Намедни...
...в США пролши испытания крупнейшего ТТРД.
Дура имеет 54 метра в длину, 3,7 метра в диаметре и массу 725 тонн, из которых топлива - не менее 500 тонн. Внушительная такая дура...
Что тут можно сказать?
США лидируют в разработке и производстве твердотопливных ракетных двигателей со времен Холодной войны. Это связано, в первую очередь, с развитием МБР для ПЛАРБ "Поларис" и "Трайдент". Огромный объем НИОКР, щедрое финансирование, колоссальнейшая испытательная программа НАСА по данному вопросу... С другой стороны, "фишкой" СССР были жидкотопливные ракеты, в частности - капсулированные ракеты с высококипящими реагентами. Связано это было с логичным развитием темы ФАУ - Р1 - Р7. И здесь, в области носителей на жидком топливе, в последнее время у США были некоторые проблемы, я имею в виду взрыв Антареса.
Давайте посмотрим на плюсы и минусы.
Жидкостной ракетный двигатель достаточно мал по размерам. Следовательно, "горячая зона", работающая в широком диапазоне температур и давлений - компактна. При работе на высококипящих компонентах у нас еще и множество ограничений по прочности материалов снимается (ну там, трещинообразование в металлах при температурах -100 и ниже - просто уходит). Мы можем малыми силами, небольшим дружным высокопрофессиональным коллективом качественно изготовить такой двигатель. И он будет прекрасно работать.
С другой стороны, при компактных размерах и малой массе ЖРД развивает большую тягу, и следовательно - стоит проблема надежного крепления, переносящего усилие на корпус ракеты. Учитывая возможные пульсации струи (т.н. акустическая нагрузка) это требует серьезных расчетов и конструкторских работ. Как пример - обрыв магистрали на карданном подвесе двигателя Антареса, который и привел к гибели ракеты.
Твердотопливный ракетный двигатель прост, как бревно. Сам корпус двигателя является корпусом ракеты, а учитывая высокое внутреннее давление, распирающее его - имеет еще и дополнительную прочность от "наддува" при сгорании топлива. Наливай да пей, так сказать...
С другой стороны, горячая зона ТТРД - это весь двигатель. Вообще весь. То есть весь корпус двигателя, по крайней мере внутренняя жаропрочная облицовка, работает в очень широком диапазоне давлений и температур. Учитывая то, что все материалы, применяемые в качестве твердых топлив имеют ненулевую проницаемость к инфракрасному излучению, по мере сгорания топливной шашки мы имеем распространяющуюся в шашке волну тепловой деформации, что выдывает нагрузки расширения-сжатия материала, при некачественном исполнении шашки приводящие к отрыву частей топлива от тела шашки и их свободному горению. Трещины в теле шашки недопустимы, каждая такая трещина вызывает разрушение тела шашки и прогар.
То есть для обеспечения надежной работы нам необходимо качественно изготовить не только двигатель, но и 50-метровый кусок взрывчатки сложного сечения, да еще и без вкраплений, флуктуаций плотности и колебаний состава по объему. А если мы вспомним про коэффициент теплового расширения, то поймем, что в процессе изготовления, хранения, транспортировки и так далее из-за колебаний температуры тело шашки может лопнуть уже внутри изготовленного двигателя.
Вы можете возразить про Шаттл, Трайденты с Поларисами и так далее. Я же отвечу - здесь совершенно не котируются крошки-Трайденты, а вот Челленджер уже показал, к чему может привести конструктивный недостаток ТТРД и эффекты термического расширения-сжатия.
Кроме того, ЖРД сам по себе может производить акустическую нагрузку исключительно из-за неравномерной работы турбонасоса, что как бы парируется с помощью изменения тяги, и при наличии автоматики может поддаваться регулировке. ТТРД регулировать невозможно, а сам он представляет из себя один большой резонатор. Иными словами, если внутри ТТРД возникает из-за неравномерного горения (флюктуация плотности/состава смеси) скачок давления, то следствием этого идет ударная волна, распространяющаяся в теле топливной шашки, и никак повлиять на этот момент мы не можем.
Кстати, в том самом полете Спейс Шип Уан, который закончился катастрофой, дело вполне могло быть в некачественном изготовлении топливной шашки либо в разрушении топливной шашки внутренней ударной волной.
Приводим пример. Спейс Шаттл имел по два твердотопливных ускорителя, плюс ЖРД. Тяга формировалась из трех источников. Когда в рамках проекта Констеллейшн один ускоритель решили использовать в качестве первой ступени, вибрация была такая, что возникла угроза разрушения полезной нагрузки. Почему так? Потому что в Шаттле вибрации усреднялись, плюс сам топливный бак был грузом, поглощающим вибрации. А в системе с одним ТТРД вибрации гасить нечему.
ЖРД допускает аварийное отключение и повторный запуск, ТТРД - нет.
Наконец, последнее. НИОКР по ЖРД требует создания одного стенда, на котором испытывается один ЖРД - компактный и небольшой. Для НИОКР по ТТРД нужно производить двигатель целиком. И если для программы испытаний требуется провести 100 запусков РД, то вот вопрос - какой НИОКР будет дешевле? Лично я думаю, что 100 стендовых запусков ТТРД американская экономика пукнет, а значит - качество НИОКР будет ниже...
Вывод - американцы опять наступают на те же самые грабли. Причем грабли - дорогущие до ужаса. Алмазные, можно сказать, грабли, бриллиантовые...
Дура имеет 54 метра в длину, 3,7 метра в диаметре и массу 725 тонн, из которых топлива - не менее 500 тонн. Внушительная такая дура...
Что тут можно сказать?
США лидируют в разработке и производстве твердотопливных ракетных двигателей со времен Холодной войны. Это связано, в первую очередь, с развитием МБР для ПЛАРБ "Поларис" и "Трайдент". Огромный объем НИОКР, щедрое финансирование, колоссальнейшая испытательная программа НАСА по данному вопросу... С другой стороны, "фишкой" СССР были жидкотопливные ракеты, в частности - капсулированные ракеты с высококипящими реагентами. Связано это было с логичным развитием темы ФАУ - Р1 - Р7. И здесь, в области носителей на жидком топливе, в последнее время у США были некоторые проблемы, я имею в виду взрыв Антареса.
Давайте посмотрим на плюсы и минусы.
Жидкостной ракетный двигатель достаточно мал по размерам. Следовательно, "горячая зона", работающая в широком диапазоне температур и давлений - компактна. При работе на высококипящих компонентах у нас еще и множество ограничений по прочности материалов снимается (ну там, трещинообразование в металлах при температурах -100 и ниже - просто уходит). Мы можем малыми силами, небольшим дружным высокопрофессиональным коллективом качественно изготовить такой двигатель. И он будет прекрасно работать.
С другой стороны, при компактных размерах и малой массе ЖРД развивает большую тягу, и следовательно - стоит проблема надежного крепления, переносящего усилие на корпус ракеты. Учитывая возможные пульсации струи (т.н. акустическая нагрузка) это требует серьезных расчетов и конструкторских работ. Как пример - обрыв магистрали на карданном подвесе двигателя Антареса, который и привел к гибели ракеты.
Твердотопливный ракетный двигатель прост, как бревно. Сам корпус двигателя является корпусом ракеты, а учитывая высокое внутреннее давление, распирающее его - имеет еще и дополнительную прочность от "наддува" при сгорании топлива. Наливай да пей, так сказать...
С другой стороны, горячая зона ТТРД - это весь двигатель. Вообще весь. То есть весь корпус двигателя, по крайней мере внутренняя жаропрочная облицовка, работает в очень широком диапазоне давлений и температур. Учитывая то, что все материалы, применяемые в качестве твердых топлив имеют ненулевую проницаемость к инфракрасному излучению, по мере сгорания топливной шашки мы имеем распространяющуюся в шашке волну тепловой деформации, что выдывает нагрузки расширения-сжатия материала, при некачественном исполнении шашки приводящие к отрыву частей топлива от тела шашки и их свободному горению. Трещины в теле шашки недопустимы, каждая такая трещина вызывает разрушение тела шашки и прогар.
То есть для обеспечения надежной работы нам необходимо качественно изготовить не только двигатель, но и 50-метровый кусок взрывчатки сложного сечения, да еще и без вкраплений, флуктуаций плотности и колебаний состава по объему. А если мы вспомним про коэффициент теплового расширения, то поймем, что в процессе изготовления, хранения, транспортировки и так далее из-за колебаний температуры тело шашки может лопнуть уже внутри изготовленного двигателя.
Вы можете возразить про Шаттл, Трайденты с Поларисами и так далее. Я же отвечу - здесь совершенно не котируются крошки-Трайденты, а вот Челленджер уже показал, к чему может привести конструктивный недостаток ТТРД и эффекты термического расширения-сжатия.
Кроме того, ЖРД сам по себе может производить акустическую нагрузку исключительно из-за неравномерной работы турбонасоса, что как бы парируется с помощью изменения тяги, и при наличии автоматики может поддаваться регулировке. ТТРД регулировать невозможно, а сам он представляет из себя один большой резонатор. Иными словами, если внутри ТТРД возникает из-за неравномерного горения (флюктуация плотности/состава смеси) скачок давления, то следствием этого идет ударная волна, распространяющаяся в теле топливной шашки, и никак повлиять на этот момент мы не можем.
Кстати, в том самом полете Спейс Шип Уан, который закончился катастрофой, дело вполне могло быть в некачественном изготовлении топливной шашки либо в разрушении топливной шашки внутренней ударной волной.
Приводим пример. Спейс Шаттл имел по два твердотопливных ускорителя, плюс ЖРД. Тяга формировалась из трех источников. Когда в рамках проекта Констеллейшн один ускоритель решили использовать в качестве первой ступени, вибрация была такая, что возникла угроза разрушения полезной нагрузки. Почему так? Потому что в Шаттле вибрации усреднялись, плюс сам топливный бак был грузом, поглощающим вибрации. А в системе с одним ТТРД вибрации гасить нечему.
ЖРД допускает аварийное отключение и повторный запуск, ТТРД - нет.
Наконец, последнее. НИОКР по ЖРД требует создания одного стенда, на котором испытывается один ЖРД - компактный и небольшой. Для НИОКР по ТТРД нужно производить двигатель целиком. И если для программы испытаний требуется провести 100 запусков РД, то вот вопрос - какой НИОКР будет дешевле? Лично я думаю, что 100 стендовых запусков ТТРД американская экономика пукнет, а значит - качество НИОКР будет ниже...
Вывод - американцы опять наступают на те же самые грабли. Причем грабли - дорогущие до ужаса. Алмазные, можно сказать, грабли, бриллиантовые...