 22.5%! Замеры изменения скорости "Сатурна-5" по кадрам кинохроники подтверждают догадку про недостаток тяги. То, что двигатель F-1 не оставил наследства в виде своих модернизированных версий и не используется в современной американской космонавтике, также косвенно подтверждает такой вывод. Но лунная программа целиком зависела от наличия технологии сверхтяжёлых ракетных двигателей. И лунная программа могла быть осуществлена только на пределе заявленных технических возможностей ракетной техники. Недостаток тяги в 22,5% делал её неосуществимой. 

Споры опровергателей и защитников лунной программы НАСА ещё продолжаются, однако основным аргументом против официальной версии НАСА я считаю именно примитивную конструкцию F-1. Это двигатель, рождённый простым масштабированием менее мощного. В отличии от советского РД-170 он имеет одну огромную камеру сгорания (диаметр камеры в выходном сечении равен 3,6 м). Обеспечить в таком объёме равномерное и полное сгорание поступавшего топлива само по себе является серьёзнейшей проблемой. Но кроме неё в больших камерах сгорания возникает опасность возникновения высокочастотных колебаний давления газов, приводящих к разрушению самих камер. Именно поэтому наши конструктора в своё время перешли на схему четырёх-камерных двигателей:

Спонтанное развитие вч-колебаний давления газов в камере, за сотые доли секунды приводивших к большим разрушениям, – сложный процесс, который в то время только начинал проявляться и изучаться. Преодоление этого катастрофического явления было возможно в те годы, в основном, экспериментально. Было выяснено, что такой тип колебаний появляется чаще при увеличении давления в камере, при увеличении её диаметра, в большой степени зависит от системы смесеобразования, и чем оно лучше и полнота сгорания больше, тем вероятнее развитие таких колебаний. Далеко не сразу, но было, в частности, выяснено, что природа этих колебаний – в развитии ударных детонационных волн, распространяющихся со звуковой скоростью – отсюда и высокая частота. С особенностями этого явления, ставшего серьёзным препятствием в создании камер большой тяги, можно ознакомиться в специальной литературе. А при создании мощных ракет в 1950-е годы разработчики были вынуждены искать пути конструирования двигателей, используя камеры меньшего диаметра.

Современные двигатели большой тяги имеют специальные антидетонационные перегородки, чтобы избежать данного эффекта. Наши конструктора начали их использовать лишь в конце 80-х, когда более или менее стала ясна физика процесса. F-1 их не имеет и не мог иметь ввиду того, что эти процессы тогда просто не успели изучить. F-1 мог работать лишь на режимах до появления детонационных волн, то есть на более низких температурах, при меньшей скорости звука в горящей смеси. Все эти рассуждения приводят к выводу, что Россия до сих пор опережает США по технологиям мощных ракетных двигателей (наивысшим реальным достижением американцев в этом плане можно считать двигатель тяжёлой ракеты Дельта-IV RS-68 с тягой 300 тс на уровне моря). Именно поэтому американцы для запуска большей массы на орбиту вынуждены либо использовать пороховые ускорители (как уШаттла), либо закупать двигатели у нас. Более того, выкупив лицензию у России в 1996 году на изготовление двигателей РД-180, они так и не смогли освоить его производство! И до сих пор продолжают закупать их в России, поддерживая тем самым российского производителя - НПО "Энергомаш". Сейчас США уже купили более 30 РД-180, а всего они намерены закупить их более 100. Как говорится, "нет худа без добра". Но и это не всё! "Созданные для советской лунной программы двигатели НК-33 будут использоваться на американской ракете-носителе Taurus-2." Американцам сгодились и те двигатели, что забраковало 40 лет назад правительство СССР, закрыв советскую лунную программу:
[показать]

"Американская компания "Аэроджет" и ОАО "Управляющая компания "Объединенная двигателестроительная корпорация" (ОДК) подписали соглашение о сотрудничестве по продвижению ракетных двигателей НК-33 и AJ26/НК-33 на рынок коммерческих запусков. Об этом корр. АРМС-ТАСС сегодня сообщили в ОДК. Как пояснил представитель ОДК, совместные усилия американской и российской фирм будут включать маркетинг, продажи, техническую поддержку и испытания ракетных двигателей НК-33 и AJ26/НК-33. Стороны также изучат возможность восстановления производства маршевого жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) НК-33 в России. "Подписанное соглашение является результатом более чем 15-летнего сотрудничества "Аэроджет" и ОАО "СНТК им. Н.Д.Кузнецова", входящим в состав ОДК, по обеспечению маршевыми двигателями растущего мирового рынка коммерческих космических запусков", - отметил представитель ОДК."

Если перевести язык официальных сообщений на человеческий, то становится понятным, что американцы 15 лет старательно пытались воспроизвести двигатель по нашей технической документации и опытным образцам, украденным и скупленным, но без особого успеха. И после многолетних попыток решили таки производить его у нас, а самим лишь торговать чужим продуктом. Абсолютно также, как и в случае с РД-180. То есть заниматься бизнесом, по-современному.

Опять же возникает вопрос - а куда они дели свой F-1? Потеряли документацию, как и оригиналы кинодокументов посадки первого "Аполлона" на Луну? И что бы сказал по этому поводу Кузнецов, разработавший двигатель для покорения Луны советскими космонавтами? Почему российские предприятия вынуждены продавать все самые высокие достижения СССР его бывшему врагу? Тут мы, наконец, коснёмся основной темы статьи. Космонавтика - вещь довольно затратная и не может обеспечить себе самоокупаемость. Несмотря на все коммерческие запуски и участие в международных программах. Если государство не заказывает ракет и двигателей к ним, то производство стоит и ветшает, рабочие сидят без денег. Заводы, чтобы выжить, вынуждены искать заказчиков за границей. И, что не очень удивляет, находят! В лице своих бывших конкурентов. Так выжил наш ВПК, торгуя танками и самолётами, так выжила и российская космонавтика, обеспечивая МКС самым необходимым оборудованием. Центральные модули станции сделаны российскими производителями, но летают туда больше американцы и соответственно основные заслуги приписывают себе. Кто платит, тот и музыку заказывает?

Что остановило российскую космонавтику? Часть 2.