logo1

logoT

 

Самый мощный ракетный двигатель в мире


Самые мощные реактивные двигатели в мире: сравним тягу

Как сравнить ракетные двигатели и найти лучший? Сначала нужно определиться, что вам нужно. Список лидеров по эффективности (скорости выбрасывания рабочего тела из двигателя) будет сильно отличаться от списка развивших самые большие скорости. В последний войдут ионные и другие электрические ракетные двигатели, которые работают годами и разгоняют межпланетные аппараты до фантастических скоростей, но не могут вывести за пределы земной атмосферы даже курицу. Сегодня мы придерживаемся простого принципа: кто мощнее, тот и первый. Пять ракетных двигателей, создающих самую большую тягу. Каждый из них — легенда ракетостроения.

SRB для Space Launch System

Боковые твердотопливные ускорители SRB для Space Launch System. Разработанные для доставки грузов на ближайшие к Земле планеты, ракетне двигатель ускорителей SLS NASA дают больше тяги, чем любой другой когда-либо построенный двигатель: 16 00 тс. В секунду каждый из них сжигает 5 тонн топлива.

Если перевести тепловую энергию, которую каждый из них вырабатывает за 2 минуты работы, в электроэнергию, получится 2,3 миллиона киловатт-часов. Этого достаточно, чтобы полностью обеспечить электроэнергией город из 92 000 домов в течение дня. Два ускорителя SRB в комплекте с двигателем RS-25 будут способны поднять почти 3000 тонн груза (это около 9 Боингов-747).

Испытания ускорителей SLS уже выдержала, первый старт намечен на конец 2018 года.

Боковой ускоритель МТКК Space Shuttle

Боковой ускоритель МТКК Space Shuttle — 14 00 тс тяги. Ускорители SLS мощнее, но они еще не летали, поэтому ускорители Space Shuttle пока удерживают титул самых мощных двигателей, побывавших в космосе. Им же принадлежит звание самой большой ракеты из тех, что построены для повторного использования.

Пара таких ускорителей поднимала Space Shuttle на 46 километров. Пролетев еще 20 километров по инерции, они отделяются от шаттла и падают в океан, где их подбирает специальное судно.

РД-170/171

Разработанные в КБ «Энергомаш» четырехкамерные жидкотопливные двигатели РД-170 и их последующие модификации — самые мощные двигатели, работающие на жидком топливе. Тяга в вакууме — 806,4 тс. Двигатель одной из его модификаций (РД-171М) оказался еще на 5% мощнее. С 1985 года РД-170 использовался для запуска ракеты «Зенит», а затем — «Зенит-3SL «.

РДМ 171 М

F-1 Жидкостный ракетный двигатель F-1 был разработан и построен американской компанией Rocketdyne для ракеты-носителя Сатурн V. Чтобы поднять Сатурн, нужно было пять F-1/ Каждый создавал тягу в 790 тонн в вакууме, а все пять тратили 12 710 л топлива в секунду. До того, как были разработаны три предыдущих двигателя, оставался самым мощным ракетным двигателем в мире.

UA1207

Замыкает пятерку самых мощных еще один американский ракетный двигатель на жидком топливе — UA1207 (7,116 т/с в вакууме. Его использовали для запуска ракет семейства Титан четвертого поколения; именно UA1207 вывел в стратосферу зонд Кассини, который затем продолжил путь к Сатурну.

Page 2

Как сравнить ракетные двигатели и найти лучший? Сначала нужно определиться, что вам нужно. Список лидеров по эффективности (скорости выбрасывания рабочего тела из двигателя) будет сильно отличаться от списка развивших самые большие скорости. В последний войдут ионные и другие электрические ракетные двигатели, которые работают годами и разгоняют межпланетные аппараты до фантастических скоростей, но не могут вывести за пределы земной атмосферы даже курицу. Сегодня мы придерживаемся простого принципа: кто мощнее, тот и первый. Пять ракетных двигателей, создающих самую большую тягу. Каждый из них — легенда ракетостроения.

SRB для Space Launch System

Боковые твердотопливные ускорители SRB для Space Launch System. Разработанные для доставки грузов на ближайшие к Земле планеты, ракетне двигатель ускорителей SLS NASA дают больше тяги, чем любой другой когда-либо построенный двигатель: 16 00 тс. В секунду каждый из них сжигает 5 тонн топлива.

Если перевести тепловую энергию, которую каждый из них вырабатывает за 2 минуты работы, в электроэнергию, получится 2,3 миллиона киловатт-часов. Этого достаточно, чтобы полностью обеспечить электроэнергией город из 92 000 домов в течение дня. Два ускорителя SRB в комплекте с двигателем RS-25 будут способны поднять почти 3000 тонн груза (это около 9 Боингов-747).

Испытания ускорителей SLS уже выдержала, первый старт намечен на конец 2018 года.

Боковой ускоритель МТКК Space Shuttle

Боковой ускоритель МТКК Space Shuttle — 14 00 тс тяги. Ускорители SLS мощнее, но они еще не летали, поэтому ускорители Space Shuttle пока удерживают титул самых мощных двигателей, побывавших в космосе. Им же принадлежит звание самой большой ракеты из тех, что построены для повторного использования.

Пара таких ускорителей поднимала Space Shuttle на 46 километров. Пролетев еще 20 километров по инерции, они отделяются от шаттла и падают в океан, где их подбирает специальное судно.

РД-170/171

Разработанные в КБ «Энергомаш» четырехкамерные жидкотопливные двигатели РД-170 и их последующие модификации — самые мощные двигатели, работающие на жидком топливе. Тяга в вакууме — 806,4 тс. Двигатель одной из его модификаций (РД-171М) оказался еще на 5% мощнее. С 1985 года РД-170 использовался для запуска ракеты «Зенит», а затем — «Зенит-3SL «.

РДМ 171 М

F-1 Жидкостный ракетный двигатель F-1 был разработан и построен американской компанией Rocketdyne для ракеты-носителя Сатурн V. Чтобы поднять Сатурн, нужно было пять F-1/ Каждый создавал тягу в 790 тонн в вакууме, а все пять тратили 12 710 л топлива в секунду. До того, как были разработаны три предыдущих двигателя, оставался самым мощным ракетным двигателем в мире.

UA1207

Замыкает пятерку самых мощных еще один американский ракетный двигатель на жидком топливе — UA1207 (7,116 т/с в вакууме. Его использовали для запуска ракет семейства Титан четвертого поколения; именно UA1207 вывел в стратосферу зонд Кассини, который затем продолжил путь к Сатурну.

www.popmech.ru

Какой ракетный двигатель самый лучший?

Ракетные двигатели — одна из вершин технического прогресса. Работающие на пределе материалы, сотни атмосфер, тысячи градусов и сотни тонн тяги — это не может не восхищать. Но разных двигателей много, какие же из них самые лучшие? Чьи инженеры поднимутся на пьедестал почета? Пришло, наконец, время со всей прямотой ответить на этот вопрос. К сожалению, по внешнему виду двигателя нельзя сказать, насколько он замечательный. Приходится закапываться в скучные цифры характеристик каждого двигателя. Но их много, какую выбрать?

Мощнее
Ну, наверное, чем мощнее двигатель, тем он лучше? Больше ракета, больше грузоподъемность, быстрее начинает двигаться освоение космоса, разве не так? Но если мы посмотрим на лидера в этой области, нас ждет некоторое разочарование. Самая большая тяга из всех двигателей, 1400 тонн, у бокового ускорителя Спейс Шаттла.

Несмотря на всю мощь, твердотопливные ускорители сложно назвать символом технического прогресса, потому что конструктивно они являются всего лишь стальным (или композитным, но это неважно) цилиндром с топливом. Во-вторых, эти ускорители вымерли вместе с шаттлами в 2011 году, что подрывает впечатление их успешности. Да, те, кто следят за новостями о новой американской сверхтяжелой ракете SLS скажут мне, что для нее разрабатываются новые твердотопливные ускорители, тяга которых составит уже 1600 тонн, но, во-первых, полетит эта ракета еще не скоро, не раньше конца 2018 года. А во-вторых, концепция «возьмем больше сегментов с топливом, чтобы тяга была еще больше» является экстенсивным путем развития, при желании, можно поставить еще больше сегментов и получить еще большую тягу, предел тут пока не достигнут, и незаметно, чтобы этот путь вел к техническому совершенству. Второе место по тяге держит отечественный жидкостной двигатель РД-171М — 793 тонны.

Четыре камеры сгорания — это один двигатель. И человек для масштаба Казалось бы — вот он, наш герой. Но, если это лучший двигатель, где его успех? Ладно, ракета «Энергия» погибла под обломками развалившегося Советского Союза, а «Зенит» прикончила политика отношений России и Украины. Но почему США покупают у нас не этот замечательный двигатель, а вдвое меньший РД-180? Почему РД-180, начинавшийся как «половинка» РД-170, сейчас выдает больше, чем половину тяги РД-170 — целых 416 тонн? Странно. Непонятно. Третье и четвертое места по тяге занимают двигатели с ракет, которые больше не летают. Твердотопливному UA1207 (714 тонн), стоявшему на Титане IV, и звезде лунной программы двигателю F-1 (679 тонн) почему-то не помогли дожить до сегодняшнего дня выдающиеся показатели по мощности. Может быть, какой-нибудь другой параметр важнее?
Эффективнее
Какой показатель определяет эффективность двигателя? Если ракетный двигатель сжигает топливо, чтобы разгонять ракету, то, чем эффективнее он это делает, тем меньше топлива нам нужно потратить для того, чтобы долететь до орбиты/Луны/Марса/Альфы Центавра. В баллистике для оценки такой эффективности есть специальный параметр — удельный импульс. Удельный импульс показывает, сколько секунд двигатель может развивать тягу в 1 Ньютон на одном килограмме топлива

Рекордсмены по тяге оказываются, в лучшем случае, в середине списка, если отсортировать его по удельному импульсу, а F-1 с твердотопливными ускорителями оказываются глубоко в хвосте. Казалось бы, вот она, важнейшая характеристика. Но посмотрим на лидеров списка. С показателем 9620 секунд на первом месте располагается малоизвестный электрореактивный двигатель HiPEP

Это не пожар в микроволновке, а настоящий ракетный двигатель. Правда, микроволновка ему все-таки приходится очень отдаленным родственником...

Двигатель HiPEP разрабатывался для закрытого проекта зонда для исследования лун Юпитера, и работы по нему были остановлены в 2005 году. На испытаниях прототип двигателя, как говорит официальный отчет NASA, развил удельный импульс 9620 секунд, потребляя 40 кВт энергии.

Второе и третье места занимают еще не летавшие электрореактивные двигатели VASIMR (5000 секунд) и NEXT (4100 секунд), показавшие свои характеристики на испытательных стендах. А летавшие в космос двигатели (например, серия отечественных двигателей СПД от ОКБ «Факел») имеют показатели до 3000 секунд.

Двигатели серии СПД. Кто сказал «классные колонки с подсветкой»? Почему же эти двигатели еще не вытеснили все остальные? Ответ прост, если мы посмотрим на другие их параметры. Тяга электрореактивных двигателей измеряется, увы, в граммах, а в атмосфере они вообще не могут работать. Поэтому собрать на таких двигателях сверхэффективную ракету-носитель не получится. А в космосе они требуют киловатты энергии, что не всякие спутники могут себе позволить. Поэтому электрореактивные двигатели используются, в основном, только на межпланетных станциях и геостационарных коммуникационных спутниках. Ну, хорошо, скажет читатель, отбросим электрореактивные двигатели. Кто будет рекордсменом по удельному импульсу среди химических двигателей?

С показателем 462 секунды в лидерах среди химических двигателей окажутся отечественный КВД1 и американский RL-10. И если КВД1 летал всего шесть раз в составе индийской ракеты GSLV, то RL-10 — успешный и уважаемый двигатель для верхних ступеней и разгонных блоков, прекрасно работающий уже много лет. В теории, можно собрать ракету-носитель целиком из таких двигателей, но тяга одного двигателя в 11 тонн означает, что на первую и вторую ступень их придется ставить десятками, и желающих так делать нет.

Можно ли совместить большую тягу и высокий удельный импульс? Химические двигатели уперлись в законы нашего мира (ну не горит водород с кислородом с удельным импульсом больше ~460, физика запрещает). Были проекты атомных двигателей (раз, два), но дальше проектов это пока не ушло. Но, в целом, если человечество сможет скрестить высокую тягу с высоким удельным импульсом, это сделает космос доступней. Есть ли еще показатели, по которым можно оценить двигатель?

Напряженней
Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем больше давление давление в камере сгорания, тем больше тяга и, главным образом в атмосфере, удельный импульс. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе. И если мы отсортируем список двигателей по давлению в камере сгорания, то пьедестал будет оккупирован Россией/СССР — в нашей конструкторской школе всячески старались делать эффективные двигатели с высокими параметрами. Первые три места занимает семейство кислородно-керосиновых двигателей на базе РД-170: РД-191 (259 атм), РД-180 (258 атм), РД-171М (246 атм).

Камера сгорания РД-180 в музее. Обратите внимание на количество шпилек, удерживающих крышку камеры сгорания, и расстояние между ними. Хорошо видно, как тяжело удержать стремящиеся сорвать крышку 258 атмосфер давления Четвертое место у советского РД-0120 (216 атм), который держит первенство среди водородно-кислородных двигателей и летал два раза на РН «Энергия». Пятое место тоже у нашего двигателя — РД-264 на топливной паре несимметричный диметилгидразин/азотный тетраоксид на РН «Днепр» работает с давлением в 207 атм. И только на шестом месте будет американский двигатель Спейс Шаттла RS-25 с двумястами тремя атмосферами.
Надежней
Каким бы ни был многообещающим по характеристикам двигатель, если он взрывается через раз, пользы от него немного. Сравнительно недавно, например, компания Orbital была вынуждена отказаться от использования хранившихся десятилетиями двигателей НК-33 с очень высокими характеристиками, потому что авария на испытательном стенде и феерический по красоте ночной взрыв двигателя на РН Antares поставили под сомнение целесообразность использования этих двигателей дальше. Теперь Antares будут пересаживать на российский же РД-181.

Большая фотография по ссылке Верно и обратное — двигатель, который не отличается выдающимися значениями тяги или удельного импульса, но надежен, будет популярен. Чем длиннее история использования двигателя, тем больше статистика, и тем больше багов в нем успели отловить на уже случившихся авариях. Двигатели РД-107/108, стоящие на «Союзе», ведут свою родословную от тех самых двигателей, которые запускали первый спутник и Гагарина, и, несмотря на модернизации, имеют достаточно невысокие на сегодняшний день параметры. Но высочайшая надежность во многом окупает это.
Доступней
Двигатель, который ты не можешь построить или купить, не имеет для тебя никакой ценности. Этот параметр не выразить в числах, но он не становится от этого менее важным. Частные компании часто не могут купить готовые двигатели задорого, и вынуждены делать свои, пусть и попроще. Несмотря на то, что те не блещут характеристиками, это лучшие двигатели для их разработчиков. Например, давление в камере сгорания двигателя Merlin-1D компании SpaceX составляет всего 95 атмосфер, рубеж, который инженеры СССР перешли в 1960-х, а США — в 1980-х. Но Маск может делать эти двигатели на своих производственных мощностях и получать по себестоимости в нужных количествах, десятками в год, и это круто.

Двигатель Merlin-1D. Выхлоп из газогенератора как на «Атласах» шестьдесят лет назад, зато доступно
TWR
Раз уж зашла речь о спейсэксовских «Мерлинах», нельзя не упомянуть характеристику, которую всячески форсили пиарщики и фанаты SpaceX — тяговооруженность. Тяговооруженность (она же удельная тяга или TWR) — это отношение тяги двигателя к его весу. По этому параметру двигатели Merlin с большим отрывом впереди, у них он выше 150. На сайте SpaceX пишут, что это делает двигатель «самым эффективным из всех когда-либо построенных», и эта информация разносится пиарщиками и фанатами по другим ресурсам. В английской Википедии даже шла тихая война, когда этот параметр запихивался, куда только можно, что привело к тому, что в таблице сравнения двигателей этот столбец вообще убрали. Увы, в таком заявлении гораздо больше пиара, нежели правды. В чистом виде тяговооруженность двигателя можно получить только на стенде, а при старте настоящей ракеты двигатели будут составлять меньше процента от ее массы, и разница в массе двигателей ни на что не повлияет. Несмотря на то, что двигатель с высоким TWR будет более технологичным, чем с низким, это скорее мера технической простоты и ненапряженности двигателя. Например, по параметру тяговооруженности двигатель F-1 (94) превосходит РД-180 (78), но по удельному импульсу и давлению в камере сгорания F-1 будет заметно уступать. И возносить тяговооруженность на пьедестал как самую важную для ракетного двигателя характеристику, по меньшей мере наивно.
Цена
Этот параметр во многом связан с доступностью. Если вы делаете двигатель сами, то себестоимость вполне можно подсчитать. Если же покупаете, то этот параметр будет указан явно. К сожалению, по этому параметру не построить красивую таблицу, потому что себестоимость известна только производителям, а стоимость продажи двигателя тоже публикуется далеко не всегда. Также на цену влияет время, если в 2009 году РД-180 оценивался в $9 млн, то сейчас его оценивают в $11-15 млн.
Вывод
Как вы уже, наверное, догадались, введение было написано несколько провокационно (простите). На самом деле, у ракетных двигателей нет одного параметра, по которому их можно выстроить и четко сказать, какой самый лучший. Если же пытаться вывести формулу лучшего двигателя, то получится примерно следующее:Самый лучший ракетный двигатель — это такой двигатель, который вы можете произвести/купить, при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько(удельный импульс, давление в камере сгорания), что его цена не станет неподъемной для вас. Скучно? Зато ближе всего к истине. И, в заключение, небольшой хит-парад двигателей, которые лично я считаю лучшими:

Семейство РД-170/180/190. Если вы из России или можете купить российские двигатели и вам нужны мощные двигатели на первую ступень, то отличным вариантом будет семейство РД-170/180/190. Эффективные, с высокими характеристиками и отличной статистикой надежности, эти двигатели находятся на острие технологического прогресса.

Be-3 и RocketMotorTwo. Двигатели частных компаний, занимающихся суборбитальным туризмом, будут в космосе всего несколько минут, но это не мешает восхищаться красотой использованных технических решений. Водородный двигатель BE-3, перезапускаемый и дросселируемый в широком диапазоне, с тягой до 50 тонн и оригинальной схемой с открытым фазовым переходом, разработанный сравнительно небольшой командой — это круто. Что же касается RocketMotorTwo, то при всем скептицизме по отношению к Брэнсону и SpaceShipTwo, я не могу не восхищаться красотой и простотой схемы гибридного двигателя с твердым топливом и газообразным окислителем.

F-1 и J-2 В 1960-х это были самые мощные двигатели в своих классах. Да и нельзя не любить двигатели, подарившие нам такую красоту:

РД-107/108. Парадоксально? Невысокие параметры? Всего 90 тонн тяги? 60 атмосфер в камере? Привод турбонасоса от перекиси водорода, что устарело лет на 70? Это все неважно, если двигатель имеет высочайшую надежность, а по стоимости приближается к «большому глупому носителю». Да, конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но эти двигатели будут жить еще лет десять минимум, и, похоже, поставят рекорд по долголетию. Не получится найти более успешный двигатель с более славной историей.
Использованные источники
  • Материал во многом базируется на вот этой сводной таблице из английской вики, там стараются на каждую цифру дать ссылку и держать материал актуальным.
  • Полная картинка КДПВ с копирайтами, которые пришлось отрезать при кадрировании — тут.

Похожие материалы по тегу «незаметные сложности».

Теги:

habr.com

США назвали лучшие ракетные двигатели в мире

Фото: Jay Reeves / AP

В американском городе Хантсвилл создаются лучшие в мире ракетные двигатели, заявил на пятом заседании Национального космического совета вице-президент США Майк Пенс. «Более 60 лет Хантсвилл (Алабама) строит лучшие в мире ракетные двигательные установки. И мы хотим сделать так, чтобы это продолжалось в течение следующих 60 лет», — сказал политик.

Вице-президент отметил, что дальнейшее исследование Солнечной системы требует применения инновационных двигательных установок, в частности, ядерных.

Также на прошедшем в музейном Космическом и ракетном центре США (Хантсвилл) заседании Пенс рекомендовал НАСА к 2024 году высадить американских астронавтов на южный полюс Луны и пригрозил, что в случае задержек реализации лунной программы средство выведения, создаваемая сверхтяжелая ракета SLS (Space Launch System), может быть заменено на альтернативный коммерческий носитель. Присутствующий на мероприятии глава космического агентства Джим Брайденстайн заверил политика в приверженности заявленным планам. Администратор уточнил, что НАСА ускорит разработку SLS. В частности, первый испытательный полет носителя (в беспилотном режиме) должен состояться в 2020 году, а пилотируемый облет Луны — в 2022 году.

В марте «Роскосмос» опубликовал видеозапись, в которой РД-171МВ, являющийся модификацией советского РД-170, назван «самым мощным в мире ракетным двигателем». В действительности четырехкамерный силовой агрегат является самым мощным только из жидкостных ракетных двигателей, тогда как самым мощным ракетным двигателем оказывается твердотопливный боковой ускоритель космического корабля Space Shuttle.

В июне 2018-го генеральный директор «Энергомаша» (производителя поставляемых в США керосиновых ракетных двигателей РД-180 и РД-181) Игорь Арбузов заявил, что ракетные двигатели на метане перспективнее силовых агрегатов на керосине, и США опережают Россию в создании таких установок. В апреле 2018-го глава научно-технического совета «Роскосмоса» Юрий Коптев отметил, что Россия единственная из космических держав не использует водород в качестве топлива в ракетных двигателях.

В Хантсвилле, известном как «ракетная столица» США, располагается четвертый по величине исследовательский парк в мире. В городе, в частности, находятся площадки компании Aerojet Rocketdyne, которая к настоящему времени объединила множество американских производителей ракетных двигателей, например, самый большой в мире водородный ракетный двигатель RS-68 (устанавливается на боковые ускорители и первую ступень ракет семейства Delta IV) и самый мощный в мире однокамерный жидкостной ракетный двигатель F-1 (пять таких агрегатов получала первая ступень доставившей человека на Луну сверхтяжелой ракеты Saturn 5).

В настоящее время Aerojet Rocketdyne работает над силовым агрегатом RS-25, который ранее использовали многоразовые космические корабли Space Shuttle, а в модифицированном варианте будет задействован в SLS.

Читать ещё •••

news.rambler.ru

Самый мощный в мире ракетный двигатель

Стало известно, что Роскосмос опубликовал видео ракетного двигателя РД-171МВ – самого мощного в мире. Двигатель разработан «НПО Энергомаш» для первой ступени нового ракетоносителя «Союз-5» («Иртыш»), который осуществит свой первый полёт в 2022 году. Первый заказа на поставку двигателя будет осуществлен в 2021 году. Считается, что именно на этом двигателе к Луне полетит российская сверхтяжёлая ракета «Енисей» (грузоподъемностью до 115 т). Мощность ракетного двигателя – 246 00 л.с., а тяга – 800 т. Такое Илону Маску не снилось.

Стоит отметить, что базовый проект самого мощного в мире ракетного двигателя был реализован ещё в 1986 г. в СССР. Это двигатель РД-170/171, который послужил образцом для любимого Илоном Маском РД-180. Разумеется, разработки не стояли на месте. Новый двигатель обладает боле уникальными характеристиками. Союзы-5 с ракетным двигателем РД-171МВ будут способны выводить на околоземную орбиту до 17 т груза. Это колоссально для современных ракетных технологий.

Технические характеристики ракетного двигателя РД-171МВ:

Масса: 10 300 кг Высота: 4150 мм Диаметр: 3565 мм Тепловая мощность, выделяемая камерой сгорания: 27 млн КВт (мощность крупной ГЭС) Тяга двигателя: 800 т

Видео: Самый мощный в мире ракетный двигатель РД-171МВ 

bolshefaktov.ru


Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf